第1章原子光譜技術及其在水質分析中的應用   001

1.1原子吸收法及其在水質檢測中的應用   002

1.1.1原子吸收法的基本原理   002

1.1.2火焰原子化原子吸收法和無火焰原子化原子吸收法   005

1.1.3原子吸收分光光度計的構成和使用   007

1.1.4原子吸收的水質檢測方法   020

1.1.5原子吸收法用於水質分析過程應當注意的幾個問題   025

1.1.6原子吸收法在水質監測中的應用   029

1.2電感耦合等離子體-原子發射光譜法及其在水質檢測中的應用   048

1.2.1概述   048

1.2.2ICP-AES的基本原理   050

1.2.3發射光譜定性分析法和定量分析法   053

1.2.4ICP-AES的儀器裝置   054

1.2.5標準溶液的制備及干擾校正繫數的求法   058

1.2.6ICP-AES在水質檢測中的應用   060

1.3ICP-MS及其在水質檢測中的應用   073

1.3.1概述   073

1.3.2基本原理   074

1.3.3ICP-MS分析儀   078

1.3.4ICP-MS聯用技術在水質分析中的應用   079

1.3.5ICP-MS在水質分析中的應用實例   085

1.3.6ICP-MS的新進展及發展趨勢   105

參考文獻   106



第2章分子光譜技術及其在水質分析中的應用   109

2.1紫外-可見光吸收法及其在水質分析中的應用   110

2.1.1概述   110

2.1.2紫外-可見分光光度法的原理   111

2.1.3紫外-可見分光光度法的分析測定方法   112

2.1.4紫外-可見分光光度計的組成   113

2.1.5紫外-可見分光光度法在水質檢測中的應用   115

2.1.6紫外-可見分光光度法的發展趨勢   127

2.2熒光光譜法及其在水質分析中的應用   129

2.2.1概述   129

2.2.2熒光光譜分析法的原理   129

2.2.3熒光產生的條件和過程   130

2.2.4熒光分析方法   131

2.2.5熒光光譜法的優缺點   133

2.2.6熒光光譜法在水質分析中的應用   134

2.2.7熒光光譜法的發展趨勢   150

2.3紅外吸收光譜法及其在水質分析中的應用   151

2.3.1紅外吸收光譜概述   151

2.3.2紅外吸收光譜儀器分析   152

2.3.3紅外光譜法在水質檢測中的應用   155

2.4分子質譜法及其在水質分析中的應用   169

2.4.1概述   169

2.4.2分子質譜法   170

2.4.3分子質譜儀   171

2.4.4分子質譜圖的分析   173

2.4.5分子質譜在水質檢測中的應用   173

2.5拉曼光譜技術及其在水質分析中的應用   200

2.5.1概述   200

2.5.2拉曼光譜原理   201

2.5.3拉曼光譜優缺點   201

2.5.4拉曼光譜在水質分析中的應用   202

參考文獻   205



第3章電化學分析技術及其在水質分析中的應用   209

3.1離子選擇電極法及其在水質分析中的應用   209

3.1.1離子選擇性電極   210

3.1.2用離子選擇性電極測定溶液中離子活度的方法   213

3.1.3離子選擇電極在水質分析中的應用   215

3.2溶出伏安法及其在水質分析中的應用   237

3.2.1溶出伏安法   238

3.2.2應用溶出伏素進行定量分析   239

3.2.3溶出伏安法在水質分析中的應用   243

3.3展望電化學分析技術在水質分析中的應用   261

參考文獻   261



第4章色譜分離分析技術及其在水質分析中的應用   263

4.1概論   263

4.1.1色譜法簡介   263

4.1.2色譜聯用技術   264

4.1.3色譜法分類   264

4.1.4色譜法的特點   265

4.1.5色譜儀流程   266

4.2氣相色譜法及其在水質分析中的應用   266

4.2.1氣相色譜法分離的基本原理   267

4.2.2色譜流出曲線圖   268

4.2.3氣相色譜儀的組成   269

4.2.4氣相色譜分析方法   273

4.2.5氣相色譜分析法在環境監測中的應用   277

4.3高效液相色譜法及其在水質分析中的應用   287

4.3.1高效液相色譜法的特點   288

4.3.2高效液相色譜和經典液相色譜的區別   288

4.3.3高效液相色譜和氣相色譜的區別   289

4.3.4高效液相色譜儀的工作流程和儀器組件   289

4.3.5高效液相色譜法的分類   291

4.3.6高效液相色譜法在水質分析中的應用   292

4.4毛細管氣相色譜法及其在水分析中的應用   296

4.4.1毛細管氣相色譜的發展歷史   296

