环境实验室上岗培训讲义1

1环境实验室上岗培训讲义上海市岩土工程检测中心梅祖明2第一部分概述1、分析化学的任务、特点和作用

1.1分析化学是化学学科的一个重要分支1.2分析化学是研究物质的化学组成的分析方法及有关理论的学科1.3其任务是鉴定物质的化学结构、化学成分及测定各成分含量1.4分析化学任务的对象很广泛：无机、有机，气、液、固三态1.5分析的方法很多：化学的、物理的、物理化学的等等1.6应用十分广泛：工业、农业、环保、材料、建筑、地质、电子、以及在生物、医学、考古、物理、海洋、天文等学科也广泛应用1.7分析化学是一门实践性强的学科，对于分析化学工作者，必须严格要求自己，要以严谨的科学态度对待分析化学工作。

3第一部分概述2、 化学成分分析方法的分类2.1根据试样用量分为：常量分析：>0.1g(>10mL)

半微量分析：0.01g~0.1g(1mL~10mL)

微量分析：0.1~10mg(0.1mL~1mL)

超微量分析：<0.1(<0.1mL)2.2根据组分含量分为：常量组分分析（>1%)；微量组分分析(0.01%~1%)、痕量组分分析(<0.01%)2.3根据分析的任务分为：结构分析、定性分析、定量分析2.4根据分析的对象分为：无机分析和有机分析42.5根据分析手段分为：

化学分析（以物质的化学反应为基础的分析方法）仪器分析（以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法）2.5.1化学分析滴定法（容量法）、重量法、比色法（分光光度法）2.5.2仪器分析光谱分析：原子吸收分光光度法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法、紫外可见光度法、红外光谱法电化学仪器分析：电位分析法、电导分析法、极谱分析法、电解分析、库仑分析等等。色谱法：气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法等。质谱分析：在分析化学领域，主要与色谱、等离子体发射光谱连用。能谱分析：主要分析放射性核素的含量（比活度）核磁共振分析：主要用于有机物结构分析5第二部分化学分析基本操作技能1、移液与定容1.1移液（注意：移取与吸取的差别）（1）移液管应充分洗净，内壁不挂水珠；（2）移取样品溶液或标准溶液前，应先用纯水洗涤两次以上，用清洁的滤纸擦干移液管嘴部，然后用待移取样品溶液或标准溶液洗涤1~2次。（3）移液时，应使液体过标线，在移液管垂直的状态下，眼睛平视移液管内液体的弯液面，让弯液面的底部与标线相切，捏紧移液管，让存放液体的容器倾斜，将移液管嘴部靠容器壁上，垂直向慢慢提起移液管，除去挂在移液管嘴部的液点；（4）将移液管内的液体垂直、自然地注入准备好的接收容器中，注入完毕后让承接容器斜置，使移液管嘴靠其器壁上，等待15秒后垂直向上提起移液管，移液操作结束。6第二部分化学分析基本操作技能1.2定容（1）弯液面与标线相切；（2）注意溶液温度应很接近室温；（3）定容快至标线时，应等待一定的时间后，再滴加稀释液至标线；（4）充分摇匀。注意：容器有量入和量出两种类型。标称体积为20℃的体积。容量瓶有量入（In)和量出（E或Ex)两种；滴定管、移液管（刻度、无分度）、量筒都是量出式的。比色管一般是量入（In)式的。7第二部分化学分析基本操作技能2、沉淀（1）沉淀物的溶度积要小；（2）加入的沉淀剂要适当过量；（3）有时需要加热等条件；（3）pH等介质条件有利于沉淀完全；（4）尽可能形成晶形沉淀；（5）有时需要陈化；（6）对于重量分析时，选择沉淀剂时，应考虑使沉淀物称量形式稳定、不吸水、分子量大，利于称量、减少称量误差。8第二部分化学分析基本操作技能3、过滤（1）根据沉淀的颗粒大小选择快速、中速或慢速滤纸，或选择合适口径的砂芯漏斗；（2）选择的沉淀洗涤剂能有效防止沉淀的复溶。如果滤液要用于其它测定，还要求滤液成分本身不影响后继测定；（3）有的沉淀需要用热洗涤剂洗涤；（4）对于定量分析应采用定量滤纸。9第二部分化学分析基本操作技能4、干燥和灼烧（1）不同的物质可能有不同的干燥方式，一般用加热干燥方式

