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便攜式快速分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
　　韓佳真   田雋    陳鵬
　?。ū本┦形鞒菂^(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站  北京 100035）

　　摘要：根據(jù)環(huán)境突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)需要，通過(guò)采用便攜式快速分析儀對(duì)環(huán)境中污染物進(jìn)行定性定量分析，現(xiàn)場(chǎng)快速得出結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞：應(yīng)急監(jiān)測(cè)，快速，定性定量，氣相色譜
　　一、概述
　?。ㄒ唬?span lang="EN-US"> 儀器簡(jiǎn)介
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境狀況日益復(fù)雜，污染物種類繁多，對(duì)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力要求越來(lái)越高。在現(xiàn)有的應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器中，存在著體積大，檢測(cè)項(xiàng)目單 一，數(shù)據(jù)處理滯后等問(wèn)題。便攜式快速分析儀（圖一），簡(jiǎn)稱電子鼻（zNose），采用快速氣相色譜技術(shù)對(duì)混合物進(jìn)行分離，化合物從色譜柱依次流出后，被表 面聲波檢測(cè)器（SAW）檢測(cè)到，在電腦上顯示分析圖以及全貌指紋圖譜，能對(duì)數(shù)百種揮發(fā)性半揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行定性定量分析。
　　電子鼻是基于快速毛細(xì)管色譜技術(shù)與高靈敏的聲學(xué)傳感器及氣體指紋圖譜技術(shù)相結(jié)合的一種高科技產(chǎn)品。這種技術(shù)檢測(cè)速度快，靈敏度高，檢出限低，且定性定量準(zhǔn)確。氣體樣品可以直接進(jìn)行測(cè)定，對(duì)于液體或土壤樣品，可使用的附件解析出樣品蒸汽再通過(guò)吸附和解析的方式導(dǎo)入進(jìn)樣口，然后通過(guò)色譜柱分離后到達(dá)表 面聲波檢測(cè)器進(jìn)行定性定量分析。

　?。ǘ┛焖贇庀嗌V電子鼻技術(shù)
　　圖2是一種使用表面聲波檢測(cè)儀的新型快速氣相色譜系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括加熱槽， 氣體預(yù)濃縮器，可程序升溫的氣相色譜柱，以及SAW檢測(cè)器。表面聲波檢測(cè)儀的靈敏度相當(dāng)高，可以檢測(cè)到pg級(jí)的濃度。系統(tǒng)的進(jìn)樣口可以直接吸收環(huán)境空氣，土壤樣品中釋放的氣體或液體樣品中的頂空蒸汽。樣品在石英晶體表面冷凝和蒸發(fā)使表面聲波檢測(cè)儀產(chǎn)生不同的頻率。

　　圖3是檢測(cè)器頻率圖、色譜圖以及指紋圖譜。在分析開(kāi)始和結(jié)束, 作出0度或90度的時(shí)間輻射圖就得到了這個(gè)圖。下面的圖是頻率圖，上面的圖是衍生（色譜）圖，它們的色譜峰是相似的。SAW檢測(cè)儀測(cè)量的是色譜峰的積分，因此也被稱為積分檢測(cè)儀。 

　　快速色譜的檢測(cè)為10秒，峰寬為百萬(wàn)分之幾秒，保留時(shí)間在百萬(wàn)分之二十秒之內(nèi)。因此，500個(gè)傳感器可以在10秒鐘內(nèi)依次進(jìn)行記錄。傳感器響應(yīng)信號(hào)的重合減少到zui小。這種特性決定了可以使用標(biāo)準(zhǔn)混合品來(lái)保證很低的檢出限水平。
　 　傳感器隨輻射角的信號(hào)或衍生信號(hào)的時(shí)間坐標(biāo)和電子鼻的譜圖識(shí)別的算法。表面聲波檢測(cè)儀檢測(cè)石英表面凝結(jié)（和蒸發(fā)）的組分的量，它的頻率會(huì)對(duì)凝結(jié)的單一組分量的量作出響應(yīng)。表面聲波晶體是*的積分型GC檢測(cè)儀，檢測(cè)器的衍生信號(hào)只是用來(lái)確定保留時(shí)間的。由傳感器頻率可以確定被測(cè)組分含量。

