环科综合大实验 讲义2015

1、实验一 环境样品的采集与保存要了解有机污染物、重金属等有害物体的种类、空间分布、污染的范围、污染现状和变化趋势，并评估污染对生态环境、对人体健康造成的潜在危害程度，布点取样和分析测定是唯一可行的办法, 但如何对污染区域进行科学布点，合理使用有限的人力、财力进行取样，准确测定，这是一项带策略性的原则问题。采集样品的目的是为了了解环境质量现状，包括污染来源、种类、数量、主要污染物的成分、排放方式、排放去向、排放地点、排放强度等，是风险管理决策的基础，其中布点、采样是质量保证和质量控制关键的第一个环节。一、采样布点原则一般采样布点可以参考美国环保局(EPA)或各国环境监测标准，但根据调查目的不同，采

2、样要求会有所区别，一般采集样品应具有较高的代表性，样品需表征某整体环境，采样时不可能全面布点，只能以点代面，以尽可能少的采样点来代表整体环境。采样的主要站点应合理地布设在环境质量发生明显变化或有重要功能用途的区域，如:近岸河口区或重大污染源附近。在着手调查的污染范围内，着眼与整体污染区域，污染物的物理化学性质、毒性及对生态系统和人体可能的毒害进行布点。布点应避免主观臆断布点，否则其取样测定结果极可能是带偏见，不能反映客观实际。布点取样前应对污染区域的现有资料、已有调查观测记录、污染来源、地理地质、水文等进行综合评述，以了解其污染历史沿革，对污染性质和范围有基本认识。(1). 随机布点：在污染区

3、内随机布点，其结果会比主观设点捕捉到更多的污染信息。但仍对平均污染浓度反应不客观，也不能捕捉到重污染区。(2).层状布点：经过不同形式取样，随机布点取样，层状布点比较后，在对大面积、复杂的区域进行布点取样，没有必要首先寻找污染热点，也不应该只设点在工业区、人口密集区去记录最高污染浓度，以避免评估危险毒害时出现较大偏差。在合理设计取样方案时应首选层状取样布点，即污染区域分成若干垂直或水平，纵向或横向区域，每层内稀疏布点取样。图1.1 随机布点示意图对一个城市来说，可用层状取样原则，划分重污染区、一般污染物和对照区，并评估三个区域的百分比，这样就可以大致了解该城市污染空间分布和污染程度。通过这样层

4、状取样布点可了解到基本的空间分布和浓度。 图1.2 层状布点示意图(3). 方格布点：国际环境部长会议（CCME，加拿大）推荐的覆盖整个污染区的均匀方格布点，每个方格25长宽，每个方格内又按W或X字取样，混合成一个样品（规则第四款。系统方格布点是在层状布点的基础上进行的，若调查区域较小、人力财力充足，可不必经过层状布点，直接进入系统方格布点，此布点可详细了解到污染的分布，探查出可能的未估计到的污染区域和污染热点，准确评估对污染物引起的健康危害程度。若遇到污染区域大，可放大方格到30至50米见方作为一个点，以减少样品数量节省财力物力。系统方格布点显然会接近客观实际，故能客观的反应出整个区域的污染

5、状况。 图1.3 方格布点取样示意图(4).W字或X字布点：英国诺丁汉大学生物科学学院（The University of Nottingham, Bioscience School）提出的W字或X字布点作为取样具体操作原则。在一个取样区域内，W字或X字的起点、终点、转折处、交叉点五个位置进行取样，然后混成一个样代表此区域，也常有分开五个位置取的样品分别测定，然后以统计形式进行处理，并得到平均值和标准偏差。安格鲁-塞克逊统计近似法（Anglo-Saxon Approach）可用于处理数据，也可获得污染热点，达到所需信息。图1.4 W字和X字布点示意图二、 采样布点影响因素影响站点布设的因素很多

6、，但主要应根据下列原则:(1). 能够提供有代表性信息；(2). 设点周围的环境地理条件；(3). 动力场状况(潮流场和风场)；(4). 社会经济特征及区域性污染源的影响；(5). 设点周围安全程度；(6). 经济效益分析；(7). 尽量考虑测点在地理分布上的均匀性，并尽量避开特征区划的系统边界。三、 采样时间和采样频率气候变化、温度变化、水流变化、风力风向变化均和时间紧密相关。如空气污染和季节、风向密切相关，对于一个经常受空气污染困扰的地区字阵雨过后取样，其结果完全不能说明空气污染实际状况。一般选择每年四季分别取样、冬夏两季取样、雨季旱季取样。在环境质量可能发生变化期间进行采样，既可以反应出

7、环境质量的变化，又可以花费较小代价，采样时间和频率的确定原则:(1). 如何以最小工作量满足反映环境信息所需资料；(2). 技术上的可能性和可行性；(3). 能够真实地反映出环境要素变化特征；(4). 尽量考虑采样时间的连续性，如长期定点取样。(5). 环境质量分析具有准确性和简明性，可以作为确定采样时间和频率的一种方法，根据以往的监测资料绘制出污染物变化曲线，在变化的期望上确定采祥时间和采样频率。四、样品采集的一般要求样品只能表征某一环境不可能检查其整体，只能取出尽量小的一部分，用以代表所要表征的整体。样品一旦采完，必须保持与采样时尽量相同的状态。合格的样品要具有较高的代表性和真实性。欲使所

