第一章 绪 论

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1 环 境 监 测 主 编 : 王 怀 宇 姚 运 先 高 等 教 育 出 版 社

2 内 容 提 要 本 书 将 环 境 监 测 的 对 象 进 行 了 明 确 的 分 类, 详 细 讲 述 了 各 种 监 测 技 术 的 基 础 理 论 和 手 段 内 容 包 括 环 境 监 测 绪 论 环 境 监 测 质 量 控 制 水 体 监 测 大 气 监 测 噪 声 监 测 土 壤 与 固 体 废 物 监 测 辐 射 与 放 射 性 污 染 监 测 此 外, 本 书 还 对 现 代 环 境 监 测 技 术 中 的 在 线 自 动 监 测 和 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 应 急 监 测 以 及 环 境 监 测 报 告 做 了 较 为 详 细 的 介 绍 本 书 主 要 适 用 于 高 职 高 专 环 境 监 测 与 治 理 环 境 监 测 与 评 价 专 业 及 环 境 类 其 它 各 专 业 使 用 ; 同 时, 也 可 作 为 大 中 专 院 校 环 境 保 护 相 关 企 事 业 单 位 及 职 业 资 格 考 证 的 培 训 教 材

3 前 言 环 境 监 测 是 是 环 境 工 程 设 计 环 境 科 学 研 究 环 境 保 护 管 理 和 政 府 决 策 等 不 可 缺 少 的 重 要 手 段 环 境 监 测 的 目 的 是 准 确 及 时 全 面 地 反 映 环 境 质 量 现 状 及 发 展 趋 势, 为 环 境 管 理 环 境 规 划 环 境 评 价 以 及 水 污 染 控 制 与 治 理 等 提 供 科 学 依 据 本 书 根 据 社 会 对 环 境 监 测 人 才 专 业 水 平 与 能 力 的 要 求, 针 对 高 职 高 专 教 育 的 特 点 和 培 养 目 标 ; 注 重 理 论 和 实 际 相 结 合, 突 出 环 境 监 测 的 专 业 素 质 和 技 能 的 培 养 ; 根 据 环 境 监 测 技 术 规 范 要 求 及 环 境 监 测 工 职 业 技 能 要 求, 重 点 介 绍 了 环 境 监 测 中 样 品 的 采 集 方 法 样 品 的 保 存 与 处 理 方 法 ; 样 品 的 监 测 分 析 方 法 及 分 析 质 量 保 证 与 质 量 控 制 技 术 等 全 书 共 分 十 章, 姚 运 先 ( 长 沙 环 境 保 护 职 业 技 术 学 院 ) 编 写 第 一 章 第 八 章 第 九 章 和 第 十 章, 并 负 责 全 书 的 统 稿 工 作, 王 怀 宇 ( 邢 台 职 业 技 术 学 院 ) 编 写 第 三 章, 贾 劲 松 ( 长 沙 环 境 保 护 职 业 技 术 学 院 ) 编 写 第 四 章, 付 翠 彦 ( 河 北 工 业 职 业 技 术 学 院 ) 编 写 第 六 章 第 七 章, 安 刚 ( 河 南 纺 织 高 等 专 科 学 校 ) 编 写 第 六 章, 杨 立 全 ( 山 西 工 程 职 业 技 术 学 院 ) 编 写 第 二 章, 邢 台 职 业 技 术 学 院 的 宫 惠 峰 参 加 了 第 三 章 部 分 内 容 的 编 写 工 作 长 沙 环 境 保 护 职 业 技 术 学 院 李 倦 生 院 长 对 本 书 进 行 了 全 面 审 阅, 并 提 出 了 很 多 宝 贵 意 见, 在 此 深 表 谢 意! 由 于 作 者 的 水 平 所 限, 书 中 难 免 存 在 错 误 和 不 妥 之 处, 敬 请 各 位 读 者 给 予 批 评 指 正 编 者 2006 年 12 月 于 长 沙

4 目 录 第 一 章 绪 论...1 第 一 节 环 境 监 测...1 一 环 境 监 测 的 主 要 任 务 和 内 容...1 二 环 境 监 测 的 分 类...1 三 环 境 监 测 的 特 点...2 四 环 境 监 测 的 基 本 程 序...2 五 环 境 监 测 的 基 本 原 则 和 要 求...3 第 二 节 环 境 监 测 分 析 方 法...4 一 监 测 分 析 方 法 体 系...4 二 环 境 监 测 分 析 方 法...5 第 二 章 环 境 监 测 过 程 中 的 质 量 控 制...11 第 一 节 环 境 监 测 质 量 控 制 的 意 义 及 内 容...11 第 二 节 环 境 监 测 质 量 控 制 的 有 关 名 词 术 语...12 一 准 确 度...12 二 精 密 度...13 三 灵 敏 度...14 四 空 白 试 验...14 五 校 准 曲 线...14 六 检 测 限...15 七 方 法 适 用 范 围...15 八 测 定 限...15 九 最 佳 测 定 范 围...15 第 三 节 误 差...16 一 误 差...16 二 误 差 的 分 类 及 产 生 原 因...16 三 误 差 的 表 示 方 法...18 第 四 节 数 据 处 理 和 常 用 的 统 计 检 验...20 一 有 效 数 据 和 常 用 的 统 计 检 验...20 二 监 测 结 果 的 数 值 表 述...23 三 监 测 数 据 的 回 归 处 理 与 相 关 分 析...26 第 五 节 实 验 室 质 量 保 证...27 一 实 验 室 基 础 条 件...27 二 实 验 室 质 量 控 制...35 三 实 验 室 间 质 量 控 制...41 I

5 第 三 章 水 体 监 测...46 第 一 节 概 述...46 一 水 体 与 水 体 污 染...46 二 水 质 与 水 质 指 标...50 三 水 质 监 测 的 对 象 和 目 的...51 四 水 环 境 标 准...51 第 二 节 水 体 监 测 方 案 的 制 定...61 一. 地 面 水 监 测 方 案 的 制 定...61 二. 水 污 染 源 监 测 方 案 的 制 定...65 三 地 下 水 监 测 方 案 的 制 定...66 四 沉 积 物 监 测 方 案 的 制 定...67 第 三 节 水 样 的 采 集 和 保 存...68 一 采 样 前 的 准 备...68 二 地 面 水 水 样 的 采 集...70 三 废 水 样 品 的 采 集...75 四 地 下 水 水 样 的 采 集...76 五 沉 积 物 样 品 的 采 集...76 六 流 量 的 测 定...77 七 水 样 的 运 输 与 保 存...80 第 四 节 样 品 的 预 处 理...85 一 水 样 的 预 处 理...85 二 底 质 样 品 的 预 处 理...90 第 五 节 主 要 水 环 境 监 测 项 目 的 分 析 测 定...94 一 物 理 性 质 的 测 定...94 二 金 属 化 合 物 的 测 定...99 三 非 金 属 无 机 化 合 物 的 测 定 四 有 机 化 合 物 的 测 定 五 生 物 学 指 标 的 测 定 六 底 质 样 品 中 污 染 物 的 测 定 第 四 章 大 气 监 测 第 一 节 大 气 污 染 一 大 气 污 染 的 基 本 概 念 二 大 气 污 染 的 种 类 和 存 在 状 态 三 主 要 大 气 污 染 源 及 污 染 物 四 大 气 环 境 标 准 第 二 节 大 气 污 染 监 测 方 案 的 制 定 一 大 气 污 染 监 测 规 划 与 网 络 设 计 II

6 二 大 气 采 样 方 法 和 技 术 三 样 品 的 采 集 第 三 节 大 气 污 染 物 的 测 定 一 气 态 污 染 物 的 测 定 二 颗 粒 物 的 测 定 第 四 节 大 气 污 染 源 监 测 一 大 气 污 染 源 及 监 测 内 容 二 污 染 源 样 品 的 采 集 三 固 定 污 染 源 监 测 四 流 动 污 染 烟 的 监 测 第 五 节 室 内 空 气 监 测 一 室 内 空 气 污 染 的 特 征 二 室 内 污 染 物 的 来 源 及 危 害 三 室 内 环 境 标 准 四 检 测 方 案 制 定 第 六 节 酸 雨 监 测 一 大 气 降 水 与 酸 雨 二 酸 雨 的 监 测 方 法 第 七 节 大 气 污 染 的 生 物 监 测 一 生 物 监 测 的 特 点 二 大 气 污 染 对 植 物 的 影 响 三 利 用 植 物 监 测 大 气 污 染 四 大 气 污 染 指 示 植 物 的 选 择 五 大 气 污 染 的 植 物 监 测 方 法 第 五 章 噪 声 监 测 第 一 节 声 学 基 础 一 声 的 基 础 知 识 二 声 压 声 强 和 声 功 率 三 声 级 和 声 级 的 运 算 四 噪 声 的 频 谱 分 析 第 二 节 噪 声 及 其 评 价 一 噪 声 及 其 危 害 二 噪 声 标 准 三 噪 声 的 评 价 第 三 节 噪 声 监 测 一 噪 声 测 量 仪 器 III

7 二 噪 声 测 量 方 法 第 六 章 土 壤 与 固 体 废 物 监 测 第 一 节 土 壤 污 染 监 测 一 土 壤 与 土 壤 污 染 二 土 壤 污 染 样 品 采 集 与 制 备 三 样 品 预 处 理 四 土 壤 污 染 物 监 测 第 二 节 固 体 废 物 监 测 一 固 体 废 物 的 来 源 与 危 害 二 固 体 废 物 样 品 采 集 及 制 备 三 固 体 废 物 样 品 的 监 测 分 析 第 七 章 辐 射 与 放 射 污 染 监 测 第 一 节 概 述 一 放 射 性 污 染 二 放 射 性 污 染 的 来 源 三 放 射 性 对 人 体 的 危 害 四 放 射 性 污 染 度 量 单 位 第 二 节 放 射 性 污 染 物 样 品 的 采 集 与 处 理 一 放 射 性 沉 降 物 二 放 射 性 气 溶 胶 三 放 射 性 气 体 四 水 样 五 食 品 生 物 样 品 六 土 壤 第 三 节 放 射 性 监 测 一 放 射 性 监 测 仪 器 二 总 放 射 性 强 度 监 测 三 外 照 射 个 人 剂 量 的 监 测 四 放 射 性 表 面 污 染 的 监 测 第 八 章 在 线 自 动 监 测 系 统 第 一 节 空 气 自 动 监 测 系 统 一 空 气 自 动 监 测 系 统 的 构 成 二 空 气 自 动 监 测 系 统 子 站 的 技 术 要 求 三 空 气 在 线 自 动 分 析 仪 器 的 分 析 方 法 四 空 气 在 线 自 动 监 测 系 统 主 要 监 测 项 目 第 二 节 水 质 自 动 监 测 系 统 一 水 质 自 动 监 测 系 统 的 构 成 IV

8 二 水 质 自 动 监 测 的 技 术 关 键 第 三 节 水 质 在 线 自 动 分 析 仪 器 的 分 析 方 法 第 九 章 应 急 监 测 第 一 节 突 发 性 环 境 污 染 事 故 及 其 类 型 与 特 征 一 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 类 型 二 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 特 征 三 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 处 理 与 处 置 第 二 节 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 应 急 监 测 一 突 发 性 环 境 污 染 事 故 的 应 急 监 测 二 应 急 监 测 的 主 要 内 容 作 用 与 要 求 三 采 样 方 法 四 主 要 应 急 监 测 分 析 技 术 五 应 急 监 测 报 告 第 十 章 环 境 监 测 报 告 第 一 节 环 境 监 测 报 告 的 种 类 一 环 境 监 测 快 报 二 环 境 监 测 月 报 告 三 环 境 监 测 季 报 告 四 环 境 监 测 年 报 告 五 环 境 质 量 报 告 书 六 污 染 源 监 测 报 告 第 二 节 环 境 监 测 报 告 编 写 原 则 一 准 确 性 原 则 二 及 时 性 原 则 三 科 学 性 原 则 四 可 比 性 原 则 五 社 会 性 原 则 第 三 节 监 测 报 告 实 例 一 环 境 监 测 快 报 二 环 境 监 测 月 季 年 报 V

9 第 一 章 绪 论 知 识 目 标 : 了 解 环 境 监 测 的 主 要 内 容 和 基 本 程 序 了 解 环 境 监 测 的 分 类 与 特 点 了 解 环 境 监 测 的 基 本 原 则 与 要 求 掌 握 环 境 监 测 的 主 要 分 析 技 术 第 一 节 环 境 监 测 环 境 监 测 是 指 由 环 境 监 测 机 构 按 照 规 定 的 程 序 和 有 关 法 规 的 要 求, 对 代 表 环 境 质 量 及 发 展 趋 势 的 各 种 环 境 要 素 进 行 技 术 性 监 视 测 试 和 解 释, 对 环 境 行 为 符 合 法 规 情 况 进 行 执 法 性 监 督 控 制 和 评 价 的 全 过 程 操 作 一 环 境 监 测 的 主 要 任 务 和 内 容 环 境 监 测 的 任 务, 是 对 环 境 中 各 项 要 素 进 行 经 常 性 监 测, 掌 握 和 评 价 环 境 质 量 状 况 及 发 展 趋 势 ; 对 各 有 关 单 位 排 放 污 染 物 的 情 况 进 行 监 视 性 监 测 ; 为 政 府 部 门 执 行 各 项 环 境 法 规 标 准, 全 面 开 展 环 境 管 理 工 作 提 供 准 确 可 靠 的 监 测 数 据 和 资 料 ; 开 展 环 境 测 试 技 术 研 究, 促 进 环 境 监 测 技 术 的 发 展 根 据 环 境 监 测 的 定 义, 环 境 监 测 的 主 要 内 容 应 包 括 以 下 六 个 方 面 : 1. 监 视 解 释 代 表 ( 反 映 ) 环 境 质 量 变 化 的 各 种 要 素 ; 2. 测 试 评 价 对 人 与 环 境 有 影 响 的 各 种 环 境 因 素 ; 3. 监 督 控 制 对 环 境 造 成 污 染 或 危 害 的 各 种 行 为 ; 4. 督 察 促 进 有 关 污 染 防 治 和 环 保 法 规 的 贯 彻 执 行 ; 5. 为 制 定 及 执 行 环 境 法 规 标 准 及 环 境 规 划 环 境 污 染 防 治 对 策 等 提 供 可 靠 公 正 科 学 的 依 据 ; 6. 为 环 境 管 理 提 供 技 术 支 持 技 术 监 督 和 技 术 服 务 二 环 境 监 测 的 分 类 环 境 监 测 依 据 不 同 标 准, 可 以 划 分 成 多 种 类 型, 按 其 目 的 和 性 质 可 分 为 以 下 三 种 类 型 : ( 一 ) 常 规 监 测 这 类 监 测 是 监 测 工 作 的 主 体, 主 要 包 括 污 染 源 监 测 和 环 境 质 量 监 测 两 个 方 面 1. 污 染 源 例 行 监 测 和 监 督 监 测 : 主 要 是 掌 握 污 染 排 放 浓 度 排 放 强 度 负 荷 总 量 时 空 变 化 等, 为 强 化 环 境 管 理, 贯 彻 落 实 有 关 标 准 法 规 制 度 等 做 好 技 术 监 督 和 提 供 技 术 支 持 2. 环 境 质 量 监 测 : 主 要 是 指 定 期 定 点 对 指 定 范 围 的 大 气 水 质 噪 声 辐 射 生 态 等 1

