环境分析化学第一章教案.docx

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环境分析化学第一章教案

课程名称：

环境分析化学

授课专业：

环境科学与工程

本节内容：

绪论

授课班级：

海洋学院级班

授课时间：

教学目的

。

重点难点

授课内容

第一讲绪论

1-1环境与环境问题

环境围绕着人类的空间中可以影响人类生存与发展的各种自然因素与社会因素的总体。

人类过度开发和利用各种自然资源------------环境问题

原生环境问题-----火山、地震、干旱

次生环境问题-----生态破坏、环境污染

在现阶段，环境污染问题是环境问题最突出、最集中的表现。

1-2环境污染物

环境污染：

人类活动的副产品和废弃物进入环境后，对生态系统产生的一系列扰乱和侵害，使环境质量恶化，并对人或其他生物的健康产生危害的现象。

环境污染物的性质：

Ø自然性：

与自然界有着十分密切的关系

Ø毒性：

三致作用

Ø扩散性：

随水和空气流动迁移

Ø活性和持久性：

在环境中的稳定程度和危害持续时间

Ø生物可分解性：

生物降解

环境分析化学教案

第一章绪论

授课内容

环境污染物的种类

单质：

重金属（铅、镉、铬、汞）、砷、卤素、臭氧、黄磷等

无机物：

氰化物、碳氧化物、氮氧化物、卤化氢、次氯酸及其盐、

无机硅（磷、硫）化合物

有机烃化合物：

烷烃、不饱和烃、芳烃、多环芳烃（PAHs）

金属、准金属有机化合物：

四乙基铅、羰基镍、二苯铬、三丁基锡（TBT）

含氧有机化合物：

环氧乙烷、醚、醇、酮、醛、有机酸、智、酚

类化合物（如壬基酚醛氧乙烯醚（NPEO）、双酚A）

含氮有机化合物：

胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、三硝基甲苯

（TNT）、亚硝胺、涕灭威

有机卤化物：

四氯化碳、脂肪烃、卤化物、卤代芳烃、氯代苯酚、

多氯联苯（PCBs）、氯代二恶英、有机氯农药

有机硫化物：

烷基硫化物、硫醇、巯基甲烷、二甲砜、硫酸二甲酯

有机磷化合物：

磷酸酯类化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气

优先控制污染物（prioritypollutants）：

在对污染物进行分析监测时，将那些潜在危险大、在环境中出现的频率高、残留高、有成熟分析方法、样品有广泛代表性的污染物确定为优先分析监测目标，实施优先监测，这些优先选择的污染物称为优先污染物.

美国是最早开展优先监测的国家。

1976年，EPA在《清洁水法》中

公布了129种优先控制污染物，其中有机化合物114种、无机重金

属及其他化合物15种。

1975年，欧洲共同体公布了环境污染物的“黑名单”、“灰名单”。

包括有机卤化物、有机磷化物、有机锡化物、汞、镉及其化合

物、油类及石油烃类物质。

1986年，日本环境厅公布了189种检出率高的污染物。

我国提出的优先污染物“黑名单”中，共14类68种物质。

“中国环境优先污染物黑名单”，包括14种化学类别共68种有毒化学物质，其中有机物占58种。

具体资料可参考《环境监测》高等教育出版社1995年4月第二版。

授课内容

1-3现代环境分析化学概述

何谓环境分析化学

●环境分析化学是研究和应用现代分析化学的基本理论和方法，来鉴别和测定环境污染物的学科分支。

环境分析化学是研究环境中污染物种类、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。

由于大量局部和全球的环境问题都直接或间接与化学物质有关，因此认识和解决环境问题必须弄清环境中的化学问题，即对环境中化学物质的性质、来源、含量及其形态进行细致的分析和监测。

