有关分析仪器在生命科学与环境科学中的应用.doc

有关分析仪器在生命科学与环境科学中的应用 一、 分析仪器在生命科学中的应用 生命科学是以生物的生命过程为研究对象，也是生物、化学、物理、数学等学科之间相互渗透形成的交叉学科。以基础科学来讲，未来发展最迅速，影响最大的可能是生命科学。事实上世界科学技术发达国家都已将生命科学列为优先发展领域。21世纪是生命科学世纪，生命科学的领域主要包括生态平衡、生物化学、医疗诊断、健康保健、医药制造、毒品检验、食品营养等。分析仪器发挥了重要作用。 提到今天的生命科学，就不能不提到本领域内头号工程即人类基因研究计划。自1990年正式起动以来，经过全球科学家的共同努力，目前已完成全部人类基因组序列测定工作，这得益探索大分子核酸、蛋白质、结构与功能的各种仪器手段。如利用基因碱基互补配对制造出来的聚合酶链扩增仪（PCR）。毛细管凝胶电泳仪由于其快速、准确、定量的测定蛋白质、核酸、以及DNA的特点，较传统板凝胶电泳的速度快25倍，大大促进了这一宏伟计划的实现。近年来，一系列质谱软电离技术得到新的发展，使质谱技术发生了突破性的革新，而且使质谱技术在生命科学中的应用得到了前所未有的扩展。毛细管电泳质谱联用（CEMS）仪，已被成功应用于多肽和蛋白质的鉴定中，傅立叶转换离子回旋共振质谱仪(FTI-CR-MS) 己使得在阿托摩文1018m0.1L-1水平上进行蛋白质鉴定成为可能，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS) ，可检测单核苷酸多肽及寡核苷酸的序列分析，液相色谱、电喷雾质谱仪(LC-ESI-MS) 分析糖蛋白，解决了糖生物分子的研究由于基糖链的复杂性及糖蛋白结构分析带来的困难。傅里叶红外光谱仪（FTIR）可进行蛋白质二级结构的定量分析与蛋白构象变化研究，可跟踪DNA右手螺旋和左手螺旋之间的结构转变，进行核酸的分析。核磁共振仪（NMR），如高场和多维NMR使生命科学研究达到一个新水平，不仅可研究残基不多的糖类和核酸，研究肽和蛋白的相互作用和键合，多维NMR可研究残基多于150个的蛋白的结构，也可研究蛋白的氨基酸序列。用来检测各种体液、血尿、羊水、脑脊髓等，对研究药物代谢和毒物效果极为有用。原子吸收光谱仪（AAS）和电感耦合等离子质谱（ICPMS）在人体内微量元素的测定中很有意义。许多元素，特别是微量元素，是生物生命，发育所必需的养分，但一些元素，特别是重金属元素，如吸收过量则成为毒素。扫描X射线显微技术（SXM）分辩率可达10-100nm，可在不染色、不脱水的状态观测生物活体样品。其它的分析仪器如：气相色谱、液相色谱仪、荧光光度计、拉曼光谱仪等在研究生物大分子的结构及其变化，蛋白质二级结构，DNA和致癌物分子间的作用有许多成功的示例。 近年来专用的生命科学分析仪器，如动态心电图仪、超声诊断仪器、磁共振成像仪、血气分析仪、生化分析仪、血细胞分析仪、免疫分析仪都已在临床诊断中实际运用。二、 分析仪器在环境科学中的应用 人类在利用环境，开发环境和改造环境，发展经济的同时，打破了环境原有的平衡。由于人类对自然资源过渡的开采，对土地破坏性的使用；由于产业结构、工业发展布局的不合理及生产过程中任意向自然界排放有毒有害物质；由于人口的过度膨胀，生活废弃物骤增，这一切都使得环境发生恶化。为了对环境质量和生态环境进行实时准确的监测，现代环境监测分析仪器发挥了巨大作用。 分析仪器按环境分析的对象可分为水体污染分析、大气污染分析、土壤污染分析、生物污染分析。包括的分析仪器有：光学分析、电化学分析、放射性分析、热学分析、色谱分析，它用于有机分析和无机分析，既可定性也可定量，既可做污染环境分析，也可通过流动采样进行实验室分析以及污染源头进行遥测监控。 环境分析实验室常用的分析仪器有：光学仪器、如紫外可见分光光度计、荧光光度计、原子吸收光度计、等离子体光谱仪、X射线荧光光谱仪和红外光谱仪；电化学类仪器：如PH计、电导仪、库仑计、电位滴定仪、离子活度计和各种极谱仪；色谱类仪器，如离子色谱仪、气相色谱质谱联机和液相色谱质谱联机等。