張風(fēng)彩 焦二虎

淺析水質(zhì)監(jiān)測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用

張風(fēng)彩 焦二虎

目前水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要由專業(yè)取樣人員進(jìn)行野外取樣，然后送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種項(xiàng)目的分析化驗(yàn)，這種傳統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，耗材耗力，且受自然條件和時(shí)空等因素限制。而且隨著水環(huán)境不斷惡化，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已不能完全反映水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。近年來，隨著科技迅猛發(fā)展，各種水質(zhì)監(jiān)測(cè)新技術(shù)如雨后春筍般發(fā)展起來。本文從以下幾個(gè)方面對(duì)目前應(yīng)用較為廣泛的水質(zhì)監(jiān)測(cè)新技術(shù)作簡(jiǎn)要概述。

一、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是把自動(dòng)分析儀器和現(xiàn)代化的傳感器組合起來并配上先進(jìn)的控制芯片、網(wǎng)絡(luò)通訊和專業(yè)分析軟件，使水樣采集、分析到記錄、傳輸、數(shù)據(jù)處理及存貯整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，從而進(jìn)行多參數(shù)在線快速、自動(dòng)監(jiān)測(cè)的技術(shù)。

早在20世紀(jì)60年代，美國、日本等國家就擁有了自己的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，而水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國起步較晚。近年來，隨著水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，我國的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸發(fā)展起來。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可測(cè)定的參數(shù)不僅有水溫、電導(dǎo)率、pH值、溶解氧、濁度、氧化還原電位等綜合性指標(biāo)項(xiàng)目，還可測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、總有機(jī)碳等水質(zhì)污染指標(biāo)和葉綠素、氨氮、六價(jià)鉻，硝酸鹽氮、苯酚等水質(zhì)組分指標(biāo)項(xiàng)目。

目前水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為水質(zhì)自動(dòng)分析儀和水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)兩大類，其中水質(zhì)自動(dòng)分析儀有多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)分析儀、化學(xué)需氧量分析儀、高錳酸鹽指數(shù)分析儀、磷酸鹽和總磷分析儀、氨氮和總氮分析儀等。

基于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步向儀器小型化，分析試樣超微量化、測(cè)試速度超高速化的方向發(fā)展。

二、生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

現(xiàn)代生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是利用活的生物體或微生物對(duì)環(huán)境中某種污染物敏感的特性，配上核酸探針及生物傳感器來監(jiān)測(cè)它們對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，從而對(duì)環(huán)境質(zhì)量做出評(píng)價(jià)。此技術(shù)利用某些生物對(duì)污染源的敏感性、承受負(fù)荷小，能反映出污染物對(duì)生物體及生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響，可在污染物嚴(yán)重污染水體及人體之前起“早期診斷”作用，能快速準(zhǔn)確有效地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)環(huán)境。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)目前還只能對(duì)污染物進(jìn)行定性分析，未能定量分析。隨著環(huán)境污染認(rèn)識(shí)的不斷加深及污染物對(duì)生物和人類健康的影響不斷凸顯，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)愈來愈受到環(huán)境監(jiān)測(cè)者的青睞。

現(xiàn)代生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的主要有生物傳感技術(shù)、核酸探針、PCR技術(shù)。

生物傳感技術(shù)是在固化細(xì)胞和固化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過生物分子與待測(cè)目標(biāo)物發(fā)生特殊的物理或化學(xué)變化，然后再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而得到監(jiān)測(cè)結(jié)果。隨著電子科技及生物技術(shù)的高速發(fā)展，生物傳感技術(shù)已成為一個(gè)新興的高科技領(lǐng)域，并且具有高度自動(dòng)化、微型化及集成化等特點(diǎn)，能快速有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析方法。目前生物傳感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中已廣泛應(yīng)用的有氨生物傳感器、BOD生物傳感器、亞硝酸生物傳感器、氧化還原電位生物傳感器、底物及代謝濃度檢測(cè)器等，該技術(shù)不僅克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法繁瑣、不能及時(shí)反映水質(zhì)情況等缺點(diǎn)，還可能進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

核酸探針主要用于各種微生物的監(jiān)測(cè)，目前用核酸探針主要監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的致病菌如大腸桿菌、沙門氏菌等腹瀉致病菌；而PCR技術(shù)主要應(yīng)用于尚不能培養(yǎng)的微生物監(jiān)測(cè)，它既可監(jiān)測(cè)特定環(huán)境中的微生物的成分、種群特征及其動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)也可用于水樣中的細(xì)胞監(jiān)測(cè)。

隨著技術(shù)的不斷革新完善，核酸探針及PCR技術(shù)可能成為一種快速可靠并能代替常規(guī)水質(zhì)微生物檢驗(yàn)的方法。

三、遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是利用水體及其污染物的光譜特性的差異，通過遙感傳感器進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的技術(shù)。

由于水體中的污染物種類繁多，成份復(fù)雜且形態(tài)各異，而遙感傳感器記錄的是目標(biāo)物的電輻射特性；不同污染物會(huì)導(dǎo)致水體密度、透明度、顏色及輻射各異，即使同一污染物水體，由于濃度不同，也會(huì)導(dǎo)致水體的反射光譜的變化，反映出的遙感圖像就有差異。所以遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)不能監(jiān)測(cè)水質(zhì)中所有的污染物。

目前遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要監(jiān)測(cè)水體的富營(yíng)養(yǎng)化、懸浮固體、有機(jī)化學(xué)污水、油污染、熱污染及一些難以識(shí)別的隱蔽性污染源。

遙感檢測(cè)技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面具有監(jiān)測(cè)范圍廣、立體適應(yīng)性強(qiáng)、信息量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立水污染災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)行應(yīng)急實(shí)施監(jiān)測(cè)。

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感水質(zhì)監(jiān)測(cè)從最初的簡(jiǎn)單定性分析逐步發(fā)展到定量反演，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空性、光譜分辨率及數(shù)據(jù)精度愈來愈高，水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的地位會(huì)越來越重要。

四、綜述

隨著高科技的迅猛發(fā)展和水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法更為標(biāo)準(zhǔn)及國際化，水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段也得到快速發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)也將向著現(xiàn)場(chǎng)快速分析及連續(xù)自動(dòng)化分析方向發(fā)展。遙感、衛(wèi)星定位系統(tǒng)及地理信息系統(tǒng)即“3S”系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境中的應(yīng)用擴(kuò)寬了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的區(qū)域，同時(shí)也使水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析儀器趨變?yōu)榫邆浔銛y性、操作簡(jiǎn)單及能快速分析等優(yōu)點(diǎn)，并可用于現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)監(jiān)測(cè)的小型化儀器設(shè)備和不同大型儀器聯(lián)合連續(xù)監(jiān)測(cè)的復(fù)合化儀器設(shè)備，為我國水質(zhì)監(jiān)測(cè)逐步向污染物痕量、超痕量分析及人體舒適的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)展提供了可能

（作者單位：河南省駐馬店水文水資源勘測(cè)局 463000）