8、得样品对所要表征的整体具有代表性，必须对被监测的海域水体的采样断面，采祥点、采样时间、采祥频率及样品数目进行周密的考虑与设计，使样品经分析所得数据能够客观地表征水体的真实情况。样品在采集、贮存和分析测试过程中极易受到沾污，比如:来自船体、采水装置、实验设备、玻璃器皿、化学药品、空气及操作者本身所产生的沾污。样品中的待测成分也可因吸附、沉降或挥发而受到损失。五、质量保证措施为保证在允许误差范围内获取有代表性的样品，应在采样全过程进行质量控制。运输空白：检测挥发性有机污染物必备，用于检测挥发性化合物样品在运输时是否受污染，可同时以不含待测物且类似样品基质的样品（如黏土、砂、或实验室试剂水等），在实

9、验室装入样品容器密封，携带至采样现场，再带回实验室分析。野外空白：检测挥发性有机污染物时必备，将不含待测物且类似于样品基质的样品（如粘土、坋砂、砂或实验室试剂水）于检验室装入样品容器密封，携带至采样现场，于采样开始时打开容器合资至采样完成时盖上，再与样品一同携回供检测，以确定现场操作时引入的沾污。设备空白：使用现场重复采集并与样品直接接触的采样器时，需每批次提供一个设备空白。采样器具在采集土壤并完成除污程序后，使用试剂水或淋洗剂冲淋采样器材并收集此淋洗液作为设备空白，可判知采样器材污染情形和除污手续的完整、若使用抛弃式采样器，设备空白可免。现场重复样品：采集同一采样点的样品两份（尤其是远距离、

10、昂贵样品更应用平行样保存作备用），将其视为两个样品放置不同容器，以取质地接近且距离狭窄范围内为原则，取平行样以防止样品包装、运输、保存或分析过程中的损坏造成样品缺失。补采的样品已不是原有的时间和环境状况，不能反应原有的环境质量。采样过程应如实填写采样记录，至少必须包括下列项目：项目名称、采样地点（经纬度）、采样人员、环境描述、气候状况及其他采样资料（如采样器材、采样方法、样品质地、颜色等）。六、样品的采集 (1). 水样的采集对水样进行监测分析，首先要采集水样。采样的原则是所取水样必须具有代表性，能够真实地反映水体的质量。采集瓶或装水容器必须事前洗干，以免杂质进入水样中，影响水样质量样前，先用

11、水样洗涤容器23次。采集表层水，用塑料桶/不锈钢桶和4L的棕色瓶直接采取。将桶沉至水下03m05m处采集，装满后转移至4L的棕色瓶中，拧紧盖子。采集后的水样需冷藏或冷冻，其作用是抑制微生物活动，减慢物理挥发和化学反应速率。样品需在七天内处理分析（根据实验的不同要求保存的时间有所差异）。 (2). 土壤及植物样的采集在每个土壤采样点区域内选取3-5个采样点，各取其表层0-10cm土壤样品1个，在野外将各点样品均匀混合后装入铝箔中，将密实袋封口带回实验室。注意土壤样品应尽量将土壤表层的沙石刨开，取泥质样品。在采集土壤样品地点，用铁剪刀随机采摘周围植物样，主要是树叶等。将不同植株不同部位的树叶混合后

12、放入装有铝箔的密实袋中，封口带回实验室。 (3). 气溶胶样品的采集 (见实验二)实验二 大气PM2.5样品的采集与颗粒物浓度测量一、实验目的 了解大气颗粒物分级采样器的原理,熟悉大气采样器的使用。二、概述了解大气颗粒物的粒径分布是制定环境大气颗粒物浓度控制措施的关键，也是空气质量评估与人体呼吸健康影响的先决条件。图1 不同粒径颗粒在撞击器中运行轨迹示意图不同粒径的大气颗粒物是根据其不同的空气动力学直径，采用设计的惯性碰撞器收集得到（图1）。从喷嘴来的载有颗粒的气流，直接喷向撞击板，使气流发生改向折转。若颗粒的密度相同，由于颗粒大小（粒径）存在差异，其运动时的惯性也存在差异。当气流改向时，较大

13、的颗粒由于惯性大，能越过气流流线的轨迹而冲撞在撞击板上。而粒径较小的颗粒由于惯性小，仍能随气流该项运动而进入第二级冲击器。第二级冲击器设计成较第一级具有更小的喷嘴直径，进而增加了气流的速度，也就增加了颗粒的惯性。因此，一部分粒径较小的颗粒，又在第二级被捕集下来，如此一级一级地分离下来，最后那些太小而不能在最后一级被捕集的颗粒，则由冲击器末端的过滤膜捕集。冲击器根据需要可设计成4级、8级、12级等，冲击器喷咀的形状，可为圆形或方形，喷嘴数可为单一喷嘴或多喷嘴。本实验采用的是武汉天虹仪器仪表公司生产的TSP-PM10-PM2.5撞击器，自上而下可分别采集10-100 mm、5-10 mm、2.5-

14、5 mm和£ 2.5 mm的颗粒，采样泵流速控制在100 L/min。£ 2.5 mm（PM2.5）颗粒收集在最末端，滤膜直径88 mm，其它粒级颗粒收集在75 mm直径的滤膜上。三、实验内容1、滤膜安装将75mm和88mm（一组样品有3张75mm和1张88mm滤膜）的玻璃纤维滤膜置于马弗炉于450 °C下焙烧4h以上，处于滤膜中可能的杂质。待滤膜冷却后，放在电子天平（精度0.0001 g及以上）旁平衡30 min后进行称重，每张滤膜连续称重3次。如读数差值超过0.0001g，需要重新称重。空白滤膜称重完成后置于一次性塑料培养皿（滤膜盒）中保存。 TSP-PM10

