环境科学中傅立叶变换红外光谱法的应用

　　1突发性环境污染事故应急监测

　　便携式FTIR可以对未知气体进行识别，测量气体浓度从mg/m3至百分含量，大多数组分的检出限都低于1mg/m3，可以测定NO、2、NH3、HC1、HF、CO、CO2、H2O等无机化合物，以及羟基硫化物COS、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C2H4、C3H6、C4H6X2H2、CbH18、C6H6-C7H8、C8Hl。和两种异构体、CH4O、C2H6O.C3H8O.C4H10O.C5H12O、CH2O.C2H4O、CH2O2、C2H4O2等有机化合物，测定浓度范围均为0~200mg/m3.我国已优先登记的有毒化学品有40个化学物质，其中氯化氢、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氰、氰化氢、苯胺、丙烯腈、丙烯酰胺、二氯甲烷、氯乙烯、苯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等可以使用便携式和车载式FTIR直接进行现场测定.多氯联苯(PCB)有209种，文献5用FTIR配合MS鉴定从毛细管柱流出的组分.在鉴别分子结构差异时，FTIR有时比MS更为准确.多环芳烃及其异构体具有“三致”作用，由于MS对辨别芳烃取代基位置鉴别能力差，IR成为多环芳烃取代异构体的强有力的鉴定工具.使用直接沉积技术用Tracer作接口，可以把1ng的苯并(e)芘和艹分别画出了很好的红外光谱图.而用GC/FID、GC/MS和GC/FTIR三种检测器对比分析农药的混合物，其中硫丹的两种异构体用MS无法分辨，而FTIR法用MI或Tracer接口都能很好地区分.使用Tracer作接口，对4，4'—DDD、44'—DDE及4，4'—DDT三个组分各进样5ng,红外光谱图十分清晰.

　　2在“反恐怖”和防“化学战争”中的应用

　　战争中曾使用的毒剂包括神经性、糜烂性、全身中毒性、失能性、窒息性、刺激性等毒剂以及其它的植物杀伤剂6大类.恐怖分子基本上使用神经性、糜烂性、窒息性、全身中毒性等4种毒剂.其FTIR测定波数分别为：甲氟膦酸异丙酯（沙林、Sari)

1019cm1>1304cm1、926cm1,S—(2—二异丙基氨乙基）一甲基硫代膦酸乙酯（维埃克斯、Vagent)2979cm1、1049cm1>941cm、甲氟膦酸异己酯(梭曼-Soman)1019cm—1、1304cm—1、1327cm—1，二甲胺基氢膦酸乙酯（塔崩、tabun)1042cm1、1003cm1、1327cm1,光气（碳丑氯、Phos-gene)848cm1、1828cm1、2362cm1，氢氰酸1342cm—1、3280cm—1、1435cm—、氯化氰2220cm—1、2584cm—1、2998cm—1，2，2—二氯乙硫醚(芥子气'Sulphurmustar)1212cm1、1296cm1、2972cm\氯乙烯氯肿（路易氏气、Lewisitegas)1559cm—1.934cm—1、1628cm—1.便携式FTIR已成为现场测定各种毒气的有效设备.

　　3环境监测

　　3.1水环境监测

　　使用XAD—2树脂富集，用二乙醚洗提后可以测定^g/L的氯苯、丁醚、乙二基草酸酯、水杨醛和二乙基丙二酸酯等有机化合物.吴谨光等3报道测定生产硝基苯、二氯苯、邻一硝基酚、苯胺和油添加剂的化工厂废水，使用GC/FTIR比GC/HPLC的灵敏度要高2~3个数量级.经分析废水中的二氯甲烷提取液，GC分离出对二氯苯、间氯代硝基苯、对氯代硝基苯、邻氯代硝基苯、3，4一二氯代一6—硝基苯胺、三氯代硝基苯、烷基酞酸酯和磷酸三苯酯等污染物.如果扫描波数在200~800cm—1之间，可以测定艾试剂、高丙体六六六、DDT、pp'—DDT、乙滴涕、狄试剂、七氯和六氯苯等有机氯农药.Seyama等：4测定水中的正己烷.叶立群15利用GC/FTIR联合鉴别溢油污染源.Kargosha等：6在高浓度的硫化物和无机盐存在的条件下，测定了在黄金矿石和精矿的浸提实验中14种溶液中的硫脲