主要于分析环境中色质、SO42-、电导率、浓度、总有机碳、无机物、金属、有机物、农药等分析。 由于微电子、微型传感器、计算机、新材料以及各种高技术的应用，环境分析仪器正在向小型化、微型化和多参数化方向发展。目前已推出便携式的气相色谱仪，近红外光谱仪，X射线分析仪和多参数水质分析仪（用于测定水质酸碱度、溶氧、浊度、温度以及其它参数）。便携式分光光度计用于现场监测、测试氰化物、氨氮、酚类、胺类、砷、汞及钡等项目。小型有毒有害气体监测仪，用于现场有毒有害的CO、Cl2、H2S、SO2及可燃气体。三、 如何发挥分析仪器的作用 在科学技术飞速发展的今天，没有多领域、跨学科知识和理论的支持与协作，没有高精尖的仪器设备的辅助，是难以得到有突破性、有领先水平的科研成绩。大型分析仪器设备还起着一定的引导作用，带动科研发展的步伐。在我国目前的基础研究或应用基础研究领域，科研人员所选择的研究方向往往取决于现有或将要配置的仪器设备。也就是说，配备哪个方面的设备，则造就出相应的科研环境，从而衍生出相应的科学研究方向。 我省在生命科学、环境科学方向分析仪器主要集中在高等院校和科研院所站。还处在一个低水平，高精尖分析仪器少，一般分析仪器设备重复投入，能熟练掌握和运用分析仪器的专业人才稀缺。与国内外分析仪器行业及学术团体的合作交流不够。为此应采取多种措施，进行体制改革、优化组合、资源共享调动一切有利因素，希望在较短的时间内赶上或超过国内先进水平。1、 加强管理、充分利用。在国家还不是很富裕的今天，高精尖仪器设备引进后如何得到有效的使用以及使用的结果如何是一个十分重要的问题。科学工作者、设备管理人员对仪器的掌握熟悉程度，是否能达到预期目的，是否能使本单位科研水平上一个台阶，与该单位有多少科学工作者使用它以及对设备的管理措施。共用性等密切相关。应对大型分析仪器设备采取共用原理进行管理。打破部门所有的限制，以充分发挥分析仪器的使用率。2、 各高等院校、科研机构的数量以及整体的科研水平 也存在发展不平衡情况，相互间有较大差距。在飞行仪器设备的配备上，应本着基础设备与高精设备并存原则。在满足高层次研究需要的同时，需兼顾到科研水平的整体提高，适当倾斜对薄弱环节的投资，以达到提高整体研究水平的目的。3、 合理配置，在有限的经济财力的支持下，高等院校及科研单位的分析仪器设备应争取小型分散，大型集中的配备原则，即普及型、基础的分析仪器设备可多数单位拥有。 无机物仪器分析相关研究及在环境监测中的应用 当今国内环境监测中的化学分析是以无机物分析为主，环境监测中无机物的阳离子分析主要有化学分析法、原子吸收光谱法、发射光谱法、发射光谱-质谱四种，阴离子分析主要化学分析法、离子色谱两种。 原子吸收光谱法始创于1955年，近来得到迅速的发展。原子吸收光谱法被列为测定水质金属元素的标准分析方法。针对水质分析中重金属元素的检出限低，特别铅的灵敏度较低的现象，我提出以氯化铵为增敏剂提高铅的灵敏度，降低检出限。等离子发射光谱(ICP-AES)具有低干扰和时间分布的高稳定性以及较宽的线性分析范围，因此可以进行同时顺序多元素测定。国际标准化组织将这种分析方法列为水质分析方法的国际标准。等离子发射光谱质谱(ICP-MS)是二十世纪八十年代起用于实际样品分析的高灵敏度方法。我针对国外普遍实行的添加EDTA作饮用水砷、硒、锑三元素分析的掩蔽剂的做法，运用ICP-AES和ICP-MS对比实验，得出结论可直接运用ICP-MS进行水质分析。环境监测工作中已经把离子色谱作为阴离子分析的常用方法。离子平衡是当今化学分析质量控制的主要手段，国外普遍将离子平衡作为水质分析的最重要的质控手段，我们通过将离子平衡系数计算功能加入到数据库系统，实现离子平衡的快速计算以及局域网内的快速审核，对于环境监测数据的质量保证来说是上了一个新的台阶。 不确定分析工作是仪器分析工作中减小误差的重要工作。