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环境工程论文--关于高效液相色谱仪在水环境监测中的应用及其前景

来源:论文天下发布时间:2012-07-11 浏览:1241次

论文摘要:浙江省上虞市地理环境特殊,具有丰富的水资源,随着近些年浙江省上虞市的产业承接建设及其经济发展对当地的环境造成了一定的影响。基于国家对水环境的要求以及本监测站在实际监测过程中的实际要求需要,在针对水环境的监测上引入了高效液相色谱仪作为基本的检测手段。在实际的应用过程中可以发现高效液相色谱仪在对于水环境的基本因素的监测方面表现为较高的工作效率以及工作精准度。同时还可以与其他的先进仪器与软件进行联动,更好的提高工作效率。本文在此基础之上讨论高效液相色谱在水环境监测中的应用及其未来可能的发展前景。


  论文关键词:高效液相色谱仪;水环境;监测;前景

   

  一、高效液相色谱仪及其技术简介


  高效液相色谱(HPLC)也叫高压液相色谱、高速液相色谱、高分离度液相色谱等。是在经典液相色谱法的基础上,于60年代后期引入了气相色谱理论而迅速发展起来的。它与经典液相色谱法的区别是填料颗粒小而均匀,小颗粒具有高柱效,但会引起高阻力,需用高压输送流动相,故又称高压液相色谱。又因分析速度快而称为高速液相色谱。

  高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相)内,由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数,在两相中作相对运动时,经过反复多次的吸附-解吸的分配过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分依次从柱内流出,通过检测器(能检测色谱柱流出组分及其量的变化的器件。指机械的、电子的或化学器件,用于区分、记录或指示环境中某一变量的变化,如温度、压力、电荷、电磁辐射、核辐射、粒子或分子等。)时,样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。


  二、高效液相色谱仪的应用


  高效液相色谱仪在水环境监测中的应用主要分为三个方面:一方面是对传统监测项目指标的监测;一方面是针对水体中的有机物进行监测;另一方面是利用其高效分离的技术特点在对水体中污染物质总量的监测的基础之上对不同价态及其形态的污染物进行分类定量监测。

  (一)对传统污染物的监测

  对传统污染物的监测主要是针对日常水体中常见污染物的重点监测。根据国家的相关要求及其本站的实际监测条件,对水体中主要污染物的监测包括了重金属元素(铜、锌、砷、汞、镉、铬等)、营养元素(氮、磷、钾等)、特殊元素(硒、氯、硫等)。通过如上监测对水体的日常污染状况进行把握与评价。同时,传统污染物的监测还包括了对特定企业排污点的污水监测,作为其环保达标的重要依据。

  (二)对水体中的有机物

  在传统的污染物的基础之上工业以及农业淋容等多方面因素会对水体中造成一定的有机物污染,在针对有机物的污染监测过程中传统的监测方法无法在精度与效率方面达到要求。在此方面应用高效液相色谱仪在对有机物进行定型的同时进行定量的监测。主要监测的项目包括了,工业有机污染物(氰化物、)挥发酚、石油类、总有机物等)、农业有机物(如杀虫剂、除草剂、消化抑制剂)、特殊有机物(微生物代谢物、医疗污染物、生活污水等)。针对如上的有机物监测一方面能够对水体中有机污染现状进行评价,另一方面可以鉴别污染物种类进而对排查污染源提供一定的帮助。

  (三)对不同价态及其形态的污染物的监测

  同种化学元素的不同存在价态以及形态对其生物毒性的影响至关重要。比如铬元素在水体中存在三价与六价之分,其中三价铬毒性较小且对在较大浓度范围内对人体有益,而六价铬则表现为较强的生物毒性,在较低浓度下对人体造成较大危害。在水环境的监测过程中传统的六价铬的监测方法是利用六价铬与二苯碳酰二肼的显色反映进行检测的。这种检测方式由于收到氧化还原条件的影响容易造成较大误差,进而使得对水体环境的判断失准。采用高效液相色谱仪能够同时监测同种元素的不同价态进而对水体的污染物及其毒性进行更好的定量分析,为后续的环境评价与治理奠定基础。


  三、高效液相色谱仪的特点


  (一)高效液相色谱仪的准确性

  与传统的检测方法相比较,高效液相色谱仪具有更高的准确性,这种准确性主要表现在两个方面:一方面高效液相色谱仪为全自动检测仪器,在避免了人为误差出现的同时降低了机械误差。而机械误差经过标准物质的校订之后可以得到很好的控制,这就决定了高效液相色谱仪在监测过程中误差较小。同时,在另一方面高效液相色谱仪在监测原理上同样优于传统的监测方法,以火焰原子吸收测量水体中的重金属浓度为例,其以火焰原子激发的峰值为测定浓度结果,在测定过程中的波动式消耗会使得测量结果较实际浓度偏低的现象。而采用高效液相色谱仪则是利用全部曲线的面积来代替相对体积内的总量,在计算优化方面更具备准确性。

