分析化学ppt精.ppt

分析化学ppt第1页，本讲稿共52页化学物理学数学计算机科学精密仪器制造科学 1 1 什么是分析化学什么是分析化学 分析化学(综合性边缘科学)第第1章章绪绪论论第2页，本讲稿共52页角色的转换：角色的转换：分析化学是一门信息科学单纯的数据提供从分析数据中提取有用信息，解决生产和科研中实际问题第3页，本讲稿共52页2Chemicalanalysisandinstrumentalanalysis(经典经典)分析化学分析化学 化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性方法：加入各种试剂，测量待测物定性方法：加入各种试剂，测量待测物（analyte,targetspecies）的颜色、沸熔点、气味、光学性质的颜色、沸熔点、气味、光学性质 （拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的 溶解特性。溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法定量方法：重量法、滴定（容量）法 第4页，本讲稿共52页形态分析：形态分析：水俣病事件水俣病事件 (用用Hg作催化剂，有机汞的毒性作催化剂，有机汞的毒性)微区分析：微区分析：纳米中药提高药物的吸收能力、半导体的纳米中药提高药物的吸收能力、半导体的pn结结表面分析：表面分析：各种功能材料、半导体材料各种功能材料、半导体材料 仪器分析仪器分析化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；萃取、蒸馏等分离方法；定性定量方法：定性定量方法：以被测物质的物理和物理化学性质为基础以被测物质的物理和物理化学性质为基础 如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧光等；如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧光等；第5页，本讲稿共52页第6页，本讲稿共52页3Classificationofanalyticalchemistry按被测组分按被测组分的含量分类的含量分类常常 量：量：克克 低含量：低含量：毫克毫克(10-3)痕量痕量(10-410-8)：微克微克(ppm,10-6)超痕量超痕量(10-910-12)：纳克：纳克(ppb,10-9)皮克皮克(ppt,10-12)飞克飞克(ppq,10-15)第7页，本讲稿共52页按分析对象分类按分析对象分类无机分析无机分析 有机分析有机分析 生物分析生物分析 药物分析药物分析第8页，本讲稿共52页酸碱滴定，配位滴定，酸碱滴定，配位滴定，氧化还原滴定，沉淀滴定氧化还原滴定，沉淀滴定电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析重量分析重量分析滴定分析滴定分析电导、电位、电解、库仑电导、电位、电解、库仑极谱、伏安极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱红外、核磁、质谱第9页，本讲稿共52页分析化学的进展分析化学的进展 1.1.分析对象的拓宽分析对象的拓宽无机物分析无机物分析生物活性物质生物活性物质2.2.被测组分的低含量化被测组分的低含量化3.3.分析过程的自动化分析过程的自动化常量常量低含量低含量痕量痕量分子水平分子水平手工手工仪器仪器半自动半自动全自动全自动智能化仪器智能化仪器第10页，本讲稿共52页第11页，本讲稿共52页John B.FennKonichi Tanaka“Wings to Molecular Elephants”TheNobelPriceinChemistry2002第12页，本讲稿共52页 4 4 仪器分析的作用仪器分析的作用从外行人的眼里远看从外行人的眼里远看“2121世纪的分析化学世纪的分析化学”徐光宪徐光宪 (北京大学化学学院北京大学化学学院)第一，第一，我看到分析化学的地位，越来越重要了我看到分析化学的地位，越来越重要了 20世纪最伟大的科学工程之一世纪最伟大的科学工程之一“人类基因计划人类基因计划”，实质上是，实质上是“人类基因人类基因 的化学测序计划的化学测序计划”。这一计划虽是生物学家提出来的，却是这一计划虽是生物学家提出来的，却是分析化学家完成的分析化学家完成的。