现代环境监测技术概述(PPT 133页).ppt

现代环境监测技术，东华大学环境科学与工程学院，本课程的主要内容包括：第一章第二章原子吸收光谱法第三章原子荧光光谱法第四章荧光与磷光光谱法第五章化学发光监测技术第六章色谱分析法理论基础第七章气相色谱分析法第八章高效液相色谱分析法， 第一章概述了环境监测新技术的开发、环境监测技术的现状和对策环境监测的内容和类型、环境监测技术的意义和作用、1环境监测技术的意义和作用、1.1环境监测技术的意义环境监测技术是环境污染控制的目的、环境管理的“耳目”和“哨兵” 环境监测是环境管理服务要求遵循一定原则的1.2环境监测技术的作用，能及时全面反映环境质量和污染源的现状和发展趋势，为环境管理、规划和污染防治提供依据。 目前环境监测的基本任务，目前环境监测的基本任务：为实施加强环境管理的8个制度进行技术监督和技术支持。 加强污染源监测监测。 切实加强全国环境监测网络建设，完善环境监测技术体系。 加快建设以报告制度为核心的信息管理和传播系统。 加强检测队伍，提高检测技术水平。 进一步完善监测技术质量保证体系。 坚持科技领导，监测科研，全面提高监测工作质量。 环境监测是环境管理服务应遵循的原则及时性：解决即时性：一是建立高性能监测网络，搞好环境监测组织关系二是建立完善的数据报告制度，建立非常流畅的信息渠道，建立纵横秩序， 自由传达三是具有满足管理要求的数据加工处理能力四是有规范化监测成果的表现形式。 目的：着重监测环境因素和污染源的监测性。 准确性：一是数据准确，二是结论准确。 科学性：一是监测数据和资料的科学性，二是综合分析数据资料的方法的科学性，三是关于环境问题结论的科学性。 Back、2环境监测内容和类型2.1监测内容：以监测的介质(或环境要素)为对象，包括大气污染监测、水质污染监测、土壤、固体废弃物、生物、生态、噪音振动、放射性、电磁辐射监测等。 选择监测项目时，全面分析污染物的自然性、化学活性、毒性、扩散性、持续性、生物降解性、蓄积性等，其中影响面广、持续时间长、微生物难以分解或不分解、动植物发生病变的物质为日常监测项目。 对于有特殊目的或特殊情况的监视作业，必须根据情况或需要选择要监视的项目。 需要监视的项目需要可靠的检测手段。 监视结果得到的数据是否有可比较的标准，可判断为正确的解释。 2.2环境监测的类型是2.2.1监测性或常规监测；环境质量监测(空气、水、噪声)污染源监测也称为2.2.2特定目的性监测或特例监测。 纠纷仲裁监测审查验证监测监测咨询服务的研究性监测是高水平、高水平的，技术比较复杂的监测。 包括：标准法研发监测；污染规律研究检测；综合评价研究监测Back、3环境监测技术现状和对策3.1建立监测方法体系，建立监测技术能力首先通过分析方法研究，在多个实验室验证和统一选择全国可推广的比较成熟和先进的方法分析方法的研究和筛选原则应当： (1)要求良好的准确性、精密性；(2)要求良好的灵敏度；(3)方法使用的仪器、试剂易于获得、易于推广；(4)尽量采用国内外的新技术、新方法。3.2加强监测仪器设备管理，完善仪器设备配置，开展3.3监测质量保证，加强技术培训开展建立环境监测质量保证体系计量认证工作，完善科学监测水平不断提高的监测网络，实现监测信息的网络化管理。 Back，第二章原子吸收分光光度法2.1基本原理2.2原子吸收分光光度法2.3测定条件的选择2.4定量分析方法2.5灵敏度和检出限2.6原子吸收分光法在环境监测中的应用， 第三章原子荧光光谱法3.1概要3.2原理3.3原子荧光光谱仪3.4定量分析方法和应用第四章荧光和磷光光谱法4.1原理4.2荧光光谱仪4.3荧光分析方法4.4荧光光谱法在环境监测中的应用4.5磷光分析法， 第五章化学发光监测技术5.1原理5.2化学发光反应的类型5.3化学发光监测器第六章色谱理论基础6.1色谱理论基础色谱的基本原理， 分类和流量色谱和色谱基本参数色谱基本理论6.2选择分离条件柱载体固定液和配合柱温载气和流速样品， 第7章气相色谱分析法7.1气相色谱7.2定性分析法保持值定性加已知物增峰法7.3定量分析法峰面积的测定定量修正因子定量方法第8章高效液相色谱分析法8.1高效液相色谱高压输液系统的柱检查系统附属系统， 第二章原子吸收分光光度法2.1原子吸收分光光度法的基本原理原子吸收分光光度法是根据从空心阴极灯放出的测定对象元素的特征光谱，通过试样蒸汽被蒸汽中的测定对象元素的基态原子吸收，被特征光谱吸收的程度，测定试样中的测定对象元素的含量的方法。 (1)基态原子的产生在进行原子吸收分析时，首先必须使测定的元素从化合物的状态变化为基态原子，进行原子化。 原子化的方法有化学法、火焰法、电热法等。 (2)共振线和吸收线的核外电子的配置为最低能级，最稳定的原子称为基底原子。 当基态原子最外层的电子被外部能量激发而转变为高能量水平时，原子变为激发态，激发态的原子变得不稳定，短时间(约10-3s )转变为高能量水平的电子又回到低能量水平，同时释放一定能量。 原子被外部能量激发，其最外层的电子可能转移到不同的能级，因此可能有不同的激发态。 电子从基态到第一激发态的迁移吸收光谱称为共振吸收线。 共振线是元素光谱中最敏锐的光谱，原子吸收分析利用基态的被测原子蒸汽，定量分析光源放出的被测元素对共振线的吸收。 (3)积分吸收和峰值吸收原子蒸汽吸收的全部能量称为积分吸收。 在实际测量中，吸收光谱的宽度非常窄，需要分辨率高的分光器，因此积分吸收无法正确测量。 测定峰值吸收系数计算测定元素的方法称为峰值吸收法。 用于实现中心吸收系数测量的条件是： a .入射光束的中心频率与吸收光谱的中心频率严格相同；b .入射光束的半宽远小于吸收光谱的半宽。 因此，必须使用与要测量的元素相同的元素构成的锐线光源。 实验证明，峰值吸收系数K0在一定条件下与单位体积原子蒸汽中放射线的原子数成正比。 (4)火焰中的基态原子浓度和定量分析根据原子吸收值的测定，实际工作中，以一定光强度的单色光I0通过原子蒸汽，测定吸收的光强I，吸收过程符合朗伯啤酒的规律：式中：K为吸收系数，n为自由原子总数(接近基态原子数N0)，l为吸收层的厚度。 吸光度试样中测定对象元素的浓度与火焰中的基态原子的浓度成正比。因此，一定的浓度范围和一定的火焰宽度下的吸光度和试料中的测定对象元素浓度的关系表明，该式是原子吸光分光法的定量分析的依据。2.2原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计的组成：光源、原子化系统、光学系统、检测系统和放大数据处理系统五个主要组成部分。 其示意图如下： (1)光源放射测量元素的共振线，为了得到高精度和灵敏度，以使作为原子吸收分析的入射光能够检测出峰值吸收，所使用的光源光源能够放射测量元素的共振线，而且强度足够大发射的光谱的半值宽度窄(锐线的光) 应小于吸收线半峰宽，保证测量灵敏度和峰值吸收的测量辐射光强度稳定，背景辐射小。 光源类型：空心阴极灯无极性放电灯蒸汽放电灯。 应用最广泛的是空心阴极灯，(2)原子化系统的作用：使试料中的测定对象元素从化合物状态变为基态原子蒸汽。 入射光在这里被基态原子吸收，可以看作是“吸收池”。 主要有火焰和非火焰原子化器两种。 火焰原子化器：由喷雾器、预混合室和燃烧器组成。 雾化器雾化试验液，通过预混室的作用使雾滴进一步微细化，与燃料气体均匀混合进入火焰，利用火焰的热能使试料气化，解离为基态的原子。 无焰原子化器：采用电热、阴极溅射、等离子体和激光等方法使试料中的被测元素成为基态原子。 目前广泛使用的非火焰原子化器是石墨炉。 该方法的优点是采样量少，其绝对灵敏度比火焰法高数位，达到10-12g (相对灵敏度提高23位)，但精度仅为25%，比火焰法差。 石墨炉原子化器由电源、炉体、石墨管三部分组成。 分光系原子吸收法适用的波长范围一般为紫外、可见光区域。 一般的单色仪是光栅。 单色器的作用：主要将光源(空心阴极灯等)发射的测量对象元素的共振线与其他放射线分离。 由于以空心阴极灯为光源，放射光谱中谐振线较多，因此放射光谱比一般光源简单。 分光通带、即设备出射狭缝能够通过的光谱宽度：式中： w-分光通带()； d-反线分散率(/mm) s-狭缝宽度(mm )。 如果两个相邻干扰线之间的距离较小，则频谱通带可以较小，相反，频谱通带可以较大。 如果单色器的分散率是恒定的，则必须选择适当的狭缝宽度来实现吸收而不干扰谱并且达到最大值的最佳操作条件。 (4)检测系统的作用：对单色仪分离出的光信号进行光电转换。 光电倍增管作为检测器被广泛使用。 光电倍增管输出的光电流与入射光强度和光电倍增管的增益(即光电倍增管的放大率的对数)成比例。 增益取决于击穿电极的性质、个数以及在击穿电极之间施加的电压。 通过改变施加电压，可在大范围内改变输出电流。 产生的电流通过负载电阻器变成电压信号。 (5)放大器和数据处理系统放大器：一般使用同步检测放大器和相位敏感放大器来放大信号。 