水污染監(jiān)測(cè),使水污染無(wú)可遁形
如今,由于人們?nèi)狈Νh(huán)保意識(shí),同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)利益的過(guò)分追求,“不受控制”濫用和“不受控制”偷排,水污染已成為威脅生命的“首要?dú)⑹?rdquo;。水污染給我們的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失。
除了對(duì)水污染治理的研究外,水污染長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)也可以從源頭上抑制水污染。這就像安裝一副“電子眼”,可以時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)控并防止偷排,并在問(wèn)題發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)防。同時(shí),可以長(zhǎng)時(shí)間觀察水質(zhì)健康情況,判斷水污染趨勢(shì),一旦水質(zhì)受到污染,應(yīng)及時(shí)對(duì)癥下藥。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),通常需要采取兩個(gè)步驟:首先,必須定期收集一個(gè)代表性地點(diǎn),以收集代表性樣品,包括水樣和沉積物。第二,必須在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試和分析。為水環(huán)境評(píng)估和水污染防治提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。
目前,水污染監(jiān)測(cè)方法通常包括理化監(jiān)測(cè),遙感監(jiān)測(cè),生物監(jiān)測(cè)等。
理化監(jiān)測(cè)
理化監(jiān)測(cè)是指使用儀器(水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀,分光光度計(jì),液/氣相色譜-質(zhì)譜,離子選擇電極等)來(lái)測(cè)試水樣品或沉積物的各種物理和化學(xué)指標(biāo),例如水溫,pH值,電導(dǎo)率和溶解氧,以及重金屬砷,鎘,汞,鉛,酚,氰和有機(jī)農(nóng)藥。
但是,這種方法通常需要昂貴的設(shè)備和繁瑣的樣品預(yù)處理,很難做到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
生物監(jiān)測(cè)
水中的污染物將逐漸在生物體內(nèi)富集和轉(zhuǎn)化,其生長(zhǎng)分布和生理特征也會(huì)發(fā)生變化。生物監(jiān)測(cè)通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤生物體內(nèi)累積的污染物水平來(lái)反映水污染狀況,并可以檢測(cè)出某些精密儀器難以直接檢測(cè)到的微量污染。
然而,生物監(jiān)測(cè)受生物活動(dòng)和環(huán)境的極大影響,生物實(shí)驗(yàn)分析既復(fù)雜又費(fèi)時(shí),通常被用作物理和化學(xué)監(jiān)測(cè)的補(bǔ)充。
遙感監(jiān)測(cè)
水中的污染物對(duì)光或電磁波的反射或吸收特性不同。遙感監(jiān)測(cè)使用飛機(jī),航天器或地球衛(wèi)星攜帶的頻譜掃描儀或激光雷達(dá)對(duì)難以靠近的大面積水域進(jìn)行掃描和成像,揭示水體動(dòng)態(tài)變化時(shí)污染物的時(shí)空分布和遷移特征。
然而,該方法仍然難以監(jiān)測(cè)廢水的具體成分和定量監(jiān)測(cè),并且需要常規(guī)監(jiān)測(cè)的協(xié)助。
表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)監(jiān)測(cè)
當(dāng)前,常用的水污染監(jiān)測(cè)方法面臨兩個(gè)瓶頸。一是需要頻繁采樣和預(yù)處理,并且難以保持樣品的“性質(zhì)”。另外,它容易受到水的干擾,并且很難長(zhǎng)時(shí)間對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
近,中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所開發(fā)了一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)的技術(shù),可以對(duì)水污染進(jìn)行長(zhǎng)期的原位監(jiān)測(cè)。
與理化監(jiān)測(cè),生物監(jiān)測(cè)和遙感監(jiān)測(cè)相比,SERS監(jiān)測(cè)在水污染監(jiān)測(cè)里無(wú)疑是一個(gè)新詞。但是,拉曼散射應(yīng)該是每個(gè)人都熟悉的。拉曼散射是由印度物理學(xué)家拉曼于1928年發(fā)現(xiàn)的,這是指光波的頻率在散射后發(fā)生變化的現(xiàn)象。 SERS技術(shù)意味著當(dāng)被測(cè)物質(zhì)吸附或接近金,銀,銅等金屬納米結(jié)構(gòu)的表面時(shí),其拉曼信號(hào)可以增強(qiáng)一百萬(wàn)倍以上。
SERS監(jiān)測(cè)不會(huì)對(duì)樣品造成損害,并且受水的影響較小。所以,它以其快速和超靈敏的識(shí)別優(yōu)勢(shì)而出現(xiàn)在水污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
那么,研究人員這種新開發(fā)的SERS監(jiān)測(cè)有何特別之處?
他們使用了不溶于水的聚合物有機(jī)溶液,將納米顆粒“引誘”到兩相界面并自組裝。隨著有機(jī)溶劑的蒸發(fā),聚合物形成了一層膜以固定組裝好的納米顆粒,從而形成了一種輕質(zhì),柔性,高活性的SERS基底。由于這種新型的SERS基板輕巧,柔軟,因此可以漂浮在要測(cè)試的河流或湖泊上,吸收水中的污染物,并借助便攜式拉曼儀器實(shí)現(xiàn)水污染監(jiān)測(cè)。
研究人員已將其成功應(yīng)用于杏林灣有機(jī)農(nóng)藥福美雙的檢測(cè),模擬水分布和實(shí)際水體,低的檢測(cè)濃度優(yōu)于其他報(bào)道的SERS基地。
這種新型SERS基底不僅檢出率高,而且非常穩(wěn)定。它可以反復(fù)洗滌,耐化學(xué)清洗,并且在重復(fù)使用后仍可以保留原始的SERS性能。
這種SERS基底堅(jiān)固耐用,足以承受惡劣的水環(huán)境。通過(guò)對(duì)SERS基質(zhì)進(jìn)行定向改性,它可以在未來(lái)長(zhǎng)時(shí)間漂浮在監(jiān)測(cè)水域的表面上,并且水中的污染物被原位吸收,從而避免了傳統(tǒng)水污染監(jiān)測(cè)的繁瑣采樣和預(yù)處理步驟。借助便攜式拉曼光譜儀,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
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