我将不确定度分析运用于以上几种仪器分析中，已经在实际工作中发挥了减少误差，提高分析结果准确性的作用，这同时也是国家实验室认可工作中的重要工作。 环境监测数据库是环境监测实验室的核心，是实现数据审核和统计查阅的不可缺少的手段。我们自行开发的数据库是目前国内第一套专用于环境监测的网络数据库，借此能实现我站的数据审核和统计查阅快速和准确，这样一套环境数据库对于现代环境监测实验室是必不可少的。 环境分析化学 环境分析化学就是研究环境中污染物的种类、成分，以及如何对环境中化学污染物进行定性分析和定量分析的一个学科。 环境分析化学相关书籍例如，某一区域环境受到化学物质污染，首先要查明危害是由何种化学污染物引起的。为此就须要鉴别污染物，也就是进行定性分析；其次，为了说明污染的程度，还须要测定污染物的含量，即进行定量分析。 环境分析化学研究的领域非常宽广，对象也相当复杂。它包括大气、水体、土壤、底泥、矿物、废渣，以及植物、动物、食品、人体组织等。环境分析化学所测定的污染元素或化合物的含量很低，特别是在环境、野生动、植物和人体组织中的含量极微，其绝对含量往往在百万分之一克水平以下。 环境分析化学因为研究对象广，污染物含量低，所以分析手段必须灵敏而准确，选择性好，速度快，自动化程度高。环境分析化学已由元素和组分的定性定量分析，发展到对复杂对象的组分进行价态、状态和结构分析，系统分析，微区和薄层分析。环境分析化学为了解决面临的任务，动用了现代分析化学的几乎所有的测试技术和手段。 环境分析化学已渗透到整个环境科学的各个领域，起着侦察兵的作用。例如二十世纪50年代日本发生的曾惊动了全世界的公害病痛痛病和水俣病，就是通过环境分析找到因由的。 为了寻找痛痛病的病因，前后经历了11年之久。后来环境分析化学的科学学家运用光谱分析，检查出病区的河水中含有铅、镉、砷等有害元素。继而用元素追踪的手段，分析病区的土壤和粮食，发现铅、镉等含量偏高，以后又进一步对痛痛病患者的尸骨进行光谱定量分析。骨灰中的锌、铅、镉含量高得惊人。为了确定致病因子，又以锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物，在动物身上进行元素追踪分析，配合病理解剖，最终证实了镉对骨质的严重危害性，揭开了痛痛病的病因之谜。 与此类似，日本渔民的水俣病是汞污染引起的这一事实，也是通过对元素的追踪分析确定的。如今，已知癌症发病率同环境污染有关，但其病因有待环境分析工作者与其他科学工作者密切协作，共同解决。 环境分析化学的发展，不但要应用现代分析化学中的各项新成就，而且要引进近代化学、物理、数学、电子学、生物学和其他技术科学的最新成就，来共同解决环境污染分析问题。这其中主要是研究发展适用于环境污染分析的新型仪器，特别是自动化仪器；研究新型的分析方法，特别是发展准确、可靠、灵敏、选择性强、快速、简便的环境污染分析技术和新型污染物的分析测试方法；研究制订环境污染的标准分析方法，特别是分析方法的标准化和研制环境标准物质。 环境分析化学未来的发展将在分析方法标准化、分析技术自动化、计算机在分析中的应用、多种方法和仪器的联合使用、激光技术在分析中的应用以及痕量和超痕量分析等方面进一步的发展。 分析方法标准化是环境分析的基础和中心环节。环境质量评价和环境保护规划的制定和执行，都要以环境分析数据作为依据，因而须要研究制订一整套的标准分析方法，以保证分析数据的可靠性和准确性。 环境分析化学逐渐由经典的化学分析过渡到仪器分析，由手工操作过渡到连续自动化的操作。70年代以来，已出现每小时可连续测定数十个试样的自动分析仪器，并已正式定为标准分析方法。目前经常使用的有比色分析、离子选择性电极、x射线荧光光谱、原子吸收光谱、极谱、气相色谱、液相色谱、流动注射分析等自动分析方法及相应的仪器。特别是流动注射分析法，分析速度可达每小时200多个试样，试剂和试样的消耗量少，仪器的结构简单，比较容易普及，是近年来发展较快的方法之一。 在环境分析化学中应用电子计算机，极大地提高了分析能力和研究水平。