4.4.2毛細管氣相色譜柱的類型   297

4.4.3毛細管氣相色譜的特點   297

4.4.4毛細管氣相色譜的應用   298

4.4.5毛細管氣相色譜法及其在水分析中的應用舉例   299

4.5毛細管電泳法及其在水分析中的應用   315

4.5.1毛細管電泳法簡介   315

4.5.2毛細管電泳法的原理   317

4.5.3毛細管電泳的模式及分類   317

4.5.4毛細管電泳的特點   319

4.5.5毛細管電泳儀   320

4.5.6毛細管電泳法的應用概述   322

4.5.7毛細管電泳法及其在水分析中的應用舉例   323

4.5.8小結   343

4.6超臨界流體色譜法及其在水分析中的應用   344

4.6.1超臨界流體色譜法及其產生的背景與發展   344

4.6.2超臨界流體色譜的特點   345

4.6.3超臨界流體色譜原理及儀器   346

4.6.4超臨界流體色譜的色譜柱   347

4.6.5毛細管超臨界流體色譜   347

4.6.6超臨界流體色譜法的應用   348

4.6.7超臨界流體色譜及其在水分析中的應用舉例   350

4.6.8小結   357

參考文獻   357



第5章流動注射分析法及其在水分析中的應用   360

5.1流動注射分析法概述   360

5.2流動注射分析法的原理   361

5.2.1流動注射分析法的基本原理   361

5.2.2與FIA相關的分散理論   362

5.2.3流動注射分析法的分散繫數   364

5.3流動注射分析法的基本裝置及流路   365

5.3.1流動注射分析法的基本裝置   365

5.3.2流動注射分析法的流路   367

5.4流動注射分析法的應用現狀   369

5.5流動注射分析法在水分析中的應用   370

5.5.1流動注射分析法測定水中的無機物   370

5.5.2流動注射分析法測定水中的有機物   377

5.5.3流動注射分析法測定水中的金屬離子   383

5.5.4流動注射分析法測定水中的其他污染物   393

5.6流動注射分析技術的進展   401

參考文獻   403



第6章傳感器在水質監測中的應用   405

6.1水質監測傳感器概述   405

6.1.1水質監測傳感器的發展史   405

6.1.2水質監測傳感器的種類   406

6.2原位水質監測傳感器的工作原理和應用   411

6.2.1水溫傳感器   411

6.2.2電化學傳感器   413

6.2.3光纖傳感器   415

6.2.4生物傳感器   416

6.3在線水質監測繫統的工作原理和應用   417

6.3.1水色衛星監測繫統   418

6.3.2無人船載式水質監測繫統   419

6.3.3無線網絡水質監測繫統   422

6.3.4海床基監測繫統   424

6.3.5地層斷層水質監測繫統   428

6.4AI 大數據水質監測與評估分析繫統   432

6.4.1表層水質無人監測繫統   432

6.4.2流域水質監測方法   432

6.4.3無人監測繫統的結構及工作原理   433

6.4.4無人船監測繫統的應用   433

6.4.5無人水下監測繫統   433

6.4.6人工深海監測繫統   435

6.4.7大數據水質評估分析繫統   435

6.4.8大數據水域監測繫統   436

參考文獻   437



第7章水質遙感監測分析技術   440

7.1水質遙感監測的發展現狀   440

7.1.1遙感監測水質參數的發展現狀   440

7.1.2水質遙感監測方法   441

7.1.3水質遙感監測數據源的發展現狀   442

7.2遙感監測概述及水質遙感監測的基本原理   443

7.2.1遙感監測的概述   443

7.2.2水質遙感監測的基本原理   445

7.3水資源時空信息遙感提取方法   447

7.3.1遙感影像的選取   447

7.3.2數據的預處理   449

7.3.3水資源信息提取的方法   451

7.3.4誤差與精度評價   453

7.4水質參數反演方法   455

7.4.1水質參數反演的常用方法   455

7.4.2水質遙感監測的參數   457

7.4.3影響水質遙感監測精度的因素   459

7.5水質遙感監測的實例分析   459

7.5.1研究區概況   459

7.5.2數據來源和預處理   460

7.5.3研究方法   461

7.5.4結果分析   461

7.6展望   463

參考文獻   464

前言

自2005年本書版出版以來的十幾年中，水質監測分析技術有了長足發展，一些新技術、新成果不斷湧現,同時原書中的一些內容，比如監測設備和監測對像也發生了較大變化。基於此，對版進行了補充和修訂。

