检测水体中的所有污染物是可持续发展的水管理、环境健康和保证饮用水安全供给的重要基础，这需要多种稳定、简易的工具以及复杂先进的分析方法。检测体系还要不断调整，以适应由于新技术的使用而带来的新污染物类型。化学应当处在创新的最前沿，为快速准确地鉴定新的化学污染物提供尖端技术手段。

1现状

过去几十年分析技术的进步使低浓度化学物质的检测变得轻松。一些特殊的分析工具已经用在环境领域，如质谱（组学）和传感技术。但是，为使水资源可持续发展，需要知道哪种化学物质有危险以及怎样监测。随着商用化学品的数量剧增和农药等引入发展中国家广泛使用，需要监测的水体污染物对象一直在不断更新。

2面临的挑战

制造业生产和使用的化工产品和/或消费性产品的数量有增无减，加重了水体污染物检测的难度。电子学、纳米科技和相关科学领域的快速发展带来新的污染物品种和/或一些产品的环境转化产物。主要工业化国家已经对新物质的注册和测试做了相应规定，但这些监管体系可能应对不了数以千计的新物质及其转化产品的冲击，更别提还有无主和遗留化学品需要纳入监管。

全球范围内，集约农业和水产养殖业的快速发展、日常生活中与日俱增的化学品的使用（如个人护理产品）以及新出现的污染物都增加了对更先进检测方法和技术的需求。

预期中对安全饮用水需求的增加带来另一个难题，这会使水资源直接重复使用率和/或脱盐工厂数量上涨。因此，不能全靠自然过程来确保供给用户的水的纯度，更要依靠检测和去除水中所有不想要的成分来保障水供应。

立法也能促进检测需求。比如，《欧盟水框架指令》（2000/60/EC和 2013/39/EC）确定了包括重金属、工业化学品、农药等在内的45种化学物质作为优先检测的污染物，因为这些污染物会对生态系统有潜在危害。

更深层的问题来自于在环境和水体中存在的低浓度的各种不同化学物质的复杂的混合物。混合物中有毒物质对生物系统的作用非常复杂，因为这些污染物可以独立发挥作用，也可能起累加作用，也可能以复杂的方式导致协同作用和拮抗作用。因此，混合物毒性不能单纯从浓度的角度来度量，也不适合仅对单个化合物进行毒性测试。生物活体内的检测方法可适用于环境混合物，但是因其与动物权益相抵触而使用受限。在细胞和分子水平上开展高通量的对新兴污染物质的体外毒性测试会极大地加速环境样品的筛查。关于能否将以细胞为基础的生物分析工具置于水框架体系中用于评价环境质量的讨论正在进行。生态毒理基因组学、蛋白质组学和代谢组学等新兴领域的出现和发展给未来带来了希望^[12]。

检测体系应该包括对已知问题的监测，还要能对新出现的污染物（定向的和非定向的）保持警觉，并及时知悉其出现的新形式。

一方面，为对已知问题保持控制，分析方法要专注于在满足国内和国际法规的特殊需求上，比如《欧盟水框架指令》。另一方面，要积极发展创新性的分析工具来确认和量化目前尚被忽视的水体污染物。这两方面的目标都有赖于创新性的预富集技术和分析工具以及高精度、高选择性、高灵敏度的生物分析方法。

对因需求增加导致的污染物数量的不断增长需要系统的合作思考。因此，新生产的化学品对环境的潜在影响应在其设计之初就纳入研究范畴。一个新化合物的研发者不仅要考虑对它的分析和检测，更要关注到它与环境如何相互影响。

检测混合物中某些化合物的富集作用带来的危害是非常重要的一个难点。当前的风险评估是将化学物质单个进行考虑的。实际上，数以千计、百万计的化学物质即使个体浓度低于检测限，都可能因汇集一起而产生协同效应。

3为什么需要化学的帮助？

化学研究和相关专业知识可帮助提高、改进从进样到数据处理这一程序链上的各种检测方法。

化学家们已经研发出很多能够实时、高灵敏度和高选择性地检测复杂环境机制中污染物的方法。研究者们现在努力的方向是实现环境基质的全分析这个终极目标。

• 为提高检测结果的信度和可比较性，化学分析方法、生物分析以及分子水平的筛查手段的标准化必须优先考虑。转化产物的识别、纳米颗粒和微塑料的分析以及非定向的检测方法等方面的校验标准仍有待定义。

 

• 检测方法的发展由自然过程和人为过程中新增各种新物质的检测驱动，其核心是要保证各种用途的水质量合格。这既需要特定的检测技术，又需要更广谱的环境检测技术。至于具体需要什么工具则是由相应的环境问题决定。

• 理想状况下，在囊括化合物整个生命循环周期的全盘解决方案中，检测和捕获废水中的人工化学物质应该在产品开发之时就已考虑周全。对于新研发的药品类蛋白或者纳米粒子，材料安全数据表（MSDS）应该包含帮助从水体中检测和去除该化合物和/或它的转化产物的有用信息。

• 对混合化学品的研究需要更加深入。化学家们需要研发从复杂混合物中分离和识别各种单个组分的多级分析技术。我们需要更深入了解化学品的混合效应对人类健康和环境安全的影响，因此，与毒理学家和建模人员的跨学科合作势在必行。

• 生物分析技术，如以细胞为基础的生物分析，能够获得测量化学物质的总量的手段，以及在特定成分确认方面为化学分析提供有益补充。此外，最新研发的高分辨率质谱可检测到未知的微污染物和它们的转化产物。但是，在对这些污染物的验证和标准化以及对数据的评估和解读方面需要研发新对策，这样才能提高我们对新化合物和新材料对人类健康和环境安全的影响的预测能力。

• 在仪器研发方面，气相色谱-质谱连用和液相色谱-质谱连用技术已经广泛使用了很多年。在其他方法都不可行（比如在流域尺度或者复杂工程系统中）的情况下，使用GC- 或 LC-IRMS进行特定化合物同位素分析，可以将同位素的自然丰度的信息用于证明污染物质的转化^[13]。此外，二维液相色谱技术（LCxLC）和离子迁移质谱能提高复杂基质中结构相似的化合物的选择性。与此同时，一个优先要做的事情是将材料科学、电子学、计算化学和其他相关学科领域的新成果应用于发展新一代分析技术和设备。

• 科学家也需要研发更好的用于非特定目标物质检测的方法。存在的问题是怎样比较和验证非定向分析数据，怎样对未知污染物的数据进行评估、存储以及处理。当遇到现阶段很难指认的化合物时，需要通过发展多实验室对比以及新的计算机模拟方法等策略来实现对质谱更好的预测。

• 水体中污染物分析的改进，需要包括共享分析数据、资源开放获取、数据的智能分析等在内的更完善的数据库和更集成的数据管理，另一方面是要有可比较的抽样方法。实现这些举措的跨国实施是一个主要的难点。

• 另一个优先要做的事情就是研发检测速度更快、成本更低、更简便的检测方法和设备，比如，特别是无需专门人员操作的可实现对复杂环境监测和快速反应的实时传感网络体系。