中国科技大学3-环境监测新技术导论-1
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田边等用GC-MS法测定了环境颗粒物中 存存在的90种农药残留物及10种农药分解产 物。
Tanabe等用GC-MS法测定了河水中的 32种除草剂，定量下限为0.01～0.02微克/升。
3. 空气和废气的分析： 室外环境空气： 以苯并〔a〕芘为代表 的多环芳烃（PAH）、氯乙烯单体、丙烯腈、 二氯甲烷、三氯乙烯、苯等有机污染物 室内空气：醛类、多环芳烃、硝基芳烃、 防虫剂和杀虫剂、苯、四氯乙烯、三氯乙烯、 丁二烯等有机污染物。
真空系统
接口
质谱仪
等离子炬
控制测量与数 据处理系统
等离子体： 是指含有一定 浓度的阴、阳 离子且能导电 的气体混合物。 ICP可维持温 度在10000K。
ICP与MS的接口示意图：
MS
MS
MS 1质0谱-4～仪10-5
Torr 1～2Torr
真空泵
真空泵
电感线圈
进样嘴锥体 分离嘴锥体
等离子炬
二、ICP-MS分析法的特点：
4. 可有效地进行化学形态的测定 5. 可进行多机联用 不足：
三、ICP-MS在环境监测中的应用：
1. 天然水及废水中Cr、Ni、As、Sr、Pd Sn、Sb、Mo、Zr等的测定
2. 大气粉尘中Pb、Cd、Hg、AI、Ti、Cr、 Mn、Ca、Ni等微量金属的测定
3. 茶叶、树叶、贝类、米粉等样品中V、Ni、 Zn、Ge、As、Mo等的测定
2. 对不同分子有特异性，重现性好 3. 不会破坏分子的构型 （a）芳稥环取代基团定位
ຫໍສະໝຸດ Baidu
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
（b）顺反异构体、环桥、脂肪链异构体
第三章：仪器联用技术与新型监测仪
§1 联用技术
联用技术就是指将两种或两种以上的仪 器组合成一套（台）完整的新型仪器，以实 现更快速、更有效地分离和分析的技术。目 前最常用的联用技术是将分离能力最强的色 谱技术与质谱或光谱检测技术相结合。
§1.1： ICP-MS联用及其在环境监测 中的应用
一、 ICP-MS仪的结构：
二恶英是环境内分泌干扰物的代表。它 们能干扰机体的内分泌，产生广泛的健康影 响。
§1.5 GC-FTIR联用及在环境监测 中的应用
一、GC-FTIR基本装置：
GC FTIR
光管
接口
KBr
输送管
红外光
气相色谱仪
光管
红外探测
二、红外检测器的特点： （红外检测器与质量检测器相比）
1. 红外检测器（IRD）不破坏分子结构，可 保证对完整的分子进行分析。
三. 在环境分析监测中的应用:
1. 环境水中挥发性有机化合物（VOCs） 的分析 田边等用GC-MS法一次性测定了水中
三氯乙烯等 52种挥发性有机化合物，如图：
响应
tR/min
2. 农药类分析：
如Deronx等人使用GC-MS-CI和GCMS-EI法测定运河水中的农药残留物及 其他有机污染物，共测出了110种化合物，并 确证了每种污染物的结构。
一、仪器设备：
这套设备主要由GC、GC与ICP 接口、ICP-MS组成。
GC与ICP之间的接口可简单地用一 短的传输管线连接GC出口端与ICP管 座底部加以实现。
Se色谱柱
气相色谱仪 色谱柱
全加热型接口
不锈钢接口管
等离子炬管座
气相色谱毛细管
尾吹Ar气
加热器
温度传感器
商品全加热型接口
A
D
等离子炬管座 气相色谱仪
4. 恶臭物质的分析 胺、硫化物、醛类、酚类、脂肪酸及含 氮含硫有机物等。
5. 土壤样品中二噁英类及其他污染物的 分析
二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑(qǐ) ,全 称分别是多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋 喃。
多氯二苯并二恶英由2个氧原子联结2个 被氯原子取代的苯环 ，有75种异构体 。
多氯二苯并呋喃由1个氧原子联结2个被 氯原子取代的苯环。有135种异构体。
4. 环境样品中As、Hg、Se等的价态测定
§1.2 MIP-MS的联用技术
以微波诱导等离子体为发射源的质谱分析 技术
§1.3 GC-ICP-MS联用技术