10 各 项 环 境 质 量 因 素 状 况 进 行 监 测 分 析, 为 环 境 管 理 和 决 策 提 供 依 据 ( 二 ) 特 例 监 测 这 类 监 测 的 内 容 形 式 很 多, 但 工 作 频 率 相 对 较 低, 主 要 包 括 污 染 事 故 监 测 仲 裁 监 测 考 核 验 证 监 测 和 咨 询 服 务 监 测 四 个 方 面 1. 污 染 事 故 监 测 : 主 要 是 确 定 各 种 紧 急 情 况 下 发 生 的 各 类 污 染 事 故 的 污 染 程 度 范 围 和 影 响 等 2. 仲 裁 监 测 : 主 要 是 为 解 决 环 保 执 法 过 程 中 发 生 的 矛 盾 和 纠 纷, 为 有 关 部 门 处 理 污 染 问 题 提 供 公 正 的 监 测 数 据 3. 考 核 验 证 监 测 : 主 要 是 指 设 施 验 收 环 境 评 价 机 构 认 可 和 应 急 性 监 督 监 测 能 力 考 核 等 监 测 工 作 4. 咨 询 服 务 监 测 : 主 要 是 指 为 科 研 生 产 部 门 提 供 有 关 监 测 数 据, 承 担 社 会 科 研 咨 询 工 作 等 ( 三 ) 研 究 监 测 这 类 监 测 一 般 需 要 多 学 科 协 作, 是 属 于 较 复 杂 的 高 水 平 监 测, 主 要 是 指 污 染 普 查, 环 境 本 底 调 查 以 及 直 接 为 建 立 标 准 制 定 方 法 等 服 务 的 科 研 监 测 等 按 监 测 介 质 或 对 象 分 类 可 分 为 水 质 监 测 空 气 监 测 土 壤 监 测 固 体 废 物 监 测 生 物 监 测 噪 声 和 振 动 监 测 电 磁 辐 射 监 测 放 射 性 监 测 热 监 测 光 监 测 卫 生 ( 病 原 体 病 毒 寄 生 虫 等 ) 监 测 等 三 环 境 监 测 的 特 点 ( 一 ) 生 产 性 环 境 监 测 具 备 生 产 过 程 的 基 本 环 节, 有 一 个 类 似 生 产 的 工 艺 定 型 化, 方 法 标 准 化 和 技 术 规 范 化 的 管 理 模 式, 数 据 就 是 环 境 监 测 的 基 本 产 品 ( 二 ) 综 合 性 环 境 监 测 的 对 象 涉 及 三 态 ( 气 态 液 态 固 态 ) 一 波 ( 如 热 电 磁 声 光 振 动 辐 射 波 等 ) 以 及 生 物 等 诸 多 客 体 ; 环 境 监 测 手 段 包 括 化 学 的 物 理 的 生 物 的 以 及 互 相 结 合 的 等 多 种 方 法 ; 监 测 数 据 解 析 评 价 涉 及 自 然 科 学 社 会 科 学 等 许 多 领 域 所 以 具 有 很 强 的 综 合 性, 只 有 综 合 应 用 各 种 手 段, 综 合 分 析 各 种 客 体, 综 合 评 价 各 种 信 息, 才 能 较 为 准 确 的 揭 示 监 测 信 息 的 内 涵, 说 明 环 境 质 量 状 况 ( 三 ) 追 踪 性 要 保 证 监 测 数 据 的 准 确 性 和 可 比 性, 就 必 须 依 靠 可 靠 的 量 值 传 递 体 系 进 行 数 据 的 追 踪 溯 源 ( 四 ) 持 续 性 监 测 数 据 如 同 水 文 气 象 数 据 一 样, 只 有 在 有 代 表 性 的 监 测 点 位 上 持 续 监 测, 才 有 可 能 客 观 准 确 地 揭 示 环 境 质 量 发 展 变 化 的 趋 势 ( 五 ) 执 法 性 环 境 监 测 不 同 于 一 般 检 验 测 试, 它 除 了 需 要 及 时 准 确 提 供 监 测 数 据 外, 还 要 根 据 监 测 结 果 和 综 合 分 析 结 论, 为 主 管 部 门 提 供 决 策 建 议, 并 受 权 对 监 测 对 象 执 行 法 规 情 况 进 行 执 法 性 监 督 控 制 四 环 境 监 测 的 基 本 程 序 环 境 监 测 就 是 环 境 信 息 的 捕 获 传 递 解 析 综 合 控 制 的 过 程, 在 对 监 测 2

11 信 息 进 行 解 析 综 合 的 基 础 上, 揭 示 监 测 数 据 的 内 涵, 进 而 提 出 控 制 对 策 建 议, 并 依 法 实 施 监 督, 从 而 达 到 直 接 有 效 地 为 环 境 管 理 和 环 境 监 督 服 务 其 一 般 工 作 程 序 主 要 包 括 以 下 内 容 : 1. 受 领 任 务 环 境 监 测 的 任 务 主 要 来 自 环 境 保 护 主 管 部 门 的 指 令, 单 位 组 织 或 个 人 的 委 托 申 请 和 监 测 机 构 的 安 排 三 个 方 面 环 境 监 测 是 一 项 政 府 行 为 和 技 术 性 执 法 性 活 动, 所 以 必 须 要 有 确 切 的 任 务 来 源 依 据 2. 明 确 目 的 根 据 任 务 下 达 者 的 要 求 和 需 求, 确 定 针 对 性 较 强 的 监 测 工 作 具 体 目 的 3. 现 场 调 查 根 据 监 测 目 的, 进 行 现 场 调 查 研 究, 主 要 摸 清 主 要 污 染 源 的 来 源 性 质 及 排 放 规 律, 污 染 受 体 的 性 质 及 污 染 源 的 相 对 位 置 以 及 水 文 地 理 气 象 等 环 境 条 件 和 历 史 情 况 等 4. 方 案 设 计 根 据 现 场 调 查 情 况 和 有 关 技 术 规 范 要 求, 认 真 做 好 监 测 方 案 设 计, 并 据 此 进 行 现 场 布 点 作 业, 做 好 标 识 和 必 要 准 备 工 作 5. 采 集 样 品 按 照 设 计 方 案 和 规 定 的 操 作 程 序, 实 施 样 品 采 集, 对 某 些 需 现 场 处 置 的 样 品, 应 按 规 定 进 行 处 置 包 装, 并 如 实 记 录 采 样 实 况 和 现 场 实 况 6. 运 送 保 存 按 照 规 范 方 法 需 求, 将 采 集 的 样 品 和 记 录 及 时 安 全 的 送 往 实 验 室, 办 好 交 接 手 续 7. 分 析 测 试 按 照 规 定 程 序 和 规 定 的 分 析 方 法, 对 样 品 进 行 分 析, 如 实 记 录 检 测 信 息 8. 数 据 处 理 对 测 试 数 据 进 行 处 理 和 统 计 检 验, 整 理 入 库 ( 数 据 库 ) 9. 综 合 评 价 依 据 有 关 规 定 和 标 准 进 行 综 合 分 析, 并 结 合 现 场 调 查 资 料 对 监 测 结 果 作 出 合 理 解 释, 编 写 监 测 报 告, 并 按 规 定 程 序 报 出 五 环 境 监 测 的 基 本 原 则 和 要 求 ( 一 ) 环 境 监 测 的 原 则 环 境 监 测 的 原 则 包 括 优 先 监 测 原 则 可 靠 性 原 则 和 实 用 性 原 则 1 环 境 监 测 应 遵 循 优 先 监 测 的 原 则 有 毒 化 学 物 质 的 监 测 和 控 制, 无 疑 是 环 境 监 测 的 重 点, 世 界 上 目 前 已 知 的 化 学 品 有 2400 万 种 之 多, 而 进 入 环 境 的 化 学 物 质 已 达 10 万 种 以 上 人 们 不 可 能 对 每 一 种 化 学 品 都 进 行 监 测, 实 行 控 制, 而 只 能 有 重 点 针 对 性 地 对 部 分 污 染 物 进 行 监 测 和 控 制 这 就 需 要 对 众 多 有 毒 污 染 物 进 行 分 级 排 队, 从 中 筛 选 出 潜 在 危 害 性 大, 在 环 境 中 出 现 频 率 高 的 污 染 物 作 为 监 测 和 控 制 对 象 经 过 优 先 选 择 的 污 染 物 称 为 环 境 优 先 污 染 物, 简 称 优 先 污 染 物 对 优 先 污 染 物 进 行 的 监 测 称 为 优 先 监 测 优 先 污 染 物 是 指 难 以 降 解 在 环 境 中 有 一 定 残 留 水 平 出 现 频 率 较 高 具 有 生 物 积 累 性 毒 性 较 大 的 化 学 物 质 美 国 是 最 早 开 展 优 先 监 测 的 国 家 早 在 70 年 代 中 期 就 规 定 了 水 质 中 129 种 优 先 监 测 污 染 物, 其 后 又 提 出 了 43 种 空 气 优 先 监 测 污 染 物 名 单 中 国 环 境 优 先 监 测 研 究 亦 已 完 成, 提 出 了 中 国 环 境 优 先 监 测 物 黑 名 单, 包 括 14 种 化 学 类 别, 共 68 种 有 毒 化 学 物 质, 其 中 有 机 物 58 种, 包 括 卤 代 烃 苯 系 物 多 氯 联 苯 多 环 芳 烃 酚 类 硝 基 苯 类 等 ; 无 机 物 10 种, 包 括 砷 镉 铬 铅 汞 等 重 金 属 及 其 化 合 物 优 先 监 测 的 污 染 物 应 具 有 相 对 可 靠 的 测 试 手 段 和 分 析 方 法, 并 能 获 得 正 确 的 测 试 数 据, 3

12 已 经 定 有 环 境 标 准 或 评 价 标 准, 能 对 测 试 数 据 作 出 正 确 的 解 释 和 判 断 确 定 优 先 监 测 的 污 染 因 子 视 监 测 对 象 和 目 的 不 同 而 异 如 饮 用 水 源 应 优 先 监 测 重 点 影 响 健 康 的 项 目, 农 田 灌 溉 和 渔 业 用 水 要 优 先 安 排 毒 物 的 监 测, 交 通 干 线 应 优 先 监 测 汽 车 排 出 的 主 要 有 毒 气 体 等 2 可 靠 性 原 则 即 对 选 择 的 污 染 物 必 须 有 可 靠 的 测 试 手 段 和 有 效 的 分 析 方 法, 保 证 获 得 准 确 可 靠 有 代 表 性 的 数 据 如 多 氯 联 苯 甲 基 汞 等 其 可 靠 的 监 测 方 法 是 最 近 几 年 才 有 的 3 实 用 性 原 则 即 要 能 对 监 测 数 据 作 出 正 确 的 评 价, 若 无 标 准 可 循, 又 不 了 解 对 人 类 健 康 或 对 生 态 系 统 的 影 响, 将 使 监 测 陷 入 盲 目 性 ( 二 ) 环 境 监 测 的 要 求 环 境 监 测 是 环 境 保 护 技 术 的 要 主 组 成 部 分, 它 既 为 了 解 环 境 质 量 状 况 评 价 环 境 质 量 提 供 信 息, 也 为 制 定 管 理 措 施, 建 立 各 项 环 境 保 护 法 令 法 规 条 例 提 供 决 策 依 据 因 此, 环 境 监 测 工 作 一 定 要 保 证 监 测 结 果 的 准 确 可 靠, 能 科 学 地 反 映 实 际 具 体 地 说, 环 境 监 测 的 要 求 就 是 监 测 结 果 要 具 有 五 性 1. 代 表 性 代 表 性 指 在 有 代 表 性 的 时 间 地 点 并 按 有 关 要 求 采 集 有 效 样 品, 使 采 集 的 样 品 能 够 反 映 总 体 的 真 实 状 况 2. 完 整 性 完 整 性 强 调 工 作 总 体 规 划 切 实 完 成, 即 保 证 按 预 期 计 划 取 得 有 系 统 性 和 连 续 性 的 有 效 样 品, 而 且 无 缺 漏 地 获 得 这 些 样 品 的 监 测 结 果 及 有 关 信 息 3. 可 比 性 可 比 性 不 仅 要 求 各 实 验 室 之 间 对 同 一 样 品 的 监 测 结 果 相 互 可 比, 也 要 求 每 个 实 验 室 为 同 一 个 样 品 的 监 测 结 果 应 该 达 到 相 关 项 目 之 间 的 数 据 可 比, 相 同 项 目 没 有 特 殊 情 况 时, 历 年 同 期 的 数 据 也 是 可 比 的 4. 准 确 性 准 确 性 指 测 定 值 与 真 值 的 符 合 程 度 5. 精 密 性 精 密 性 表 现 为 测 定 值 有 良 好 的 重 复 性 和 再 现 性 第 二 节 环 境 监 测 分 析 方 法 一 监 测 分 析 方 法 体 系 正 确 选 择 监 测 分 析 方 法, 是 获 得 准 确 结 果 的 关 键 因 素 之 一 选 择 分 析 方 法 应 遵 循 的 原 则 是 : 灵 敏 度 能 满 足 定 量 要 求 ; 方 法 成 熟 准 确 ; 操 作 简 便, 易 于 普 及 ; 抗 干 扰 能 力 强 根 据 上 述 原 则, 为 使 监 测 数 据 具 有 可 比 性, 各 国 在 大 量 实 践 的 基 础 上, 对 环 境 中 的 不 同 污 染 物 质 都 编 制 了 相 应 的 分 析 方 法 这 些 方 法 有 以 下 三 个 层 次, 它 们 相 互 补 充, 构 成 完 整 的 4

