張欣欣

【摘 要】論文針對(duì)水質(zhì)的分析檢測(cè)方法做了詳細(xì)的介紹，并對(duì)這些檢測(cè)方法進(jìn)行系統(tǒng)的比較和總結(jié)。介紹了水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法，并討論了水質(zhì)分析方法的發(fā)展方向及前景。

【Abstract】In this paper， the water quality analysis and detection methods are introduced in detail ，and systematic comparison and summary of these methods are given.The paper also introduces the methods of water quality evaluation，and discusses the development trend and prospect of it.

【關(guān)鍵詞】水質(zhì)；分析；模型；評(píng)價(jià)；化學(xué)計(jì)量學(xué)

【Keywords】water quality ；analysis； model； evaluation ；chemometrics

【中圖分類(lèi)號(hào)】X8 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0098-02

1 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，人們的生活水平越來(lái)越高，但是人類(lèi)在自身發(fā)展的同時(shí)，卻忽視了對(duì)周?chē)h(huán)境的保護(hù)，因此對(duì)環(huán)境造成了不同程度的破壞，其中就包括水資源的破壞。水質(zhì)的好壞直接決定了人們的生活質(zhì)量和社會(huì)的穩(wěn)定，目前水資源供需緊張的狀況越來(lái)越嚴(yán)重，因此如何快速準(zhǔn)確地檢測(cè)分析水質(zhì)，對(duì)于水資源的節(jié)約、保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用有著重要的意義，同時(shí)也對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

2 水質(zhì)分析概述

水質(zhì)是水質(zhì)水體質(zhì)量的簡(jiǎn)稱，包括水體的物理特性（如色度、濁度、臭味等）、化學(xué)特性（無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的含量）和生物特性（細(xì)菌、微生物、浮游生物、底棲生物）及其組成狀況。水質(zhì)檢測(cè)，即用化學(xué)和物理方法測(cè)定水中各種化學(xué)成分的含量，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類(lèi)、氰化物等以及其他可以代表反映本地區(qū)主要水質(zhì)問(wèn)題的項(xiàng)目。

3 水質(zhì)分析方法

3.1 感觀法

這種方法是檢測(cè)人員根據(jù)所采集到的水樣的顏色和透明度來(lái)判斷水各項(xiàng)指標(biāo)的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作快速簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是受主觀影響大，即每個(gè)人的主觀感受不一樣，因此不同的檢測(cè)人員測(cè)出的數(shù)據(jù)之間可能存在較大差異，這會(huì)直接影響到分析結(jié)果。

3.2 化學(xué)分析法

化學(xué)分析法主要用于一般的水質(zhì)檢測(cè)中，常用的方法有：①酸堿滴定法。即酸堿中合法，分析人員通過(guò)向水樣中滴入酸堿指示劑來(lái)對(duì)水資源中的pH值強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定和測(cè)量。②絡(luò)合滴定法。該方法主要是通過(guò)生成絡(luò)合物的反應(yīng)對(duì)水樣進(jìn)行滴定分析，生成過(guò)程中，要控制絡(luò)合反應(yīng)的速度，保證絡(luò)合物形成的過(guò)程穩(wěn)定，然后再對(duì)滴定的化學(xué)計(jì)量進(jìn)行確定。③沉淀滴定法。沉淀滴定法就是通過(guò)生成沉淀物的反應(yīng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析，該方法要求是在能夠反應(yīng)的水質(zhì)中，并且不是所有的沉淀能夠進(jìn)行滴定分析的條件下才能進(jìn)行氧化還原滴定法。氧化還原滴定法主要是以氧化反應(yīng)作為滴定的基礎(chǔ)，采用該方法時(shí)要注意水中物質(zhì)反應(yīng)速度的快慢[1]。

3.3 儀器分析法

①色譜法，它的原理是利用不同物質(zhì)在固定相中的分配比不同來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析的。根據(jù)固定相的不同，又可以為氣相色譜[2]、液相色譜和離子色譜。這三種色譜檢測(cè)方法的特點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確、高效。氣相色譜主要用于檢測(cè)水中的有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)化學(xué)污染物及硒、鈹、銅等微量金屬元素；離子色譜一般用于測(cè)定飲用水中的Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Mg2+ 、Ca2+等多種陰離子。房健等人用氣相色譜法來(lái)檢測(cè)地表水水質(zhì)中的多種有機(jī)物種類(lèi)和含量，蘇宇亮、方黎等人采用離子色譜法來(lái)檢測(cè)飲用水中的多種陰離子，其均取得了較為精確的結(jié)果。

②光譜法。根據(jù)光源的不同，光譜法又可分為以下幾種：

第一，紫外光譜吸收法，即基于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紫外光的吸收來(lái)測(cè)定物質(zhì)成分和含量的方法。該方法具有實(shí)時(shí)快速、操作便攜、準(zhǔn)確度高、無(wú)二次污染、成本低等特點(diǎn)。

第二， 紅外光譜吸收法，其原理是利用所檢測(cè)水樣中的不同成分在紅外波段具有不同的吸收特征。利用該方法，需要在檢測(cè)時(shí)要對(duì)水樣進(jìn)行前處理。