15、-PM2.5串联采样头如下 接通电将每一级撞击板拧开，安装不同规格的滤膜，其中Q75型号（滤膜直径75 mm）的滤膜安装于标注PM10和PM2.5字样的切割头上（注：滤膜中间有开孔，需与撞击板吻合，压平整，且滤膜的毛面朝上），Q88型号（直径88 mm）的滤膜，安装于最下一层（注：注意密封圈与滤膜托之间刚好吻合，且滤膜毛面朝上） 滤膜安装完毕，将采样头一次拧紧。注：因为螺纹的螺距有严格要求，请将上下两层对齐后在拧紧，以免错位造成吻合不好。 2、开机将按照好滤膜的采样头与采样器的入口螺母拧紧，压实，避免漏气（有密封圈，如有损坏，请电告联系人），然后按下仪器的红色按钮，面板显示00:00字样（开机

16、正常） 3、设置采样条件 按下仪器面板“采时”按钮，数字显示格式为12：00，前面两位表示小时，后面两位表示分钟。左边第一个数字会闪动，可以用面板上的“移位”键移动光标至不同位置，再根据“递增”和“递减”按钮调整数字至所需要设定的采样小时数，一般设定为22：00小时 设置好采样时间后，再摁“设置”键，面板显示“00：50”，为仪器默认的5分钟开机延迟时间，即开机设定好采样时间后，仪器会在5分钟后自动开始采样。一般情况下，为节省等待时间，可以再摁“移位”键，将光标移至“5”位置，摁“递减”按钮将“5”为“0”。此时，仪器开始启动，可以用手在仪器出口位置感觉有风吹出。 4、数据查询 采样过程中或采

17、样结束，可以摁“查询”键进行采样数据查询，如温度，体积，流量等。采样结束后，摁“查询“直到“累积体积“和“标况体积”的显示灯出现，记录采样的累积体积和标况体积。 5、样品收集 一次采样结束，记录采样体积和采样时间，将采样头取下，带回实验室，拧开采样头，将滤膜用镊子取下放回原来的滤膜盒中，并用胶带纸将滤膜盒的上、下盖贴牢，以免滤膜盒开裂，样品损坏或丢失 6、样品编号与记录采样时间定为每日的早上8点开始（可以提前或滞后1小时），每次采样时间为22小时，代表一天的平均值。TSP-PM10的滤膜为最上层，编号为Q75*PM10-PM5的滤膜为第二层，编号为Q75*PM5-PM2.5的滤膜为第三层，编号

18、为Q75*PM2.5的滤膜为最下层，编号为：Q88*采样后按照采样时间、地点分别进行样品编号，同时备注采样体积和天气情况，如：厦门洪文站，2010年11月20号采集的样品，采样时间22小时，采样体积132 m3，则采样记录格式为（请填写在滤膜盒的标签上）：采样记录标签滤膜编号：Q88-001 样品编号：洪文-2010-11-20 体积： 132 m3天气： 阴，有小雨，大风 异常状况：有工地施工等 6、颗粒物质量浓度计算样品在恒温恒湿干燥箱内平衡24h后，用电子天平称重。采样前后滤膜的称重差值即为滤膜上颗粒物的质量（Dm）。再根据采样体积（标况体积,V），计算得到颗粒物的质量浓度=Dm/V，最

19、后单位换算为 mg/m3。根据10-100 mm、5-10 mm、2.5-5 mm和£ 2.5 mm等4个粒径段颗粒物的质量浓度，按照粒径分布作图，比较不同功能区大气颗粒物粒径分布的差异，并分析可能的原因。四、实验报告 1、选择典型交通区、文教区、室内环境进行PM2.5的监测。2、实验报告应包括姓名、班级、日期、天气（包括温度、湿度、气压、风向、风速、降水等）、实验项目名称、仪器、误差、实验目的、实验步骤、监测结果等内容。五、思考题1、大气PM2.5测定结果的误差定量分析。2、采用实测大气PM2.5的浓度数据评估当地的大气环境，并结合实际采样环境分析PM2.5的可能来源。附件1：环境

20、空气PM10 和PM2.5 的测量 重量法附件2：环境空气质量标准实验三、城市大气不同粒径气溶胶中阴离子表面活性剂的分析测定有机气溶胶的大气过程会导致外围包裹有机膜由疏水性向亲水性转化，生成具有典型共轭双键类腐殖物（HULIS，Humic-Like Substances），与溶解有机物（DOM）结构类似。这类物质是由中性和酸性的极性有机化合物组成的混合物，具有较强的表面活性特征和较高的含氧量，可影响光散射、改变颗粒的聚集形态、促进云凝结核的生成、增加与肺组织的作用等。而不同粒径的颗粒物在大气环境中具有不同的环境行为，在人体呼吸道中的沉积部位也不同，测定不同粒径颗粒物中的阴离子表面活性剂，可进一

