1　緒論

1.1　環(huán)境分析、儀器分析與環(huán)境儀器分析

人們?yōu)榱苏J(rèn)識、評價(jià)、改造和控制環(huán)境，必須了解引起環(huán)境質(zhì)量變化的原因，這就要對環(huán)境的各組成部分，特別是對危害大的污染物的性質(zhì)、來源、含量及其分布狀態(tài)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查和分析。應(yīng)用分析化學(xué)的方法和技術(shù)研究環(huán)境中污染物的種類和成分，并對它們進(jìn)行定性和定量分析，逐步形成了一門新的分支學(xué)科——環(huán)境分析化學(xué)，或簡稱環(huán)境分析。

環(huán)境分析研究的對象是環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)，它們具有以下特點(diǎn)。

（1）種類繁多　這是由于污染物化學(xué)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(fù)雜　人類生產(chǎn)與社會活動和自然的生物代謝過程不斷向周圍環(huán)境排放各種有害化合物，環(huán)境樣品中往往含有數(shù)十種至數(shù)百種不同化合物。因此環(huán)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(nóng)業(yè)和生活排放的污染物，大多是組分復(fù)雜的體系。例如一個水樣往往同時含有無機(jī)物、有機(jī)物和生物體。一般被認(rèn)為“清潔”的自來水，僅因?yàn)橛寐认径a(chǎn)生的有機(jī)氯化合物，目前已鑒定出約300種之多。

環(huán)境污染物的復(fù)雜性，還表現(xiàn)在它存在的價(jià)態(tài)和形態(tài)也是多種多樣的。例如汞在水中可以呈單質(zhì)汞或汞離子，還有無機(jī)汞經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化的有機(jī)汞，如甲基汞。

（3）樣品組分的穩(wěn)定性較差、變異性較大　環(huán)境樣品的很多組分往往是不穩(wěn)定的。除了與污染物固有的物理、化學(xué)和生物化學(xué)的特性有關(guān)外，還由于樣品組分復(fù)雜，各污染物間會發(fā)生相互作用以及污染物在各環(huán)境介質(zhì)中不斷發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，加上樣品采集、轉(zhuǎn)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(fā)生變化。

（4）含量低　環(huán)境分析化學(xué)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(xué)物質(zhì)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(xué)物質(zhì)對環(huán)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(chǎn)生毒效應(yīng)的濃度范圍低，而且化學(xué)污染物的性質(zhì)不同，其毒性特性和化學(xué)行為就不同，環(huán)境分析不僅要測定化學(xué)污染物的總量，還要測定其不同的形態(tài)。顯然，化學(xué)物質(zhì)形態(tài)的含量比其總量更低。

環(huán)境分析的一項(xiàng)重要任務(wù)就是對污染物的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)分析研究污染物的形成過程、反應(yīng)機(jī)制、污染效應(yīng)。事實(shí)表明，化學(xué)污染物的狀態(tài)、結(jié)構(gòu)決定它在環(huán)境中的特性，不同狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的污染物對動植物和人體毒性也不同。這對制定環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定治理措施、監(jiān)測污染狀況均有重要的理論和實(shí)際意義。

環(huán)境分析的任務(wù)是復(fù)雜物質(zhì)的分析，要求連續(xù)的快速分析，又是痕量、超痕量的分析，這要求分析方法和監(jiān)測儀器具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、高選擇性和高分辨率等性能，并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和計(jì)算機(jī)化的目標(biāo)。

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

儀器分析是以物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，探求這些性質(zhì)在分析過程中所產(chǎn)生分析信號與被分析物質(zhì)組成的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律，進(jìn)而對其進(jìn)行定性、定量、形態(tài)和結(jié)構(gòu)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(xí)慣上稱為儀器分析。儀器分析是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分，其應(yīng)用已滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等各個領(lǐng)域，是生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、食品科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的重要研究手段。與化學(xué)分析相比，儀器分析具有如下特點(diǎn)。

①靈敏度高，檢測下限低，試樣用量少。如樣品用量由化學(xué)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(diào)整測定條件，使共存的組分測定時，相互不產(chǎn)生干擾，簡化了分離過程。

③操作簡單，分析速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動化。

④相對誤差高。

由于環(huán)境樣品與儀器分析的上述特點(diǎn)以及環(huán)境分析任務(wù)的復(fù)雜性和特殊性，與化學(xué)分析相比，儀器分析更能滿足環(huán)境分析的要求，是環(huán)境分析化學(xué)的主要發(fā)展方向。特別是新的儀器分析方法不斷出現(xiàn)，其應(yīng)用也日益廣泛，使儀器分析在環(huán)境分析化學(xué)中所起的作用不斷增大，并成為現(xiàn)代環(huán)境分析的重要支柱。在環(huán)境分析中，儀器分析已成為研究污染物的組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、分布、含量及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等所必需的手段。

環(huán)境儀器分析是環(huán)境科學(xué)中的儀器分析，是環(huán)境化學(xué)與分析化學(xué)的重要分支，是儀器分析與化學(xué)相交叉的一門邊緣學(xué)科，即利用儀器分析的手段對環(huán)境樣品進(jìn)行分析的學(xué)科。環(huán)境儀器分析是開展環(huán)境污染物環(huán)境行為、歸宿、生態(tài)效應(yīng)和污染生態(tài)環(huán)境修復(fù)、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、環(huán)境管理、環(huán)境監(jiān)測以及廢物減量化、資源化、清潔生產(chǎn)等環(huán)境科學(xué)研究不可缺少的基礎(chǔ)和手段。