现代环境分析技术课程教学大纲

1、现代环境分析技术课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260427课程名称：现代环境分析技术英文名称：Modern Technique of Environmental Analysis课程类别：专业选修课学 时：72 学分：3适用对象: 环境科学专业考核方式：考试先修课程：无机及分析化学、有机化学、物理化学、高等数学、环境化学等二、课程简介环境分析技术是环境监测工作的重要内容和基础，是提高监测质量和效能的根本保证。随着科学技术的进步，及对环境监测要求的日益提高，灵敏、准确、精密、快速、简便的现代仪器分析方法逐渐取代了传统的分析方法。本课程以分析方法为系统，涉及现代仪器分析中可应用于环境监测的

2、分析仪器，介绍了这些分析仪器的工作原理、基本构成、分析方法、操作程序及其在环境监测中的应用。三、课程性质与教学目的现代环境分析技术是环境工程专业的选修课程。开设本课程的目的是，通过系统的理论和实验教学，使学生在已学过化学分析、物理化学等课程的基础上，学习和掌握现代环境监测仪器分析方法的基本理论、各类仪器分析的基本原理、仪器构造和定性定量分析方法，培养学生应用各类仪器分析方法解决对无机、有机化合物进行分析的能力。通过本课程的学习，使学生不但具有仪器分析的基础理论，并且具有操作仪器和进行环境监测分析基本能力。四、教学内容及要求 第一章 气相色谱法在环境分析中的应用 （一） 目的与要求1. 掌握气相

3、色谱法的基本原理、流程及相关的基本概念。2. 理解塔板理论、速率理论。3. 掌握气相色谱仪的基本构成和工作原理。4. 掌握气相色谱分析法定性、定量分析方法。5. 掌握气相色谱最佳实验条件选择的原则、方法。6. 了解气相色谱法在在有机污染监测上的应用。（二） 教学内容第一节 色谱法简介1 主要内容：色谱法分类；色谱法的特点；色谱流程；色谱图及基本概 念；2 基本概念和知识点：色谱图；色谱峰；基线；标准偏差；半峰宽W1/2；峰底宽度W；保留值；分配系数K；分配比k。3 问题与应用（能力要求）：了解常见色谱法分类和色谱法的特点；掌握色谱分析的流程；掌握色谱法相关的基本概念。第二节 色谱法基本理论1

4、主要内容：塔板理论；速率理论。2 基本概念和知识点：塔板理论；速率理论；分配系数和分配比；分离度。3 问题与应用（能力要求）：理解色谱法的基本理论塔板理论、速率理论。第三节 气相色谱仪1. 主要内容：气路系统；进样系统；分离系统；检测系统；数据处理和控制系统。2. 基本概念和知识点：气相色谱流程；气路系统-气源、气体纯度、流量控制、电子气路控制；进样系统-进样器、技术参数；分离系统色谱柱、固定液；检测系统检测器分类、检测器的性能指标、常用检测器的性能；数据处理和控制系统数字积分仪、色谱工作站、化学工作站。3. 问题与应用：（能力要求）：掌握气相色谱仪的构成；掌握气相色谱仪各组成部分基本的工作原

5、理、性能指标及其作用。第四节 气相色谱最佳实验条件的选择i. 主要内容：气相色谱柱的优选；色谱柱的柱长和内径选择；柱温的选 择；载气流速的选择；进样方式、进样时间及进样量的选择；气化温度的选择；检测器的选择。ii. 基本概念和知识点：优选色谱柱的原则；色谱柱应具备的性能；优选固定液的原理；柱温范围、程序升温、柱温选择；手动进样和自动进样器；常用检测器工作原理及性能。iii. 问题与应用：（能力要求）：掌握气相色谱最佳实验条件选择的原则、 方法。第五节 气相色谱法定性、定量分析方法1. 主要内容：定性分析；定量分析。2. 基本概念和知识点： 利用标准样品直接对照定性、利用相对保留值定性、用已知物

6、增加峰高法定性、利用文献值对照定性、利用双柱或多柱定性；绝对校正因子、相对校正因子、相对响应值、响应信号；外标法、内标法、归一化法。3. 问题与应用：（能力要求）：掌握气相色谱法定性、定量的分析方法。第六节 联用技术1. 主要内容： 色谱联用技术的产生；色谱联用接口；常用色谱联用技术；质谱简介。2. 基本概念和知识点：质谱仪器真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、计算机控制与数据处理系统；质谱谱图解析。3. 问题与应用：（能力要求）：了解质谱仪器的基本构成和各部分基本工作原理、功能；掌握质谱谱图解析的一般程序。第七节 气相色谱法在在有机污染监测的应用1. 主要内容：气相色谱法在水、大气、固渣

