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1、环境仪器分析环境仪器分析1环境仪器分析环境仪器分析l环境仪器分析-绪论l元素含量及形态分析技术 原子吸收、电感耦合等离子体发射光谱法（原子荧光）l荧光光度分析l红外吸收光谱分析技术l气相色谱l液相色谱l离子色谱l环境样品有机污染物分析的前处理技术2课程主要参考书课程主要参考书1.陈玲等，现代环境分析技术，科学出版社，2008.12.张宝贵，韩长秀，毕成良。现代环境分析，化学工业出版社，2008.63.钱沙华，环境仪器分析，中国环境科学出版社，20044.江桂斌等，环境样品前处理技术，化学工业出版社，20043环境分析及其意义环境分析及其意义l环境问题的出现 随着农业革命、工业革命的兴起，尤其伴
2、随着机械化程度的提高，生产力的提高，使人们的物质和文化生活日益丰富，但相应的对环境造成的影响也上升到环境污染的程度。 石油工业的崛起、工业过分集中、城市人口过度密集，使环境污染由局部逐渐扩大到区域，由单一的大气污染扩散到大气、水域、土壤和食品等多方面。发生了不少震惊世界的污染事件。如举世闻名的八大公害事件。4八大公害事件八大公害事件l19301930年年1212月比利时马斯（月比利时马斯（MeuseMeuse）河谷烟雾事件。）河谷烟雾事件。l19311931年至年至19731973年年3 3月日本富山县痛痛病事件。月日本富山县痛痛病事件。l19431943年年5 5月到月到1010月美国洛杉矶
3、光化学烟雾事件。月美国洛杉矶光化学烟雾事件。 l19481948年年1010月美国多诺拉烟雾事件。月美国多诺拉烟雾事件。l19521952年年1212月英国伦敦烟雾事件。月英国伦敦烟雾事件。l19531953年日本九州南部熊本水俣镇水俣事件。年日本九州南部熊本水俣镇水俣事件。 l19611961年以来日本四日市哮喘事件。年以来日本四日市哮喘事件。l19681968年日本九州、爱知县等年日本九州、爱知县等2323个府县米糠油事件。个府县米糠油事件。20世纪五六十年代，在工业发达的国家，世纪五六十年代，在工业发达的国家，“公害事件公害事件”层出不穷，层出不穷，导致成千上万人患病，甚至有不少人丧生。
4、其中，最引人注目的就导致成千上万人患病，甚至有不少人丧生。其中，最引人注目的就是是“世界八大公害事件世界八大公害事件”。5 678近现代环境问题 20世世纪纪70年年代代以以来来，发发达达国国家家的的大大气气污污染染和和水水体体污污染染事事件件还还没没有有得得到到有有效效解解决决，不不少少发发展展中中国国家家的的经经济济也也跟跟了了上上来来，而而且且重重复复了了发发达达国国家家发发展展经经济济的的老老路路，使使近近20年年的的时时间间中中，全全球球平平均均每每年年发发生生200多多起起较较严严重重的的环环境境污污染染事事件件。其其中中，就就有有最最严严重重的的“六六大大公害事件公害事件”。l1
5、976年年7月月“塞维索化学污染事件塞维索化学污染事件”l1979年年3月月 “三哩岛核电站泄漏事件三哩岛核电站泄漏事件”l1984年年11月月“墨西哥液化气爆炸事件墨西哥液化气爆炸事件”l1984年年12月月“博帕尔农药泄漏事件博帕尔农药泄漏事件”l1986年年4月月“切尔诺贝利核电站泄漏事件切尔诺贝利核电站泄漏事件”l1986年年11月月 “莱茵河污染事件莱茵河污染事件”9l20世纪80-90年代，又发生了一些突发性的严重公害事件，原油泄漏、石油公司爆炸、有毒化学物质的排放及泄露等等。l当前人们面临的环境挑战：全球性的环境问题，如臭氧层破坏、温室效应、酸雨蔓延、海洋污染、有害物质越境转移、
