环境监测新技术和方法

环境监测新技术和方法

着环境污染的日益严重，人们对能够连续、快速、在线监测污染物仪器的需求愈来愈迫切。生物传感器正是最有希望解决这一问题的传感器。近l0年来，生物传感技术在环境监测方面得到了迅速发展，其用途也正在扩大。20世纪80年代初，国际上开始了对生物传感器的广泛研究，目前，已有相当部分的生物传感器应用于环境监测，生物传感技术已成为环境科学工作者研究的热点。生物传感器是一类特殊的化学传感器，国际纯

粹和应用化学联合会(IUPAC)对化学传感器的定义为：一种小型化的、能专一和可逆地对某种化合物或某种离子具有应答反应，并能产生一个与此化合物或离子浓度成比例的分析信号的传感器。生物传感器应用的是生物机理，与传统的化学传感器和离线分析技术(如HPLC或质谱)相比，有着许多不可比拟的优势，如高选择性、高灵敏度、较好的稳定性、低成本、能在复杂的体系中进行快速在线连续监测。它在环保领域有着广阔的应用前景。

生物传感要器的构件由敏感元件(生物元件)和信号传导器成。用来制作生物传感器的生物元件和传导器分别为：(1)生物元件：生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、酶组分、感受器、抗体、核酸、有机物分子等。(2)传导器：电热测量式、电流测定式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测定式、声强测量式、机械式、“分子”电子式等。生物传感器的选择性取决于它的生物敏感元件，而生物传感器的其他性能则和它的整体组成有关。基本原理是：将生物敏感元件发生的特异性反应及信号经由物理元件——换能器，转变为光、电、

声等易检测信号，从而间接地获知待测物的有关信息’ (图1)。最先问世的生物传感器是酶电极，主要以酶作为生物元件。现在所用的生物元件包括抗原或抗体、酶或基质、各种酶的混合体、整个细胞或部分细胞、植物或动物组织和神经受体。生物

传感器的工作原理主要决定于敏感元件(分子识别单元)和待测物质之间的相互作用，有以下几种类型：(1)将化学变化转化为电信号；(2)将热变化转化为电信号；(3)将光效应转变为电信号；(4)直接产生电信号方式。此外，随着科技的发展，基于新的原理的生物传感器将不断出现，如正在利用细胞受体和自激振荡等作用现象的新型生物传感器。

2 生物传感器的种类和特点根据生物识别单元的不同，生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、亲和型生物传感器等；根据生物传感器的变换特征不同，生物传感器可分为生物电极、半导体生物传感器、压电生物传感器、嗅觉生物传感器(又称电子鼻，它是应用传感器阵列技术模拟人工感知系统实现的)和光(热、电)生物传感器等。近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学（尤其是纳米技术、光纤薄膜与平面波导薄膜材料等)发展成果的推动，生物传感器向着多功能、智能化和微型化方向发展，基因传感器与生物芯片已成为人们关注的热点。

物传感器的研制过程有很多难点，但其快速、高灵敏度等优点却是其他传感器无可比拟的。生物传感器与传统的分析方法相比具有如下优点：(1)生物传感器是由选择性好的生物材料构成的分子识别元件，一般不需要样品的预处理，它利用优异的选择性把样品中的被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需加入其他试剂。(2)由于它的体积小，可以实现连续、在线监测。(3)样品用量少，响应快，且由于敏感材料是固定化的，可以重复使用。(4)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，所以便于普及推广。

3 生物传感器在水环境监测中的应用

3．1 BOD生物传感器

目前国内外普遍采用的BOD测定方法是传统的稀释法：在(20土1)cc培养5 d，分别测定样品培养前后的溶解氧，二者之差即为5 d的生化需氧量B0D 。但这种方法操作繁杂，重现性差，不能及时反应水质情况和反馈信息，不适合现场监测。而生物传感器测BOD只涉及到初始氧化速率，两者之间的相关性可以通过对标准溶液的测定来获得。这就可以将测定时间缩短到15 min左右，且重现性提高。BOD生物传感器的原理是：当生物传感器置于恒温缓冲溶液中，在不断搅拌下，