13 监 测 分 析 方 法 体 系 ( 一 ) 国 家 标 准 分 析 方 法 我 国 已 编 制 60 多 项 包 括 采 样 在 内 的 标 准 分 析 方 法, 这 是 一 些 比 较 经 典 准 确 度 较 高 的 方 法, 是 环 境 污 染 纠 纷 法 定 的 仲 裁 方 法, 也 是 用 于 评 价 其 他 分 析 方 法 的 基 准 方 法 ( 二 ) 统 一 分 析 方 法 有 些 项 目 的 监 测 方 法 尚 不 够 成 熟, 但 这 些 项 目 又 急 需 测 定, 因 此 经 过 研 究 作 为 统 一 方 法 予 以 推 广, 在 使 用 中 积 累 经 验, 不 断 完 善, 为 上 升 为 国 家 标 准 方 法 创 造 条 件 ( 三 ) 等 效 方 法 与 一 二 类 方 法 的 灵 敏 度 准 确 度 具 有 可 比 性 的 分 析 方 法 称 为 等 效 方 法 这 类 方 法 可 能 采 用 新 的 技 术, 应 鼓 励 有 条 件 的 单 位 先 用 起 来, 以 推 动 监 测 技 术 的 进 步 但 是, 新 方 法 必 须 经 过 方 法 验 证 和 对 比 实 验, 证 明 其 与 标 准 方 法 或 统 一 方 法 是 等 效 的 才 能 使 用 二 环 境 监 测 分 析 方 法 按 照 监 测 方 法 所 依 据 的 原 理, 环 境 监 测 分 析 常 用 的 方 法 有 化 学 法 电 化 学 法 原 子 吸 收 分 光 光 度 法 离 子 色 谱 法 气 相 色 谱 法 等 离 子 体 发 射 光 谱 (ICP-AES) 法 等 ( 一 ) 化 学 分 析 法 化 学 分 析 法 是 以 特 定 的 化 学 反 应 为 基 础 的 分 析 方 法, 分 为 重 量 分 析 法 和 容 量 分 析 法 重 量 分 析 法 是 将 待 测 物 质 以 沉 淀 的 形 式 析 出, 经 过 过 滤 烘 干 用 天 平 称 其 质 量, 通 过 计 算 得 出 待 测 物 质 的 含 量 由 于 重 量 法 的 手 续 繁 琐 费 时 费 力, 因 而 在 环 境 监 测 中 的 应 用 少, 但 是 重 量 分 析 法 准 确 度 比 较 高, 环 境 监 测 中 的 硫 酸 盐 二 氧 化 硅 残 渣 悬 浮 物 油 脂 可 吸 入 颗 粒 物 和 降 尘 等 的 标 准 分 析 方 法 仍 建 立 在 重 量 分 析 法 基 础 上 随 着 称 量 工 具 的 改 进, 重 量 分 析 法 有 可 能 重 新 得 到 重 视, 例 如 压 电 晶 体 的 微 量 测 重 法 测 定 大 气 中 可 吸 入 颗 粒 物 和 空 气 中 的 汞 蒸 气 等 容 量 分 析 法 又 称 滴 定 分 析 法 它 是 用 一 种 已 知 准 确 浓 度 的 溶 液 ( 标 准 溶 液 ), 滴 加 到 含 有 被 测 物 质 的 溶 液 中, 根 据 化 学 反 应 完 全 时 消 耗 标 准 溶 液 的 体 积 和 浓 度, 计 算 出 被 测 物 质 的 含 量 滴 定 分 析 方 法 简 便, 测 定 结 果 的 准 确 度 也 较 高, 不 需 贵 重 的 仪 器 设 备, 至 今 被 广 泛 采 用, 是 一 种 重 要 的 分 析 方 法 已 知 准 确 浓 度 的 溶 液 称 为 标 准 溶 液 将 标 准 溶 液 滴 加 到 待 测 溶 液 中 去 的 操 作 过 程 称 为 滴 定 滴 加 的 标 准 溶 液 与 待 测 组 分 恰 好 反 应 完 全 的 这 一 点 称 为 化 学 计 量 点 在 化 学 计 量 点 时, 反 应 往 往 没 有 易 为 人 察 觉 的 任 何 外 部 特 征, 因 此, 通 常 是 在 待 测 溶 液 中 加 入 指 示 剂 ( 如 甲 基 橙 等 ), 利 用 指 示 剂 颜 色 的 突 变 来 判 断 化 学 计 量 点 的 到 达 在 指 示 剂 变 色 时 停 止 滴 定, 这 一 点 称 为 滴 定 终 点 由 于 指 示 剂 颜 色 转 变 点 与 理 论 上 的 化 学 计 量 点 不 可 能 恰 好 吻 合, 它 们 之 间 往 往 存 在 着 很 小 的 差 别, 由 此 引 起 的 误 差 称 为 滴 定 误 差 根 据 化 学 反 应 类 型 的 不 同, 滴 定 分 析 分 为 酸 碱 滴 定 配 位 滴 定 沉 淀 滴 定 和 氧 化 还 原 滴 定 四 种 方 法 5

14 1. 滴 定 分 析 方 法 的 分 类 化 学 分 析 方 法 是 以 化 学 反 应 为 基 础 的, 滴 定 分 析 是 化 学 分 析 法 中 重 要 的 一 类 分 析 方 法 根 据 所 利 用 的 化 学 反 应 类 型 不 同, 滴 定 分 析 分 为 四 种 : (1) 酸 碱 滴 定 法 以 质 子 传 递 反 应 为 基 础, 用 来 测 定 酸 和 碱 (2) 络 合 滴 定 法 以 络 合 反 应 为 基 础, 用 来 测 定 金 属 离 子 (3) 沉 淀 滴 定 法 以 沉 淀 反 应 为 基 础, 可 用 以 测 定 Ag + CN - SCN - 及 卤 素 等 离 子 (4) 氧 化 还 原 滴 定 法 以 氧 化 还 原 反 应 为 基 础, 可 用 于 对 具 有 氧 化 还 原 性 质 的 物 质 和 某 些 不 具 备 氧 化 还 原 性 质 的 物 质 进 行 测 定 2. 滴 定 分 析 化 学 反 应 必 须 具 备 的 条 件 为 了 保 证 滴 定 分 析 的 准 确 度, 对 于 滴 定 分 析 的 化 学 反 应 必 须 具 备 以 下 四 个 条 件 : (1) 滴 定 剂 和 被 滴 定 物 质 必 须 按 一 定 的 计 量 关 系 进 行 反 应 ; (2) 反 应 要 接 近 完 全, 即 反 应 的 平 衡 常 数 要 足 够 大 ; (3) 反 应 速 度 要 快, 只 有 反 应 在 瞬 间 完 成, 才 能 准 确 地 把 握 滴 定 终 点 ; (4) 能 用 比 较 简 单 的 方 法 确 定 滴 定 终 点 3. 基 准 物 质 和 标 准 溶 液 滴 定 分 析 中, 离 不 开 标 准 溶 液, 否 则 无 法 计 算 分 析 结 果 因 此, 正 确 地 配 制 标 准 溶 液, 准 确 地 标 定 标 准 溶 液 的 浓 度, 妥 善 地 保 存 标 准 溶 液, 对 于 提 高 滴 定 分 析 的 准 确 度 具 有 重 要 的 意 义 (1) 基 准 物 质 能 用 于 直 接 配 制 或 标 定 标 准 溶 液 的 物 质, 称 为 基 准 物 质 或 标 准 物 质 作 为 基 准 物 质 应 符 合 下 列 4 个 条 件 : 1 纯 度 高, 杂 质 的 含 量 应 低 于 滴 定 分 析 所 允 许 的 误 差 限 度 ; 2 组 成 恒 定, 组 成 与 化 学 式 完 全 相 符, 若 含 结 晶 水, 其 含 量 也 应 与 化 学 式 完 全 相 同 ; 3 性 质 稳 定, 保 存 时 应 该 稳 定, 加 热 干 燥 时 不 挥 发 不 分 解, 称 量 时 不 吸 收 空 气 中 的 水 分 和 二 氧 化 碳 ; 4 具 有 较 大 的 摩 尔 质 量, 这 样 称 量 时 相 对 误 差 较 小 (2) 常 用 的 基 准 物 质 常 用 的 基 准 物 质 主 要 有 纯 金 属 和 纯 化 合 物 用 于 酸 碱 滴 定 的 有 : 十 水 合 碳 酸 钠 (Na 2 CO 3 10H 2 O) 硼 砂 (Na 2 B 4 O 7 10H 2 O) 草 酸 (H 2 C 2 O 4 2H 2 O) 邻 苯 二 甲 酸 氢 钾 (KHC 8 H 4 O 4 ) 等 ; 用 于 络 合 滴 定 的 有 : 金 属 锌 碳 酸 钙 (CaCO 3 ); 用 于 沉 淀 滴 定 的 有 : 硝 酸 银 氯 化 钠 ; 用 于 氧 化 还 原 滴 定 的 有 : 重 铬 酸 钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 草 酸 (H 2 C 2 O 4 2H 2 O) 或 草 酸 钠 (Na 2 C 2 O 4 ) 金 属 铜 以 及 溴 酸 钾 等 (3) 标 准 溶 液 的 配 制 标 准 溶 液 的 定 义 : 已 知 准 确 浓 度 的 试 剂 溶 液 标 准 溶 液 的 配 制 方 法 : 6

15 1 直 接 法 准 确 称 取 一 定 量 的 基 准 物 质, 用 蒸 馏 水 溶 解 后 定 量 转 移 到 容 量 瓶 中, 摇 匀 后 即 成 准 确 浓 度 的 标 准 溶 液 只 能 用 于 基 准 物 质, 溶 液 的 浓 度 根 据 所 称 基 准 物 质 的 量 和 容 量 瓶 的 体 积 计 算 2 间 接 法 先 用 台 秤 烧 杯 量 筒 等 粗 略 地 称 取 一 定 量 物 质 或 量 取 一 定 体 积 的 溶 液, 配 制 成 接 近 所 需 浓 度 的 溶 液 然 后 用 基 准 物 质 或 另 一 种 标 准 溶 液 来 测 定 它 的 准 确 浓 度 这 种 测 定 溶 液 准 确 浓 度 的 操 作 过 程 称 为 标 定 例 如 配 制 NaOH 标 准 溶 液, 可 以 先 配 成 近 似 浓 度, 再 用 该 溶 液 滴 定 准 确 称 量 的 邻 苯 二 甲 酸 氢 钾, 根 据 NaOH 溶 液 的 用 量 和 邻 苯 二 甲 酸 氢 钾 的 重 量, 计 算 出 NaOH 标 准 溶 液 的 准 确 浓 度 (4) 标 准 溶 液 浓 度 表 示 法 1 物 质 的 量 浓 度 物 质 的 量 浓 度 简 称 浓 度, 是 指 单 位 体 积 溶 液 中 所 含 溶 质 的 物 质 的 量 物 质 的 量 浓 度 c 的 国 际 单 位 为 mol/m 3, 单 位 名 称 为 摩 每 立 方 米 由 于 该 单 位 太 大, 在 化 学 中 常 用 的 单 位 符 号 为 mol/l, 即 摩 每 升 在 使 用 该 浓 度 时 也 必 须 指 明 基 本 单 元, 应 将 代 表 基 本 单 元 的 化 学 符 号 写 在 圆 括 号 内 2 滴 定 度 在 实 际 工 作 中, 例 如 工 厂 实 验 室 经 常 需 要 对 大 量 试 样 测 定 其 中 同 一 组 分 的 含 量 在 这 种 情 况 下, 常 用 滴 定 度 来 表 示 标 准 溶 液 的 浓 度, 这 样, 对 计 算 待 测 组 分 的 含 量 就 比 较 方 便 只 要 把 滴 定 时 所 用 标 准 溶 液 的 毫 升 数 乘 以 滴 定 度, 就 可 得 到 被 测 物 质 的 含 量 滴 定 度 是 指 1ml 标 准 溶 液 相 当 于 被 测 物 质 的 质 量 ( 单 位 为 g 或 mg), 以 符 号 T 表 示 ( 二 ) 仪 器 分 析 法 仪 器 分 析 法 是 利 用 被 测 物 质 的 物 理 或 物 理 化 学 性 质 来 进 行 分 析 的 方 法 根 据 分 析 原 理 和 仪 器 的 不 同, 环 境 监 测 中 常 用 到 如 下 几 类 1. 色 谱 分 析 法 包 括 气 相 色 谱 法 高 效 液 相 色 谱 法 薄 层 色 谱 法 离 子 色 谱 法 等 2. 电 化 学 分 析 法 包 括 极 谱 法 溶 出 伏 安 法 电 导 分 析 法 电 位 分 析 法 离 子 选 择 电 极 法 库 仑 分 析 法 等 3. 光 学 分 析 法 包 括 分 子 光 谱 法 和 原 子 光 谱 法 4. 放 射 分 析 法 包 括 同 位 素 稀 释 法 中 子 活 化 分 析 法 等 仪 器 分 析 法 具 有 灵 敏 度 高 选 择 性 强 简 便 快 速 可 以 进 行 多 组 分 分 析 容 易 实 现 连 续 自 动 分 析 等 优 点 仪 器 分 析 法 的 发 展 非 常 迅 速, 目 前 各 种 新 方 法 新 型 仪 器 层 出 不 穷, 促 使 监 测 技 术 趋 于 快 速 灵 敏 准 确 (1) 色 谱 分 析 法 色 谱 分 析 法 是 一 种 分 离 分 析 法 1 气 相 色 谱 法 以 气 体 为 流 动 相 的 色 谱 分 析 法 称 气 相 色 谱 法 由 所 用 固 定 相 的 状 态 不 同, 可 分 为 气 固 7

