国家人体生物监测项目于2016年正式启动，该项目的目标是通过对我国人群进行现场流行病学调查，并监测人体生物样本中的环境污染物，来获取具有代表性的环境污染物在普通人群中的暴露负荷数据，为政府制定环境污染防控政策和采取相应干预措施提供重要的科学依据。为了获取人群生物样本中准确且可比的化学污染物数据，在国家人体生物监测项目的框架下，实验室从分析方法、实验空白到检测过程，对化学污染物的靶向定量分析实施了多维度的质量控制措施。项目的质量控制程序分为两个阶段进行：（1）检测前阶段中生物监测分析方法的验证、空白的筛查与控制；（2）检测阶段中大规模样本分析过程的质量控制。应用于国家人体生物监测项目的分析方法均需经过验证程序，以全面评估方法的性能，验证的重点包括方法检出限和方法定量限、基质效应、稳定性及残留与稀释。所有监测指标均需通过空白筛查程序，以识别、消除或降低实验中的空白干扰，确保每批次的空白测定结果均低于方法检出限。实验室采用内部质量控制与外部质量控制相结合的方式，具体措施主要包括：（1）10类监测指标的方法验证及检测过程均使用包括美国国家标准与技术研究院（NIST）、欧洲标准局（ERM）及中国标准物质中心在内生产的生物基质标准物质，以确保方法的准确性及溯源性；（2）15类监测指标使用商品质控样和内部质控样，以评价测试过程的稳定性；（3）9类共60项监测指标参与德国外部质量评估计划（G-EQUAS），并取得了满意的结果；（4）15类监测指标使用盲样。多维度的质量控制措施为生成高质量的生物监测数据提供了专业支撑。

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）广泛存在于各类生产及生活环境中，因毒性高对公众健康构成了严重威胁。PAHs及其衍生物可通过多种途径进入人体，在细胞色素P450酶的催化作用下，生成Ⅰ相代谢产物，并进一步在Ⅱ相代谢阶段与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸等物质结合，生成水溶性结合产物。不同代谢阶段的产物在人体内的分布与表现形式可作为PAHs暴露的重要标志物。然而，由于不同结构特征的PAHs在代谢机制及其产物种类方面存在显著差异，针对性细化研究策略对于基于生物监测的健康风险评估具有重要意义。系统开展PAHs及其衍生物代谢产物的时-量-效关系研究，明确PAHs及其衍生物的代谢产物类型及体内暴露水平，不仅有助于建立精准、高效、稳定的生物标志物谱库，还可为进一步开展人体生物监测提供科学依据和技术支撑。有鉴于此，本文系统梳理了母体PAHs及其硝基化、氧化和烷基化衍生物的主要代谢途径及产物类别，重点探讨了母体PAHs在人体内代谢转化的最新研究进展，旨在为揭示PAHs及其衍生物的暴露特征、健康风险评估和暴露溯源等研究提供科学参考。

生物样品和环境样品中化合物种类繁多、成分复杂，使用色谱-高分辨质谱对样品进行分析后会产生大量由质荷比（mass-to-charge ratios，m/z）、保留时间（retention-time，RT）、峰强度等组成的色谱-质谱数据，处理这些数据需要耗费大量的时间和精力，需要借助质谱数据处理软件对其进行识别分析。在众多的质谱数据处理软件中，各种形式的色谱质谱（various forms （X） of chromatography mass spectrometry， XCMS）作为一款高效、准确且可免费获取的质谱数据处理软件，在环境科学领域得到广泛应用。本论文聚焦XCMS在环境科学领域中的应用，综述了XCMS的工作流程、工作原理和参数优化措施。XCMS的工作流程主要包括数据导入、数据处理和数据导出等步骤，数据导入需要借助MSConvert等格式转换工具将不同仪器生成的数据转换为XCMS可接受的格式，数据处理大致包括峰检测、峰对齐和峰填充等步骤。在应用方面，XCMS在环境污染物非靶向筛查、污染物外源性代谢转化鉴定以及生物分子内源性代谢研究中取得了显著进展。例如，在环境污染物非靶向筛查中，XCMS能够高效提取复杂样品中的质谱特征，为后续的鉴别提供可靠的数据基础。尽管XCMS在环境科学领域的应用取得了一定成效，但仍存在一些局限性，如用户交互和自动化程度仍有待提高。XCMS在环境科学领域的发展潜力巨大，未来随着算法的不断优化和数据库的扩展，通过不断改进算法鲁棒性、数据兼容性和用户体验，XCMS有望为环境科学研究提供更强大的支持。

