环境分析化学章精选PPT.ppt
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1、环境分析化学章第1页,此课件共44页哦二、环境有机污染物分析的必要性二、环境有机污染物分析的必要性在在优优先先污污染染物物中中,有有毒毒有有机机物物所所占占的的比比例例很很大大。如如美美国国129种优先污染物中种优先污染物中,有机染物占有机染物占114种。种。三、环境有机污染物分析的一般步骤与方法三、环境有机污染物分析的一般步骤与方法1.采样与制样采样与制样包括包括:样品的采集与保存、样品的制备。样品的采集与保存、样品的制备。2.提取与富集提取与富集用各种有机溶剂用各种有机溶剂,将有机污染物从提取将有机污染物从提取的介的介质中洗涤下质中洗涤下来来,或提取出来。或提取出来。溶解度遵循溶解度遵循“
2、相似相溶相似相溶”的规律。的规律。第2页,此课件共44页哦有机溶剂的极性可用介电常数来衡量。介电常数大有机溶剂的极性可用介电常数来衡量。介电常数大,其极性也大其极性也大。常用常用的的有有机溶机溶剂的介电常数剂的介电常数()列于列于下下表表。溶溶剂剂(温度(温度)溶溶剂剂(温度(温度)溶溶剂剂(温度(温度)水水甲醇甲醇乙醇乙醇丙酮丙酮正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇吡啶吡啶1,2-二氯乙二氯乙烷烷78.5(25)32.6(25)24.3(25)20.7(25)20.1(25)17.8(20)12.3(25)10.3(25)二氯甲烷二氯甲烷乙酸乙脂乙酸乙脂氯仿氯仿溴仿溴仿乙醚乙醚二硫化碳二硫化碳呋喃呋喃9
3、.08(20)6.02(25)4.81(20)4.39(20)4.32(20)2.64(20)2.95(25)甲苯甲苯苯苯四氯化碳四氯化碳环已烷环已烷正辛烷正辛烷正已烷正已烷正戊烷正戊烷2.4(25)2.3(20)2.2(20)2.0(20)2.0(20)1.9(20)1.8(20)第3页,此课件共44页哦 3.定性与定量分析定性与定量分析需要解决两个问题需要解决两个问题:(1)确确定定所所分分析析的的环环境境样样品品中中“目目标标成成分分”是是否否存存在在,或或者样品中有那些有机污染物者样品中有那些有机污染物;(2)“目标成分目标成分”或所含有机污染物的含量是多少?或所含有机污染物的含量是多
4、少?四、环境有机污染物衍生化四、环境有机污染物衍生化衍生化的目衍生化的目的的:通过衍生化反应得到的衍生物有利于复:通过衍生化反应得到的衍生物有利于复杂的有机污染物分离、测定或鉴定。通过衍生化可以起到下杂的有机污染物分离、测定或鉴定。通过衍生化可以起到下列几个作用列几个作用。使使挥挥发发性性太太高高或或太太低低的的有有机机污污染染物物转转化化为为挥挥发发性性适适度度的衍生物。的衍生物。第4页,此课件共44页哦 使使热热不不稳稳定定的的有有机机污污染染物物转转化化为为热热稳稳定定性性较较好好的的衍衍生物。生物。通通过过衍衍生生化化后后,改改变变被被分分析析的的有有机机污污染染物物在在色色谱谱、质质
