大气监测技术是随着环境科学的发展而逐渐形成的, 化学发光分析法是现代大气监测技术中应用比较多的分析方法。19世纪下半叶发现了有机物的化学发光反映, 人们将其利用到了分析化学领域中, 近些年来取得了很大的进展。随着人们对生态和环保的重视, 对大气环境的监测要求也逐渐增加, 化学发光分析法的优势也逐渐显示出来。
化学发光分析法的原理是指在没有任何电能、光能、热能等的作用下, 仅仅依靠化学反应释放的化学能量激发光的辐射的发光形式。化学反应不同, 其产生的辐射光的波长也不同, 因此化学发光分析法的基础就是化学辐射光的光强度以及化学反应的速度, 其中后者是取决于发生化学反应的分子的密度。通过对化学辐射光的光强度进行检测, 就能够计算出待测物质的浓度。不论什么样的化学发光反应都要进行两个关键的程序:化学激发和辐射光。因此, 也就决定了只有满足以下三个条件才能被称之为化学发光反应:发生反应后能够提供激发光的化学能;发生化学反应后释放的化学能需要被反应产物吸收, 并被激发;处于激发状态的反应产物分子, 释放出光子或者转移它吸收的能量至另一个光子并激发、辐射出光子, 返回基态。
化学发光法是由化学能量激发所产生的光辐射, 因此其不需要任何外部的光、热等能量, 这样就大大的避免的了瑞利散射及拉曼散射等对周围的噪音的影响, 提高了信噪比。这种方法在实际应用中, 其灵敏程度相当高, 对于微量的气体和金属离子等微量元素的检测、分析能够达到1×10-9级;其线性范围也很宽, 能够达到6个数量级;此外, 化学发光分析法还具有分析快捷, 自动化方便等多重优势。
在最早研究出的化学发光法中鲁米诺化学发光法就是其中之一, 它在碱性溶液中能够被氧化而被激发至激发状态, 辐射蓝光返回至基态。这里所说的氧化剂一般都是至H2O2。这种化学发光法在大气环境监测中一般用来测定空气中的CO、SO2、H2S、氮氧化物等有害气体的浓度。需要注意的是, 其余氧化剂的反应很慢, 需要用金属离子作为催化剂加快其反应速度。通常情况下, 发光强度与金属离子的浓度是成正比的, 因此, 也可以对这些金属离子例如铜、锰、铁等进行检测, 灵敏程度也较高。
这种反应需要使用增敏剂即荧光化合物, H2O2催化其发光的过程。光辐射的情况仅与增敏剂的性质有关而与试剂的性质无关, 其光辐射效率高、光强度高寿命长。
光泽精是较早就应用广泛的一种发光试剂, 同样在碱性溶液中被强氧化剂氧化后能够激化释放蓝绿光返回基态。光泽精化学发光法中使用的金属离子催化剂为铅、钒、钨等, 因此, 在大气环境监测中也可以用来监测这些离子。
在化学发光法中比较常用的强氧化剂除了H2O2外, 另一种比较常用的就是高锰酸钾。在酸性溶液中, 放入甲醛可以催化其将铁、碘、铜等发生氧化反应产生光辐射。
在碱性溶液中, N-溴代琥珀亚胺可以在荧光素作为增敏剂的前提下, 将无机铵盐强氧化, 发生强烈的氧化反应, 激发光辐射, 根据这个方法可以测定大气环境中的铵离子。除了上述几种化学发光法之外, 还有1, 2二氧杂环丁烷化学发光法、等方法, 都能够发生化学反应激化不同产物发生光辐射返回基态, 可以对不同的离子进行检测, 在大气环境监测中发挥着不同的作用。
大气中的氮氧化物NOx主要包括NO、NO2等浓度之和, 利用NO和O3发生化学反应就能够检测除NO的含量;将气体中的NO2通过还原剂的还原为NO就能够检测除NO2的浓度, 得出大气环境中氮氧化物NOx的浓度。
在大气环境中, 超过半数的存在都是臭氧——O3, 尽管它不是有害气体, 也不是有毒气体, 但是其存在对人们的正常生产、生活有着密不可分的关系, 测定其在大气中的浓度有着非常重大的意义。臭氧能够与大部分的烯烃发生化学反应, 但是在化学反应中, 作为氧化剂的烯烃很容易在分析仪器中凝结转化为液体, 因此, 作为其氧化剂的最好选择就是乙烯。乙烯与臭氧发生化学反应生成甲醛, 并且呈激发状态, 当其在返回基态的过程中释放出辐射光。最重要的是:这个反应对于臭氧是特效的, 气体分析不需要做预先分离出氮氧化物、甲烷等气体。
大气环境监测所涉及的分析气体中的污染物含量较小, 并且由于人类进行的化工作业等的发展, 污染物种类多, 涉及的方面广, 因此就需要灵敏度较高、线性范围广, 并且使用快捷简单的检测方法。化学发光分析法具有自身独特的优势, 能够很好的满足上述的要求, 在大气环境监测中有着较为广泛的应用。为了能够更好的适应大气环境监测, 化学发光分析法以后会在以下几方面有着跟好的前景。
(1) 能够收集更为有效的检测气样, 分离处理技术与化学发光法综合利用。
(2) 研发更多更有效的化学试剂应用于环境分析中, 测定更多的有害成分。
(3) 化学发光分析法与分离技术、传感技术等综合使用, 扩大其在环境分析中的应用范围。
在大气环境监测中, 化学发光分析法所具有的优势较为明显, 能够满足对环境分析的所有要求, 还能够与其他的分析技术综合使用。但是其在实际应用中还存在着一些需要完善的地方, 例如:连续的消耗试剂, 其检测成本较高, 应当进一步研究怎样降低试剂的损耗;必须与毛细管电泳等分离仪器综合使用才能够达到检测的要求;释放量、释放时间、释放程度等都不能够人为的精确的控制;采用固相催化剂、固定化;研究更多的化学发光方法, 不仅单一的使用上述几种方法等, 需要业内人士进一步的努力和研究。
摘要：现在全球经济发展迅速, 工业也迅猛发展, 对环境的影响也越来越大, 因此, 各国都建立了大气环境监测系统。化学发光分析法是大气环境监测中一种独立的分析技术, 能够有效的分析微量和痕量, 并且已经广泛的应用于我国多个分析领域。在我国, 对于化学发光分析法已经进行了多年的研究。这种方法所使用的设备、仪器简单、灵敏度较高、其线性响应的范围广, 操作方便, 普遍被人们所接受、重视。经过实践证明, 化学发光分析技术在现行的环境科学研究中, 成为空气污染物研究、大气环境监测等多方面的重要技术。
关键词：化学发光分析法,大气环境,监测
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