现代仪器分析及其在水质分析中的应用

1 仪器分析方法的发展

分析化学是提供物质中元素或化合物组成和含量的科学和技术，通过测量与待测组分有关的某种化学和物理性质获得物质的定性和定量结果。原子能、半导体、微电子器件等新型材料科学和环境科学、生物科学等新兴学科的发展，一方面对分析化学提出了更高的要求，另一方面也促进了分析化学的发展。化学家们开始利用经典分析化学方法中没有运用的现象，如测定被测物质的电导、电位、光的吸收或发射、质荷比、荧光等性质来解决无机化学、有机化学和生物化学中的分析问题。

随着微电子和计算机技术的广泛应用，以及科学领域新成就的不断引入，作为分析化学重要组成部分的仪器分析，由以化学分析为主的经典分析化学发展为以仪器分析为主的现代分析化学。它不仅能提供物质的组成和含量信息，而且成为强有力的科学研究手段。

仪器分析与经典分析方法相比较，具有重现性好、灵敏度高、分析速度快、试样用量少、检出限低等特点。仪器分析方法一般分为光学分析法、电化学分析法、热分析法、放射化学分析法和分离方法。

光学分析法是基于检测能量与待测物质作用后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。根据物质与辐射能作用时有没有能级跃迁可将光学分析法分为光谱法和非光谱法。根据能量作用的对象不同又分为原子光谱和分子光谱。

电化学分析法是根据物质在溶液中的电学及电化学性质，如电位、电荷、电流、电阻等电信号及其变化来测定物质的组分含量的分析方法。如电导仪用来测定水的电导率，pH计或离子计测定水样的氢离子或其他离子浓度，利用滴定终点时溶液的电位突跃指示滴定终点的电位滴定法等。

热分析法是测定某些性质，如质量、体积、热导或反应热与温度之间的动态关系。它可用于成分分析和热力学分析、化学反应机理方面的研究。

放射化学分析法是利用核衰变过程中所产生的放射性辐射来进行分析的方法。如将放射性同位素作为示踪原子用于污染物的迁移转化研究。

分离方法是利用仪器方法(如色谱法、电泳法)来分离和分析那些在结构、性质上十分相近的化合物，主要基于色谱法和电泳技术。水样中结构、性质相近的组分通过色谱分离后，可根据需要分别定性和定量测定各组分的性质，如热导、电导、对紫外和红外辐射的吸收、荧光等。将色谱法与各种现代仪器方法联用是解决复杂物质的分离和分析问题的最有效手段，也是仪器分析的一个重要发展方向。

2 分析仪器

分析仪器的作用是把通常不能被人直接检测和理解的信号转变成可以被人检测和理解的形式。因此分析仪器是被研究体系和科学工作者之间的通信工具。

不同的分析方法对应不同的分析仪器，不管它们的复杂程度如何，分析仪器一般包括四个基本组件：信号发生器、输入换能器或检测器、信号处理器和输出换能器或读出装置。

信号发生器的作用是从试样组分产生分析信号，它可以是试样本身，但是在许多仪器中，信号发生器都比较复杂，如紫外分光光度计的信号发生器，除了试样以外，还有紫外辐射源、单色器、光速切光器等；检验器是将一种类型的信号转变成另一种类型信号的器件，如在分光光度计中的光电管，是将光能转变成电能的器件；信号处理器是将从检测器出来的信号进行加工，例如对电信号进行放大、衰减、积分、微分、相加等，也可通过整流使其变为直流信号，或将其转变成交流信号；读出器件是将从处理器出来的放大信号转变成一种可以被人读出的信号，它的形式有表头、记录仪、示波器、指针或标尺和数字器件等。

3 仪器分析在水质分析中的应用

随着科学技术的进步，现代化手段在水质监测分析中得到了广泛应用。分析方法从分光光度法、电位法发展到原子吸收法、原子荧光光谱法、气相色谱法和液相色谱法等；手动和半自动实验方法、分析仪器也正逐步被计算机控制技术与网络通信技术融合的在线或自动分析检测所代替。现代分析仪器为水质分析检测和科学研究提供了强有力的手段，目前水质分析呈现出向仪器分析方向发展的趋势。

除常规分析仪器应用于水质分析外，为满足水质分析项目的特殊需要，一些水质专用测量仪器也相继出现。主要有以下几种。

1）浊度仪：利用光透过法、光散射法等测定水样混浊程度的仪器；

2）油分测定仪：利用红外吸收法、浊度法、紫外吸收法或荧光法原理开发的专用于油分测定的仪器；

3）测汞仪：以原子荧光法和冷原子吸收法为测定原理，专用于测量汞元素的仪器；

4）生化需氧量(BOD)测定仪：用测压式和生物膜电极测量水样中氧的消耗量的仪器；

5）化学需氧量(COD)测定仪：根据COD的化学测量方法，利用分光光度法检测分；

6）总需氧量(TOD)测定仪：将一定体积的待测水样连同含有已知浓度氧的载气一起通人燃烧管中，在高温、催化的条件下进行燃烧，消耗了载气中的部分氧，使氧的浓度降低，再用氧气检测器测出剩余的氧浓度，然后将该浓度与已知浓度的标准液耗氧量进行比较，求出TOD值。

另外，在水样预处理中，固相萃取器、微波消解器、超声波清洗器等也得到广泛应用。可以看到仪器分析方法在水质分析中得到了广泛的应用。

参考文献

[1]李桂然，王玉智.水质分析检测的合理性检查[J].水资源研究，2009(2).

[2]王建俊，赵昆松.浅谈水质分析过程中的质量控制[J].新疆化工，2002(1).