[科普中国]-污染物监测

概念

污染物监测是指运用物理、化学、生物等现代科学技术方法，间断地或连续地对环境化学污染物及物理和生物污染等因素进行现场的监测和测定，并作出正确的环境质量评价。

随着工业和科学的发展，污染物监测的内容也由工业污染源的监测，逐步发展到对大环境污染物的监测。对环境污染物的监测往往不只是测定其成分和含量，而且需要进行形态、结构和分布规律的监测。对物理污染因素(如噪声、振动、热、光、电磁辐射和放射性等)和生物污染因素，也应进行监测。只有这样，才能全面地、确切地说明环境污染对人群、生物的生存和生态平衡的影响程度，从而作出正确的环境质量评价。1

监测原则污染物监测是测定环境中污染物代表值的过程。代表值的测定，受多种因素的影响。由于污染物本身的状态、价态变化大，分析时干扰因素多，污染物的含量甚微等特点，因此除对测定点的选择，监测项目的选定、采样时间、采样方法、分析方法及数据处理等问题都需要认真对待外，还应对环境污染物的分析技术提出更高的要求。但是为保证污染物监测工作顺利进行，得到准确的分析结果，还应遵循以下原则：

⑴优先污染物

科技进步、工业发展使世界上化学品的数量已达几千万种之多，而且每年以一万多种的速度增加，而进入环境的化学品已达10万种以上。人们不可能也没必要对每一种化学品都进行监测，只能有重点地、针对性地对部分污染物进行监测和控制。这就需要对众多有毒污染物进行分级排队，从中筛选出潜在危害性大，在环境中出现频率高的污染物作为监测和控制对象。经过优先选择的污染物称为环境优先污染物，简称优先污染物。

优先污染物是指难以降解、在环境中有一定残留水平、出现频率较高、具有生物积累性、毒性较大以及现代已有检出方法的化学品。对优先污染物进行的监测称为优先监测。环境监测应遵循“优先污染，优先监测”的原则。美国是最早开展优先监测的国家，20世纪70年代中期就规定了水和污水中129种优先监测污染物，其后又提出了43种空气优先监测污染物。中国环境优先监测研究也已完成并提出了“中国环境优先污染物黑名单”。

⑵优先监测

对优先污染物进行的监测称为优先监测，环境监测应遵循优先监测的原则。优先监测原则就是对下列污染物实行优先监测：

①对环境影响大的污染物；②已有可靠监测方法并获得准确数据的污染物；③已有环境标准或其他依据的污染物；④在环境中的含量已接近或超过规定的标准浓度的污染物；⑤环境样品有代表性的污染物。2

监测要求为确保监测结果准确可靠、正确判断并能科学地反映实际，污染物监测要满足下面五方面要求：

①代表性

代表性主要是指取得具有代表性的能够反映总体真实状况的样品，则样品必须按照有关规定的要求、方法采集。

②完整性

完整性主要是指监测过程中的每一细节，尤其是监测的整体设计方案及实施，监测数据相关信息无一缺漏地按预期计划及时获取。

③可比性

可比性主要是指在监测方法、环境条件、数据表达方式等相同的前提下，实验室之间对同一样品的监测结果相互可比，以及同一实验室对同一样品的监测结果数据可比，相同项目没有特殊情况时，历年同期的数据也是可比的。

④准确性

准确性主要指测定值与真实值的符合程度。

⑤精密性

精密性主要指多次测定值有良好的重复性和再现性。准确性和精密性是监测分析结果的固有属性，必须按照所用方法使之正确实现。2

监测程序污染物监测程序包括以下六点：

⑴现场调查与资料收集。环境污染随时间、空间变化，受气象、季节、地形地貌等因素的影响，应根据监测区域呈现的特点，进行周密的现场调查和资料收集工作，主要调查各种污染源及其排放情况和自然与社会环境特征，包括地理位置、地形地貌、气象气候、土地利用情况以及社会经济发展状况；