（加热干燥、气体干燥、固体干燥、液体干燥）；（2）干燥（灼烧）温度的选择；（3）干燥（灼烧）时间的选择；5、称量（1）选择适当感量和适当量程的分析天平；（2）对于多次称量，应注意多次称量前的冷却条件的一致；（3）注意称量容器等工具的粘污问题。10第二部分化学分析基本操作技能6、标准溶液的配制（1）选择合适的物质配制，优先考虑标准物质或基准物质；（2）溶液介质应有利于测定工作的开展；（3）使用固体物质配制时，应选择合理的干燥温度和时间；（4）当使用非标准物质或基准物质配制标准溶液时，应进行标定。11第二部分化学分析基本操作技能7、滴定7.1滴定管使用时注意的问题（1）滴定管的准确性（送检、自检）（2）滴定管的完好性（头部和活塞有无损坏、刻度是否清晰）（3）滴定管的清洁性（是否挂水珠、是否装过可能影响测定的液体）（4）活塞是否开闭自如、是否有漏液现象7.2滴定时注意的问题：（1）待滴溶液的体积应适当；（2）滴定管的活塞和头部可能存在气泡，注意赶掉；（3）以适当的速度滴定；（4）以适当的姿势滴定（左手滴定、右手旋摇锥形瓶）；（5）注意终点的颜色突变。128、蒸馏8.1蒸馏的作用：（1）实现与干扰物质的分离；（2）浓缩待测物质。8.2蒸馏的条件：（1）pH条件（2）掩蔽剂的作用8.3吸收条件：吸收液使馏出物形成不挥发型物质吸收液吸收馏出物完全。139、原始记录的书写和有效数字的修约9.1原始记录的书写要求（1）原始记录要用统一的原始记录单，不得用白纸或其他纸张替代；（2）对于仪器分析，应在原始记录单种填写清楚环境条件、仪器型号、编号、以及所检测参数所用的仪器参数、条件等；（3）检测、测试方法的方法标准代号或方法的主题词应填写清楚；（4）原始记录不准用铅笔或圆珠笔书写，也不准先用铅笔书写后再用墨水笔或水笔描写；（5）原始记录不可重新抄写，以保证记录的原始性。如果划改大多不易辨认，可重抄一份，但一定要将原始记录附上；（6）原始记录的划改的原则是被划改的数据应仍能辨认，在划改数据处加盖检测人印章，正确数据写在划改数据的上方，不得涂改和擦、刮改写。14（7）原始记录一律签名（除划改处外），签名要全称、不得以姓、外文字头、拼音字母替代。（8）原始记录中应有检测过程所发生的异常现象及其处理过程和处理结果的记载。（9）检测结果的修约原则，先运算后修约。修约按GB8170-87《数字修约原则》进行。检测结果的报出位数，还应符合有关规定；（10）检测人员应对原始记录的数据、计算公式及其它填写的内容进行复算和检查；（11）原始记录中的检测数据和检测结果，应以纯数字形式记入表格中，计量单位在栏目行（或栏目列）中与检测参数的符号以相除的方式一起出现。159.2有效数字的修约9.2.1有效数字的确定由确定的数字+一位可疑数字组成9.2.2有效数字的修约原则按照GB8170-87《数字修约原则》进行：四舍、六入、五留双。>5,入；<5,舍；=5，留双。如：12.050000001，保留3位，应为12.1，而，12.050000000，应为12.012.049999999，应为12.0，12.15000000应为12.2但：①相关系数只舍不进位；

