水 大气 降水 废水检测

水、大气、降水、废水检测技术体系

1. 检测项目与方法原理

1.1 水与废水检测

1.1.1 常规理化指标

• pH值： 采用玻璃电极法。以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成测量电池。电池的电动势与溶液中氢离子活度的负对数（即pH）呈线性关系，通过电位计进行测量。

• 化学需氧量（COD）： 常用重铬酸钾法。在强酸性介质中，以硫酸银为催化剂，用过量的重铬酸钾氧化水样中的还原性物质，通过滴定或分光光度法测量剩余的重铬酸钾量，计算出消耗氧的质量浓度。

• 五日生化需氧量（BOD₅）： 稀释接种法。将水样（或经稀释、接种后的水样）充满溶解氧瓶，在（20±1）°C暗处培养5天，分别测定培养前后水样中的溶解氧浓度，其差值即为五日生化需氧量。

• 氨氮： 常用纳氏试剂分光光度法。氨氮与纳氏试剂（碘化汞和碘化钾的强碱溶液）反应生成淡红棕色胶态化合物，在波长420nm处进行分光光度测定。

• 总磷： 钼酸铵分光光度法。在中性条件下，用过硫酸钾使水样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应，生成磷钼杂多酸，随即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物，在波长700nm处测定吸光度。

• 重金属（如铅、镉、汞）：

  • 原子吸收光谱法（AAS）： 样品经雾化进入火焰或石墨炉原子化器，在高温下解离为基态原子。基态原子蒸气对空心阴极灯发出的特征谱线产生选择性吸收，其吸光度与试样中待测元素浓度成正比。

  • 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）： 样品经雾化后由氩气载入高温等离子体炬焰中，被完全蒸发、解离、原子化和电离。产生的离子经质谱仪按质荷比分离并检测，具有极高的灵敏度和多元素同时分析能力。

• 挥发性有机物（VOCs）： 采用吹扫-捕集/气相色谱-质谱联用法（P&T-GC-MS）。用惰性气体将水样中的VOCs吹脱出来，捕集于装有吸附剂的捕集管中，然后快速加热捕集管，将VOCs热脱附并送入GC-MS进行分析与定性定量。

1.2 大气与废气检测

1.2.1 气态污染物

• 二氧化硫（SO₂）： 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法。SO₂被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物。在碱性溶液中，与副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物，在波长577nm处测定。

• 氮氧化物（NOx）： 盐酸萘乙二胺分光光度法。采样时，NOx被三氧化铬氧化为二氧化氮（NO₂），与吸收液（对氨基苯磺酸和冰乙酸混合液）反应生成亚硝酸，亚硝酸与盐酸萘乙二胺偶合生成玫瑰红色偶氮染料，于波长540nm处测定。

• 臭氧（O₃）： 靛蓝二磺酸钠分光光度法。空气中的O₃在磷酸盐缓冲溶液存在下，与吸收液中的靛蓝二磺酸钠发生等摩尔反应，使其褪色，于波长610nm处测定吸光度的降低值。

• 一氧化碳（CO）： 非分散红外吸收法（NDIR）。基于CO对特定波长（如4.6μm）红外辐射的选择性吸收，且吸收程度与其浓度成正比，通过测量红外辐射能量的衰减来确定CO浓度。

• 总挥发性有机物（TVOC）： 热解吸/气相色谱-质谱法（TD-GC-MS）。用填充有吸附剂的采样管采集空气样品，VOCs被吸附截留。采样后将吸附管加热，VOCs被解吸进入GC-MS系统进行分离、定性和定量分析。

1.2.2 颗粒物

• 可吸入颗粒物（PM₁₀）、细颗粒物（PM₂.₅）： 采用重量法。使用具备特定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积的空气，使颗粒物被截留在已恒重的滤膜上。根据采样前后滤膜质量差及采样体积，计算颗粒物的质量浓度。

• 重金属（如铅、镉）及多环芳烃（PAHs）： 通常采用滤膜采集颗粒物样品，滤膜经微波消解或索氏提取等前处理后，分别使用AAS、ICP-MS或高效液相色谱-荧光/紫外检测器（HPLC-FLD/UV）进行分析。

1.3 降水检测

1.3.1 主要项目与方法

• pH值与电导率： pH值采用玻璃电极法；电导率采用电极法，测量降水样品传导电流的能力，反映离子总浓度。

• 主要阴阳离子：

  • 硫酸根（SO₄²⁻）、硝酸根（NO₃⁻）、氯离子（Cl⁻）、氟离子（F⁻）： 常用离子色谱法（IC）。样品注入色谱系统后，在淋洗液的携带下流经阴离子交换分离柱，基于各离子对树脂亲和力的不同而被分离，再经抑制器降低背景电导，最后由电导检测器检测。

  • 铵离子（NH₄⁺）、钙离子（Ca²⁺）、镁离子（Mg²⁺）、钠离子（Na⁺）、钾离子（K⁺）： 同样可采用离子色谱法（阳离子系统）或原子吸收光谱法（AAS）进行测定。