第二，第二，21世纪的化学世纪的化学:创造和识别泛分子的科学创造和识别泛分子的科学 二个核心任务：二个核心任务：合成化学与广义的分析化学合成化学与广义的分析化学 化学合成和分离工业的增加值占全国化学合成和分离工业的增加值占全国GDP的的16.6%分析化学的地位已上升到前所未有的高度分析化学的地位已上升到前所未有的高度 第13页，本讲稿共52页第14页，本讲稿共52页第15页，本讲稿共52页 人类有科技就有化学，化学则是从分析化学开始的人类有科技就有化学，化学则是从分析化学开始的 分析化学是尽可能多地获得物质的有关信息，故本世纪的分析化学是尽可能多地获得物质的有关信息，故本世纪的生命，环境，能源等问题的最终解决，均离不开分析化学生命，环境，能源等问题的最终解决，均离不开分析化学 例例1：人类基因组测序计划：人类基因组测序计划(HUGP)第16页，本讲稿共52页医学研究表明：医学研究表明：某些重大疾病与遗传息息相关。某些重大疾病与遗传息息相关。上世纪上世纪90年代美国提出年代美国提出HUGP，为期，为期15年，被认为与登月计划年，被认为与登月计划一样伟大一样伟大刚开始该计划进展十分缓慢，分析化学家加盟，并对分析方法刚开始该计划进展十分缓慢，分析化学家加盟，并对分析方法进行重大革新进行重大革新96通道阵列式毛细管测序技术，通道阵列式毛细管测序技术，使该计划提前使该计划提前5年年(2001年年)完成。完成。例例1：人类基因组测序计划：人类基因组测序计划(HUGP)本世纪生命科学的研究热点与难点本世纪生命科学的研究热点与难点 生命活动的本质是什么？生命活动的本质是什么？同样是分析化学的研究热点与瓶颈同样是分析化学的研究热点与瓶颈第17页，本讲稿共52页John B.FennKonichi Tanaka“Wings to Molecular Elephants”TheNobelPriceinChemistry2002例例 2：第18页，本讲稿共52页美国美国JohnB.Fenn，日本田中耕一，瑞士，日本田中耕一，瑞士KurtWuthrich生物大分子三维结构的研究方法上的突出贡献生物大分子三维结构的研究方法上的突出贡献LC-MS(美，日美，日)NMR(瑞士瑞士)第19页，本讲稿共52页例例3：食品安全：食品安全“民以食为天，食以安为先民以食为天，食以安为先”（列入国家中长发展规划，十一五科技发展计划，投入经费大）（列入国家中长发展规划，十一五科技发展计划，投入经费大）科技发展双刃剑科技发展双刃剑食品种类丰富食品种类丰富食品安全问题：孔雀石绿事件，食品安全问题：孔雀石绿事件，红心鸭蛋事件红心鸭蛋事件三聚氰胺奶粉事件三聚氰胺奶粉事件 圣元圣元奶粉激素事件奶粉激素事件:国家权威部门给出的答案：依据来自我学生李克静，国家权威部门给出的答案：依据来自我学生李克静，20092009年分析化学专业硕士毕业，年分析化学专业硕士毕业，中国检验检疫科学研究院中国检验检疫科学研究院 第20页，本讲稿共52页生命科学研究对分析化学提出高的要求生命科学研究对分析化学提出高的要求活体分析，单细胞分析，基因分析，药物检测等活体分析，单细胞分析，基因分析，药物检测等环境监测及控制环境监测及控制 某流域水质污染与癌病相关关系某流域水质污染与癌病相关关系:社会调查社会调查;水质分析水质分析 (水质分析方案（第水质分析方案（第4 4稿）稿）.doc.doc)自动化自动化 智能化智能化 微型化微型化毒牙膏事件：三氯生与含氯自来水生成氯仿毒牙膏事件：三氯生与含氯自来水生成氯仿 作为科学问题的引子，如何治理其污染？作为科学问题的引子，如何治理其污染？获得获得2008年国家自然科学基金的资助年国家自然科学基金的资助 我国重金属，农药等残留，滥用食品防腐剂和添加剂等我国重金属，农药等残留，滥用食品防腐剂和添加剂等引起的中毒事件极多引起的中毒事件极多 各种监测站，进口检验机构对分析化学人才的需求旺各种监测站，进口检验机构对分析化学人才的需求旺第21页，本讲稿共52页据统计据统计,美国美国每年用于产品质量控制的分析费用超过每年用于产品质量控制的分析费用超过500亿美元亿美元每天要进行每天要进行2.5亿亿以上的分析测试以上的分析测试现有现有20多万多万化学家化学家,其中其中分析化学占分析化学占20%分析技术为美国的分析技术为美国的高新技术产业高新技术产业美美国国科科学学院院组组成成的的以以Pimental教教授授为为首首的的350位位专专家家调调查查组组,出出版版了了一一本本“OpportunitiesinChemistry”一一书书中中将将分分析析化化学学列列为为美美国国化化学学分分析析七七个个优优先先发发展展的的领领域域之之一一,并并指指出出分分析析化化学学在在推推动动我我们们弄弄清清环环境境和和生生命命中中的的化化学学问问题题中中起起到了决定性的作用到了决定性的作用第22页，本讲稿共52页分析化学问题的解决分析化学问题的解决:先进的科学仪器先进的科学仪器我国我国现有的科学仪器设备总值超过现有的科学仪器设备总值超过150亿亿,90%以上为进口以上为进口,仪器生产水平非常落后仪器生产水平非常落后 一般仪器价格较贵，维修使用成本较高一般仪器价格较贵，维修使用成本较高800MHzNMR120万美元万美元 现现代代仪仪器器分分析析方方法法迅迅速速发发展展，应应用用互互交交叉叉，要要正正确确选选择择一一个个分分析析方方法法需需要要对对分分析析方方法法及及分分析析对对象象有有一一个个较较好好的的了了解解，否否则则就就是盲人骑瞎马是盲人骑瞎马第23页，本讲稿共52页 5CalibrationinInstrumentalAnalysis问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个 分析问题呢？