环境仪器分析课件

环境仪器分析12023/3/22016.2.11报道：爱因斯坦世纪预言终获验证，LIGO首次直接探到引力波2023/3/22课堂作业：人类首次直接探测到引力波，你认为哪些内容与本课程内容有关？2015.3.2：“纳米零价铁分离与富集铀”论文在《美国化学协会会刊》上发表

分解1吨浓度为2-3%的铀（U235）所产生的电能等同于燃烧6.45万吨煤产生的电能，铀从而被看成是一种高效清洁的能源材料。2023/3/23新闻报道纳米零价铁颗粒将铀包裹在纳米颗粒的内核部分，通过EELS、XPS等表征确定纳米零价铁将铀还原成了更低价态的稳定铀，通过化学方法还原加固纳米颗粒后，还原后的铀可稳定地包裹在纳米零价铁内核。——同济校园网新闻2015.3.2.原子尺度本课程主要教学内容（1）等离子发射光谱法原理及其应用金属元素分析中样品预处理方法环境样品中有机物萃取、分离与富集技术

（包括气体、液体及固体样品）气相色谱分析技术高效液相色谱分析技术42023/3/2主要教学内容（2）质谱联用分析技术红外光谱分析法荧光光谱法在环境中应用污染物毒性分析方法环境功能材料的结构表征方法分析方法选择及其质量控制52023/3/22023/3/26课程网址：教材。（环境监测）环境（仪器）分析的特点

环境是一个多组分和多变的开放体系，其中污染物具有：种类繁多含量低组成复杂具有迁移性和不稳定性

72023/3/2污染物类型递增粪便污染1900194019802010-

微生物污染耗氧有机物SO2、颗粒物光化学烟雾酸雨重金属氮磷富营养化垃圾温室气体（CO2）黑碳、气溶（PM2.5）金属及其化合物持久性有机物污染二次污染、微污染核污染工业危险废弃物新型污染物严峻、复杂的环境问题9看的见与看不见的污染物共存10看的见与看不见的污染物共存看的见与看不见的污染物共存土壤污染—棕地（BrownfieldSite）1213大米中Cd来源？2023/3/214PAHs结构和形态复杂性152023/3/216Zhi-HaoWenetal.ScienceoftheTotalEnvironment.2014,490:987-993人畜共用药物类内分泌干扰素—三嗪类物质阿特拉津西玛津扑草净脱异丙基阿特拉津脱乙基阿特拉津羟基化阿特拉津PSAOHADEADIA172023/3/2二噁英x=1～82,3,7,8-TCDD

1≤m+n≤10多氯联苯PCB182023/3/2Br?19溴代阻燃剂（BFRs）

多溴联苯醚（PBDEs）：五溴、八溴、十溴等产品

四溴双酚A（TBBPA）

六溴环十二烷（HBCD）Maietal.ES&T,2005Hites.ES&T,2004Bi

etal.ES&T,20072023/3/2HBCD：六个外消旋体与四个内消旋体。商用HBCD产品主要由三个外消旋体构成，分别为α-HBCD（10～13%）、β-HBCD（1～12%）与γ-HBCD（75～89%）

含有高能量C－F键的POPs，在环境中检测到的主要是不同碳链长度的全氟磺酸和羧酸类化合物。全氟辛酸(PFOA)全氟辛磺酸(PFOS)全氟有机化合物(PFCs)全氟有机物污染物的分布广泛分布？PFCAs总排放量约7300吨大量应用-引自E.S.&T,2006,40,32-44.POPsglobalmigrationprocesses222023/3/2“蚱蜢跳效应”

“全球蒸馏效应”——根据GoldbergE.D.最早提出的，加拿大科学家WaniaF.和MackayD.成功地解释了POPs从热温带地区向寒冷地区迁移的现象。

从全球来看，由于温度的差异，地球就像一个蒸馏装置——在低、中纬度地区，由于温度相对高，POPs挥发进入到大气；在寒冷地区，POPs冷凝沉降下来，最终导致POPs从热带地区迁移到寒冷地区。“蚱蜢跳效应”——POPs在中纬度地区温度较高的夏季易于挥发和迁移，而在温度较低的冬季则易于沉降，导致POPs在向高纬度迁移的过程中会有一系列距离相对较短的跳跃过程，这种特性又被称为“蚱蜢跳效应”(GrasshopperEffect)。

同时，大气的稀释作用、洋流作用等也会将POPs由释放源带到从未使用过POPs的清洁地区“全球蒸馏效应”与“蚱蜢跳效应”232023/3/224

全国肿瘤登记中心发布的《2012中国肿瘤登记年报》中获悉，每分钟就有6人确诊为癌症。同时，癌种也呈现地域化特点，如胃癌集中在西北及沿海。近20年来，我国癌症呈现年轻化及发病率和死亡率“三线”走高的趋势。英国《自然》周刊2005年推出了一期探讨中国环境问题的封面文章——《中国在世界中的地位》

“在过去20年，中国已经铸就了一个经济奇迹。我们希望，未来20年，中国也能造就一个环境奇迹，并且确立一个好例子让其他国家取得社会经济和环境的可持续发展。其结果将不仅影响中国，而是整个世界。”环境问题扼杀中国30年经济增长奇迹重金属综合性有机物——优先控制有机物——POPs——新兴污染物有机物营养盐微生物——致病微生物+毒素价态、结合态、结构态、纳米颗粒……点源——面源——全方位（宏观、微观）2023/3/226环境分析目标物不断变化分析方法从常规到大型仪器环境分析对仪器的要求高灵敏度，低检测限高准确度、高精密度选择性好适用范围广272023/3/2环境分析追求目标精确度：在分析程序和条件相同时，样品重复分析所得测定值的一致程度，反映分析方法存在的偶然误差的大小。准确度：在分析程序和条件相同时，样品分析结果与假设的或公认的真值之间的复合程度，反映分析方法存在的系统误差和偶然误差综合，并决定其分析结果的可靠性。低浓度+高精确度=高准确度282023/3/2需求能力提升常用化学分析仪器色谱分析：GC、HPLC、GC/MS、HPLC/MS、IC、

