环境监测与分析
Environmental Monitoring and Analysis
崔兆杰
2004.6
1,现代环境监测技术的现状
和发展趋势
? 环境监测技术的历史
? 环境监测技术的现状
? 环境监测技术的发展趋势
1.1 环境监测技术的历史
? 环境监测工作有半个多世纪的历史
? 大体经历了三个阶段:
? 以典型污染事故调查为主
? 以污染源监督性监测为主
? 以环境质量监测为主
1.1 环境监测技术的历史
? 五十年代,发达国家环境污染事故不断
发生,政府部门不得不有目的地组织技
术人员进行调查监测。这个时期地环境
监测工作的特点是以污染事故调查为主。
1.1 环境监测技术的历史
? 六十年代末期始,由于污染事故造成了
巨大的经济损失,工业发达国家相继颁
布了一些环境保护法律,监控企业的排
污,大大促进了污染源监测工作的发展,
这一时期监测工作的特点是以对污染源
监督性监测为主的发展阶段
1.1 环境监测技术的历史
? 七十年代中期以来,由于对环境问题的
认识不断深化,西方工业发达的国家以
把监测工作注意的焦点从对污染源监控
转移到对环境质量监控方面来,同时由
于自动化监测技术的迅速发展和遥感技
术的应用,使得对大区域环境质量系统
监控成为现实,这一时期可称其为以环
境质量监测为主的发展阶段
1.1 环境监测技术的历史
? 我国的环境监测工作历史:
? 起步于七十年代中期,各省市相继建立环境监测

? 在“六五”和“七五”期间,环境监测站有了一
个大发展
? 在“七五”和“八五”期间,我国的环境监测工
作日趋成熟,制定了监测工作的基本方针,在管
理上提出了“五化”目标等,初步形成了以环境
监测为核心的监测网络,制定了同意的监测技术
规范,建立了数百项分析方法,开展了实验室的
质量保证和质量控制工作
? 我国的环境监测工作较发达国家起步晚,但
是反站很快,已具备了组织机构网络化和监
测反系技术体系化的雏形
1.2环境监测分析仪器和
技术的现状与发展
1,2,1实验室分析仪器和技术
1,2,1,1分析仪器的发展
? 目前发达国家环境监测单位所拥有的大型一起主要有
气相色谱-质谱( GC-MS),液相色谱-质谱联用仪
(LC/MS),傅立叶红外光谱仪 (FTIR),气相色谱-傅
立叶红外光谱连用仪 (GC/FTIR),电感耦合等离子体
-质谱联用仪 (ICP/MS),电感耦合等离子体发射光
谱仪 (ICP-AES),x-射线荧光光谱仪 (XRF)等
? 这些大型一起中,除 GC/MS和 ICP- AES在我国应用
较多外,其他仪器都没有相应的标准或同意的监测分
析方法
1.2.1.1分析仪器的发展
? 中型仪器:原子吸收光谱仪( AAS),
原子荧光光谱仪( AFS),气相色谱仪
(GC),高效液相色谱仪( HPLC),离子
色谱仪( IC),紫外-可见分光光度计
( UV- Vis)以及极色谱仪( POLAR)
? 这些仪器在国内外的标准环境监测分析
仪器的使用中占主导地位
1.2.1.2 分析技术的应用
? GC/MS技术的应用较为广泛
? LC/MS
? ICP/MS
1.2.1.2 分析技术的应用
? 农牧产品及各类食品中农药残留量的分析,
? 由于农药类的挥发性强,所以通常使用 GC包括电
子捕获检测器 (ECD)、火焰光度检汉 6器 (FPD)和
氮磷检测器 (NPD)法。对检测出的农药进行结构
鉴定一般使用 GC/ MS法.而有些热稳定性差的
农药须用 LC/ MS鉴定,有文献报道了共行 19种在
水果和蔬菜中残留的农药类,它们的不挥发性和
热稳定性差,须用热喷雾液相色谱一质诺联用仪
(TSP—LC/MS)鉴定