溶液被氧饱和，生物膜中的生物处于内源呼吸状态，溶液中的氧通过微生物的扩散作用与内源呼吸耗氧达到平衡，传感器输出一个恒定电流。当加入样品时，微生物由内源呼吸转入外源呼吸，呼吸活性增强，导致扩散到传感器的氧减少，使输出的电流减小，几分钟后，又达到一个新的平衡。在一定条件下，传感器输出电流值与BOD浓度呈线性关系。国外普遍采用的BOD生物传感器，一般是将微生物夹膜固定在溶解氧探头上，当样品溶液通过传感器检测系统时，渗透通过多孔膜的有机物被固定化的微生物吸收，消耗氧，引起膜周围溶解氧减少，使氧电极电流随时间急剧减小。通过对电流的测定，与标准曲线对比来测定BOD值。不过这种方法不仅装膜困难，且溶解氧探头测量的不是反应液中真实的溶解氧含量，而是扩散通过生物膜的氧量。这样溶解氧电信号就减弱了3—6个数量级，这需要极其精确的溶解氧仪的支持。最近报导的清华大学张悦等人研制的BOD测定仪采用聚乙烯醇凝胶包埋方式固定酵母，并将固定化酵母直接分散悬浮在溶液中，将DO探头插入溶液中来测量BOD。其实验装置如图2。实验表明：最佳测量状态为温度30 c【=，pH 5．0，固定化细胞l5 g，可在20 rain内实现BOD的快速测定。在BOD为0～200 mg／L的范围内有较好的线性测量关系，且有较好的准确性。

现在，日本、美国、英国、德国等国家已有商品化的生物传感器快速BOD测定仪。但国外厂家的仪器价格比较昂贵，且使用过程中性能不够稳定，有待进一步提高仪器的稳定性和准确性。而迄今为止，国内的BOD测定仪距离实际应用还有相当距离，开发适合国情、性能优异、价格合理的快速BOD测定仪已迫在眉睫。

3、2 微生物传感器快速测定酚

微生物传感器是快速准确测定焦化、炼油、化工等企业废水中酚的有效方法。这种方法以微生物膜电极为传感器测酚。由极谱型氧电极和紧贴于其透气薄膜表面的微生物膜构成。当酚物质与氧一起扩散进入微生物膜时，由于微生物对酚的同化作用而耗氧，致使进入氧电极的氧分子速率下降，传感器输出电流减小，并在几分钟内达到稳态。在一定的酚浓度范围内，电流降低值△，与酚浓度之间呈线性关系，由此来测定酚的浓度。该实验采用了PVA等多种材料混合包埋的微生物制膜技术，制成的微生物膜机械强度、韧性及透气性好，膜的使用寿命可达一年以上，仪器的线性响应范围为0．1～20 mg／L，响应时间为5～10 min，10次测定的相对偏差为3．3％。

3．3 阴离子表面活性剂传感器生活污水中烷基苯磺酸这类阴离子表面活性剂(LAS)比较多，自然降解性差，在水面产生不易消失的泡沫，并消耗溶解氧，甚至能改变污水处理装置中活性污泥的微生物生态系统。用LAS降解细菌制成的生物传感器。’“，利用当LAS存在时，LAS降解菌的呼吸作用增强，引起溶解氧变化，从而导致氧电极电流变化来测定LAS浓度。

3．4 硝酸盐微生物传感器该传感器的原理没有说清楚，L·H ·Larsen等发明了测定硝酸盐的小型生物传感器。他们将一种假单胞细菌Pseudmonassp固定在小毛细管中，置于N 小电化学传感器的前端。固定化菌将转化为N O，随即N O在小传感器的电负性的银表面还原。该传感器对0～400 i~mol／L的NO浓度呈线性响应。

3．5 水体富营养化监测传感器研究表明，水体富营养化的一个原因是氰细菌大量增殖，这些细菌能杀死水生植物，从而产生恶臭。生物传感器可实现对水体富营养化的在线监测。由于氰基细菌的细胞体内有藻青蛋白存在，其显示出的荧光光谱不同于其他的微生物，用这种对荧光敏感的生物传感器是检测这种浮游生物或氰基细菌特殊的荧光光谱来测定其浓度，预报藻类急剧繁殖的情况?。