v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。

v在某种意义上讲，环境科学的发展依赖于环境分析化学的发展。

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。

定性分析：

测定物质由哪些元素组成

定量分析：

测定各组成部分的含量

环境分析化学发展历史

Ø早期环境分析以化学分析为主，着重对环境污染物进行定性定量分析。

（多在实验室进行分析）

案例：

日本痛痛病调查

◆1955-1972年，日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了重金属镉，

◆人长期饮用这样的河水，食用含镉河水浇灌生产的稻谷，出现了骨骼严重畸形，剧痛、身长缩短，骨骼易折等病症

授课内容

为了寻找痛痛病的病因，经历了11年之久。

光谱法检查出病区的河水中含有铅、镉、砷等有害元素

元素追踪分析病区的土壤和粮食,发现铅、镉等含量偏高

光谱定量分析对患者的尸骨分析。

骨灰中的锌、铅、镉含量高

以锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物

元素追踪分析证实了镉对骨质的严重危害性，揭开了痛痛病之谜

现代环境分析化学特点

研究对象基体异常复杂，包括大气、土壤、水体、固体废物和生物体等。

化学物质种类繁多，形态各异，且常常相互作用，成为不稳定的动态系统。

污染物含量多在痕量甚至超痕量水平。

本身具有学科的前沿性和超前性。

生物污染物是目前一类重要的污染物。

SARS、禽流感、疯牛病等。

因此，必须开拓和应用先进的样品预处理技术和尖端的分析测试技术。

★种类繁多

①污染物质化学种类的多样化：

如仅美国环保局规定的水体中优先监测污染物就有一百多种，其中有铜、铅、锌、镉等中金属，氰化物、氮氧化物等无机污染物，烷烃、多环芳烃等有机污染物

②样品来源广泛：

有空气、水（地表水、海水、地下水、排放废水），沉积物、土壤、固体废渣、生物体及其代谢物等

★含量低

①大气、水、土壤及生物体中化学物质的本底水平（背景值）低：

一般都属于痕量（10-6~10-9g）和超痕量（10-9~10-12g）分析，而研究化学物质对环境的污染程度必须首先对其本底值有所了解

授课内容

天然水和供水中常测定的化学项目

化学项目

在水中的意义

常用分析方法

酸度

工业污染或酸性矿水的指正

滴定

碱度

水处理，缓冲，澡类繁殖

滴定

铝

水处理，缓冲作用

原子吸收，比色法

氨

藻类繁殖，污染物

比色法

砷

有毒污染物

比色法，原子吸收

钡

有毒污染物

原子吸收

铵

有毒污染物

光测定法

硼

对植物有毒性

比色法，等离子体发射

溴离子

海水侵入，工业废物

比色法，电势测定法

镉

有毒污染物

原子吸收

钙

硬度，生产力

原子吸收

二氧化碳

细菌活动，腐蚀

滴定，

氯离子

盐水污染

滴定，电势测定法

氯

水处理

比色法

授课内容

化学项目

在水中的意义

常用分析方法

铬

有毒污染物（六价）

原子吸收，比色法

铜

植物生长

原子吸收

氰根离子

有毒污染物

比色法，电势测定法

氟离子

水处理，含量高时有毒

比色法，电势测定法

硬度

水质，水处理

原子吸收，滴定

碘离子

海水侵入，工业废物

催化效应，电势滴定法

铁

水质，水处理

原子吸收，比色法

铅

有毒污染物

原子吸收，伏安测量

锂

可表示某种污染

原子吸收，火焰光度计

镁

硬度

原子吸收

锰

水质

原子吸收

汞

有毒污染物

无火焰原子吸收

甲烷

厌氧细菌活动

可燃气体指示器

硝酸根

藻类繁殖，毒性

比色法，电势测定法

授课内容

化学项目

在水中的意义

常用分析方法

亚硝酸根

有毒污染物

比色法

氮（硬蛋白）

蛋白质类物质

比色法

氮（有机氮）

有机物污染指征

比色法

油和润滑脂

工业污染

重量测定

有机碳

有机物污染指征

氧化成二氧化碳测定

有机污染物

有机物污染指征

活性碳吸附

氧

水质

滴定，电化学方法

生化耗氧量

水质和污染

微生物试验-滴定

化学耗氧量

水质和污染

化学氧化，滴定

臭氧

水处理

滴定

农药

水污染

气相色谱

水质和污染

电势测定

酚类

水污染

蒸馏-比色法

磷酸根

水体繁殖力，污染

比色法

授课内容

化学项目

在水中的意义

常用分析方法

磷（可水解）

水质和污染

比色法

钾

水体繁殖力，污染

原子吸收，火焰光度计

铯

有毒污染物

比色法，中子活化

硅

水质

比色法，等离子体发射光谱

钠

水质，盐水入侵

原子吸收，火焰光度计

硫酸根

水质和污染

重量分析法，比浊法

硫化物

水质和污染

比色法，滴定，电势滴定法

亚硫酸根

水污染，氧消除剂

滴定

表面活性剂

水污染

比色法

糅酸和木质素

水质，水污染

比色法

钒

水质，水污染

催化效应

锌

水质，水污染

原子吸收

除此以外，还测定许多与危害健康或与污染影响有关的物质，尤其是特殊有机污染物

授课内容

②某些污染元素或化合物产生毒性效应的浓度范围低：

如：

汞、镉的毒性效应分别在0.001、0.01mg/L左右

地面水中砷的最高允许浓度为0.04mg/L

挥发性酚类化合物的最高允许浓度为0.01mg/L

此外由于化学污染物的形态不同，其毒理特性和化学行为则不同。

因此环境分析化学不仅要测定化学污染物的总量，还要求测定其不同的形态。

而化学物质形态的含量比其总量要低。

★样品组成复杂

人类生产与社会活动和自然界的生物体代谢过程不断向周围环境排放各种有害化合物，环境样品中往往含有数十种至数百种不同化合物。

样品的复杂性使得环境分析干扰因素多。

★具有流动性和不稳定性

环境是一个多组分和多变的开放体系。

形形色色的污染物质进入环境后可能因相互作用或外界影响而经历溶解、吸附、沉淀、氧化还原、光解、水解、生物降解等变化，因此环境样品变化大，不稳定，所采集的样品是环境中的一部分，是动态平衡的一部分，它随气温、风向、气压、水流速度等的变化而变化。

