王小印

摘要：環(huán)境監(jiān)測(cè)分析儀器為環(huán)境檢測(cè)的核心設(shè)備，對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)過程有著舉足輕重的作用。本文對(duì)于我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室通用分析儀器，專用環(huán)境檢測(cè)儀器和自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展現(xiàn)狀

0引言

我國(guó)20世紀(jì)70年代末期開始開展環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，目前，已制定各類國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)410項(xiàng)，覆蓋了大氣、水質(zhì)、土壤、噪聲、輻射、固體廢物、農(nóng)藥等領(lǐng)域。我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的生產(chǎn)企業(yè)有140余家，年產(chǎn)值4.8億元，約占全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品產(chǎn)值的2.3％。環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的主要產(chǎn)品是各種水污染和大氣污染監(jiān)測(cè)、噪聲與振動(dòng)監(jiān)測(cè)、放射性和電磁波監(jiān)測(cè)儀器。大多數(shù)污染物都能夠自己測(cè)定，所采用的設(shè)備國(guó)內(nèi)也可以滿足。但高、精、尖的分析與監(jiān)測(cè)儀器仍依靠進(jìn)口。我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備在自動(dòng)化、連續(xù)性、可靠性、實(shí)時(shí)性與國(guó)際先進(jìn)水平有一定差距。

1實(shí)驗(yàn)室通用分析儀器發(fā)展

1.1光譜類儀器①原子吸收分光光度計(jì)。原子吸收分光度計(jì)廣泛應(yīng)用于各個(gè)分析領(lǐng)域，尤其是在理論研究、元素分析、有機(jī)物分析、金屬化學(xué)形態(tài)分析方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)入90年代以來，儀器趨向小型化，各項(xiàng)新技術(shù)都應(yīng)用到原子吸收分光光度計(jì)上來，儀器的應(yīng)用功能陸續(xù)得到豐富和充實(shí)。光源部分有了復(fù)合空心陰極燈和超高強(qiáng)度空心陰極燈。前者可以連續(xù)測(cè)定六種元素，后者的壽命和強(qiáng)度有很大提高。②紫外一可見分光光度計(jì)。紫外一可見分光光度法是一種應(yīng)用最廣泛的分析方法之一，在分析領(lǐng)域中應(yīng)用已有30多年的歷史。具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)便快速、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。從組件上來看，早期的分光光度計(jì)都采用各種棱鏡作為色散元件，近幾年，絕大多數(shù)分光光度計(jì)都改用光柵。最近，隨著全息光柵技術(shù)的發(fā)展與商品化，全息光柵迅速取代一般的閃耀光柵。③熒光光度計(jì)。國(guó)外1970年開始研制包括一個(gè)脈沖空心陰極燈，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的干涉濾光片，一個(gè)卡塞格倫反射系統(tǒng)、一個(gè)火焰槽以及用于測(cè)量每個(gè)金屬元素?zé)晒獾倪壿嬰娐返亩嗟涝訜晒夥止庥?jì)的工作，儀器可以同時(shí)測(cè)定6個(gè)元素。我國(guó)也于20世紀(jì)70年代末期開始了原子熒光光譜法的研究。先后陸續(xù)研制成功了測(cè)定糧食、土壤、礦物、巖石中的痕量汞的冷原子測(cè)汞儀等等。④紅外光譜儀。紅外吸收光譜法應(yīng)用越來越廣泛，尤其是對(duì)石油化工產(chǎn)品廢棄物，有機(jī)絡(luò)合物、塑料高聚物進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析是有利的手段。它可以不管分析樣品是氣體、液體和固體，可以不經(jīng)過任何相的轉(zhuǎn)換，而直接用不同的操作技術(shù)進(jìn)行分析。⑤ICP等離子體發(fā)射光譜儀，ICP等離子體發(fā)射光譜儀是環(huán)境試樣中金屬元素測(cè)定的最有效方法之一。它具有良好的檢出限和分析精密度，基體干擾小，線性動(dòng)態(tài)范圍寬，試樣處理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、機(jī)械制造、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域。

1.2色譜類儀器早期的色譜儀，使用電子電位差計(jì)得到的隨時(shí)間變化的電訊號(hào)(電壓)，然后用秒表去測(cè)量保留時(shí)間，用手工去測(cè)量峰面積和峰高，然后再進(jìn)行定性和定量分析處理，現(xiàn)在這種色譜儀已基本上被淘汰。目前，氣相色譜儀主要被進(jìn)口的和引進(jìn)技術(shù)的合資產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)儀器在自動(dòng)化、穩(wěn)定性、可靠_生方面與國(guó)外儀器有一定的差距。液相色譜儀國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)，但精密機(jī)械加工水平差，流路經(jīng)常漏液，使儀器無法工作。離子色譜儀主要用于測(cè)定水中的無機(jī)離子，國(guó)產(chǎn)儀器從20世紀(jì)80年代中期進(jìn)行研制，到目前已發(fā)展到全微機(jī)自動(dòng)化控制，前期的流路漏液?jiǎn)栴}近幾年已基本解決。質(zhì)譜儀主要應(yīng)用于無機(jī)元素的同位素分析，與色譜分離技術(shù)結(jié)合，做有機(jī)物的定性分析。色一質(zhì)聯(lián)機(jī)是有機(jī)物分析的重要手段，目前市場(chǎng)上所用的全為進(jìn)口產(chǎn)品，此項(xiàng)技術(shù)我國(guó)尚未引進(jìn)。