7、有机物分析监测上的应用2. 基本概念和知识点： 气相色谱法测定的项目；微量有机物的分离富集方法。3. 问题与应用：（能力要求）：了解气相色谱法在水、大气、固渣有机物分析上的测定项目及其基本的测定原理、方法。（三） 实践环节与课后练习1. 实验：实验一：顶空气相色谱法监测废水中的苯系物2. 思考题和习题：色谱法有哪些类型？其分离的基本原理是什么？气相色谱仪由哪几部分组成？气相色谱最佳实验条件应该如何选择？目前我国水中有机污染监测，用色谱法测定的主要项目有哪些？（四） 教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿插实验教学内容。 第二章 高效液相色谱（一）目的与要求 1. 掌握高效液相色谱法相关的基本

8、理论。 2. 掌握高效液相色谱仪的基本构成和工作原理。 3. 了解高效液相色谱法在有机污染监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 高效液相色谱法的基本理论 1. 主要内容：涡流扩散项He；纵向扩散项Hd；传质阻力项。 2. 基本概念和知识点：涡流扩散项He；纵向扩散项Hd；传质阻力项固定相传质阻力项Hs、流动的流动相中的传质阻力项Hm、滞留的流动项中的传质阻力项Hsm。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握高效液相色谱法的一些基本理论。 第二节 高效液相色谱仪 1. 主要内容：高压输液系统；进样系统；色谱柱；监测系统；附属系统。 2. 基本概念和知识点：高压输液泵；直接注射进样、停流进样、高压六

9、通阀进样；色谱柱；紫外-可见光吸收光度检测器、示差折光检测器、荧光检测器、二极管阵列检测器。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握高效液相色谱仪的基本构成及工作过程；掌握各部件的基本组成、工作原理和性能。 第三节 高效液相色谱法的各种模式 1. 主要内容：液-固色谱法；液-液色谱法；反相高效液相色谱；正相高效液相色谱；离子交换色谱；离子色谱；离子对色谱；体积排阻色谱；疏水作用色谱；胶束液相色谱。 2. 基本概念和知识点：以上各类高效液相色谱的工作原理和特点。 3. 问题与应用（能力要求）：了解各类高效液相色谱的工作原理和特点；重点掌握反相高效液相色谱的工作原理和特点。 第四节 高效液相色谱在有机

10、污染监测的应用 1. 主要内容：高效液相色谱法测定的项目。 2. 基本概念和知识点：高效液相色谱法测定的项目难挥发性有机物的分析。 3. 问题与应用（能力要求）：了解高效液色谱法在有机物分析上的测定项目及其基本的测定原理、方法。（三）实践环节与课后练习1. 实验：实验二：水和废水中邻苯二甲酸酯的测定高效液相色谱法2. 思考题和习题：高效液相色谱仪由哪几部分组成？它与气相色谱仪有何异同点？高效液相色谱法适合于哪些监测项目的分析测定？（四）教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿插实验教学内容。 第三章 原子吸收光谱法 （一）目的与要求 1. 掌握原子吸收分光光度法的基本原理。2. 掌握原子吸收分

11、光光度计的基本组成及各部分的作用。3. 掌握原子吸收光谱法的干扰及其抑制方法。4. 掌握原子吸收的定量分析方法。5. 了解原子吸收分光光度法在环境监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 原子吸收光谱法原理及仪器的性能与结构a) 主要内容：原子吸收的基本原理；原子吸收分光光度计的性能与结构。b) 基本概念和知识点：原子吸收光谱的产生；原子吸收光谱的波长和吸 收线的数目、轮廓和谱线变宽、积分吸收与峰值吸收；原子吸收分光光度计光源（空心阴极灯）、原子化系统（火焰原子化器、无火焰原子化器、氢化物原子化器）、光学系统、信号检测和数据读出系统。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握原子吸收光谱法的基本原理；

12、掌握原 子吸收分光光度计的基本构成和工作原理；掌握各部件的作用和性能。 第二节 原子吸收光谱分析技术及条件选择1. 主要内容：火焰原子化分析技术；石墨炉原子化分析技术；氢化物和冷蒸气原子化分析技术；原子吸收测定条件的选择。2. 基本概念和知识点：火焰原子化过程；空气-乙炔火焰、氧化亚氮-乙炔火焰；石墨炉原子化原理；石墨炉原子化过程-干燥、灰化、原子化、净化；氢化物、冷蒸气原子化法的原理和适用范围；分析波长的选择、狭缝宽度的选择、空心阴极灯的选择、原子化条件从选择。3. 问题与应用（能力要求）：掌握不同原子化法的基本原理和原子化过程；掌握原子吸收测定条件选择的原则、方法。第三节 原子吸收光谱法定

