水污染監(jiān)測，使水污染無可遁形

如今，由于人們?nèi)狈Νh(huán)保意識，同時對經(jīng)濟(jì)利益的過分追求，“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。

除了對水污染治理的研究外，水污染長期監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測也可以從源頭上抑制水污染。這就像安裝一副“電子眼”，可以時時刻刻監(jiān)控并防止偷排，并在問題發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)防。同時，可以長時間觀察水質(zhì)健康情況，判斷水污染趨勢，一旦水質(zhì)受到污染，應(yīng)及時對癥下藥。

為了實(shí)現(xiàn)對水污染的長期監(jiān)測，通常需要采取兩個步驟：首先，必須定期收集一個代表性地點(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)場對樣品進(jìn)行測試和分析。為水環(huán)境評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)測方法通常包括理化監(jiān)測，遙感監(jiān)測，生物監(jiān)測等。

理化監(jiān)測

理化監(jiān)測是指使用儀器（水質(zhì)監(jiān)測儀，分光光度計，液/氣相色譜-質(zhì)譜，離子選擇電極等）來測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)場監(jiān)測。

生物監(jiān)測

水中的污染物將逐漸在生物體內(nèi)富集和轉(zhuǎn)化，其生長分布和生理特征也會發(fā)生變化。生物監(jiān)測通過長期跟蹤生物體內(nèi)累積的污染物水平來反映水污染狀況，并可以檢測出某些精密儀器難以直接檢測到的微量污染。

然而，生物監(jiān)測受生物活動和環(huán)境的極大影響，生物實(shí)驗(yàn)分析既復(fù)雜又費(fèi)時，通常被用作物理和化學(xué)監(jiān)測的補(bǔ)充。

遙感監(jiān)測

水中的污染物對光或電磁波的反射或吸收特性不同。遙感監(jiān)測使用飛機(jī)，航天器或地球衛(wèi)星攜帶的頻譜掃描儀或激光雷達(dá)對難以靠近的大面積水域進(jìn)行掃描和成像，揭示水體動態(tài)變化時污染物的時空分布和遷移特征。

然而，該方法仍然難以監(jiān)測廢水的具體成分和定量監(jiān)測，并且需要常規(guī)監(jiān)測的協(xié)助。

表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）監(jiān)測

當(dāng)前，常用的水污染監(jiān)測方法面臨兩個瓶頸。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，并且很難長時間對其進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。

近，中國科學(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)，可以對水污染進(jìn)行長期的原位監(jiān)測。

與理化監(jiān)測，生物監(jiān)測和遙感監(jiān)測相比，SERS監(jiān)測在水污染監(jiān)測里無疑是一個新詞。但是，拉曼散射應(yīng)該是每個人都熟悉的。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)被測物質(zhì)吸附或接近金，銀，銅等金屬納米結(jié)構(gòu)的表面時，其拉曼信號可以增強(qiáng)一百萬倍以上。

SERS監(jiān)測不會對樣品造成損害，并且受水的影響較小。所以，它以其快速和超靈敏的識別優(yōu)勢而出現(xiàn)在水污染監(jiān)測領(lǐng)域。

那么，研究人員這種新開發(fā)的SERS監(jiān)測有何特別之處？

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。

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，模擬水分布和實(shí)際水體，低的檢測濃度優(yōu)于其他報道的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基底堅固耐用，足以承受惡劣的水環(huán)境。通過對SERS基質(zhì)進(jìn)行定向改性，它可以在未來長時間漂浮在監(jiān)測水域的表面上，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)對水污染的長期監(jiān)測。