2專用環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)分為兩大類，一是大氣環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，二是大氣污染物的監(jiān)測(cè)。大氣環(huán)境質(zhì)基監(jiān)測(cè)儀器中，國(guó)產(chǎn)大、種、小流量TSP、PM10采樣器及各種氣體采樣器，性能可靠性已經(jīng)完全滿足國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的需要，大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的污染物自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器基本依靠進(jìn)口。

2.2水環(huán)境檢測(cè)儀器水環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器中，水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)主要是對(duì)各種物理指標(biāo)和綜合指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。質(zhì)量監(jiān)測(cè)所采用的通用儀器如稱量?jī)x器、電化學(xué)分析儀器、光學(xué)分析儀器，國(guó)產(chǎn)的基本上都能滿足環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)需要，同時(shí)，價(jià)格也比國(guó)外產(chǎn)品便宜。環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)所采用的專用儀器包括COD測(cè)定儀，也即化學(xué)需氧量測(cè)定儀。水環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備中，在測(cè)汞儀中，冷原子吸收測(cè)汞儀與原子吸收分光光度計(jì)相比，具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但靈敏度低，冷原子熒光測(cè)汞儀靈敏度高，一般不用富集，但空氣中氧干擾嚴(yán)重，需要高純氨氣，故操作麻煩。主要由污水流量計(jì)和比例采樣器構(gòu)成的水污染源監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)比較成熟，但由于污水中的污染物濃度仍需采樣后實(shí)驗(yàn)室分析，尚談不上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3物理污染監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀物理污染的監(jiān)測(cè)設(shè)備主要指噪聲、振動(dòng)、電磁輻射、放射性污染的監(jiān)測(cè)。噪聲監(jiān)測(cè)儀器和振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)可以滿足市場(chǎng)需要。對(duì)于電磁輻射的監(jiān)測(cè)儀器，由于我國(guó)在例行監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中尚未包含電磁輻射的監(jiān)測(cè)，故在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器市場(chǎng)上較為少見，現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器，多位無線電方面的專用儀器。

3自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

自動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無論是空氣污染連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還是水質(zhì)污染連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都是由一個(gè)中心監(jiān)測(cè)站和若干固定監(jiān)測(cè)分站組成。

3.1環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套以自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器為核心的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，一般采用干法和濕法兩種監(jiān)測(cè)方法。濕法以日本為主，原理是庫(kù)侖法和電導(dǎo)法，但因濕法需要大量試劑，在操作時(shí)必須對(duì)試劑進(jìn)行調(diào)整，對(duì)廢液進(jìn)行處理，故較為麻煩，故障率高，維護(hù)量大，處于淘汰的邊緣。干法以歐美為主，它基于物理光學(xué)測(cè)量原理，樣品始終處于氣體狀態(tài)，故不存在試劑損耗，維護(hù)量小。干法是空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)中心站和若干子站構(gòu)成。子站包括樣品采集、空氣自動(dòng)分析儀、氣象參數(shù)傳感器，動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集，傳輸系統(tǒng)及條件保證系統(tǒng)。中心站，必須有數(shù)據(jù)采集與處理功能、報(bào)警及診斷功能、遠(yuǎn)程測(cè)控功能等。國(guó)內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本上采用的是傳統(tǒng)專用數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。近年來，國(guó)內(nèi)部分城市引進(jìn)了瑞典OPSIS公司，美國(guó)TE公司，法國(guó)ESA公司的基于差分光譜法原理的設(shè)備來代替二氧化硫、二氧化氨、臭氧等參數(shù)的測(cè)量，除一臺(tái)設(shè)備能分時(shí)測(cè)量以上三個(gè)重要參數(shù)外，還能測(cè)量如THC、CH4、n-MHC、BTX等有機(jī)污染參數(shù)。利用差分技術(shù)，可以消除大氣湍流對(duì)信號(hào)的影響，消除不同污染物之間的干擾和濕度、氣溶膠等的干擾，設(shè)備升級(jí)簡(jiǎn)便快速，軟件操作方便，能滿足實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)需要。

3.2水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及相關(guān)專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)組成的綜合性在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中心站控制室可以隨時(shí)取得各子站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，可以打印輸出目、周、月、季、年平均數(shù)據(jù)及最大、最小值等各種監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告及圖表，并可輸入中心數(shù)據(jù)庫(kù)。還可以上網(wǎng)收集并長(zhǎng)期存儲(chǔ)制定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及各種環(huán)境運(yùn)行資料以備檢索。每個(gè)子站是一個(gè)獨(dú)立完整的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括：采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心、監(jiān)測(cè)站房。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在歐洲、美國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)均由專業(yè)廠商生產(chǎn)，目前，比較成熟的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：水溫、PH值、溶解氧、電導(dǎo)氯、濁度、氧化還原電位、流速和水位等。