水质分析评价方法的研究现状及趋势探讨

张欣欣

【摘 要】论文针对水质的分析检测方法做了详细的介绍，并对这些检测方法进行系统的比较和总结。介绍了水质评价的方法，并讨论了水质分析方法的发展方向及前景。

【Abstract】In this paper， the water quality analysis and detection methods are introduced in detail ，and systematic comparison and summary of these methods are given.The paper also introduces the methods of water quality evaluation，and discusses the development trend and prospect of it.

【关键词】水质；分析；模型；评价；化学计量学

【Keywords】water quality ；analysis； model； evaluation ；chemometrics

【中图分类号】X8 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）05-0098-02

1 引言

随着社会发展，人们的生活水平越来越高，但是人类在自身发展的同时，却忽视了对周围环境的保护，因此对环境造成了不同程度的破坏，其中就包括水资源的破坏。水质的好坏直接决定了人们的生活质量和社会的稳定，目前水资源供需紧张的状况越来越严重，因此如何快速准确地检测分析水质，对于水资源的节约、保护和开发利用有着重要的意义，同时也对社会可持续发展起到一定的促进作用。

2 水质分析概述

水质是水质水体质量的简称，包括水体的物理特性（如色度、浊度、臭味等）、化学特性（无机物和有机物的含量）和生物特性（细菌、微生物、浮游生物、底栖生物）及其组成状况。水质检测，即用化学和物理方法测定水中各种化学成分的含量，如硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物等以及其他可以代表反映本地区主要水质问题的项目。

3 水质分析方法

3.1 感观法

这种方法是检测人员根据所采集到的水样的颜色和透明度来判断水各项指标的。这种方法的优点是操作快速简便，缺点是受主观影响大，即每個人的主观感受不一样，因此不同的检测人员测出的数据之间可能存在较大差异，这会直接影响到分析结果。

3.2 化学分析法

化学分析法主要用于一般的水质检测中，常用的方法有：①酸碱滴定法。即酸碱中合法，分析人员通过向水样中滴入酸碱指示剂来对水资源中的pH值强度进行测定和测量。②络合滴定法。该方法主要是通过生成络合物的反应对水样进行滴定分析，生成过程中，要控制络合反应的速度，保证络合物形成的过程稳定，然后再对滴定的化学计量进行确定。③沉淀滴定法。沉淀滴定法就是通过生成沉淀物的反应对水质进行分析，该方法要求是在能够反应的水质中，并且不是所有的沉淀能够进行滴定分析的条件下才能进行氧化还原滴定法。氧化还原滴定法主要是以氧化反应作为滴定的基础，采用该方法时要注意水中物质反应速度的快慢[1]。

3.3 仪器分析法

①色谱法，它的原理是利用不同物质在固定相中的分配比不同来对物质进行分析的。根据固定相的不同，又可以为气相色谱[2]、液相色谱和离子色谱。这三种色谱检测方法的特点是快速、准确、高效。气相色谱主要用于检测水中的有机氯农药、有机磷农药、有机化学污染物及硒、铍、铜等微量金属元素；离子色谱一般用于测定饮用水中的Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Mg2+ 、Ca2+等多种阴离子。房健等人用气相色谱法来检测地表水水质中的多种有机物种类和含量，苏宇亮、方黎等人采用离子色谱法来检测饮用水中的多种阴离子，其均取得了较为精确的结果。

②光谱法。根据光源的不同，光谱法又可分为以下几种：

第一，紫外光谱吸收法，即基于物质对不同波长的紫外光的吸收来测定物质成分和含量的方法。该方法具有实时快速、操作便携、准确度高、无二次污染、成本低等特点。

第二， 红外光谱吸收法，其原理是利用所检测水样中的不同成分在红外波段具有不同的吸收特征。利用该方法，需要在检测时要对水样进行前处理。

第三，荧光光谱法，即根据物质分子在特定波长光（如紫外光）照射下可在瞬间发射出比激发光光波更长的荧光，荧光光谱辐射峰的波长与强度包含许多有关所测目标物质的分子结构与电子状态的信息，这些信息都是物质所特有的，因此可以利用物质的荧光光谱对物质进行定性、定量分析。

