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红外光谱技术在环境科学中的应用与展望

在最近几年里, 我国科学技术得到了日益完善, 红外光谱法已经逐渐演变为样品分析的重要方式。尤其从环境科学的角度来看,红外光谱仪技术得到了相关研究者的一致好评, 它具备较多的优势, 如较强的鉴别能力、检测结果准确率高等。

1 红外光谱的技术在环境科学中的具体应用

1.1 检测固体环境

镉金属会对土壤带来严重的污染, 使用微生物的治理手段就可以在很大程度上降低镉金属污染的程度。一些研究人员灵活使用红外光谱技术、吸收光谱技术等深度剖析菌株对Cd2+产生积累的作用, 结合实验结果可以看到, 菌株细胞对Cd2+的积累大部分都依赖于-NH2与Cd2+配位结合;针对高浓度Cd2+溶液来说, 细胞壁上有很多基因吸附Cd2+的效果比较明显, 如–NH2, –OH, –COOH, –PO43-等。就Mn2+而言, 能够较好的增加细胞壁上有效官能团活性, 进而将Cd2+的累计率加以提升。然而当Zn2+, Pb2+, Cu2+重金属共存的情况下, 尽管有Mn2+的参与, 但是菌体对Cd2+吸附效果并没有得到显著提升。一般而言, 基本上都是运用高效液相色谱法的方式来对农药中吡虫啉的含量进行检测的, 我国相关研究人员在灵活运用红外光谱法的基础上, 对农药中吡虫啉的具体含量进行了认真检测, 并且样品主要以KBr压片法为主。从吡虫啉标准品与商品吡虫啉农药的结果可以中看到:当吡虫啉在93 912cm-1时形成的吸收峰不会因为农药的其他成分而受到任何影响, 这样就可以将此峰当作定量分析波数。不仅如此, 吡虫啉红外光谱在947~92 518cm-1时形成的峰面积与其存在的净含量符合线性方程Area=113 665×10-1+2 137×10-2×c, 同时相关系数r=0.199 953。由此可见, 科学合理的使用红外光谱技术对农药吡虫啉的含量进行检测具有一定的可行性, 同时还可以替代常规的理化分析, 进而达到快速分析的实际需要。

1.2 监测液体环境

有机污染物在水体污染中占据大部分比例, 而化学需氧量 (COD) 是使用次数最频繁、表征有机污染程度的一种指标。重铬酸盐法就属于传统COD测量手段之一, 有着较为繁琐的操作流程, 会花费较长的检测时间, 同时还会产生一定的污染, 对于实时测量来说并不适用。鉴于此, 我国相关研究人员经过认真研究以后, 研制出了使用近红外光谱法检测废水COD的手段。在该次实验中使用了相应的回归建模, 同时还建立了标准水样模型以及废水样模型。结合相关研究结果可以看到:标准液水样的理论COD值和预测值所得系数是0.999, 且交叉验证方差是15.14mg/L;针对废水水样来说, 其COD实测值和预测值所得系数是0.945 3, 同时预测标准差是35.4mg/L。由此可见, 灵活运用近红外光谱法对COD进行检测的方法具有一定的可行性。

1.3 检测气体环境

在灵活运用中红外光谱技术以及色谱技术的基础上, 能够较好地将气体污染物成分中的光谱信息分离出来, 其中也涵盖了国外一些发达国家颁布的188种污染气体, 或者是酸性有机物以及相关有机分子等, 比如苯、氯仿等。无论针对红外大气窗口3~5μm的气体分子来说, 还是就红外大气窗口8~12μm的气体分子而言, 都能够依赖于FTIR的手段对其浓度进行科学的探测。因为几乎所有的光谱数据都是在野外得到的, 显然会在很大程度上受到各种干扰 (如烟雾、尘土等) 以及气候环境的影响, 这样就会致使目标特性变得更加繁琐化, 甚至一些特征埋没在了噪声当中, 这些因素的存在都会对目标光谱的识别带来严重的影响。因此, 我国一些研究人员采取有效措施把相关神经网络与多尺度分析巧妙的和红外技术结合在一起, 进而构建了一套完善的提取与识别系统。结合相关研究结果可以看到:该系统不但可以将干扰物清除干净, 在某种程度上强化目标物的光谱特征, 而且还能将系统的识别水平加以提升, 继而为污染气体红外光谱多目标识别系统可以得到进一步研究创造有利条件。

2 对红外光谱技术在环境科学中的未来发展进行展望

无论对于中红外光谱技术来说, 还是就红外光谱联用技术而言。已经逐渐成熟起来, 然而在实际使用的时候, 还会在某种程度上受到以下几种因素的的影响:一种是测试灵敏度, 另一种是分辨率。在最近几年里, 随着接口装置技术、数据处理技术等相关技术的日益完善, 以及与其他相关检测技术之间的完美结合, 红外光谱技术一定会在痕量污染物鉴定、有机污染物研究等方面得到更好的发展。