在现代化的分析实验室中，很多分析仪器已采用电子计算机控制操作程序、处理数据和显示分析结果，并对各种图形进行解释。应用电子计算机，可实现分析仪器自动化和样品的连续测定。 环境分析化学相关书籍如配备有电子计算机的-能谱仪可同时测定几百个样品中多种元素；利用傅里叶变换在计算机上进行计算，既可提高分析的灵敏度和准确度，又可使核磁共振仪能测得碳13讯号，使有机骨架结构的测定有了可能，为从分子水平研究环境污染物引起的生态学和生理机制的有关问题开拓了前景。 多种方法和仪器的联合使用可以有效地发挥各种技术的特长，解决一些复杂的难题，再配用电子计算机，更可大大提高分析效果，并能及时给出分析结果。例如，色谱-质谱-计算机联用，能快速测定各种挥发性有机物。这种方法已应用于废水的分析，可检测200种以上的污染物。 利用激光作为分析化学的光源已发展了吸收光谱、拉曼光谱、原子和分子荧光光谱、激光光声光谱、高分辨率光谱以及其他激光光谱技术和分析方法。激光分析的特点是高分辨率、高灵敏度、长距离、短时间。随着激光基础理论研究的进一步发展，激光技术必将进一步改变环境分析化学的面貌。 随着环境科学研究向纵深发展，常须检测含量低达百万分之一克(痕量级)和十亿分之一克(超痕量级)的污染物，以及研究制订出一套能适用于测定存在于大气、水体、土壤、生物体和食品中的痕量和超痕量的污染物的分析方法。加强对新的灵敏度高、选择性好而又快速的痕量和超痕量分析方法的研究，将成为今后环境分析化学的主要发展方向之一。 研究对象环境分析化学研究的领域非常宽广，对象相当复杂，包括大气、水体、土壤、底泥、矿物、废渣，以及植物、动物、食品、人体组织等。环境分析化学所测定的污染元素或化合物的含量很低，特别是在环境、野生动、植物和人体组织中的含量极微，其绝对含量往往在10-610-12克水平。 环境分析化学因为研究对象广，污染物含量低，所以分析手段必须灵敏而准确，选择性好，速度快，自动化程度高。环境分析化学已由元素和组分的定性定量分析，发展到对复杂对象的组分进行价态、状态和结构分析，系统分析，微区和薄层分析。环境分析化学为了解决面临的任务，动用了现代分析化学的几乎所有的测试技术和手段。基本任务环境分析化学已渗透到整个环境科学的各个领域，起着侦察兵的作用。 环境分析化学相关书籍例如20世纪50年代日本发生的公害病痛痛病和水俣病，曾惊动了全世界。为了寻找痛痛病的病因，经历了11年之久。后来环境分析化学工作者用光谱检查出病区的河水中含有铅、镉、砷等有害元素，继而用元素追踪的手段，分析病区的土壤和粮食，发现铅、镉等含量偏高，以后又进一步对痛痛病患者的尸骨进行光谱定量分析。骨灰中的锌、铅、镉含量高得惊人。为了确定致病因子，又以锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物，在动物身上进行元素追踪分析，配合病理解剖，证实了镉对骨质的严重危害性，揭开了痛痛病的病因之谜。与此类似，日本渔民的水俣病是汞污染引起的这一事实，也是通过对元素的追踪分析确定的。如今，已知癌症发病率同环境污染有关，但其病因有待环境分析工作者与其他科学工作者密切协作，共同解决。 环境分析化学的发展，不但要应用现代分析化学中的各项新成就（新理论、新方法、新技术），而且要引进近代化学、物理、数学、电子学、生物学和其他技术科学的最新成就来解决环境污染分析问题。主要是研究发展适用于环境污染分析的新型仪器，特别是自动化仪器；研究新型的分析方法，特别是发展准确、可靠、灵敏、选择性强、快速、简便的环境污染分析技术和新型污染物的分析测试方法；研究制订环境污染的标准分析方法，特别是分析方法的标准化和研制环境标准物质。 分析方法测定环境污染物的性质、来源、含量和分布状态以及环境背景值的方法。环境分析方法是在应用现代分析化学各个领域的测试技术和手段的基础上发展起来的，要求灵敏、准确、精密，并且具有简便、快速和连续自动等特点。 环境分析方法很多，每种方法都有一定的适用范围和对象。