环境样品前处理ppt课件.ppt

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1、环境样品前处理,授课人： 刘文莉,样品分析,样品的采集和预处理,数据处理,实验方法的误差,空白实验、标准方法、标准参考物质来校正和控制,样品前处理,为什么要进行样品前处理？浓缩被测痕量组分（ppm，ppb， ppt 级）的作用，提高方法的灵敏度，降低最小检测限。消除基体对测定的干扰，提高方法的选择性通过衍生化的前处理方法，可以使一些在正常检测器上没有响应或响应值较低的化合物转化为具有很高效应值的化合物。样品经前处理后就变得容易保存和运输可以除去对仪器或分析系统有害的物质，如强酸或强碱性物质，如生物大分子等，延长仪器使用寿命，使分析测定能长期保持在稳定、可靠的状态下进行。,数据处理,采样及前处理

2、,分析过程,采样及前处理、分析过程和数据处理三个过程所占的时间份额,前处理,分析过程,样品前处理的地位和方法,第一章 绪 论,第一节 样品采集前的准备第二节 水样的采集方法第三节底泥和沉积物样品的采集方法第四节大气样品的采集方法第五节生物样品的采集方法第六节 现有样品前处理技术的评价与展望,1.1 样品采集前的准备,确定样品采集前要考虑以下6方面的问题和影响因素：采样区域和采样点的确定样品种类样品的大致浓度范围基体的种类及其均匀程度所用分析方法的特殊要求采样时应根据不同样品选择采样器皿,环境样品必须能够反映污染物对环境污染和生态影响的真实情况，即采集的样品要具有代表性。采样之前要根据样品测试的

3、总体要求选定采样区域，综合考虑采样区域的历史演变、地理情况、气候特点、环境生态特征、工农业发展状况、污染历史、特定污染物排放情况等因素。,采样区域和采样点的确定,样品种类,气体： 大气中的微量气体成分、气溶胶、大气颗粒物、挥发性金属化合物等,液体： 各种水体、饮料、酒类、奶类、酱油、醋、汽油、洗涤剂和食用油等,固体：土壤、沉积物、矿物质、与人类活动有关的食物和废弃物等,生物样品： 广泛的陆生及水生动植物,样品的大致浓度范围,有毒化学污染物在各种样品中的分布差别是很大的。采样前，应大致了解所测样品的浓度范围，以便做到有的放矢，采集合适的样品体积与数量。,如： 二噁英等环境内分泌干扰物在一般无污染

4、河水和海水中的含量和自然界各种水源中的含量是很低的，需要通过大量水样的富集来完成一次测定。,基体的种类及其均匀程度,非均匀质的环境样品：选择合适的具有代表性的地点，有条件的要使用卫星定位系统，准确确定采样地点的经纬度，以便下次或多次重复采样或长期观察。组成较为稳定的监测体系： 定期采样不定期排放的污染源：则应区分排放期和非排放期河水样品： 丰水期，枯水期和平水期生物样品： 根据不同的样品分析要求确定采样所用的容器、时间、频度和体积,所用分析方法的特殊要求,根据测定任务的要求和实际需要选择分析仪器和方法。如： 利用氢化物发生等技术直接测定的，样品基体往往会有较大影响，样品中各种干扰离子往往对被测

5、化合物产生抑制作用。所以这种技术一般选择海水、天然水等液体样品，取样量可以少些，因为这种技术非常灵敏。一些外部因素，如风向、河水流向、温度、光照、酸度、微生物作用等也应予考虑。,采样时应根据不同样品选择采样器皿,采集金属化合物一般要用聚四氟乙烯或玻璃器皿双酚A、壬基酚、辛基酚等化合物在绝大多数塑料器皿中都有溶出，严重干扰测定结果，一次，此类化合物样品的采集必须使用玻璃器皿或不锈钢器皿,1.2 水样的采集方法,水样的采集水样的预处理水样的贮存,天然水与生活饮水 采集井水或自来水应放水数分钟，使保留于水管中的杂质流出后再收集。 江河湖水库等表面水距岸边12m，将采样瓶浸入水中，瓶口位于水面下20