13、量方法1. 主要内容：灵敏度、特征浓度、检出限、精密度和准确度；定量分析方法。2. 基本概念和知识点：灵敏度、特征浓度、检出限、精密度和准确度；标准曲线法、标准加入法、内标法。3. 问题与应用（能力要求）：掌握定量分析时所涉及的一些基本术语；掌握原子吸收定量分析方法。 第四节 原子吸收光谱分析中的干扰及消除1. 主要内容：光谱干扰及消除方法；物理干扰与消除；化学干扰与消除；电离干扰与消除。2. 基本概念和知识点：多重线干扰、谱线重叠干扰、非吸收线干扰、背景吸收干扰；背景吸收的消除和背景校正技术。3. 问题与应用（能力要求）：掌握原子吸收干扰和消除方法。第五节 原子吸收光谱法在环境监测中的应用1

14、. 主要内容：原子吸收光谱法在金属离子分析检测上的应用。2. 基本概念和知识点： 原子吸收光谱法测定的金属离子种类及其预处理方法。3. 问题与应用（能力要求）：了解高原子吸收光谱法在金属离子分析上的测定项目及其基本的测定原理、方法。（三）实践环节与课后练习1. 实验：实验三：火焰原子吸收法测定底质中的铜、铅、锌、镉2. 思考题和习题：原子吸收分析技术有几种定量方法？各适用于什么样品？原子吸收分光光度法测定有哪些干扰因素？如何消除？（四）教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿插实验教学内容。第四章 荧光分析法 （一）目的与要求 1. 掌握荧光分析法的基本原理。 2. 掌握荧光分光光度计的基本构

15、成、工作原理和测定程序。 3. 掌握荧光分析测定条件的选择。 4. 了解荧光分析法在环境监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 荧光分析方法的基本原理及荧光光度分析仪器 1. 主要内容：荧光分析法基本原理；荧光光度分析仪器。 2. 基本概念和知识点：荧光现象物理过程；荧光分析法特点；荧光分光光度计激发光源、波长选择器件、样品室及样品池、检测器。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握荧光分析法的基本原理；掌握荧光分光光度计的基本构造和工作原理。 第二节 1. 主要内容：荧光测量技术；背景信号；荧光定量分析的各种条件。 2. 基本概念和知识点：同步扫描、三维光谱、荧光偏振及各向异性测量；背景信号的常

16、见来源；定量分析条件溶剂、试剂、pH值、温度、荧光物质的稳定性、共存物质的影响。3.问题与应用（能力要求）：了解荧光测量技术和背景信号的来源；掌握荧光定量分析测定条件的选择。 第三节 荧光分析法在环境监测中的应用 1. 主要内容：荧光分析法在环境监测中的应用2. 基本概念和知识点：荧光分析法测定的环境污染物项目及其基本原理、方法。3. 问题与应用（能力要求）：了解荧光分析法在环境监测中的应用。 （三）实践环节与课后练习 1. 实验： 实验四：茶叶中痕量砷（）的测定荧光法 2. 思考题和习题： 荧光分析法的基本原理是什么？如何确定荧光定量分析条件？ （四）教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿

17、插实验教学内容。第五章 电化学分析法 （一）目的与要求 1. 掌握电化学分析的基本原理。 2. 掌握溶液pH的测定原理、方法和酸度计的使用。 3. 掌握离子选择电极的分类。 4. 掌握一般离子选择性电极的膜电位和选择性系数含义和测定离子浓度的方法。 5. 掌握极谱分析的基本原理和装置；掌握极谱定性、定量分析的原理。 6. 了解电化学分析法在环境监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 电位分析法 1. 主要内容：电位分析法概论；电位法测定溶液的pH值； 2. 基本概念和知识点：电化学分析方法分类；电位分析法；直接电位法、电位滴定法；电位法测定溶液pH值；玻璃电极、饱和甘汞电极、pH计。 3. 问

18、题与应用（能力要求）：掌握电化学分析的基本原理；了解玻璃电极的结构、膜电位；掌握溶液pH的测定原理和方法。 第二节 离子选择电极1. 主要内容：离子选择电极概述；离子选择电极的选择性；几种离子选择电极；测定方法。 2. 基本概念和知识点：离子选择电极的分类及其响应机理；电极选择系数；晶体膜电极、非晶体膜电极、气敏电极、酶电极。测定离子活（浓度）的方法：测量仪器，浓度与活度，总离子强度调节剂，标准曲线法，标准加入法。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握离子选择电极的分类及其响应机理；了解各类电极的基本结构应用。第三节 极谱分析法1. 主要内容：极谱分析的基本原理；极谱定量分析基础；极谱定性分析原