21、步增加对气溶胶有机组成与健康影响的科学认识。一、实验目的1、 掌握分级采样器的原理及技术。2、 了解紫外-可见分光光度计的使用方法。3、 掌握大气颗粒物中阴离子表面活性剂的萃取、衍生与测量方法。二、实验原理乙基紫阳离子染色剂与阴离子表面活性剂在水溶液中反应形成离子缔合物，加入醋酸缓冲也调节pH值（5），加入Na2SO4溶液促进相分离，加入EDTA以减少其他多价态金属离子的干扰，最后以甲苯萃取有机相，测量612nm处的吸光值，并以十二烷基苯璜酸钠作标准进行定量。乙基紫方法可以免除多次萃取的麻烦，且反应和萃取在分液漏斗中可以同步进行，可以很大程度上节省溶剂和提高工作效率。三、实验材料与仪器1 中流

22、量大气颗粒物分级采样器（武汉天虹PM2.5-100型）。2 直径75mm和88mm玻璃纤维滤膜（或石英滤膜）、分析纯甲苯、pH=5醋酸缓冲溶液、0.1M EDTA溶液、1M Na2SO4溶液、0.001M 乙基紫。3 100mL分液漏斗或50mL离心管、滴管、5mL玻璃注射器、1cm 石英比色皿。4 电子天平（精度0.01mg）、HP8531紫外-可见分光光度计、超声波仪、0.2 m一次性膜过滤器。四、实验步骤1. 甲苯相稀释1倍后再测定，保证吸光值在1左右）。2. 配置十二烷基苯璜酸钠标准液（0.5、0.3、0.2、0.1、0.05、0.0 mg/L），按照上述流程进行超作（甲苯体积为5mL

23、），建立工作曲线。i. 根据样品量（1/4-1/2张滤膜）、样品采集的体积（m3）、样品吸光度值和工作曲线，计算PM2.5中阴离子表面活性剂的浓度（mg/m3）。如有采集PM10-100、PM5-10、PM2.5-5和PM2.5各分级样品，则可进行大气颗粒物中阴离子表面活性剂的粒径分布分析。五、思考题1 大气PM2.5中阴离子表面活性剂的污染水平，以及可能来源分析。2 大气PM2.5中阴离子表面活性剂的环境效应分析。实验四 环境中大气PM2.5中碳成分的测量一、实验目的 了解气溶胶碳分析仪（DRI2001A型）的热光法测量原理，以及碳成分测量的操作原理与测量误差来源。二、测量原理DRI2001

24、A热光法碳分析仪（Thermal/Optical Carbon Analyzer）是基于不同温度下有机碳（Organic Carbon，OC）和元素碳（Elemental Carbon，EC）氧化差异，即有机化合物在非氧化的氦气气氛中，从PM2.5颗粒中挥发出来，而EC必须是在有氧条件下燃烧才能挥发出来。运行流程如下：PM2.5膜片（打孔0.5 cm2），置于热光炉中，先通入He气流，在无氧的气氛下程序升温，逐步加热颗粒物样品，使样品中有机碳挥发，之后通入2%O2/He混合气，在有O2氛下继续加热升温，使得样品中的EC完全氧化成CO2。无O2加热时释放的OC经催化氧化炉转化生成的CO2，和有O

25、2加热时段生成的CO2，均在还原炉中被还原成CH4，再由火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）检测。无O2加热时的焦化效应（或碳化）可使部分OC转变为裂解碳（OPC）。为检测出OPC 的生成量，用632.8 nm 激光全程照射样品，测量加热升温过程中激光的反射光强（或透射光强）的变化，以初始光强作为参照，准确确定OC 和EC 的分离点（图1）。图1 IMPROVE_A热光碳分析热谱图OC分为OC1（25-140ºC）、OC2（140-280ºC）、OC3（280-480ºC）、OC4（480-580ºC）和OPC（

26、热解碳）。OPC计算的起始时间为载气由纯He变为98%He/2%O2，结束时间为激光反射（OPR）或激光透射（OPT）值达到其初始值。如果激光分割点发生在O2引入前，则OPC为负值。EC分为EC1（580ºC）、EC2（580-740ºC）和EC3（740-840ºC）仪器外观、运行流程、真空腔隔垫及燃烧炉示意图见图2-5.图2 DRI2001A热光碳分析仪图3 DRI2001A热光碳分析仪流程图图4 DRI2001A热光碳分析仪真空腔隔垫封堵示意图图5 燃烧炉示意图三、实验内容1、辅助设施及标准不锈钢打孔器：直径5/16 inch（=5/16*25.4=7.94

27、mm），打孔面积0.5cm2。打孔器需要保持干净和锋利。使用一段时间后，打孔器口面磨损变得不够锋利，需要重新打磨。但是，打磨后的打孔器再次使用前，需要进行面积矫正。方法为：选定一张直径为47mm的石英滤膜，称重得到滤膜初始质量为w0；用打磨后的打孔器截取10张小膜片后，再次称重滤膜质量为w1；47mm滤膜面积为17.3cm2，则打孔器截取的小膜片的面积为17.3*（w0-w1）/10*w0 （cm2）。微量注射器：1000和2500ul注射器用于矫正注射，25ul用于碳酸盐分析和仪器校准。石英滤膜：Pallflex Tissuquartz，2500QAT-UP平头镊子, 平板玻璃, 电子点火枪