环境分析化学的要求

根据环境分析化学研究对象的特点，要求分析方法除了满足一般分析所要求的准确度高、精密度好以外，换要求具备以下三点：

授课内容

★灵敏度高，检出限低。

能满足痕量及超痕量分析的要求。

★选择性好。

可用于复杂样品的测量，可在大量共存物的存在下测量痕量待测物。

★适用范围广。

能用于不同来源的环境样品，不同种类化学物质的测量。

1-4环境分析方法简介-鉴定和测定污染物含量的方法

化学分析法

●重量分析法

主要用于污水中悬浮固体（SS）、残渣、油类、硫酸盐化速率、TSP、降尘等的测定。

●滴定分析法

主要用于水中酸碱度、氨氮、S2-、Cr6+、氰化物、COD、高锰酸盐指数

授课内容

仪器分析法

光学分析法

（环境分析化学中主要采用光谱法，包括分子光谱（红外吸收、可见和紫外吸收、分子荧光、化学发光）和原子光谱

Ø原子发射光谱法（AES）：

ICP-AES可同时分析几十种元素，可检出10-8-10-11g。

Ø原子吸收光谱法（AAS）：

适合金属元素镉、汞、砷、铅、锰、钴、铬、铜、锌、铁等的测定。

Ø原子荧光光谱法（AFS）：

测定汞元素。

可见和紫外吸收光谱法（Vis-UVSP）:

可用于测许多无机污染物和有机污染物

分子荧光光谱法（MF）：

测定苯并吡、硒、铵、农药、矿物油、硫化物、硼、铍等。

红外吸收光谱法（IR）：

测定水中石油类和动植物油、CO、SO2、油类等，该方法主要用于有机物的结构分析

核磁共振波谱法：

主要用于有机物结构分析。

电化学分析法

电导法：

测定水的纯度、矿化度等

电位分析法：

测定水的pH、氟化物、氰化物、氨氮、溶解氧等。

库仑分析法：

测水中的COD、BOD；大气中的SO2、NOx、O3、总氧化物等

极谱分析法：

凡能在电极上被还原或被氧化的无机离子和有机物，一般都可用极谱法测定。

溶出伏安法：

水中铜、锌、镉、铅等重金属离子和Cl-、Br-、I-、S2-等阴离子的测定

色谱法-（有机污染物分析的重要工具）

◆气相色谱法（GC）：

用于分析苯、二甲苯、多氯联苯、多环芳烃、酚类、有机氯农药、有机磷农药等有机污染物。

◆高效液相色谱法（HPLC）：

对相对分子质量为300-2000的化合物，热不稳定化合物、离子化合物都能分析。

可用于分析多环芳烃、氨基甲酸酯类农药、微囊藻毒素等。

◆离子色谱法（IC）：

可用于测定各种阴离子。

◆色层分析法：

包括柱色谱、薄层色谱、电泳层析等。

环境分析化学的方法及检出限

环境分析的对象是千变万化的自然界，基体复杂、种类繁多。

因此，环境分析的方法几乎涉及到整个分析化学的各个方面，动用了现代分析化学几乎所有的测试技术和手段，且成为分析科学发展主要推动力之一。

分析方法

检出限/g

分析方法

检出限

分光光度法

10-9

质谱法

10-15

荧光法

10-12

火焰原子吸收光谱法

10-10

化学发光法

10-12

石墨炉原子吸收光谱法

10-14

催化分析法

10-13

火焰光度分析

10-10

流动注射分析法

10-9

电子能谱

10-18

离子选择电极法

10-9

电子探针

10-15

极谱法

10-9

X射线荧光光谱法

10-9

阳极溶出伏安法

10-12

放射性同位素分析法

10-16

库仑分析法

10-9

中子活化分析

10-14

发射光谱法

10-10

气相色谱法

10-12

激光光谱法

10-14

螯合物气相色谱法

10-14

火花源质谱法

10-14

液相色谱法

10-10

薄层色谱法

10-9

离子色谱法

10-9

授课内容

生物分析法和分子生物学检验法

生物分析法利用植物和动物在污染环境中所产生的各种信息来判断环境质量的方法，实际应用较少。

分子生物学法包括酶分析法、免疫分析法、核酸分子杂交技术、聚合酶链反应（PCR）、生物传感器和生物芯片等。

酶分析法是利用酶催化反应测定污染物的含量。

免疫分析的原理是基于分子识别，酶联免疫分析ELISA）广泛用于痕量有机污染物筛选阶段的现场快速初始分析。

利用核酸分子杂交技术和PCR技术可对病原体的特异性基因片段进行检测。

1-5环境分析化学发展的趋势

◆分析分析方法标准化

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。

◆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。

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。

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。

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。

◆电子计算机的应用

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。

例如：

配备有电子计算机的γ－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。

授课内容

◆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。

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。

授课内容

◆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10-6～10-9克（痕量级）和10-9～10-12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。