⑵确定监测项目。应根据国家规定的环境质量标准，结合本地区主要污染源及其主要排放物的特点来选择，同时还要测定气象及水文项目；

⑶确定监测点布置及采样时间和方式。采样点布设得是否合理，是能否获得有代表性样品的前提，应予以充分重视；

⑷选择和确定环境样品的保存方法。

⑸环境样品的分析测试。

⑹数据处理与结果上报。3

监测方法常见污染物监测方法可分为化学分析法和仪器分析法，其中化学分析法主要有滴定分析法和重量分析法，仪器分析法主要有电化学分析法、光谱分析法、色谱分析法等。随着科学技术的不断发展，一些新的测试手段和技术，如色谱/质谱联用、中子活化法、生化分析法、各种射线强度的物理检测法也被广泛应用于环境污染的监测中。4

下面着重介绍下污染物监测的常用监测分析法：

化学分析法化学分析法是以物质的化学反应为基础的分析方法，主要用于常量物质的分析，在环境污染物监测中已较少应用。它是环境监测分析方法的基础，主要有滴定分析法和重量分析法等。

⑴滴定分析法

根据不同的反应类型，滴定分析法又可分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法及沉淀滴定法等。

①酸碱滴定法

酸碱滴定法是基于酸碱反应的分析方法，又称为中和滴定法，用已知物质的量的浓度的酸或碱来滴定未知浓度的碱或酸，当指示剂指示到达终点后，计算被测物质的量。其理论基础是酸碱平衡理论。

此法优点是反应速度快，反应进行的程度高，副反应极少，确定反应计量终点的方法简便，但其不足之处是实验操作过程比较繁琐。在环境监测中，常用此法测定土壤、肥料、各种水体等的酸碱度及氮和磷的含量、农药中的游离酸等。

②络合滴定法

络合滴定法是以络合反应为基础的分析方法，又称为配位滴定法。在络合反应中，配位剂提供电子对，中心离子接受电子对，所以，从广义上讲，络合反应也属于酸碱反应的范畴。但是由于配位剂与中心离子一般形成逐级络合物，即副反应较多，准确滴定较为困难，而且金属指示剂的选择也需要满足一定的条件，因而也限制了络合反应的使用范围。

此法优点在于可以同时测定两种或多种离子混合溶液中的单个离子含量和总含量，主要是通过加入不同性质的络合掩蔽剂，同时调节酸度范围等条件来实施的。最常用的配位剂是乙二胺四乙酸(EDTA)，能与多数金属离子形成稳定性较好的配合物，无逐级络合现象，反应定量关系明确，而且反应速率快、水溶性好，广泛应用于各种金属离子的滴定。在环境污染物监测中主要用于测定水中钙、镁、氰化物以及水的总硬度等。

③氧化还原滴定法

氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的分析方法。在氧化还原滴定法中，可以利用指示剂在化学计量点附近的颜色的改变来指示终点。此法优点是可以测定许多无机物和有机物；缺点是氧化还原反应机理比较复杂，有些反应常因伴有副反应而没有明确的计量关系，另外有些反应虽然在热力学上判断可以进行，但因反应速率缓慢而给分析应用带来困难。适当的氧化性和还原性标准溶液均可以作为滴定剂，常用的氧化还原滴定法有高锰酸钾法、重铬酸钾法、碘量法与间接碘量法、溴酸钾法和硫酸铈法等。在污染物监测中，高锰酸钾法主要用于地表水、饮用水和生活污水中的化学需氧量COD等的测定。碘量法用于水中溶解氧的测定。