28、, 磷酸二氢钾（试剂纯或以上，矫正标准）蔗糖（试剂纯或以上，矫正标准）He（载气），5%CH4 in He，5%CO2 in He，10%O2 in He，H2，空气2、样品制备将采集了PM2.5颗粒的石英滤膜，置于仪器自带的平板玻璃上，用专用打孔器，截取面积为0.5cm2的膜片，单独存放于一次性塑料培养皿中。如样品采集点扬尘污染较为严重，则需将膜片置于酸缸中，去除可能的碳酸盐碳。平板玻璃和打孔器使用前后都需清洗干净。3、开机（冷启动）（1）检查5个气瓶总压，如<500psi，则需要订购一瓶新气体备用；如总压<200psi，则需要更换气瓶。打开仪器开关，连接电脑控制软件，参考下表，

29、调节气流参数.气体输出压力psi转子流量计mL/min流量mL/min备注He-1154.740精确控制He-2152.510精确控制，与O2/H2相同O2/He152.510精确控制，与He-2相同He-3154.950取精确控制H2153.840FID点火时为5，点火后调至3.8Air25305.1350气压应使进样阀回弹平稳Cal Gas5152034CH4/He标气，流量不需精确（2）设定FID（150ºC）和传输线温度（liner heater，105ºC）：先升温至70ºC，然后缓慢升温至工作所需温度，待温度达到工作温度并平稳后，才开始下一步操作。（3

30、）设定氧化炉（900ºC）和甲烷还原炉温度（420ºC）：为有效驱除炉体内吸附于催化剂上的水分，并防止催化剂载体在过激冯文过程中出现坍塌，以100-150ºC为一个温阶，并至少保持30min（氧化炉30min，还原炉60min）。每次的升温值控制在70ºC，防止温度过冲（温度过冲可达几十度）；当温度出现过冲时，调节设置值，使设置值跟上实际值。重复每次升温程序，是其达到工作所需温度。（整个开机至温度稳定需10h以上）（4）在气路切换时，需进行气体流量的平衡调整，以免FID相应信号波动（按照操作手册具体执行）（5）调节激光反射光和透射光信号水平（出厂已调好）

31、4、样品测定（1）压力温度检查检查气瓶压力、前后面板气路开关、检查炉温参数（氧化炉900ºC、甲烷还原炉420ºC、DIF150ºC、传输线105ºC）。（2）样品炉检漏先关系面板右侧样品炉出口阀（sample oven outlet），当炉压（sample oven pressure）值>5psi时，关闭面板前侧样品炉进口阀（sample oven inlet）。两阀关闭后，样品炉压在5秒内维持不变，则系统气密性良好。若压力下降过快，则需要顺势针宁舱门出的螺母（严禁使用扳手，否则易损坏石英炉），再次检查气密性，直至达到要求。（3）FID点火先将面

32、板H2流量调至6，点火成功后，再调回至3.8，并检查FID蒸汽，确保火焰正常。（4）系统空白测试打开工作站，选择路径，进入分析序列，填写sample ID，RUN等；点击RUN“烘净系统”，运行系统空白；如果系统空白高于可接受的限定值（TC=0.5ugC），重新烘烤并再次进行空白检验。（5）系统稳定性检验运行方法cmdAutoCalibCheck来检查仪器状态；提取三峰数据（OC3、EC1、calibration peak area），填入桌面Calib.xls表格中，计算相对标准偏差（RSD%<5%），同时FID信号漂移应<±3mV。（6）测试样品填写样品ID等信息，点

33、击Run，舱门自动开启，用不锈钢镊子将样品膜片放在在进样杆托盘上（确保膜片安防妥当）；膜片加载后，点击OK，传输杆伸入石英舱，舱门自动关闭。系统默认分析延时为90秒，以排除舱内的CO2），点击OK，开始分析流程。（7）计算系统生成2个文件（1个图片和1个Txt文档），copy文本数据至Excel表格，计算OC（=OC1+OC2+OC3+OC4+LRPyMid）、EC（=EC1+EC2+EC3-LRPyMid）和TC（=OC+EC）。分析第10个样品后，再重复测试第1个样品（10%的重复测试）。按照膜片面积0.5cm2、石英滤膜负载颗粒的面积与采样时间，计算实际大气PM2.5样品中的碳组成（OC

34、、EC、TC），以mg/m3形式给出（换算成标准状况下的浓度）。（8）结束分析，待机。手动关闭He-1、He-2、Cal Gas和Air气路的阀门。关闭空气后，检查FID排气口是否还有水汽，确保FID火焰熄灭（如果未熄灭，短时间关闭H2，熄灭FID火焰）。确保实验室通风良好，或用导管将H2排出室外。在待机状态下，设置氧化炉和还原炉温度为0，使其降温。在炉温未达室温前，保持电脑连接，确保气体正常流经氧化炉和还原炉（He/O2只流经氧化炉，直接排空；H2和He-3流经还原炉；电脑必须保持联机，否则He/O2和H2在420C的还原炉中混合，生成大量水汽，对仪器造成损害）。当温度降低至室温时，关闭所有

35、气瓶的总阀，当压力降低至0.5psi左右，关闭仪器面板前侧的所有气路开关。关闭控制软件、关闭电脑。5、注意事项（1）加载样品后，必须延时分析90s，确保石英炉内的CO2被彻底排空。（2）在分析过程中，如果发现有错误，点击exit立即中断测试。（3）仪器正在分析样品时，不能微调何璐气体的流量或温度控制仪的设定温度。（4）每更换1瓶气体，需要重新做蔗糖标准系列，以确保斜率校准系数。（5）标液注射时，每mL的液体在舱门关闭时，延时分析设定为90秒+60秒*注射体积mL）。（6）如果仪器出现的故障无法解决，应立即关闭电源开关，同时关闭He/O2气路开关。四、思考题1、大气PM2.5中碳成分的组成特征。

