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如何监测水环境中有机污染物? 【网络研讨会--环境有机污染物研究新进展】

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水环境中的有机污染物进行监测是我国环境监测领域的重要部分,所得的监测分析结果可为水环境污染的治理与水质改善提供依据。今天咱们就对水环境中有机污染物的监测展开来分析,希望能对做环境监测的小伙伴有所帮助。
水是人类赖以生存的基础资源之一,不止人需要水,动物和植物同样离不开水,所以保护水资源环境不受污染显得尤为重要。在地球上,水占70%以上,而淡水仅占总水量的2.7%左右,且绝大部分为深度在地下750m以下的地下水,能够被利用的淡水资源相对较少,主要为河流、湖泊等水环境中的淡水资源以及埋深较浅的地下水资源,仅为淡水总量的1%左右,并且还有不断减少的趋势。如果水环境遭到有机物污染,则会对利用造成影响。
水环境中有机污染物的主要来源
有机污染物可细分为天然和人工合成两大类,二者的形成原因有所区别。其中,天然有机物是自然循环的代谢产物,比较常见的有藻类、木质素以及腐殖质等。部分有毒有害的污染物会将天然有机物作为附着的载体,它们借助地面径流进入水环境中。而人工合成类有机物的种类要远远多于天然类,这部分有机物会通过各种生产活动及人类的日常生活进入水环境中,从而对河流水系、地下水造成污染。水环境有机污染物的主要来源为工业生产过程中排放的废水、生活污水、农药残留等。有机污染物进入水体,不但会对水环境造成污染,而且会对自然生态环境的平衡造成严重破坏。
有机污染物的特点及危害
水环境中的有机污染物具有如下特点:污染源比较多,分布范围广,污染物成分十分复杂且种类较多。大量污染源通过多种途径进入地表和地下水环境,导致水环境的有机物污染变得越来越严重。
截至目前,原水中检测到的有机污染物已经超过2500种,其中具有代表性的有以下几类:多环芳烃类、多氯联苯类、邻苯二甲酸酯类、酚类、醚类以及农药等。在水环境中,绝大多数的有机污染物都很难被生物降解,因其在水体中的分布比较广泛,所以即便通过净化的方法进行处理,也或多或少地会有所残留。生物积累性是水环境中有机污染物具有的一个共性特征,尽管浓度不高,但它们能够借助食物链完成富集,由此会对整个生态环境和人体健康带来危害。因此,有必要对水环境中的有机污染物进行监测,为水环境的治理和改善提供依据。
常用的监测方法
目前,在水环境有机污染物的监测中,较为常用的方法有气相色谱质谱法、液相色谱质谱法等。
1、气相色谱质谱法
气相色谱质谱法简称GC-MS,是气相色谱法与质谱法联用的一种方法,气相色谱质谱联用仪是该方法的主要仪器设备。当具有多组分的混合样品进入色谱柱后,因吸附剂对样品中各个组分具有不同的吸附能力,所以经过一定时间后,样品中各个组分在色谱柱上的运行速度会出现明显的差别,一些吸附力比较弱的组分会被解吸下来,离开色谱柱进入检测器内,部分具有较强吸附力的组分很难被解吸,最后会离开色谱柱,使得各个组分在色谱柱中完成分离,并按照一定的顺序进入检测器内。
气相色谱质谱联用仪具有如下特点:分离能力强;对未知的化合物具有鉴定能力;仪器本身采用的是生态运行模式,由此可降低待机时的能耗及不必要的载气消耗;具备实时采集功能,可获得准确的定量结果。正因如此,该方法在环境保护等领域得到广泛应用。
2、液相色谱质谱法
液相色谱质谱法简称LC-MS,其以液相色谱对样品进行分离,并以质谱对分离后的样品进行检测,液相色谱质谱仪是该方法主要的仪器设备。液相色谱仪会对样品中各组分进行分离,经相应接口导入质谱仪内,通过电子轰击离子源后,会生成具有一定质荷比的碎片离子,这些碎片离子可由质量分析器分离后进行检测,然后利用计算机系统处理所得的检测结果,便可得到样品中单一组分的质谱图,据此可对该组分的结构进行鉴定。
液相色谱质谱法具有如下优点:分离能力强,自动化程度高,分析结果可靠。但是,其也存在一些缺陷,例如,需要在样品组分进入离子源前进行溶剂去除,如果组分的沸点与溶剂接近,便无法进行检测。同时,溶剂很难全部挥发,从而给分辨增添了难度,这在一定程度上限制了该方法的应用。
水环境中有机污染物的监测实例
1、监测对象的基本概况
本文选取万山湖作为研究对象,该淡水湖位于河南省郑州市荥阳市境内,水域面积约为106.6hm2。受地形条件的制约,该湖泊的流域水系呈现出放射状,整个流域内的水网密度相对较大,相关资料显示,万山湖的主要水源为索须河。万山湖流域内的自然生态环境特征具有较为明显的特殊性,随着城市化进程的逐步加快,工业、农业、旅游业等产业快速发展,各类水利工程兴建也产生一定的副作用,使得万山湖受到一定程度的污染,富营养化趋势较为明显,由此对当地居民的饮用水安全造成影响。相关监测结果表明,万山湖的入湖河流存在一定程度的污染,其中索须河的污染比较严重,超出了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的要求,氨氮是主要的超标指标。
2、有机物污染产生的原因
调查发现,在万山湖的污染物中,有机物占比较大,同时,TN(总氮)和TP(总磷)均严重超标。导致万山湖水环境污染的主要原因如下。
(1)水域封闭