②标准偏差、不确定度则只进不舍。9.2.3运算结果的有效数字位数的确定（1）加减运算小数点对齐，运算结果的有效数字位数以小数点后位数最少的数据为准保留。运算结果的有效位数可能会增加或减少。如12.68-12.38=0.30,5.81+6.19=12.00（2）乘除运算运算结果的有效数字位数与有效数字位数最小的数据的有效数字位数一致。（3）其他情况1610、计量单位10.1我国法定计量单位的构成国际单位制(SI)的单位和我国选定的其他单位为我国的法定计量单位SI制的基本单位（7个）SI制的辅助单位（2个）SI制中有专有名称的导出单位（19个）我国选定的非SI制单位，如：小时(h)、天（d)、摄氏温度、角（度）等。由上述单位组成的复合单位由上述单位和词头组成的十进倍数和十进分数的单位1710.2化学分析中常用的量及其计量单位（1）物质B的物质的量(n)单位：摩尔（mol)，nB=1.5mol,n(K2Cr2O7)=1.000mol,n(1/6K2Cr2O7)=6.000mol=n(1/6Cr2O72-)(2)物质B的物质的量浓度（c）单位：摩尔/升，mol/L,mol/l，mmol/lcB=0.1001mol/L,c(EDTA)/(mol.L-1)=0.1001，c(1/2Ca2+)=2c(Ca2+),c(Ca2+)=c(CaCO3)(3)物质B的质量浓度（ρ）单位：mg/L,μg/L,μg/mL,mg/mL,g/L,ρB=25.0mg/Lρ(CaCO3)=100.09mg/L,ρ(Ca2+)=40.08mg/L,ρ(CaCO3)=ρ(1/2CaCO3)18(4)质量分数（ω）单位：无量纲，%，10-2，10-6，10-9，ω(SiO2)=0.7856,ω(SiO2)/10-2=78.56ω(Pb)/(mg.kg-1)=30.45,ω(Pb)/10-6=30.45(4)体积分数(φ)φ(H2SO4)=0.05=5%,:H2SO4(1+95)(5)摩尔质量（M)单位：g/mol。在数值上等于化合物的分子量（原子量、离子量、式量）。M(H2SO4)=98.08g/mol,M(1/2H2SO4)=49.04g/mol19第三部分分析方法简介1、化学分析法1.1重量法重量分析法直接用分析天平称量而获得分析结果，不需要标准试样或标准物质进行比较。1.1.1沉淀法1.1.1.1对沉淀的要求（1）溶解度必须很小；（2）易于过滤和洗涤；（3）沉淀物纯净，尽量避免其他杂质的沾污；（4）沉淀应易于转化为称量形式。201.1.1.2对称量形式的要求（1）必须有确定的化学组成；（2）称量形式必须十分稳定，不受空气中水份、CO2和O2等的影响。（3）称量形式的分子量要大。1.1.2气化法：通过加热等手段使样品中待测物质气化逸出，通过加热前后样品的质量差，来间接测出待测物的含量，或将逸出的待测物质用适当的吸收剂吸收，根据吸收剂质量的增加量来计算待测物的含量。1.1.3电解法：利用电解原理，使金属离子在电极上析出，然后称量，求得其含量。211.2滴定分析法滴定分析法（容量分析）是通过滴加已知浓度的滴定液，借助滴定液与待测成分间完全的化学反应，并使用恰当的方法指示其反应的终点，以消耗的滴定液体积来确定待测成分含量的一种方法。1.2.1沉淀滴定法（1）对沉淀的要求，同重量法。（2）终点指示：a)分步沉淀原理;b)吸附指示剂；c)电位或电导确定终点。（3）应用：a)摩尔法（红色铬酸银）；