36、2、根据组成特征，定性评估大气PM2.5中有机物的来源。实验五、水和土壤（沉积物）中残留有机氯农药含量的测定有机氯农药是氯代芳香烃的衍生物。具有难氧化、难分解、毒性大、高效、高毒、高残留的特点，在环境中持久存在；微溶解于水，易溶于脂类化合物；长时期残留于人体和动物组织中，它们可越过胎盘屏障，能诱导微粒体的酶，从而产生神经毒性。常见的有机氯农药有六六六、 七氯、艾氏剂、环氧七氯、硫丹I、狄氏剂、异狄氏剂、硫丹II、乙醛异狄氏剂、硫酸硫丹、甲氧滴滴涕、DDT、DDE、DDD等。一、实验目的1. 了解测定水和土壤（或沉积物）中有机氯农药的前处理方法；2. 掌握内标法确定水和土壤（或沉积物）中有机氯农

37、药含量的定量方法。二、实验原理电子捕获检测器对电负性（分子或原子捕获电子产生负离子的机率）物质，如含卤、硫、磷、氮的物质有较高的灵敏度和选择性，电负性越强，检测器的灵敏度越高；而对电中性的物质，如烷烃等则无讯号，例如，CCL4比正己烷的灵敏度高4X108倍。高灵敏度表现在能测出10-14g/mL的电负性物质。电子捕获检测器广泛用于甾族化合物、金属化合物、金属鳌合物、多环芳烃、多卤或多硫化物的分析测定，在医学、农药、大气及水质污染等领域得到广泛应用。三、实验材料1. 材料： 150mL具塞三角瓶2个,5mL玻璃分离净化柱1根,10mL具塞试管1 支,2mL棕色样品瓶2个；玻璃滴管4根；玻璃毛少许

38、；10 L手动进样针1根。2. 试剂：分析纯二氯甲烷50 mL、正己烷 20 mL、无水硫酸钠2g、硅胶5g3. 有机氯农药标准品：DDT (Sigma),用环己烷稀释成标准使用液。4. 仪器: 天平，超声波萃取仪，气相色谱仪-电子捕获检测器(ECD)。四、实验步骤1.萃取 用量筒量取200mL待测海水，倒入分液漏斗中，加入一定量的内标 物和20 mL二氯甲烷，振摇萃取，静置分层后，用玻璃滴管吸出有机相萃取液，放入50mL试管中。重复上述步骤一次，将二氯甲烷萃取液合并，用氮气/压缩空气吹脱溶剂，浓缩至5mL左右，经装有46g无水硫酸钠的玻璃柱脱水滤入20mL具塞玻璃试管中，以约5mL二氯甲烷分

39、数次洗涤容器和无水硫酸钠，洗涤液也并入试管中，再用氮气/压缩空气吹脱溶剂、浓缩至1mL，转移定容至2mL玻璃瓶，冷藏备用。准确称取2.0g已研磨、过筛的土壤或沉积物，放入150mL具塞三角瓶中，加入铜粉、一定量的内标物和20 mL二氯甲烷，振摇混匀，放置半小时，然后超声萃取5min，静置冷却后，用玻璃滴管吸出萃取液，放入50mL三角瓶中。重复上述步骤一次，将二氯甲烷萃取液合并，用氮气/空气吹脱溶剂至干，然后马上加入1mL正己烷溶解，转移至2mL玻璃瓶，冷藏备用。2.分离5mL玻璃分离柱底端加入玻璃毛（或经过二氯甲烷萃取过的脱脂棉），然后加入5mL硅胶、1mL无水硫酸钠，用正己烷淋洗柱子直至硅胶

40、饱和，然后用滴管移入样品，5mL正己烷淋洗过后，用10mL1：1正己烷：二氯甲烷(v/v)淋洗出DDT组分，浓缩至1mL, 转移定容至2mL玻璃瓶备用。3.气相色谱条件 色谱柱：HP5 30m×0.25m×0.32mm(i.d)载气:氦气辅助气:氮气载气流速：1.0 mL/min进样口温度：250检测器度：280炉温：100程序升温：100维持1min,以20/min升至280，恒温2min。总运行时间12min。4. 定性、定量分析方法：(1). 定性方法 定性分析，即确定分析试样中的组分。在气相色谱分析中，就是要确定色谱峰所代表的组分。一般采用已知物对照法定性：通过比较

41、已知物和未知物的保留值来定性。本实验取有机磷农药标准液及样品注入色谱仪中，以保留时间定性。(2). 定量方法气相色谱定量分析的依据是：分析组分的重量或其在载气中的浓度与检测器的响应信号（在色谱图上的峰面积或峰高）成正比Wi=fiAi。显然要准确进行定量分析，必须准确地测量峰面积Ai和比例常数（校正因子）fi,定量方法和分析误差也需正确运用和严格控制。目前常用的定量方法主要有归一化法、内标法和外标法（校正曲线）三种。外标法（单点校正法）定量：在一定的操作条件下，用已知纯样品加稀释剂稀释，定量进样，然后绘制响应信号百分含量校正曲线，分析时，注入同样体积的分析样品，从色谱图上测出响应信号，由校正曲线