④沉淀滴定法

沉淀滴定法是基于沉淀反应的分析方法，这一分析方法的理论基础是被分析物与滴定剂生成沉淀的反应。沉淀滴定法应用较广的是生成微溶性银盐的反应，即银量法。银量法根据其终点指示剂不同分为莫尔法、佛尔哈德法和法扬司法。其中佛尔哈德法的优点是可在酸性环境下进行测定，干扰少，选择性高。沉淀滴定法的缺点主要是沉淀反应形成的沉淀很多没有固定组成，而且有些沉淀本身溶解度较大，在化学计量点时反应不够完全，另外有些沉淀反应速度较慢，尤其对于晶形沉淀易形成过饱和现象，还有些沉淀反应没有合适的指示剂指示终点。在污染物监测中该方法可以用于测定卤素以及CN—、SCN—等离子。

上述介绍的四种滴定分析法的共同点是四种滴定反应均是以消耗准确计量的标准物质来测定待测物质的含量，适用于浓度高的物质，准确度高；四种滴定反应随着滴定剂的加入，在化学计量点附近会产生滴定突跃，进而使指示剂变色以指示滴定终点；滴定分析误差均可用林邦误差公式。其不同点是，四种滴定分析法在滴定过程中的反应产物浓度变化不同。酸碱滴定与沉淀滴定产物的浓度是一常量，而络合滴定和氧化还原滴定产物的浓度为一变量；在相同条件下，络合和氧化还原滴定曲线的突跃大于酸碱和沉淀滴定曲线的突跃(酸碱、沉淀滴定不适于低浓度测定)。4

⑵重量分析法

重量分析法是通过物理或化学反应将被测组分与试样中的其他组分分离后，转化为一定的称量形式，由称得的质量计算得到被测组分的含量。重量法根据分离方法的不同，一般分为：气化法、沉淀重量法、电解重量法和萃取重量法。

重量法的优点是准确度高。它直接通过分析天平称量就可得到分析结果，无须使用容量器皿测定的数据，也不需要基准物质作比较，测定的误差一般小于0.1%。缺点是操作繁琐，不适用于微量组分的测定。

在污染物监测中，重量分析法常用来检测大气中颗粒物、水中的油和悬浮物等。

电化学分析法

电化学分析法是利用物质的电化学性质进行定量分析的一类方法，是仪器分析的一个重要分支。该法具有简便、快速、灵敏、较准确及易于实现自动连续测定等特点。所用仪器结构简单、价格低廉、适用范围广、技术容易掌握，既可作为常规分析工具，又可用于微量和痕量的分析，该方法在环境监测中占有重要地位。电化学分析法依据电化学原理的不同，可将其进一步划分为电位分析法、库仑分析法和极谱分析法。

电位分析法电位分析法是利用电极电位与化学电池电解质溶液中某种组分浓度的对应关系而实现的定量测定的方法，电位分析法可分为直接电位法和电位滴定法。直接电位法或称离子选择电极法，利用膜电极把被测离子的活度表现为电极电位，在一定离子强度下，活度可转换为浓度，实现分析测定。电位滴定法是利用电极突变来指示滴定终点的滴定分析法。直接电位法测定的只是某种离子的平衡浓度，而电位滴定法测得的是某种参与滴定反应物质的总浓度。

在电位分析法中所用的离子选择性电极主要有卤素离子电极、气敏电极、阳离子选择性电极等，它们在环境监测中有着广泛的应用。

氟离子电极是目前应用最广泛、较稳定的一种阴离子选择性电极，是卤素离子电极的一种，中国和美国都将它作为测定水中氟离子的标准方法。氟离子电极已成功地应用于自来水、天然水、海水、饮料、空气、尿液、植物、土壤等各种试样的测定。不同的气敏电极可以分别测定大气，烟道气中的NO2、SO2、CO2等物质，氨气敏电极可测定水样、土壤中的铵态氮、硝酸盐氮，飘尘中的氨和工厂排放废气、空气、废水中的氨，以及重金属合金中的氮等。