GPC、UPLC/Q-TOF/MS光学分析法：原子吸收分光光度法：AAs，包括FLAAS（火焰）

GFAAS（石墨炉）原子发射分光光度法：ICP/AES、ICP-MS

原子荧光光谱仪：AFS

红外光谱仪:IR,FTIR(富里叶转换红外)光度法：UV、UV/Vis、FS联用技术：气相色谱－富里叶红外光谱联用仪（GC／FTIR）微波等离子体－质谱联用仪（MIP／MS）高效液相色谱－紫外消解－原子荧光联用技术（HPLC-UVD-AFS）

302023/3/2原子分子31环境调查与分析全过程如何获取有效数据？现场原位监测或实时在线检测？采样/实验室分析感官识别？（看、嗅、尝）如何快速识别污染？环境监测数据质量目标代表性可比性精密性准确性完整性目的：及时、准确、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划、环境评价和碳减排等提供科学依据。如何实现分析数据质量目标？环境分析技术研究重点简易、快速分析方法及其便携式仪器

野外环境监测、突发性环境污染事故仪器分析及其在线系统样品预处理与仪器分析在线（online）;

现场自动化的监测系统（insite）环境介质样品预处理技术

批量化、自动化、环保化依托高倍显微镜研究环境材料的微观结构与效能依托遥感技术实现全方位、大尺度环境监测

342023/3/2一、简易、快速分析方法及其便携式仪器预防性和突发性环境污染事故监测：开发快速简易检测管、试剂盒（气、水、有机、无机）的研制以及便携式现场仪器等。目前，以DO、pH、水温、浊度、电导和总盐度的仪器最为成熟，有机物的仪器相对缺乏。

野外环境监测：大环境的环境监测，如流域水质调查等，需要简易、快速、小型的监测仪器，有时可适当牺牲方法的灵敏度和监测限。352023/3/2简易、快速分析方法及其便携式仪器使用温度范围：0~49C样品容器：玻璃，PE，PVC储存温度：-40~80C水位控制精确：0.003m（超声波传感器）现场监测：溶解氧、雨量计、水温、电导率、流量计、pH等362023/3/2现场/应急环境监测试纸类检测管类便携仪器检测灵敏、准确、使用方便测定镉、铅、铜、银、镁、汞、钴等金属离子以及砷、氰、氟、磷酸根等离子、硬度、余氯、甲醛等试纸简易、快速、灵敏度高、稳定性好，且不受现场条件限制空气污染监测、危险气体的警戒、工艺流程中气体分析以及水质监测等便携式气体检测仪、气相色谱仪、红外光谱法和气相色谱-质谱联动仪器、分光光度计、综合检测仪器、离子选择电极法及离子色谱仪。可测试COD、氨氮、总氮、硝酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、总磷、余氯等90余种水质参数简易、快速分析方法及其便携式仪器pH比色卡2023/3/240砷试纸2023/3/241

天津8.12事件：

现场快速检测试纸发挥重要作用Merk氰化物现场检测快速测试条、测试盒、仪器氰化物测试条0~30mg/L测试盒0.002-0.030mg/L0.03~5.0mg/L仪器法10~350ug/L5~200ug/L酶免疫检测（EIA）技术

422023/3/2水质现场快速检测仪技术

2023/3/244手持式电子比色计水质快速检测箱研制成功近30种快速检测剂全胶囊包装，性能稳定，携带方便。适合各类水质与食品等现场分析检测。包装：24粒/盒质量：0.2~0.5克/粒水样量：5毫升显色：2~25分钟保质期：6~12月化学需氧量测试仪46新一代DO仪（绿光）便携式水质毒性分析仪（发光毒性）用于现场水中重金属、毒剂、化学试剂等物质总体毒性检测的发光毒性分析仪。简易、快速分析方法及其便携式仪器便携式连续叶绿素荧光仪

492023/3/2便携式VOCs仪

潜水调制叶绿素荧光（PAM）仪重金属分析仪

2023/3/250YSI全自动水下生态层析影像仪土壤污染现场监测512023/3/2二、环境样品中有机物萃取技术液-液萃取法固-液萃取法

索式萃取法摇床振荡萃取法超声萃取法超临界流体萃取法微波萃取法固相萃取法固相微萃取法传统法新方法522023/3/2吹扫捕集-气相色谱-质谱联用仪顶空进样-气相色谱-质谱联用仪微波热解析-气相色谱-质谱联用系统超临界流体萃取-液相色谱-质谱联用系统固相萃取-液相色谱-质谱联用系统消解-吹扫捕集-气相色谱-质谱联用系统HPLC-UV-AFS分析系统532023/3/2三、仪器分析及其样品预处理在线Textinhere细胞水平

组织水平

与DNA、酶的相互作用与膜作用和跨膜输运过程分子水平

污染物在鱼体内的致毒过程对肝、鳃、性腺等组织的毒性作用污染物的分子、细胞、组织毒性效应四、生物和材料方法和技术（微观）材料表征方法组织形貌分析成分和价键分析分子结构分析相结构分析表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态。利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数，确定物质的相结构化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。有机物的分子结构和官能团五