19、理。2. 基本概念和知识点：极谱分析基本装置、极谱波的形成、滴汞电极；扩散电流方程式、影响扩散电流的因素、干扰电流及消除；半波电位。3. 问题与应用（能力要求）：掌握极谱分析的基本原理和装置；掌握极谱定量、定性分析的原理。第四节 电化学在环境监测中的应用1. 主要内容：电化学在环境监测中的应用2. 基本概念和知识点：环境水质中阳离子、阴离子监测；环境中有机物监测；环境中的无机气体监测。3. 问题与应用（能力要求）：了解电化学在环境监测中的应用。 （三）实践环节与课后练习 1. 实验： 实验五 电位滴定法连续测定天然水中的pH、CO32-、HCO3-、Ca2+和Mg2+ 实验六 离子电极标准加入

20、法测定废水中的氟离子 2. 思考题和习题： 离子选择电极法测定的基本原理是什么？ 极谱分析法的测定原理和基本装置是什么？其干扰因素有哪些，如何消除？（四）教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿插实验教学内容。 第六章 电感耦合等离子体原子发射光谱法 （一）目的与要求 1. 掌握ICP的工作原理。 2. 掌握ICP-AES仪器装置机构及一般分析步骤。 3. 掌握ICP-AES定量分析的方法。 4. 了解ICP-AES法在环境监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 ICP的工作原理及ICP-AES仪器装置 1. 主要内容：ICP工作原理；ICP-AES仪器装置；ICP-AES仪器分析性能。 2.

21、 基本概念和知识点：ICP的环状结构及其形成原因；ICP-分析仪器的典型结构；ICP-AES一般分析步骤。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握ICP工作原理；掌握ICP-AES分析仪器的典型结构及一般分析步骤。 第二节 ICP-AES定量分析 1. 主要内容：ICP-AES定量基础；定量分析方法；ICP-AES的干扰效应。 2. 基本概念和知识点：ICP炬中气态分析物的物质的量与待测物分析浓度的关系、谱线强度与被测物分析浓度的关系；谱线强度的测量、影响谱线强度的因素； 分析标准曲线法、标准加入法；光谱干扰、非光谱干扰。 3. 问题与应用（能力要求）：掌握ICP-AES定量分析的方法；掌握CP-

22、AES的干扰效应及其消除方法。 第三节 ICP-AES法在环境监测中的应用 1. 主要内容：ICP-AES法在环境监测中的应用 2. 基本概念和知识点：多元素的同时测定。 3. 问题与应用（能力要求）：了解环境监测中，应用ICP-AES法同时对多元素测定的基本原理、方法。（三）实践环节与课后练习 1. 实验：实验七 ICPAES法同时测定废水中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 2. 思考题和习题： ICP-AES定量分析的基础和方法是什么？如何消除其测定时的干扰效应？（四）教学方法与手段本章主要以老师讲授为主，穿插实验教学内容。 第七章 紫外-可见分光光度法 （一）目的与要求1.无机化合物的

23、紫外-可见吸收光谱。2. 掌握分光光度计的基本组成及主要性能和测定方法。3.了解紫外-可见分光光度法在环境监测中的应用。 （二）教学内容 第一节 紫外-可见吸收光谱1. 主要内容：分子吸收光谱的形成；基本概念；紫外-可见吸收光谱的产生；无机化合物的紫外-可见吸收光谱。2. 基本概念和知识点：生色团、助色团、红移与紫移；无机化合物的吸收光谱：d-d配位场跃迁，电荷转移跃迁，金属离子影响下的配*位体跃迁。3. 问题与应用（能力要求）：了解紫外-可见吸收光谱相关的基本概念；掌握无机化合物的紫外-可见吸收光谱。第二节 紫外-可见分光光度计1. 主要内容：主要组成部分；紫外-可见分光光度计的类型；校正分光光度计。2. 基本概念和知识点：光源、单色器、吸收池、检测器、数据处理系统；单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计。3. 问题与应用（能力要求）：掌握紫外-可见分光光度计的基本构成、工作原理；了解紫外-可见分光光度计类型；掌握紫外-可见分光光度计校正的方法。第三节 分析条件的选择和测定1. 主要内容：仪器测量条件；反应条件；参比溶液；干扰及消除方法；定性分