6、50 cm,打开瓶塞，水进入瓶中。深层取水必须用特制的深水采样器。 水样采样瓶生活污水和工业废水瞬间水样可隔一定时间采集后立即分析（成分不断变化）间隔式等量取样（流量恒定）可隔一定时间每次取等量水样混匀平均比例取样（流量不同）v大则取样体积大,v小则取样体积小单独取样(分布不均如悬浮物油)采样点设在排污总口或废水出口,水样,水样的采集,采样的原则: 1. 采集的水样，必须具有代表性，能真实反映水质状况。 2.在实验室分析之前水样中待测成分保持 不变。,水样的采集,盛装水样容器的选择原则 可用硼硅玻璃瓶或聚乙烯塑料瓶或桶，必须能用塞或盖紧紧密封。具体要求：1容器不能是新的污染源。从塑料可溶出增塑

7、剂、未聚合的单体等，而玻璃器皿可溶出硼、硅、钙、镁等。所以测金属的水样多选用聚乙烯塑料瓶。测有机物的水样一般只能用玻璃瓶。2.容器壁不应吸收或吸附某些待测组分。3容器不应与待测组分发生反应。例如氟化物与玻璃。,水样的采集,采样体积 取决于所分析项目的多少以及选用的测定方法。分析常规水质项目，只需要35升水样。取样量应能满足欲测项目的需要，还要留有余地。,监测断面的布设原则, 在断面布设前，应首先查清监测河段内生产和生活取水口的位置、取水量;废水排放口的位置及污染物排放情况，河段水文及河床情况;支流汇入、水工建筑情况；其它影响水质及其均匀程度的因素。 监测断面的布设是水体监测工作的重要环节，应有

8、代表性，即能较真实、全面地反映水体水质及污染物的空间分布和变化规律。断面的设置数量应根据掌握水环境质量状况的实际需要，考虑对污染物时空分布和变化规律的控制，选择优化方案，力求以较少的断面、垂线和测点取得代表性最好的样品。断面位置应避开死水区，尽量选择顺直河段、河床稳定、水流平缓、无急流湍滩处。,断面设置,流经大、中城市或工业区等污染较重的河段，一般应设置下列三种断面：对照断面：反映进入本地区河流水质的初始情况。设置在进入城市、工业区废水排放口的上游，基本不受本地区污染的影响处。控制断面：主要反映本地区排放的废水对河段水质的影响，其位置应设置在排污区（口）的下游，污染物与河水能较充分混合处。根据

9、河段的污染源分布和废水排放情况，可设置数个控制断面，控制断而与排污口的距离应根据主要污染物的迁移、转化规律河水流量及河道水力特征确定消减断面：反映河流对污染物的稀释净化情况。设置在控制断面的下游，主要污染物浓度有显著下降处。监测河流的较大交流汇入前的河口处，湖泊、水库的出、入河口及重要河流入海口处应设置监测断面。,国际河流出、入国境的交界处应设置监测断面。对水质变化很小或沿污染源排放的废水对水质影响很小的长距离河段(如两城市间的长距离河段),根据需要适当设置控制断面。有特殊要求地区,如城市饮用水源地水产资源丰富的地区、主要风景游览区、自然保护区、与水源有关的地方病发病区、严重水土流失区及地球化

10、学异常区等的河段均应设置监测断面为取得水系或河流水质的背景值，应设置背景断面。背景断位置应符合下列要求 基本不受人类活动的影响，远离城市、居民稠密区、工业区。农药及化肥施放区、主要交通线等。一般设置在河流上游不受污染的河段或接近源头处。在水文地球化学异常的河段。应上、下游分别设置断面.断面位置确定后，应在岸边设立明显的固定标志物。,河流断面垂线和采样点的设置,湖（库）区的不同水域，如进水区，出水区，深水区，浅水区，湖心区，岸边区，按水体功能分别设置监测垂线。湖（库）区若无明显功能分区，可用网格法均匀设置监测垂线。监测垂线采样点的设置一般与河流的规定相同。但对有可能出现温度分层现象者，应充作水温