16 色 谱 和 气 液 色 谱 在 环 境 监 测 中, 气 相 色 谱 法 是 各 类 色 谱 法 中 应 用 最 为 广 泛 的, 是 水 大 气 固 体 废 物 和 土 壤 等 环 境 样 品 中 各 种 有 机 污 染 物 的 主 要 测 定 方 法, 还 可 以 应 用 于 永 久 性 气 体 的 测 定 2 高 效 液 相 色 谱 法 相 对 于 气 相 色 谱, 把 流 动 相 为 液 体 的 色 谱 过 程 称 为 液 相 色 谱 高 效 液 相 色 谱 是 在 液 体 柱 色 谱 基 础 上, 引 入 气 相 色 谱 的 理 论, 采 用 高 压 泵 高 效 固 定 相 和 高 灵 敏 度 的 检 测 器, 实 现 了 分 析 快 速 分 离 效 率 高 和 操 作 自 动 化 3 离 子 色 谱 法 离 子 色 谱 法 是 一 种 分 析 离 子 的 专 用 仪 器 可 用 于 大 气 水 固 体 废 物 等 多 种 环 境 样 品 的 分 析 通 常, 可 以 同 时 测 定 一 个 样 品 中 的 多 种 成 分, 如 F - C1 - Br - - NO 2 NO 3 - SO 2-3 SO H 2 PO 4 等 阴 离 子 和 K + Na + NH + 4 Ca 2+ Mg 2+ 等 阳 离 子 4 薄 层 色 谱 法, 薄 层 色 谱 法 又 称 为 薄 层 层 析, 在 环 境 监 测 中 主 要 用 于 样 品 的 预 分 离 纯 化 或 制 备 标 准 样 品 (2) 光 学 分 析 法 光 学 分 析 法 是 根 据 物 质 发 射 吸 收 辐 射 能 或 物 质 与 辐 射 能 相 互 作 用 建 立 的 分 析 方 法 种 类 很 多, 以 分 子 光 谱 法 和 原 子 光 谱 法 应 用 较 多 1 分 子 光 谱 法 分 子 光 谱 法 包 括 红 外 吸 收 可 见 和 紫 外 吸 收 分 子 荧 光 等 方 法 红 外 吸 收 光 谱 法 : 红 外 吸 收 光 谱 法 也 称 为 红 外 分 光 光 度 法 红 外 吸 收 光 谱 法 用 于 环 境 监 测 中 的 微 量 污 染 物 的 定 量 分 析, 由 于 其 具 有 强 选 择 性, 所 以 有 时 不 作 分 离 或 稍 作 分 离 就 可 对 待 测 组 分 进 行 定 量 测 定 这 一 技 术 经 常 应 用 于 大 气 中 工 业 排 放 污 染 物 ( 如 CO SO 2 NOx, 有 机 物 等 ) 的 测 定 可 见 - 紫 外 分 光 光 度 法 : 某 些 物 质 的 分 子 吸 收 了 200~800nm 光 谱 区 的 辐 射 后 发 生 分 子 轨 道 上 电 子 能 级 间 的 跃 迁, 从 而 产 生 分 子 吸 收 光 谱, 据 此 可 以 分 析 测 定 这 些 物 质 的 量, 即 为 可 见 - 紫 外 分 光 光 度 法, 可 测 定 多 种 无 机 和 有 机 污 染 物 质 分 光 光 度 计 结 构 简 单, 价 格 低 廉, 易 于 操 作, 因 此 易 于 推 广 应 用 现 已 广 泛 应 用 于 大 气 水 体 土 壤 及 生 物 污 染 物 的 监 测 分 析, 是 环 境 监 测 最 常 用 的 重 要 方 法 之 一 分 子 荧 光 分 析 法 : 处 于 基 态 的 分 子 吸 收 适 当 能 量 后, 其 价 电 子 从 成 键 分 子 轨 道 或 非 成 键 轨 道 跃 迁 到 反 键 分 子 轨 道 上 去, 形 成 激 发 态, 激 发 态 很 不 稳 定, 将 很 快 返 回 基 态, 并 伴 随 光 子 辐 射, 这 种 现 象 称 为 发 光 某 些 物 质 ( 分 子 ) 受 激 后 产 生 特 征 辐 射 即 分 子 荧 光, 通 过 测 量 荧 光 强 度 即 可 对 这 些 物 质 进 行 分 析, 即 为 分 子 荧 光 分 析 法 分 子 荧 光 分 析 法 在 水 和 大 气 污 染 监 测 中 都 有 应 用, 例 如 Be Se 油 类 苯 并 [a] 芘 的 测 定 2 原 子 光 谱 法 包 括 原 子 发 射 原 子 吸 收 和 原 子 荧 光 光 谱 法 目 前 应 用 最 多 的 是 原 子 吸 收 光 谱 法, 简 称 为 原 子 吸 收 法 它 是 基 于 蒸 气 相 中 被 测 元 素 的 基 态 原 子 对 其 原 子 共 振 辐 射 的 吸 收 强 度 来 测 定 样 品 中 被 测 元 素 含 量 的 一 种 方 法 (3) 电 化 学 分 析 法 电 化 学 分 析 法 是 依 据 物 质 的 电 学 及 电 化 学 性 质 测 定 其 含 量 的 分 析 方 法, 通 常 是 使 待 分 析 的 样 品 试 液 构 成 化 学 电 池, 根 据 电 池 的 某 些 物 理 量 与 化 学 量 之 间 的 内 在 联 系 进 行 定 量 分 析 8

17 1 电 导 分 析 法 通 过 测 量 溶 液 的 电 导 或 电 阻 来 确 定 被 测 物 质 的 含 量, 如 水 质 监 测 中 电 导 率 的 测 定 就 非 常 简 便 快 速 2 电 位 分 析 法 用 一 个 指 示 电 极 和 一 个 参 比 电 极 与 试 液 组 成 化 学 电 池, 根 据 电 池 电 动 势 ( 或 指 示 电 极 电 位 ) 分 析 待 测 物 质 电 位 分 析 法 广 泛 应 用 于 环 境 监 测 中, 例 如 ph 值 测 定 和 离 子 选 择 性 电 极 测 定 离 子 选 择 性 电 极 可 以 快 速 测 定 环 境 样 品 中 的 F - Cl - CN - S 2- NO - 2 K + Na + 等 离 子 3 库 仑 分 析 法 待 测 物 质 定 量 地 进 行 某 一 电 极 反 应, 或 者 待 测 物 质 与 某 一 极 反 应 产 物 定 量 地 进 行 化 学 反 应, 根 据 此 过 程 所 消 耗 的 电 量 ( 库 仑 数 ) 可 以 定 量 分 析 待 测 物 质 浓 度, 即 为 库 仑 分 析 法 例 如, 库 仑 法 测 定 化 学 需 氧 量 就 是 据 此 原 理 实 现 的 4 伏 安 和 极 谱 法 用 微 电 极 电 解 被 测 物 质 的 溶 液, 根 据 所 得 到 的 电 流 - 电 压 ( 或 电 极 ) 极 化 曲 线 来 测 定 物 质 含 量 的 方 法 此 法 在 环 境 监 测 中 应 用 广 泛, 是 测 定 水 大 气 固 体 废 物 土 壤 等 样 品 中 多 种 金 属 元 素 的 常 用 方 法 (4) 质 谱 分 析 法 质 谱 分 析 的 原 理 是 通 过 测 定 有 机 物 离 子 的 质 量 和 强 度 来 进 行 成 份 和 结 构 分 析 目 前 已 成 为 环 境 有 机 污 染 物 监 测 的 重 要 测 试 技 术 (5) 其 他 监 测 分 析 方 法 1 生 物 指 示 分 析 法 生 物 指 示 分 析 法 是 利 用 生 物 体 ( 主 要 是 植 物 ) 对 环 境 中 某 些 污 染 物 产 生 的 反 应 来 判 断 环 境 污 染 的 一 种 手 段 2 结 构 分 析 法 结 构 分 析 法 是 分 析 污 染 物 的 物 理 化 学 状 态 或 结 构 的 方 法 3 放 射 化 学 分 析 法 放 射 化 学 分 析 是 专 门 测 定 环 境 样 品 中 的 放 射 性 污 染 物 4 酶 分 析 法 酶 是 一 种 生 物 化 学 催 化 剂, 酶 分 析 法 是 利 用 酶 催 化 反 应 测 定 污 染 物 含 量 的 方 法 ( 三 ) 环 境 监 测 分 析 技 术 发 展 动 向 目 前 环 境 监 测 分 析 技 术 的 发 展 较 快, 许 多 新 技 术 在 监 测 过 程 中 已 得 到 应 用 当 前 环 境 监 测 技 术 发 展 主 要 表 现 在 : 遥 感 技 术 广 为 采 用, 监 测 技 术 连 续 自 动 化, 分 析 技 术 联 用, 深 入 开 展 污 染 物 状 态 和 结 构 分 析, 痕 量 和 超 痕 量 分 析 技 术 进 展 迅 猛, 监 测 分 析 方 法 标 准 化, 监 测 数 据 处 理 计 算 机 化 等 ( 四 ) 分 析 方 法 的 选 择 根 据 水 中 待 测 物 质 的 含 量, 一 般 常 量 物 质 用 滴 定 分 析 法 例 如, 酸 碱 性 物 质 用 酸 碱 滴 定 法, 金 属 离 子 用 配 位 滴 定 法, 卤 素 用 沉 淀 滴 定 法, 有 机 污 染 物 可 用 氧 化 还 原 法, 微 量 或 痕 景 物 质 用 各 类 仪 器 分 析 法 有 时 一 种 物 质, 几 种 方 法 均 可 测 定 例 如 Cd 可 用 比 色 分 光 光 度 法, 也 可 用 原 子 吸 收 或 极 谱 法 选 用 何 种 方 法 要 看 测 定 的 目 的 要 求 各 种 分 析 方 法 的 特 点 和 具 体 条 件 对 浓 度 很 低 的 待 测 物 质, 又 要 求 得 到 准 确 度 较 高 的 分 析 结 果, 希 望 采 用 灵 敏 度 准 确 度 都 高 的 仪 器, 但 要 结 合 实 验 室 条 件 综 合 考 虑 对 要 求 速 度 快 的 监 测 分 析, 如 运 行 管 理 中 控 制 分 析, 要 根 据 分 析 结 果 及 时 采 取 技 术 措 施, 这 时 就 必 须 选 择 快 速 简 便 的 分 析 方 法 对 到 野 外 现 场 操 作 的 测 定, 就 应 采 用 便 于 制 备 便 于 携 带 经 济 实 用 的 分 析 方 法 9

18 总 之, 选 择 测 定 方 法 要 根 据 待 测 对 象 目 的 要 求 和 所 具 备 的 条 件, 做 到 既 符 合 对 灵 敏 度 准 确 度 的 不 同 要 求, 又 经 济 实 用 思 考 题 : 1. 环 境 监 测 包 括 哪 些 主 要 内 容? 有 何 特 点? 2. 环 境 监 测 有 哪 些 基 本 程 序? 3. 什 么 叫 优 先 污 染 物? 什 么 叫 优 先 监 测? 4. 环 境 监 测 有 哪 些 基 本 要 求? 5. 什 么 叫 容 量 分 析 法? 容 量 分 析 法 有 何 特 点? 6. 什 么 叫 重 量 分 析 法? 重 量 分 析 法 有 何 特 点? 7. 仪 器 分 析 法 有 何 特 点? 根 据 其 分 析 原 理 不 同, 包 括 哪 些 主 要 方 法? 10

19 第 二 章 环 境 监 测 过 程 中 的 质 量 控 制 知 识 目 标 : 1. 了 解 环 境 监 测 质 量 控 制 的 意 义 和 内 容 2. 了 解 质 量 控 制 的 有 关 名 词 术 语 3. 理 解 误 差 的 分 类 及 产 生 原 因, 掌 握 减 少 误 差 的 方 法 4. 了 解 实 验 室 的 管 理 和 岗 位 责 任 制 5. 掌 握 实 验 室 内 和 实 验 室 间 的 质 量 控 制 方 法 6. 了 解 误 差 的 检 测 方 法, 标 准 分 析 方 法 和 分 析 方 法 标 准 化 以 及 实 验 室 间 的 协 作 试 验 能 力 目 标 : 1. 能 够 写 出 各 种 误 差 的 表 示 方 法 2. 能 够 正 确 修 约 环 境 监 测 数 据, 判 断 数 据 的 可 靠 性 3. 能 正 确 使 用 环 境 监 测 实 验 室 的 试 剂 仪 器 4. 能 正 确 使 用 质 量 控 制 图, 使 环 境 监 测 数 据 规 范 可 信 第 一 节 环 境 监 测 质 量 控 制 的 意 义 及 内 容 在 环 境 监 测 过 程 中, 由 于 监 测 对 象 复 杂, 时 间 空 间 分 布 广 泛, 污 染 物 质 易 受 物 理 化 学 及 生 物 等 因 素 的 影 响, 待 测 组 分 的 浓 度 范 围 变 化 大, 而 且 测 定 结 果 还 与 样 品 采 集 的 时 间 空 间 有 关, 不 易 准 确 测 量 因 此, 环 境 监 测 工 作 是 由 一 系 列 环 节 组 成, 特 别 是 大 规 模 的 环 境 调 查 中, 常 需 要 在 同 一 时 间 内, 许 多 实 验 室 同 时 测 定, 这 就 要 求 各 个 实 验 室 在 整 个 监 测 过 程 中 提 供 的 数 据 要 有 规 定 的 准 确 性 和 可 比 性, 否 则 任 一 环 节 出 现 问 题 都 将 直 接 或 间 接 影 响 测 定 结 果 的 准 确 度 如 果 没 有 一 个 科 学 的 环 境 监 测 质 量 控 制 程 序, 对 整 个 监 测 过 程 进 行 规 范 化 管 理, 由 于 人 员 设 备 地 域 等 各 种 因 素 的 影 响, 难 免 出 现 监 测 数 据 差 别 较 大 不 能 利 用 的 现 象, 造 成 大 量 人 力 物 力 和 财 力 的 浪 费 环 境 监 测 质 量 控 制 是 环 境 监 测 中 十 分 重 要 的 技 术 工 作 和 管 理 工 作 质 量 控 制, 是 一 种 保 证 监 测 数 据 准 确 可 靠 的 方 法, 也 是 科 学 管 理 实 验 室 和 监 测 系 统 的 有 效 措 施, 它 可 以 保 证 数 据 质 量, 使 不 同 操 作 人 员 不 同 实 验 室 所 提 供 的 监 测 数 据 建 立 在 可 靠 有 用 的 基 础 之 上 环 境 监 测 质 量 控 制 是 整 个 监 测 过 程 的 全 面 质 量 管 理, 包 括 制 订 计 划 ; 根 据 需 要 和 可 能 确 定 监 测 指 标 及 数 据 的 质 量 要 求 ; 规 定 相 应 的 分 析 监 测 系 统 其 主 要 内 容 有 采 样 样 品 预 处 理 贮 存 运 输 实 验 室 供 应, 仪 器 设 备 器 皿 的 选 择 和 校 准, 试 剂 溶 剂 和 基 准 物 质 的 选 用, 统 一 测 定 方 法, 质 量 控 制 程 序, 数 据 的 记 录 和 整 理, 各 类 人 员 的 要 求 和 技 术 培 训, 实 验 室 的 清 洁 度 和 安 全, 以 及 编 写 有 关 的 文 件 指 南 和 手 册 等 环 境 监 测 质 量 控 制 主 要 有 实 验 室 内 部 质 量 控 制 和 外 部 质 量 控 制 ( 实 验 室 间 质 量 控 制 ) 两 个 部 分 实 验 室 内 部 质 量 控 制 是 实 验 室 自 我 控 制 质 量 的 常 规 程 序, 它 能 反 映 监 测 分 析 过 程 中 质 量 稳 定 性 情 况, 以 便 及 时 发 现 分 析 中 出 现 的 异 常, 随 时 采 取 相 应 的 校 正 措 施 其 内 容 11

