2022年红外光谱技术在环境科学中的应用创新.doc

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1、红外光谱技术在环境科学中的应用创新摘 要：伴随当前红外光谱设备在各领域中的应用以及相关科学发展，其红外光谱法已经成为分析与检测生产样品的重要工具或手段。尤其是采用“傅里叶”变换法去鉴别，能够精准地测试出产品的结果以及较好的应用性能，令其在环境科学之中广泛应用，且在有机化合物、官能团等检测中有着普遍性应用。本文对红外光谱技术在现今环境科学之中的创新应用展开研究。关键词：红外；光谱技术；环境科学；应用创新中图分类号：O657 文献标识码：A红外光谱的技术在各领域中的应用相继经历了很长时期，逐渐完善着自身技术在领域中的应用，且将低成本高性能作为发展与创新的主要方向。伴随技术在科学中的发展，已经研发至

2、基于傅里叶变换法的红外光谱测试仪，为应用的领域开辟了相对广阔的道路。在现今环境科学中的应用，主要是监测环境的污染情况以及对平突发类型的污染进行控制分析等。依照波数的范围，将其分为近、中、远红外3种区域。其中近红外的波数范围约在130004000cm-1间，中红外的波数范围约在4000400cm-1间，远红外的波数范围约在400100cm-1间。一、分析红外光谱的技术在现今环境科学之中重要应用该技术在各个领域中都有着普遍的应用，在如今环境科学之中其重要的应用就是用于监测固体、液体以及气体等环境，有利于在监测分析基础上科学修复生态系统，具体应用如下所述：（一）监测固体环境在土壤中具有重度污染的金属

3、就是镉，运用微生物的治理方法改善了镉金属的污染。部分学者运用其红外光谱、原子的吸收光谱等分析了菌株对其Cd2+产生积累的作用。在浓度较低的Cd2+溶液之中其菌株对其Cd2+产生积累作用主要依附细胞壁上的-NH2、Cd2+在配位上的结合。而在浓度较高的Cd2+溶液之中，则需要依附-NH2、-OH以及其他相关基团对Cd2+具有较明显的吸附能力。例如：Mn2+就能够令细胞壁上的有效官能团在活性上起到增强作用，进一步提升了Cd2+的有效积累率。若在Zn2+或Cu2+等同时存在时，其Mn2+就很难提升对其Cd2+的吸附或积累能力。运用高效的液相色谱方法去检测农业产品中农药成分的含量，例如：吡虫啉，若直接

4、使用期红外光谱测试方法进行鉴定，首先样品应该运用“KBr”的压片方法。经过测定实验结果显示，其吡虫啉处在94000cm-1处时吸收峰不会受到其他化学成分所影响，因而可将其选作定量分析的有效波数。运用红外光谱的方法或技术能够以较快速度就检测出农药中所含有的吡虫啉有效量，且还可以代替物理及化学分析等。将餐饮行业产生的废油脂作为监测原料，使用红外光谱的技术去分析影响皂化程度的具体因素展开了相关研究，且探寻出最佳的皂化条件用于处理工艺中，同时也提出了科学运用废油脂切实路径，进而有效规避了“潲水油”因回流入至食用油中，在市场交易及社会群众食用之下残害人体的健康，有必要保护液体环境受到废油脂的侵害与污染。

5、另外，研究其利用猪粪便进行堆肥时将有机物转变成化学组成有效成分，比较其FTIR、传统堆肥的成熟程度有关化学参数，它们之间具有较强关联性。在堆肥的前后使其监测可溶性的有机物和多糖物质以及羧基、芳香族类等物质产生的变化，进一步证实了在堆肥过程中先讲解掉蛋白质和多糖类等具有大分子特征的物质，而后形成了腐殖类物质。（二）监测液体环境在对液体环境进行监测时，尤其是水体污染物以有机物为主，其中有机物被污染的等级重要指标就是其含氧量，可表示为COD。COD的传统测量方法以重铬酸盐的方法为主，它具有复杂性的操作，较长的鉴定与分析时间，且还会在其中产生第二次的污染，因此不能适合于在线式实时的监测。研究领域在近些

6、年运用“近红外”光谱法研究了监测废水中COD的重要方法。对于水样选用近红外的光谱技术来说，需采用“PLS“方法进行回归式构建模型，构建出标准的水样、废水杨预测其COD关键模型。经过试验证实，标准化水样COD在理论值、预测值上有关系数接近1。然而废水样COD在理论值、预测值上有关系数比标准化水样的系数要小一些，因此使用近红外的光谱技术去监测COD具有一定的可行性。近些年在鉴定液体环境中复杂物，其“GCFTIR”联用技术具有广泛的应用性，尤其是在废水样中提取CH2Cl2，同时也能鉴定溢油的污染源。若扫描的波数范围在 200cm-1800cm-1间，则可测定其艾试剂或DDT和狄试剂及其六氯苯等农药（