将具有高分辨率和高分离效率的 GC与ICP-MS的高灵敏度、高基体耐 受量及同位素比测定能力相结合的方 法。用于测定痕量和超痕量有机金属 污染物。
1. 灵敏度特别高
ICP-MS
无火焰原子吸收
As 0.000031μ /L
0.0008μ /L
Cr 0.00004μ /L
0.0002μ /L
Hg 0.000018μ /L
0.002μ /L
Mn 0.000006μ /L
0.00002μ /L
2. 可方便地进行多元素同时测定 3. 可同时测定各个元素的各种同位素
NCI: 发生的分子-离子反应主要有电子捕获 反应、负离子加成反应等。
EI--- 提供结构信息及定量结果
PCI---提供化合物的相对分子质量信息
NCI---对带有高电负性元素的化合物具有很高的 选择性和灵敏度
三. 质量-色谱图
GC-MS给出的谱图叫质量-色谱图，又 称为离子碎片图。它是当色谱图出现时，质 谱仪在一定的质量范围内重复扫描，并将所 得数据经计算机处理后给出的各质量数和色 谱图，它表示在一次扫描中，某一质荷比的 离子强度随时间的变化规律。
(2) 喷射式分离器
第一级喷嘴
第二级喷嘴
GC
约10Pa
10-2
Pa
MS
抽真空 抽真空
载气样品流
2. 分类 GC-MS联用仪按分辨率分为： GC-HRMS(气相色谱-高分辨质谱联用仪） GC-LRMS(气相色谱-低分辨质谱联用仪）
台式、小型气相色谱-低分辨质谱联用仪
四极杆型质量分析器
特点： 原理成熟、操作简单、维护方便、谱库丰富且
D
A
BC
C BB
接口的主要作用是：在能够保持良好的 分离度和灵敏度的条件下，使气相色谱分离 出的成分全部导入ICP-MS中检测。
二、应用
§1.4 GC-MS联用技术
一. 仪器结构与分类 1. 结构
GC
接接口口
MS
多孔烧结玻璃管
(1) 隙透式分离器
GC
1Torr左右
MS
真空套
载气样品 流
真空泵
质谱经典、易于分析、灵敏度高、定量重现性好。在 环境监测中得到广泛应用。
二、GC-MS常用的离子化方法
GC-MS常用的离子化方法主要有：
1. 电子轰击型（EI） 正化学电离型（PCI）
2. 化学电离型（CI） 负化学电离型（NCI）
PCI: 发生的分子-离子反应主要有质子转移 反应、电荷交换反应、亲电加成反应。
Tanabe等用GC-MS法测定了河水中的 32种除草剂，定量下限为0.01～0.02微克/升。
3. 空气和废气的分析： 室外环境空气： 以苯并〔a〕芘为代表 的多环芳烃（PAH）、氯乙烯单体、丙烯腈、 二氯甲烷、三氯乙烯、苯等有机污染物 室内空气：醛类、多环芳烃、硝基芳烃、 防虫剂和杀虫剂、苯、四氯乙烯、三氯乙烯、 丁二烯等有机污染物。
真空系统
接口
质谱仪
等离子炬
控制测量与数 据处理系统
等离子体： 是指含有一定 浓度的阴、阳 离子且能导电 的气体混合物。 ICP可维持温 度在10000K。
ICP与MS的接口示意图：
MS
MS
MS 1质0谱-4～仪10-5
Torr 1～2Torr
真空泵
真空泵
电感线圈
进样嘴锥体 分离嘴锥体
等离子炬
二、ICP-MS分析法的特点：
4. 可有效地进行化学形态的测定 5. 可进行多机联用 不足：
三、ICP-MS在环境监测中的应用：
1. 天然水及废水中Cr、Ni、As、Sr、Pd Sn、Sb、Mo、Zr等的测定
2. 大气粉尘中Pb、Cd、Hg、AI、Ti、Cr、 Mn、Ca、Ni等微量金属的测定
3. 茶叶、树叶、贝类、米粉等样品中V、Ni、 Zn、Ge、As、Mo等的测定
2. 对不同分子有特异性，重现性好 3. 不会破坏分子的构型 （a）芳稥环取代基团定位
ຫໍສະໝຸດ Baidu
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
（b）顺反异构体、环桥、脂肪链异构体
第三章：仪器联用技术与新型监测仪
§1 联用技术
联用技术就是指将两种或两种以上的仪 器组合成一套（台）完整的新型仪器，以实 现更快速、更有效地分离和分析的技术。目 前最常用的联用技术是将分离能力最强的色 谱技术与质谱或光谱检测技术相结合。
§1.1： ICP-MS联用及其在环境监测 中的应用
一、 ICP-MS仪的结构：
二恶英是环境内分泌干扰物的代表。它 们能干扰机体的内分泌，产生广泛的健康影 响。