20 包 括 空 白 试 验 校 准 曲 线 核 查 仪 器 设 备 的 定 期 标 定 平 行 样 分 析 加 标 样 分 析 密 码 样 分 析 和 编 制 质 量 控 制 图 等 外 部 质 量 控 制 通 常 是 由 常 规 监 测 以 外 的 中 心 监 测 站 或 其 他 有 经 验 人 员 来 检 查 各 实 验 室 是 否 存 在 系 统 误 差, 以 便 对 数 据 质 量 进 行 独 立 评 价, 各 实 验 室 可 以 从 中 发 现 所 存 在 的 系 统 误 差 等 问 题, 以 便 及 时 校 正 提 高 监 测 质 量, 增 强 各 实 验 室 监 测 数 据 的 可 比 性 实 验 室 间 的 质 量 控 制 应 该 是 在 各 实 验 室 认 真 执 行 了 内 部 质 量 控 制 程 序 的 基 础 上 进 行 常 用 的 方 法 有 分 析 标 准 样 品, 进 行 实 验 室 之 间 的 评 价 和 分 析 测 量 系 统 的 现 场 评 价 等 表 2-1 环 境 监 测 质 量 控 制 要 点 监 测 系 统 质 量 控 制 要 点 质 量 控 制 目 的 1 检 测 目 标 系 统 的 控 制 布 点 系 统 空 间 代 表 性 可 比 性 2 监 测 点 位 点 数 的 优 化 控 制 1 采 样 次 数 和 采 样 频 率 的 优 化 采 样 系 统 时 间 代 表 性 可 比 性 2 采 样 工 具 方 法 的 统 一 规 范 化 1 采 样 的 运 输 过 程 控 制 贮 运 系 统 可 靠 性 代 表 性 2 样 品 固 定 保 存 控 制 1 分 析 方 法 准 确 度 精 密 度 检 测 范 围 控 制 准 确 性 精 密 性 可 靠 性 分 析 测 试 系 统 2 分 析 人 员 素 质 和 实 验 室 间 质 量 的 控 制 可 比 性 1 数 据 整 理 处 理 及 精 度 检 验 控 制 可 靠 性 可 比 性 完 整 性 数 据 处 理 系 统 2 数 据 分 布 分 类 管 理 制 度 的 控 制 科 学 性 1 信 息 量 的 控 制 真 实 性 完 整 性 科 学 性 综 合 评 价 系 统 2 成 果 表 达 的 控 制 适 用 性 3 结 论 完 整 性 及 对 策 控 制 环 境 监 测 的 质 量 控 制 过 程 是 一 个 环 境 监 测 实 验 室 监 测 水 平 的 重 要 标 志, 已 经 在 国 内 外 引 起 了 广 泛 重 视 我 国 按 照 国 际 规 范 要 求, 为 不 断 提 高 技 术 和 管 理 水 平, 组 成 的 中 国 实 验 室 国 家 认 可 委 员 会, 大 大 推 动 了 环 境 监 测 质 量 控 制 过 程 认 可 委 员 会 的 认 可 内 容 主 要 有 : 检 测 结 果 的 公 正 性 质 量 方 针 与 目 标 组 织 与 管 理 组 织 机 构 技 术 委 员 会 质 量 监 督 网 权 力 委 派 防 止 不 恰 当 干 扰 保 护 委 托 人 机 密 和 所 有 权 比 对 和 能 力 验 证 计 划 等, 质 量 体 系 审 核 与 评 审 检 测 样 品 的 代 表 性 有 效 性 和 完 整 性 将 直 接 影 响 检 测 结 果 的 准 确 度, 因 此 必 须 对 抽 样 过 程 样 品 的 接 收 流 转 贮 存 处 置 以 及 样 品 的 识 别 等 各 个 环 节 实 施 有 效 的 质 量 控 制 这 是 在 实 验 室 认 可 中 特 别 强 调 的 内 容 第 二 节 环 境 监 测 质 量 控 制 的 有 关 名 词 术 语 一 准 确 度 准 确 度 是 用 一 个 特 定 的 分 析 程 序, 所 获 得 的 分 析 结 果 ( 单 次 测 定 值 和 重 复 测 定 值 的 均 值 ) 与 假 定 的 或 公 认 的 真 值 之 间 符 合 程 度 的 量 度 它 是 反 应 该 方 法 或 系 统 存 在 的 系 统 误 差 或 偶 然 误 差 的 综 合 指 标, 决 定 着 测 定 结 果 的 可 靠 性 准 确 度 用 绝 对 误 差 或 相 对 误 差 表 示 其 评 价 方 法 常 用 加 标 回 收 和 对 照 试 验 检 验 1. 加 标 回 收 率 试 验 12

21 在 试 样 中 加 入 一 定 量 的 标 准 物 质, 同 时 测 定 加 标 试 样, 并 按 下 式 计 算 回 收 率 (P), 以 确 定 监 测 方 法 的 准 确 度 P = 式 中 :A 为 加 标 试 样 测 定 值 ; A B 100% D B 为 试 样 测 定 值 ; D 为 加 标 量 回 收 率 试 验 简 单 易 行, 能 综 合 反 映 多 种 因 素 引 起 的 误 差, 因 此 常 用 来 判 断 某 方 法 是 否 适 合 于 特 定 试 样 的 测 定 在 进 行 加 标 回 收 试 验 时, 应 注 意 以 下 几 个 问 题 : (1) 加 标 量 的 用 量 确 定 加 标 量 的 多 少 应 考 虑 样 品 中 待 测 物 质 的 浓 度 和 加 入 标 准 物 质 的 浓 度 对 回 收 率 的 影 响 通 常 标 准 物 质 的 加 入 量 与 待 测 物 质 浓 度 水 平 相 等 或 接 近 为 宜 待 测 物 质 浓 度 较 高 时, 则 加 标 后 的 总 浓 度 不 能 超 过 方 法 线 性 范 围 上 限 的 90%, 如 小 于 检 测 限, 则 可 按 测 定 下 限 量 加 入 标 准 物 质 但 应 注 意, 在 任 何 条 件 下, 加 标 量 不 得 大 于 样 品 中 待 测 物 含 量 的 三 倍, 否 则 会 影 响 加 标 回 收 率 的 准 确 性 和 真 实 性 (2) 加 标 量 的 干 扰 样 品 中 某 些 干 扰 物 对 待 测 物 质 产 生 的 正 干 扰 或 负 干 扰, 有 时 会 相 互 叠 加 或 抵 消, 用 回 收 率 实 验 方 法 不 易 发 现, 其 回 收 率 也 不 能 得 到 满 意 结 果 (3) 标 准 物 质 与 样 品 中 待 测 物 质 的 形 态 加 入 的 标 准 物 质 与 样 品 中 待 测 物 质 的 形 态 应 尽 可 能 一 致 即 使 如 此, 由 于 基 体 效 应 的 存 在, 用 加 标 回 收 率 评 价 准 确 度 并 非 全 部 可 靠 所 谓 基 体 效 应 就 是, 因 基 体 组 成 不 同, 使 物 理 化 学 性 质 差 异 给 实 际 测 定 带 来 的 误 差 2. 对 照 试 验 t 检 验 法 对 照 试 验 就 是 用 标 准 物 质 进 行 对 比 试 验, 或 与 标 准 方 法 进 行 比 较 前 者 在 进 行 环 境 样 品 测 定 的 同 时, 对 标 准 物 质 进 行 测 定, 将 标 准 物 质 的 测 定 结 果 与 标 准 物 质 的 给 定 值 进 行 比 较 检 验, 确 定 检 测 方 法 的 准 确 度 后 者 用 标 准 方 法 对 同 一 环 境 样 品 进 行 测 定, 检 验 两 种 方 法 的 测 定 结 果, 判 断 监 测 方 法 的 准 确 度 通 过 对 照 试 验 还 可 判 断 操 作 的 准 确 度 对 照 试 验 结 果 的 比 较, 通 常 采 用 t 检 验 法, 也 称 显 著 性 检 验 二 精 密 度 精 密 度 是 指 用 特 定 的 分 析 程 序, 在 受 控 条 件 下 重 复 分 析 均 一 样 品 所 得 测 定 值 的 一 致 程 度, 它 反 映 分 析 方 法 或 测 量 系 统 所 存 在 随 机 误 差 的 大 小 可 用 极 差 平 均 偏 差 相 对 平 均 偏 差 标 准 偏 差 和 相 对 标 准 偏 差 来 表 示 精 密 度 大 小, 最 常 用 的 是 标 准 偏 差 在 讨 论 精 密 度 时, 常 要 遇 到 如 下 一 些 术 语 : 1. 平 行 性 平 行 性 系 指 在 同 一 实 验 室 中, 当 分 析 人 员 分 析 设 备 和 分 析 时 间 都 相 同 时, 用 同 一 分 析 方 法 对 同 一 样 品 进 行 双 份 或 多 份 平 行 样 测 定 结 果 之 间 的 符 合 程 度 13

22 2. 重 复 性 重 复 性 系 指 在 同 一 实 验 室 内, 当 分 析 人 员 分 析 设 备 和 分 析 时 间 三 因 素 中 至 少 有 一 项 不 相 同 时, 用 同 一 分 析 方 法 对 同 一 样 品 进 行 的 两 次 或 两 次 以 上 独 立 测 定 结 果 之 间 的 符 合 程 度 3. 再 现 性 再 现 性 系 指 在 不 同 实 验 室 ( 分 析 人 员 分 析 设 备 甚 至 分 析 时 间 都 不 相 同 ), 用 同 一 分 析 方 法 对 同 一 样 品 进 行 多 次 测 定 结 果 之 间 的 符 合 程 度 平 行 性 和 重 复 性 代 表 了 实 验 室 内 部 精 密 度 ; 再 现 性 反 映 的 是 实 验 室 间 的 精 密 度, 通 常 用 分 析 标 准 样 品 的 方 法 来 确 定 精 密 度 的 评 价 常 用 F 检 验 法, 用 于 比 较 不 同 条 件 下 ( 不 同 地 点 不 同 时 间 不 同 分 析 方 法 不 同 分 析 人 员 等 ) 测 量 的 两 组 数 据 是 否 具 有 相 同 的 精 密 度 三 灵 敏 度 分 析 方 法 的 灵 敏 度 是 指 某 种 分 析 方 法 在 一 定 条 件 下 被 测 物 质 浓 度 或 含 量 改 变 一 个 单 位 时 所 引 起 的 测 量 信 号 的 变 化 程 度 它 可 以 用 仪 器 的 响 应 量 或 其 他 指 示 量 与 对 应 的 待 测 物 质 的 浓 度 或 量 之 比 来 描 述, 因 此 常 用 标 准 曲 线 的 斜 率 来 度 量 灵 敏 度 灵 敏 度 因 实 验 条 件 而 变 标 准 曲 线 的 直 线 部 分 以 下 式 表 示 : A = kc + α 式 中 A 仪 器 的 响 应 C 待 测 物 质 的 浓 度 ; a 校 准 曲 线 的 截 距 ; k 方 法 的 灵 敏 度,k 值 大, 说 明 方 法 灵 敏 度 高 在 原 子 吸 收 分 光 光 度 法 中, 国 际 理 论 与 应 用 化 学 联 合 会 (IUPAC) 建 议 将 以 浓 度 表 示 的 1% 吸 收 灵 敏 度 叫 做 特 征 浓 度, 而 将 以 绝 对 量 表 示 的 l% 吸 收 灵 敏 度 称 为 特 征 量 特 征 浓 度 或 特 征 量 越 小, 方 法 的 灵 敏 度 越 高 四 空 白 试 验 空 白 试 验 又 叫 空 白 测 定, 是 指 用 蒸 馏 水 代 替 试 样 的 测 定 其 所 加 试 剂 和 操 作 步 骤 与 试 验 测 定 完 全 相 同 空 白 试 验 应 与 试 样 测 定 同 时 进 行, 试 样 分 析 时 仪 器 的 响 应 值 ( 如 吸 光 度 峰 高 等 ) 不 仅 是 试 样 中 待 测 物 质 的 分 析 响 应 值, 还 包 括 所 有 其 他 因 素, 如 试 剂 中 杂 质 环 境 及 操 作 进 程 的 玷 污 等 的 响 应 值, 这 些 因 素 是 经 常 变 化 的, 为 了 了 解 它 们 对 试 样 测 定 的 综 合 影 响, 在 每 次 测 定 时, 均 应 作 空 白 试 验, 空 白 试 验 所 得 的 响 应 值 称 为 空 白 试 验 值 对 试 验 用 水 有 一 定 的 要 求, 即 其 中 待 测 物 质 浓 度 应 低 于 方 法 的 检 出 限 当 空 白 试 验 值 偏 高 时, 应 全 面 检 查 空 白 试 验 用 水 试 剂 的 空 白 量 器 和 容 器 是 否 玷 污 仪 器 的 性 能 以 及 环 境 状 况 等 五 校 准 曲 线 校 准 曲 线 是 用 于 描 述 待 测 物 质 的 浓 度 或 量 与 相 应 的 测 量 仪 器 的 响 应 量 或 其 他 指 示 量 之 间 的 定 量 关 系 的 曲 线 校 准 曲 线 包 括 工 作 曲 线 ( 绘 制 校 准 曲 线 的 标 准 溶 液 的 分 析 步 骤 与 14

23 样 品 分 析 步 骤 完 全 相 同 ) 和 标 准 曲 线 ( 绘 制 校 准 曲 线 的 标 准 溶 液 的 分 析 步 骤 与 样 品 分 析 步 骤 相 比 有 所 省 略, 如 省 略 样 品 的 前 处 理 ) 监 测 中 常 用 校 准 曲 线 的 直 线 部 分 某 一 方 法 的 校 准 曲 线 的 直 线 部 分 所 对 应 的 待 测 物 质 浓 度 ( 或 量 ) 的 变 化 范 围, 称 为 该 方 法 的 线 性 范 围 六 检 测 限 检 测 限 是 指 某 一 分 析 方 法 在 给 定 的 可 靠 程 度 内 可 以 从 样 品 中 检 测 待 测 物 质 的 最 小 浓 度 或 最 小 量 所 谓 检 测 是 指 定 性 检 测, 即 断 定 样 品 中 确 定 存 在 有 浓 度 高 于 空 白 的 待 测 物 质 检 测 限 有 如 下 几 种 规 定 : 1. 分 光 光 度 法 中 规 定 以 扣 除 空 白 值 后, 吸 光 度 为 0.01 相 对 应 的 浓 度 值 为 检 测 限 2. 气 相 色 谱 法 中 规 定 的 最 小 检 测 量 是 指 检 测 器 正 好 能 产 生 与 噪 声 相 区 别 的 响 应 信 号 时 所 需 进 入 色 谱 柱 的 物 质 的 最 小 量, 通 常 认 为 恰 能 辨 别 的 响 应 信 号 最 小 应 为 噪 声 值 两 倍 最 小 检 测 浓 度 是 指 最 小 检 测 量 与 进 样 量 ( 体 积 ) 之 比 3. 离 子 选 择 性 电 极 法 规 定 某 一 方 法 的 标 准 曲 线 的 直 线 部 分 外 延 的 延 长 线 与 通 过 空 白 电 位 且 平 行 于 浓 度 轴 的 直 线 相 交 时, 其 交 点 所 对 应 的 浓 度 值 即 为 检 测 限 4. 全 球 环 境 监 测 系 统 水 监 测 操 作 指 南 中 规 定, 给 定 置 信 水 平 为 95% 时, 样 品 浓 度 的 一 次 测 定 值 与 零 浓 度 样 品 的 一 次 测 定 值 有 显 著 性 差 异 者, 即 为 检 测 限 (L) 当 空 白 测 定 次 数 大 于 20 时, L=4.6δWb 式 中 δwb 空 白 平 行 测 定 ( 批 内 ) 标 准 偏 差 七 方 法 适 用 范 围 方 法 适 用 范 围 是 指 某 一 特 定 方 法 检 测 下 限 至 检 测 上 限 之 间 的 浓 度 范 围 显 然, 最 佳 测 定 范 围 应 小 于 方 法 适 用 范 围 八 测 定 限 测 定 限 分 为 测 定 下 限 和 测 定 上 限 测 定 下 限 是 指 在 测 定 误 差 能 满 足 预 定 要 求 的 前 提 下, 用 特 定 方 法 能 够 准 确 地 定 量 测 定 待 测 物 质 的 最 小 浓 度 或 量 ; 测 定 上 限 是 指 在 限 定 误 差 能 满 足 预 定 要 求 的 前 提 下, 用 特 定 方 法 能 够 准 确 地 定 量 测 定 待 测 物 质 的 最 大 浓 度 或 量 九 最 佳 测 定 范 围 最 佳 测 定 范 围 又 叫 有 效 测 定 范 围, 系 指 在 限 定 误 差 能 满 足 预 定 要 求 的 前 提 下, 特 定 方 法 的 测 定 下 限 到 测 定 上 限 之 间 的 浓 度 范 围 15

