第三章-環(huán)境分析和生物分析

3.1、環(huán)境分析環(huán)境分析化學(xué)是研究和應(yīng)用現(xiàn)代分析化學(xué)的基本理論和方法，來鑒別和測定環(huán)境污染物的學(xué)科分支。環(huán)境物質(zhì)來自何方？是否（潛在）有毒?進入環(huán)境后有什么變化？可能造成的危害？采取什么措施防止和減少對環(huán)境的沖擊？要解決問題首先要闡明環(huán)境污染物的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、含量--------環(huán)境分析化學(xué)。第三章、環(huán)境分析和生物分析成都理工大學(xué)材化院1一、環(huán)境分析化學(xué)的特點1.涉及范圍廣:涉及大氣、江河、海洋、土壤和生物圈2.對象復(fù)雜:與污染物質(zhì)化學(xué)物種的多樣性相關(guān)聯(lián)3.變異性:研究對象穩(wěn)定性差，易遷移變化4.定量分析:有的污染物在痕量或超痕量即發(fā)生作用5.普遍性、實用性:密切結(jié)合實際，與各行各業(yè)如化工、鋼鐵、信息、能源、交通等均有關(guān)系成都理工大學(xué)材化院2二、環(huán)境分析樣品前處理方法固相萃取法(SPE)固相微萃取法（SPME）超臨界流體萃取法(SLM)微波消化法（MWD）液膜分離法（SLM）加速溶劑萃取法（ASE）成都理工大學(xué)材化院3定義：利用固相吸附劑將液體樣品中的目標(biāo)化合物吸附，與樣品的基體和干擾化合物分離，然后再用洗脫液洗脫，達到分離和和富集的目的。分離：雜質(zhì)保留或目標(biāo)化合物保留。富集：目標(biāo)化合物保留，化合物極性與吸附劑極性越接近，保留越強。分離機理：利用雜質(zhì)或目標(biāo)化合物與樣品基體溶劑和吸附劑之間親和力的相對大小。適合處理水樣及可溶解的固體環(huán)境樣品，也可用于捕集氣體中痕量有機物及氣溶膠。1.固相萃取成都理工大學(xué)材化院(Solid

phase

Extraction)4固相萃取的分類

1）正相固相萃?。何絼┦菢O性的，取決于目標(biāo)化合物的極性官能團與吸附劑表面的極性官能團之間相互作用，其中包括了氫鍵，π-π鍵相互作用，偶極-偶極相互作用和偶極-誘導(dǎo)偶極相互作用以及其他的極性-極性作用。

2）反相固相萃?。何絼┖湍繕?biāo)化合物通常是非極性的或極性較弱的，主要是靠非極性-非極性相互作用，包括范德華力或色散力。

3）離子交換固相萃取：目標(biāo)化合物與吸附劑之間的相互作用是靜電吸引力。成都理工大學(xué)材化院5固相萃取選擇分離模式和吸附劑時注意

1).

目標(biāo)化合物在極性或非極性溶劑中的溶解度，這主要涉及淋洗液的選擇。

2).

目標(biāo)化合物有無可能離子化（可用調(diào)節(jié)pH

值實現(xiàn)離子化），從而決定是否采用離子交換固相萃取。

3).

目標(biāo)化合物有無可能與吸附劑形成共價鍵，如形成共價鍵，在洗脫時可能會遇到麻煩。

4).

非目標(biāo)化合物與目標(biāo)化合物在吸附劑上吸附點上的競爭程度，這關(guān)系到目標(biāo)化合物與干擾化合物是否能很好分離。成都理工大學(xué)材化院6簡單的固相萃取裝置就是一根直徑為數(shù)毫米的小柱。

固相萃取的裝置

固相萃取的一般操作程序裝柱---活化吸附劑---上樣---洗滌---洗脫成都理工大學(xué)材化院7強堿性強酸性或弱酸性8案例討論1一種化合物在水溶液中的pka>4，可以用什么柱子在什么條件下吸附該化合物，什么條件下洗脫？

吸附條件：在水溶液中電離出一種弱酸陰離子，可以用強堿性或弱堿性柱離子交換萃取。吸附之前，調(diào)節(jié)溶液pH，使得該化合物以離子狀態(tài)存在（pH>6)。

洗脫條件（強堿性柱）：用一種酸性溶液（pH<2)，中和弱陰離子而洗脫，或用一種高濃度陰離子洗脫。

洗脫條件（弱堿性柱）：用一種酸性溶液（pH<2)，中和弱陰離子而洗脫，或用一種高濃度陰離子洗脫，或者用一種堿性溶液中和硅膠表面的氨基而洗脫。成都理工大學(xué)材化院9案例討論2成都理工大學(xué)材化院

水樣中鎘的分離富集：Cd2+標(biāo)液或200mL含鎘水樣，加入0.05%PAN乙醇溶液，調(diào)節(jié)pH=5，攪拌；加入0.1g活性炭，再調(diào)節(jié)pH=8.5，充分攪拌，至溶液顏色被吸附，靜置30min；用自制微過濾裝置過濾；用少量去離子水洗滌雜質(zhì)，棄去濾液；再用1:2(體積比)硝酸洗脫鎘絡(luò)合物，收集濾液測定。102.

固相微萃取

(Solid

phase

Micro-Extraction

SPME)為進一步完善和發(fā)展SPE技術(shù)，Belardi等人于1989年提出了固相微萃取技術(shù)（SPME)，該技術(shù)具有操作簡便、不需溶劑、萃取速度快、便于實現(xiàn)自動化以及易于與色譜、電泳等高效分離檢測手段聯(lián)用等突出的優(yōu)點。與SPE法相比，SPME法具有萃取相用量更少、對待測物的選擇性更高、溶質(zhì)更易洗脫等特點。成都理工大學(xué)材化院11固相微萃取裝置一只微量進樣器，由手柄和萃取頭或纖維頭兩部分構(gòu)成，萃取頭是一根1㎝長，涂有不同吸附劑的熔融纖維，接在不銹鋼絲上，外套細不銹鋼管（保護石英纖維不被折斷），纖維頭在鋼管內(nèi)可伸縮或進出，細不銹鋼管可穿透橡膠或塑料墊片進行取樣或進樣。手柄用于安裝或固定萃取頭，可永遠使用。成都理工大學(xué)材化院12原理當(dāng)萃取達到平衡時，進入萃取相的分析物的量為：