环境分析化学案例2——“污染鸡”事件

1999年春，比利时的一些养鸡场就不断出现怪事：

蛋鸡产蛋量剧减，并开始掉毛；肉鸡进食明显减少，生长相当缓慢。

更为严重的是，大量的鸡相继死亡。

养殖场主纷纷向政府反映，可是直到4月下旬，比利时农业部才派专家调查研究，结果发现国内9家饲料公司生产的饲料中含有一种剧毒污染物——二恶英（二噁英是一类氯代含氧三环芳烃类化合）。

人如果大量食用此类饲料喂养的鸡，将有可能导致癌症。

震惊世界的“污染鸡”事件就此暴发。

此后不久，荷兰、法国、德国等也相继发现，因饲料被二恶英污染导致不少畜禽产品及乳制品含高浓度二恶英。

这场风暴很快就刮出了欧洲，在全球范围内引发了一场恐慌，许多国家纷纷禁止从上述国家进口乳制品。

v二恶英来自什么地方？

v它污染了多少种食品？

v含量有多大？

v哪些商品要下架？

v环境中水、空气是否受到了污染？

授课内容

甲醛的来源

◆甲醛是一种极强的杀菌剂，在医院和科研部门广泛用于标本的防腐保存。

甲醛广泛用于工业生产中，是制造合成树脂、油漆、塑料以及人造纤维的原料，是人造板工业制造脲醛树脂胶、三聚氰胺树脂胶和酚醛树脂胶的重要原料。

目前，世界各国生产人造板（包括胶合板、大芯板、中密度纤维板和刨花板等）主要使用脲醛树脂胶（UF）为胶粘剂，脲醛树脂胶是以甲醛和尿素为原料，在一定条件下进行加成反应和缩聚反应而制成的胶粘剂。

甲醛污染状况

2001年8月中消协公布了一项惊人的调查结果，在北京和杭州分别对居民室内空气抽样检测后显示，甲醛浓度超标的分别达到73.3%和79.1%，最高的超标达到40多倍。

四川省劳动卫生职业病防治研究所获悉，该所日前对1500多个装修后的居室和办公室、写字楼进行检测发现，95%以上的居室内甲醛超过国家卫生标准，最高超过标准的60多倍；一些机关办公室室内空气中甲醛的含量超标数倍至数十倍。

国家质量技术监督局针对家具中甲醛污染问题，抽查了北京、上海和广州三地的30家商业企业经销的87种家具产品，结果产品不合格率为64.4%。

随着我国居民的生活水平不断提高，室内装修已很普遍，室内建筑装饰材料及家用化学品的种类与数量均不断增加，这些材料或产品均会向室内释放有害化学成分，造成室内空气污染。

而一些公共场所如宾馆、娱乐场所，对室内空气质量重视不够，不能保证足够的洁净的新风量和换气次数，致使室内空气污染。

授课内容

甲醛的来源

1、装修材料及新的组合家具是造成甲醛污染的主要来源。

装修材料及家具中的胶合板、大芯板、中纤板、刨花板（碎料板）的粘合剂遇热、潮解时甲醛就释放出来，是室内最主要的甲醛释放源。

2、UF（脲醛树脂胶）泡沫作房屋防热、御寒的绝缘材料。

在光和热的作用下泡沫老化，释放甲醛。

3、用甲醛做防腐剂的涂料、化纤地毯、化妆品等产品。

4、室内吸烟。

每支烟烟气中含甲醛20-88ug,并有致癌的协同作用。

甲醛的测定

1.采用有流量测量装置的空气采样器，以重蒸水为吸收液，以0.5~1L/min的流量采样5~20min.甲醛气体经水吸收后，在pH≈6的乙酸－乙酸铵缓冲溶液中，与乙酰丙酮作用，生成稳定的黄色化合物，在λmax=413处测定吸光度。

2.酚试剂分光光度法（国家标准方法）

空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪,嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物,在波长630nm处测定吸光度值。

3.仪器法：

4160型甲醛分析仪。

是由美国Interscan公司生产,专门用于检测空气中低浓度甲醛含量的直读式分析仪。

仪器采用电压型控制扩散电化学传感器,具有线性稳定、结果准确、抗干扰能力强、操作简单等特点。