4 生物传感器在大气环境监测中的应用

4．1 CO 传感器常规的电位传感器，常会有各种离子和挥发性

酸的干扰。S·Hiroaki等。使用自养微生物和氧电极制成的电位传感器，可抗各种离子和挥发性酸的干扰，传感器对浓度在3％～12％之间的CO有线性响应，灵敏度高，寿命长于一个月，能进行连续自动在线分析。Suzuki等人利用半导体技术研究出一种使用更为方便的CO 生物传感器。

4．2 测SO，的传感器sO，是酸雨酸雾形成的主要原因，传统的检测方法很复杂。用亚细胞类脂类(subcellularorganelle)一含亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体(hepticmierosome)和氧电极

制成安培型生物传感器，对SO：形成的酸雨酸雾样品溶液进行检测。

4．3 测NO 的传感器NO 不仅是造成酸雨酸雾的原因之一，同时也是光化学烟雾的罪魁祸首。用多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组成的微生物传感器，来测定样品中亚硝酸盐含量，从而推知空气中NO 的浓度。由于硝化细菌以硝酸盐作为唯一的能源，故其选择性和抗干扰性相当高，不受挥发性物质如乙酸、乙醇、胺类(二乙胺、丙胺、丁胺)或不挥发性物质如葡萄糖、氨基酸，离子(K ，Na )的影响，同样通过氧电极电流与硝化细菌耗氧之间的线性关系来推知亚硝酸盐的浓度。当亚硝酸盐的浓度低于0．59 mmol／L时，有良好的线性响应。检测限为0．0l mmol／L。

5 生物传感器在其他环境监测方面的应用

5．1 残留有毒有害物的检测用生物传感器检测农药残留物如杀虫剂、除草剂等在国外早有报导。如用竞争性酶免疫检测法测五氯酚(PCP)，用胆碱酯酶一电化学生物传感器检测有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂。最近报导的SaskiaK·Van Bergen等人。。采用光纤生物传感器在线检测地下水中残留的炸药成分TNT和RDXX，获得较满意的结果。

5．2 污染物急性毒性的检测

发光细菌急性毒性试验因其检测时间短(15 min)，灵敏度高，被世界各国广泛采用。中国也于1995年将这一方法列为环境毒性检测的标准方法。同济医科大学黄正等人用明亮发光杆菌和ASW 培养基制成的菌膜有菌面覆盖在硅光片上，构成细菌发光传感器的敏感探头。将敏感探头插入暗盒反应池中，在避光条件下通过DJ一Ⅱ型微光光功率计，测定菌膜发光强度及其变化值。该实验结果表明，稳定发光时间可持续60～80 min，毒性检测时间为15 rain。在此期间，固定化菌膜发光强度变化不超过±2％。该实验为连续、动态、快速检测急性毒性提供了一种很好的方法，但菌膜的固定化条件及保存手段尚需进一步深入研究。

5．3 细菌总数的测定

细菌总数是环境样品最重要的污染指标之一。目前普遍采用的平板菌落计数法，测定周期长，准确度不高，主观误差大。生物传感器的快速测定引起人们的极大兴趣。韩树波等人研制成功一种新型伏安型细菌总数生物传感器，通过对电极及其辅助测定装置的设计，可使测定下限达3万ceils，测定周期在0．5 h左右。

6 生物传感器的发展前景展望

生物传感器的出现为环境监测的连续化和自动化提供了可能，降低了环境监测的成本，增强了环境监督的力度，适应现代环境污染监测的需要。生物传感器在环境监测方面有着巨大的潜力。经过几十年的研究，生物传感器已获得了极大的发展，出现了各种各样的传感器，但真正在环境领域中应用较为成熟的所占比例仍然有限。主要是由于目前的一些生物传感器还存在着诸多不足，如酶传感器具有较好的选择性，但酶的分离固定难度相对较大，价格也就相对昂贵，且稳定性差；而一些微生物传感器虽然克服了酶传感器的不足，但同时又具有选择性差、寿命短、容易失活、难于批量重复生产等缺点。随着环境保和其他相关科学技术的发展，生物传感器技术也必将得到进一步发展。通过选择新的微生物物种、合成新的生物材料以及基因工程技术的引入，都将为新型生物传感器的出现创造条件，如新发现的耐温细菌必将为生物传感器开辟新的应用领域。半导体技术、压电晶体技术等新的传导技术的应用，将有助于生物传感器的微型化、便携化和实用化。此外生物传感器技术同计算机技术的结合也将进一步推动其在环境监测中的应用。