Co為萃取前分析物在樣品中的濃度；Kfs為分析物在萃取相和試樣間的分配系數(shù)；V1

為萃取相的體積；V2為樣品的體積。

適合處理各種氣體和液體的環(huán)境樣品，也可用于處理固體樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)。成都理工大學(xué)材化院13成都理工大學(xué)材化院

pH=5HAc-NaAc緩沖溶液，加NaCl鹽，適量氯化甲基汞標(biāo)液或處理后樣品，1mL60g/L的KBH4，封口；安放在磁力攪拌器上，以2000rp/min的速度頂空萃取1h；取出后放入0.6mol/LHNO3溶液中洗脫20min，在洗脫過程中，不時輕輕晃動溶液。案例討論：固相微萃取—原子熒光測定魚樣品中痕量甲基汞14利用超臨界流體既有與液體相仿的高密度，具有較大的溶解能力，又有與氣體相近的高擴散率，有效地從固相內(nèi)部將被測溶質(zhì)萃取。超臨界條件下的氣體，也稱為超臨界流體（SF），是處于臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）以上，以流體形式存在的物質(zhì)。通常有二氧化碳（CO2

）、氮氣（N2

）、氧化二氮（N2O）、乙烯（C2H4）、三氟甲烷（CHF3

）等。3.超臨界流體萃取成都理工大學(xué)材化院15對于某些純物質(zhì)來說，具有三相點和臨界點，從圖中可以看出，物質(zhì)在三相點，氣、液、固三態(tài)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)處于臨界溫度和臨界壓力以上時，則不論施加多大壓力，氣體也不會液化，此時即非氣體，也非液體，而是以超臨界流體形式存在。1)．超臨界流體的特性。成都理工大學(xué)材化院16超臨界流體萃取劑的臨界特性

SCF不同于一般的氣體，也有別于一般液體，它本身具有許多臨界特性：其擴散系數(shù)比氣體小，但比液體高一個數(shù)量級；粘度接近氣體；密度類似液體；壓力的細微變化可導(dǎo)致其密度的顯著變動；壓力或溫度的改變均可導(dǎo)致相變。

成都理工大學(xué)材化院氣體、液體、超臨界流體物理性質(zhì)的比較流動相密度（g/ml）擴散系數(shù)（cm2/s）粘度（g/cm.s）氣體超臨界流體液體約10-30.2-0.90.8-1.01-10-210-3-10-4＜10-510-410-4-10-310-2172)超臨界流體萃取的基本原理

SFE利用SCF作為萃取溶劑，SCF所具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其極易于滲透到樣品基體中去，通過擴散、溶解、分配等作用，使基體中的溶質(zhì)擴散并分配到SCF中，從而將其從基體中萃取出來。超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加，極性增大，利用程序升壓可將不同極性的成分進行分步提取。提取完成后，改變體系溫度或壓力，使超臨界流體變成普通氣體逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，達到提取和分離的目的。在萃取過程中，SFE的萃取效率是由SCF的溶劑力、溶質(zhì)的特性、溶質(zhì)—基體結(jié)合狀況決定的。因而在選擇萃取條件時，一方面要考慮溶質(zhì)在SCF中的溶解度，另一方面也要考慮溶質(zhì)從樣品基體活性點脫附并擴散到SCF中的能力與速度。成都理工大學(xué)材化院18超臨界萃取劑的臨界溫度越接近操作溫度，則溶解度越大。臨界溫度相同的萃取劑，與被萃取溶質(zhì)化學(xué)性質(zhì)越相似，溶解能力越大。因此應(yīng)該選取與被萃取溶質(zhì)相近的超臨界流體作為萃取劑。臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度，不宜太高或太低；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對設(shè)備沒有腐蝕性，不與萃取物發(fā)生反應(yīng)；操作溫度應(yīng)低于被萃取溶質(zhì)的分解變質(zhì)溫度；臨界壓力低，以節(jié)省動力費用；對被萃取物的選擇性高（容易得到純產(chǎn)品）；純度高，溶解性能好，以減少溶劑循還用量；貨源充足，價格便宜，環(huán)保。3).超臨界流體的選擇原則成都理工大學(xué)材化院194.微波消化微波是電磁能，微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動引起分子運動的非離子化輻射能，但分子結(jié)構(gòu)不變。微波最常用的頻率是2450MHz。用微波加熱樣品的加熱方式取決于樣品的介質(zhì)耗散因子。耗散因子是樣品的介質(zhì)損失與樣品的介電常數(shù)的比值，介電常數(shù)是樣品阻止微波能通過的能力的量度，損失因子是樣品耗散微波能量的量度。當(dāng)微波能進入樣品時，樣品的耗散因子決定了樣品吸收能量的速率。在分析樣品用量較少時，微波能可以完全穿透樣品加熱所有的樣品液體，從而溶液能很快達到沸點。成都理工大學(xué)材化院20微波消化特點1)可獲得在密閉容器內(nèi)的高溫，高壓導(dǎo)致的更快的反應(yīng)速度；2)能消除樣品中存在的或在溶樣過程中形成的揮發(fā)性分子組分中難以控制的痕量元素的損失；3)可以得到相對開口燒杯溶樣較低的空白值。成都理工大學(xué)材化院21案例討論1：微波凱氏定氮法凱氏定氮法主要包括以下三步：1)用濃硫酸和添加物（氧化劑，催化劑及鹽類的不同組合）消解使有機氮轉(zhuǎn)變成銨鹽。2)在堿性溶液中使銨鹽分解成可以定量蒸出和回收的NH3。3)用標(biāo)準酸滴定法測定NH3。消解的困難來自氧化過程的兩個相反目標(biāo)：一定要將碳氧化成其最高價態(tài)，二氧化碳；同時，氮一定要以氮的最低價態(tài)銨離子形式保留下來。成都理工大學(xué)材化院22傳統(tǒng)凱氏消解法需要把樣品，催化劑，鹽和硫酸一起加到反應(yīng)容器里，然后加熱60－120min。多數(shù)情況下，凱氏消解的成功取決于消解期間溶液的溫度，一般而言，含雜環(huán)或芳香氨的樣品要比主要含脂肪族氨的樣品需要更高的消解溫度。濃硫酸在約330℃沸騰，所以為了達到高于此的溫度，需要把鹽（通常為硫酸鉀）加到酸中提高酸的沸點。消解期間達到的溫度依賴于酸與鹽的比例（酸指數(shù)）。酸指數(shù)越低，消解混合物的最終溫度越高。因此，由于酸被揮發(fā)，酸指數(shù)降低所導(dǎo)致的溫度超過400℃，將會使氮損失，回收率降低。成都理工大學(xué)材化院23微波能以光速傳播，并可透過玻璃和石英容器壁，因而迅速被整個酸－－樣品混合物所吸收。硫酸吸收微波能的能力很強，所以可迅速的被加熱。在微波加熱期間，消解混合物的溫度可在2min內(nèi)上升到360℃，在總共4min內(nèi)達到400℃