11、、溶解氧的探索性试验再定。,湖泊、水库监测垂线的布设,潮汐河流监测断面的布设,潮汐河流监测断面的布设原则与其它河流相同。设有防潮桥闸的潮汐河流，根据需要在桥闸的上、下游分别设置断面。根据潮汐河流的水文特征，潮汐河流的对照断面一般应设在潮区界以上、若感潮河段潮波上溯的距离很长，以致远超出城市管辖河段的上游，其对照断面应设在潮流界以上、若潮流界在该城市管辖的区域之外）则在城市河段的上游设置一个对照断面。在管辖河段内，按需要设置控制断面。潮汐河流的消减断面，一股应设在进入海口处。若入海口处于城市管辖区域外，则设在城市河段的下游。潮汐河流的断面位置，尽可能与水文断面一致或靠近，以便取得有关的水文数据潮

12、汐河流监测垂线及采样点的设置与其他河流相同。,采样额数的确定原则,力求以最低的采样频数，取得最有时间代表性的样品。充分考虑水体功能、影响范围以及有关水文要素。既要满足反映水质状况的需要；又实际可行。,水样的分类,根据研究目的的不同，所采取水样可分为：综合水样，瞬时水样，混合水样，平均污水样综合水样： 把从不同采样点采集的各个瞬时水样混合起来所得到的样品称综合水样。是获得平均浓度的重要方式。瞬时水样： 对于组成较为稳定的水样，或水体的组成在相当长时间和相当大的空间范围变化不大，采瞬时水样即具有很好的代表性。混合水样： 指在同一采样点上于不同时间所采集的瞬时样的混合样品，有时也叫时间混合样。平均污

13、水样： 对于排放污水的企业，生产的周期性影响着排污的规律性，为了得到代表性的污水样，应根据排污情况进行周期性采样。,采样前的准备,采样计划的制定采样前应提出采样计划，确定采样断面、垂线和采样点，采样时间和路线，人员分工，采样器材和交通工具等。采样器的准备采样器与水样接触部份材质应采用聚乙烯、有机玻璃塑料或硬质玻璃。应先用洗涤剂除去油污，自来水冲净，再用10硝酸或盐酸洗刷，自来水冲净后备用。容器的准备：采用聚乙烯塑料或硬质玻璃容器。装测金属类水样的容器，先用洗涤剂清洗，自来水冲净，再用10硝酸或盐酸浸泡8小时 ，用自来水冲净，然后用蒸馏水清洗干净。装测有机物水样的容器，先用洗优涤剂清洗，再用自来

14、水冲净，然后用蒸馏水清洗干净。贴好标签备用。,采样 采集河流、湖泊等表层水可用适当的容器从上方直接采集，注意不能混入浮于水面上的物质。一定深度的水可用直立式或有机玻璃采水器；泉水、井水可在涌口处采集，有停滞水的必须等新水更替后采集；自来水或抽水设备的水应放水数分钟后不规则采集。,采样注意事项采样时不搅动底部沉积物。采样时应保证采样点位置准确。必要时可用GPS定。洁净的容器在装入水样前，应先用该采样点的水冲洗3次，然后装入水样。并按要求加入相应的固定剂，填写标签。,采样注意事项,待测溶解氧的水样应严格不接触空气，其它水样也应尽量少接触空气。认真填写水样采样记录表，用硬质铅笔在现场记录，字迹应端正