1.2.1.2 分析技术的应用
? ICP/ MS是以 ICP作为离子化源的质谱分析方法,
该方法是 80年代开始应用于实际样品分析的高灵敏
度方法。 ICP/ MS比 ICP—AES灵敏度高 2—3个数量
级.比 AA5高 1—2个数量级,并可实现多元素同时分
析。另外,质谱图比较简单.干扰峰少,可进行同位
素比的测定,在金属元素的分析方面与 AAS并行.正
在快速发展普及; 日本和美国都已把用 ICP/MS分析
水中 Cr(VI),Cu,N和 Pb列为标准方法。用
HPLC—ICP/ MS和 IC—ICP/ MS进行尿液中各种形
态 As的分析,以及 ICP/ MS在新型材料学、医学和
药学等分析领域的应用都有报道。用高分辨率 ICP/
M5还可直接进行痕量稀土元素定量分析。
1.2.2自动监测系统和技术
1.2.2.1自动系统的发展
? 在自动监测系统方面,—些发达国家已有成熟的技术
和产品,如大气、地面水、企业废气、焚烧炉排气、
企业废水以及城市综合污水等方面均有成熟的自动连
续监测系统
? 我国虽有少数废水自动监控系统生产.但监测项目较
少.在提高自动化程度及降低故障率等方面仍有许多
工作要做。因此,结合我国环境监测分析工作的实际
情况,有选择地吸收国外先进经验和技术及产品,对
于发酸我国的白动监测系统大有稗益。为实施污染构
排放的总星监测与控制.须配备水质和大气的自动监
测系统
1.2.2.1自动系统的发展
? 目前.我国的北京、上海和天津及个别省会
城市相继建立广水或气的自动监测系统。这
些监测系统日前主要依靠进口。从使用情况
来舌,大气监测系统运行良奸.而水质监测
系统运行故障率高,尤其是污水或废水的白
功监测系统更难正常运行。达除了与管理水
平和资金投入等因素有关外,还与我国地面
水的实态以及污水和废水的治理程度有关。
因此,在引进的同时,还必须进行实地调查
研究,以避免盲目引进而造成的资金浪费
1.2.2.2 自动系统技术的应用
? 在水质等自动监测系统中主要使用流动
法的法 (FIA)技术。 FIA与分光光度法、
电化学法,AAs,ICP—AES等结合,
可测定 CI(- I) NH 3 Ca,NO3(一 I)、
Cr(III),Cr(VI),Cu,Pb,Zn,In,Bi、
Th,U以及稀土类等多种无机成
分,巴应用于特种水体水质的监测分
析。
1.2.3 现场简易监测分析仪器和技术
1.2.3.1 简易仪器的发展
? 突发性环境污染事故的不断发生给环境监测分析人员
提出了重要课题,除了实施预防性监测分析外.还必
须开发快速简易检测管 (气、水.有机、元机 )的研制
以及便携式现场测试仪器的研制等、用于调查和解决
突发性污染事故.以及半定量地解决污染纠纷
? 另外,我国地域辽阔、地形复杂,国有工矿企业和乡
镇企业分布很广,这给环境监测人员的工作借来许多
不便.尤其是许多县和乡镇还没有监测能力
? 因此.简易便掐式现场监测分析仪器有很大的应用前
景。这类仪器的使用不仅可以减少环境试样在传输过
程中的沾污,减少固定和保存的繁杂手续.还可以大
大减轻监测分折人员的工作量.便于适时掌握环境质
量的动态变化趋势
1.2.3.1 简易仪器的发展
? 从目前的便携式仪器来看.无机污染物的监
测分析仪器较多.多开发一些有机污染物的
监测分析仪器是该领域的发展方向
? 另外.开发这类仪器也可减少监测分析的消
耗。此外.在进行这类仪器设备及监测分析
方法研灾时.必须进行实用性检验.即使用
同样的污染源样品,用标准方法和现场测定
方法同时对污染成分进行测定.检验测定结
果的可比性或相关性
1.2.3.1 简易仪器的发展
? 在使携式现场速测仪中,目前以可测