§1.5 GC-FTIR联用及在环境监测 中的应用
一、GC-FTIR基本装置：
GC FTIR
光管
接口
KBr
输送管
红外光
气相色谱仪
光管
红外探测
二、红外检测器的特点： （红外检测器与质量检测器相比）
1. 红外检测器（IRD）不破坏分子结构，可 保证对完整的分子进行分析。
三. 在环境分析监测中的应用:
1. 环境水中挥发性有机化合物（VOCs） 的分析 田边等用GC-MS法一次性测定了水中
三氯乙烯等 52种挥发性有机化合物，如图：
响应
tR/min
2. 农药类分析：
如Deronx等人使用GC-MS-CI和GCMS-EI法测定运河水中的农药残留物及 其他有机污染物，共测出了110种化合物，并 确证了每种污染物的结构。
一、仪器设备：
这套设备主要由GC、GC与ICP 接口、ICP-MS组成。
GC与ICP之间的接口可简单地用一 短的传输管线连接GC出口端与ICP管 座底部加以实现。
Se色谱柱
气相色谱仪 色谱柱
全加热型接口
不锈钢接口管
等离子炬管座
气相色谱毛细管
尾吹Ar气
加热器
温度传感器
商品全加热型接口
A
D
等离子炬管座 气相色谱仪
4. 恶臭物质的分析 胺、硫化物、醛类、酚类、脂肪酸及含 氮含硫有机物等。
5. 土壤样品中二噁英类及其他污染物的 分析
二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑(qǐ) ,全 称分别是多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋 喃。
多氯二苯并二恶英由2个氧原子联结2个 被氯原子取代的苯环 ，有75种异构体 。
多氯二苯并呋喃由1个氧原子联结2个被 氯原子取代的苯环。有135种异构体。
4. 环境样品中As、Hg、Se等的价态测定
§1.2 MIP-MS的联用技术
以微波诱导等离子体为发射源的质谱分析 技术
§1.3 GC-ICP-MS联用技术
将具有高分辨率和高分离效率的 GC与ICP-MS的高灵敏度、高基体耐 受量及同位素比测定能力相结合的方 法。用于测定痕量和超痕量有机金属 污染物。
1. 灵敏度特别高
ICP-MS
无火焰原子吸收
As 0.000031μ /L
0.0008μ /L
Cr 0.00004μ /L
0.0002μ /L
Hg 0.000018μ /L
0.002μ /L
Mn 0.000006μ /L
0.00002μ /L
2. 可方便地进行多元素同时测定 3. 可同时测定各个元素的各种同位素
NCI: 发生的分子-离子反应主要有电子捕获 反应、负离子加成反应等。
EI--- 提供结构信息及定量结果
PCI---提供化合物的相对分子质量信息
NCI---对带有高电负性元素的化合物具有很高的 选择性和灵敏度
三. 质量-色谱图
GC-MS给出的谱图叫质量-色谱图，又 称为离子碎片图。它是当色谱图出现时，质 谱仪在一定的质量范围内重复扫描，并将所 得数据经计算机处理后给出的各质量数和色 谱图，它表示在一次扫描中，某一质荷比的 离子强度随时间的变化规律。
(2) 喷射式分离器
第一级喷嘴
第二级喷嘴
GC
约10Pa
10-2
Pa
MS
抽真空 抽真空
载气样品流
2. 分类 GC-MS联用仪按分辨率分为： GC-HRMS(气相色谱-高分辨质谱联用仪） GC-LRMS(气相色谱-低分辨质谱联用仪）
台式、小型气相色谱-低分辨质谱联用仪
四极杆型质量分析器
特点： 原理成熟、操作简单、维护方便、谱库丰富且
D
A
BC
C BB
接口的主要作用是：在能够保持良好的 分离度和灵敏度的条件下，使气相色谱分离 出的成分全部导入ICP-MS中检测。
二、应用
§1.4 GC-MS联用技术
一. 仪器结构与分类 1. 结构
GC
接接口口
MS
多孔烧结玻璃管
(1) 隙透式分离器
GC
1Torr左右
MS
真空套
载气样品 流
真空泵
质谱经典、易于分析、灵敏度高、定量重现性好。在 环境监测中得到广泛应用。
二、GC-MS常用的离子化方法
GC-MS常用的离子化方法主要有：
1. 电子轰击型（EI） 正化学电离型（PCI）
2. 化学电离型（CI） 负化学电离型（NCI）
PCI: 发生的分子-离子反应主要有质子转移 反应、电荷交换反应、亲电加成反应。