分析问题呢？必须了解该仪器的性能，或者说，该仪器到底可作什么分析！必须了解该仪器的性能，或者说，该仪器到底可作什么分析！第24页，本讲稿共52页第25页，本讲稿共52页1精密度（精密度（Precision）使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的程度。使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的程度。标准偏差标准偏差(Absolutestandarddeviation)，s平均标准偏差平均标准偏差(Standarddeviationofmean,sm)相对标准偏差相对标准偏差(Relativestandarddeviation,RSD)l 变异系数变异系数(Coefficientofvariance,CV)方差方差(Variance):s2第26页，本讲稿共52页2)2)误差（误差（Bias,errorsBias,errors）测量值的总体平均值测量值的总体平均值x x与与“真值真值”接近的程度。接近的程度。通通过过多多次次测测量量已已知知浓浓度度或或含含量量的的物物质质（称称为为标标准准物物质质），得得到到总体平均值与标准物质含量（真实值）比较。总体平均值与标准物质含量（真实值）比较。在建立新的分析方法时，对标准物质的测量可找出误差的来源在建立新的分析方法时，对标准物质的测量可找出误差的来源并通过空白分析和仪器校正来消除误差并通过空白分析和仪器校正来消除误差第27页，本讲稿共52页3 3）灵敏度）灵敏度（Sensitivity）仪仪器器或或方方法法识识别别微微小小浓浓度度或或含含量量变变化化的的能能力力，即即当当浓浓度度或或含量有微小变化时，仪器或方法均可以觉察出来含量有微小变化时，仪器或方法均可以觉察出来InternationalUnionofPure&AppliedChemists(IUPAC)推推荐荐使使用用“校校正正灵灵敏敏度度”或或者者“校校正正曲曲线线斜斜率率”作作为为衡衡量量灵灵敏敏度度高高低低的的标标准。准。影响灵敏度的因素有：影响灵敏度的因素有：1.1.校正曲线的斜率；校正曲线的斜率；2.2.分析的重现性或精密度分析的重现性或精密度第28页，本讲稿共52页4）检测限（）检测限（Detectionlimit,DL）在已知置信水平，可以检测到的待测物的最小质量或浓度在已知置信水平，可以检测到的待测物的最小质量或浓度它它和和分分析析信信号号（Singnal）与与空空白白信信号号的的波波动动（噪噪音音,Noise）有有关关，或或者者说与信噪比（说与信噪比（S/N）有关）有关第29页，本讲稿共52页sb测定次数，测定次数，nSSDL=Sb+k1 sb仪器噪音及方法检出限仪器噪音及方法检出限 K1=3时，可以认为仪器检出的最小信号值时，可以认为仪器检出的最小信号值SDL可能性为可能性为95%第30页，本讲稿共52页应用实例应用实例估算液相色谱紫外光检测器的检测限估算液相色谱紫外光检测器的检测限:普通紫外光检测器的噪声为普通紫外光检测器的噪声为10-4au，b=1cm，有紫外吸收的物质，有紫外吸收的物质e e=104Lmol-1cm-1，检出限为：，检出限为：c=A/e e b=3Sbl/e e b=310-8molL-1第31页，本讲稿共52页动态范围动态范围CDLLOLLOQ浓度，浓度，c响响应应信信号号S5）动态范围（）动态范围（Dynamicrange）CDL=检测限；检测限；LOQ(limitofquantitation)定量低限定量低限,LOQ=10sblankLOL=limtoflinearresponse,线性响应高限。线性响应高限。通常的分析方法，其线性动态范围通常的分析方法，其线性动态范围LOL/LOQ至少要达到至少要达到2个个数量级。数量级。第32页，本讲稿共52页校正校正(Calibration):就是将仪器分析产生的各种信号与待测物就是将仪器分析产生的各种信号与待测物 浓度联系起来的过程浓度联系起来的过程 除重量法和库仑法之外，所有仪器分析方法都要进行除重量法和库仑法之外，所有仪器分析方法都要进行“校正校正”校正方法：校正方法：标准曲线法；标准曲线法；标准加入法；标准加入法；内标法。内标法。仪器分析校正方法仪器分析校正方法第33页，本讲稿共52页 一一.