15、、清晰，项目完整。应保证采样按时，准确、完全。采样结束前，应仔细检查采样记录和水样，若有漏采或不符合规定者，应立即补采或重来。水样现场测定与描述 水温、 pH值、溶解氧、透明度、电导率、水样感观指标的描述、水的颜色、水的气味、水文参数、气象参数。,水样的预处理与贮存,水样的保存水样从采集到分析这段时间里，由于物理的、化学的或生物的作用会发生不同程度的变化，必须采取相应的保存方法，努力将这些改变降到最小限度。有些组分可迅速改变，如游离余氯、pH值、水温和溶解性气体等最好在现场采样后立即定。,影响水质变化的因素：生物作用： 微生物的代谢活动会改变水中溶解氧、硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮等的含量和部分有机

16、物的浓度。 化学作用： 测定组分可能被氧化或还原。价态的改变可导致一些沉淀与溶解、聚合物的产生或解聚作用的发生。物理作用： 光照、温度、静置或振动、敞露或密封保存，这些条件及容器材料都会使一些成分发生改变。 过滤,水样的预处理与贮存,目前水样保存的方法只限于冷藏（冷冻）和加入化学保存剂。1冷藏：水样采集后放在暗处约4保存， 可抑制微生物活动，并减缓物理与化学变 化的速率。2加入化学保存剂：加入某种化学剂以稳定水样中的一些待测组分，应注意空白值的校正。因酸化后的水样可将容器中微量金属和悬浮微粒中金属的溶出。,水样的预处理与贮存,存放水样的容器和水样保存方法,现场采样,1现场测试 (pH值和电导率

17、等)后的水样不能再带回实验室用于其它项目的检测。2采样瓶必须专瓶专用。切不可用实验室盛装过浓溶液或化学试剂的瓶子作采样瓶。3采样瓶需完全充满，不留气泡空间。4.必须选用推荐的保存方法。可将相同保存方法的水样划为同一水样组,以减少错加保存剂和对保存剂产生交叉污染的可能。5.水样应尽快送达实验室，如是汽车运输要注意避免放置在发动机附近。6.采样工作人员保持手的清洁。工作时严禁吸烟。,现场采样,现场采样的质量保证除规范采样步骤外，还需分析空白样和平行样。占总采样量的10%-20%。空白样：测试保存剂的纯度；检查采样过程中采样容器、滤纸、过滤器或其它设备的污染情况，以便发现从采样到分析这段时间内产生的

18、误差。平行样：采集重复水样，检查采样的再现性。,1.3 底泥和沉积物样品的采集方法,底泥和沉积物样品的采集底泥和沉积物的预处理和贮存,底质是矿物、岩石、土壤的自然侵蚀产物，废（污）水排出物沉积及生物活动物质之间物理、化学反应等过程的产物。指江、河、湖、库、海等水体底部表层沉积物质。一般不包括工厂废水沉积物及废水处理厂污泥。,可以了解水环境污染现状，追溯水环境的污染历史，研究污染物的沉积、迁移、转化规律和对水生生物特别是底栖生物的影响，并对评价水体质量，预测水体变化趋势和沉积污染物对水体的潜在危险提供依据。,样品采集,1、断面设置(cross section setting) ：设置原则与水质监

19、测断面相同，其位置应尽可能与水质监测断面相重合 。,2、采样次数(Sampling times) ：由于底质比较稳定，受水文、气象条件影响较小，一般每年枯水期(Low water period)采样1次，必要时可在丰水期(High flow period)增采1次。,样品采集,样品采集,3、采样量：视监测项目、目的而定，一般为12kg 。,4、采样方法 (Sampling process)：采集表层底质样品一般采用挖式(抓式)采样器或锥式采样器。前者适用于采样量较大的情况，后者适用于采样量少的情况。管式泥芯采样器用于采集柱状样品，以供监测底质中污染物质的垂直分布情况。,样品采集,浅水底质采集方

