环境监测常用仪器分析方法(8类方法)

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色谱法
别名：层析分析法
分离测定多组分混合物
原理 ：不同物质在相对运动的两相中具有不同的分 配系数（吸附系数，渗透系数等），当这些物质随 流动相移动时，就在两相之间进行反复多次分配， 使原来分配系数只有微小差异的各组分得到很好地 分离，依次送入检测器测定，达到分离、分析各组 分的目的。
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色谱法
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色谱柱分离条件的选择
进样量
◦ 色谱分析要求进样时间在1秒钟内完成。否则， 将造成色谱峰扩张，甚至改变峰形。
◦ 进样量应控制在峰高或峰面积与进样量成正比的 范围内。液体试样一般为0.5—5μL；气样一般为 0.1—10mL。
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检测器
要求
◦ 灵敏度高、检测限（反映噪音大小和灵敏度的综合指标） 低，响应快、线性范围宽
色谱柱内径越小，柱效越高，一般为2—6mm。 增加柱长可提高柱效，但分析时间增长，一般在 0.5—6m之间选择。
固定相是色谱柱的填充剂，可分为气固色谱固定 相和气液色谱固定相。
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色谱柱分离条件的选择
气化温度：应以能将试样迅速气化而不分解为准， 一般高于色谱柱温度30—70℃。 柱温：提高色谱柱温度，可加速气相和液相的传 质过程，缩短分离时间，但过高将会降低固定液 的选择性，增加其挥发流失，一般选择近似等于 试样中各组分的平均沸点或稍低温度。
定量分析的基础
◦ 吸收峰峰值波长处的吸光度与被测物质的浓度之间的关系符合 朗伯-比尔定律（光的吸收定律），即在一定的实验条件下二 者呈线性关系
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1.分光光度法
在最大吸收波长处的吸光度（A）与被测物质的浓度（c）之 间符合光的吸收定律，即朗伯－比尔定律（Lambert-Beer）， 其数学表达式为：
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2.原子吸收分光光度法
atomic absorption spectrometry，AAS 别名：原子吸收光谱法 简称：原子吸收法 使用仪器：原子吸收分光光度计 优点：
◦ 可测定70多种元素，测定快速、准确、干扰少、可用 同一试样分别测定多种元素等
缺点：
◦ 测定不同元素时需更换光源灯（空心阴极灯），不利 于多种元素的同时分析
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5.气相色谱法
仪器：气相色谱仪 构造：载气系统、进样系统、分离系统（色谱柱）、检测系统、记录系 统、辅助系统 流程：载气由高压钢瓶供给，经减压、干燥、净化和测量流量后进入气 化室，携带由气化室进样口注入并迅速气化为蒸气的试样进入色谱柱 （内装固定相），经分离后的各组分依次进入检测器，将浓度或质量信 号转换成电信号，经阻抗转化和放大，送入记录仪记录色谱峰。
的能源 ◦ 常用火焰：空气-乙炔火焰 ◦ 氧化亚氮-乙炔火焰（最高温度可达3300K）：用于空气-乙炔火焰难以解
离的元素，如Al、铍（ Be ）、钒（ V ）、钛（ Ti ）等
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2.原子吸收分光光度计
无火焰原子化系统
◦ 常用：电热高温石墨管原子化器 ◦ 原子化效率比火焰原子化器高得多，可大大提高测定灵
◦ 光源、原子化系统、分光系统及检测系统
火焰
空心阴极灯
棱镜
光电管
火焰原子吸收分光光度计示意图
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2.原子吸收分光光度计
原子化系统
◦ 作用：提供能量，使试样干燥、蒸发并将被测元素转变成原子蒸气 ◦ 分类：火焰原子化系统和无火焰原子化系统
火焰原子化系统
◦ 包括喷雾器、雾化室、燃烧器和火焰及气体供给部分。 ◦ 火焰是将试样雾滴蒸发、干燥并经过热解离或还原作用产生大量基态原子
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泵
淋洗液槽
样品注入阀 分离柱 抑制柱
电导仪 记录仪
电导池 废液
离子色谱分析流程
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离子交换色谱法
分离机制（见图示）
•阳离子交换树脂 RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
固定离子 可交换离子 待测离子
•阴离子交换树脂 R-N+HCO3-十Na+X- →R-N+X-+NaHCO3
◦ 分离机制：离子交换 ◦ F-、Cl-、NO3-、NO2-、SO42-、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Zn2+、Ni2+
（亲水性阴、阳离子）
离子排斥色谱（HPICE）
◦ 分离机制：离子排斥 ◦ 有机酸、无机弱酸、醇类
流动相离子色谱（MPIC）
