环境分析化学(罗军)

《环境分析化学》系统介绍了环境分析化学的基本概念、原理和方法，主要内容有：绪论，环境样品的采集、制备与预处理，环境样品分析过程中的误差与数据处理、质量保证与质量控制，滴定分析法、重量分析法、电化学分析法、原子吸收/发射光谱法、紫外可见/红外吸收光谱法、核磁共振波谱法、质谱法、色谱法、色谱质谱联用法、激光拉曼光谱法、X射线光谱法、表面分析法等技术与方法的理论基础、方法原理、有关仪器结构以及在环境样品分析中的应用。 本书可作为环境科学、环境工程等相关专业本科生和研究生的教材，也可供环境监测领域工作者和研究人员参考。

罗军，南京大学环境学院，教授博导，长期从事新型原位监测技术的研发与环境应用研究。在梯度扩散薄膜（DGT）技术（一种高效的原位采样技术）的经典理论基础上，研发了能够原位测定（类）金属形态的新型分析技术以及表征土壤微界面的新型二维高分辨原位传感技术，为原位定量研究（类）金属的环境微界面迁移转化过程与机制提供了强有力的技术支撑。新研发了能够测定新型有机污染物（双酚类物质、全氟化合物、磷代阻燃剂、精麻类药物等）的原位监测分析技术，为有机污染物的连续监测提供了省时省力的新型解决方案。在ES T、Analytical Chemistry、Water Research等国际环境领域期刊上发表SCI论文50余篇，含30余篇JCR学科一区期刊：其中，ES T文章14篇、AC文章6篇、WR文章3篇。获授权中国发明专利9项、PCT国际发明专利2项，申请中国发明专利9项。获国家自然科学基金委、国家重大专项水专项、国家重点研发计划以及江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目资助。目前任Frontiers in Environmental Chemistry期刊的Associate editor。

第一章绪论1 1.1环境分析化学的定义、任务和作用1 1.1.1环境分析化学的定义1 1.1.2环境分析化学的任务1 1.1.3环境分析化学的作用2 1.2环境分析化学的分类2 1.2.1定性分析、定量分析、结构分析2 1.2.2化学分析和仪器分析2 1.2.3无机分析和有机分析3 1.2.4常量分析、半微量分析、微量分析、超微量分析4 1.3环境分析方法的选择4 1.4环境分析过程6 1.5环境分析化学的发展趋势6 习题7 参考文献7 第二章环境样品的采集、制备与预处理8 2.1环境样品的采集8 2.1.1水样品8 2.1.2大气样品10 2.1.3土壤、沉积物样品13 2.1.4固体废物样品16 2.1.5生物样品17 2.2环境样品的制备18 2.3环境样品的分解与预处理19 2.3.1消解法19 2.3.2微波辅助消解法20 2.3.3灰化法21 2.3.4提取法22 2.3.5测定前的预处理22 习题25 参考文献25 第三章环境样品分析过程中的误差与数据处理26 3.1样品分析过程中的误差26 3.1.1误差与偏差26 3.1.2准确度与精密度30 3.1.3系统误差与随机误差30 3.1.4公差31 3.1.5误差的传递31 3.2有效数字规则33 3.2.1有效数字及其修约规则33 3.2.2有效数字的运算规则34 3.3数据处理方法35 3.3.1可疑数据的取舍35 3.3.2显著性检验36 3.3.3回归分析法39 3.4分析结果的表达41 习题42 参考文献43 第四章环境样品分析过程中的质量保证与质量控制44 4.1分析结果的可靠性44 4.1.1用标准样品评价分析结果的可靠性45 4.1.2用标准方法评价分析结果的可靠性45 4.1.3用加标回收率评价分析结果的可靠性45 4.2分析方法的可靠性46 4.2.1测量方法的校准47 4.2.2准确度的检验47 4.2.3精密度的控制47 4.2.4灵敏度的评价48 4.2.5检出限的测量48 4.3环境分析全过程的质量保证和质量控制49 4.3.1分析前的质量保证与质量控制49 4.3.2分析中的质量保证与质量控制51 4.3.3分析后的质量保证与质量控制54 4.4标准方法与标准物质54 4.4.1标准分析方法54 4.4.2标准物质与标准样品55 4.4.3环境标准物质的特征56 习题56 参考文献57 第五章滴定分析法58 5.1酸碱滴定法58 5.1.1酸碱平衡理论基础58 5.1.2酸碱组分的平衡浓度与分布分数59 5.1.3溶液中H+浓度的计算61 5.1.4酸碱缓冲溶液63 5.1.5酸碱指示剂65 5.1.6酸碱滴定法原理66 5.1.7酸碱滴定法在环境样品分析中的应用68 5.2配位滴定法71 5.2.1环境分析中常用的配合物以及配合物平衡常数72 5.2.2副反应系数与条件稳定常数74 5.2.3配位滴定法的原理76 5.2.4配位滴定中的酸度控制和滴定选择性的提高77 5.2.5配位滴定法在环境样品分析中的应用79 5.3氧化还原滴定法80 5.3.1氧化还原平衡简介80 5.3.2氧化还原滴定原理83 5.3.3环境分析中常用的氧化还原滴定法及其应用85 5.4沉淀滴定法89 