b)佛尔哈德法（白色硫氰酸银——红色硫氰酸铁）；

c)法扬司法（过量Ag+吸附荧光黄成淡红色）。第二部分分析方法简介221.2.2络合滴定法

（1）目前用于滴定分析的络合剂主要是以EDTA为主的氨羧络合剂；（2）金属指示剂：

a)络合态与游离态之间有明显不同的颜色变化；

b)与金属元素的稳定常数比EDTA小；（3）有的金属元素会封闭指示剂，可改用反滴定法。a)有些金属离子与指示剂形成十分稳定的络合物，不能被EDTA置换，通常需要加入掩蔽剂；如三乙醇胺消除FFe3+Al3+的干扰。b)有的金属离子与指示剂形成不可逆的络合物，虽然稳定常数相对较小，但由于动力学的方面原因，不能很快被EDTA置换。c)有些金属离子与指示剂形成的络合物，被EDTA置换的速度很慢。1.2.3酸碱滴定法

（1）掌握利用弱酸或弱碱的离解常数的计算弱酸或弱碱溶液的pH值。（2）各种酸碱指示剂有其不同的pH变色范围。（3）多元酸（碱）的滴定；（4）混合酸（碱）的滴定。231.2.4氧化还原滴定法

（1）主要方法（以氧化剂为名）：重铬酸钾容量法、高锰酸钾容量法、碘量法等。（2）指示剂：二氮杂菲-亚铁、二苯胺磺酸钠、淀粉、丁二肟等。（3）电极电位1.2.5非水滴定1.2.6示波滴定、电导滴定、电位滴定241.3分光光度法1.3.1原理朗伯-比尔定律：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质浓度及吸收层厚度成正比。A=KbcA—吸光度，，式中，I0—入射光强度，I—出射光强度。1.3.2吸光系数、摩尔吸光系数当c的单位为g/L、b的单位为cm时的K值称为吸光系数用a表示，这时：A=abc

当c的单位为mol/L、b的单位为cm时的K值称为摩尔吸光系数，用ε表示，这时：A=εbc

25第二部分分析方法简介1.3.3仪器（1）仪器的组成：光源、分光器（单色器）、吸收池、检测器、信号输出系统。（2）仪器的分类：紫外、可见、紫外可见、红外分光光度计1.3.4应用26

第二部分分析方法简介2仪器分析方法2.1仪器分析类别2.1.1光学仪器分析：（1）分子光谱法：A)分光光度法:紫外、可见、红外等.B)荧光光谱法；C)化学发光法。（2）原子光谱分析法：

A)原子吸收分光光度法

B)原子发射光谱法

C)原子荧光光谱法（3）x射线荧光法272.1.2电化学仪器分析：（1）电位分析法能斯特方程：E=E0+n-1×0.05916lg(C1/C2)]电位滴定离子选择电极法：pH、F、Cl-、NH3（氨敏电极）、钠电极等。（2）电导分析法（电导与物质的量成正比）：IC色谱法—电导检测器、电导滴定。（3）极谱分析法{尤考维奇（Ilkovic)方程:id=607nD1/2m2/3t1/6C}阳极溶出法（伏安法）（3）电解分析法(电重量分析)（4）库伦分析法(电量分析）2.1.3色谱分析法（1）气相色谱分析法（2）离子色谱分析法（3）液相色谱分析法282.1.4质谱分析法（1）离子源：电子轰击型离子源、离子轰击型离子源、原子轰击型离子源、放电型离子源、表面电离源、化学电离源、场致电离和场解吸电离源、电感耦合等离子体离子源等。（2）质量分析器：（3）离子检测系统：(4)质谱仪种类:质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：

2930有机质谱仪：由于应用特点不同又分为：

①气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）

在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。

②液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）

同样，有液相色谱-四器极质谱仪，液相色谱-离子阱质谱仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。