色谱作为一种高效率、高选择性的分离技术，拥有广阔的应用范围和发展前景。色谱柱的固定相是色谱技术中最核心的组成部分。研发具备高分辨分离性能的先进固定相材料，一直是该领域的研究热点。有序多孔材料（OPM）凭借其孔径的精确可控性和孔隙结构的规整排列，能够精确筛分不同尺寸和形状的分子，同时减少分子在流动路径中的无序扩散，从而克服了传统色谱材料在分离精度上的限制，有效解决了科研和工业领域在原料及产物纯化方面所面临的难题。过去的几十年间，科研人员已成功开发出多种新型OPM，这些材料被用作色谱柱的固定相基质，实现了对同系物、异构体和同位素等性质相近物质的高效且快速的分离。本文首先从理论层面阐述了有序多孔结构对色谱分离柱效率及分离度的影响，为OPM在色谱固定相中的应用提供了理论支撑。接着，文章综述了包括金属有机框架（MOF）、共价有机框架（COF）、多孔有机笼（POC）、介孔二氧化硅、嵌段共聚物（BCP）组装材料以及高内相乳液聚合物（PolyHIPE）在内的多种类型OPM在色谱分离分析领域的研究进展。最后，文章探讨了当前色谱OPM所面临的挑战，并对未来的发展方向进行了展望。

样品进行分析检测时因基质成分复杂、分析物含量较低，直接用仪器进行准确、灵敏分析存在困难，因此在样品进行色谱分析检测前必须选择合适的样品前处理方法以实现目标物的选择性富集。在众多的样品前处理方法中，管内固相微萃取（IT-SPME）具有微型化、环境友好等优点，是一种有发展前景的样品前处理技术。萃取效率不理想、萃取速率慢等不足限制了IT-SPME的快速发展。为了进一步提高萃取的选择性和萃取效率，改善IT-SPME存在的不足，减少样品损失和污染，外加磁场力作用被引入IT-SPME，发展出磁增强管内固相微萃取（ME-IT-SPME）新技术。纳米材料、整体材料、磁性杂化材料等新型萃取材料主要通过亲/疏水作用、氢键、π-π作用、极性相互作用、配位作用等相互作用选择性吸附和高效富集多种类型的分析物，如有机农药、重金属离子、除草剂、雌激素、防腐剂、药物分子等。ME-IT-SPME在吸附和洗脱阶段对微萃取管（开管柱型、颗粒填充型、整体柱型）施加不同强度和方向的磁场，显著地提高了萃取效率，并联用色谱法对目标物进行高灵敏分析，获得了准确的分析结果，有效节约了实验成本，实现了高通量和快速准确的自动化分析。本文介绍了自2012年ME-IT-SPME技术诞生以来，ME-IT-SPME的材料制备，综述了ME-IT-SPME技术在环境分析、食品检测和生物医药领域的应用进展，并对该技术的未来发展进行了展望。