42、上查出其百分含量。内标法：样品在进行前处理时，待测组分不能完全从样品中萃取出来，在实验过程中也会有损失，因此在进行样品预处理时，应加入内标，与标准加入时同样量的内标进行回收率校准。最后计算出样品中有机磷农药组分的浓度。Ci=Ws×Asb×Ai/(Aib×As×V)其中Ci为待测组分的浓度（mg/L）；Ai为待测组分的峰面积；Ws为标准物组分的质量(mg)；As为标准物组分的峰面积；Asb为标准中内标物的峰面积；Aib为样品中内标物的峰面积；V为分析样品的体积(L)。五、思考题1. 样品萃取完后为什么要进行脱水处理？2. 沉积物预处理时， 为什么要加入铜粉

43、？3. 土壤样品用二氯甲烷萃取、浓缩后，为什么过柱前要转换溶剂？实验六、环境污染对植物生物生化指标的影响一、实验目的1.了解生物体对有机污染物的代谢过程；2.掌握生物转化酶的测定方法。二、实验原理 许多有机污染物外源化学物被吸收进入生物体内后，将发生一系列化学变化并形成一些分解产物或衍生物，此种过程称为生物转化(biotransformation)或代谢转化。有机污染物的生物转化过程分两相反应，第一相反应主要包括氧化、还原和水解；第二相反应主要为结合反应, 参与结合反应的转化酶主要是葡萄糖醛酸基转移酶， 谷胱甘肽S-转移酶（GST）等。谷胱甘肽S-转移酶主要存在于胞液中，它可以催化亲核性的谷胱

44、甘肽与各种亲电子外源化学物的结合反应。许多外源化学物在生物转化第一相反应中极易形成某些生物活性中间产物，它们可与细胞生物大分子重要成分发生共价结合，对机体造成损害。谷胱甘肽与其结合后，可防止发生此种共价结合，起到解毒作用。GST可以被各种有机污染物诱导，通过测定GST酶活性或含量的变化可以了解生物体与有机污染物接触的情况。在生物转化的第一相反应尤其是氧化反应过程中，往往伴随大量自由基的产生，多余的自由基可以被体内的抗氧化酶和小分子抗氧化剂清除，保证机体不受自由基的氧化损伤。其中超氧化物歧化酶（SOD）是以超氧阴离子为唯一底物的特异性抗氧化酶，其活性变化可以反映出体内自由基含量的变化，从而反映出

45、机体受污染的情况。鱼类生物转化酶和抗氧化体系都可以作为监测环境污染的生物标志物，但就特异性而言，生物转化酶优于抗氧化体系。三、实验器材(1). 实验试剂：0.1M磷酸钾缓冲液（pH6.5）、20mM还原型谷胱甘肽（GSH）水溶液、33%三氯乙酸、30mM 1-氯-2，4-二硝基苯（溶于无水乙醇）、考马斯亮蓝。(2) 实验仪器：玻璃匀浆器、微量可调移液器、紫外-可见光分光光度计、台式冷冻离心机四、实验步骤（1）酶活性样品制备 取采自不同地点新鲜植物叶片2g，加入10mL预冷的匀浆缓冲液于研钵中，放入适量石英砂。冰水浴下快速匀浆，尽可能彻底。将匀浆液移入离心管，4 5000g离心10min .上清

46、液用于酶活性测定。（2） 酶活性测定1、GST活性测定：取一支10mL试管，加入0.1M磷酸钾缓冲液2.8mL，20mM还原型谷胱甘肽0.5mL，酶液50L。25保温2min，加入30mM1-氯-2，4-二硝基苯100L，开始反应。255min，加入33%三氯乙酸0.3mL。5000rpm离心5min。取上清液于340nm比色。取另一支试管，先加入33%三氯乙酸0.3mL，如同上述操作，作为对照。2、SOD活性：参照试剂盒说明书（3）蛋白质含量测定：考马斯亮蓝法（见环境科学基础实验II讲义）1、标准曲线绘制：称取牛血清白蛋白10mg，用少许双蒸水溶解，定容至10mL，配制成1mg/mL的测定液

47、。取六支试管，按下表加入试剂。充分混合1min后，在595nm处测定吸光值。以蛋白质含量为横坐标，A595为纵坐标，绘制标准曲线。试管编号012345牛血清白蛋白（l）01020304050双蒸水 （l）1000990980970960950蛋白质显色液 （mL）444444蛋白质浓度（g/mL）02468102、样品蛋白质含量测定：吸取适量酶样（1050l）稀释成1mL，与4mL蛋白质显色液混合后测定吸光值，若所得数值不在标准曲线范围内，需调整稀释度重新测定。利用标准曲线计算酶样中蛋白质浓度。（4）计算差示消光系数=9.6mM-1Cm-1GST酶活性=（OD340×3.4/9.6&

48、#215;1000）×1/mg蛋白×1/5×106（mol/min/mg）SOD酶活性=酶活性单位/mg蛋白实验七 地表水中4种砷形态的液相色谱分离及电感耦合等离子体质谱测定砷是重要的环境污染物之一，GB 5749-2006规定饮用水中砷的总浓度不超过10 g/L。砷化物在自然界有多种存在形态，在空气、土壤、水和沉积物中，砷的化合物主要为亚砷酸盐（AsO2-）、砷酸盐（AsO3-）、甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA）。各种砷化物的毒性与其存在形态密切相关，以各砷化物的半致死量计，毒性大小顺序为AsO2- > AsO3- > MMA > DMA。