24 第 三 节 误 差 环 境 监 测 的 目 的 就 是 准 确 地 测 定 污 染 物 质 组 分 的 含 量 因 此 分 析 结 果 必 须 有 一 定 的 准 确 度, 否 则 就 会 导 致 科 学 上 的 错 误 结 论, 从 而 引 发 一 系 列 的 问 题 即 使 是 很 熟 练 的 分 析 工 作 者, 采 用 最 完 善 的 分 析 方 法 和 最 精 密 的 仪 器, 对 同 一 个 样 品 在 相 同 的 条 件 下 进 行 多 次 平 行 测 定, 其 结 果 也 不 会 完 全 一 样 ; 如 果 是 几 个 人, 对 同 一 样 品 进 行 平 行 测 定, 其 结 果 就 更 难 相 同 了 这 说 明 分 析 结 果 必 然 存 在 误 差, 因 此 一 切 从 事 的 科 学 实 验 必 然 存 在 着 误 差, 这 就 是 误 差 公 理 即 测 定 结 果 都 具 有 误 差, 误 差 自 始 至 终 存 在 于 一 切 测 定 的 过 程 之 中 由 此 看 来, 一 个 没 有 表 明 误 差 的 分 析 结 果, 几 乎 就 会 成 为 没 有 用 的 数 据 或 者 说, 他 人 对 其 结 果 的 可 信 度 就 不 言 而 喻 虽 然 误 差 比 测 量 结 果 的 数 据 要 小 得 多, 但 其 重 要 性 丝 毫 不 比 测 量 结 果 逊 色 一 误 差 1. 真 值 在 某 一 时 刻 和 某 一 状 态 ( 或 位 置 ) 下, 某 事 物 的 量 表 现 出 的 客 观 值 ( 或 实 际 值 ) 称 为 真 值 实 际 应 用 的 真 值 包 括 : 理 论 真 值 : 例 如 三 角 形 内 角 之 和 等 于 180º; 约 定 真 值 : 由 国 际 单 位 制 所 定 义 的 真 值 称 为 约 定 真 值 ; 标 准 器 ( 包 括 标 准 物 质 ) 的 相 对 真 值 : 高 一 级 标 准 器 的 误 差 为 低 一 级 标 准 器 或 普 通 仪 器 误 差 的 1/5( 或 1/3~1/20) 时, 则 可 以 认 为 前 者 为 后 者 的 相 对 真 值 2. 误 差 测 量 结 果 与 其 真 实 值 的 差 值 称 为 误 差 环 境 监 测 需 要 借 助 各 种 测 量 方 法 去 完 成 由 于 被 测 量 的 数 值 形 式 通 常 不 能 以 有 限 位 数 表 示 此 外 由 于 认 识 能 力 的 不 足 和 科 学 技 术 水 平 的 限 制, 测 量 值 与 其 真 值 并 不 完 全 一 致 误 差 是 客 观 存 在 的, 任 何 测 量 结 果 都 具 有 一 定 的 误 差, 误 差 存 在 于 一 切 测 量 的 全 过 程 中 3 偏 差 各 次 测 定 值 与 平 均 值 之 差 称 为 偏 差 在 实 际 工 作 中, 由 于 真 实 值 并 不 知 道 用 误 差 无 法 衡 量 测 定 结 果 的 准 确 度, 对 环 境 样 品 要 进 行 多 次 平 行 分 析, 用 其 算 术 平 均 值 来 代 表 该 样 品 的 测 定 结 果, 用 偏 差 衡 量 测 定 结 果 的 精 密 度 二 误 差 的 分 类 及 产 生 原 因 误 差 按 其 性 质 和 产 生 的 原 因, 可 以 分 为 系 统 误 差 偶 然 误 差 和 过 失 误 差 1. 系 统 误 差 系 统 误 差 又 称 可 测 误 差 恒 定 误 差 或 偏 倚 是 指 测 量 值 的 总 体 均 值 与 真 值 之 间 的 差 别, 是 由 测 量 过 程 中 某 些 恒 定 因 素 造 成 的 在 一 定 的 测 量 条 件 下, 系 统 误 差 会 重 复 出 现, 即 误 差 的 正 负 和 大 小 在 多 次 重 复 测 定 中 有 固 定 的 规 律 因 此, 增 加 测 定 次 数 不 能 减 小 系 统 误 差 从 理 论 上 讲, 系 统 误 差 是 可 以 测 定 的, 若 能 找 出 原 因, 并 设 法 加 以 校 正, 即 可 消 除 系 统 误 差 16

25 系 统 误 差 产 生 的 原 因 有 (1) 方 法 误 差 : 方 法 误 差 是 由 分 析 方 法 不 够 完 善 所 引 起 的, 由 分 析 系 统 的 化 学 或 物 理 化 学 性 质 所 决 定, 在 一 定 条 件 下, 这 种 误 差 的 数 值 保 持 一 定, 采 取 适 当 措 施 可 以 减 小 方 法 误 差 方 法 误 差 来 源 有 : 反 应 不 能 定 量 完 成 或 者 有 副 反 应 ; 存 在 干 扰 成 分 以 及 响 应 信 号 偏 离 理 论 值 等 (2) 仪 器 误 差 : 仪 器 误 差 是 由 于 使 用 未 经 校 准 的 仪 器 或 仪 器 本 身 不 够 准 确 造 成 的 如 天 平 两 臂 不 等 长 砝 码 不 准 所 用 容 量 瓶 滴 定 管 移 液 管 未 经 校 正, 均 会 引 入 系 统 误 差 (3) 试 剂 误 差 : 试 剂 误 差 是 由 于 所 用 试 剂 中 含 有 杂 质 所 致 如 基 准 试 剂 纯 度 不 够 使 用 了 不 纯 的 试 剂 或 蒸 馏 水, 引 入 了 被 测 物 质 或 干 扰 物 质 (4) 人 员 误 差 : 人 员 误 差 是 由 于 测 量 者 的 感 官 差 异 反 应 敏 捷 程 度 和 固 有 习 惯 所 引 起 如 人 的 辨 别 能 力 不 同, 在 判 断 指 示 剂 变 色 点 时 会 存 在 误 差 ; 对 仪 器 标 尺 读 数 时 习 惯 性 地 偏 左 或 偏 右 此 外 人 员 的 主 观 偏 见 也 会 造 成 误 差, 如 在 重 复 实 验 时, 总 是 想 使 后 者 与 前 者 的 实 验 结 果 相 一 致, 不 自 觉 地 受 先 入 为 主 的 偏 见 所 支 配, 在 读 取 数 据 时 造 成 人 员 误 差 (5) 环 境 误 差 : 环 境 误 差 是 由 于 测 量 时 环 境 因 素 的 显 著 改 变 所 引 起 如 温 度 湿 度 明 显 变 化 ; 溶 液 中 某 组 分 挥 发 造 成 溶 液 浓 度 的 改 变 ; 化 学 试 剂 吸 收 水 分 或 二 氧 化 碳 而 导 致 试 剂 不 纯 等 系 统 误 差 可 以 通 过 以 下 方 法 克 服 : (1) 校 准 仪 器 : 即 测 量 前 对 使 用 的 仪 器 进 行 校 准, 并 用 校 准 值 对 测 量 结 果 进 行 修 正 (2) 空 白 试 验 : 就 是 用 空 白 试 验 结 果 修 正 测 量 值 以 消 除 试 剂 不 纯 等 原 因 所 产 生 的 误 差 (3) 对 照 试 验 : 即 将 实 际 样 品 与 标 准 物 质 在 同 样 条 件 下 进 行 测 定, 当 标 准 物 质 的 保 证 值 与 测 定 值 相 一 致 时, 可 认 为 该 方 法 的 系 统 误 差 已 基 本 消 除 ; 或 采 用 不 同 的 分 析 方 法, 如 与 标 准 方 法 进 行 比 较, 校 正 方 法 误 差 (4) 回 收 试 验 : 回 收 试 验 就 是 在 实 际 样 品 中 加 入 已 知 量 的 标 准 物 质, 在 相 同 的 条 件 下 进 行 测 定, 观 察 所 得 结 果 能 否 定 量 回 收, 并 以 回 收 率 作 校 正 因 子 2. 偶 然 误 差 偶 然 误 差 也 称 随 机 误 差 或 不 可 测 误 差 是 由 测 定 过 程 中 偶 然 因 素 的 共 同 作 用 所 造 成 偶 然 误 差 的 大 小 和 正 负 是 不 固 定 的 但 在 多 次 测 量 的 数 据 中, 偶 然 误 差 符 合 正 态 分 布 正 态 分 布 具 有 以 下 特 点 : (1) 有 界 性 : 在 一 定 条 件 下 的 有 限 次 测 量 值 中, 其 误 差 的 绝 对 值 不 会 超 过 一 定 界 限 ; (2) 单 峰 性 : 绝 对 值 小 的 误 差 出 现 的 次 数 比 绝 对 值 大 的 误 差 出 现 的 次 数 多 ; 即 在 有 限 次 测 定 中, 决 大 多 数 的 测 定 值 都 在 真 值 附 近 (3) 对 称 性 : 在 测 量 次 数 足 够 多 时, 绝 对 值 相 等 的 正 误 差 和 负 误 差 出 现 的 次 数 大 致 相 等 ; (4) 抵 偿 性 : 在 一 定 条 件 下 对 同 一 量 进 行 测 量, 偶 然 误 差 的 算 术 平 均 值 随 测 量 次 数 的 增 加 而 趋 于 零, 即 测 量 次 数 无 限 多 时, 误 差 平 均 值 极 限 为 零 在 实 际 操 作 中, 有 些 测 量 数 据 本 身 不 呈 正 态 分 布, 而 呈 偏 态 分 布, 但 将 数 据 取 对 数 进 行 转 换 之 后, 可 显 示 为 正 态 分 布 若 监 测 数 据 的 对 数 呈 正 态 分 布, 称 为 对 数 正 态 分 布 减 17

26 小 偶 然 误 差 通 常 除 必 须 严 格 控 制 试 验 条 件 正 确 使 用 仪 器 试 剂 外, 可 利 用 偶 然 误 差 的 抵 偿 性, 通 过 增 加 测 定 次 数 来 实 现 减 小 偶 然 误 差 3. 过 失 误 差 过 失 误 差 也 叫 粗 差 这 类 误 差 明 显 的 歪 曲 测 量 结 果, 是 由 测 量 过 程 中 不 应 有 的 错 误 造 成 的 如 加 错 试 剂 试 样 损 失 仪 器 出 现 异 常 读 数 错 误 等 过 失 误 差 一 经 发 现, 必 须 及 时 重 做 为 消 除 过 失 误 差, 分 析 人 员 应 该 具 有 认 真 细 致 对 工 作 负 责 的 良 好 素 质, 不 断 提 高 理 论 及 操 作 水 平 含 有 过 失 误 差 的 测 量 数 据 经 常 表 现 为 离 群 值 对 于 已 发 现 有 过 失 的 测 量 数 据, 无 论 结 果 好 坏 均 应 剔 除 ; 对 于 未 发 现 的 过 失, 但 发 现 为 离 群 的 测 量 数 据, 应 使 用 统 计 检 验 方 法 进 行 检 验 后 予 以 剔 除 ( 或 保 留 ) 三 误 差 的 表 示 方 法 环 境 监 测 中 常 用 的 误 差 偏 差 以 及 极 差 的 有 关 定 义 及 计 算 公 式 (1) 绝 对 误 差 (E) 绝 对 误 差 (E) 是 测 量 值 (X)( 单 一 测 量 值 或 多 次 测 量 的 平 均 值 ) 与 真 实 值 (µ) 之 差 E = Χ μ 绝 对 误 差 为 正, 表 示 测 量 值 大 于 真 实 值 ; 绝 对 误 差 为 负, 表 示 测 量 值 小 于 真 实 值 (2) 相 对 误 差 ( R E ) 相 对 误 差 ( R E ) 是 绝 对 误 差 与 真 实 值 之 比 ( 常 用 百 分 数 表 示 ) E X μ = 100 % = 100% (3) 绝 对 偏 差 d i R E μ μ 绝 对 偏 差 d 是 某 测 量 值 (X) 与 多 次 测 量 均 值 ( X ) 之 差 i d i = X i X (4) 相 对 偏 差 ( Rd i ) 相 对 偏 差 ( Rd ) 是 绝 对 偏 差 与 测 定 平 均 值 之 比 ( 常 用 百 分 数 表 示 ) (5) 平 均 偏 差 ( d ) i Rd i di X i X = 100 % = 100% X X 平 均 偏 差 ( d ) 是 单 次 测 量 偏 差 的 绝 对 值 的 平 均 值 d = n i n d i = d 1 + d 2 +LL d n n 18

27 (6) 相 对 平 均 偏 差 ( R d ) 相 对 平 均 偏 差 ( R d ) 是 平 均 偏 差 与 测 量 平 均 值 之 比 ( 常 用 百 分 数 表 示 ) d Rd = 100% X (7) 差 方 和 (S 或 SD) 方 差 及 标 准 偏 差 差 方 和 是 指 绝 对 偏 差 的 平 方 之 和 S = 方 差 分 为 样 本 方 差 和 总 体 方 差 i= 1 样 本 方 差 用 V 表 示, 计 算 公 式 为 : 2 X) = 2 ( X i X) i= 1 1 V = = S n 1 n 1 总 体 方 差 用 δ 2 表 示, 计 算 公 式 为 : n n ( X 2 1 公 式 中 的 N 为 总 体 容 量 ( 无 限 次 多 次 测 量, 一 般 最 少 应 大 于 20 次 ) 标 准 偏 差 分 为 样 本 标 准 偏 差 和 总 体 标 准 偏 差 样 本 标 准 偏 差 用 s 表 示, 计 算 公 式 为 : i N N = 1 n i= 1 d 2 δ = ( X i μ) N 2 i s = = 1 n 1 n 1 = = (8) 相 对 标 准 偏 差 X i 2 n 2 ( X X) = i= 1 ( i 总 体 标 准 偏 差 用 δ 表 示, 计 算 公 式 为 2 δ = δ X n 1 N 2 i 2 ) n X N 1 S n 1 2 ( X μ) i= 1 2 i i ( 2 X ) N i = V 相 对 标 准 偏 差 又 称 为 变 异 系 数, 是 样 本 标 准 偏 差 在 样 本 均 值 中 所 占 的 百 分 数, 用 C V 表 示 (9) 极 差 (R) C V s = 100% X 极 差 (R) 是 指 一 组 测 量 值 中 最 大 值 (x max ) 与 最 小 值 (x min ) 之 差 也 叫 全 距 或 范 围 误 差, 来 说 明 数 据 的 范 围 和 伸 展 情 况 极 差 的 表 示 式 为 : R = x max x min 19