③其他有机质谱仪，主要有：

基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS），富立叶变换质谱仪（FT-MS）

无机质谱仪，包括：

①火花源双聚焦质谱仪。

②感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。

③二次离子质谱仪（SIMS）

但以上的分类并不十分严谨。因为有些仪器带有不同附件，具有不同功能。31第二部分分析方法简介2.2原子吸收分光光度法2.2.1原理原子化——气态原子——吸收特征谱线——产生的吸光度与原子蒸汽浓度成正比。比尔定律:A=KC(光度法：A=abc）2.2.2组成单元（1）光源部分（2）分光部分（3）原子化部分（4）检测部分（5）信号输出部分光谱分析的分类光谱区波长范围光谱分析法量子化跃迁型式γ射线0.0005~0.14nmγ射线光谱学；穆斯堡尔光谱学原子核X射线0.01~10nmX射线光谱学、X射线荧光分析法、X射线吸收分析法、X射线散射法、X射线光电子能谱内层电子跃迁真空紫外线10~200nm远紫外吸收光谱价电子紫外可见光200~780nm紫外光、可见光吸收、发射和荧光光谱价电子红外线780~3*105nm红外光吸收光谱和拉曼散射光谱转动/震动的分子微波3*105~109nm微波吸收分子的转动电子自旋共振3cm电子自旋共振波谱磁场中的电子自旋无线电波0.6~10m核磁共振波谱磁场中的核的自旋32原子光谱分析原子发射光谱分析：激发光源（原子化器）：火焰（火焰发射法）、电弧、火花、电感耦合等离子体、微波感生等离子矩、空心阴极放电等。信号处理：感光照相、图谱分析。数据输出：看谱法（映谱仪）、测谱法（测微光度计）、光电直读法（多道或单道扫描光电光谱仪），检测器：光电倍增管（PMT）、二极管阵列（PDA）、电荷耦合检测器（CCD）、电荷注入检测器（CID）、质谱检测器（MS）色散元件：棱镜、光栅。特点：热激发，浓度与发射光强度成正比。（不考虑激发过程与浓度之间的定量关系）：灵敏度高~极高。原子吸收光谱分析光源：空心阴极灯、多元素空心阴极灯、无极放电灯色散元件：光栅；原子化器：火焰、石墨炉、石英管（连接氢化物发生器、汞蒸汽发生器，电加热或火焰加热）；检测器：光电倍增管(PMT)、电荷耦合检测器(CCD)。特点：只考虑吸收过程，吸光度（不是光强度的减少量）与浓度成正比。（不考虑吸收后再发射荧光），灵敏度高~很高。原子荧光光谱分析光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯色散元件：棱镜、光栅（一般不用色散元件）；原子化器：石英炉（连接氢化物发生系统，电加热）；检测器：光电倍增管(PMT)。特点：光激发。荧光强度在一定条件下与浓度成正比（不考虑光源被吸收了多少），灵敏度很高。3334第二部分分析方法简介2.2.3原子化方法（1）火焰原子化（2）石墨炉原子化（3）氢化物发生原子化（4）冷原子发生原子化35第二部分分析方法简介2.2.3主要干扰及其消除办法

（1）化学干扰

(a)凝相中的；(b)气相中的消除办法（6种）：分离干扰物质；分离待测物质；加入保护剂；加入释放剂；加入基体改进剂；标准加入法定量。36（2）电离干扰由于蒸汽状态的金属原子在原子化过程中失去电子从而使蒸汽状态的金属原子数量减少。

发生电离干扰的元素：主要是碱金属和碱土金属元素。消除办法：加入消电离剂：如钾盐、钠盐等。（3）光谱干扰光谱背景干扰（主要是高含量成分的分子带光谱）、干扰元素（主要是多谱线原子的临近吸收线）的原子吸收。

消除办法：分离干扰物、背景校正技术（塞曼、氘灯、自吸）思考：标准加入法可以消除光谱干扰吗？（4）其他物理干扰（除了光谱干扰、电离干扰外）

（1）引起溶液粘度变化影响样品的提升量；（2）比热容较大的物质影响原子化温度；（3）溶剂或待测物在火焰中燃烧产生热能影响原子化温度。

思考：为什么一般不用连续光源（如氘灯）？

（右上图）

3738石墨炉温度程序的设定方法392.3原子荧光光度法

2.3.1原子荧光光度计框图40原子荧光光度计仪器原理图1.气路系