1　緒論

1.1　環境分析、儀器分析與環境儀器分析

人們為了認識、評價、改造和控制環境，必須了解引起環境質量變化的原因，這就要對環境的各組成部分，特別是對危害大的污染物的性質、來源、含量及其分布狀態進行細致的調查和分析。應用分析化學的方法和技術研究環境中污染物的種類和成分，并對它們進行定性和定量分析，逐步形成了一門新的分支學科——環境分析化學，或簡稱環境分析。

環境分析研究的對象是環境中的化學物質，它們具有以下特點。

（1）種類繁多　這是由于污染物化學物種的多樣化，樣品來源廣泛，有空氣、水（包括地表水、地下水、海水、排放廢水）、沉淀物、土壤、固體廢渣、生物體及其代謝物。

（2）樣品的組分復雜　人類生產與社會活動和自然的生物代謝過程不斷向周圍環境排放各種有害化合物，環境樣品中往往含有數十種至數百種不同化合物。因此環境分析的樣品，不論是取自大氣、水體、土壤和生物，還是來自工農業和生活排放的污染物，大多是組分復雜的體系。例如一個水樣往往同時含有無機物、有機物和生物體。一般被認為“清潔”的自來水，僅因為用氯消毒而產生的有機氯化合物，目前已鑒定出約300種之多。

環境污染物的復雜性，還表現在它存在的價態和形態也是多種多樣的。例如汞在水中可以呈單質汞或汞離子，還有無機汞經微生物轉化的有機汞，如甲基汞。

（3）樣品組分的穩定性較差、變異性較大　環境樣品的很多組分往往是不穩定的。除了與污染物固有的物理、化學和生物化學的特性有關外，還由于樣品組分復雜，各污染物間會發生相互作用以及污染物在各環境介質中不斷發生遷移和轉化，加上樣品采集、轉移、儲存和分離過程中試劑、容器的沾污，都可能使樣品組分的含量發生變化。

（4）含量低　環境分析化學所研究的對象含量低是由于以下兩個方面的原因：①大氣、水、土壤及生物體中化學物質的本底水平（背景值）含量極微，一般都屬于痕量（10^-9～10^-6g）和超痕量（10^-12～10^-9g）分析，而了解化學物質對環境的污染程度必須對其本底值有所了解；②某些污染元素和化合物產生毒效應的濃度范圍低，而且化學污染物的性質不同，其毒性特性和化學行為就不同，環境分析不僅要測定化學污染物的總量，還要測定其不同的形態。顯然，化學物質形態的含量比其總量更低。

環境分析的一項重要任務就是對污染物的狀態或結構進行分析。結構分析研究污染物的形成過程、反應機制、污染效應。事實表明，化學污染物的狀態、結構決定它在環境中的特性，不同狀態和結構的污染物對動植物和人體毒性也不同。這對制定環境保護標準、規定治理措施、監測污染狀況均有重要的理論和實際意義。

環境分析的任務是復雜物質的分析，要求連續的快速分析，又是痕量、超痕量的分析，這要求分析方法和監測儀器具有高靈敏度、高準確度、高選擇性和高分辨率等性能，并達到標準化、自動化和計算機化的目標。

但是，環境分析多局限于化學分析方法，對于微量、常量及高含量組分的測定，化學分析具有準確度高、相對誤差小的優點，但對痕量組分的測定，其靈敏度、檢出限等都很難達到要求，而且一般的化學分析都比較費時，也難以滿足大批量樣品的分析。研究環境污染物的性質、來源、含量、分布狀態和環境背景值，方法應有靈敏度高、準確、精密、選擇性好、操作簡便和連續自動的特點，單純的化學分析難以滿足這些要求，為了彌補環境分析中化學分析的不足，分析化學家和環境科學工作者進一步研究和發展了許多物理和物理化學的測定方法和儀器，即儀器分析。

儀器分析是以物質的物理或物理化學性質為基礎，探求這些性質在分析過程中所產生分析信號與被分析物質組成的內在關系和規律，進而對其進行定性、定量、形態和結構分析的一類測定方法。由于這類方法通常需要使用較特殊的分析儀器，故習慣上稱為儀器分析。儀器分析是現代分析化學的重要組成部分，其應用已滲透到工業、農業、國防等各個領域，是生命科學、環境科學、材料科學、食品科學等學科領域的重要研究手段。與化學分析相比，儀器分析具有如下特點。

①靈敏度高，檢測下限低，試樣用量少。如樣品用量由化學分析的mL、mg級降低到μL、μg級，甚至更低，它比較適用于微量、痕量和超痕量成分的測定。

②選擇性好。很多儀器方法可以通過選擇和調整測定條件，使共存的組分測定時，相互不產生干擾，簡化了分離過程。

③操作簡單，分析速度快，易于實現自動化。

④相對誤差高。

由于環境樣品與儀器分析的上述特點以及環境分析任務的復雜性和特殊性，與化學分析相比，儀器分析更能滿足環境分析的要求，是環境分析化學的主要發展方向。特別是新的儀器分析方法不斷出現，其應用也日益廣泛，使儀器分析在環境分析化學中所起的作用不斷增大，并成為現代環境分析的重要支柱。在環境分析中，儀器分析已成為研究污染物的組成、結構、形態、分布、含量及其遷移轉化規律等所必需的手段。

環境儀器分析是環境科學中的儀器分析，是環境化學與分析化學的重要分支，是儀器分析與化學相交叉的一門邊緣學科，即利用儀器分析的手段對環境樣品進行分析的學科。環境儀器分析是開展環境污染物環境行為、歸宿、生態效應和污染生態環境修復、環境質量評價、環境管理、環境監測以及廢物減量化、資源化、清潔生產等環境科學研究不可缺少的基礎和手段。