本研究将蛋白质沉淀技术、高效脂质去除技术与超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术结合，建立了一种同时测定人血清中22种有机紫外吸收剂（OUVs）的方法。采用Acquity BEH C₁₈色谱柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm）进行分离，分别以甲醇-水和甲醇-0.1%氨水作为流动相进行梯度洗脱。质谱分析采用正、负离子电喷雾电离（ESI⁺/ESI^‒）源，在多反应监测（MRM）模式下扫描，稳定同位素内标法定量。实验结果表明，22种目标化合物在各自的线性范围内线性关系良好，相关系数（r）均≥0.999 3，方法检出限（MDL）为0.02~0.48 ng/mL，方法定量限（MQL）为0.02~1.60 ng/mL。在低、中、高3个加标水平下，22种目标分析物的加标回收率为79.9%~136.1%，日内精密度为1.5%~25.4%，日间精密度为0.6%~23.5%。采用稳定同位素内标法进行校正后，22种目标分析物在胎牛血清中的基质效应为83.0%~119.9%。应用该方法测定110份人血清样本，结果显示，除3-亚苄基樟脑（3-BC）、2-（2H-苯并三唑-2-基）-4-甲基-6-（2-丙烯基）苯酚（UV-9）、4-甲基苄亚基樟脑（4-MBC）、2，2′-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（BP-8）和2，4-二羟二苯甲酮（BP-1）未检出外，其余17种目标分析物均有检出，检出率为0.9%~65.5%，检出水平为<MQL~11.7 ng/mL。该方法操作简单、便捷，灵敏度高且定量准确，适用于人血清中22种OUVs的测定。

本研究以我国城市地区1 869名普通成人为研究对象，采用超高液相色谱-串联质谱技术（UPLC-MS/MS）测定人体尿液样品中15种有机磷酸酯（OPEs）代谢物的含量水平，探讨了性别、年龄、体质指数（BMI）、是否吸烟、运动频率、家庭收入，以及各类食品摄入对尿液中OPEs代谢物含量水平的影响，并进一步根据尿液中OPEs代谢物的含量水平评估OPEs的每日摄入量（EDI），结合非致癌风险参考剂量（RfD）计算相应的潜在非致癌风险，以风险熵（HQ）和危害指数（HI）来表示OPEs各单体和总体累积暴露的健康风险。结果表明，6种OPEs代谢物在人体尿液中的检出率大于60%，以磷酸二丁氧乙酯（BBOEP）和1-羟基-2-丙基（1-氯-2-丙基）磷酸酯（BCIPHIPP）为主，含量分别为0.56 ng/mL和0.36 ng/mL。男性尿液中磷酸二（1，3-二氯-2-丙基）酯（BDCIPP）、BCIPHIPP和BBOEP的含量水平高于女性，而女性尿液中4-羟基苯基-磷酸苯基酯（4-HO-DPHP）的含量高于男性。BCIPHIPP和磷酸二苯酯（DPHP）的含量水平与年龄呈负相关关系，而BCIPHIPP和磷酸邻二苯甲酯（DoCP）/磷酸对二苯甲酯（DpCP）的含量水平与家庭收入表现出正相关关系。较高的运动频率有效降低了尿液中BDCIPP和BCIPHIPP的含量水平。研究人群OPEs的EDI值为104 ng/（kg⋅d） bw，且男性高于女性，磷酸三丁氧乙酯（TBOEP）对于EDI的贡献最大，占总EDI值的55.6%。本研究中绝大多数研究对象的HI值小于1，表明不存在明显的非致癌风险，但整体而言男性的HI值高于女性，且TBOEP是主要的高风险单体，贡献了总HI值的68.9%。综上所述，本研究人群普遍暴露于OPEs，且男性具有更高的暴露水平和健康风险，表明OPEs暴露存在性别差异。本研究揭示了我国城市居民OPEs的暴露水平及特征，为后续研究及防控政策制定提供了数据支持和科学依据。

建立了超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）同时测定人尿液中10种邻苯二甲酸酯（PAEs）代谢物的方法，并将该方法应用于人体内PAEs代谢物的暴露水平评估。采用固相萃取技术对尿液中的10种PAEs代谢物进行前处理，使用ACQUITY UPLC BEH Phenyl色谱柱（50 mm×2.1 mm， 1.7 μm）分离，以0.1%甲酸水和0.1%甲酸乙腈为流动相进行梯度洗脱，流速为0.5 mL/min，柱温为40 ℃，进样量为20 μL。在电喷雾电离（ESI）源负离子模式下进行检测，多反应监测模式采集数据，同位素内标法定量。方法学验证结果表明，该方法的专属性高，10种PAEs代谢物在各自的线性范围内线性关系良好，检出限（LOD）为0.03~0.3 ng/mL，定量限（LOQ）为0.1~1 ng/mL；在4个质控水平下，10种PAEs代谢物的日内和日间精密度均≤8.3%，准确度（用相对误差表示）为‒10.5%~7.3%。将该方法应用于评估60名志愿者尿液中PAEs代谢物的暴露水平，每名志愿者的尿液中均可检出1~6种PAEs代谢物。该方法灵敏准确，简便高效，适用于PAEs代谢物的大规模生物监测。