常用的环境分析方法可分为化学分析法、光谱分析法、色谱分析法、电化学分析法四类，每类又可根据所采用的分析原理和仪器分为若干种。 化学分析法分为重量分析法、容量分析法；光谱分析法分为比色分析法、紫外分光光度法、红外分光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、 X射线荧光分析法、荧光分析法；色谱分析法分为气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法、离子色谱法、色谱质谱联用技术；电化学分析法分为极谱分析法、电导分析法、电位分析法、库仑分析法。 发展趋势环境分析化学发展的趋势是： 分析方法标准化这是环境分析的基础和中心环节。环境质量评价和环境保护规划的制定和执行，都要以环境分析数据作为依据，因而须要研究制订一整套的标准分析方法，以保证分析数据的可靠性和准确性。 分析技术连续自动化环境分析化学逐渐由经典的化学分析过渡到仪器分析，由手工操作过渡到连续自动化的操作。70年代以来，已出现每小时可连续测定数十个试样的自动分析仪器，并已正式定为标准分析方法。目前已采用的有：比色分析、离子选择性电极、X射线荧光光谱、原子吸收光谱、极谱、气相色谱、液相色谱、流动注射分析等自动分析方法及相应的仪器。特别是流动注射分析法，分析速度可达每小时200多个试样，试剂和试样的消耗量少，仪器的结构简单，比较容易普及，是发展较快的方法之一。 电子计算机的应用在环境分析化学中应用电子计算机，极大地提高了分析能力和研究水平。在现代化的分析实验室中，很多分析仪器已采用电子计算机控制操作程序、处理数据和显示分析结果，并对各种图形进行解释。应用电子计算机，可实现分析仪器自动化和样品的连续测定。如配备有电子计算机的能谱仪可同时测定几百个样品中多种元素，利用傅里叶变换在计算机上进行计算，既可提高分析的灵敏度和准确度，又可使核磁共振仪能测得13C讯号，使有机骨架结构的测定有了可能，为从分子水平研究环境污染物引起的生态学和生理机制的有关问题开拓了前景。 多种方法和仪器的联合使用这可以有效地发挥各种技术的特长，解决一些复杂的难题，再配用电子计算机，更可大大提高分析效果，并能及时给出分析结果。例如，色谱-质谱-计算机联用，能快速测定各种挥发性有机物。这种方法已应用于废水的分析，可检测200种以上的污染物。在环境污染分析中还常采用火花源质谱-电子计算机联用、气相色谱-微波等离子体发射光谱联用、色谱红外光谱联用、色谱原子吸收光谱联用、发射光谱和等离子体源联用，以及质谱-离子显微镜组合而成的直接成象离子分析仪。 激光技术的应用利用激光作为分析化学的光源已发展了吸收光谱、拉曼光谱、原子和分子荧光光谱、激光光声光谱、高分辨率光谱以及其他激光光谱技术和分析方法。激光分析的特点是高分辨率、高灵敏度、长距离、短时间。随着激光基础理论研究的进一步发展，激光技术必将进一步改变环境分析化学的面貌。痕量和超痕量分析的研究环境科学研究向纵深发展，对环境分析提出的新要求之一就是常须检测含量低达10-610-9克（痕量级）和10-910-12克（超痕量级）的污染物，以及研究制订出一套能适用于测定存在于大气、水体、土壤、生物体和食品中的痕量和超痕量的污染物的分析方法。例如已测定太平洋中心上空空气中铅的含量为1ppb，南北极则低于0.5ppb。南极洲冰块中的DDT含量为0.04ppb；雨水中汞的平均含量为0.2ppb；人体中铀的平均含量为1ppb。这些成果是依靠痕量或超痕量分析技术取得的。加强对新的灵敏度高、选择性好而又快速的痕量和超痕量分析方法的研究，成为今后环境分析化学的发展方向之一。 环境分析样品前处理(sample pretreatment methodologies in environmental analysis) 由于环境样品具有被测物浓度低，组分复杂,干扰物质多，同种元素以多相形式存在,易受环境影响而变化等特点，通常都要经过复杂的前处理后才能进行分析测定。