5、谱谱、分光光度或电分析化学中的行为。分光光度或电分析化学中的行为。使使原原来来对对于于某某种种检检测测器器无无响响应应信信号号,或或响响应应信信号号很很弱弱的的有有机机污污染染物物,转转化化为为有有相相应应信信号号或或增增强强响响应应信信号号的的衍衍生生物物。使使原原来来不不能能用用某某些些分分析析方方法法测测定定的的有有机机污污染染物物,经经衍衍生生化后化后,可用某些分析方法则定。可用某些分析方法则定。使使某某些些性性质质相相近近的的有有机机污污染染物物,不不能能用用一一般般的的分分离离方方法法分分离离而而影影响响进进行行选选择择测测定定,通通过过衍衍生生化化后后,由由于于衍衍生生物物的的性
6、性质不同质不同,而得到有效的分离。而得到有效的分离。第5页,此课件共44页哦1.气相色谱用的衍生物气相色谱用的衍生物气相色谱分析气相色谱分析,对衍生物的要求从以下几方面考虑对衍生物的要求从以下几方面考虑:使使挥挥发发性性极极低低的的化化合合物物转转化化为为挥挥发发性性较较高高的的衍衍生生物物,以以利于分析。利于分析。如如有有机机污污染染物物的的热热稳稳定定性性差差,则则要要把把它它衍衍生生为为热热稳稳定性较合适的衍生物定性较合适的衍生物。原原来来性性质质极极相相近近,难难以以分分离离的的化化合合物物如如光光学学异异构构体体,要衍生为性质相差较大的要衍生为性质相差较大的衍生衍生物物,以利于分离、
7、分析。以利于分离、分析。所有的衍生物应增加可检测性。所有的衍生物应增加可检测性。第6页,此课件共44页哦2.高效液相色谱分析用的衍生物高效液相色谱分析用的衍生物与与气相色谱相比气相色谱相比,高效液相色谱,高效液相色谱检测手段要检测手段要少得少得多多。气相色谱:热导检测器气相色谱:热导检测器(TCD)、红外检测器红外检测器(IRD)、电电子捕获检测器(子捕获检测器(ECD)、)、火焰离子化检测器火焰离子化检测器(FID)、氮磷检测氮磷检测器器(NPD)、质谱检测器(质谱检测器(MSD)。)。高高效效液液相相色色谱谱目目前前用用得得较较多多的的是是紫紫外外和和荧荧光光检检测测器器。如如果果有有机机
8、污污染染物物没没有有紫紫外外吸吸收收或或不不产产生生荧荧光光,就就必必须须通通过过衍衍生生反反应应,转化为可被相应检测器检测的衍生物。使分析成为可能。转化为可被相应检测器检测的衍生物。使分析成为可能。第7页,此课件共44页哦3.质谱分析用的衍生物质谱分析用的衍生物与气相色谱分析用衍生物要求相同与气相色谱分析用衍生物要求相同,使待测的组分具有合使待测的组分具有合适的挥发性与热稳定性。当用质谱进行有机物的分子结构分析时适的挥发性与热稳定性。当用质谱进行有机物的分子结构分析时,还要考虑衍生物是否能提供更多有关分子结构的信息还要考虑衍生物是否能提供更多有关分子结构的信息。4.电分析化学用的衍生物电分析
9、化学用的衍生物通通过过适适当当的的衍衍生生化化反反应应,将将没没有有电电活活性性的的有有机机污污染染物物转转化为具有电活性的衍生物。化为具有电活性的衍生物。第8页,此课件共44页哦5.气相色谱分析衍生物类型与衍生化试剂气相色谱分析衍生物类型与衍生化试剂(1)烷烷基衍生物基衍生物含有含有OH、COOH、SH、NH和和CONH等基团化合物的等基团化合物的烷烷基化基化,是用是用烷烷基取代这些基团中的活泼氢基取代这些基团中的活泼氢,所得所得烷烷基衍生物的极性较低基衍生物的极性较低,制备这类衍生物所用的反应主制备这类衍生物所用的反应主要是亲核取代反应要是亲核取代反应,以下式表示以下式表示:R-X样品样品