　　3.2大气环境监测

　　文献:1一1直接测量HSO7和SO2一，使气溶胶酸性的研究有了新的手段.甲烷对全球变暖有重要的贡献，采用受控示踪物气体释放法：11],对填埋场下风向不同时间的总甲烷排放进行测定，精度为15%~30%.Kaii：12]对工业炉窑烟气中的NO、SO2、CO、CO2和总烃进行测定，经检验各种方法没有明显差别.应用显微FTIR与环炉法相结合测定大气飘尘中的铅，其检出限达0.07~0.4^g.文献3]介绍了涂料溶剂中的甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、2—乙氧基乙酸乙酯、丁酮、甲基丙基酮、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、甲醇、正丙醇、异丁醇、乙氧基乙醇等的测试条件.Xiao：14]测定了车间空气中的三氯乙烯，并与GC测定结果进行比较.北野康使:15]对CH4、HFCCCHF2CF3、CH2FCF3)、PFC(CF4、C2F6.C3F8、HF)和C6H6、C7H8、NH3、NO2、NO、N2O、CO、C5F8、SF6等进行分析，测定浓度范围从mg/m3至百分浓度.

　　使用FTIR可遥感测定C2H2、NH3、CO、O5、O3、CH2OCCl2、C3H6、SO2、C2HCl3等污染物：16.加上反射望远镜，可对燃煤发电厂排烟污染进行远距离NO、SO2、HCl、⑴、CO2等发射和大气中CO2的吸收光谱带的遥测.在进行水泥厂烧结窑排放气体的遥测时，用O—P吸收法和单端发射法可测量NH3、NO、CO2、CO、SO2、HCl、HF等。还可以对炼油厂烟囱的C3H6.C2H4、SO2、3OH等进行远距离测定.在测定化肥厂污水处理池时，采用差示光谱扣除背景的大气吸收光谱影响，然后测定HF和SiF4.制砖窑排放污染物的测定也采取同样方法，可测定HF、HCl、SO2、CO、NO、H2S〇4.

　　近距离测定机动车尾气使用Globar光源，必须将摩托车排气管轴与瞄准激光束相垂直，激光对准排气口，可测定CO、CO2、CH4：.Kimberly等:17测定了机动车队尾气排放情况，测量误差为：CO20.7%,CO1.6%,N2O1.8%.远距离的遥感测定可选用石英碘钨灯光源，其中红外区光谱能量比Globar光源大得多:18.狈啶时，光源和光谱仪之间的光轴与飞机发动机轴线保持垂直，可测定C2H4、⑴、CHO、CfiH14[19].Heise等:20对城市废物处理场面源中的NH3进行测量，如果测量范围大，可同时用两套系统进行测定.Mueller等:21]根据互相关法测定了36种气态物质.在采用X层析法测定野外面源排放的N2O时应该注意风向和风速的影响，Hashmonay等22]根据Childers等:23]的研究成果，使用5个反射镜和多孔橡胶管H型的面源模拟器，此法可用于多种工业污染源和大面积源中CO、CO2、NOx和H2O的测定.张骏:24采用被动FTIR探测目标气体柱数密度和目标气体等效辐射温度，还可用于污染云团的定量处理和发电厂、机场、城市交通叉路口、垃圾处理站等对CO、CO2、NO、NO2、N2O、HN3、CH4、H2O、HCl和HCHO的监测.

　　3.3固体废物监测

　　文献:25研究猪粪便在堆肥过程中有机物质转化的化学组成，用FTIR方法与传统的堆肥成熟度的化学参数比较，两者具有明显的相关关系.占新华等发现，在堆肥开始和堆肥后可溶性有机物中一NHt含量和多糖物质含量减少，羧基和芳香族类物质含量增加，说明堆肥过程中有机物质先是大分子的物质(蛋白质、多糖类等)被降解，然后是腐殖质类物质的逐渐形成.吴谨光等3]报道用GC/FTIRGC/FTIR检测的44个化合物中，有28个化合物是完全被鉴定，而用GC/MS完全鉴定的仅为13个，说明使用GC/FTIR具有更强的对未知物的检测能力.