藻类是水体中的初级生产者，在水生生态系统食物链中占据着十分重要的地位。污染物以不同途径进入水体后，藻类植物首当其冲最先受到毒害，所以其对污染毒物非常敏感，可作为监测水质变化的测试生物。藻类用于水环境质量的监测始于Kolkwitz和Marrson，他们首先提出指示河流有机污染的污水生物系统，为不同污染带指出了不同的“指示生物”，其中包括了藻类。之后，有关这方面的研究国内外均有报道l1。]。作为水生态系统中一种重要营养级的生物，藻类在水环境质量监测研究中日益受到人们的重视。

常用的藻类生物监测方法

2．1 生物群落法

生物群落法主要包括污水生物系统、指示生物法、生物指数法和多样性指数法。污水生物

系统由德国学者Kolkwitz和Marsson提出，根据生物在不同污染程度下的耐受量把污染水体分为多污带、a-污带、中污带和寡污带，各带藻类分布不同。由此，通过调查藻类群落特征，可实现对水质的评价和监测。指示生物法指通过指示藻类了解环境质量的现状和变化。依据指示藻类的存在或消失为监测指标，是最经典的一种方法。生物指数法指以群落中优势种为重点，对群落结构进行研究，根据水生生物种类的数量设计出相应公式，即用生物指数来评价水质状况，如培克法和津田松苗法L9 。

2．2 生物毒性实验

生物毒性实验又称生物测试，是利用生物生理机能的变化测试污染状况的方法，主要用于污染源监测。常用的藻类测试生物包括斜生物栅藻、羊角月芽藻和普通小球藻等。

2．3 生物残毒测定

生物残毒测定又称水生生物法，它是指利用生物含污量对水质进行监测和评价，利用水生生物监测水体能综合真实地反映水环境质量状况，所选用的生物需要有较强的耐污能力并对污染物有较强的富集能力。

3 水质监测中藻类植物的应用研究

选择利用藻类进行水体污染I监测最主要的原因就是水体水质的改变确实能对其中的藻类

产生影响。当然，不同藻类对于同一种水体污染的反应不一样，有些抗性较强，而有的藻类对各种污染物具较强敏感性，还有些藻类只能生活在污水中成为某些污染物特定的指示藻类。目前，天然水体中的污染物主要为重金属、农药、有机污染物等，通过分析水生藻类的种类和数量组成，研究其生理、生化反应及积累毒物的特点，可以准确地判断水体的污染性质和程度。以下对这几类污染物的藻类监i贝0分别进行论述。

3．1 重金属

重金属是造成水体污染的一类有毒物质，微量的重金属即可产生毒性效应，某些重金属在微生物的作用下可转化为毒性更强、难以被生物降解的金属化合物，经食物链的生物放大、富集，最后进入人体，严重威胁人类健康。因此，重金属污染的监测与防治一直是环境科学的研究热点。重金属经过各种途径进入水体后，一旦被藻类吸收，将影响藻类DNA、RNA、蛋白质合成及酶活性，引起藻类生理代谢功能紊乱，减少细胞色素，抑制光合作用，导致细胞畸变，组织坏死[1 ，甚至使藻类中毒死亡，改变天然环境中藻类的种类组成。以往研究表明，水生藻类的种类组成，其生理、生化反应及积累毒物的特点，是判断重金属对水体的污染性质和程度的有效手段。浩云涛，等对电镀厂附近的水塘中的小球藻进行生物毒性实验。结果表明，重金属浓度越高，对该藻抑制越强；叶绿素a含量与重金属浓度呈明显负相关，探讨了电镀常用重金属铜、镉、镍的水体污染风险，并发现该藻对重金属具有很好的去除效果，可进一步用于重金属废水的处理。JBarraza 通过测量镉和铜在石莼内的生物积累以及叶绿素含量表明利用水生藻类毒物积累特性可以实现对水体中重金属的有效监测。Lamaia，等¨研究表明，水生藻类(C．．)对镉和铅的生物积累具有一定的剂量和时间效应，且其对铅的富集能力大于镉。利用水生藻类不仅可以综合反映重金属污染状况，还可以实现对重金属污染的长期在线监测。