      (二)高效液相色谱仪的高效性

  高效液相色谱仪的高效性主要表现为三个方面:

  1、高效液相色谱仪的检测效率本身,样品从进样到出结果仅需要30秒作用的时间对于单向测定,此时间还具有一定的下降空间。

  2、高效液相色谱仪的多重测定效率。在针对多项目的测定过程中。利用高效液相色谱仪进行测定可以单次进样多指标共同检测的效果,大大的降低了进样的重复性工作,提高了整体的工作效率。

  3、高效液相色谱仪的连续进样机制,在前一样品转移到检测室后,后一样品既可以做进样处理,在监测相同的项目指标的情况下,连续进样与单独进样的监测效率提高越30%。

  此外,通过高效液相色谱仪与质谱仪的连用可以实现在定量分析的基础之上进行定性的监测。一方面省略了定性检测的二次步骤,另一方面降低了样品前处理的难度与过程。进而,降低了监测的时间。

  (三)高效液相色谱仪的广泛性

  高效液相色谱仪的广泛性主要表现为对监测物质的广泛性,其监测项目几乎涵盖了水体环境监测的所有基础项目。包括了重金属的测定、营养元素的测定、其他离子的测定、不同价态的测定、有机物的测定等等诸多方面。尤其是其针对有机物的测定方面还可以细致划分为多环芳烃类化合物的测定、酚类化合物的测定、苯胺类化合物的测定、邻苯二甲酸酯类化合物的测定、氯联苯和卤代化合物的测定、苯基脲类化合物的测定、酞酸酯类化合物的测定等等。几乎涵盖了所有类别的污染物种类,使得在实际的操作过程中可以根据不同的监测目标与监测目的进行合适的项目选择。


  四、高效液相色谱仪的应用前景


  (一)与评价软件连用

  高效液相色谱仪与评价软件连用主要是利用高效液相色谱仪的数据收集功能以及数据计算功能。在高效液相色谱仪对数据计算的基础上结合电脑的评价软件对获得数据进行进一步处理的过程。通过与评价软件的连用可以达到在监测的过程中根据不同的监测目的进行合理的评价结果输出的方式。进一步使得环境监测具有高效化与准确性。

  在具体的操作层面其可能应用主要分为两个方面:一方面是利用评价软件的评价功能对超标样品进行筛选。在测定前利用标准物质对环境标准进行测定。而在测定的过程中利用评价软件的筛选功能自动对超标样品进行报警或者标红处理,而对于未超标样品则可以采用忽略的处理方式。最终的数据输出结果为超标样品编号与浓度。这样能够有效的降低环境监测站的工作强度。

  另一方面是利用预设的国家标准以及不同污染物的环境效应权重针对同一样品的权指标测定项目进行评价报告的生成。在测定的过程中自动的对比国家环境标准,进而生成科学的环境评价报告,为后续的环境治理提供一定的依据。

  (二)与质谱仪连用

  高效液相色谱仪只能够定性的分析被监测物质,或者通过对吸收光谱的设定来测定特定物质的浓度,而对于未知物质的监测则存在一定的不足。此方面的缺陷使得其在使用的过程中测定项目具有一定的盲目性。通过高效液相色谱仪与质谱仪的连用可以在同一样品测定的情况下测定未知样品中的特定物质种类以及物质浓度。方便并拓宽了水环境监测的广度。

  (三)与连续进样装置的连用

  高效液相色谱仪具有一定的连续进样能力。但是,此种进样依旧采用手动的模式进行。在手动模式下,一方面对进样效率的提高程度不显著。另一方面则表现为对进样的准确程度不精确。因此,采用高效液相色谱仪与连续进样装置的连用在进一步提高工作效率的同时,保障了进样的准确性与测定的自动化程度。在效率与精度方面对高效液相色谱仪的检测均是一种提高。


  五、总结


  本文结合前人的研究结果以及自身的工作经验,讨论了高效液相色谱仪在水环境监测过程中的应用。通过对其原理构造的梳理,找到其在实际的过程中的实际应用领域。同时,对其工作过程中的特点进行总结,找到了其高效性、准确性、广泛性等基本特征。同时,基于高效液相色谱仪在实际工作过程中的表现不足,从与其他设备的连用角度提出了高效液相色谱仪在水环境监测的未来应用前景。希望为今后的工作与科研提供一定的理论基础。

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