第三，熒光光譜法，即根據(jù)物質(zhì)分子在特定波長(zhǎng)光（如紫外光）照射下可在瞬間發(fā)射出比激發(fā)光光波更長(zhǎng)的熒光，熒光光譜輻射峰的波長(zhǎng)與強(qiáng)度包含許多有關(guān)所測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與電子狀態(tài)的信息，這些信息都是物質(zhì)所特有的，因此可以利用物質(zhì)的熒光光譜對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析。

第四， 拉曼光譜法。當(dāng)頻率為V0的單色光入射到物質(zhì)以后，物質(zhì)中的分子會(huì)對(duì)入射光產(chǎn)生散射，散射光的頻率為V0 ± △V，波長(zhǎng)的偏移△V 與物質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。與傳統(tǒng)水質(zhì)分析方法相比，使用拉曼光譜進(jìn)行水質(zhì)分析時(shí)，樣品無(wú)需制備并且無(wú)損耗，可以同時(shí)測(cè)試樣品中的多種成分，樣品用量少，靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量、實(shí)時(shí)測(cè)量與分析[3] 。

③質(zhì)譜法，即利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)將運(yùn)動(dòng)的離子按它們的質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測(cè)的方法。由于核素的準(zhǔn)確質(zhì)量是一個(gè)多位小數(shù)，且每個(gè)核素的質(zhì)量是唯一的，另外絕不會(huì)有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍，所以只要測(cè)出離子的準(zhǔn)確質(zhì)量即可確定離子的化合物組成。該方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)范圍廣，靈敏度高，分析速度快，但是也有解譜困難、定量分析時(shí)誤差較大等缺點(diǎn)。另外，質(zhì)譜又有電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）、場(chǎng)解吸附質(zhì)譜（FD-MS）、快原子轟擊質(zhì)譜（FAB-MS）、基質(zhì)輔助激光解吸附飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOFMS）和電子噴霧質(zhì)譜（ESI-MS）等等。

一般情況下，這些常規(guī)的方法可以滿足檢測(cè)工作的需要，但是，由于水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)常存在復(fù)雜的非線性關(guān)系， 并且在檢測(cè)時(shí)可能存在背景干擾，這些因素都會(huì)直接影響到測(cè)量和分析的結(jié)果。因此，當(dāng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，就可以采用化學(xué)計(jì)量學(xué)建模來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理，以克服這些缺點(diǎn)。

4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 評(píng)價(jià)方法

常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子污染指數(shù)法和多項(xiàng)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)法。前者是將某一參數(shù)的實(shí)測(cè)濃度代表值與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，判斷水質(zhì)的優(yōu)劣，這是目前使用最多的水質(zhì)評(píng)價(jià)法；后者則是把選用的若干參數(shù)綜合成一個(gè)概括的指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)，又稱指數(shù)評(píng)價(jià)法。

由于水質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)多，數(shù)據(jù)龐大，并且各數(shù)據(jù)之間可能還會(huì)相互影響，因此單一的、較為簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)方法很可能無(wú)法準(zhǔn)確、真實(shí)地反應(yīng)水體的質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)計(jì)量學(xué)及其衍生出來(lái)的統(tǒng)計(jì)分析軟件在各學(xué)科領(lǐng)域也逐漸普及開(kāi)來(lái)，其中就包括水質(zhì)評(píng)價(jià)[4]。目前使用比較多的有主成分分析法、聚類(lèi)分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法和多元統(tǒng)計(jì)分析法等，這些分析方法在強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下，能夠克服上述常規(guī)方法的缺點(diǎn)，有效地提取并分析數(shù)據(jù)信息，從而減少原始數(shù)據(jù)的損失，快速、準(zhǔn)確地給出評(píng)價(jià)結(jié)果。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

水環(huán)境是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，充滿了不確定因素，并且處于時(shí)時(shí)變化的狀態(tài)，而現(xiàn)有的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法都是針對(duì)某一時(shí)間點(diǎn)的分析，那么這些因素就會(huì)給分析工作帶來(lái)困難。另外，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，其對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高，這將會(huì)給水質(zhì)分析工作帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，以此為基礎(chǔ)的通訊、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和地理信息技術(shù)也在飛速發(fā)展[5] ，由此可以看出，各學(xué)科之間不再是獨(dú)立分離的狀態(tài)，而是相互滲透、相互融合，共同發(fā)展，因此，水質(zhì)分析評(píng)價(jià)技術(shù)的前景也將更加廣闊。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水質(zhì)檢測(cè)分析工作不是簡(jiǎn)單的一門(mén)學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展需要眾多學(xué)科的共同支持。與此同時(shí)，隨著人們對(duì)水資源和環(huán)境的關(guān)注度日益提高，水質(zhì)分析評(píng)價(jià)這一工作有待進(jìn)一步探索研究和發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王江.馮巖淺談水質(zhì)分析的方法及儀器[J].化工管理，2014（7）：146-147.

【2】房健.氣相色譜在地表水水質(zhì)分析中的應(yīng)用[J].新疆水利，2008（3）：12-16.

【3】王 燕，李和平.拉曼光譜在水質(zhì)分析中的應(yīng)用進(jìn)展[J].地球與環(huán)境，2014（2）：260-263.

【4】S. Behmel ， M. Damour ， R. Ludwig ， M.J. Rodriguez.Water quality monitoring strategies—A review and future perspectives[J].Science of the Total Environment，2016（3）：1312-1329.

【5】LA Sprague，GP Oelsner ，DM Argue.Challenges with secondary use of multi-source water-quality data in the United States[J].Water Research，2017（110）：252-261.