经典的前处理方法,如沉淀，络合,衍生，吸附,萃取，蒸馏,干燥，过滤,透析，离心,升华等，靠人工操作,重现性差，工作强度大,处理周期长，又要使用大量有机溶剂等.因此样品前处理预分离是环境分析中最薄弱的环节,而也是目前环境分析化学,乃至分析化学中一个重要的关键环节，前沿研究课题。它包括了各种前处理新方法与新技术的研究及这些技术与分析方法在线联用设备的研究两个方面. 新方法与新技术中较为成熟的有: 1,固相萃取法(solid-phase extraction,SPE) 其原理是根据样品中不同组分在固相填料上的作用力强弱不同，被测组分与其它组分分离。主要用于处理环境水样及可溶的固体环境样品,也可用于捕集气体中的痕量有机物及气溶胶.改变洗脱剂组成，填料的种类及其它参数以达到不同分离的目的。早期以柱状固相填料为主,近年来出现了厚度为1mm左右新型薄膜填料，它们截而积大,流量高，特别适合于野外现场处理样品. 2,超临界流体萃取法(supported liquid memberane,SLM) 该法利用超临界流体既有与液体相仿的高密度，具有较大的溶解能力,又有与气体相近的高扩散率，因此能有效地从固体内部将被测的溶质萃取出来。它特别适合于处理各种固体的环境样品.改变超临界流体的组成,温度，压力,可以有选择地把不同的组分从样品中先后连续萃取进行分离。既用于样品的前处理，也用于固体废弃物的治理.3,固相微萃取法(solid-phase microsextraction,SPME) 它用装在注射器针头内的熔融石英光导纤维作载体，表面用有机固定液作涂渍处理。当它浸在样品溶剂中时,被测物通过扩散吸附在它表面，然后转移至气相色谱仪的进样口进样,通过加热脱附，被测物随载气进入色谱校进行分离和测定.该法可用于处理各种气体和液体的环境样品,也可用于处理固体样品中的挥发性物质，通过改变固定液的类型与液层的厚度,可以改变方法的选择性，提高吸附量,易于自动化，可直接处理低于10-9级的水样,也便于和其它分析方法(例HPLC等)联用。表-1列出几种代表性的无，少溶剂样品前处理方法的比较. 表-1几种主要的无,少溶剂样品前处理方法 前处理方法 原理 分析方法 分析对象 萃取相 缺点 顶空法(静态顶空法，捕吹法) 利用待测物的挥发性 直接抽取样品顶空气体进行色谱分析；利用载气尽量吹出样品中待测物冷冻捕集或吸附集的方法收集被测物 挥发性有机物 气体 静态顶空法不能浓缩样品,定量需要校正，吹捕法易形成泡沫,仪器超裁 超临界流体萃取 利用超临界流体密度高，粘度小对压力变化敏感的特征 在超临界状态下萃取待测样品,通过减压，降温或吸附收集后分析 烃类及非极性化合物,以及部分中等极性化合物 CO2,氨，乙烷,乙烯，丙烯,水等 萃取装置昂贵，不适于分析水样 膜萃取 膜对待测物质的吸附作用 由高分子膜萃取样品中的待测物,然后再用气体或液体萃取出膜中的待测物 挥发，半挥发性物质,支载液膜萃取在不同pH值下能离子化的化合物 高分子膜，中空纤维 膜岁待测物浓度变化有滞后性,待测物受膜限制大 固相萃取 固相吸附剂对待测物的吸附作用 先用吸附剂吸附在用溶剂洗脱待测物 各种气体液体及可溶的固体 盘状膜，过滤片,固相萃取伎 回收率低，固体吸附剂容易被堵塞 固微相萃取 待测物在样品及萃取涂层之间的分配平衡 将萃取纤维暴露在用品或其顶空中萃取 挥发,半挥发性有机物 具有选择吸附性的涂层 萃取涂层易磨损，使用寿命有限 4,加速溶剂萃取法(简称ASE) 这是一种全新的萃取方法，它可以显著提高样品前处理的速度。溶剂被泵入盛有样品的萃取池后,加温加压，数分钟后,萃取物从加热的萃取他中输送到收集瓶中供分析中.萃取步骤全程自动化，并且可以多次萃取,快速省时，溶剂消耗量少。以分析土壤中有机氯农药为例,首先要用大量有机溶剂将其从基体中提取出来.新近颁布和即将出台的环保法规对实验室使用溶剂在许多方面作出了严格的限制。为适应这种变化，加速溶剂萃取作为减少溶剂消耗量的固体样品前处理技术应运而生.