28 第 四 节 数 据 处 理 和 常 用 的 统 计 检 验 一 有 效 数 据 和 常 用 的 统 计 检 验 1. 有 效 数 据 与 修 约 规 则 (1) 有 效 数 字 所 谓 有 效 数 字 就 是 实 际 上 能 够 测 到 的 数 字 般 由 可 靠 数 字 和 可 疑 数 字 两 部 分 组 成 在 反 复 测 量 一 个 量 时, 其 结 果 总 是 有 几 位 数 字 固 定 不 变, 为 可 靠 数 字 可 靠 数 字 后 面 出 现 的 数 字, 在 各 次 单 一 测 定 中 常 常 是 不 同 的 可 变 的 这 些 数 字 欠 准 确, 往 往 是 通 过 操 作 人 员 估 计 得 到 的, 因 此 为 可 疑 数 字 有 效 数 字 位 数 的 确 定 方 法 为 : 从 可 疑 数 字 算 起, 到 该 数 的 左 起 第 一 个 非 零 数 字 的 数 字 个 数 称 为 有 效 数 字 的 位 数 例 如 : 用 分 析 天 平 称 取 试 样 0.40l0g, 这 是 一 个 四 位 有 效 数 字, 其 中 前 面 三 位 为 可 靠 效 字, 最 末 一 位 数 字 是 可 疑 数 字, 且 最 末 一 位 数 字 有 ±1 的 误 差, 即 该 样 品 的 质 量 在 (0.4010±0.0001)g 之 间 (2) 有 效 数 字 的 修 约 规 则 在 数 据 记 录 和 处 理 过 程 中, 往 往 遇 到 一 些 精 密 度 不 同 或 位 数 较 多 的 数 据 由 于 测 量 中 的 误 差 会 传 递 到 结 果 中 去, 为 不 致 引 起 错 误, 且 使 计 算 简 化, 可 按 修 约 规 则 对 数 据 进 行 保 留 和 修 约 修 约 规 则 中 : 对 整 个 数 据 一 次 修 约,6 入 4 舍 5 看 后,5 后 有 数 应 进 1,5 后 为 0 前 保 偶 如 将 下 列 测 量 值 修 约 为 只 保 留 一 位 小 数 ; , 修 约 后 分 别 为 : 可 疑 数 据 的 取 舍 由 于 偶 然 误 差 的 存 在, 实 际 测 定 的 数 据 总 是 有 一 定 的 离 散 性 其 中 偏 离 较 大 的 数 据 可 能 是 由 未 发 现 原 因 的 过 失 误 差 所 引 起 的 若 保 留 势 必 影 响 所 得 平 均 值 的 可 靠 性, 并 会 产 生 较 大 偏 差 ; 若 随 意 舍 去, 则 有 人 为 挑 选 满 意 的 数 据 之 嫌, 与 实 事 求 是 的 科 学 态 度 相 违 背 因 此 对 于 数 据 的 取 舍 应 有 一 个 衡 量 的 尺 度, 即 对 偏 离 较 大 的 可 疑 数 据 应 进 行 检 验, 然 后 决 定 取 舍 常 用 的 检 验 方 法 有 4d 检 验 法 Q 值 检 验 法 Dixon 检 验 法 和 Grubbs 检 验 法 等 (1) 4d 检 验 法 4d 法 是 较 早 采 用 的 一 种 检 验 可 疑 数 据 的 方 法, 可 用 于 实 验 过 程 中 对 测 定 数 据 可 疑 值 的 估 测 检 验 步 骤 如 下 : 1 一 组 测 定 数 据 求 可 疑 数 据 以 外 的 其 余 数 据 的 平 均 值 ( X ) 和 平 均 偏 差 ( d ); 2 计 算 可 疑 数 据 ( X i ) 与 平 均 值 ( X ) 之 差 的 绝 对 值 ; 3 判 断 : 若 X i X >4 d, 则 X i 应 舍 弃, 否 则 保 留 使 用 4d 检 验 法 检 验 可 疑 数 据 简 单 易 行, 但 该 法 不 够 严 格, 存 在 较 大 的 误 差, 只 能 用 于 处 理 一 些 要 求 不 高 的 实 验 数 据 (2) Q 检 验 法 Q 检 验 法 检 验 步 骤 如 下 : 20

29 1 排 序 将 测 定 值 由 小 到 大 顺 序 排 列, X 1,X 2,X 3 X n 其 中 X 1 或 X n 为 可 疑 值 ; 2 计 算 Q 值 计 算 可 疑 值 与 相 邻 值 的 差 值, 再 除 以 极 差, 得 统 计 值 Q; X 2 X 1 X n X n 1 Q = X Q = 或 n X 1 X n X1 3 判 断 : 根 据 测 定 次 数 n 和 要 求 的 置 信 度 ( 如 90% 95%) 查 Q 值 表 ( 表 2-2) 若 Q Q0 时, 则 舍 弃 可 疑 值, 否 则 保 留 表 2-2 Q 值 表 n Q Q (3) Dixon 检 验 法 Dixon 检 验 法 对 Q 检 验 法 进 行 了 进 一 步 改 进, 这 种 方 法 目 前 广 泛 使 用 这 种 检 验 法 与 Q 检 验 法 的 主 要 区 别 在 于, 按 不 同 的 测 定 次 数 范 围, 采 用 不 同 的 统 计 量 计 算 公 式, 因 此 比 较 严 密, 检 验 方 法 为 1 排 序 将 测 定 值 由 小 到 大 顺 序 排 列,X 1,X 2, X n, 其 中 X 1, 或 X n 为 可 疑 值 ; 2 计 算 Q 值 按 表 所 列 测 定 次 数 公 式 计 算 统 计 量 Q 值 ( 见 表 2-3); 表 2-3 狄 克 逊 检 验 统 计 量 Q 计 算 公 式 N 值 范 围 最 小 值 X 1 为 可 疑 值 最 大 值 X n 为 可 疑 值 X Q = X X Q = X X Q = X X Q = X 2 X X n 2 n 1 3 n 1 3 n X 1 X 1 X 1 X 1 X 1 X 1 X n X Q = X X n n 1 X n X Q = X X n X n X Q = X X n X n X Q = X X 3 查 临 界 值 根 据 给 定 的 显 著 性 水 平 (α) 和 样 本 容 量 (n) 查 得 临 界 值 n 表 2-4 狄 克 逊 检 验 临 界 值 ( Q ) 显 著 性 水 平 (α) n α n 1 n 1 2 n 2 2 n 2 显 著 性 水 平 (α) 判 断 若 Q Q0.05 则 可 疑 值 为 正 常 值 ; 若 Q0.05<Q 0.01 则 可 疑 值 为 偏 离 值 ; 若 3 21

30 Q>Q0.01 则 可 疑 值 为 离 群 值 [ 例 ] 一 组 测 定 值 按 从 小 到 大 顺 序 排 列 为 ; 14.65;14.90;14.90;14.92;14.95;14.96;15.00;15.00;15.01;15.02 检 验 最 小 值 是 否 为 离 群 值 X Q = X 2 n 1 X 1 X = = 解 : 当 n=l0, 可 疑 值 为 X1 时, 以 99% 置 信 界 限 ( 显 著 水 平 为 0.01) 和 测 定 次 数 n=10 查 Dlxon 检 验 临 界 值 表 得 Q0=0.597 Q=0.694>Q 为 离 群 值, 应 舍 弃 (4) Grubbs 检 验 法 Grubbs 检 验 法 适 用 于 一 组 测 定 数 据 中 有 两 个 或 两 个 以 上 可 疑 数 据 的 情 况, 如 果 可 疑 数 据 都 在 同 一 侧, 如 X 1 和 X 2 为 可 疑 数 据, 应 首 先 检 验 内 侧 的 数 据, 若 X 2 为 离 群 值, 则 X 1 也 应 被 舍 去 ; 若 X 2 应 保 留, 再 检 验 X 1 在 检 验 X 2 时, 平 均 值 标 准 偏 差 的 计 算 中 均 不 含 X 1 ), 测 定 次 数 相 应 减 一 如 果 可 疑 值 在 平 均 值 的 两 侧, 如 X 1 和 X n 可 疑, 应 分 别 检 验 X 1 和 X n, 是 否 舍 弃 如 果 有 一 个 数 据 弃 去, 则 在 检 验 另 一 可 疑 值 时 测 定 次 数 应 作 少 一 次 来 处 理, 此 时 选 择 99% 的 置 信 度 Grubbs 检 验 法 检 验 步 骤 为 : 1 排 序 测 量 数 据 从 小 到 大 顺 序 排 列,X 1,X 2, X n 2 计 算 计 算 测 量 数 据 的 平 均 值 ( X ), 标 准 偏 差 (S) 及 统 计 量 (G) 当 X1 为 可 疑 值 时, X X = s G 1 X n X 当 Xn 为 可 疑 值 时, G = s 3 判 断 根 据 测 定 次 数 n 和 显 著 性 水 平 查 Grubbs 检 验 临 界 值 表, 若 G> G 则 可 疑 值 舍 去, 否 则 保 留 α 22

31 表 2-5 Grubbs 检 验 临 界 值 表 n 显 著 性 水 平 Grubbs 检 验 法 除 用 于 检 验 一 组 测 量 值 中 的 可 疑 数 据 外, 也 可 用 于 检 验 多 组 测 量 值 的 平 均 值 中 的 可 疑 值 [ 例 ]:l0 个 实 验 室 分 析 同 一 样 品, 各 实 验 室 5 次 测 定 的 平 均 值 从 小 到 大 的 顺 序 为 4.4l, 4.49,4.50,4.51,4.64,4.75,4.8l,4.95,5.01,5.39 检 验 5.39 是 否 为 离 群 值 解 : 总 体 均 值 X 1 10 = X 10 i= 1 = 标 准 偏 差 s = ( X i X) = i= 1 X max X X max = 5.39 则 统 计 量 G = = = 2.11 s 给 定 显 著 性 水 平 α=0.05,n=10, 查 得 Gα 为 因 为 G<G α, 测 定 值 5.39 不 是 离 群 值, 应 给 予 保 留 二 监 测 结 果 的 数 值 表 述 对 一 试 样 某 一 指 标 的 测 定, 监 测 结 果 的 数 值 表 达 方 式 一 般 有 以 下 几 种 : 23

32 1. 算 术 平 均 值 ( X ) 代 表 集 中 趋 势 在 克 服 系 统 误 差 之 后, 当 测 定 次 数 足 够 多 (n 时 ), 其 总 体 均 值 与 真 实 值 很 接 近 通 常 测 定 中, 测 定 次 数 总 是 有 限 的, 用 有 限 测 定 值 的 平 均 值 只 能 近 似 真 实 值, 算 术 平 均 值 是 代 表 集 中 趋 势 表 达 监 测 结 果 最 常 用 的 形 式 通 常 以 算 术 平 均 值 和 标 准 偏 差 ( X ± s ) 或 算 术 平 均 值 和 最 大 相 对 偏 差 或 相 对 标 准 偏 差 例 如 : 土 壤 中 含 砷 量 8 次 测 定 结 果 平 均 值 为 16mg/kg, 最 大 相 对 偏 差 4.2%, 相 对 标 准 偏 差 5.1% 2. 几 何 平 均 值 (Xg) 若 一 组 数 据 呈 偏 态 分 布, 此 时 可 用 几 何 平 均 值 来 表 示 该 组 数 据 X g = n X 1 n 1 X 2 X 3 LL X n = ( X 1 X 2 X 3 LL X n) 3. 中 位 数 测 定 数 据 按 大 小 顺 序 排 列 的 中 间 值, 即 中 位 数 若 测 定 次 数 为 偶 数, 中 位 数 是 中 间 两 个 数 据 的 平 均 值 中 位 数 最 大 的 优 点 是 简 便 直 观 但 只 有 在 两 端 数 据 分 布 均 匀 时, 中 位 数 才 能 代 表 最 佳 值 当 测 定 次 数 较 少 时, 平 均 值 与 中 位 数 不 完 全 符 合 4. 平 均 值 的 置 信 区 间 ( 置 信 界 限 ) 由 统 计 学 可 以 推 导 出 有 限 次 测 定 的 平 均 值 与 总 体 平 均 值 (μ) 的 关 系 为 ; s μ = X ± t n 式 中 :s 为 标 准 偏 差 ;n 为 测 定 次 数 ;t 为 在 选 定 的 某 一 置 信 度 下 的 几 率 系 数 在 选 定 的 置 信 水 平 下, 可 以 期 望 真 值 在 以 测 定 平 均 值 为 中 心 的 某 一 范 围 出 现 这 个 范 围 叫 平 均 值 的 置 信 区 间 ( 置 信 界 限 ) 它 说 明 了 平 均 值 和 真 实 值 之 间 的 关 系 及 平 均 值 的 可 靠 性 平 均 值 不 是 真 实 值, 但 可 以 使 真 实 值 落 在 一 定 的 区 间 内, 并 在 一 定 范 围 内 可 靠 各 种 置 信 水 平 和 自 由 度 下 的 t 值 列 于 表 中 当 自 由 度 (f=n-1) 逐 渐 增 大 时,t 值 随 之 减 小 表 2-6 t 值 表 自 由 度 (f) P( 双 侧 概 率 )

33 自 由 度 (f) 自 由 度 (n ) P( 双 侧 概 率 ) P( 单 侧 概 率 ) 平 均 值 的 置 信 界 限 决 定 于 标 难 偏 差 s, 测 定 次 数 n 以 及 置 信 度 测 定 的 精 密 度 越 高 (s ts 越 小 ), 次 数 越 多 (n 越 大 ), 则 置 信 界 限 ± 越 小, 即 平 均 值 越 准 确 n [ 例 ]: 测 定 某 废 水 中 氰 化 物 浓 度 得 到 下 列 数 据 n=4 X =15.30mg/L, 求 置 信 度 分 别 为 90% 和 95% 时 的 置 信 区 间 解 :n=4 则 f=n-1=3 查 表 置 信 度 为 95% 时,t=3.182 ts μ = X ± = ± = ± 0.16mg / L n 4 说 明 废 水 中 氰 化 物 浓 度 四 次 测 定 的 平 均 值 为 15.30mg/L, 且 有 95% 的 可 能, 废 水 中 氰 化 的 真 实 浓 度 在 15.14~15.46mg/L 之 间 当 置 信 度 为 90% 时, 查 表 t=2.353 ts μ = X ± = ± = ± 0.12mg / L n 4 说 明 真 实 浓 度 有 90% 的 可 能 在 15.18~15.42mg/L 之 间 25