49、随着人类对环境安全及身体健康要求的提高，需要更深入的研究各种砷化合物的生理及毒理作用，对食品、环境样品及生物体液等开展As的形态分析，以研究各种砷化和物在生物体内的转化与代谢途径。一、实验目的1、了解液相色谱（LC）、电感耦合等离子体质谱（ICPMS）的工作原理。2、了解LC-ICPMS联用同时测定4种As形态分析方法。二、实验原理图1所示为实验装置原理图。含As样品经六通阀注入到色谱系统后，各形态As与流动相中的离子对试剂（四丁基溴化铵）生成络合物，样品在流动相载带下流经色谱柱，由于样品中各待测组分与色谱柱固定相的亲合力不同，各待测组分HPLC（液相色谱输液泵）ICPMS（电感耦合等离子体质

50、谱仪）流动相进样阀样品分离柱图1 实验装置原理图按一定顺序从色谱柱上洗脱下来；将色谱流出液接入电感耦合等离子体质谱（ICPMS），经雾化器进行雾化后进入等离子体，在等离子体高温作用后电离为带电离子，经四级杆质量分析器分离后，只有特定质荷比的离子（75As+）才能到达检测器并产生相应的信号，达到目标物测定的目的。三、仪器与试剂1、试剂及标准品混合标准储备液：含AsO2-、AsO3-、MMA和DMA四种形态的浓度为200 g/L；混合标准使用液：含AsO2-、AsO3-、MMA和DMA的浓度为10 g/L；甲醇（色谱纯，Tedia）；磷酸氢二铵（光谱纯，Aladdin）；四丁基溴化铵（优级纯，北京

51、上立方联合化工技术研究院）；甲酸（优级纯，天津市光复科技有限公司）；1000 L移液枪；5 mL塑料离心管；地表水样采集器皿及器材：塑料过滤器、醋酸纤维滤膜、聚乙烯样品瓶；除非另作说明，所用试剂均为优级纯，水为超纯水。2、液相色谱及操作条件Agilent 1100 高效液相色谱仪（Agilent Technologies，USA）；色谱柱：RP-18e反相色谱整体柱（100 mm × 4.6 mm i.d.，德国Merck公司）；流动相：5.0 mmol/L磷酸氢二铵的缓冲溶液（v/v，pH = 5.7），含0.3 mmol/L四丁基溴化铵（TBAB）、1.0%甲醇（MeOH）；流速

52、：0.5 mL/min；进样量：100 L3、电感耦合等离子体质谱仪及操作条件7700x ICPMS（Agilent Technologies，USA）：射频功率：1550 W；工作气体为氩气：冷却气15.0 L/min，辅助气1.0 L/min，载气0.85 L/min；反应池气体为He，流速2.5 mL/min；采样深度：6.5 mm；数据采集及记录为时间分辨模式（Time resolved analysis, TRA）；75As积分时间：0.50 s； 四、实验步骤1、样品采集及过滤采集并过滤50 mL地表水样，冷藏保存于聚乙烯瓶中。2、样品及标准配制1）取4支5 mL塑料离心管，分别加

53、入0、200、400、800 L浓度为10 g/L的混合标准使用液，用超纯水稀释至2.0 mL，配制成含砷各形态浓度为0.0、1.0、2.0、4.0 g/L的标准系列溶液，待测定；2）取1支5 mL塑料离心管，加入200 L浓度为10 g/L的混合标准使用液，用待测水样稀释至2.0 mL，配制成添加砷各形态浓度均为1.0 g/L的样品（标记为1#样品），待测定；3）取2.0 mL待测水样于5 mL塑料离心管（标记为2#样品），待测定。3、定性及定量分析以色谱峰的保留时间进行定性分析。实验中将1#、2#样品色谱图中待测组分的保留时间进行比对，并与标准系列溶液中各形态的保留时间进行比较，确证实际样

54、品中的是否存在砷的各种形态。以色谱峰的峰面积进行定量分析。实验中使用标准校正工作曲线法进行定量。实验求得砷各形态定量分析的标准校正工作曲线。4、实验内容1）实际样品（2#）中各砷形态的浓度及测定结果的精密度（相对标准偏差，RSD）：对2#样品进行测定，重复测定3次，计算测定结果的精密度。2）实际样品加标回收率：根据1#、2#样品中砷各形态的浓度，计算实际样品中各形态加入后的回收率。表1为实验结果。表1 实验结果AsO2-AsO3-MMADMA标准校正工作曲线工作曲线线性相关系数（R2）保留时间（t/min）实际样品（2#）测定结果样品测定精密度（RSD）实际样品加标回收率（%）五、思考题1. 在你学习过的仪器分析技术中，哪些可作为四种砷形态分离的手段？2. 实验中，电感耦合等离子体质谱技术做为砷形态分析的检测器，有什么优点和缺点？3. 实验中，有哪些因素（环节）会影响测定结果的准确度？实验八 HPGe g谱方法测量沉积物的放射性核素环境中的放射性核素可分为天然和人工源项。当环境中的放射性核素浓度达到某个水平之上时，发出的g射线会对公众产生具有健康影响的剂量。公众对环境中的天然和人工放射性很关心，沉积物是最常见的环境放射性测量样品，人们发展了测量环境中放射性核素的各种方法，g 谱方法是最为普遍使用的环境放射性核素测量方法。一、 实验