　　4环境化学研究

　　4.1固体和土壤环境反应

　　文献现场测量了洗衣粉中荧光增白剂4，4'一二(2—磺酰苯乙烯)联苯(DSBP)在金属氧化剂表面的光降解情况，发现DSBP在金红石和锐钛矿涂层上降解较多，在氧化铝、赤铁矿、纤铁矿涂层上降解较慢.村田胜夫128]将暴露在沿岸与内陆地区的铜板样品进行分析，观察到均有硫酸根配位化合物和羧基类化合物以及CmO和CuO等氧化物生成，但沿海地区样品物种的生成速度比内地的要快

　　4.2毒理化学反应

　　乙基化合物与吡啶酮的加合物具有毒性，徐维并等研究表明，吡啶酮在溶液中存在互变现象，其氧位、氮位都是卤代烃可攻击的目标，所生成的两个位置上的加合物具有相同分子量，互为同分异构体其红外光谱有明显的差别.在化学致癌过程中，鸟嘌呤是DNA主要受到损伤而被修饰的碱基之一.作者研究了鸟嘌呤(Gua)与一系列卤代烃类烷化剂反应的加合物，经薄层分离得到Gua与碘甲烷、溴乙烷、溴丙烷、异碘丙烷、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、氯乙缩醛、溴苯乙酮等鸟嘌呤与卤代烃氧位和氮位加合物的红外光谱表征.实验表明，卤代烃攻击了DNA结构起作用的鸟嘌呤中的氮原子位置.

　　4.3水环境反应

　　研究了部分脱乙酰基甲壳质(非完全脱乙酰基甲壳质，NCTS)与Cu2+.2^-Zn2+、Cd2+、Hg2+.Ag+、Pb2十等八种金属离子形成配合物的结构特征，可以根据其吸附机理，合成具有不同脱乙酰度的甲壳质，以选择吸附分离金属离子.曹海峰等研究了水体中腐殖酸、各种杀虫剂等有机物经过氯化及降解作用后形成的各种氯代烃、氯代酸及氯代醇.通过GC/MS进行氯代乙酸乙酯水溶液分析，再经FTIR分析3号峰，验证该化合物为乙基苄基二硫酿.

　　4.4大气光化学反应光化学烟雾.在池体的内表面涂上硬聚氯乙烯以避免污染物在池壁上衰减，满足了一氧化碳、氨、甲烷、一氧化氮、二氯二氟甲烷、乙烯、甲醛、甲酸、过氧化氢、过氧乙酰硝酸酯、五氧化二氮、亚硝酸、臭氧等的测定要求.二甲基硫醚(DMS)在大气硫循环中影响全球生态环境和气象变化.钟晋贤等：报道DMS在紫外光作用下产生二甲基二硫醚，在有H2O2的条件下光解解生成比较稳定的CH3SO3H和CH2O.氟立昂会破坏臭氧层，目前使用氢氯氟烃和氢氟烃类作为氯氟烃替代品，其中HCFC22被广泛使用.Nild等测定其大气光化学反应过程，研究中用氯原子来引发反应，氯原子通过氢摘取反应引发有机物反应.陈忠明等35]研究发现HCFC22(CHCLF2)分子中含有氢原子，易与OH自由基发生反应，减少其大气寿命(13.3年)，但仍含氯原子会破坏臭氧层，不宜作为永久性替代物使用.为了寻找理想的替代物，文献[36报道HFCma(CH3CHF2)大气寿命比较短，只有1.7年并且不形成对土壤和湿地环境产生危害的三氟乙酸，可以作为CFCS替代物.在对流层大气中P—蒎烯能与OH自由基、〇3、NO3自由基和O(3P)原子等很快发生反应.刘兆荣等分别测定了蒎烯、不蒎酮、臭氧，结果表明卩一蒎烯/臭氧的反应速率常数为1.1X10—7cm3/(分子。s)文献[38]跟踪p—蒎烯与OH自由基的气相反应.初步确定了反应中主要羧酸产物诺蒎酮、甲醛、甲酸等反应时间的生成情况.有机过氧化物与酸雨的形成、大气光化学烟雾的产生有关，分别测量了CH4、CO和03，表明在大气对流层中，甲烷的0H自由基氧化可能是大气有机过氧化物中CH3O2H和H0CH200H的重要来源.