10、-OH样品样品-O-R+HXX为为卤卤素素或或另另外外易易断断开开的的基基团团,衍衍生生物物为为醚醚、酯酯、硫硫醚醚、羧羧酸酸酯酯、烷烷基酸基酸胺胺。第9页,此课件共44页哦 对对于于酸酸性性OH基基,另另外外一一些些常常用用的的烷烷基基化化试试剂剂有有四四烷烷基基铵,铵,重氮甲重氮甲烷烷等。它们与样品发生的等。它们与样品发生的烷烷基化反应可表示如下基化反应可表示如下:R4N样品样品-OH样品样品-O-R+R3NCH2N2样品样品-OH样品样品-OCH3+N2第10页,此课件共44页哦 (2)硅硅烷烷基基衍衍生生化化用用硅硅烷烷基基取取代代OH、SH和和NH基基上上活泼氢活泼氢,可得硅可得硅烷
11、烷基衍生物基衍生物,反应表示如下:,反应表示如下:样品样品-OH+R3Si-X样品样品-O-SiR3+HX常用的硅常用的硅烷烷化试剂有化试剂有:三甲基氯硅三甲基氯硅烷烷、六甲基二硅氮、六甲基二硅氮烷烷等。等。硅硅烷烷基衍生物对空气中的水分相当敏感基衍生物对空气中的水分相当敏感,常在使用前于常在使用前于密闭的容器内制备。密闭的容器内制备。第11页,此课件共44页哦 (3)酰酰基基衍衍生生物物对对于于极极性性基基团团,如如OH、NH的的衍衍生生化化,酰酰化化也也是是常常用用的的衍衍生生化化反反应应。常常用用的的衍衍生生试试剂剂有有酸酸酐酐、酰酰卤卤等等。用酸用酸酐酐和和酰酰卤进行卤进行酰酰化反应会
12、产生副产物化反应会产生副产物-酸。对于气酸。对于气相相色谱分析色谱分析,必须将酸除去必须将酸除去,以防止破坏柱效。为此以防止破坏柱效。为此,以以酸酸酐酐为试剂的为试剂的酰酰化反应通常在化反应通常在吡啶吡啶、四氢、四氢呋呋喃和另外一些能喃和另外一些能接受酸的溶剂中进行。接受酸的溶剂中进行。(4)由缩合反应生成的衍生物由缩合反应生成的衍生物此此处的缩合反应是指因失处的缩合反应是指因失水水,两个分子互相结合的反应。如:两个分子互相结合的反应。如:R-NH2+O=C(R2)R-N=C(R2)+H2OR-NH2+S=C=OR-N=C=S+H2O第12页,此课件共44页哦第二节第二节固固相萃取相萃取固固相
13、相萃萃取取(solidphaseextraction,SPE)由由液液固固萃萃取取和和柱柱液液相相色色谱谱技技术术相相结结合合发发展展而而来来。它它是是一一种种填填充充固固定定相相的的短短色色谱柱谱柱,用以浓缩被测组分或除去干扰物质。用以浓缩被测组分或除去干扰物质。SPE是是一一个个柱柱色色谱谱分分离离过过程程,分分离离机机理理、固固定定相相和和溶溶剂剂的的选选择择等等方方面面与与高高效效液液相相色色谱谱(HPLC)有有许许多多相相似似之之处处。SPE柱的填料粒径柱的填料粒径(40m)较大,)较大,柱效就很低。柱效就很低。第13页,此课件共44页哦SPE技术主要应用于处理试样,达到的目的是技术
14、主要应用于处理试样,达到的目的是:(a)从从试样试样中除去对以后分析有干扰的物质中除去对以后分析有干扰的物质;(b)富集痕量组分富集痕量组分,提高分析灵敏度提高分析灵敏度;(c)变换变换试样溶试样溶剂剂,使之与分析方法相匹配使之与分析方法相匹配;(d)试样脱盐试样脱盐;(e)便于试样的储存和便于试样的储存和运送。运送。其中主要的作用是其中主要的作用是富集富集和和净化净化。第14页,此课件共44页哦一、固相萃取的基本原理一、固相萃取的基本原理试试样样通通过过装装有有合合适适的的固固定定相相时时,被被测测组组分分由由于于与与固固定定相相作作用用力力较较强强被被吸吸附附留留在在柱柱上上,并并因因吸吸