20、法：用长柄塑料勺或金属勺直接采集表层底质。,样品采集,较深水体底质采样方法：将沉积物采样器至于9m深的水下一年，收集沉积物等。或用掘式采泥器,样品的制备、分解和提取,（一） 制备 1、脱水阴凉、通风处自然风干 适用待测组分稳定的样品。离心分离 适用待测组分易挥发和易发生变化的样品。真空冷冻干燥 适用各种样品。（特别是对光、热、 空气不稳定的）无水硫酸钠脱水 适用含油类等有机物的样品。,2、筛分脱水干燥后的样品置于硬质白纸板上，用玻璃棒压散，剔除砾石及动植物残体，过0.84mm（20目）筛，四分法缩量至所需量，玛瑙研钵或碎样机研磨至全部样品过0.177mm-0.074mm（80-200目）筛，装

21、入棕色广口瓶中，贴上标签，冷冻保存备用。注意：测金属元素试样，用尼龙材质网筛；测有机物试样，用铜材质网筛；测汞、砷等易挥发元素及低价铁、硫化物等时，不能用碎样机粉碎，且仅通过0.177mm筛孔。,分解和浸取,硝酸（或王水）氢氟酸高氯酸分解法：也称全量分解法，适用于测定底质中元素含量水平及随时间变化和空间分布的样品分解。硝酸分解法：可溶解出由于水解和悬浮物吸附而沉淀的大部分重金属，适用于了解受污染的状况。水浸取法：适用于了解底质中重金属向水体释放情况的样品分解。,有机污染物的提取,1、索氏提取器提取法2、超声波提取法3、超临界流体提取法4、微波辅助提取法（MAE）,动力采样法：污染浓度低或者连续

22、采样，常用溶液吸收法或填充柱吸附法,直接采样法：污染严重，检测灵敏度高,1.4 大气样品的采集方法,室内空气污染物样品采集 室内空气污染物主要成分为甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等容易挥发的有毒化合物,采集方法,1.可以长时间连续采样；2. 采集效率高；3.比较稳定；4. 适于各种场合包括现场采样,气溶胶（烟雾）的采集,环境中气溶胶为具有0.01-10.0m,甚至更大。 批量采样通常用过滤方法、碰撞或静电吸附的方法来收集气溶胶。 选择方法的主要依据是避免气体颗粒在滤膜上转化，避免样品经过空气动力学作用而损失，避免因过滤材料而引起的沾污。,1.5 生物样品的采集方法,采样样品处理及贮存,一、植物样

23、品的采集,准备,布点,采集,一、植物样品的采集,准备：剪刀、布袋和聚乙烯袋，以及标签、记录本、采集登记表等。,一、植物样品的采集,布点,二、动物样品的采集,血液样品采集,尿样品采集,毛发样品采集,动物组织及内脏采集,生物样品的采集关键是防止样品的沾污，对于金属元素的分析，应该避免使用金属刮刀、解剖刀、剪刀、镊子或针等，可以用硼硅玻璃器皿、聚乙烯、聚丙稀或聚四氟乙烯以及石英器具等代替金属器具避免手直接接触,唾液 1、唾液的采集：漱口后15min进行，采集时间为10min，采用一些物理或化学方法刺激唾液分泌；（1）缩短采样时间，（2）减小唾液pH变化范围，（3）刺激后得到的唾液其唾液血浆分布比例的

24、个体差异较小。2、唾液的保存与处理：取样后，除去泡沫，分层后离心，取上清液冻存或直接分析。3、优点：（1）非损伤性取样（2）不受采血时间和地点限制，（3）样品易收集，病人易接受,头 发优点：取样方便、无损伤性、检样的掺伪的可能性低、能对某些特定的代谢物进行测定、可用于体内微量元素含量测定。缺点：样品的预处理繁琐、干扰多、含量低、需要精密仪器,特点：广谱性积累性稳定性依时性相关性指纹性,一般在枕部采取样本，国外一般在靠近头皮处剪取，分别于610处取10个样本，从根部剪断，超过12cm的均按照12cm处剪断,头发洗涤,1、丙酮水丙酮2、丙酮预洗洗洁精洗涤3、洗衣粉浸泡4、二氯甲烷5、SDS洗涤6、