第四， 拉曼光谱法。当频率为V0的单色光入射到物质以后，物质中的分子会对入射光产生散射，散射光的频率为V0 ± △V，波长的偏移△V 与物质分子的化学结构有关。与传统水质分析方法相比，使用拉曼光谱进行水质分析时，样品无需制备并且无损耗，可以同时测试样品中的多种成分，样品用量少，灵敏度高，可以实现远程测量、实时测量与分析[3] 。

③质谱法，即利用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测的方法。由于核素的准确质量是一个多位小数，且每个核素的质量是唯一的，另外绝不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍，所以只要测出离子的准确质量即可确定离子的化合物组成。该方法的优点是检测范围广，灵敏度高，分析速度快，但是也有解谱困难、定量分析时误差较大等缺点。另外，质谱又有电子轰击质谱（EI-MS）、场解吸附质谱（FD-MS）、快原子轰击质谱（FAB-MS）、基质辅助激光解吸附飞行时间质谱（MALDI-TOFMS）和电子喷雾质谱（ESI-MS）等等。

一般情况下，这些常规的方法可以满足检测工作的需要，但是，由于水质的各项指标常存在复杂的非线性关系， 并且在检测时可能存在背景干扰，这些因素都会直接影响到测量和分析的结果。因此，当对水质进行检测时，就可以采用化学计量学建模来对数据进行前处理，以克服这些缺点。

4 水质评价方法及发展趋势

4.1 评价方法

常用的水质评价方法有单因子污染指数法和多项参数综合评价法。前者是将某一参数的实测浓度代表值与水质标准对比，判断水质的优劣，这是目前使用最多的水质评价法；后者则是把选用的若干参数综合成一个概括的指数来评价水质，又称指数评价法。

由于水质的评价指标多，数据庞大，并且各数据之间可能还会相互影响，因此单一的、较为简单的评价方法很可能无法准确、真实地反应水体的质量。随着计算机技术的发展，化学计量学及其衍生出来的统计分析软件在各學科领域也逐渐普及开来，其中就包括水质评价[4]。目前使用比较多的有主成分分析法、聚类分析法、人工神经网络分析法和多元统计分析法等，这些分析方法在强大的计算机技术支持下，能够克服上述常规方法的缺点，有效地提取并分析数据信息，从而减少原始数据的损失，快速、准确地给出评价结果。

4.2 发展趋势

水环境是一个开放的系统，充满了不确定因素，并且处于时时变化的状态，而现有的检测评价方法都是针对某一时间点的分析，那么这些因素就会给分析工作带来困难。另外，随着人们生活质量的不断提高，其对水质的要求也越来越高，这将会给水质分析工作带来更大的挑战。

计算机技术发展日新月异，以此为基础的通讯、自动化监测技术和地理信息技术也在飞速发展[5] ，由此可以看出，各学科之间不再是独立分离的状态，而是相互渗透、相互融合，共同发展，因此，水质分析评价技术的前景也将更加广阔。

5 结语

综上所述，水质检测分析工作不是简单的一门学科领域，它的发展需要众多学科的共同支持。与此同时，随着人们对水资源和环境的关注度日益提高，水质分析评价这一工作有待进一步探索研究和发展。

【参考文献】

【1】王江.冯岩浅谈水质分析的方法及仪器[J].化工管理，2014（7）：146-147.

【2】房健.气相色谱在地表水水质分析中的应用[J].新疆水利，2008（3）：12-16.

【3】王 燕，李和平.拉曼光谱在水质分析中的应用进展[J].地球与环境，2014（2）：260-263.

【4】S. Behmel ， M. Damour ， R. Ludwig ， M.J. Rodriguez.Water quality monitoring strategies—A review and future perspectives[J].Science of the Total Environment，2016（3）：1312-1329.

【5】LA Sprague，GP Oelsner ，DM Argue.Challenges with secondary use of multi-source water-quality data in the United States[J].Water Research，2017（110）：252-261.