数据处理：信号被放大器放大后，得到的只是光的透过度。 必须进行对数变换，用指示仪表表示。 现在的机器大部分都是自动记录测量数据，数据显示测量数据和计算机处理数据，直接读取分析结果。 2.3测量条件的选择(1)分析线的选择多以元素共振线为分析线，共振线也是元素最敏感的光谱线，为测量提供良好的灵敏度。 然而，在实际的工作中，不是选择谐振曲线，而是例如在分析高浓度样品时，为了保持功率曲线的线性范围，选择二次敏感曲线作为分析曲线是有利的。显然，在低含量成分的测定中，要尽量选择最敏感的光谱线作为分析线。 (2)光谱带的选择(3)空心阴极灯工作电流的选择(4)燃烧器高度的选择(5)火焰高度的选择(6)光电倍增管负高压的选择、2.4定量分析方法(1)标准曲线法为A-C工作曲线(参照下图)； a .标准曲线弯曲现象的解释b .控制试样校正的c .吸光度应控制在0.05-0.8之间d .标准液浓度应在吸光度与原子浓度或直线关系得到的范围内e .仪器的操作条件(光源、喷雾、火焰、通带、检测等)应在分析过程中保持一定。 Back、(2)标准添加法取多种添加法和单种添加法a .多种添加法相同体积的试样溶液(4份以上)，从第2份开始依次逐渐添加不同分量的测定元素的标准溶液(例如分别为10g、20g、30g )。 然后用蒸馏水稀释至相同体积后均匀振荡。 在相同的实验条件下依次测定各溶液的吸光度的是AX、A1、A2、A3。 以吸光度a为纵轴，加入标准溶液的浓度(或体积、绝对含量)为横轴，制作A-C曲线，外延曲线与横轴在一点相交的点与原点的距离为测定试样溶液中的测定对象元素的含量(功曲线如下):(3)间接分析法可以通过间接分析的方法测定非金属元素和有机化合物。 b .单添加法取两个同体积的试验液，其中之一添加已知量的测定对象元素，其量优选接近试样的含量。 稀释到一定体积后测定各自吸光度。 式中： C试样中被测定元素浓度； 在S试样中加入标准浓度，在Ai试样吸光度A试样中标记的吸光度，使用标准添加法，仅适用于应注意的浓度和吸光度处于直线关系的范围加入最初的目标液的浓度，接近试样的浓度该方法只能除去矩阵噪声对于、2.5灵敏度和检测极限(1)灵敏度a .百分比灵敏度，将产生1%吸收(或0.0044吸光度)时的被测定元素在溶液中的浓度(g/mL )称为百分比灵敏度或相对灵敏度。 以g/mL.1%或10-6/1%表示。 百分灵敏度测定必须测定1%吸收时的浓度，式中： c-被测溶液的浓度； a-该溶液的吸光度。 b .绝对灵敏度产生1%吸收(或0.0044吸光度)时，被测定元素在水溶液中的质量通常为g/1%或10-12g/1%(1g=10-12g )。 灵敏度通常可以认为是试液浓度测定的下限。 最佳试液浓度请在灵敏度的15100倍范围内选择。ug/(mL1% )、(2)检测极限(DL)a .相对检测极限是火焰原子的吸收分析，产生2倍的标准偏差时，将某元素在水溶液中的浓度作为相对检测极限，用g/mL或ppm表示。 DL=C2/A式中： c-测定对象元素在水溶液中浓度； a-该溶液的吸光度-标准偏差。 b .绝对检测极限石墨炉原子吸光分析中，产生2倍的标准偏差时测定的元素的质量称为绝对检测极限。 一般的Pg或g显示。 检测极限不仅与机器的灵敏度有关，还与机器的稳定性有关。 如果有高灵敏度、低噪音水平的机器，可以应用于微量成分的测定。 2.6原子吸收法在环境监测中的应用金属污染物测定：可测定的元素有60-70种，目前水和废水中的主要金属元素有Ag、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sb、Zn、Be、Hg、k、Na、Ca、Mg等。 (1)Cu、Pb、Zn、Cd的测定(GB7475-87) (2)Ca、Mg的测定(3)水质、硫酸盐的测定(GB13196-91) (4)大气尘粒中的金属元素的测定(5)大气降水中的Na、k的测定、原子吸光光度法、GB13580.12-92 (6) GB13580.13-93大气降水中Ca、Mg的测定、原子吸收分光光度法(7)GB/T15263-94环境空气中铅的测定、火焰原子吸收分光光度法。Back，第三章原子荧光光谱法3.1原子荧光光谱的概要从机理上看应属于发光光谱分析，但所用的仪器和操作技术与原子吸收光谱法相近。 主要优点：灵敏度高光谱简单可同时进行多元素测量线性范围广。 3.2原理当处于气态基态的原子被具有特征波长的共振射