一、环境监测的发展

1．被动监测

环境污染虽然自古就有，但环境科学作为一门学科是在20世纪50年代才开始发展起来的。最初危害较大的环境污染事件主要是由化学毒物所造成，因此，对环境样品进行化学分析以确定其组成和含量的环境分析就产生了，由于环境污染物通常处于痕量级(mg/kg, ug/kg)水平甚至更低，并且基体复杂，流动性、变异性大，又涉及空间分布及变化，所以对分析的灵敏度、准确度、分辨率和分析速度等提出了很高要求。因此，环境分析实际上促进了分析化学的发展。这一阶段称为污染监测阶段或被动监测阶段。

2．主动监测

随着科学的发展，到了20世纪后期，人们逐渐认识到影响环境质量的因素不仅是化学因素，还有物理因素、生物因素等。物理因素如噪声、振动、光、热、电磁辐射、放射性等。所以用生物(动物、植物)的生态、群落、受害症状等的变化作为判断环境质量的标准更为确切可靠，从生物监测向生态监测发展，即在时间和空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素进行系统的观测和测定，以了解、评价和预测人类活动对生态系统的影响，为合理利用自然资源、改善生态环境提供科学依据。此外，某一化学毒物的含量仅是影响环境质量的因素之一，环境中各种污染物之间、污染物与其他物质、其他因素之间还存在着相互作用。所以环境分析只是环境监测的一部分。环境监测的手段除了有化学手段，还有物理、生物等手段。同时，从点污染的监测发展到面污染及区域性的立体监测，这一阶段称之为环境监测阶段，也称为主动监测或目的监测阶段。

3．自动监测

随着监测技术的发展和监测范围的扩大，整体监测质量有了提高，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等限制，仍不能及时地监视环境质量变化、预测变化趋势，更不能根据监测结果发布采取应急措施的指令。20世纪70年代开始，发达国家相继建立了连续自动监测系统，在地区布设网点或在重点污染源布设监测点，进行在线监测，并使用了遥感、遥测手段，监测仪器用电子计算机遥控，数据用有线或无线传输的方式送到监测中心控制室，经电子计算机处理，可自动打印成指定的表格，分析出污染态势、浓度分布，可以在极短时间内观察到空气、水体污染浓度变化，预测预报未来环境质量。当污染程度接近或超过环境标准时，可发布指令、通告并采取保护措施。这一阶段称为污染防治监测阶段或自动监测阶段。

二、环境污染和环境监测的特点

(一)环境污染的特点

环境污染是各种污染因素本身及其相互作用的结果。同时，环境污染还受社会评价的影响而具有社会性。它的特点可归纳为：

1．时间分布性

污染物的排放量和污染因素的排放强度随时间而变化。例如：工厂排放污染物的种类和浓度往往随时间而变化；由于河流的潮汛和丰水期、枯水期的交替，都会使污染物浓度随时间而变化。随着气象条件的变化，同一污染物在同一地点的污染浓度可相差数十倍。交通噪声的强度随着不同时间内车辆流量的变化而变化。

2．空间分布性

污染物和污染因素进入环境后，随着水和空气的流动而被稀释扩散。不同污染物的稳定性和扩散速度与污染物性质有关，因此，不同空间位置上污染物的浓度和强度分布是不同的。为了正确表述一个地区的环境质量，单靠某一点监测结果是不完整的，必须根据污染物的时间、空间分布特点，科学地制订监测方案(包括监测网点布设、监测项目和采样频率设计等)，然后对监测所获得的数据进行统计分析，才能得到较全面而客观的反映。

3．环境污染与污染物含量(或污染因素强度)的关系

有害物质引起毒害的量与其无害的自然本底值之间存在一界限。所以，污染因素对环境的危害有一阈值。对阈值的研究，是判断环境污染及污染程度的重要依据，也是制定环境标准的科学依据。

4．污染因素的综合效应

环境是一个由生物(动物、植物、微生物)和非生物所组成的复杂体系，必须考虑各种因素的综合效应。从传统毒理学观点分析，多种污染物同时存在对人或生物体的影响有以下几种情况：①单独作用，即当机体中某些器官只是受到混合污染物中某一组分的危害，没有因污染物的共同作用使危害加深时，称为污染物的单独作用。②相加作用，混合污染物各组分对机体的同一器官的毒害作用彼此相似，且偏向同一方向，当这种作用等于各污染物单独作用的总和时，称为污染物的相加作用。如大气中二氧化硫和硫酸气溶胶之间、氯和氯化氢之间，当它们在低浓度时，其联合毒害作用即为相加作用，而在高浓度时则不具备相加作用。③相乘作用，当混合污染物各组分对机体的毒害作用超过单独作用的总和时，称为相乘作用。如二氧化硫和颗粒物之间、氮氧化物与一氧化碳之间，就存在相乘作用。④拮抗作用，当两种或两种以上污染物对机体的毒害作用彼此抵消一部分或大部分时，称为拮抗作用。如动物试验表明，当食物中有30 ug/L甲基汞，同时又存在12.5 ug/L硒时，就可能抑制甲基汞的毒性。