25、甲醇,头发的预洗,都需要反复清洗23次,毛发样品的制备,1、直接甲醇提取2、酸水解3、碱水解4、酶水解5、超临界流体萃取6、有机破坏,生物样品的贮存与处理,1、血浆和血清：采血后及时分离（2h），短期4，长期-202、尿样：应立即测定，否则需加防腐剂置冰箱保存3、唾液：在4下保存，往往需要在取样时测定pH值4、生物样品总的原则：临时解冻，解冻的样品一次测完，不能反复冷冻解冻冷冻(FTC)；样品应以小体积分装存放。,1.6 现有样品前处理技术的评价和展望,固相萃取技术固相微萃取技术压力液体萃取和亚临界水萃取吹扫-捕集技术微波消解和微波辅助萃取技术超临界流体萃取技术免疫萃取技术,固相萃取是一种基于

26、液固分离萃取的试样预处理技术，由液固萃取和柱液色谱技术相结合发展而来的。通过颗粒细小的多孔固相吸附剂选择性地吸附溶液中的被测物质，被测物质被定量吸附后，用体积较小的另一种溶剂洗脱或用热解析的方法解析被测物质，在次过程中达到分离富集被侧物质的目的。,1. 固相萃取技术,特点,回收率、富集倍数高,有 毒 溶 剂 用 量 少,无 相 分 离,操作简单、易自动化,问题,柱径小，流速慢 1-10mL/min,柱效低,在污染体系中，易堵塞,SPE 柱 填 料 粒 径40m,固相萃取技术,是目前从水样品中萃取有机化合物时应用最多的分离富集技术,2.固相微萃取技术,由于无需使用有机溶剂，极大地改善了操作人员的

27、工作环境，使实验室排出的有毒溶剂降至最低。操作简便成熟的商品化技术，应用于大气、水和土壤等各种环境样品中的挥发性、半挥发性、不挥发性化合物的采集、分离和富集。缺点：固体吸附剂容易堵塞，灵敏度不高,3.压力液体萃取和亚临界水萃取,压力液体萃取（PLE）和亚临界水萃取（SWE）是两种从固体基体中萃取有机污染物的技术。前者是在高压下，用溶剂将固体中的目标化合物萃取出来；后者则是在亚临界压力和温度下，用水提取土壤、沉积物和生物体等固体样品中的分析物。优点：萃取时间短，消耗溶剂少，高的萃取回收率缺点：提取装置复杂，高压下操作有危险性，成本高,4.吹扫-捕集技术,原理：用氮气、氦气或其他惰性气体将被测物从

28、样品中抽提出来优点： 对环境不造成污染，取样量少、富集效率高、受基体干扰小及容易实现在线检测缺点： 易形成泡沫，给非极性气相色谱柱的分离也带来困难，并且水对火焰类检测器也具有淬火作用。适用范围：从液体或固体样品中萃取沸点低于200oC，溶解度小于2%的挥发性或半挥发性有机物。,5. 微波消解和微波辅助萃取技术,原理: 利用微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性萃取的方法。通过调节微波加热的参数，可有效加热目标成分，以利于目标成分的萃取与分离。优点： 节能，省时，环境友好缺点： 局部过热,6. 超临界流体萃取技术,原理：超临界流体萃取技术本质上就是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而达到萃取分离的目的。一般以二氧化碳作为萃取溶剂。优点： 理想的，清洁的样品前处理技术缺点：提取装置复杂，高压下操作有危险性，成本高适用范围： 杀虫剂、多氯联苯、多环芳烃等,7. 免疫萃取技术,原理： 将抗体固定在固相载体材料上，制成免疫亲和吸附剂，将样品溶液通过吸附剂，样品中的目标化合物因与抗体发生免疫亲和作用而被保留在固相吸附剂上，然后用酸性缓冲液或有机溶剂作为洗脱剂洗脱固定相，使目标化合物从抗体上解离，从而使目标化合物被萃取和净化。优点： 操作简单、选择性强缺点：使用范围窄（分子质量小于1000）,