3．2 农药

有毒化学品污染是全球性环境问题之一，而农药是有毒化学品中使用量最大、面积最广、毒性最强的、土壤中的农药通过降水最终汇集流到江河湖海等水系中，造成水质污染。据有关资料表明，目前在地球的地表水域中，基本上没有不受农药污染的水体了。除此以外，地下水源亦普遍受到农药污染。利用藻类生长抑制(Als~growth inhibition)实验确定污染物毒性的研究始于20世纪80年代，藻类生物测定法是监测地表水和地下水水质的重要工具。之所以能够利用藻类监测农药对环境的污染状况，主要是因为各种农药确实对藻类产生影响，主要包括破坏藻类生物膜的结构和功能，影响藻类的光合作用、呼吸功能以及生物固氮等生理过程并改变其生化组分n 。利用水生藻类评价水体污染的方法便是藻类监测( 斛assay)。大量研究表明，不同藻类对农药反应的敏感性不同。Mostafap']研究证实，污染毒物如杀虫剂对不同藻类的毒性影响明显不同。Kasai，等发现团藻目和蓝藻纲藻类对西草净最为敏感，而鼓藻目和硅藻纲藻类抗

性最强。Sa1)a 圳表明栅藻比小球藻和蓝藻对哒嗪硫磷敏感。Ma等 ]研究表明，14种杀虫剂对两绿藻s．quadr／cauda与C．vu／gar／s的毒性明显不同，其中苯菌灵对两绿藻的毒性最强。水生生态系统中，藻类的种类组成依赖于不同种的敏感性。若某一藻种对某种毒物比较敏感，当水体被此毒物污染时，较敏感的藻种首先受到影响，进而消失。如此以来，利用水体中藻类的组成，可以预测水体受污染的程度。

3．3 有机污染物

随着酚类、酯类、芳烃类等人工合成有机化合物的产量和使用量的不断增加，它们对水环境所造成的污染日益严峻，被确定为中国优先控制的有机污染物。有关这类污染物对藻类的毒害效应以及藻类对前者的降解能力已有报道。sin E261研究表明，石油、石蜡及柏油抑制藻类光合作用和呼吸作用，且光合作用所受抑制大于呼吸；不同油类的生物毒性不同；不同藻类对同一油类的敏感性亦不同。刘静玲，等应用藻类生物检测方法研究了几种芳香族化合物对斜生栅藻的联合毒性效应 ]。Borde，等_船报道水杨酸盐、酚和菲对绿藻的毒性效应为水杨酸盐<酚<菲；此外，藻一细菌共生体通过增强自身光合作用，促进污染毒物的生物降解，达到解毒效果汹]。水环境中有机污染物的代谢水平易受藻类影响。Kirso 表明，藻类对于PAH和BaP的代谢起到至关重要的作用，不仅与藻种类，而且与藻生物量、相关酶活性有关。由此可见，酚类、酯类和芳烃类有机污染物毒性较大，对藻类生长毒性抑制作用明显，对水环境造成的危害不容忽视。

近年来，鉴于藻类对有机污染物的敏感性，水生藻类不仅可用于有机污染物的毒性评价、而且亦用于水环境中有机污染物的监测。Herman，等表明，通过研究绿藻的膜完整性可判断水环境受芳烃类物质的污染程度。Miadokova，等_3 证实，藻细胞预测方法不仅补充多环芳香族的生物毒性实验，而且可对其所导致环境改变进行评价和判断；此外，藻细胞作为自然界普遍存在的生物系统，在直观监测方面具有较好的开发前景。Mcgrath，等报道，建立麻醉目标油脂模型( )，不仅可以预测石油产品生物毒性，而且用来评价水环境质量状况也非常有效。Latala，等 ]通过研究酰胺类液滴对波罗的海的海藻0．submarina和c．meneghiniana 急性毒性，探讨了酰胺类物质对海洋生态系统的毒性效应，此为藻类监测技术在海洋水质监测中的实际应用。