环境污染还会改变生态系统的结构和功能。

5．环境污染的社会评价

环境污染的社会评价与社会制度、文明程度、技术经济发展水平、民族的风俗习惯、哲学、法律等问题有关。有些具有潜在危险的污染因素，因其表现为慢性危害，往往不引起人们注意，而某些现实的、直接感受到的因素容易受到社会重视。如河流被污染程度逐渐增大是一个长期过程，在过程中人们往往不予注意，而因噪声、烟尘等引起的社会纠纷却很普遍。

(二)环境监测的特点

环境监测就其对象、手段、时间和空间的多变性、污染组分的复杂性等，其特点可归纳为：

1．环境监测的综合性

环境监测的综合性表现在以下几个方面：

(1)监测手段包括化学、物理、生物、物理化学、生物化学及生物物理等一切可以表征环境质量的方法。

(2)监测对象包括空气、水体(江、河、湖、海及地下水)、土壤、固体废物、生物等客体，只有对这些客体进行综合分析，才能确切描述环境质量状况。

(3)对监测数据进行统计处理、综合分析时，须涉及该地区的自然和社会各个方面情况，因此，必须综合考虑才能正确阐明数据的内涵。

2．环境监测的连续性

由于环境污染具有时间、空间分布性等特点，因此，只有坚持长期测定，才能从大量的数据中揭示其变化规律，预测其变化趋势，数据样本越多，预测的准确度就越高。因此，监测网络、监测点位的选择一定要科学、合理，而且一旦监测点位的代表性得到确认，必须长期坚持监测，以保证前后数据的可比性。

3.环境监测的追溯性

环境监测包括监测目的的确定、监测计划的制订、采样、样品运送和保存、实验室测定到数据处理等过程，是一个复杂而又有联系的系统，任何一步的差错都将影响最终数据的质量。特别是区域性的大型监测，由于参加人员众多、实验室和仪器的不同，必然会存在技术和管理水平的不同。为使监测结果具有一定的准确度，并使数据具有可比性、代表性和完整性，需有一个量值追溯体系予以监督。为此，需要建立环境监测的质量保证体系。

三、监测技术概述

监测技术包括采样技术、测试技术和数据处理技术。关于采样及噪声、放射性等方面的测试技术在后面有关章节中叙述，这里以污染物的测试技术为重点作一概述。

(一)化学、物理技术

对环境样品中污染物的成分分析及其状态与结构的分析，目前，多采用化学分析方法和仪器分析方法。

如重量法常用作残渣、降尘、油类、硫酸盐化速率等的测定。

容量法被广泛用于水中酸度、碱度、化学需氧量、溶解氧、硫化物、氰化物的测定。

仪器分析是以物理和物理化学方法为基础的分析方法。它包括光谱法[可见分光光度法、紫外分光光度法、红外分光光度法(红外光谱法)、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、X射线荧光光谱法、荧光光谱法、化学发光分析法等]，色谱法(气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法、离子色谱法、色谱一质谱联用技术)，电化学法(极谱分析法、溶出伏安法、电导法、电位分析法、离子选择电极法、库仑滴定法)，放射分析法(同位素稀释法、中子活化法)和流动注射分析法等。仪器分析方法被广泛用于对环境中污染物进行定性和定量的测定。如分光光度法常用于大部分金属、无机非金属的测定，气相色谱法常用于有机物的测定，对于污染物定性和结构的分析常采用紫外分光光度法、红外分光光度法、质谱法及核磁共振等技术。

(二)生物技术

利用植物和动物在污染环境中所产生的各种反应信息来判断环境质量的方法，是一种最直接、也是反映环境综合质量的方法。

生物监测包括测定生物体内污染物含量，观察生物在环境中受伤害所表现的症状，通过测定生物的生理生化反应，生物群落结构和种类变化等，来判断环境质量。例如：利用某些对特定污染物敏感的植物或动物(指示生物)在环境中受伤害所表现的症状，可以对空气或水的污染作出定性和定量的判断。