全氟及多氟烷基化合物（PFCs）在全球环境水体中广泛存在。据报道，饮用水的摄入可能是人类接触PFCs的重要来源，因此亟需针对饮用水中PFCs的赋存特征、来源分析和风险评估进行深入的探究。本文以磁性聚苯乙烯-吡咯烷酮（Fe₃O₄-PLS）为磁性吸附剂，建立了水中11种PFCs富集的磁固相萃取方法，结合液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，实现了水中PFCs的准确、灵敏测定。Fe₃O₄-PLS经甲醇活化后置于水溶液中，超声辅助萃取15 min，经磁分离后，采用乙腈（含0.1%甲酸）将目标物洗脱，洗脱液经氮吹复溶后进样分析。方法验证结果表明，11种PFCs在1～100 μg/L范围内线性关系良好，相关系数（R²）为0.997 6~0.999 9；检出限为0.001～0.620 ng/L，定量限为0.002～2.065 ng/L，方法灵敏度高。11种PFCs在不同添加水平（0.05、1、10、50 μg/L）下，回收率为60.8%～120.0%，相对标准偏差（RSD）为1.0%～20.0%，可满足水中PFCs的分析需求。采用该方法分析了杭州东苕溪15个点位（临近工厂、水库、居民区）样品中11种PFCs的残留浓度，共检测到6种PFCs，分别是全氟辛酸（PFOA）、全氟壬酸（PFNA）、全氟辛基磺酸（PFOS）、全氟庚基磺酸（PFHpS）、全氟丁基磺酸（PFBS）和全氟癸酸（PFDA），检出质量浓度为11.4~30.7 ng/L，其中全氟辛酸的质量浓度最高达到25.5 ng/L。东苕溪中PFCs主要来源于前体降解和工业废水排放，流域地表水中PFCs远低于官方给出的健康参考值，尚未达到对生态和人体产生风险的水平。

作为塑料制品中应用极广的有机阻燃剂，溴代阻燃剂大多具有较强的生物毒性和稳定的理化性质，通过间接或直接与食品接触，不可避免地残留在日常食物中，为人类健康带来潜在危害。因此，迫切需要建立一种快捷有效的溴代阻燃剂分析方法。磁固相萃取法因具有操作简单、可快速磁分离等优点，在痕量分析中得到了广泛的应用，该方法的关键在于高效磁性吸附剂的研制。本文提出以溶胶凝胶法结合煅烧法制备磁性碳凝胶，并以其为磁固相萃取材料，建立了磁固相萃取与高效液相色谱联用分析矿泉水和泡面碗中4种溴代阻燃剂的新方法。采用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射以及透射电镜等技术对材料的结构和组成进行表征，证实了磁性碳凝胶的成功制备。对影响磁固相萃取的因素如溶液pH值、材料用量、吸附时间、洗脱溶剂的浓度与体积和样品体积进行了详细考察，在最优条件下，本方法对四溴双酚A、3-溴联苯、4，4′-二溴联苯和四溴联苯醚的检出限（S/N≥3）分别为0.005、0.005、0.005和0.010 mg/L；RSD分别为7.35%、5.12%、3.66%和5.58%（n=5，C=0.02 mg/L）；实际富集倍数分别为50、40、51和61倍。最后将所提出的方法应用于农夫山泉水样和塑料泡面碗中4种溴代阻燃剂的测定，获得了满意的加标回收结果，为溴代阻燃剂的分析提供了一种快捷、灵敏的新方法。