6、物种减少等10环境分析及其意义环境分析及其意义u环境问题的实质 1.过度索取：人类经济活动索取资源的速度超过了资源本身及其替代品的再生速度。 2.过度排放废弃物：人类向环境排放废弃物的数量超过了环境的自净能力。 11l环境的问题直接或间接与化学物质有关 哪些污染物质、有毒物质？ 其来源 进入环境后发生什么变化 对环境和人类带来的危害l可靠的环境分析方法能为上述系列问题的正确解答提高依据，也能为环境标准的制定和科学研究、环境管理提高可靠的理论基础和技术支持。 12环境分析学环境分析学环境分析技术环境分析技术l环境分析学是研究环境污染物质的组成、结构、状态以及含量的分析化学的一个分支，而环境分析技
7、术则是开展环境科学研究不可缺少的定性分析和定量分析的基础。l环境分析学在环境污染物的发现及其环境行为的跟踪研究中肩负着“侦察兵”和“哨兵”的关键作用13l若某区域环境受到化学物质污染 首先要鉴别污染物-定性分析 要了解污染程度，测定污染物含量-定量分析l污染物进入环境后发生了迁移、转化，为掌握其迁移、转化机制，要进行污染物的跟踪、追踪的定性及定量分析1420世纪世纪50年代日本公害病年代日本公害病-骨痛病骨痛病为查找原因，耗时11年环境分析工作者用光谱法检测出患病区的河水中铅、镉、砷等有害元素；继而采用元素追踪的手段，分析患病区域的土壤和粮食，发现铅、镉含量偏高；之后对患者尸骨进行光谱定量分析
8、，发现骨灰中锌、铅、镉含量高的惊人。为了确定致病因子，将锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物，借助动物实验进行元素追踪分析，配合病理解剖，证实了镉对骨质的严重危害，解开了骨痛病的病因。15l20022004年度获得诺贝尔化学奖、医学奖的科学家大都是因为率先建立了测得生物大分子的新方法。l目前，化学和物理学等诺贝尔奖的得主，约有1/41/3是提出了创新测试方法的科学家。l因此，在一定意义上讲，分析方法与技术在人类科学技术和社会发展中具有重要的意义，而环境科学的发展也依赖于环境分析理论与技术的发展。16环境分析的研究对象及其特点环境分析的研究对象及其特点l环境分析的研究对象是：环境中的污染物质。l研究内
9、容是：环境中污染物质的种类、组成、结构、存在状态以及含量的分析。l其研究对象具有以下特点： 涉及范围广 对象复杂：种类繁多、组分复杂 样品的不稳定性、变异性 含量低：环境本底值-痕量和超痕量 污染物产生毒效应的浓度范围低17l基于以上原因，环境分析理论与技术是研究如何运用现代仪器分析技术的科学理论和先进样品预处理技术来鉴别和测定环境介质中化学物质的种类。18环境仪器分析的基本要求、基本任务及发环境仪器分析的基本要求、基本任务及发展趋势展趋势l基本要求 研究对象繁多复杂且含量低，就要求环境样品预处理方法和分析方法和监测仪器具有良好的选择性、高灵敏度、高准确度等性能，并达到标准化、自动化和计算机化
10、的目标。19l基本任务 研究新方法 研究发展适用于环境污染分析的新型仪器 通过对环境中有害物质的组成、种类、成 分、含量及形态及其分布进行有效识别和分离测定，为分析方法的标准化和研制环境标准物质奠定理论基础。 20l发展趋势 分析方法的标准化-保证分析数据的可靠性和准确性 分析技术连续自动化 信息化 多种方法和仪器的联合使用 新型分析仪器的研发 痕量和超痕量分析方法的研究 新技术、新方法研究21元素含量及形态分析技术元素含量及形态分析技术元素分析概述元素分析概述l元素分析的目的和意义 目的：确定元素的种类、总量和形态 只有对污染物质的元素组成有正确的认知，才可能有效防止环境的进一步恶化。 环境