(三)监测技术的发展

监测技术的发展较快，许多新技术在监测过程中已得到应用。在无机污染物的监测方面，电感耦合等离子体原子发射光谱法用于对20多种元素的分析；原子荧光光谱法用于一切对荧光具有吸收能力的物质；离子色谱技术的应用范围也扩大了。在有毒有害有机污染物的分析方面，GC-MS用于VOCs和S-VOCs及氯酚类、有机氯农药、有机磷农药、PAHs、二噁英类、PCBs和POPS的分析；HPLC用于PAHs、苯胺类、酞酸酯类、酚类等的分析；IC法用于可吸附有机卤化物(AOX)、总有机卤化物(TOX)的分析；化学发光分析对超痕量物质分析也已应用到环境监测中。利用遥测技术对一个地区、整条河流的污染分布情况进行监测，是以往监测方法很难完成的。

对于区域甚至全球范围的监测和管理，其监测网络及点位的研究，监测分析方法的标准化，连续自动监测系统、数据传送和处理的计算机化的研究应用也发展很快。连续自动监测系统(包括在线监测)的质量控制与质量保证工作也逐步完善。

在发展大型、连续自动监测系统的同时，研究小型便携式、简易快速的监测技术也十分重要。例如：在突发性环境污染事故的现场，瞬时造成很大的危害，但由于空气扩散和水体流动，污染物浓度的变化十分迅速，这时大型固定仪器由于采样、分析时间较长，无法适应现场急需，而便携式和快速测定技术就显得十分重要，在野外也同样如此。

四、环境优先污染物和优先监测

有毒化学污染物的监测和控制，无疑是环境监测的重点。世界上已知的化学品有700万种之多，而进入环境的化学物质已达10万种。因此不论从人力、物力、财力或从化学毒物的危害程度和出现频率的实际情况而言，某一实验室不可能对每种化学品都进行监测、实行控制，而只能有重点、有针对性地对部分污染物进行监测和控制。这就必须确定一个筛选原则，对众多有毒污染物进行分级排序，从中筛选出潜在危害性大、在环境中出现频率高的污染物作为监测和控制的对象。这一筛选过程就是数学上的优先过程，经过优先选择的污染物称为环境优先污染物，简称优先污染物(priority pollutants )。对优先污染物进行的监测称为优先监测。

早期人们控制污染的对象主要是一些进入环境数量大(或浓度高)、毒性强的物质，如重金属等，其毒性多以急性毒性反映，且数据容易获得。而有机污染物则由于种类多、含量低、分析水平有限，故以综合指标COD,BOD,TOC等来反映。但随着生产和科学技术的发展，人们逐渐认识到一批有毒污染物(其中绝大部分是有机物)，可在极低的浓度下在生物体内积累，对人体健康和环境造成严重的甚至不可逆的影响。许多痕量有毒有机物对综合指标COD, BOD , TOC等影响甚小，但对环境的危害很大，此时，综合指标已不能反映有机污染状况。这些就是需要优先控制的污染物，它们具有如下特点：难以降解，在环境中有一定残留水平，出现频率较高，具有生物积累性，具有致癌、致畸、致突变(“三致”)性质、毒性较大，以及目前已有检测方法的一类物质。

美国是最早开展优先监测的国家。早在20世纪70年代中期，就在《清洁水法案》中明确规定了129种优先污染物，它一方面要求排放优先污染物的工厂采用最佳可利用技术(BAT)，控制点源污染排放。另一方面制定环境质量标准，对各水域实施优先监测。其后又提出了43种空气优先污染物名单。

苏联卫生部于1975年公布了水体中有害物质的最大允许浓度，其中无机物73种，后又补充了30种，共103种；有机物378种，后又补充了118种，共496种。实施10年后，又补充了65种有机物，合计达664种之多。在1975年所公布的工作环境空气和居民区大气中有害物质最大允许浓度中，无机物及其混合物266种，有机物856种，合计达1122种之多。

欧洲共同体(现为欧洲联盟)在1975年提出的《关于水质的排放标准》的技术报告，列出了所谓“黑名单”和“灰名单”。

“中国环境优先监测研究”亦已完成，提出了“中国环境优先污染物黑名单”，包括14个化学类别共68种有毒化学物质，其中有机物占58种，见表1-1。表中标有“△”者为推荐近期实施的名单，包括12个类别，47种有毒化学物质，其中有机物占38种。

表1 -1中国环境优先污染物黑名单

注：①砷的污染性质与重金属类似，故与重金属一起讨论。