与传统方法相比较,加速溶剂萃取更方便，快速,溶剂用量少，其重现性与超声萃取相当。并且避免了使用超声萃取所带来的多次清洗的问题.各种色谱技术的进展1,毛细管气相色谱技术的不断发展和应用 高灵敏度，高选择性气相色谱检测器和GC,MS的发展奠定了USEPA 1979年底公布的114种水中优先检测有机污染物分析方法的基础，而毛细管气相色谱的应用大大提高了分离效率和分析速度,使方法简化，净化损失减少,近20年来，毛细管柱管材由金属改变为玻璃,再发展为熔融石英，解决了管壁对分析的干扰和操作技术的可靠性。毛细管柱固定相,高分子液晶固定相，高分子冠醚新固定相的研制,柱表面去活性处理(如辐射处理),尤其是化学键合交联固定相的研制成功，使大批重要污染物(包括众多异构体)有了可靠的测定方法.采用无分流进样和柱上进样技术解决了柱容量小和热不稳定试样的分解问题。近几年来发展的0.53mm,0.75mm内径的宽口径毛细管柱进一步解决了柱容量小的问题，使它们直接与气提设备相接,简化了挥发性化合物的分析步骤，而且更有利于与灵敏度稍差的检测器匹配。组合柱技术,化学衍生技术(包括柱前，柱后)等,不但可提高分辨能力或灵敏度，并在一定程度上解决了某些挥发性较差的化台物的监测.高灵敏,高选择性的检测器仍在不断发展，例如化学发光检测器,TEA,离子化检测器，酶抑制剂荧光监测器等,再加上多维色谱的应用，多监测器联用,特别是GC与MS及其它仪器的联用，使GC在环境分析,色谱分析中仍将继续占据优势。徐晓白等综述了色谱技术研究我国大气污染的现状，对环境中潜在致癌物质,如多环芳烃和硝基多环芳烃进行了研究和探讨.并对我国若干城市大气中痕量元素的温室效应和有害有毒颗粒物进行了研究。目前EPA已将毛细管气相色谱作为常规监测技术，GCTID(离子阱检测器)在提高灵敏度方面有特色.我国在这方面,无论是仪器的生产或毛细管柱的研制都有较好基础，今后可能在开辟色谱新技术,提高质量，降低价格以及系列处方固做出更多贡献。在1998年召开的第七次全国色谱学术报告会上发表了350多篇论文,其中1/6与环境样品有关，这也反应了我国色谱分析在环境分析化学中的重要作用.近年江桂斌研制的表面发射火焰光度检测方法(Quartz surface induced lurninescene-FPD)在国际上首次将由石英表面引发的发射(QSIL)原理用于定量分析,引起学术界的高度评价，并获国家发明专利。该研究工作提供了一种高灵敏度火焰光度检测器.和现有商品仪器相比,它有三个优点：(1)色谱柱直接插入燃烧头的顶端，避免了样品的扩散等造成的色谱峰展宽等现象。(2)改变了传统的氢火焰燃烧方式,使火焰的稳定性得到根本的提高.(3)通过改变火焰的发射介质，导致了发射机理的根本变化,获得了强度很大的发射光谱。与一般气相色谱火焰光度方法相比，灵敏度提高1001000倍.用该系统已很好地分离和测定了各种介质中不同形态的有机锡化合物,最低检测限在30fg2.3pg.另外，已证明这一原理可以推广到硫,磷化合物，有机硒,有机铅等化合物的定量分析。 1997年在美国召开的21世纪环境实验室 (environmental laboratory moving for the 21 century)研讨会后，对现场监测和可移动实验室的设计与研究,出现了一个新的发展方向.如便携式色谱仪已开始在现场环境分析中应用。1998年匹茨堡会议上，已出现了商品.我国也正在研制毛细管便携式色谱仪。在微型化过程中,常规色谱检测器的微型化技术是这一领域的制约因素. 色谱进样技术:发展很快，枝头进样(oncolumn),分流/无分流进样(split/splitless)吹捕法(purge and trap)进样等技术已成为实验室的常规方法。色谱校的发展也日新月异.法国研制的用一种平行的多毛细管往系(含有900根1m长，40m内径的毛细管,涂层厚度为0.2m)成功地分离和测定了多种有机锡化合物。