• 沉降量： 采用标准集雨器（如直径30cm的聚乙烯桶）收集并测量一定时间内（通常为24小时）的降雨（雪）量。

2. 检测范围与应用领域

2.1 水与废水检测

• 环境水体监测： 江河、湖泊、水库、地下水等地表水与地下水体的例行监测、污染调查与趋势分析。

• 饮用水安全评估： 水源水、出厂水、管网末梢水的卫生学指标监测，保障饮水安全。

• 工业废水监管： 对电镀、化工、制药、印染、造纸等行业排放的工业废水进行达标排放监测和总量控制。

• 城市污水处理： 对污水处理厂进水、各工艺单元出水及最终出水进行过程监控与效能评估。

• 农业面源污染研究： 农田退水、养殖废水等的水质监测。

2.2 大气与废气检测

• 环境空气质量监测： 城市、区域、背景站点的空气质量常规监测、评价与预报预警。

• 固定污染源监测： 工业锅炉、窑炉、化工装置等排放的废气中各种污染物浓度和排放速率的监督监测。

• 室内空气质量管理： 办公楼、住宅、学校等室内环境中污染物水平评估。

• 移动源排放监测： 机动车、船舶等尾气排放检测。

• 恶臭污染监测： 对垃圾处理厂、污水处理厂等敏感区域的环境空气及无组织排放源的臭气浓度、特定恶臭物质进行监测。

2.3 降水检测

• 酸沉降（酸雨）监测网络： 系统监测降水的pH值、电导率及主要离子组成，研究酸雨的时空分布、化学特征、来源及对生态环境的影响。

• 湿沉降通量研究： 评估营养物质（如氮、硫、钙等）及污染物通过降水向地表输入的负荷。

• 大气污染跨境传输研究： 通过降水化学组成追溯污染物的长距离迁移过程。

3. 检测标准与规范依据

检测活动严格遵循国内外权威的技术规范和标准方法体系。在水和废水领域，主要参照如《水和废水监测分析方法》等行业通用技术指南，以及国家环境保护主管部门颁布的系列标准分析方法。这些标准详细规定了样品的采集与保存、前处理方法、分析步骤、质量保证与控制（QA/QC）程序以及结果计算与表达方式。

大气和废气监测方面，同样依据国家发布的环境空气质量标准及其配套的手工和自动监测技术规范。这些规范对采样点位布设、采样频率、分析方法、数据有效性判定等进行了统一规定。对于固定污染源，则有专门的技术规范对监测点位、采样工况、分析方法等提出明确要求。

降水监测通常遵循世界气象组织（WMO）和全球大气观测（GAW）计划推荐的技术指南，以及国家酸沉降监测网络的技术规定，确保数据的可比性和长期一致性。在国际上，美国国家环境保护局（EPA）方法系列、国际标准化组织（ISO）标准等也被广泛参考和借鉴，特别是在新污染物分析、先进仪器应用等方面。

4. 主要检测仪器与功能

4.1 通用实验室仪器

• pH计/离子计： 用于精确测量水样、降水样品的pH值、电位及特定离子活度。

• 电导率仪： 测量水溶液的电导率，评估其离子总强度。

• 分析天平： 高精度称量设备，用于滤膜恒重、试剂配制等，是重量法的基础。

• 紫外-可见分光光度计： 基于物质对紫外-可见光的特征吸收进行定量分析，是测定COD、氨氮、SO₂、NOx等项目的核心设备。

• 原子吸收光谱仪（AAS）： 包括火焰和石墨炉两种原子化方式，主要用于水、气、降水样品中微量重金属元素的测定。

• 原子荧光光谱仪（AFS）： 特别适用于汞、砷、硒、锑等易形成氢化物元素的超痕量分析。

• 离子色谱仪（IC）： 用于快速分离和测定水、降水中多种常见阴离子（F⁻, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻等）和阳离子（Li⁺, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺等）。

4.2 色谱与质谱类仪器

• 气相色谱仪（GC）： 配备火焰离子化检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）等，用于VOCs、有机硫、有机磷等化合物的分析。

• 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）： 将GC的高分离效能与MS的强定性能力结合，是复杂基质中挥发性、半挥发性有机物（如VOCs、PAHs、农药等）定性与定量分析的关键工具。

• 高效液相色谱仪（HPLC）： 配备紫外、荧光或二极管阵列检测器，用于分析难挥发、热不稳定性有机物，如多环芳烃、醛酮类化合物、某些农药等。

• 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）： 具备极低的检出限、宽线性范围和多元素同时分析能力，是痕量、超痕量金属元素及同位素分析的最有力手段。

4.3 专项与现场监测设备

• BOD测定系统： 包括恒温培养箱、溶解氧测定仪或压力传感器式BOD测量仪。

• TOC分析仪： 通过高温催化氧化或紫外-过硫酸盐氧化法，将有机碳转化为CO₂并检测，快速测定总有机碳。

• 烟气分析仪： 便携式设备，通常采用电化学传感器、NDIR等技术，用于现场测定烟气中的O₂、CO、SO₂、NOx等参数。

• 环境空气自动监测系统： 由子站（包含SO₂、NOx、O₃、CO、PM₁₀、PM₂.₅等自动监测仪器、数据采集与传输单元）、中心站及质量保证实验室构成，实现空气质量连续自动监测。

• 颗粒物采样器： 包括大流量、中流量、小流量空气颗粒物采样器，以及分级采样器（如安德森采样器），用于采集不同粒径的颗粒物样品。

• 降水自动采样器： 感应式采样器，能在降水发生时自动打开收集桶，降水停止后自动关闭，防止干沉降混入。