。由于冷卻速率恒定，所以微波消解期間酸會稍稍過熱，一旦溫度達到400℃

，微波電源即被切斷。從而控制溫度也就不會超過400℃

。用微波加熱法制樣，可非?？斓倪_到最佳消解溫度，并保持足夠長的時間以達到完全消解，且溶液可以立刻冷卻以避免氮損失。此外通過溫度反饋裝置控制消解溫度，改進消解精密度，而把微波加熱和加入微處理控制的卡羅酸結(jié)合起來以完成凱氏消解，便可以不用催化劑，從而避免使用催化劑而形成有害的廢料。成都理工大學(xué)材化院24以L-半胱氨酸作為萃取溶劑，以苯作為返萃取劑，以微波輔助萃取作為前處理方式進行生物樣品的前處理。在水溶液中，L-半胱氨酸巰基上的氫很容易轉(zhuǎn)移到氮上形成雙極離子，暴露出的硫與消解出的甲基汞結(jié)合成為水相，使生物樣品中的甲基汞與脂肪、蛋白質(zhì)等有機相分離，然后加入濃鹽酸使與L-半胱氨酸結(jié)合的甲基汞轉(zhuǎn)化為氯化甲基汞，用苯反萃取。微波消解使甲基汞游離出來，兩次萃取又使甲基汞和雜質(zhì)很好地分離。成都理工大學(xué)材化院案例討論2：微波輔助萃取甲基汞255.液膜分離法用表面涂有有機固定液的聚四氟乙烯多孔膜，使環(huán)境水樣中的試劑形成中性分子擴散入有機液膜后透過聚四氟乙烯而進入另一水相，而中性分子在此受到化學(xué)環(huán)境的影響，電離成原有的離子，且無法返回環(huán)境水樣中去，由此達到濃縮和分離的目的。優(yōu)點：萃取相與被萃取相的體積比可達1：1000，通過改變兩相的化學(xué)環(huán)境（pH，有機液膜，支持介質(zhì)的理化性質(zhì)）有選擇地濃縮與分離不同的被測物。適合野外現(xiàn)場處理環(huán)境水樣。成都理工大學(xué)材化院266.加速溶劑萃取是一種全新的萃取方式，可以顯著提高樣品前處理的速度。溶劑泵入盛有樣品的萃取池后，加溫加壓，數(shù)分鐘后，萃取物從加熱的萃取池中輸送到收集瓶?？啥啻屋腿。軇┫牧可?。成都理工大學(xué)材化院27USEPA500，600和8000系列方法編號對照表污染物名稱500系列（飲用水）600系列（廢水）8000系列（固體廢棄物）主要分析方法揮發(fā)性鹵代烴502.16018010GC/OHD,ECD揮發(fā)性有機物502.2

8015

揮發(fā)性芳烴類503.16018020GC/PID丙烯醛、丙烯腈

6038030GC/FID二溴乙烯，二氯氮丙烷504

酚類

6048040GC/FID’,EC有機鹵化物，農(nóng)藥急PCBs505

聯(lián)苯胺類

605

鄰苯二甲酸酯類5066068060

含N，P農(nóng)藥507

亞硝胺類

607

GC/NPD’TEA有機氯農(nóng)藥及PCBs508/508A6088080GC/ECD硝基芳烴及異佛爾酮

6098090GC/EC,FID多環(huán)芳烴類

6108100LC/UV,熒光,GC/FID鹵代醚類

611

GC/OHD鹵代烴類

6128120GC/ECD2，3，7，8-TCDD

613

GC/MS有機磷類

8140

有機氯除草劑515

8150

揮發(fā)性有機物524-2（60種）6248240GC/MS半揮發(fā)性有機物5256258250GS/MS281.氣相色譜進行分離

三、各種色譜技術(shù)的進展數(shù)萬塔板數(shù)0.53mm，0.75mm寬口徑毛細管柱解決柱容量小的問題進樣技術(shù)的發(fā)展（柱頭進樣，分流/無分流進樣，吹捕法）多維色譜的應(yīng)用多監(jiān)測器聯(lián)用便攜式色譜儀成都理工大學(xué)材化院292.高效液相色譜方法

縮小柱徑和采用3μm填料可達5000一10000理論塔板／m。檢測器靈敏度高。微孔柱的應(yīng)用促進LC-MS的發(fā)展。成都理工大學(xué)材化院30帶電粒子在電場作用下，向著與其電性相反的電極方向移動的現(xiàn)象稱為電泳。帶電粒子在電場中運動不僅是物質(zhì)的一種運動現(xiàn)象，也是一種有效的物質(zhì)分離方法。電泳遷移率m為：3.高效毛細管電泳——液相色譜補充

成都理工大學(xué)材化院31分離過程

電場作用下，毛細管柱中出現(xiàn)：電泳現(xiàn)象和電滲流現(xiàn)象。

帶電粒子的遷移速度=電泳+電滲流；兩種速度的矢量和。

陽離子：兩種效應(yīng)的運動方向一致，在負極最先流出；中性粒子無電泳現(xiàn)象，受電滲流影響，在陽離子后流出；陰離子：兩種效應(yīng)的運動方向相反。ν電滲流>ν電泳時,陰離子在負極最后流出,在這種情況下,不但可以按類分離,除中性粒子外,同種類離子由于受到的電場力大小不一樣也同時被相互分離。成都理工大學(xué)材化院32特點1).儀器簡單、易自動化

電源、毛細管、檢測器、溶液瓶。2).分析速度快、分離效率高

在3.1min內(nèi)分離36種無機及有機陰離子，4.1min內(nèi)分離了24種陽離子；分離柱效：105～107/m理論塔板數(shù)。3).操作方便、消耗少

進樣量極少，水介質(zhì)中進行。4).應(yīng)用范圍極廣

有機物、無機物、生物、中性分子、生物大分子等。成都理工大學(xué)材化院33高效毛細管電泳在技術(shù)上采取了兩項重要改進：一是采用了0.05mm內(nèi)徑的毛細管；二是采用了高達數(shù)千伏的電壓。

毛細管的采用使產(chǎn)生的熱量能夠較快散發(fā)，大大減小了溫度效應(yīng)，使電場電壓可以很高。電壓升高，電場推動力大，又可進一步使柱徑變小，柱長增加，高效毛細管電泳的柱效遠高于高效液相色譜，理論塔板數(shù)高達幾十萬塊/米，特殊柱子可以達到數(shù)百萬。成都理工大學(xué)材化院34案例討論：離子分析1).陽離子分析遷移方向和電滲流方向一致；4.5min內(nèi)分離了24種金屬離子；陽極進樣，陰極檢測；具有很高的靈敏度。成都理工大學(xué)材化院352).陰離子分析陰離子電泳方向和電滲流方向相反、速度接近，分析時間長、效率低；質(zhì)量小、電荷密度大的離子如：SO42-、Cl-、F-等，電泳速率大于電滲流，陽極端流出，在陰極端無法檢測；加入電滲流改性劑，十六烷基三甲基溴化胺等，使電泳方向和電滲流方向一致，可在3.1min內(nèi)分離36種陰離子；陰極進樣，陽極檢測；離子價態(tài)及存在形態(tài)分析。36超臨界流體色譜是以超臨界流體作為流動相的色譜方法，是20世紀80年代以來發(fā)展迅速的一個色譜分支，超臨界流體，是在高于臨界壓力和臨界溫度時的一種物質(zhì)狀態(tài)。既不是氣體，也不是液體，兼有氣體的低粘度、液體的高密度以及介于氣、液之間較高的擴散系數(shù)等特性。從理論上說SFC既可以分析GC法難以處理的高沸點、不揮發(fā)性樣品，又有比HPLC法更高的柱效和更短的分離時間，且可使用二者常用的檢測器，也可與MS、FT-IR光譜儀等在線聯(lián)接，因而可以方便地進行定性、定量分析。4.超臨界流體色譜