定 DO,pH、水温、浊度、电导和总盐
度的仪器最为成熟、我国已应用于污染
事故调查 (死鱼等)和长江同步监测中。
便携式 COD测定仪可测定有机污染物的
综合指标,而可测定水和气多种有机成
分的使携式光离子化检测器气相色谱仪
(GC—PID)将会在应急监测中起到重
要的作用
1.2.3.2 现场速测技术的应用
? 概括地说、现场快速测定技术有以下几类:试纸法水
质速测管法一显色反应助气体速测管法一填充管型;
化学测试组件法;使携式分析 I义器测定法。
? 在便携式速测仪中、使携式 GC与一般的 GC相比、在
性能方面已无明显差别;而体积小、轻便、适用:产
现场监 Gg是其主要特征。这类仪器主要使用 HD。
PID可检测离子电位不大于 12eV的任何化合物,如烷
烃 (除甲烷外 )、芳香族、多环芳烃、醛类、酮类、酯
类、胺类、有机磷、有机硫化合物以及一些有机金属
化合物,还可检测 02,NH3,H 2S,Cl2,I2和 NO等
无机化合物。用 PID测定烷烃、芳香族和多环芳烃等
HC化合物的灵敏度比火焰离子化检测器 (FID)高 5—
10倍,测定含 P,S农药类比 FPD低 10倍左右
? 还可检测 02,NH:,H 2S,AsH J、
PH2,C12,12和 XO等
? 无机化合物 c用 HD测定烷烃、芳香族和
多环芳烃等
? HC化合物的灵敏度比火焰离子化检测
器 (FID)高 5—
? 10倍,测定含 P,S农药类比 FPD低 10
倍左右。此外、
1.2.3.2 现场速测技术的应用
? 此外,PID对无机物的检测限达到或超
过其他任何检测器,如对 NH3的检测限
达 200pg,比热导池检测器 (TCD)低
2—3个数量级; 对无机硫化合物比 F、
PD的检测限低 30倍; 对 PH3的检测限
比 FPD低 5倍;此外,ECD对电负性高
的卤化物等响应的高灵敏度和高选择件、
必将会使其成为便携式 GC的常用检测
器之一
1.2.4 遥感技术的应用
? 全球, 21世纪议程, 中指出,评价可持续发展
的进度的方法是利用各种指标体系衡量经济、
社会与环境的改变。为此,必须依靠全球环境
监测系统、全球气象观测系统 (包括全球大气
监测网 )等,这些大型系统的数据源主要来自卫
星遥感资料。无论是宏观大尺度的全球环境、
大气监测 (包括全球气候变化、臭氧层与温室
气体监测等 ),还是局域和小范围的环境监测
(如森林火灾、洪水、火山喷发、沿海赤潮、
海水、城市热岛效应、煤层自燃等等 )均广泛
地应用了遥感技术
1.2.4 遥感技术的应用
? 例如彩红外遥感影像可监测固体废弃物引起的生态环境变化,用
热红外遥感调查工业热流 (污水、废气等 )对水体和周围环境的污
染,可监测城市、工矿的“三废”排出状况 ;利用卫星遥感技术开
展对环境污染、环境灾害的监测也取得了很好的效果,如通过对
水体表面油膜的分布变化可监测由于排污和船舶漏油对水体的 污染。其中较典型的实例是 1991年 2月 16日 (海湾战争期间 )美国
陆地卫星影像揭示了波斯湾海岸及水面遭受排放原油污染的区 域和程度 (科威特约 600口油井着火、燃烧,受到严重破坏的情况
也一览无余 )
? 近年来在与国民经济密切相关的环境领域,如重大工程的环境调
查、防灾减灾的过程中遥感技术发挥了重要作用,社会和经济效
益显著。目前,遥感技术在环境监测中的应用,已从早期的遥感数
据分析转向多种数据综合分析,从静态到动态,从定性到定量,从
目视解译到计算机自动识别,研究方法趋向系统化,相关技术也在
不断发展和完善之中。
1.2.4 遥感技术的应用
发展趋势:
? (1)随着新型传感器的研制开发水平的提高以及资源环境遥感对