为了解城市地区非职业暴露居民多环芳烃（PAHs）暴露现状，研究采用同位素稀释结合液液萃取-气相色谱-高分辨双聚焦磁质谱技术，对北京市92名2～80岁常住居民尿液中10种单羟基多环芳烃（OH-PAHs）进行定量分析，并以尿肌酐校正OH-PAHs含量。低于检出限的结果以检出限的1/2代替。通过Spearman秩相关分析（双尾）评估OH-PAHs间的相关性，并用非参数Mann-Whitney U检验及Kruskal-Wallis H检验比较不同人群OH-PAHs含量分布。结果显示，1-羟基萘、2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲和2-羟基菲等6种OH-PAHs的检出率达到100%。10种OH-PAHs的总含量（ΣOH-PAHs）为661～33 782 ng/g，几何平均值（GM）为2 775 ng/g，个体间差异显著。OH-PAHs含量分布趋势为羟基萘>羟基芴>羟基菲>1-羟基芘，与分子大小显著负相关，羟基萘为主要化合物，占比62.2%。OH-PAHs之间存在复杂的相关性，9-羟基芴显示出独特的暴露模式。尿液中OH-PAHs含量与性别、年龄相关，而吸烟是重要的影响因素。ΣOH-PAHs在少年儿童组（0~15岁，GM为3 940 ng/g）达到峰值，劳动年龄组（16~59岁，GM为2 598 ng/g）和老年组（≥60岁，GM为2 639 ng/g）水平相近，显示年龄为关键影响因素。吸烟习惯对OH-PAHs含量有一致且显著的影响，吸烟者的OH-PAHs含量普遍高于非吸烟者。男性总体暴露水平高于女性，但排除吸烟因素后，女性1-羟基芘含量水平显著高于男性，提示性别间代谢和行为差异对PAHs暴露有影响。研究揭示了北京居民OH-PAHs的暴露情况及含量分布特征，为PAHs污染及健康影响研究、流行病学调查、疾病负担评估及政策制定提供了科学依据。

多氯联苯（PCBs）是一类持久性有机污染物，尽管在全球范围内已被禁用，但仍以痕量水平存在于食品和环境中。PCBs残留会对人类健康和生态环境造成严重威胁，因此建立可靠的PCBs富集检测方法具有重要意义。本文以原位合成法制备壳聚糖/沸石咪唑酯骨架复合微球（CS@ZIF-8）作为分散固相萃取（DSPE）吸附剂，结合气相色谱-质谱（GC-MS），建立了一种测定牛奶中18种PCBs的分析方法。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射和氮气吸附/脱附对制备的材料进行表征。考察了吸附剂用量、萃取时间、解吸时间和解吸溶剂等因素对萃取效率的影响，得到最佳萃取条件：20 mg CS@ZIF-8作为吸附剂，振荡提取30 min，1 mL正己烷超声解吸8 min。在最佳萃取条件下，18种PCBs在1~200 μg/L范围内具有良好的线性关系，相关系数（r²）均大于0.999，检出限（S/N=3）为0.06~0.24 μg/L，定量限（S/N=10）为0.19~0.79 μg/L，日内和日间精密度（n=6）分别为2.5%~5.3%和4.3%~5.9%，不同批次材料间精密度（n=3）为4.9%~9.7%。选择全脂牛奶和脱脂牛奶对本方法的适用性进行考察，在5、20和100 μg/L 3个水平下，18种PCBs的加标回收率为84.8%~114.3%。考察了CS@ZIF-8的重复利用性，经过4次吸附-解吸循环后，加标回收率仍能达到70%以上。本方法操作简便，萃取时间短，准确度高，为牛奶样品中PCBs的高效检测提供了有力支持。