　　二、快速分析儀在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
　?。ㄒ唬┈F(xiàn)場(chǎng)有毒有害氣體快速應(yīng)急監(jiān)測(cè)
　　現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，電子鼻能夠分析有毒有害揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），如苯，甲苯，乙苯及二甲苯等，還可以對(duì)半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs），如萘等進(jìn)行 分析，分析時(shí)間少于10秒，其定量可到ppb級(jí)。電子鼻能夠幫助監(jiān)測(cè)人員在現(xiàn)場(chǎng)快速得到環(huán)境中的氣體組成。對(duì)復(fù)雜氣體，可以通過(guò)它們的特定的圖譜形狀 對(duì)進(jìn)行辨識(shí)。嗅覺(jué)譜圖將嗅覺(jué)響應(yīng)轉(zhuǎn)化為視覺(jué)響應(yīng)。操作人員和計(jì)算機(jī)都可以通過(guò)專業(yè)譜圖庫(kù)對(duì)視覺(jué)譜圖進(jìn)行分析和辨識(shí)。圖4是一個(gè)10秒鐘的色譜圖，從中可以 看出SAW檢測(cè)器吸附和解析的速度是很快的。通過(guò)保留時(shí)間可以識(shí)別各種成分。
 

　　（二）水中有機(jī)污染物的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)
　　河流、湖泊中也有水污染的問(wèn)題。例如游船漏油或舉行水上活動(dòng)時(shí)都會(huì)污染水質(zhì)。電子鼻能夠在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)污染物定性定量測(cè)量。如圖5所示，用電子鼻來(lái)檢測(cè)水中 芳香族化合物（PHA）含量。指紋譜圖可以顯示污染物的特征。把電子鼻隨船帶到水面上，為使檢測(cè)結(jié)果有意義，在GC/SAW分析儀上接有GPS接收器，這 樣就可以同時(shí)記錄取樣地點(diǎn)了。電子鼻的軟件可以使GPS接收器的信息得以顯示，這樣每次分析的結(jié)果就包含了檢測(cè)的時(shí)間，緯度和經(jīng)度。生成的表格里會(huì)顯示濃 度，緯度和經(jīng)度。用電子鼻和GPS接收器可以繪制化學(xué)濃度的空間坐標(biāo)圖，可對(duì)污染狀況實(shí)地檢測(cè)。圖6中用紅色的圓點(diǎn)來(lái)表示濃度。zui大的圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是zui高的 PHA濃度。

　?。ㄈ┘佑驼究偸蜔N（TPH）的檢測(cè)
　　石油碳?xì)浠衔锸窃斐纱髿夂偷叵滤廴镜闹饕蛑?。石油在?chǔ)存和使用過(guò)程中發(fā)生泄漏，就會(huì)造成污染。大量的地下儲(chǔ)油罐常常成為污染源。發(fā)生泄漏的地方需要花費(fèi)大量資金清除那些碳?xì)浠衔铩ｋ娮颖潜O(jiān)測(cè)方法符合美國(guó)EPA方法，用它進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可以節(jié)省大量資金。電子鼻被用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)對(duì)加油站中的泄漏有機(jī)污染物的檢測(cè)。圖7是加油站有機(jī)物的色譜圖。
 

　　三、結(jié)論
　　電子鼻為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供了新的技術(shù)。具有簡(jiǎn)單、便攜、快速的特點(diǎn)。儀器和軟件易于操作和使用，手持或車(chē)載均可帶至現(xiàn)場(chǎng)做應(yīng)急監(jiān)測(cè)分析，并且分析時(shí)間短，出具結(jié)果快。它能夠作出含有數(shù)百種化學(xué)組分的混合氣體的高確定性譜圖。與此同時(shí)，電子鼻可以對(duì)各種氣味中的化合物定量。正是這種通用性使它可以被 用于各種不同環(huán)境領(lǐng)域。揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）的zui低檢出限通常為ppb級(jí)，對(duì)半揮發(fā)性化合物（Semi-VOC）的檢出限為1pg，ppt級(jí)。SAW檢 測(cè)器具有很高的靈敏度，適用于多種氣體檢測(cè)，穩(wěn)定性好，是目前zui靈敏的GC檢測(cè)器。電子鼻是非常有用的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工具，與氣相色譜相比，具有更強(qiáng)的靈活性，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需標(biāo)定，內(nèi)存專業(yè)譜圖庫(kù)，在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合《危險(xiǎn)化學(xué)品信息查詢系統(tǒng)》的使用，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污染物種類、濃度、毒性、影響范圍做出快速分析判斷，為環(huán)境污染事 故現(xiàn)場(chǎng)決策提供依據(jù)，較好的適用于環(huán)境突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作。

　　參考文獻(xiàn)：1、李國(guó)剛 環(huán)境化學(xué)污染事故檢測(cè)技術(shù)與裝備 化學(xué)工業(yè)出版社 2005-9-1
　　2、國(guó)家* 增強(qiáng)環(huán)境污染源事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力 2006-6-24
　　3、曲格平 環(huán)境保護(hù)知識(shí)讀本 北京紅旗出版社 1999-6