微波是一种频率范围为300 Hz一3 000 000 Hz(波长在1肿一1 m之间)的电磁波，介于红外和无线电波之间，具有内加热及吸收极化作用等传统加热方法不具备的独特优点。在微波场作用下，吸收微波的极性分子快速转向和定向排列，从而使分子间产生高速碰撞和摩擦，于是产生高热，同时样品因微波作用，表面层不断被搅动破裂而产生新鲜表面与溶剂反应，促使样品迅速消解。

1．2 特点

微波消解在密闭和高压情况下对样品进行消解，因而常常能达到普通消解方法达不到的效果。其主要特点是：①分解速度快，分解完全；②试剂用量少，测定空白值低；③操作简单，可大大减轻劳动强度；④试样在消解过程中损失和交叉污染的可能性小，尤其是对易挥发元素的测定准确性较湿法高。

2 微波消解条件

对微波消解效果影响最大的是微波强度，其次是消解时间，此外还有酸的种类、比例等因素。实验中应尽量选择最佳条件进行样品消解，以达到省事、省力、分解完全的目的。

2．1 微波强度和消解时间的确定由于微波加热是对样品进行深层加热，并且样品是在多个大气压的密闭容器内消解，使得消解时间大幅缩短。微波强度大，所需的消解时间则短；反之，微波强度小。所需时间则K。但微波强度过高，时间过长，会超出溶样杯的缓冲能力，发生危险，强度过低，又会造成消解不完全。因此，实验中应严格控制微波强度和消解时间，在消解完全的前提下达到最高效率，通常需要根据实际情况通过实验来确定最佳条件。

2．2 溶剂的选择

采用微波消解样品，应根据不同情况选择溶剂(即消解剂或氧化剂)。固体样品(如土壤、食品等)一般选用硝酸+过氧化氢作为消解氧化剂，也有用硝酸+高氯酸作消解氧化剂，根据具体情

况确定；测定水样中的总磷和总氮时，常用过硫酸钾作为氧化剂；测定水中化学需氧量(COD)时，一般选用硫酸或硫酸与磷酸的混合酸作为消解用酸。3 微波消解在环境监测中的应用微波消解技术在环境监测中主要用于水中常规指标(如COD、总磷、总氮、金属元素等)的测定、土壤及底质中金属元素的分析，以及大气颗粒物中污染元素的分析。

3．1 水质监测

3．1．1 COD的测定COD是评价水质的主要指标之一。经典的重铬酸钾加热回流法测定COD，不但耗时长(2h)，而且消耗的试剂和样品也较多，利用微波消解法可大大缩短分析时间。降低分析强度。Jardim¨开辟了利用微波加热消解法取代常规回流法测定COD的新途径，测定结果和经典法基本一致。刘东美等呤用微波消解法与加热回流消解法对4种标样和9种工业废水进行对比试验，结果发现除甲苯(标样)和COD含量较低的钢铁废水相对误差较大外，其他标样和废水的相对误差分别在2％和4％以下，说明用微波消解法测定COD可行，消解时间短是其最大优点。董向农等采用微波密封加热、硫酸一重铬酸钾消解体系测定COD，与回流法相比，具有省时、省试剂、提高测定准确性的优点。李平¨从准确度、精密度等方面对3种COD测定方法(标准法、比色法和微波消解法)进行了比较，结果发现，COD值在100rag／L一1 000mg／L之间时，3种方法的测定值基本一致，在此范围之外则与标准法误差较大。

3．1．2 总磷的测定

水体中磷的富集会使藻类异常增殖，造成水体的富营养化。传统方法测定水中的总磷，样品预处理多采用硝酸一高氯酸电热板消解法或过硫酸钾高压锅消解法，两种方法均操作繁琐而费时。俞丹梅【5 采用过硫酸钾微波消解一钼酸铵分光光度法测定了不同水样(磷酸二氢钾标准溶液、污水厂各工艺段水样及湖泊水样)的总磷，通过准确度、精密度及对比实验发现微波消解法是快速测定总磷的有效方法。高岐等采用过硫酸钾微波消解水样，于高档功率(750 W)微波加热6 min后，测定水中总磷，准确度和精密度均较好。葛飞等[7 用微波消解技术对农药废水进行消解后测定其中的总磷，使消解样品的时间从传统法的40 min缩短到8rain，并且一次可消解6个样品。同时发现微波消解法的精密度和准确度较好。与高压锅消解法相比，结果无显著差异。张效苏等用微波消解法与常规的高温高压消解法对标样、地表水、海水、生活污水和工业废水样品进行了对比测定。所得结果经统计检验，两种方法之间无显著性差异。实验还表明，微波消解法具有很好的精密度和准确度。而且可以节省1／3时间。

