赵赫
徐州市新沂生态环境局 江苏 新沂 221400
摘要：在对环境进行监测时，传统的化学分析法需要使用非常多的化学试剂，而且部分试剂还存在较大的毒性，处理不好会对环境造成污染，并且整个分析的用时较长，不能够满足目前快速检测，绿色环保的要求。而当下的红外光谱技术凭借其方便高效、成本低以及不使用化学试剂等优点，在多个领域得到了广泛的应用，而本文则针对红外光谱技术在环境检测中的应用进行相关分析。
关键词：环境监测；红外光谱；应用
0引言
红外光谱根据波长的不一样可以分为近红外区、中红外区以及远红外区。近红外区主要对 C-H及 N-H 键等的倍频或者组频的吸收情况进行研究，但这个波长范围内吸收峰的强度较弱，因此主要应用于分析有机官能团。中红外区的吸收峰较强，多数的有机化合物以及无机化合物的极品吸收都集中在这个区域，因此主要用做分析有机分子结构以及样品成分。远红外区则用做对金属有机物以及无机矿物进行分析。因此，通过对红外光谱的合理利用，能够对各种各样的物质进行检测。
1红外光谱技术在环境监测中的应用
1.1大气监测
傅里叶变换红外光谱技术因其信噪比与光谱分辨率较高，并且具有宽谱带信息的特点，因此在环境科学实时在线分析上优势明显，在多个方面上都有所应用，具体如下：
（1）利用反射式傅里叶变换红外光谱，对某地区的 CO2、CH4、N2O 和 CO 四种温室气体的浓度变化规律进行研究，经过分析，经检测，四种温室气体的浓度分别为0.98 mg/m3、3.57×10-3 mg/m3、3.93×10-3 mg/m3、6.25×10-3 mg/m3。而反射式怀特池傅里叶变换红外光谱法能够对空气中的O3、C2H2、C2H6进行定量分析。（2）以傅里叶变换红外光谱技术为基础建立的在线监测系统，能够对烟气中的SO2、NO以及HCL 等气体进行实时的线分析。（3）通过对采样法以及定量分析法进行分析，能够对含水条件下的NO、SO2、NH3等气体进行在线监测，稳定性与精度都较好。（4）利用开放光路傅里叶变换红外光谱技术，能够对大气中水汽的稳定同位素H216O 以及HD16O进行检测。（5）通过将红外光谱技术与最小二乘法相以及主成分回归等方法相结合，能够对有机污染气体苯、甲苯以及二甲苯同时进行快速分析。（6）通过将傅立叶变换中红外光谱技术与光谱处理方法相结合，能够对混合有毒气体苯以及甲苯进行定量测量。
此外，近几年，遥感傅里叶变换红外光谱技术变得越来越流行，在大气环境监测中应用较多。相较于传统的化学分析检测方法，遥感傅里叶变换红外光谱技术能够在远距离进行实时监测、不需要进行前处理、能够全天候并且连续的提供区域内三维空间的数据，因此发展潜力巨大。
1.2水环境监测
在水质检测方面，红外光谱也有十分广泛的应用，通过将近红外光谱技术与偏最小二乘法相结合，能够对污染水体中的化学需氧量等进行预测，同时还能够对水中的石油以及动植物油等进行测定。具体应用有以下几个方面：（1）利用红外分光光度法对水中油的含量进行分析测定。（2）利用近红外光谱的一阶导数谱，构建偏最小二乘法模型，对水中的化学需氧量以及五日生化需氧量进行测定，效果较好。（3）将近红外透射光谱技术与偏最小二乘法相结合，从而对废水中的化学需氧量以及五日生化需氧量进行同时测定。（4）通过使用近红外光谱技术完成数据的采集，结合偏最小二乘法进而对废水的PH等指标进行快速测定。（5）利用近红外光谱技术对水中的氮、磷等元素进行定量分析。（6）利用近红外光谱技术对污水中的氨、氮等进行快速测定。（7）利用傅里叶变换红外光谱技术对费仲的酚浓度进行测量，与国标测定的结果十分接近。（8）使用便携式傅里叶红外分析仪对水中的苯、甲苯以及二甲苯等25种具有挥发性的有机污染物进行定性定量的分析。
红外光谱技术不但能够对水中的PH、氮、磷等多种常规水质检测指标进行检测，还能够对杀虫剂以及农药在内的有机污染物以及部分的重金属污染物进行检测。未来伴随着预测模型数据的稳定性以及可靠性增加，在水质监测中会有更大的应用空间。
1.3土壤监测
在上世纪五十年代，传统的红外光谱技术就已经应用与土壤分析当中，不过因为方法自身的原因，导致在对土壤进行定性或者定量分析时会受到不同程度的限制。而红外光声光谱使用光声转换理论，能够进行原位扫描以及逐层扫描，进而可以应用在高吸收或者高反射的样品中。并且所需样品的数量少，不需要对样品进行预处理，在测定时不会破坏样品，因此在土壤分析中有广泛的应用。
通过使用红外光谱技术，能够对土壤中的氮含量以及有机质进行检测，具体应用如下：（1）利用红外光谱技术对土壤纵向空间分层的氮元素含量进行测定。（2）将近红外光谱技术与SVM模型相结合，从而能够对土壤中全氮以及有机质等指标的预测。（3）将近红外光谱与偏最小二乘法相结合建立预测模型，从而能够对土壤中的全氮、有机质、全钾以及PH进行预测。（4）通过将中红外衰减全反射叠加漫反射进行联合使用，能够使预测土壤全碳等元素的模型的精度提升。（5）通过将中外红外光声光谱与自适应模型相结合，能够对土壤中的有机质进行测定。（6）通过将近红外光谱分析技术与物联网等技术相结合，能够对农田土壤中的有机质、全氮以及有效钾等多种元素的含量进行实时监测。（7）通过对比中红外与近红外光谱建模得到的数据，发现中红外光谱的模型稳定性以及预测能力更高，因此在未来对土壤高精度预测以及土壤制图上会有广泛的应用。
2结语
目前，在进行环境检测时，传统的化学分析方法的适用性已经满足不了实际的需求，而随着技术的不断发展，红外光谱技术的出现使得环境检测工作变得更加容易。使用红外光谱技术在进行环境检测时，其具有操作简单，分析成本低、对样品要求低以及不会破坏样品等多种优势。并且通过与色谱、质谱等联用技术相结合时其能够适用于更复杂的环境监测领域中。同时，随着人工智能以及物联网技术的发展，红外光谱技术对环境的实时监测必将提供更大的助力。
参考文献
[1]褚小立, 袁洪福, 陆婉珍. 近红外分析中光谱预处理及波长选择方法进展与应用[J]. 化学进展, 2004(04):528-542.
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[3]褚小立, 陆婉珍. 近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展[J]. 光谱学与光谱分析, 2014.