（supercricalfluidchromatography

SFC）成都理工大學(xué)材化院37原理

SFC的流動相：超臨界流體；CO2、N2O、NH3SFC的固定相：固體吸附劑（硅膠）或鍵合到載體（或毛細管壁）上的高聚物；可使用液相色譜的柱填料。填充柱SFC和毛細管柱SFC；

分離機理：吸附與脫附。組分在兩相間的分配系數(shù)不同而被分離；通過調(diào)節(jié)流動相的壓力（調(diào)節(jié)流動相的密度），調(diào)整組分保留值。成都理工大學(xué)材化院38壓力效應(yīng)：

SFC的柱壓降大（比毛細管色譜大30倍），對分離有影響（柱前端與柱尾端分配系數(shù)相差很大，產(chǎn)生壓力效應(yīng)）；超臨界流體的密度受壓力影響在臨界壓力處最大，超過該點，影響小，超過臨界壓力20%，柱壓降對分離的影響??；壓力效應(yīng)：在SFC中，壓力變化對容量因子產(chǎn)生顯著影響，超流體的密度隨壓力增加而增加，密度增加提高溶劑效率，淋洗時間縮短。

CO2流動相，當(dāng)壓力改變：7.0→9.0×106Pa，則：

C16H34的保留時間25min→5min。成都理工大學(xué)材化院39成都理工大學(xué)材化院40與GC法和HPLC法比較，因超臨界流體的粘度接近于氣相色譜的流動相，對溶質(zhì)的傳質(zhì)阻力小，可以使用更高的流速洗脫，因此SFC的分離速度快于HPLC而與GC相當(dāng)；超臨界流體的擴散率介于GC和LC之間，因而峰展寬小于在GC中。

SFC中的流動相不是惰性的傳輸介質(zhì)，這不同于GC，而與LC一樣，溶質(zhì)與流動相間有相互作用，利用此點可調(diào)控選擇因子α。當(dāng)考慮溶質(zhì)分壓時，也可利用SFC的兩重性，即被測物質(zhì)在超臨界流體中的溶解性非常接近其揮發(fā)性，而發(fā)生溫度卻較低，因此，在一定壓力下，超臨界流體溶解的分子的分壓比在氣體中高幾個數(shù)量級，這就可以實現(xiàn)對大分子、熱不穩(wěn)定性化合物、高聚物等的有效分離。成都理工大學(xué)材化院41不同離子對某一給定離子交換柱中功能基存在親合力的差異。使用適宜的淋洗劑，水樣中待測的陰離子隨淋洗液進入離子交換系統(tǒng)中(由保護柱和分離柱組成)時，則在樹脂功能基位置發(fā)生淋洗劑陰離子與樣品陰離子的離子交換平衡，不同樣品離子因與固定相的作用力不同而在色譜柱中的保留時間不等，通過柱后可得到分離。5.離子色譜（IC）的應(yīng)用成都理工大學(xué)材化院42離子色譜的基本流程圖淋洗液泵色譜柱檢測器泵液分離

電導(dǎo)檢測記錄F-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-進樣閥抑制器檢測池進樣43分離的方式離子排斥：離解常數(shù)和疏水性離子對：對離子對試劑的親和力

離子對化合物的疏水性離子抑制：在特定pH下的疏水性反相：疏水性

離子交換：離子價態(tài)和離子半徑成都理工大學(xué)材化院44色譜分離慢中等快Temporalcourse淋洗液成都理工大學(xué)材化院45ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＣＯ３２－ＳＯ４２－ＨＣＯ３－Ｃｌ－ＳＯ４２－Ｃｌ－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－離子交換分離機理ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＣＯ３２－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ＨＣＯ３－ＳＯ４２－ＣＯ３２－ＣＯ３２－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－ＨＣＯ３－Ｃｌ－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋成都理工大學(xué)材化院46

ＳＯ３－ＳＯ３－ＳＯ３－ＳＯ３－Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３Ｎ＋Ｒ３陰離子交換樹脂(乳膠型）５μm＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋成都理工大學(xué)材化院47

ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＣＯＯ－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－ＨＰＯ３－陽離子交換樹脂(接枝型)成都理工大學(xué)材化院48檢測方式電導(dǎo)檢測具有電導(dǎo)性化合物的通用型檢測器離子色譜最常用的檢測器電化學(xué)(安培法)在特定的條件下可對某些化合物直接進行氧化還原反應(yīng)紫外－可見光度法紫外直接吸收或可見光光度法測定，選擇性強可進行柱后衍生熒光法成都理工大學(xué)材化院49案例分析1：分析自然水體中陰離子0246810121416Retentiontime(min)08mSF-NO3-SO42-Cl-NO2-Br-HPO42-成都理工大學(xué)材化院50分析自然水體中陽離子02468101214Retentiontime(min)01234Na+NH4+K+Mg2+Ca2+μS成都理工大學(xué)材化院51案例分析2：

利用陰離子交換樹脂分析自然水體中鎘離子成都理工大學(xué)材化院用草酸處理水樣中的鎘離子，生成的[Cd(C2O4)2]2-絡(luò)陰離子通過201×7強堿性陰離子交換樹脂分離富集，1mol/LHNO3洗脫雜質(zhì)和樣品。

201×7強堿性陰離子交換樹脂是苯乙烯共聚體上帶有季銨基[-N(CH3)3Cl]。52三、聯(lián)用技術(shù)所謂聯(lián)用技術(shù)就是用兩種或兩種以上的分析技術(shù)在線結(jié)合起來組成一種以實現(xiàn)更快速、更有效的分離和分析技術(shù)。最常見的是將分離能力最強的色譜技術(shù)與MS/光譜檢測技術(shù)相結(jié)合。如：毛細管電泳-熒光檢測/紫外檢測/MS；

GC-原子發(fā)射檢測；

LC-原子吸收光譜。成都理工大學(xué)材化院53成都理工大學(xué)材化院54聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用舉例GC-AAS石油中乙基鉛化合物，絡(luò)合物，魚中汞化合物GC-AES(原子發(fā)射光譜)有機錫化合物，甲硅烷化醇類GC-MES(微波等離子體發(fā)射光譜)元素選擇性檢測GC-AFS(原子熒光光譜)四乙基鉛GC-ICP-AES(DCP,MIP)烷基鉛，有機硅（Mn，Hg，Cr）GC-MS普遍應(yīng)用（揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物，衍生物）GC-FTIR柴油機尾氣顆粒物中硝基多環(huán)芳烴GC-MS-FTIR

