水悟堂|水质分析中的大型精密仪器

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饮用水从水源输送到居民家里，需要经过层层把关，以有效地保证水质的安全，守护居民的健康。现行的国标《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中检测指标有106项，涉及微生物指标、毒理指标、放射性指标、感官形状和一般化学指标。饮用水中毒理指标中的物质含量一般比较低，要分析该毒理指标的准确含量，需要通过大型精密仪器才能实现。针对毒理指标涉及的几类大型分析仪器，你们平时见过吗？今天，小编就带着大家一起走进这些大型分析仪器。

气相色谱和气质联用仪器

气相色谱主要分为进样系统、色谱柱分离系统、检测器、信号处理系统。

工作原理（专业版）

主要是通过分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，一般是N2、He等）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。

工作原理（通俗易懂版）

化合物气化后进入色谱柱，和色谱柱作用力大小不一样，作用力小的就出来的早，作用力大的流出色谱柱的比较晚，根据流出的时间长短按照出峰的顺序进行定性分析，根据出峰的强度进行定量分析。

从色谱柱分离的物质进入检测器，根据物质的特征不同，使用不同的检测器，主要有氢火焰离子化检测器（FID）、热导检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）、火焰检测器（FPD）。

有机氯农药化合物的气相色谱图

气质联用仪器本质上也是以质谱作为检测器的气相色谱。只不过质谱仪器作为特殊的检测仪器，可以给出分子量和分子结构信息，这点其他气相色谱的检测器无法做到。

气质谱联用仪器

水体中的被测物质首先应该富集才能进入到气相色谱和气质联用仪器完成检测。富集的方法一般分为两种，一种是通过专门的固相萃取装置，将水体中的被测物质截留到固相萃取小柱中，然后使用洗脱试剂将截留的被测物质洗脱出来，然后通过浓缩装置将其浓缩到一定体积进入气相色谱进样装置中。另外一种富集的方法是在气相色谱仪器中加入前处理装置如顶空进样装置，富集后的目标物直接进入色谱柱中。

基于气相色谱的原理，气相色谱一般仅适合饮用水中挥发性有机物和半挥发性有机物的检测。

液相色谱和液质联用仪器

工作原理

气相色谱实现了饮用水中小分子有机化合物（一般是分子量低于500）的测定，这是由于这些化合物具有容易气化、热稳定好、易挥发等特点。但气相色谱对于一些难以挥发的、热不稳定的或者大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定就无能为力。液相色谱在气相色谱理论的基础上发展起来，用液体流动相代替载气，用高压输送流动相，成功解决以上问题。

质谱仪器与液相色谱联用以后，同样实现化合物的分子量和结构分析。液相色谱质谱多级串联，能实现饮用水中痕量物质的检测，如藻毒素、抗生素等的痕量分析（纳克级）。

液相色谱串联质谱仪器

离子色谱仪器

工作原理

离子色谱也属于液相色谱的一类，利用离子交换的原理，用离子交换树脂作为分离柱，扣除淋洗液的本底电导，然后用电导法测定。离子色谱法顾名思义用于离子分析，适用于水中某些难以分析的阴离子如氟离子、氯离子、溴离子等、阳离子如钠离子、铵根离子等。前段时间媒体曝光的无印良品瓶装水中溴酸盐超标事件，其溴酸根就是由离子色谱完成分析。

离子色谱

光谱分析仪器

工作原理

光谱分析的原理是当物质与辐射作用时内部发生量子化的能级之间的跃迁，并测量由此而产生发射、吸收或散射辐射的波长和强度。主要的光谱分析仪器有等离子体原子发射光谱、等离子体质谱联用、原子吸收光谱、荧光光谱、紫外吸收可见光谱，这些仪器一般适用于重金属或少量非金属元素（氮、磷等）分析。

等离子体原子发射光谱

随着分析技术的发展，越来越高端的精密仪器加入到水质分析领域中，为保障公众健康做出更大的贡献。

致谢

【本科普内容受“上海市科协科普项目（项目编号：18dz2306700）”和上海市水务海洋局“水务科普年度活动”资助】