11、中存在的元素： 人体必需的常量和微量元素：钙、铁、铜、锰、锌等 对人体健康有害的：汞、镉、铅、六价铬等。22元素特别是金属元素及其化合物的毒性大小与其元元素特别是金属元素及其化合物的毒性大小与其元素种类、理化性质、浓度及存在的价态都有关系。素种类、理化性质、浓度及存在的价态都有关系。 如六价铬的毒性最大，三价次之，二价毒性最小，六价铬的毒性比三价铬几乎大100倍。已证实明 Cr对生物具有益，是人体必需的微量元素；它为糖和胆固醇代谢所必需，是胰岛素参与糖代谢过程的重要元素 。它参与甘氨酸、丝氨酸和蛋氨酸等对蛋白质的合成。从而促进人和动物的生长发育。若在营养成分中缺少铬,会引起动脉粥样硬化、心脏病
12、和糖尿病。随着体内铬的减少，衰老也逐渐发生，因此体内铬若能维持到一定水平，就会使你青春常在。 六价铬急性中毒可引起皮肤铬溃疡,鼻中膈穿孔,过敏性接触皮肤炎,胃肠出血性胃肠炎,急性肾衰竭,72小时后会发生肺水肿。长期六价铬暴露接触会慢性中毒引发癌症，特别是肺癌。美国、英国、德国和日本均有报道，铬厂工人易患肺癌、鼻癌、咽癌、鼻窦癌等。23有些人体必需的微量元素，其适宜范围也有些人体必需的微量元素，其适宜范围也是很窄的是很窄的l 如硒，硒是动物和人体中一些抗氧化酶（谷胱甘肽过氧化物酶）和硒-P蛋白的重要组成部分，在体内起着平衡氧化还原氛围的作用。2003年美国食品药品管理局（FDA）明示：硒能降低患
13、癌风险和硒可在人体内产生抗癌变作用。在我国硒有防癌抗癌作用已被写入化学教课书（九年级下册96页）以及高等院校医药教材（微量元素与健康262页），硒能抑制癌细胞生长及其DNARNA和蛋白质合成，抑制癌基因的转录，干扰致癌物质的代谢 l抗氧化作用 、增强免疫力 、防止白内障 、防止克山病、大骨节病、关节炎 、防治肝病、保护肝脏 。24l硒缺乏症 1.缺乏硒会导致未老先衰。 2.严重缺乏硒会引发心肌病及心肌衰竭。 3.发生克山病，大骨节病。 4.精神萎靡不振，易患感冒。l过量表现 指甲变厚、毛发脱落，肢端麻木，偏瘫。服用过量的硒会引起硒中毒，出现脱发，指（趾）甲脱落，皮肤苍白，严重时可导致神经系统受
14、损及牙齿损伤，还可出现消化道症状如恶心、呕吐等，同时伴有乏力、疲劳、易怒以及神经炎症状，也会出现心肌病、心肌炎的症状。 25 元素分析在环境样品分析中所起的重要作用 通过对元素种类、总量和形态的认知，帮助评价或预测样品的环境效应、生态效应。26l环境领域中元素分析的内容 元素分析作是环境样品分析的重要组成部分 按分析元素的种类分：金属元素分析 非金属元素分析 据分析目的分：总量分析、种类分析和形态分析 据样品来源、性质不同分为：常量、微量、痕量分析 据元素的理化性质差异进行元素含量分布，通常进行可溶含量、可浸出含量、吸附含量、沉积物元素含量等分析不同分析内容和要求需要不同的预处理方法和分析手段
15、27常用的元素分析技术及比较常用的元素分析技术及比较l从现代仪器的角度分析，常用的元素分析方法包括原子光谱法、色谱法、质谱法、电化学分析法等l金属元素的定量分析主要采用原子光谱法。l原子光谱法指原子在基态和激发态之间迁移时引起的能量变化从而导致的光谱变化。 原子吸收光谱: atomic absorption spectrometry：AAS 原子发射光谱: atomic emission spectrometry：AES 原子荧光光谱: atomic fluorescence spectrometry：AFS 根据原子光谱的特征谱线及其强度的变化可以对元素的含量进行分析。28三种原子光谱分析法的比较三种原子光谱分析法的比较l从适宜测量的元素范围看，AAS和AES适宜分析的元素范围广l从分析的灵敏度看 分析线波长400nm 的元素，AES的检测限最低 分析线波长300nm400nm的元素，三种方法基本接近l从分析特性来看，AAS和AFS测定的精密度高于AES,且测定过程中基本不存在光谱的干扰29l从标准曲线的动态范围看 AAS通常小于2个数量级 ICP-AES和AFS的曲线范围可达45个数量级l 从分析仪器的操作应用看 AAS和AFS的仪器设备相对简单，已于操作，运行成本较低。30