原油的化学组成极为复杂，而且各组分的相对分子质量、挥发性、含量和极性差异显著。传统的柱层析方法通常操作步骤繁琐，有机溶剂消耗大，样品处理时间长，严重限制了分析效率；常用的气相色谱-质谱（GC-MS）由于分辨率和峰容量较低，难以对复杂原油样品中的成分进行理想分离，影响了化合物的准确定性和定量分析。本研究建立了气流吹扫注射器微萃取（GPMSE）对复杂原油样品进行快速前处理的方法，在避免大量有机溶剂消耗的同时将样品处理时间缩短为10 min。结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）技术，对45个原油样品的化学组分进行了详细分析，并构建了原油的指纹图谱。采用多元统计法对各原油样品的GC×GC-TOFMS分析数据进行处理，对不同类型化合物进行冗余分析（redundancy analysis， RDA），利用蒙特卡罗置换检验RDA排序轴的显著性，最终筛选出36个能显著反映原油来源特征的生物标志物。从45个原油样品中选取28个作为建模组构建原油来源分类模型，选取4个单一来源样品和13个混合来源样品作为验证组评估模型的有效性。结果表明该模型的判别准确率达到了97.8%。该方法不仅为原油溯源提供了高效、准确的技术支持，还具有广阔的应用潜力，可扩展至原油掺假鉴定、溢油事故责任追溯及油田开发动态监测等领域。本研究为解决原油贸易欺诈和保障国家能源安全提供了重要的技术手段，同时也为原油品质检测和风险预警提供了科学依据。

基于轮廓分析的传统条带检测算法步骤繁琐，并且需要校正算法来应对背景不均匀、泳道扭曲和条带变形等问题。为了避免校正算法在检测过程中给条带分析结果所带来的误差，本文提出了一种基于深度学习目标检测算法的凝胶电泳图谱条带快速识别方法，并将该方法应用于血红蛋白（Hb）等电聚焦（IEF）电泳图谱的分析中。将通过微阵列IEF（mIEF）电泳实验收集的1 665张Hb IEF电泳图谱作为训练数据集，结合YOLOv8模型进行训练。依据模型推理得到的条带边界框位置和分类结果，对条带区域的像素灰度强度进行加和，以此计算各蛋白质的含量。研究结果表明，YOLOv8n模型在保持较低计算资源占用的同时，达到了92.9%的检测精度，实现了0.6 ms的推理时间，并成功应用于无等电点（pI）标志物条件下的Hb IEF电泳图谱条带的准确检测。以血红蛋白A2（Hb A2）为例，将本方法测得的Hb A2含量与临床检测结果进行对比，回归分析显示二者的线性度高达0.981 2，相关系数为0.980 0；进一步通过Bland-Altman分析法评估两种方法之间的一致性，结果表明，该方法与临床方法具有较好的一致性。与传统的自动条带检测方法相比，本文提出的方法快速、准确，重复性和稳定性更好。该方法可应用于临床实践中Hb A2含量的测定，并在成人β-地中海贫血疾病辅助诊断方面具备应用潜力。

针对当前有机合成实验在性质研究方面的不足以及仪器分析实验方法相对独立、缺乏整合性的现状，我们设计了一个本科生开放性实验。本实验将有机合成与仪器分析实验进行结合，构建了一个包含材料合成与表征、羟基多氯联苯的吸附性能及检测方法探究的本科生创新实验。首先，采用正硅酸四乙酯对Fe₃O₄进行处理，引入3-氨基丙基三甲氧基硅烷制备氨基改性的Fe₃O₄。随后，加入三甲酰氯和对苯二胺单体用于制备磁性共价有机骨架（MCOF）。本实验利用红外光谱仪和热重分析仪对MCOF的表面基团和热稳定性进行了表征。最后，将MCOF应用于辽河水样中羟基多氯联苯的吸附，并结合液相色谱法进行检测。在实验过程中，学生不仅能够掌握羟基多氯联苯的分离和检测方法，而且能够对羟基多氯联苯在辽河水样品中的含量情况有所了解。通过实验结果的分析和讨论，使学生深刻地认识到仪器分析实验在环境监测中的重要地位。这一系统的实验流程，不仅能够提高学生综合运用无机化学、有机化学和仪器分析基础知识的能力，而且有助于提高学生分析问题、解决问题的能力及实践操作能力。同时，这一开放性实验的开展有助于提高实验室仪器设备的利用率，充分发挥实验室现有资源的作用。