34 三 监 测 数 据 的 回 归 处 理 与 相 关 分 析 在 环 境 监 测 分 析 中, 常 常 需 要 作 工 作 曲 线 ( 或 作 标 准 曲 线 ), 例 如 比 色 分 析 和 原 子 吸 收 光 度 法 中 作 吸 光 度 与 浓 度 关 系 的 工 作 曲 线 这 些 工 作 曲 线, 通 常 都 是 一 条 直 线 一 般 的 做 法 是 把 实 验 点 描 在 坐 标 纸 上, 横 坐 标 表 示 被 测 物 质 的 浓 度, 纵 坐 标 表 示 测 量 仪 表 的 读 数 ( 如 吸 光 度 ), 然 后 根 据 坐 标 纸 上 的 这 些 实 验 点 的 走 向, 用 直 尺 划 出 一 条 直 线, 即 工 作 曲 线, 作 为 定 量 分 析 的 依 据 但 是, 在 实 际 工 作 中, 实 验 点 全 部 落 在 一 条 直 线 上 的 情 况 是 少 见 的 当 实 验 点 比 较 分 散 时, 凭 直 观 感 觉 作 图 往 往 会 带 来 主 观 误 差, 此 时 需 借 助 回 归 处 理, 求 出 工 作 曲 线 方 程 1. 直 线 回 归 方 程 在 简 单 的 线 性 回 归 中, 设 x 为 已 知 的 自 变 量 ( 如 标 液 中 待 测 物 质 的 含 量 ),y 为 实 验 中 测 得 的 因 变 量 ( 如 吸 光 度 ), 两 者 的 关 系 为 : b = y ax 式 中 b 截 距 ; a 斜 率 ( 或 称 y 对 x 的 回 归 系 数 ) 根 据 最 小 二 乘 法 原 理,a 可 由 下 式 求 得 : 式 中 n 测 定 次 数 a n n x xy y 2 x ( x) = 2 x 和 y 分 别 为 变 量 x 和 y 的 算 术 平 均 值 求 得 a b 后 即 可 获 得 最 佳 直 线 方 程 的 工 作 曲 线 例 : 表 2-7 绘 制 分 光 光 度 法 测 定 酚 的 标 准 曲 线, 测 定 结 果 如 下 酚 含 量 (mg)x 吸 光 度 y 求 曲 线 的 a b 解 : 将 结 果 经 计 算 列 如 下 表 : 表 2-8 回 归 分 析 计 算 表 n x i y i 2 X i 2 Y i

35 由 a n xy x = 2 2 n x y ( x) b = y ax 故 回 归 直 线 方 程 的 表 达 式 为 : y=3.39x+0.0l 2. 相 关 系 数 采 用 回 归 处 理 的 目 的, 是 为 了 正 确 地 绘 制 工 作 曲 线, 但 在 实 际 工 作 中, 仅 有 此 要 求 还 是 不 够 的, 有 时 还 需 探 索 变 量 x 与 y 之 间 有 无 线 性 关 系 以 及 线 性 关 系 的 密 切 程 度 如 何 相 关 系 数 (r) 是 用 来 表 示 两 个 变 量 (y 及 x) 之 间 有 无 固 有 的 数 学 关 系 以 及 这 种 关 系 的 密 切 程 度 如 何 的 参 数 相 关 系 数 可 由 下 式 求 得 : r = ( x i ( x i x)( y x 与 y 的 相 关 关 系 有 如 下 几 种 情 况 : (1) 若 x 增 大,y 也 相 应 增 大, 称 x 与 y 呈 正 相 关 此 时 有 0<r<l, 若 r=1, 则 称 为 完 全 正 相 关 监 测 分 析 中 希 望 r 值 越 接 近 1 越 好 (2) 若 x 增 大,y 相 应 减 少, 称 x 与 y 呈 负 相 关 此 时,-1<r<0, 当 r=-1 时, 称 为 完 全 负 相 关 (3) 若 y 与 x 的 变 化 无 关, 称 x 与 y 不 相 关, 此 时 r=0 对 于 环 境 监 测 工 作 中 的 标 准 曲 线, 应 力 求 相 关 系 数 r 0.999, 否 则, 应 找 出 原 因, 加 以 纠 正, 并 重 新 进 行 测 定 和 绘 制 x) ( y i i y) 2 y) 第 五 节 实 验 室 质 量 保 证 实 验 室 是 获 得 监 测 结 果 的 关 键 部 门, 要 使 监 测 质 量 达 到 规 定 水 平, 必 须 要 有 合 格 的 实 验 室 以 及 合 格 的 分 析 操 作 人 员 具 体 地 讲 包 括 仪 器 的 正 确 使 用 和 定 期 校 正 ; 玻 璃 仪 器 的 选 用 和 校 正 ; 化 学 试 剂 和 溶 剂 的 选 用 ; 溶 液 的 配 制 和 标 定 试 剂 的 提 纯, 实 验 室 的 清 洁 度 和 安 全 工 作 ; 分 析 人 员 的 操 作 技 术 和 分 离 操 作 技 术 等 分 析 仪 器 和 玻 璃 量 器 是 为 分 析 结 果 提 供 原 始 测 量 数 据 的 设 备 它 的 选 择 视 监 测 项 目 的 要 求 和 实 验 室 条 件 而 定 仪 器 和 量 器 的 正 确 使 用 定 期 维 护 和 校 准 是 保 证 监 测 质 量 延 长 使 用 寿 命 的 重 要 工 作, 也 是 反 映 操 作 人 员 技 术 素 质 的 重 要 方 面 一 实 验 室 基 础 条 件 ( 一 ) 实 验 用 水 水 是 最 常 用 的 溶 剂, 配 制 试 剂 标 准 物 质 洗 涤 均 需 大 量 使 用 它 对 分 析 质 量 有 着 广 泛 和 根 本 的 影 响, 对 于 不 同 用 途 需 要 不 同 质 量 的 水 市 售 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 必 须 经 检 验 合 27

36 格 才 能 使 用 实 验 室 中 应 配 备 相 应 的 提 纯 装 置 1. 蒸 馏 水 蒸 馏 水 的 质 量 因 蒸 馏 器 的 材 料 与 结 构 而 异, 水 中 常 含 有 可 溶 性 气 体 和 挥 发 性 物 质 下 面 分 别 介 绍 几 种 不 同 蒸 馏 器 及 其 所 得 蒸 馏 水 的 质 量 : (1) 金 属 蒸 馏 器 金 属 蒸 馏 器 内 壁 为 纯 铜 黄 铜 青 铜, 也 有 镀 纯 锡 的 用 这 种 蒸 馏 器 所 获 得 的 蒸 馏 水 含 有 微 量 金 属 杂 质, 如 含 Cu 2+ 约 10~200mg/L, 电 阻 率 小 于 0.1MΩ cm(25 ), 只 适 用 于 清 洗 容 器 和 配 制 一 般 试 液 (2) 玻 璃 蒸 馏 器 玻 璃 蒸 馏 器 由 含 低 碱 高 硅 硼 酸 盐 的 硬 质 玻 璃 制 成, 二 氧 化 硅 约 占 80% 经 蒸 馏 所 得 的 水 中 含 痕 量 金 属, 如 每 升 含 5μg 的 Cu 2+, 还 可 能 有 微 量 玻 璃 溶 出 物 如 硼 砷 等 其 电 阻 率 约 0.5MΩ cm 适 用 配 制 一 般 定 量 分 析 试 液, 不 宜 用 于 配 制 分 析 重 金 属 或 痕 量 非 金 属 试 液 (3) 石 英 蒸 馏 器 石 英 蒸 馏 器 含 二 氧 化 硅 99.9% 以 上, 所 得 蒸 馏 水 仅 含 痕 量 金 属 杂 质, 不 含 玻 璃 溶 出 物 电 阻 率 约 为 2~3MΩ cm 特 别 适 用 于 配 制 对 痕 量 非 金 属 进 行 分 析 的 试 液 (4) 亚 沸 蒸 馏 器 它 是 由 石 英 制 成 的 自 动 补 液 蒸 馏 装 置 ( 图 2-1) 它 的 热 源 功 率 很 图 2-1 亚 沸 蒸 馏 器 ( 石 英 全 磨 口 ) 小, 使 水 在 沸 点 以 下 缓 慢 蒸 发, 故 1. 清 洗 时 加 液 口 ;2. 壳 体 ;3. 冷 凝 水 出 门 ;4. 冷 凝 水 进 口 ; 5. 一 次 蒸 馏 液 入 口 ;6. 测 溢 口 ;7. 二 次 蒸 馏 收 集 口 ; 不 存 在 雾 滴 污 染 问 题 所 得 蒸 馏 水 8. 二 次 蒸 馏 液 收 集 瓶 ;9. 一 次 蒸 馏 液 溢 口 ;10. 电 热 丝 管 几 乎 不 含 金 属 杂 质 ( 超 痕 量 ) 适 用 ( 摘 自 奚 旦 立 环 境 监 测 2003) 于 配 制 除 可 溶 性 气 体 和 挥 发 性 物 质 以 外 的 各 种 物 质 的 痕 量 分 析 用 试 液 亚 沸 蒸 馏 器 通 常 作 为 最 终 的 纯 水 器 与 其 他 纯 水 装 置 ( 如 离 子 交 换 纯 水 器 等 ) 联 用, 所 得 纯 水 的 电 阻 率 高 达 16MΩ cm 以 上 但 应 注 意 保 存 一 旦 接 触 空 气, 在 不 到 5min 内 可 迅 速 降 至 2 MΩ cm 2. 去 离 子 水 去 离 子 水 是 用 阳 离 子 交 换 树 脂 和 阴 离 子 交 换 树 脂 以 定 形 式 组 合 进 行 水 处 理, 去 离 子 水 含 金 属 杂 质 极 少, 适 于 配 制 痕 量 金 属 分 析 用 的 试 液, 因 它 含 有 微 量 树 脂 浸 出 物 和 树 脂 崩 解 微 粒, 所 以 不 适 于 配 制 有 机 分 析 试 液 通 常 用 自 来 水 作 原 水 时, 由 于 自 来 水 含 有 一 定 的 余 氯, 能 氧 化 破 坏 树 脂 使 之 很 难 再 生, 因 此 进 入 交 换 器 前 必 须 充 分 曝 气 自 然 曝 气 夏 季 约 需 天, 冬 季 需 三 天 以 上, 如 需 要 急 用 可 煮 沸 搅 拌 充 气, 并 冷 却 后 使 用 湖 水 河 水 和 塘 水 作 为 原 水 应 仿 照 自 来 水 先 作 沉 淀 过 滤 等 净 化 处 理 含 有 大 量 矿 物 质, 硬 度 很 高 的 井 水 应 先 经 蒸 馏 或 电 渗 析 等 步 骤 去 除 大 量 无 机 盐, 以 延 长 树 脂 使 用 周 期 3. 特 殊 要 求 的 纯 水 28

37 在 分 析 某 些 指 标 时, 对 分 析 过 程 中 所 用 的 纯 水 中 这 些 指 标 的 含 量 应 愈 低 愈 好, 这 就 提 出 某 些 特 殊 要 求 的 纯 水 以 及 制 取 方 法 (1) 无 氯 水 加 入 亚 硫 酸 钠 等 还 原 剂 将 水 中 余 氯 还 原 为 氯 离 子, 以 联 邻 甲 苯 检 查 不 显 黄 色, 用 附 有 缓 冲 球 的 全 玻 璃 蒸 馏 器 ( 以 下 各 项 的 蒸 馏 同 此 ) 进 行 蒸 馏 制 得 (2) 无 氨 水 加 入 硫 酸 至 ph<2, 使 水 中 各 种 形 态 的 氨 或 胺 均 转 变 成 不 挥 发 的 盐 类, 收 集 馏 出 液 即 得, 但 应 注 意 避 免 实 验 室 空 气 中 存 在 的 氨 重 新 污 染 (3) 无 二 氧 化 碳 水 1 煮 沸 法 : 将 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 煮 沸 至 少 10min( 水 多 时 ), 或 使 水 量 蒸 发 l0% 以 上 ( 水 少 时 ), 加 盖 放 冷 即 得 2 曝 气 法 : 用 惰 性 气 体 或 纯 氮 气 通 入 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 至 饱 和 即 得 制 得 的 无 二 氧 化 碳 水 应 贮 于 以 附 有 碱 石 灰 管 的 用 橡 皮 塞 盖 严 的 瓶 中 (4) 无 铅 [ 重 金 属 ] 水 用 氧 型 强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 处 理 原 水 即 得 所 用 贮 水 器 事 先 应 用 6mol/L 硝 酸 溶 液 浸 泡 过 夜, 再 用 无 铅 水 洗 净 (5) 无 砷 水 一 般 蒸 馏 水 和 去 离 子 水 均 能 达 到 基 本 无 砷 的 要 求 应 避 免 使 用 软 质 玻 璃 制 成 的 蒸 馏 器 贮 水 瓶 和 树 脂 管 进 行 痕 量 砷 分 析 时, 必 须 使 用 石 英 蒸 馏 器 石 英 贮 水 瓶 聚 乙 烯 的 树 脂 管 (6) 无 酚 水 1 加 碱 蒸 馏 法 : 加 氢 氧 化 钠 至 水 的 PH 值 >11, 使 水 中 的 酚 生 成 不 挥 发 的 酚 钠 后 蒸 馏 即 得 ; 也 可 同 时 加 入 少 量 高 锰 酸 钾 溶 液 至 水 呈 深 红 色 后 进 行 蒸 馏 2 活 性 炭 吸 附 法 : 将 粒 状 活 性 炭 在 150~170 烘 烤 两 小 时 以 上 进 行 活 化, 放 在 干 燥 器 内 冷 至 室 温 装 入 预 先 盛 有 少 量 水 ( 避 免 炭 粒 间 存 留 气 泡 ) 的 层 析 柱 中, 使 蒸 馏 水 或 去 离 子 水 缓 慢 通 过 柱 床 其 流 速 视 柱 容 大 小 而 定, 一 般 每 分 钟 以 不 超 过 100ml 为 宜 开 始 流 出 的 水 ( 略 多 于 装 柱 时 预 先 加 入 的 水 量 ) 需 再 次 返 回 柱 中, 然 后 正 式 收 集 此 柱 所 能 净 化 的 水 量, 一 般 约 为 所 用 炭 粒 表 观 容 积 的 一 千 倍 (7) 不 含 有 机 物 的 蒸 馏 水 加 入 少 量 高 锰 酸 钾 碱 性 溶 液, 使 水 呈 紫 红 色, 进 行 蒸 馏 即 得 若 蒸 馏 过 程 中 红 色 褪 去 应 补 加 高 锰 酸 钾 ( 二 ) 实 验 用 气 监 测 实 验 室 经 常 使 用 压 缩 或 液 化 气 体, 如 : 氮 气 氧 气 乙 炔 气 二 氧 化 碳 液 化 石 油 气 等, 若 使 用 不 当 或 在 受 热 等 条 件 下 易 发 生 爆 炸, 因 此 应 妥 善 管 理, 安 全 使 用 1. 压 缩 气 体 液 化 气 体 的 特 性 及 分 类 贮 于 钢 瓶 内 的 气 体 有 的 呈 液 态, 有 的 呈 气 态 ; 钢 瓶 内 气 体 性 质 各 异, 其 中 部 分 具 有 易 燃 易 爆 助 燃 或 剧 毒 的 特 性 由 于 贮 气 钢 瓶 内 压 力 较 高 在 撞 击 日 照 热 源 烘 烤 等 条 29

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23 29 15.6% 23 29 26.2% 3 25 2 15 1 5 1,542 12,336 14,53 16,165 18,934 22,698 25,125 25 2 15 1 5 5,557 7,48 8,877 11, 13,732 17,283 22,485 23 24 25 26 4, 197823 2916.3%29 335, 23 29.5% 23 29 16.3% 14 35 33,535 14 135 13 125 1,292 1,3 1,38 1,314 1,321 1,328 1,335 3 25 2 15 1 5 1. 1.1 13,582 15,988 1.4 18,322 11.6 11.9 21,192 24,953 3,67 9. 8.7 12 1 8

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