再版主要刪除了原來的第6章生物傳感器及其在水質分析中的應用和第7章生物指示器與生物標識器在環境評估中的應用等內容，根據課題組的研究成果，增加了第6章傳感器在水質監測中的應用和第7章水質遙感監測分析技術，介紹了對生態環境中大面積水體水質、水域監測的新方法及信息傳感新技術。此外,對於第1章至第5章中的實例部分進行了更新，包括儀器型號和測試對像等。

本書總結、歸納和整理了國內外儀器分析在水質監測應用中的新技術、新設備、新方法與新成果，並結合編著者工作中積累的經驗，深入淺出地介紹了原子光譜技術、分子光譜技術、電化學分析技術、色譜分離分析技術、流動注射分析法、原位水質監測傳感器的工作原理和應用、在線水質監測繫統的工作原理和應用、AI 大數據水質監測與評估分析繫統和水質遙感監測分析等技術。本書簡要介紹了與各種技術相關的分析儀器，著重向讀者介紹了各種儀器分析技術在水質監測及分析領域的應用情況，並附以實例。

本書由費學寧主持編寫，其他參與編寫的人員是（以章節為序）：第1章、第2章（王樂、費學寧），第3章（申叢叢），第4章（池勇志、陳富強、付海娟、張夢怡、劉伯約），第5章（楊銀慧），第6章（於翔、席緒昭），第7章（汪東川）。

本書注重先進方法的理論性與應用性相結合，實用性強，可供從事環境監測、環境分析等工作的研究人員和技術人員使用，也可作為其他分析領域的技術人員以及環境科學與工程領域的科研、工程技術人員的參考書，還可作為高等院校環境類專業及相關專業本科生、研究生現代環境分析課程的教材或教學參考書。

本書的修訂再版得到化學工業出版社的大力支持，在此致謝。同時，本書在編寫過程中參考了相關領域的研究論文和著作，在此向有關作者致以謝意。衷心希望專家、學者及廣大讀者對本書疏漏之處給予指教。



編著者

2021年6月







版前言

隨著近年來水工程事業的飛速發展以及人們對可持續發展理念的理解和認同，人們的環境意識及對水質的要求不斷提高，對水質監測及分析的準確性、快速性以及在線監測分析的要求也愈來愈高。同時，水質分析技術在儀器的自動化和痕量有機污染物的分析方面也有了長足進步，生物技術的滲入也為水質監測分析技術拓展了新的發展空間。為了適應水質監測及分析技術發展的客觀要求，特編寫本書，為從事水質監測及分析的科技工作者提供參考。

本書由原子光譜技術、分子光譜技術、電化學分析技術、色譜分離技術、流動注射分析法、生物傳感器、生物指示器以及生物標識器在水質分析中的應用共7章組成。本書注重理論與實際的結合，針對每種分析方法，以應用為重點，在簡要介紹其基本原理的基礎上，注重實用性的介紹。重點介紹了近年來儀器分析方法在水質監測及分析中應用的進展情況，特別注重儀器聯用技術以及在線監測技術的介紹，從而使本書盡可能滿足水質監測及分析技術發展的需要。本書可供從事水質監測及分析的工作者使用，也可作為環境科學等相關專業師生的參考書和工具書。

參加本書編寫工作的人員有劉玉茹(第1章第1～2節)、趙秀傑(第1章第3節和第7章第3～4節)、王銀葉(第2章第1節)、周傳健(第2章第2～3節)、費學寧(第2章第4節)、趙珊(第3章和第7章第1～2節)、池勇志(第4章第1節)、劉雅巍(第4章第2～3節)、賈堤(第4章第4節)、劉麗娟(第4章第5～6節)、楊少斌(第5章)、王廣慶(第6章第1～2節)、黃永春(第6章第3節)、陳強和史海濱(第6章第4節)。全書由費學寧、賈堤和池勇志統稿並定稿。

在本書的編寫過程中參考了大量有關專家的論文和專著，其中第7章(生物指示器和生物標識器)由於中文資料較少，編寫人員主要參考了國外近期出版的有關論文和專著，在此對專家、學者們的卓越貢獻表示欽佩和深深的謝意。在編寫中還得到了化學工業出版社的大力支持和幫助，並得到了其他同仁的關心和幫助，在此一並向他們表示深切的謝意。本書的出版得到了天津市高等學校科技發展基金資助項目(項目編號:20030401和20031003)的資助。

由於作者水平和能力有限，加之時間緊迫，書中的不妥之處，敬請專家和讀者批評指正。



編者

2005年1月