电化学检测在环境监测及污染物成分分析中的应用

电化学检测在环境监测及污染物成分分析中的应用

于洋

山东省地质矿产勘查开发局第七地质大队，化学工程学院 山东临沂 276006

摘要：环境监测是环境治理的重要内容。在农业、工业快速发展的过程中，与产业发展相关的环境污染问题开始受到社会的广泛关注。加强环境监测工作，通过科学的检测技术与性能可靠的检测设备，分析环境中的污染物成分以及各种污染物的含量，是合理制定环境治理计划的重要参考。电化学检测是现行环境监测技术的重要组成部分，本文围绕该方法的应用实践进行分析，以供参考。

关键词：环境监测、电化学检测技术；污染物成分

农业、工业的发展与我国经济建设之间有着密切关联，在生产规模逐步扩大以及相关生产技术逐步改进的过程中，由各种生产活动带来的污染物，对周围的生态环境造成了不同程度的侵害。从环境保护的角度出发，要最大程度降低此类污染物带来的危害，有关部门就需要加强环境监测，以可靠的检测技术，了解环境中污染物的组成以及各类污染物的含量。电化学检测在环境监测领域具有重要地位，相关理论研究与实践验证了该项技术在污染物分析中的作用，而以电化学检测技术为基础研发的检测设备，也开始广泛应用于环境监测工作之中。本文就电化学检测在环境监测领域的实践应用进行分析。

1 环境监测中的电化学分析法

在环境监测任务中，电化学分析方法主要涉及离子选择电极法、库仑分析、极谱法、溶出伏安法等。离子选择电极法相关检测设备的结构大致可以划分为内参比电极（Ag/AgCl等）、内参液（待测离子）、敏感膜等结果，该方法在检测水体中铅的含量、空气中氰的含量、工业废水中氰化物与微量银的含量、烟道/大气废弃中氟的含量、工业废水与海洋底质硫化物等。库仑分析法的基本原理是法拉第第一定律、第二定律，该方法可进一步划分为控制电位库仑分析法、恒电流库仑滴定法、动态库仑分析法等，该检测方法的应用场景主要有：（1）大气中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物的含量；（2）大气中臭氧与总氧化剂的含量；（3）废水中甲醛、砷、铬的含量；（4）各类污水中化学耗量的测定；（5）油品中溴的含量；（6）制革废水中挥发酚的含量。极谱法、伏安法属于电化学分析方法中比较特殊的电解方法，在选择电极时，工作电极一般为易极化、小面积的电极为主，参比电极以不易极化、大面积的电极为主，两者共同构成电解池，对被分析物质的稀释溶液进行电解，根据检测结果绘制电流—电压特性曲线，然后据此定性、定量分析污染物。在实践应用方面，极谱法能够顺利完成微量酚、甲醛、乙醛等物质的测定，并准确测定工业废水中的Pb、Cu等物质的含量，将极谱法作为农药残留问题检测、工业废水成分监测等领域，也是电化学分析法探究的重点之一。从上述电化学分析法看，不同方法在工作原理、结构以及适用场景等方面均具有一定的差异，而要保障环境监测工作的顺利进行，就必须明确其与污染物分析之间的关联。