万山湖仅有一个出水口,导致水域封闭,致使水体的交换能力较差,造成大量有机物长期滞留于湖中,对水体造成污染。
(2)污染物注入
万山湖流域内的产业结构较为复杂,以工业企业居多,工业废水排放量较大,对湖泊水质造成一定的影响。除工业废水之外,还有大量的生活污水排入湖中。不仅如此,农业生产中,化肥和农药的施用量逐年增大,未被吸收和降解的农药、化肥随地表径流进入湖中,进一步加剧了水环境的污染。
3、有机污染物的监测分析
针对万山湖中的有机污染物和水生生物体内的多环芳烃,比照着运用GC-MS进行定量监测,并对监测过程中得到的信息进行分析,为该湖泊水环境的污染防治提供依据。
(1)试样采集。从湖中捕捞四种鱼类作为水生生物样本,编号后,带回实验室进行冷冻保存;挥发性和半挥发性水样直接从湖面0.5m以下进行采集。其中,挥发性水样通过预先净化处理的采样器进行采集,并将采集的水样装入干净的瓶中,要保证装满并进行密封。水样应在较短的时间内运回实验室进行冷藏,温度控制在4℃。水样的采样点共计6处,以1#~6#来表示,分别为有机物污染较为严重的西半湖湖心区和5条污染较为严重河流的入湖区。
(2)试剂与仪器。本次试验使用的主要试剂有二氯甲烷、正已烷、氯化钠、无水硫酸钠、三种标准溶液以及相关的替代物等。试验仪器采用的是气相色谱质谱联用仪、捕集仪、浓缩仪、凝胶色谱仪以及多功能振荡器等。
(3)试样处理。水样的处理方法如下:从现场采集回来的水体样本中,准确称取1000mL,装入容量为2L的分液漏斗中,然后向漏斗内加入氯化钠30g,经充分溶解之后,再加入二氯甲烷50mL,放入多功能振荡器中进行振荡处理,时间控制在10min,取出后静置5min,对二氯甲烷层进行分离,随后重复以上操作步骤,完成二氯甲烷相合并;将无水氯酸钠加入到合并好的二氯甲烷相中,轻轻摇晃之后,放置20min,并进行过滤处理,用浓缩仪将滤液浓缩到1.0mL后,加入正已烷继续进行浓缩,定容至1.0mL后,使用气相色谱质谱联用仪对样品进行分析。
生物样本的处理方法如下:将冷冻的鱼解冻,称取20g鱼肉,搅碎后加入无水硫酸钠去除掉鱼肉中的水分,放入三角瓶并向瓶中加入二氯甲烷100mL,进行浸泡,时间控制在24h左右,随后置于振荡器中进行振荡提取,静置5~10min,进行过滤,并对滤液进行浓缩和净化处理,最后使用气相色谱质谱联用仪对样品进行分析。
(4)样品GC-MS分析监测
首先,在对样品进行GC-MS分析监测的过程中,需要对具体的分析条件进行确定。其中,挥发性有机污染物的测定条件如下:色谱柱为石英毛细管柱,柱体温度为35℃(4min)、220℃(1min),样品进口处的温度为160℃,采用不分流的方法进样,时间为1min,将10mL的水样注入吹扫管内,通过氮气进行吹扫,时间为10min。使用气相色谱质谱联用仪进行分析监测前,可以借助四溴氟苯和十氟三苯基膦,对仪器设备的性能进行检查,看是否与相关的指标要求相符,确认符合后,便可进行分析测定。
其次,对挥发性和半挥发性化合物的标准曲线进行绘制。具体做法如下:将标准溶液配制成水溶液,然后进行GC-MS分析,绘制出化合物浓度对质谱的响应值曲线,如图1和图2所示。
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最后,对经过预处理的样品进行GC-MS分析,由此可得到样品的质谱图,这样便可得到最终的测定结果。
4、有机污染物的监测结果分析
在本次监测中,样本中挥发性有机污染物的检出率为34%,其中主要的污染物为苯系物,检出率为67%,2#监测点样本的检出浓度最高,该监测点为索须河入湖区,苯系物的主要成分为甲苯和二甲苯;样本半挥发性有机污染物中,检出率最高的为酞酸酯类,以邻苯二甲酸类物质居多,检出浓度为5.6~13.3μg/L,检出率为100%,除此之外,还检出少量的硝基苯,各个监测点均存在不同程度的有机物污染。在6个监测点的样本中,均检出多环芳烃,总量为32.2~146.9ng/L。监测区域内多环芳烃的总量分布情况如图3所示。
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由图3可以看出,2#测点的多环芳烃最高,该监测点为索须河入湖区,萘和菲是水体中多环芳烃的主要污染物。
通过本次监测可以认为,该湖泊的有机污染物以苯系物和多环芳烃为主,主要污染来源为索须河。经调查后得知,该入湖河流的沿线有多家工业企业,排放的工业废水对河流造成污染,河水流入湖泊,对湖泊造成污染。
结语
水资源作为人类生存中不可或缺的物质基础之一,其重要性不言而喻。如果水环境遭受有机物污染,将会对水质造成严重影响。为此,有必要对水环境中的有机污染物进行监测,依据监测结果,采取有效的治理措施,借此来改善水环境,保证人们的饮水安全。本文以河南省郑州市的万山湖作为研究对象,通过监测点的设置和现场采样,运用GC-MS进行分析,得出该湖泊水体中的主要污染物并找到污染源,期望能够对污染整治有所帮助。
文章来源:实验与分析
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发表于 2022-5-5 16:27:54

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