3．1．3 总氮的测定

水体中的总氮和总磷一样是衡量水体富营养化的重要指标之一。经典的总氮分析法是采用灭菌器消解水样，操作繁琐，仅消解过程就需近1h。杨明等采用微波消解法消解水样，大大加快了消解速度，8 min内可一次性消解近30个样品，提高了效率。消解后用紫外分光光度法分别测定了两种环境水体中的总氮，发现测定结果与经典方法相比无明显差异，同时分析所需时间大大缩短，值得推广。杨晓霞叫用微波消解法对3种水样进行了6次平行测定，发现平行性较好。同时进行了空白实验并与标准方法相对照，发现测定结果与标准方法接近，空白值比标准方法低。

3．1．4 金属元素的测定

金属元素是衡量水质的重要指标，传统的湿法消解耗时长，劳动强度人。张军国¨用HNO3一HF—HCIO．，梯度升压微波消解样品，采用原子荧光法测定水样中的砷、汞含量，准确度精密度均较好。

3．2 土壤及底质监测

微波消解在十壤及底质监测中的应用主要体现在金属元素的测定方面。铬的氧化态被公认对人体有害，铬盐进入土壤也会对植物产生影响。潘海燕等¨用微波消解一火焰原子吸收法测定底质中的铬，所用的消解剂为硫酸一硝酸一氢氟酸，同时通过实验证明了该方法有较好的精密度和准确度。铍也是对人体有害的元素之一。张萍等【l’采用HNO，一H：0：一H：O微波消解十壤样品，钡盐涂覆石墨管，钙盐为基体改进剂，石墨炉原子吸收法测定了土壤中的痕量铍，精密度和准确度均较好，与常压湿法比较，测定结果基本一致。Beary等u 使用连续流动微波消解和ICP—MS测定土壤样品中的铅，操作简单且空白值低，分析精度好，测定可靠性强。史啸勇等¨

副用微波消解—原子吸收光度法测定了土壤中的铜、锌、铅、镉、镍和铬，通硝酸一过氢氟酸一过氧化氢消解液对土壤样品消解，选择出微波最佳消解条件，与传统电热消解相比，操作简快速，提高了工作效率。

3．3 大气颗粒物监测

通过对大气颗粒物的监测，可以了解大气污染物成分，对于掌握大气污染情况进而治理大气污染很重要。用于大气颗粒物的消解方法较多，近几年最常用的方法是微波消解法l1引。史庭安等¨’采用微波消解大气颗粒物试样，ICP光谱法测定铍和铅，加标回收率为96％一105％，表明在密闭条件下微波消解铍和铅没有挥发损失。Moteno—Grau-l副将试样经微波消解后用火焰原子吸收法分析了大气颗粒物中的金属元素，发现用微波消解可使测定灵敏度大大提高。RobacheH 将用油酸涂覆的PTFE滤膜捕集经切割器分级的大气颗粒物试样经微波消解后用ICP—AES法测定其中的污染元素，消解用酸为HN03一HF—H 0 ，微波功率为650 W，消解时间为35 rain，可使样品消解完全。

3．4 形态分析

随着污染物在环境中形态的转变及环境毒理学研究的加深，元素的形态分析引起了越来越多的关注。应用微波消解HPLC处理、ICP—MS可测定4种形态的砷。用微波加热将se(Ⅵ)在线预还原成se(Ⅳ)，然后用氢化物发生原子吸收法，可有选择性地分别测定Se(Ⅵ)利se(1V)。0liras 等‘加用微波还原se(Ⅵ)成se(Ⅳ)，然后用ICP_MS测定了无机硒的不同形态。

4 结语

微波消解是一项非常实用的样品前处理技术，与传统的电炉、电热板加热法相比，不仅能节省时间，捉高工作效率，而且消解完全，减少污染，具有可观的经济效益利环境效益，在环境监测领域具有广阔的应用前景。

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