5.4.1沉淀滴定法原理89 5.4.2沉淀滴定法在环境样品分析中的应用90 习题93 参考文献94 第六章重量分析法95 6.1重量分析法简介95 6.1.1重量分析法的分类和特点95 6.1.2沉淀法对沉淀形式和称量形式的要求95 6.1.3沉淀溶解度及其影响因素96 6.1.4沉淀的类型及形成99 6.1.5影响沉淀纯度的因素101 6.1.6沉淀条件的选择103 6.1.7沉淀的过滤、洗涤、干燥和恒重104 6.1.8称量形式和结果计算105 6.2重量分析法在环境样品分析中的应用105 习题106 参考文献106 第七章电化学分析法107 7.1电化学分析法简介107 7.2电导分析法107 7.2.1电导分析法原理107 7.2.2电导分析法在环境样品分析中的应用108 7.3电位分析法110 7.3.1电位分析法原理110 7.3.2电极分类110 7.3.3pH计和自动电位滴定仪简介112 7.3.4电位分析法在环境样品分析中的应用与示例114 7.4电重量分析法和库仑分析法116 7.4.1电解的原理116 7.4.2电重量分析法及其在环境样品分析中的应用117 7.4.3库仑分析法及其在环境样品分析中的应用118 7.5伏安法和极谱法121 7.5.1常见伏安法和极谱法的种类和原理121 7.5.2伏安法和极谱法在环境样品分析中的应用124 习题127 参考文献128 第八章原子吸收光谱法129 8.1原子吸收光谱法的基本原理129 8.1.1原子吸收光谱的产生129 8.1.2基态原子与激发态原子分布129 8.1.3谱线轮廓与谱线变宽130 8.1.4测量原子吸收的方法132 8.2原子吸收分光光度计的主要结构133 8.2.1光源134 8.2.2原子化器134 8.2.3分光系统137 8.2.4检测系统137 8.3样品分析中的常见干扰及其抑制方法138 8.3.1光谱类干扰138 8.3.2物理干扰138 8.3.3化学干扰138 8.3.4电离干扰139 8.4原子吸收光谱法的分析方法139 8.4.1定量分析方法139 8.4.2灵敏度、特征量及检出限140 8.5原子吸收光谱法在环境样品分析中的应用141 8.5.1水分析中的应用142 8.5.2土壤分析中的应用142 8.5.3大气分析中的应用142 8.5.4固体废物分析中的应用142 8.5.5原子吸收光谱法的实际应用143 8.6原子荧光光谱法144 8.6.1原子荧光光谱的基本原理144 8.6.2原子荧光光谱的类型144 8.6.3原子荧光光度计的主要结构145 8.6.4原子荧光光度计与原子吸收分光光度计的主要区别146 8.7原子荧光光谱法在环境样品分析中的应用146 8.7.1元素总量测量应用146 8.7.2元素形态测量应用147 8.7.3氢化物发生-原子荧光光谱法测定海水中的砷147 习题147 参考文献148 第九章原子发射光谱法149 9.1原子发射光谱法的基本原理149 9.1.1原子发射光谱法简介149 9.1.2原子发射光谱的产生150 9.1.3原子能级与原子能级图151 9.1.4谱线强度152 9.1.5谱线的自吸与自蚀154 9.2原子发射光谱分析仪器154 9.2.1激发光源154 9.2.2试样引入激发光源的方式159 9.2.3光谱仪160 9.2.4检测器160 9.2.5干扰及消除方法162 9.3原子发射光谱法的分析方法163 9.3.1光谱定性分析163 9.3.2光谱半定量分析164 9.3.3光谱定量分析164 9.4原子发射光谱法在环境样品分析中的应用166 9.4.1ICP-AES测定饮用水中的微量重金属As、Ba、Cu、Se、Zn、Mn、Cd、Cr、Pb166 9.4.2ICP-AES同时测定土壤中的Cu、Zn、Ni、Cr168 习题169 参考文献169 第十章紫外-可见吸收光谱法170 10.1紫外-可见吸收光谱的产生和影响因素170 10.1.1紫外-可见吸收光谱的产生机理170 10.1.2影响紫外-可见吸收光谱的因素177 10.2吸收定律178 10.2.1朗伯-比尔定律178 10.2.2朗伯-比尔定律的适用性179 10.3紫外-可见分光光度计的主要结构和类型180 10.3.1紫外-可见分光光度计的主要结构181 10.3.2紫外-可见分光光度计的主要类型182 10.4紫外-可见吸收光谱法在环境样品分析中的应用182 10.4.1环境土壤和植物分析183 10.4.2环境污染物的成分及含量测定183 10.4.3环境生物成分分析184 习题184 参考文献185 第十一章红外吸收光谱法186 11.1红外吸收光谱法的基本原理186 11.1.1红外吸收光谱法简介186 11.1.2红外吸收光谱的产生条件187 11.1.3分子的振动形式189 11.2红外吸收光谱与分子结构的关系190 11.2.1基团特征频率区和指纹区190 11.2.2常见化合物的红外吸收光谱191 11.2.3影响基团吸收频率的因素195 11.3红外光谱仪和样品处理196 11.3.1红外光谱仪196 