GX-TEA亞硝胺HPLC-AAS四烷基鉛，有機錫HPLC-ICP-AESVB12中CO，蛋白質(zhì)中金屬，F(xiàn)e，As，Hg，Cu；螯合物狀態(tài)分析，同位素稀釋HPLC-ICP/MS;HPLC-FTIR;HPLC-TEA

HPLC-MSThermospray,ParticleBeam/MAGICHPLC-NMR10-4g，多組分電噴霧中半揮發(fā)性及非揮發(fā)性物質(zhì)HPLC-FTIR/MS

MS/MS(可與GC或HPLC聯(lián)用)10-11-10-12g(PCDD,PCDF)SFC-FID,UV等偶氮、蒽醌、苯胺類染料，PAHSFC-MS,FTIR或NMR農(nóng)藥等IC-ICP1-100×10-9級地表水ICP-MS0.1-10×10-9級（檢測下限可達0.01）海洋生物中Al，Mn，Cu,Ni,Co,Zn,Sn,Cd,Ba,La,Ce,Th,UGC-QSIL-FPD(氣相色譜表面發(fā)射火焰光度檢測)水中有機錫、鉛、汞、鍺、硒等形態(tài)分析以及生物樣品等，靈敏度達0.7-2.3pg（檢出限）有機錫

環(huán)境分析化學(xué)的聯(lián)用技術(shù)55四、計算機的應(yīng)用儀器進行自動控制實驗數(shù)據(jù)處理（統(tǒng)計、加工、圖譜檢索、波形分析、圖譜解析；多重分析、因子分析、模式識別等探討污染物的分布、遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿等問題，求得污染物之間或和各種因素之間的相關(guān)性，從單純的數(shù)據(jù)提供成為實際問題的解決者）網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)實驗室、地域區(qū)、全國、全球的聯(lián)系成都理工大學(xué)材化院563.2生物分析一、生物樣品分離富集二、生物分析中的新試劑三、生物分析方法生物質(zhì)譜-生物大分子（多肽、蛋白質(zhì)、核酸、多糖）分析電化學(xué)分析毛細管電泳-人類基因組和DNA序列分析四、醫(yī)學(xué)應(yīng)用成都理工大學(xué)材化院57一、生物樣品前處理

1.沉降混合物分為均相混合物和非均相混合物。非均相混合物的內(nèi)部存在兩種以上的相態(tài)。其中固體顆粒、微粒稱為分散相或分散物質(zhì)；而氣體、液體稱為連續(xù)相或分散介質(zhì)。非均相物系分離的依據(jù)是連續(xù)相與分散相具有不同的物理性質(zhì)，因此可以用機械的方法將兩相分離。機械分離方法有沉降和過濾兩種方式。沉降分離：顆粒相對于流體（靜止或運動）運動的過程稱沉降分離。分為重力（自然）沉降、離心沉降。

成都理工大學(xué)材化院58顆粒自然沉降過程

<一>受力分析顆粒與流體在力場中作相對運動時，受到三個力的作用：質(zhì)量力F、浮力Fb、、阻力Fd

。

對于一定的顆粒和流體，重力F、浮力Fb一定，但阻力Fd卻隨著顆粒運動速度而變化。當(dāng)顆粒運動速度u等于某一數(shù)值后達到勻速運動，這時顆粒所受的諸力之和為零。

<二>球形顆粒的自由沉降速度自由沉降：顆粒在重力沉降過程中不受周圍顆粒和器壁影響的沉降。干擾沉降：固體顆粒在沉降過程中，因顆粒之間的相互影響而使顆粒不能正常沉降的過程。成都理工大學(xué)材化院59球形顆粒在靜止流體中沉降時，顆粒受到的作用力有重力、浮力和阻力，當(dāng)合力為零時，顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度。d：球形粒子的直徑；η：流體介質(zhì)的粘度數(shù)

ρp：粒子的密度；ρm：介質(zhì)的密度

ρp-ρm=0即ρp=ρmV=0S=0

粒子平衡

ρp-ρm>0即ρp>ρmV>0S>0

粒子達到某一位置后就達到平衡

ρp-ρm<0即ρp<ρmV<0S<0

粒子逆著離心方向上浮成都理工大學(xué)材化院60<三>影響重力（自然）沉降的因素

1.顆粒形狀同一性質(zhì)的固體顆粒，非球形顆粒的沉降阻力比球形顆粒的大的多，因此其沉降速度較球形顆粒的要小一些。

2.干擾沉降當(dāng)顆粒的體積濃度>0.2%時，干擾沉降不容忽視。

3.器壁效應(yīng)當(dāng)容器較小時，容器的壁面和底面均能增加顆粒沉降時的曳力，使顆粒的實際沉降速度較自由沉降速度低。

成都理工大學(xué)材化院61<二>沉降槽籍重力沉降從懸浮液中分離出固體顆粒的設(shè)備稱為沉降槽。如用于低濃度懸浮液分離時亦稱為澄清器；用于中等濃度懸浮液的濃縮時，常稱為濃縮器或增稠器。沉降槽適于處理顆粒不太小、濃度不太高，但處理量較大的懸浮液的分離。重力沉降設(shè)備<一>沉降室籍重力沉降從氣流中除去塵粒的設(shè)備稱為降塵室。成都理工大學(xué)材化院62離心沉降離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場中使不同密度的柜體顆粒加速沉降的分離過程。離心沉降適合顆粒較細，溶液黏度較大時，沉降速度慢的懸浮液樣品分離。例如抗凝血需靜置一天才能達到血球與血漿的分離，適合離心分離縮短沉降時間。成都理工大學(xué)材化院63離心沉降顆粒在離心場中受到離心力、向心力、阻力，重力，浮力，阻力。離心軸重力向心力摩擦力離心沉降速度（沉降系數(shù)）成都理工大學(xué)材化院64沉降時間離心沉降相關(guān)影響因素1）離心速度：大顆粒，低速離心；小顆粒，高速離心2）溫度：影響介質(zhì)黏度3）離心時間:與離心機提速快慢有關(guān)4）離心半徑：有一定的離心體積，有一定的顆粒下沉距離成都理工大學(xué)材化院651).低速離心機

轉(zhuǎn)子帶有放置離心管的孔

轉(zhuǎn)子的中央位于離心機的驅(qū)動軸上

離心機的轉(zhuǎn)速和溫度控制不夠準確

一般最高轉(zhuǎn)速在6,000rpm以下

實驗室中常用于分離制備。

離心機(Centrifugel)成都理工大學(xué)材化院66

2).高速離心機

制冷設(shè)備溫度控制在0-4℃范圍內(nèi)