7、有机氯类），也可测定液体环境中的C6H14。针对石油化工的废水污染中带有挥发性的有机物而言，主要是运用气相色谱进行分离、红外的定性分析、FID等方法获取至理想的监测结果。为了提升红外检测的灵敏响应度，采用吹脱捕集的技术对水样进行处理。色谱柱需要运用大口径的石英类毛细柱，进而减小液体的分流且增加其进样量，此方法在联机状态下（GCFTIRFID）实现对未知性污染物完成了一次性定量监测。二、监测气体环境部分研究者设计出一套可分析气体环境的长开行放光路相关红外光谱监测系统，主要是基于傅里叶变换（分为连续和离散两种类型）构建。此系统有250m往返开放式的较长距离相关采样光程，且使用了分辨率约为1cm-1

8、的红外光谱设备（傅里叶变换）去测量其采样路径之内透过大气的有效率光谱。而后运用非线性的“PLS”方法实现拟合，进而计算出其他待测组分的实际浓度。在监测实验中通过选取特定的波段去分析空气中污染物（CH4、CO、N2O、CO2）实际浓度。经过拟合其残差平均方根，其误差几乎在1%之内。测定结果说明本系统具有简单的结构，很容易校准光路以及具有良好的环境适应能力，在测量中具有较快的反应速度，较广的采样范围，故可用在气体环境（大气）中探测极为重要的微量等组成成分，有利于在研究中开展大范围环境气体有关监测工作。采用“中红外”光谱联用色谱技术的监测方法，能够定性分离、测量出污染物中的多种气体成分以及对应的光谱

9、重要信息，这其中包含了国外最新发现与总结出的近200种带有污染性的气体、大分子或酸性等有机物。例如：CHCl3、C6H6。针对3m5m或8m12m具有特征性的吸收光谱式气体而言，就可采用“FTIR”方法探测其气体深度。由于这些污染类气体具有相对复杂的光谱特性征，加之数据需要在户外进行获取，故为其探测与检测增加了干扰因子的影响，例如：烟雾或尘土，以及大氣环境和温度所产生的诸多变化等，皆令污染物的特性增强了自身复杂性，甚至将其掩在噪声当中，间接增加了目标光谱探测的难度。因此，需要将多尺度的分析、神经网络以及红外技术等进行整合应用，进而研发出具有气体特性的红外光谱，以便在应用中能够快速地将信息提取至

10、系统中。此系统不仅能够消除来自干扰因子的影响，且增强了监测目标光谱的特性，同时也提升了整个系统在监测中的识别率，这为污染气体的鉴定与分析提供了有力基础。三、研究红外光谱技术的未来发展与创新尽管红外光谱的技术在各领域中应用趋于成熟化，但在技术上依旧受到了监测灵敏度、分辨率等局限。例如：GC/FTIR低于GC/MS灵敏度，能够提供供成千上万张光谱进行检索，同时在50350的沸点范围内不利于对有机组成物的挥发性作鉴定。伴随接口装置和数据处理的技术不断得到完善与更新，其结合了分析检测的技术，有利于快速发展红外光谱的技术，且更精准的分析与鉴定环境中涉及的有机类污染物、复杂性的混合物、痕量类污染物等。它在

11、生态环境的修复方面也有着重要的应用，运用该项技术去分析环境中具有耐性类的植株，此类植物对环境介质中的重金属以及其他污染物产生累积的作用作出监测分析，着能够提生植物的累积率，为环境科学领域的应用开辟了具有创新性的思路。另外，为污染物对人类生存环境产生的危险因子提供了具有科学性的研究依据，且拓展了生态环境系统进行修复的空间，具有良好的应用性和创新的前景。结语基于红外线的技术是我国当前应用在环境监测中最广泛且新兴的技术，尤其是在电子技术、环境科学的领域中。通过对其具体在环境监测中的科学应用分析，进而展开了创新性的发展展望。凭借自身技术的众多优点，较由于雷达在环境的科学监测下应用，这有利于对环境污染作出预测以及更好地修复当前受损的生态环境，故该项技术在环境修复方面有着重要的应用价值。参考文献1中国百科网.在环境科学中应用红外光谱技术J.电子技术，2020，2（27）：113-114.2李英华，孙丽娜，胡晓钧，等.红外光谱技术在环境科学中的应用与展望J.光谱学与光谱分析，2020，10（10）：2325-2327.此资料由网络收集而来，如有侵权请告知上传者立即删除。资料共分享，我们负责传递知识。