◦ 分离机制：吸附和离子对的形成 ◦ 疏水性阴、阳离子的分离，金属络合物的分离
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4.离子交换色谱法
IC，ion chromatography
原理：
◦ 利用离子交换原理，连续对共存多种阴离子或阳离子进行 分离与测定的方法。
分离机制：
◦ 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）不同而实 现
仪器：离子色谱仪
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4.离子交换色谱法
分类（依据：分离方式） 高效离子色谱（HPIC）
敏度。 ◦ 氢化物原子化器 ◦ 无火焰原子化法的测定精密度比火焰原子化法差。
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3.离子交换法
有机离子交换剂（离子交换树脂）
◦ 是一种具有渗透性的三维网状高分子聚合物小球，在网 状结构的骨架上含有可电离的活性基团，与水样中的离 子发生交换反应。
◦ 分类（依据：官能团） ◦ 阳离子交换树脂 ◦ 阴离子交换树脂 ◦ 特殊离子交换树脂
常用检测器
◦ 热导检测器 ◦ 氢火焰离子化检测器 ◦ 电子捕获检测器 ◦ 火焰光度检测器
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气相色谱的定量分析
常用的定量方法：标准曲线法、内标法和归一化法。
标准曲线法（外标法）
◦ 用被测组分纯物质配制系列标准溶液，分别定量进样， 记录不同浓度溶液的色谱图，测出峰面积，用峰面积对 相应的浓度作图，应得到一条直线，即标准曲线。有时 也可用峰高代替峰面积，作峰高-浓度标准曲线。在同 样条件下，进同量被测试样，测出峰面积或峰高，从标 准曲线上查知试样中待测组分的含量。
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Байду номын сангаас 色谱法的分类
分类依据：固定相的形式
◦ 柱色谱法 ◦ 纸层析法 ◦ 薄层色谱法
分类依据：分离机制
◦ 吸附色谱法、分配色谱法、离子色谱法等
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色谱法
应用
◦ 色谱法是现代分析中最有效、用得最多的分离分析方法 ◦ 痕量分析的主要手段
环境监测中，色谱法是有机污染物分离分析的主 要手段
◦ 气相色谱法、液相色谱法、高压液相色谱法、离子色谱 法使用较多
环境监测常用 仪器分析方法
1.分光光度法 2.原子吸收分光光度法 3.离子交换法 4.离子交换色谱法 5.气相色谱法 6.高效液相色谱法 7.质谱法 8.电化学分析方法
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1.分光光度法
应用光区：
◦ 紫外光区（200~400nm）——紫外分光光度法——多用于 有机物的定量和结构分析
◦ 可见光区（400~780nm）——可见分光光度法——广泛用 于水中金属污染物的定量分析
分类依据：流动相及固定相的物态
◦ 气相色谱法：流动相为气态（氮气、氢气、氦气）
◦ 气固色谱法：流动相为气态，固定相为固态（固体吸附剂） ◦ 气液色谱法：流动相为气态，固定相为液态（液体涂渍于
惰性载体作为固定相）
◦ 液相色谱法：流动相为液态（甲醇，乙腈（ jing1 ））
◦ 液固色谱法 ◦ 液液色谱法
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无机离子交换剂
强酸性阳离子交换树脂
阳离子交换树脂 R-SO3H树脂, 如国产732
弱酸性阳离子交换树脂
R-COOH, R-OH 树脂
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
强碱性阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
R4 N+Cl- 树脂
弱碱性阴离子交换树脂
-NH2, -NHR, -NR2 树脂
螯合树脂
大孔树脂
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2.原子吸收分光光度法
分类
◦ 火焰原子吸收法（FAAS）
◦ 测定废水和受污染的水中镉、铜、铅、锌等元素 ◦ 对于含量低的清洁地面水或地下水，用萃取或离子交换法富集
后再用火焰原子吸收法测定，也可以用石墨炉原子吸收法测定
◦ 石墨炉原子吸收法（GFAAS）
◦ 含量低的地表水或地下水 ◦ 测定灵敏度高于火焰原子吸收法，但基体干扰较火焰原子化法
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定量分析方法
（2）标准加入法
◦ 如果试样的基体组成复杂且对测定有明显干扰 时，则在标准曲线线性范围内，可使用这种方 法。
◦ 在环境样品中，各种污染物的含量一般在10-6 或10-9甚至10-12级水平，而大量存在的其他物 质则称为基体。
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定量分析方法
（2）标准加入法
◦ 取四份？相同体积的试样溶液。从第二份起按 比例加入不同量的待测元素的标准溶液，稀释 至一定体积。分别测得吸收值。以吸光度对加 入的标准溶液浓度作图，得到一条不通过原点 的直线，外延此直线与横坐标交于c点，读数 即为试样溶液中待测元素的浓度值。