制動器

實際速度和溫度可通過儀表顯示

配有一定類型及規(guī)格的轉(zhuǎn)子

最高轉(zhuǎn)速在25,000rpm以下

常用于生物大分子的分離制備

3).超速離心機

最大轉(zhuǎn)速100000rpm左右。成都理工大學(xué)材化院67離心分離法差速離心法沉降速度法速率區(qū)帶離心法等密度離心法沉降平衡法

經(jīng)典式沉降法成都理工大學(xué)材化院68

案例1：用差速離心法分離已破碎的細胞各組份

成都理工大學(xué)材化院利用顆粒在離心場中的沉降系數(shù)差異迸行逐級分離的離心方法。69

案例2：用差速離心法分離已破碎的細胞各組份

已破碎的細胞

500g,10分鐘

沉淀上清液

(細胞核）10,000g,10分鐘

沉淀上清液

(細胞膜碎片,線粒體,)100,000g,3小時溶酶體

沉淀上清液

(核糖核蛋白體）(可溶性成份)

成都理工大學(xué)材化院702.過濾

（2）過濾

流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程稱過濾。分為重力過濾、離心過濾、加壓過濾和真空過濾，也可分為恒壓過濾、先恒速后恒壓過濾。按照過濾的原理不同可以分為濾餅過濾和深層過濾兩種方式。濾餅過濾：固體堆積在濾材上并架橋形成濾餅層的過濾方式。

深層過濾：指顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁上而并不形成濾餅的過濾方式。成都理工大學(xué)材化院71過濾基本方程式表示過濾過程中某一瞬間的過濾速率與各有關(guān)因素的相互關(guān)系。過濾基本方程式

成都理工大學(xué)材化院72

1）.過濾介質(zhì)使濾液通過，截留固體顆粒并支撐濾餅的材料。要求其具有多孔性、耐腐蝕性及足夠的機械強度。工業(yè)常用的過濾介質(zhì)：織物介質(zhì)、多孔性固體、粒狀介質(zhì)。

2）.濾餅的壓縮性及助濾劑濾餅的壓縮性：受力不變形的顆粒形成的濾餅稱不可壓縮性濾餅，反之則稱為可壓縮性濾餅。發(fā)酵液懸浮顆粒屬于可壓縮性顆粒。助濾劑：減小過濾阻力、提高濾餅的剛性和孔隙率的惰性材料。

3）過濾推動力---過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。

4）液體黏度

5）溫度過濾影響因素

成都理工大學(xué)材化院73過濾裝置全自動微生物過濾系統(tǒng)成都理工大學(xué)材化院743.透析原理：透析是采用半透膜作為濾膜,使試樣中的小分子經(jīng)擴散作用不斷透出膜外,而大分子不能透過被保留，直到膜兩邊達到平衡。特點：半透膜兩邊均為液體，一邊為試樣溶液，另一邊為純凈溶劑（水或緩沖溶液）。可不斷更換外層溶劑使擴散不斷進行，直至符合要求。應(yīng)用：制備或提純生物大分子時，除去小分子物質(zhì)及其雜質(zhì)，脫鹽。成都理工大學(xué)材化院75用于透析的半透膜應(yīng)具備的條件1）在溶劑中能膨脹形成分子篩狀多孔薄膜，只允許小分子溶質(zhì)通過，而阻止大分子（如蛋白質(zhì)）通過；2）化學(xué)惰性；3）在水、鹽溶液、稀酸或稀堿溶液中穩(wěn)定；4）有一定的機械強度和良好的再生性能。成都理工大學(xué)材化院76透析的裝置與方法

半透膜可制成管狀，按需要截取一定長度，將一端封閉后，裝入需要透析的試樣溶液后，放入盛有溶劑的透析缸中。商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含有其他微量雜質(zhì)。

預(yù)處理：用50%乙醇慢慢煮沸一小時，再分別用50%乙醇、0.01mol/L碳酸氫鈉溶液、0.001mol/LEDTA溶液依次洗滌，最后用蒸餾水洗滌三次。成都理工大學(xué)材化院透析袋去離子水77透析過程注意點：1）透析前，對裝有試液的透析袋檢查是否有泄漏；2）透析袋裝一半左右，防止膜外溶劑因濃度差滲入將袋漲裂或過度膨脹使膜孔徑改變；3）攪拌：定期或連續(xù)更換外部溶劑可提高透析效果。成都理工大學(xué)材化院透析分離方式：

自由擴散透析

攪拌透析

連續(xù)流透析

反流透析

減壓透析784.超濾

超濾是指外源加壓的膜分離，其原理與過濾一樣。依據(jù)所加的操作壓力和膜的平均孔徑的不同，可分為三種模式：1)微孔過濾

操作壓力為0.07MPa，膜的平均孔徑為50nm至14

m，用于分離較大顆粒。2)加壓超濾

操作壓力為0.03-6MPa，膜的平均孔徑為1-10nm至14

m，用于分離大分子溶質(zhì)。3)反滲透

操作壓力為30-120MPa，膜的平均孔徑為1nm以下，用于分離小分子溶質(zhì)。成都理工大學(xué)材化院79超濾影響因素1)溶質(zhì)的分子性質(zhì)：分子量大小、形狀、帶電性。2)溶質(zhì)濃度：影響流速3)壓力：影響流速4)溫度：影響溶液黏度成都理工大學(xué)材化院80超濾裝置應(yīng)用最廣的是采用中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置，由多根空心纖維細管成束地裝配而成。空心纖維細管橫截面的內(nèi)表層細密，向外逐漸疏松，形成各向異性微孔膜管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)徑一般為0.2

mm，有效面積約1cm2，表面積與體積的比率極大，故濾速很高。DC-30型中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置：三組中空纖維套筒，膜表面積2.7m2，在3個大氣壓下，濾液流量可達1L/min。中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置用于透析、脫鹽，在不到一小時可從溶液中除去99%的水。成都理工大學(xué)材化院81應(yīng)用：分級分離：采用不同截留相對分子質(zhì)量的中空纖維超濾柱。