吸收光谱法吸收光谱法是基于每种物质都有其特征性的吸收光谱，据此可对物质进行定量和定性分析的方法。吸收光谱法已经广泛应用于环境污染物的检测领域，其主要包括目视比色法、紫外一可见分光光度法、红外吸收光谱法、原子吸收光谱法等。

吸收光谱法中除了红外吸收光谱法外，其他的吸收光谱法广泛应用于水质监测、空气质量监测以及土壤监测中的微量及痕量环境污染物的定性定量分析。4

生物监测法生物监测技术是利用生物个体、种群或群落对环境污染及其随时间变化所产生的反应来显示环境污染状况。例如，根据指示植物叶片上出现的伤害症状，可对大气污染作出定性和定量的判断；利用水生生物受到污染物毒害所产生的生理机能(如鱼的血脂活力)变化，测试水质污染状况等。这是一种最直接也是一种综合的方法。生物监测包括生物体内污染物含量的测定、观察生物在环境中受伤害症状、生物的生理生化反应、生物群落结构和种类变化等技术。2

实施部门污染物监测的实施部门包括：

(一)政府事业部门

环保局下辖环境监测站，几乎每个省市县(区)都有环境监测站，例如深圳市环境监测站、北京市环境监测站。

(二)军区环境保护

军区的环境监测站，涉及国家军事机密的环境监测由军区的环境监测站实施，例如广州军区环境监测站。

(三)学校科研单位

一些学校拥有实验室，并通过国家认证，开展环境监测，主要目的是教学科研，也接受一些委托性质的环境监测业务，例如广东省环境保护学校实验室、长沙环境保护职业技术学院实验室等。

(四)民营环境类检测机构

环境保护日益受到重视，环境监测市场也随之不断扩大，传统的环境监测站已经不能完全满足社会的环境监测需求，国家逐步开放了环境监测领域，民营力量加入了进来。目前专业从事环境监测、开展的项目与环境监测站几乎相同的民营监测机构已成为社会委托性质的环境监测的首选，例如中圳环境监测机构实验室等。1

应用与影响1、近年来，食品安全事件的危害及造成的影响已经越来越多地受到了政府和民众的关注，成为重大的公共卫生问题和社会问题。因污染物而造成的食品安全事件也层出不穷，从二噁英的公共卫生事件到三鹿奶粉的“三聚氰胺”事件，都说明了食品污染物监测工作的必要性。我国早在80年代就加入GEMS/Food组织进行相关的污染物监测工作，2000年正式启动了全国食品污染物监测网。时至今日，监测点已经覆盖了16个省市，累计数据60万条，却未能正式利用网络平台进行数据的收集和管理。为了满足工作的迫切需求和信息化的飞速发展，建立全国食品污染物监测网络平台是势在必行，刻不容缓的。该平台的建立将提高全国污染物监测工作的效率，可实现及时有效地数据上报、实时查询、在线统计等功能，也可以实现与其它数据库的数据交流和整合，加快监测信息的电子化、规范化、标准化的步伐，有助于污染物监测工作进一步的发展。本研究是结合国内外污染物监测工作的特点和发展要求，利用计算机网络技术，建立全国食品污染物监测网络平台。标准化字典的建立、模块化功能的组合、用户角色权限的设置，建立满足实际应用，具备数据的录入、查询、审核、统计分析、用户管理、标准管理等功能的数据管理系统，并将该系统在全国范围内进行应用推广。5

2、水环境的保护长期以来一直是现代环境保护的重要构成要素，其中，对水体的有效监测，特别是对有机污染物的有效检测是确保水环境保护工作有效开展的必要前提。以此为出发点，针对水监测中的有机污染物检测技术开展了分析和研究。在分析有机污染物检测必要性的基础上，对水体有机污染物前处理现状进行了分析，基于此对全新的高效前处理技术——ASE萃取技术进行了全面分析和比较研究。结果表明，ASE萃取技术作为一种高效、低耗的全新技术手段，对提升水体检测前处理质量起着重要作用。6