11.3.2样品的制备199 11.4红外吸收光谱法的分析方法201 11.4.1定性分析201 11.4.2定量分析201 11.5红外吸收光谱法在环境样品分析中的应用202 11.5.1水环境检测——石油类和动植物油类含量的测定202 11.5.2固体环境检测——石油类含量的测定204 11.5.3气体环境检测——油烟和油雾含量的测定205 习题206 参考文献207 第十二章核磁共振波谱法208 12.1核磁共振波谱法的基本原理208 12.1.1发生核磁共振现象的条件208 12.1.2原子核的自旋与磁矩208 12.1.3核磁共振时吸收的电磁波频率209 12.1.4核磁共振波谱的获取210 12.1.5饱和与弛豫212 12.2核磁共振波谱与分子结构的关系213 12.2.1化学位移214 12.2.2自旋耦合218 12.2.3峰面积219 12.3核磁共振波谱仪与样品处理220 12.3.1核磁共振波谱仪的结构220 12.3.2核磁实验室安全注意事项220 12.3.3样品处理流程221 12.4核磁共振波谱法在环境样品分析中的应用221 12.4.1橡胶制品中多环芳烃的检测221 12.4.2污染物降解产物的结构分析222 习题224 参考文献224 第十三章质谱法225 13.1质谱法概述225 13.2质谱仪的主要结构和工作原理225 13.2.1进样系统226 13.2.2离子源226 13.2.3质量分析器230 13.2.4离子检测器233 13.2.5数据分析及记录系统233 13.3有机化合物的裂解规律234 13.4质谱法在环境样品分析中的应用234 13.4.1利用质谱法检测重金属235 13.4.2利用质谱法检测有机物236 习题237 参考文献237 第十四章色谱法238 14.1色谱分析的基本理论238 14.1.1色谱的基本概念和常用术语238 14.1.2塔板理论241 14.1.3速率理论241 14.2色谱分析方法243 14.2.1色谱定性分析244 14.2.2色谱定量分析244 14.3气相色谱法概述246 14.3.1气相色谱仪的主要结构246 14.3.2气相色谱仪的分析操作条件247 14.3.3气相色谱法在环境样品分析中的应用248 14.4液相色谱法概述252 14.4.1液相色谱仪的主要结构252 14.4.2液相色谱仪的分析操作条件253 14.4.3液相色谱法在环境样品分析中的应用255 习题257 参考文献257 第十五章色谱-质谱联用法258 15.1气相色谱-质谱联用技术258 15.1.1气相色谱-质谱联用仪及其工作原理简介258 15.1.2气相色谱-质谱联用仪的分析方法259 15.1.3气相色谱-质谱联用仪的谱图信息261 15.1.4气相色谱-质谱联用仪在环境样品分析中的应用261 15.2液相色谱-质谱联用技术264 15.2.1液相色谱-质谱联用仪及其工作原理简介264 15.2.2液相色谱-质谱联用仪分析条件的选择266 15.2.3液相色谱-质谱联用仪在环境样品分析中的应用267 习题271 参考文献271 第十六章激光拉曼光谱法272 16.1激光拉曼光谱法的基本原理272 16.1.1拉曼散射272 16.1.2拉曼位移和拉曼光谱图272 16.1.3拉曼光谱的去偏振度273 16.1.4拉曼光谱与红外光谱的关系274 16.2激光拉曼光谱仪的主要结构274 16.3激光拉曼光谱法在环境样品分析中的应用275 16.3.1水中病原菌的测定275 16.3.2海水中微塑料的鉴定277 习题278 参考文献278 第十七章X射线光谱法279 17.1X射线吸收光谱法及其在环境样品分析中的应用279 17.1.1X射线吸收的基本原理279 17.1.2X射线吸收光谱法及其应用280 17.2X射线荧光光谱法及其在环境样品分析中的应用283 17.2.1X射线荧光效应的原理283 17.2.2X射线荧光光谱法及其应用284 17.3X射线衍射光谱法及其在环境样品分析中的应用289 17.3.1X射线的散射和衍射289 17.3.2X射线衍射光谱法及其应用291 习题295 参考文献295 第十八章表面分析法296 18.1表面分析法概述296 18.1.1表面的含义296 18.1.2表面分析法的原理296 18.2荧光探针技术297 18.2.1荧光产生的原理及荧光探针分析的原理298 18.2.2荧光探针分析的应用298 18.3电子探针技术299 18.3.1电子探针分析的原理299 18.3.2电子探针分析的仪器301 18.3.3电子探针分析的应用302 18.4离子探针技术302 18.4.1离子探针分析的原理303 18.4.2离子散射谱的原理304 18.4.3离子散射谱仪的仪器构造304 18.4.4离子探针分析的应用305 18.5扫描探针显微镜技术305 18.5.1扫描探针显微镜简介305 18.5.2扫描隧道显微镜306 18.5.3原子力显微镜308 18.5.4其他扫描探针显微镜309 习题309 参考文献309