濃縮酶、蛋白質(zhì)、核酸、多糖；酶的濃縮

回收率可達90%。脫鹽與濃縮特點：簡單、經(jīng)濟、高效、快速的分離方法。成都理工大學(xué)材化院825.層析（色譜）1）吸附層析（層析介質(zhì)表面活性基團對溶質(zhì)的吸附性）2）分配層析（溶質(zhì)在互不相容兩相中的分配系數(shù)）3）排阻層析（溶質(zhì)分子量大?。?）離子交換層析（可逆性離子交換反應(yīng)）5）親和層析（層析介質(zhì)表面活性基團與溶質(zhì)特異性結(jié)合）6）金屬螯合層析（層析介質(zhì)表面活性基團與金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)）7）疏水層析（疏水性）8）反向?qū)游觯ㄊ杷裕?）聚焦層析（層析介質(zhì)表面兩性電解質(zhì)與溶質(zhì)發(fā)生聚焦反應(yīng)）10）灌注層析（分子量大小）成都理工大學(xué)材化院83二、生物分析中的新試劑成都理工大學(xué)材化院1.大環(huán)化合物超分子分析試劑超分子是以非共價鍵弱相互作用力鍵合起來的復(fù)雜有序且有特定功能的分子結(jié)合體。超分子化學(xué)的發(fā)展不僅與大環(huán)化學(xué)（冠醚、穴醚、環(huán)糊精、杯芳烴、碳60等）的發(fā)展密切相連，而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器件和新興有機材料的研究息息相關(guān)。到目前為止，盡管超分子化學(xué)還沒有一個完整、精確的定義和范疇，但它的誕生和成長卻是生機勃勃、充滿活力的。84二、生物分析中的新試劑成都理工大學(xué)材化院1.大環(huán)化合物超分子分析試劑超分子試劑包括冠醚，大環(huán)多胺，杯芳胺，環(huán)番，環(huán)糊精，卟啉。其最大的特點就是具有高選擇性?？蓱?yīng)用于生理元素識別，有機化合物識別，人工酶研究。如冠醚又稱“大環(huán)醚”，是一類含有多個氧原子的大環(huán)化合物。又稱大環(huán)醚。常見的冠醚有15-冠-5、18-冠-六，冠醚的空穴結(jié)構(gòu)對金屬離子有選擇作用。85成都理工大學(xué)材化院案例1：二苯并-18-冠-6酰胺型液晶冠醚鉀配合物合成

張淑媛等，無機化學(xué)學(xué)報，2007Vol.23No.1現(xiàn)有一系列用生色團或熒光功能團修飾大環(huán)配體已成為研制測定生命金屬離子鋰、鈉、鉀、鈣、鉛等的高選擇性試劑的重要途徑。86成都理工大學(xué)材化院卟啉通常是卟吩環(huán)與金屬(如鐵或鎂)連在一起構(gòu)成一個更大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是生物體中呼吸色素如血紅蛋白、細胞色素和葉綠素分子等的基本組成部分。血紅素是含鐵卟啉化合物，葉綠素是含鎂的卟啉化合物，維生素B12是含鈷的卟啉化合物，它們在生物體內(nèi)都有作重要的生理功能。卟啉化合物可進行有機化合物分子大小和形狀、功能團、手性異構(gòu)體的識別。LvQingzhang,ComputersandAppliedChemistry,2009，Vol.26，No.6鐵卟啉87二、生物分析中的新試劑成都理工大學(xué)材化院2.非大環(huán)試劑和探針熒光鈣試劑蛋白質(zhì)和核酸的小分子探針試劑（生物染料、顯色劑、熒光劑、金屬絡(luò)合劑）小分子活性物質(zhì)分析試劑（酸性染料、非苯型芳香化合物、共軛多烯和多炔，抗生素等）88案例1：甲基紫作為DNA的探針試劑成都理工大學(xué)材化院Theabsorptionspertra1MC+Trissystem；2MC+Tris+DNAsystem

89二、生物分析中的新試劑成都理工大學(xué)材化院3.酶法分析試劑酶及其模擬物（大環(huán)模擬酶、膠束、雙層膜，催化抗體）底物試劑顯色底物：苯酚、苯胺衍生物、染料熒光底物：高香草酸、硫胺素、佳味醇，絡(luò)氨酸等。化學(xué)發(fā)光底物：魯米諾，光澤精90二、生物分析中的新試劑成都理工大學(xué)材化院4.免疫分析試劑狹義的免疫反應(yīng)指免疫應(yīng)答過程中所產(chǎn)生抗體和致敏淋巴細胞與相應(yīng)抗質(zhì)特異性結(jié)合所發(fā)生的一系列反應(yīng)。

抗原和抗體酶聯(lián)免疫試劑熒光免疫試劑化學(xué)發(fā)光免疫試劑電化學(xué)免疫試劑其它免疫試劑91有機質(zhì)譜過去主要用于測定和分析普通的有機分子，對于多肽、蛋白質(zhì)及其他生物大分子則顯得無能為力。主要是因為這些生物分子的分子量太大并且很脆弱，在達到其氣化高溫時就已分解。80年代以來，有機質(zhì)譜獲得突破性進展，相繼發(fā)明了快原子轟擊電離、電噴霧電離和基質(zhì)輔助激光解吸電離、離子噴霧電離、大氣壓電離等軟電離技術(shù)。借助上述技術(shù)，生物大分子可轉(zhuǎn)變成氣相離子，從而使質(zhì)譜分析跨入生物大分子的研究領(lǐng)域，并形成一個新的分支學(xué)科生長點——生物質(zhì)譜學(xué)。1.生物質(zhì)譜----生物大分子（多肽、蛋白質(zhì)、核酸、多糖）分析成都理工大學(xué)材化院三、生物分析方法92電噴霧質(zhì)譜技術(shù)電噴霧質(zhì)譜技術(shù)（Electrospray

Ionizsation

MassSpectrometry,ESI-MS）是在毛細管的出口處施加一高電壓，所產(chǎn)生的高電場使從毛細管流出的液體霧化成細小的帶電液滴，隨著溶劑蒸發(fā)，液滴表面的電荷強度逐漸增大，最后液滴崩解為大量帶一個或多個電荷的離子，致使分析物以單電荷或多電荷離子的形式進入氣相。電噴霧離子化的特點是產(chǎn)生高電荷離子而不是碎片離子，使質(zhì)量電荷比（m/z）降低到多數(shù)質(zhì)量分析儀器都可以檢測的范圍，因而大大擴展了分子量的分析范圍，離子的真實分子質(zhì)量也可以根據(jù)質(zhì)荷比及電荷數(shù)算出。成都理工大學(xué)材化院93例如：蛋白質(zhì)分子量的測定（電噴霧電離質(zhì)譜）馬心肌紅朊的質(zhì)譜圖M=16952.48成都理工大學(xué)材化院分子量計算：94分子量計算：也可用聯(lián)立方程可算出肌紅朊的分子量：從圖中可以看出同時出現(xiàn)了8＋～23＋電荷態(tài)，并且表明P1＝1542,P2＝1696。實際上計算機可直接得到表明電荷態(tài)與分子量的質(zhì)譜圖。成都理工大學(xué)材化院95基質(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜技術(shù)激光激發(fā)能分析難揮發(fā)有機物，基質(zhì)又相當(dāng)于樣品分子的溶劑，樣品分子被基質(zhì)彼此分開，這種分離作用削弱了樣品分子之間相互作用，基質(zhì)分子從激光脈沖中吸收能量，轉(zhuǎn)化為固態(tài)熔融體系的激發(fā)能，使微量樣品產(chǎn)生瞬間相變，在形成離子的過程中有兩個臨界值，低的是表面解吸，高的是本體解吸，后者給出離子信號。