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6.高效液相色谱法
high performance liquid chromatography，HPLC 与气相色谱的主要差别
◦ 气相色谱的流动相是惰性气体，分离主要取决于组分分子与固定相之间的作用 力，而高效液相色谱的流动相是液体，分离过程的实现是组分、流动相和固定 相三者间相互作用的结果
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色谱图
别名：色谱流出曲线 当载气载带着各组分依次通过检测器时，检 测器响应信号随时间变化曲线 如果分离完全，每个色谱峰代表一种组分。 根据色谱峰出峰时间可进行定性分析；根据 色谱峰高或峰面积可进行定量分析。
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色谱柱分离条件的选择
包括色谱柱内径及柱长、固定相、气化温度及柱 温、载气及其流速、进样时间和进样量等
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2.原子吸收分光光度法
火焰原子吸收法测定原理
◦ A = kC ◦ 式中：
◦ A——待测元素的吸光度； ◦ k——与实验条件有关的系数；当实验条件一定时为常数； ◦ C——待测元素的浓度。
◦ 因此，只要测得吸光度，就可以求出试样中待测元 素的浓度。
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2.原子吸收分光光度法
原子吸收分光光度计构成：
严重
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2.原子吸收分光光度法
火焰原子吸收法测定原理
◦ 将含待测元素的溶液通过原子化系统喷成细雾， 随载气进入火焰，并在火焰中解离成基态原子。 当空心阴极灯辐射出待测元素的特征波长光通过 火焰时，因被火焰中待测元素的基态原子吸收而 减弱。在一定实验条件下，特征波长光强的变化 与火焰中待测元素基态原子的浓度有定量关系， 从而与试样中待测元素的浓度（C）有定量关系
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色谱柱分离条件的选择
载气应根据所用检测器类型，对柱效能的影响等 因素选择。如对热导检测器，应选氢气或氩气； 对氢火焰离子化检测器，一般选氮气。载气流速 小，宜选用分子量较大和扩散系数小的载气，如 氮气和氩气，反之，应选用分子量小，扩散系数 大的载气，如氢气，以提高柱效。载气最佳流速 需要通过实验确定。
固定离子 可交换离子 待测离子
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离子交换色谱法
应用
◦ 用IC法测定水样中F-、Cl-、NO2-、 PO43-、Br-、NO3-、SO42-等阴离子时， 分离柱选用 R-N+HCO3-型阴离子交换 树脂，抑制柱选用 RSO3H 型阳离子 交换树脂，以0.0024mol/L 碳酸钠与 0.0031mol/L 碳氢钠混合溶液为淋洗 液。
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离子色谱仪
组件：洗提液贮罐、输液泵、进样阀、分离柱、抑制柱、电导测量装置 和数据处理器、记录仪等
分离柱
◦ 填充低容量离子交换树脂 ◦ 由于液体流过时阻力大，故需使用高压输液泵；
抑制柱
◦ 填充另一类型高容量离子交换树脂 ◦ 作用：削减洗提液造成的本底电导；提高被测组分的电导
检测器
◦ 电导型检测器、紫外-可见光度型、荧光型和安培型等检测器，用非电导型检 测器一般不需使用抑制柱。
◦ 红外光区（780nm~300μm）——红外光谱法——多用于有 机物的定量和结构分析
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1.分光光度法
定性分析的基础
◦ 物质不同，其分子结构（如价电子结构、键型、官能团等）不 同，当不同波长的光照射时，产生选择性吸收，并形成独具不 同最大吸收波长的吸收光谱。
◦ 分子吸收光谱上的吸收峰值波长、吸收峰数目及形状与物质的 分子结构紧密相关
特种树脂 萃淋树脂
纤维素交换剂
负载螯合剂树脂
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3.离子交换法
阳离子交换树脂分类（依据：所含活性基团酸性强弱）
◦ 强酸型阳离子交换树脂（水样预处理中常用） ◦ 弱酸型阳离子交换树脂
阴离子交换树脂分类（依据：所含活性基团碱性强弱）
◦ 强碱性阴离子交换树脂（水样预处理中常用） ◦ 弱碱性阴离子交换树脂
A kbc lg 1 lg I0
T
It
k 比例常数，与吸光物质的性质、入射光波长
及温度等因素有关；
b 液层厚度；
T 透光度；
I0 入射光强； It 透过光强；
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1.分光光度法
定量分析方法
◦ （1）标准曲线法 ◦ （2）标准加入法
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定量分析方法
（1）标准曲线法
◦ 配制含不同浓度待测元素的系列标准溶 液，分别测其吸收值，以扣除空白值后 的吸收值与浓度绘制工作曲线。在同样 操作条件下测定试样的吸收值，从标准 曲线查得试样溶液的浓度。