水質(zhì)分析評價方法的研究現(xiàn)狀及趨勢探討

張欣欣

【摘 要】論文針對水質(zhì)的分析檢測方法做了詳細的介紹，并對這些檢測方法進行系統(tǒng)的比較和總結(jié)。介紹了水質(zhì)評價的方法，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.

【關鍵詞】水質(zhì)；分析；模型；評價；化學計量學

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

【中圖分類號】X8 【文獻標志碼】B 【文章編號】1673-1069（2017）05-0098-02

1 引言

隨著社會發(fā)展，人們的生活水平越來越高，但是人類在自身發(fā)展的同時，卻忽視了對周圍環(huán)境的保護，因此對環(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)量和社會的穩(wěn)定，目前水資源供需緊張的狀況越來越嚴重，因此如何快速準確地檢測分析水質(zhì)，對于水資源的節(jié)約、保護和開發(fā)利用有著重要的意義，同時也對社會可持續(xù)發(fā)展起到一定的促進作用。

2 水質(zhì)分析概述

水質(zhì)是水質(zhì)水體質(zhì)量的簡稱，包括水體的物理特性（如色度、濁度、臭味等）、化學特性（無機物和有機物的含量）和生物特性（細菌、微生物、浮游生物、底棲生物）及其組成狀況。水質(zhì)檢測，即用化學和物理方法測定水中各種化學成分的含量，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物等以及其他可以代表反映本地區(qū)主要水質(zhì)問題的項目。

3 水質(zhì)分析方法

3.1 感觀法

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

3.2 化學分析法

化學分析法主要用于一般的水質(zhì)檢測中，常用的方法有：①酸堿滴定法。即酸堿中合法，分析人員通過向水樣中滴入酸堿指示劑來對水資源中的pH值強度進行測定和測量。②絡合滴定法。該方法主要是通過生成絡合物的反應對水樣進行滴定分析，生成過程中，要控制絡合反應的速度，保證絡合物形成的過程穩(wěn)定，然后再對滴定的化學計量進行確定。③沉淀滴定法。沉淀滴定法就是通過生成沉淀物的反應對水質(zhì)進行分析，該方法要求是在能夠反應的水質(zhì)中，并且不是所有的沉淀能夠進行滴定分析的條件下才能進行氧化還原滴定法。氧化還原滴定法主要是以氧化反應作為滴定的基礎，采用該方法時要注意水中物質(zhì)反應速度的快慢[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對物質(zhì)進行分析的。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。這三種色譜檢測方法的特點是快速、準確、高效。氣相色譜主要用于檢測水中的有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、有機化學污染物及硒、鈹、銅等微量金屬元素；離子色譜一般用于測定飲用水中的Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Mg2+ 、Ca2+等多種陰離子。房健等人用氣相色譜法來檢測地表水水質(zhì)中的多種有機物種類和含量，蘇宇亮、方黎等人采用離子色譜法來檢測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)對不同波長的紫外光的吸收來測定物質(zhì)成分和含量的方法。該方法具有實時快速、操作便攜、準確度高、無二次污染、成本低等特點。

第二， 紅外光譜吸收法，其原理是利用所檢測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，需要在檢測時要對水樣進行前處理。

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)光光波更長的熒光，熒光光譜輻射峰的波長與強度包含許多有關所測目標物質(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)的熒光光譜對物質(zhì)進行定性、定量分析。

第四， 拉曼光譜法。當頻率為V0的單色光入射到物質(zhì)以后，物質(zhì)中的分子會對入射光產(chǎn)生散射，散射光的頻率為V0 ± △V，波長的偏移△V 與物質(zhì)分子的化學結(jié)構(gòu)有關。與傳統(tǒng)水質(zhì)分析方法相比，使用拉曼光譜進行水質(zhì)分析時，樣品無需制備并且無損耗，可以同時測試樣品中的多種成分，樣品用量少，靈敏度高，可以實現(xiàn)遠程測量、實時測量與分析[3] 。

③質(zhì)譜法，即利用電場和磁場將運動的離子按它們的質(zhì)荷比分離后進行檢測的方法。由于核素的準確質(zhì)量是一個多位小數(shù)，且每個核素的質(zhì)量是唯一的，另外絕不會有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍，所以只要測出離子的準確質(zhì)量即可確定離子的化合物組成。該方法的優(yōu)點是檢測范圍廣，靈敏度高，分析速度快，但是也有解譜困難、定量分析時誤差較大等缺點。另外，質(zhì)譜又有電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）、場解吸附質(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工作的需要，但是，由于水質(zhì)的各項指標常存在復雜的非線性關系， 并且在檢測時可能存在背景干擾，這些因素都會直接影響到測量和分析的結(jié)果。因此，當對水質(zhì)進行檢測時，就可以采用化學計量學建模來對數(shù)據(jù)進行前處理，以克服這些缺點。

4 水質(zhì)評價方法及發(fā)展趨勢

4.1 評價方法

常用的水質(zhì)評價方法有單因子污染指數(shù)法和多項參數(shù)綜合評價法。前者是將某一參數(shù)的實測濃度代表值與水質(zhì)標準對比，判斷水質(zhì)的優(yōu)劣，這是目前使用最多的水質(zhì)評價法；后者則是把選用的若干參數(shù)綜合成一個概括的指數(shù)來評價水質(zhì)，又稱指數(shù)評價法。

由于水質(zhì)的評價指標多，數(shù)據(jù)龐大，并且各數(shù)據(jù)之間可能還會相互影響，因此單一的、較為簡單的評價方法很可能無法準確、真實地反應水體的質(zhì)量。隨著計算機技術的發(fā)展，化學計量學及其衍生出來的統(tǒng)計分析軟件在各學科領域也逐漸普及開來，其中就包括水質(zhì)評價[4]。目前使用比較多的有主成分分析法、聚類分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡分析法和多元統(tǒng)計分析法等，這些分析方法在強大的計算機技術支持下，能夠克服上述常規(guī)方法的缺點，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、準確地給出評價結(jié)果。

4.2 發(fā)展趨勢

水環(huán)境是一個開放的系統(tǒng)，充滿了不確定因素，并且處于時時變化的狀態(tài)，而現(xiàn)有的檢測評價方法都是針對某一時間點的分析，那么這些因素就會給分析工作帶來困難。另外，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，其對水質(zhì)的要求也越來越高，這將會給水質(zhì)分析工作帶來更大的挑戰(zhàn)。

計算機技術發(fā)展日新月異，以此為基礎的通訊、自動化監(jiān)測技術和地理信息技術也在飛速發(fā)展[5] ，由此可以看出，各學科之間不再是獨立分離的狀態(tài)，而是相互滲透、相互融合，共同發(fā)展，因此，水質(zhì)分析評價技術的前景也將更加廣闊。

5 結(jié)語

綜上所述，水質(zhì)檢測分析工作不是簡單的一門學科領域，它的發(fā)展需要眾多學科的共同支持。與此同時，隨著人們對水資源和環(huán)境的關注度日益提高，水質(zhì)分析評價這一工作有待進一步探索研究和發(fā)展。

【參考文獻】

【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)分析中的應用進展[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.