分离时间由常规毛细管柱的510min缩短到30s.2,高效液相色谱的广泛应用 80年代以来，HPLC仪器的增长速度一直据首位,据估计1983年世界HPLC的销售额己超过GC.这是出于GC主要适用于测定较易挥发的污染物，但70%以上的化合物是低挥发性,大分子量或热不稳定的，不进行衍生化就不能直接用GC法测定,而HPLC法恰好弥补了这方面的不足，所以后者在环境分析中越来越多地得到应用。金祖亮曾统计Analytical Abstract引述文章的情况;1980年应用HPLC的文章数量仅为引用GC的文章数量的1/5,而到1989年则几近一半.HPLC的分辨率虽不如毛细管气相色谱(HRGC).但也有用它一次直接分析32种优先检测污染物的成功例子，缩小柱径和采用3m填料可提高分辨率。己制成的37cm商品柱的柱效可达5000一10000理论塔板/m,用它进行环境样品的常规分析，1min就能完成一次测定HPLC的柱后反应,检测灵敏度可达pg级，是目前迅速发展的领域.另外发展类似GC上用的更为通用型的检测器,例如HPLC-FID,HPLC-ECD,HPLCTID,HPLCNPD和HPLC-FPD等是另一倾向。 微孔柱的应用促进了LC-MS的发展，由于溶剂的减少,与MS接口的问题迎刃而解，已可进行常规检测.不过由于用微孔柱分析速度较慢,其它的接口例如热喷射(thermospray),电喷雾(electrospray),粒子束(particle beam)等接口技术配合更为理想。如用HPLC法分级预分离，在系统分析中能使被检出的污染物数目增加数倍.3,超临界流体色谱的发展 超临界流体在化学分离中的应用并与计算机技术的成功结合，制成了现代化的SFC仪,引起了分析界的兴趣。近年来商品毛细管SFC的问世在环境分析化学中得到较广泛的关注.由于该方法的特点是采用超临界的流体作为流动相，可填补GC与HPLC的空隙,适用于极性化合物，热不稳定,化学性质活泼，分子量高及挥发性化合物等复杂混合物的分离,测定，理论计算推断毛细管SFC分离效率与GC相近,而比HPLC高。因此SFC兼具GC与HPLC的优点. SFC常用的流动相为CO2,但现有更多的流体可供选用。还可能用不同流体及不同成分比的组合，因此分析方法可以有相当多样化选挥.还能起到选择萃取预分离的作用。这样既可节省溶剂,减少萃取时间，又可能减少预处理过程中引起的污染. 目前,公认SFC可贵的另一主要原因是因为它能和一系列检测系统联用。一般说来，GC与HPLC的检测器在SFC上均可应用,常用的有FID,FPD,ECD,UV和荧光等.新的检测器，如化学发光硫检测器,测定硫化合物的灵敏度可达数十至100pg,线性范围为103.SFC与MS及FT-IR的联用亦已获得成功。目前，与般EI,CI相似的质谱图可从SFC-FTIR获得，而且灵敏度尚佳. 已报道应用SFC的对象有农药,染料，有机酸,表面活性剂及药物等。其中以农药及其代谢物测定的报告较多. 4,离子色谱IC的应用 由于IC具有操作简便，快速,选择性好，灵敏度和推确度均较高,而且能进行多组分同时测定等优点，随着离子色谱的发展,已逐渐应用于环境分析。首先在阴离子分析方而，发展很快.近几年由于梯度淋洗,柱和检测器等的进一步发展，已能应用IC测定阳离子,过渡金属，金属络合物。区分不同价态,直至分析有机化合物等. 5,毛细管电泳 近年来，毛细管电泳在环境化学中的应用正在逐步扩大,包括污染物与DNA加合物的分析，正辛酵水分配系数的测定以及动物体内甲基汞的测定等,并且已发表了数篇综述，由于毛细管电泳的持点：样品需要量小,高分离效率，柱价格低,易清洗，试剂耗费量小,方法简单，分析时间短等,使其在分离环境污染物时拥有独特优势，可以作为一种与GC和HPLC相互补充的新的污染物分析手段。Yan等采用填充拄毛细管电色谱,在45min以内分离了16种EPA优先检测PAHs.采用CZE(毛细管区带电泳)模式可在24min内分离酚及其10种衍生物，改变分析条件可在5min内就能实现对12种酚类化合物的快速分离。也有关于分离二恶英T