15、附附作作用用力力的的不不同同而而彼彼此此分分离离,样样品品基基质质及及其其他他成成分分与与固固定定相相作作用用力力较较弱弱而而随随水水流流出出萃萃取取柱柱。被被萃萃取取的的组组分分,用用少少量量的的选选择择性性溶溶剂剂洗洗脱脱,因因此此,它它不不仅仅用用于于“清清洗洗”样样品品,除除去去干干扰扰成成分分,而而且且可可以以使使组组分分分级分级,达到浓缩或纯化的作用达到浓缩或纯化的作用。第15页,此课件共44页哦二、固相萃取的装置二、固相萃取的装置 固相萃取装置分为固相萃取装置分为柱型柱型和和盘型盘型两种两种。使用最多的吸附剂是使用最多的吸附剂是C18相相。该种吸附剂疏水性强该种吸附剂疏水性强,在
16、水相中对大多数有机物显示保留在水相中对大多数有机物显示保留。其他吸附剂其他吸附剂,如如C8、氨基、苯基、双醇基填料、活性炭、氨基、苯基、双醇基填料、活性炭、硅胶、硅胶、氧化铝、硅酸氧化铝、硅酸镁镁、高分子聚合物、离子交换树脂等。、高分子聚合物、离子交换树脂等。第16页,此课件共44页哦 第17页,此课件共44页哦吸附剂吸附剂分离机理分离机理洗脱溶剂洗脱溶剂分析物的性质分析物的性质环境分析中应用环境分析中应用键键合合了了硅硅胶胶的的C18和和C8反相反相有机溶剂有机溶剂非极性和弱极非极性和弱极性性多环芳烃类,多氯联苯类,多环芳烃类,多氯联苯类,有机磷和机氯农药类,烷基有机磷和机氯农药类,烷基苯类
17、,邻苯二甲酸酯类,多苯类,邻苯二甲酸酯类,多氯苯胺类,非极性除草剂类,氯苯胺类,非极性除草剂类,脂肪酸类等脂肪酸类等多多孔孔苯苯乙乙烯烯-二二乙乙烯烯基基苯苯共共聚聚物物反相反相有机溶剂有机溶剂非极性到中等非极性到中等极性极性苯酚,氯代苯酚,苯胺,氯苯酚,氯代苯酚,苯胺,氯代苯胺,中等极性的除草剂代苯胺,中等极性的除草剂石墨碳石墨碳反相反相有机溶剂有机溶剂非极性到相当非极性到相当极性极性醇类,硝基苯酚类,相当大醇类,硝基苯酚类,相当大极性的除草剂极性的除草剂离离子子交交换换树脂树脂离子交换离子交换一一定定pH值值的水溶液的水溶液阴阴阳阳离离子子型型有有机物机物苯苯酚酚,次次氮氮基基三三乙乙酸酸
18、,苯苯胺胺,邻苯二甲酸类邻苯二甲酸类金金属属配配合合物吸附剂物吸附剂配体交换配体交换配配位位的的水水溶液溶液金金属属配配合合物物特特性性苯苯胺胺衍衍生生物物,氨氨基基酸酸类类,2-巯基苯并咪唑,羧酸类巯基苯并咪唑,羧酸类表表SPE使用的不同类型吸附剂及相关应用使用的不同类型吸附剂及相关应用第18页,此课件共44页哦 固相萃取固相萃取缺点缺点:a、由于由于柱柱径较小径较小,使流速受到限制使流速受到限制;b、采用采用40m左右的固定相填料左右的固定相填料,若采用较大的流速若采用较大的流速会会妨碍某些组分有效地收集妨碍某些组分有效地收集;c、对于相对较脏的样品对于相对较脏的样品,如各种污水如各种污水
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