2 电化学检测与污染物成分分析

2.1 离子选择电极

离子选择电极是分析化学领域的重要分支，代表着一类具有污染物成分分析等多种功能的电化学传感器。在实践应用中，离子选择电极产生的电位与检测样品中特定离子的浓度或者活度之间呈现出比较典型的线性关系，而通过测定其中的关键参数与已知的线性关系，即可掌握样品中特定离子的浓度、活度。离子选择电极在分析化学领域的应用历史相对较长，如Cremer等研发的选择性玻璃电极。在环境监测对大气、土壤、水质中污染物成分监测提出了较高要求的背景之下，我国环境监测领域离子选择电极技术的发展取得了重要作用，据统计，国内的商品电极种类已经超过了30种，电极种类的增多，为环境监测领域的污染物分析任务提供了更加丰富的选择，同时也给环境污染物自动控制监测创造了良好条件。从可行性角度看，现阶段常用的离子选择电极相关传感设备的检测下限已经达到了10^-5至10^-6mol/L级别，部分商品电极甚至能够达到更低的检测下限，这一标准已经符合了环境监测对污染物分析的标准。而在水环境、大气环境中的污染物分析任务中，离子选择电极的连续、自动监测优势体现得更加明显。从现阶段常用的传感设备来看，离子选择电极的应用成本相对低廉，相关设备大多具有便携特性，污染物分析方面的灵敏度与选择性均已满足了环境监测的需要。以海洋污染的监测为例，现有离子选择电极相关设备能够满足测定水体中的Pb²⁺、CN^-、S₂^-等有害物质的分析，依靠现有技术的支持，传感设备能够快速、准确地完成此类有害物质的现场监测，多数离子选择电极灵敏度可以达到1mg/L，故操作过程中不需要考虑化学分离问题。在监测用时方面，此类设备的响应时间一般只需要几分钟，故离子选择电极具有快速分析污染物成分的可能性。环境质量评价是环境监测的重要目标之一，在准确测定环境中的污染物成分以后，还需要对各类污染物的含量进行快速测定，离子选择电极法在直接测定游离态离子的具体含量方面具有一定的价值，其测定的结果将为待测区域环境的质量高低评判提供可靠的信息。此外，在既定的测试体系内，离子选择电极法能够凭借自身在电极响应速度、污染物成分分析以及含量测定等方面的优势，实现快速、连续测定，准确记录特定环境中各类污染物的具体情况，然后通过与相应控制系统的有效衔接，实现联动，助力环境污染问题治理工作的开展。

2.2 电化学生物传感器法

电化学生物传感器是环境监测工作中的常见设备，在相关检测技术得到不断发展的背景之下，其应用范围逐渐扩大，而传感器应用与污染物成分分析之间的联系也逐渐显现。依靠现有的生物电化学检测方法，此类设备具有稳定性强、灵敏度高等特征，且使用的成本较低，在环境监测领域具有良好的应用价值。以水污染检测为例，据不完全统计，电化学生物传感器能够有效检测废水中约50余种污染物质，并根据检测结果判断多种酶的活性、水环境中的毒性物质。从应用场景来看，水污染现场重金属离子测量、农药残留情况分析以及细菌总数的统计等都是具有代表性的应用案例。重金属离离子的测量主要原理是受体与重金属离子之间的诱导机制，在相应的电化学生物作用下，检测样本中可出现荧光素酶，继而导致其发光强度发生变化，通过测定发光强度的变化，以及特定重金属离子与发光强度之间的关系，即可反推样本中重金属离子的含量。在细菌计数方面，有学者对现行检测技术的价值进行分析，伏安型细菌总数生物传感器是具有代表性的新型传感设备，与传统细菌计数方法相比，该设备具有操作简单、计数准确、效率高等特征。农药残留情况监测是环境监测的重要内容，在农业产业现代化背景下，农药应用不当带来的农业面源污染，以及环境中农药残留带来的一系列负面危害，都奠定了环境中农药监测的重要性。既往农药残留监测的技术主要有气相色谱法、质谱法等，此类方法虽然能够比较准确地测定环境中的农药含量，但监测的成本整体偏高，且现场监测对技术、操作的要求较高。与之相比，依靠电化学生物监测技术研发的新型传感设备能更加迅速地完成农药含量监测任务，为农药残留问题的治理提供更加准确、时效性更强的参考信息。

结语

在环境保护的重要性日益凸显的背景下，环境监测工作以及检测技术的改良受到广泛关注。电化学检测在环境监测领域的应用实践较长，相关检测技术的发展与完善，为工业废水、生活污水、大气环境、土壤环境等不同检测对象提供了可靠的技术支持。而随着现有检测设备的性能升级以及新型设备的快速研发，污染物成分分析的精度与效率将得到显著提升。

参考文献

[1]张天载.环境监测在大气污染治理中的作用与对策探析[J].绿色环保建材,2021(12):29-30.

[2]郝林源.电化学检测在环境监测及污染物成分分析中的应用[J].节能,2020,39(12):89-90.

[3]梁迪思,郭杰煌,陈啸天,侯军沛.电化学检测在环境监测及分析中的运用[J].环境与可持续发展,2017,42(06):111-113.

作者简介：于洋（1991.11-）女，汉族，山东德州人，学士，研究方向：地质实验测试