與其他質(zhì)譜比較，對樣品要求低，能耐高鹽濃度、緩沖劑和其他非揮發(fā)性成分；靈敏度高，樣品只需1pmol；單電荷離子占主要地位，碎片離子少，適合混合物分析。成都理工大學(xué)材化院96快原子轟擊質(zhì)譜一束惰性氣體（Ar）原子被快原子搶先電離成帶正電荷離子束，經(jīng)電場加速后，與一束中性原子碰撞，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移成為快速原子，快速原子轟擊樣品，使樣品離子和基質(zhì)離子濺入空間進入質(zhì)譜分析器，生成相應(yīng)準分子離子（M+Na）+或（M+K）+?？煸愚Z擊質(zhì)譜生成的準分子離子豐度大，分子離子豐度小，由于電離過程中未受到加熱，特別適合分析熱不穩(wěn)定，高極性化合物，如蛋白質(zhì)，核酸和糖類。成都理工大學(xué)材化院972：電化學(xué)分析成都理工大學(xué)材化院從生命現(xiàn)象的電化學(xué)本質(zhì)看，許多生物物質(zhì)是荷電的微?；蚍肿?，生命活動往往伴隨著電荷的運動，可以認為生命現(xiàn)象也表現(xiàn)為一種電化學(xué)現(xiàn)象，包括生物體的各種氧化還原反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)，生物膜上電荷和物質(zhì)的分離與轉(zhuǎn)移，反應(yīng)機制及生物催化等。1）蛋白質(zhì)和酶的直接電化學(xué)低溫水凝膠為酶提供仿生物微環(huán)境借自組膜固定生物大分子，防止蛋白質(zhì)和酶的變性，同時縮短其活性中心與電極的距離。98成都理工大學(xué)材化院2）生物膜生物膜特有的脂雙分子層結(jié)構(gòu)是屬于生命的一種基本結(jié)構(gòu)，用電化學(xué)的理論，方法和技術(shù)進行模擬生物膜功能的研究可以有助于認識生命活動。液液界面電化學(xué)（簡單）雙層脂膜（超薄5nm）支撐磷脂膜（沉積于固體基質(zhì)上，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、致密有序，可以有選擇嵌入受體，特性識別配體）99成都理工大學(xué)材化院3）生物傳感器安培生物傳感器（將電極表面化學(xué)修飾與酶催化反應(yīng)相結(jié)合）有機相生物傳感器（檢測水不溶底物，消除微生物污染，減少副反應(yīng)，提供熱穩(wěn)定性，避免電活性物質(zhì)干擾）4）免疫分析電化學(xué)免疫電化學(xué)發(fā)光免疫離子通道免疫傳感器電容免疫傳感器單細胞水平檢測放聲電化學(xué)釋放1003：毛細管電泳成都理工大學(xué)材化院毛細管電泳是以高壓電場為驅(qū)動力，以毛細管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分之間淌度和分配行為上的差異實現(xiàn)組分分離。毛細管區(qū)帶電泳毛細管凝膠電泳毛細管膠束電動電泳毛細管等電聚焦毛細管等速電泳毛細管電色譜101DNA序列分析毛細管電泳是

重要分析手段；酶解的雙螺旋DNA限制性片段的分離；成都理工大學(xué)材化院102

人類基因組計劃是生命科學(xué)中的一項世界性重大科學(xué)工程，旨在得到人類基因組的全部核酸序列，鑒定人類的全部基因。人類將通過此項計劃的實現(xiàn)，破譯生命“天書”，解讀了人類自身的奧秘。特別引人關(guān)注的是繼美、英、德、日、法之后，中國是第6個參與人類基因組計劃的國家，雖然中國參與這一計劃最晚，而且是唯一的發(fā)展中國家，但是中國科學(xué)家僅用了半年多的時間，就已經(jīng)按照人類基因組的測序任務(wù)，拿到了3號染色體短臂上3000萬對堿基的“工作框架圖”。21世紀第一項偉大的科技成就案例分析：人類基因組和DNA序列分析成都理工大學(xué)材化院103

人類基因組計劃的產(chǎn)生與“腫瘤計劃”的擱淺是分不開的。美國從70年代起啟動了“腫瘤計劃”，但是，不惜血本的投入換來的是令人失望的結(jié)果。人們漸漸認識到，包括癌癥在內(nèi)的各種人類疾病都與基因直接或間接相關(guān)。測出基因的堿基序列，則是基因研究的基礎(chǔ)。這時，科學(xué)家們面臨兩種選擇：要么“零敲碎打”地從人類基因組中分離和研究出幾個腫瘤基因，要么對人類基因組進行全測序。1986年3月，杜伯克在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇題為《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點：測序人類基因組》的文章，這篇短文后來被稱為人類基因組計劃的“標(biāo)書”。成都理工大學(xué)材化院104人類基因組計劃與“曼哈頓原子彈研制計劃”、“阿波羅登月計劃”并稱為人類科學(xué)史上的“三大計劃”。中國、德國、法國、日本、英國與美國6個國家的16個中心組成國際協(xié)作組，人類基因組計劃所倡導(dǎo)的是“全球合作、免費共享”的原則。成都理工大學(xué)材化院105

1999年7月7日，中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心注冊參與國際人類基因組計劃，北京華大基因研究中心作為實施單位應(yīng)運而生。同年9月，國際協(xié)作組接受了我國的申請，為我國劃定了工作區(qū)域。我國承擔(dān)的工作區(qū)域，位于人類3號染色體短臂上。由于該區(qū)域約占人類整個基因組的1%，因此簡稱“1%項目”。（約三千萬個堿基）的測序任務(wù)這一項目主要由中國科學(xué)院與國家科技部資助。國家人類基因組南方研究中心、國家人類基因組北方研究中心也積極參與了這一項目。成都理工大學(xué)材化院歷史：106Shotgun測序程序：DNA的提取和純化載體預(yù)備：和DNA片斷結(jié)合，從而能夠在細菌中擴增。DNA片段的制備：將DNA用超聲波切成能夠測序的小片斷轉(zhuǎn)化培養(yǎng)：小片斷和載體結(jié)合，植入細菌中進行擴增。提質(zhì)粒：從細菌中提取出繁殖好的質(zhì)粒電泳檢測：檢測質(zhì)量的好壞測序：上測序儀測序成都理工大學(xué)材化院107人類基因工程藍圖108基因科研用于人類疾病治療取得的重要進展

科學(xué)家在對一些遺傳性很高或較高的疾病的研究中，如地中海貧血、肌肉萎縮、乳腺癌等疾病的研究中，各國科學(xué)家已找到了200至300個致病基因，約占遺傳病的１％。其它疾病如白血病通過基因分析，也對發(fā)病機理有了新的認識。各國科學(xué)通過基因檢測和使用基因藥物，已能治療一些疾病。如用基因注射法治療一碰就出血的血友病。美國科學(xué)家運用破壞性基因治療腦腫瘤，將外來