高精度遥感数据要求的增加,高空间和高光谱分辨率将是卫星遥
感总的发展趋势,未来 10年的卫星对地观测计划中,大部分传感器
都具有 10m以上的空间分辨率,少数达到 1~ 3m。高分辨率的遥
感资料对地质勘探和陆地、海洋生物资源调查十分有效。
? (2)雷达遥感技术将会得到更广泛的应用。干涉雷达技术、被动
微波合成孔径成像以及三维成像技术,植被穿透性宽波段雷达将
会在经过一系列实验、研究和发展之后成为下一世纪的重要遥 感技术,成为实现全天候对地观测的主要技术手段,从而大大提高
资源环境动态监测的能力。
? (3)热红外遥感技术也将得到广泛应用,开发和完善陆地表面温度
和发射率分离技术,定量估算和监测陆地表面的能量交换和平衡
过程,从而在全球变化的研究中发挥更大的作用。
1.2.4 遥感技术的应用
? (4)由遥感 (RS)、地理信息系统 (GIS)和全球定位系统
(GPS)作为主体构成的空间信息集成技术系统 (或称
为 3S一体化信息技术系统 ),将完成其从理论、方法、
技术框架到实施步骤的研究和应用,形成具有多维信
息获取与实时处理特点的新的综合技术领域。
? (5)“数字地球”概念和构想的提出,为解决 21世纪全球
和国家的可持续发展问题提供了新的思路,使各国的
资源环境问题与全球变化、人类社会可持续发展更紧
密地联系起来,将会带动和促进卫星遥感技术及其相
关产业产生新的突破并得到更大的发展。
1.2.5 微核试验方法及在环境监测
中的应用及发展趋势
? 随着现代化工农业生产的迅速发展,大量
化学物质进入环境中,所造成的环境污染
及其对人类健康的影响日益受到人们的
关注。致突变试验具有快速、简便、经
济等优点,且致癌性与致突变性之间有密
切的相关性,在检测遗传毒物方面得到广
泛的应用。目前致突变试验已不下 200
多种。其中微核试验具有较高的灵敏性
和快速简便的优点
1.2.5 微核试验方法及在环境监测
中的应用及发展趋势
实验方法:
? 体外试验:近年来,微核细胞实验方法有了很大的进
展,建立了很多细胞株 (中国仓鼠V 79细胞和CHO细
胞,叙利亚金黄地鼠SHE细胞等 ),其中应用较多的为
植物系统的微核试验及胞质分裂阻断法的应用
? 体内试验:体内微核试验主要为啮齿类哺乳动物、水
生动物 (硬骨鱼类、两栖类与软体动物 )及人类,与体外
微核试实验相比,体内微核试验由于受试生物自身对
遗传毒性物质的代谢作用及长期环境接触,所以具有
更高的可靠性。其中人体微核试验,由于人体对于遗
传毒性物质的直接代谢作用,所以最能反映实际情况,
近几年来在环境监测中得到广泛的应用。其中应用最
多的为人外周血淋巴细胞微核及上皮细胞微核
1.2.5 微核试验方法及在环境监测
中的应用及发展趋势
发展趋势:
? 微核的形成在不同的种属之间会因为靶器官的生物代
谢,DNA修补和细胞增殖的不同而影响对遗传毒性
物质的敏感性,因此,对不同种属在接触遗传毒性物
质后微核的生成特性必须加以研究
? 饮食可以通过作用于细胞通道而影响遗传毒性化学物
质的代谢活化,因此对于这些影响因素必须加以研究
? 环境对于体内与体外测试系统微核形成也有影响,必
须加以研究
? 选择更加灵敏和快速的方法也成为研究的重点,研究
的重点。近年来流氏细胞仪在检测微核诱导剂方面得
到较为广泛的应用
1.2.5 微核试验方法及在环境监测
中的应用及发展趋势
小结:
? 微核试验作为检测技术用于检测环境中
的遗传毒物有很大的潜力,但要想作为日
常检测项目必须进行相当多的研究研究
的重点应该是确定影响种属间与种属内
微核形成频率差异的因素以及发展更加
快速与灵敏的检测方法