工作曲线法（外标法）工作曲线法（外标法）标准曲线法的准确性：标准物浓度配制的准确性；标准曲线法的准确性：标准物浓度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性标准基体与样品基体的一致性第34页，本讲稿共52页2标准加入法（标准加入法（Standardadditionmethod）将将一一系系列列已已知知量量待待测测物物分分别别加加入入到到几几等等份份的的样样品品中中，配配制制成成浓浓度度为为(cx+0)，(cx+c1),(cx+c2),(cx+c3).，得得到到和和样样品品有有相相同同基基体体的的标标准准系系列列(加加标标)；通通过过仪仪器器分分别别测测量量以以上上系系列列的的响响应应值值S0，S1，S2，S3，S4；浓浓度度c对对响响应应信信号号与与S作作图图，再再将将直直线线外外推推与与浓浓度度轴轴相相交于一点交于一点,求得样品中待测物浓度求得样品中待测物浓度cx。第35页，本讲稿共52页3内标法（内标法（Internalstandardmethod）该法说是上述两种校正曲线的改进。该法说是上述两种校正曲线的改进。可可用用于于克克服服或或减减少少仪仪器器或或方方法法的的不不足足等等引引起起的的随随机机误误差差或或系统误差。系统误差。寻寻找找一一种种物物质质或或内内标标物物，该该内内标标物物必必须须是是样样品品中中大大量量存存在在的的或或完完全全不不存存在在的的。然然后后，在在所所有有样样品品、标标准准及及空空白白中中加加入入相相同同量量的的上上述述内内标物；标物；l 分分别别测测量量样样品品及及标标准准中中待待测测物物及及内内标标物物的的响响应应值值，然然后后以以Sx/Si比比值对浓度值对浓度c作图；作图；第36页，本讲稿共52页当当待待测测物物与与内内标标物物的的响响应应值值的的波波动动一一致致时时，其其比比值值可可抵抵消消因因仪仪器器信信号号的的波波动动和和操操作作上上的的不不一一致致所所引引起起的的测测定定误误差；差；寻寻找找合合适适的的内内标标物物（与与待待测测物物性性质质相相似似而而且且仪仪器器可可以以识识别别各各自自的的信信号号），或或重重复复引引入入内内标标物物往往往往有有一一定定的的困困难难，因此，寻找合适内标物是十分费时的。因此，寻找合适内标物是十分费时的。第37页，本讲稿共52页第38页，本讲稿共52页如何学好高等分析化学课程如何学好高等分析化学课程 多阅读多阅读勤思考勤思考善总结善总结 重过程重过程 常实践常实践成成绩评绩评定原定原则则:鼓励鼓励:自主学自主学习习主主动实动实践践崇尚崇尚创创新新事事项项百分比百分比(%)出出勤勤10大型作大型作业业30课课堂堂实实践践20期末考期末考试试40第39页，本讲稿共52页 学学 时时 分分 配配课程内容课程内容 讲授时间（学时）讲授时间（学时）绪绪 论论 3紫外紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法4分子发光分子发光荧光、磷光和化学发光法荧光、磷光和化学发光法2红外吸收光谱法红外吸收光谱法2原子吸收光谱法原子吸收光谱法3原子发射光谱法原子发射光谱法2色谱法原理色谱法原理2气相色谱法气相色谱法3高效液相色谱法高效液相色谱法2微波制样技术微波制样技术1.5RoHs指令指令1.5科研实例科研实例4博士生传经博士生传经2学生实践学生实践3+?合合计计32+?第40页，本讲稿共52页第41页，本讲稿共52页第42页，本讲稿共52页现代光学分析技术专题 2007-9参考文献：参考文献：1谢晶曦等编，红外光谱在有机化学和药物化学中的应用，科学出版社，谢晶曦等编，红外光谱在有机化学和药物化学中的应用，科学出版社，2001年年2张秀萍，红外光谱在定量分析中的应用，分析科学学报，张秀萍，红外光谱在定量分析中的应用，分析科学学报，2007,23(4):4843Vhoja,Pekka,etal.Anal.Bioanal.Chem.,2005,383:3054RuoffKaspar,etal.,EuropeanFoodResearchandTechnology,2006,223:221.红外光谱在定量分析中的应用红外光谱在定量分析中的应用红外光谱进行定量分析的优缺点红外光谱进行定量分析的优缺点常用的定量方法及注意事项常用的定量方法及注意事项应用应用第43页，本讲稿共52页2.荧光探针及其在生物分析与环境分析中的应用荧光探针及其在生物分析与环境分析中的应用（常青）荧光探针的分类、各自特点荧光探针的分类、各自特点量子点量子点应用应用参考文献：参考文献：1黄晓峰等编，荧光探针技术，人民军医出版社，黄晓峰等编，荧光探针技术，人民军医出版社，2004年年2LarsonD.R.,etal.,2003,300:14343ChenY.,etal.Anal.Chem.,2002,74:5132第44页，本讲稿共52页3.RoHs指令与仪器分析方法指令与仪器分析方法（舒保）电子垃圾及其危害电子垃圾及其危害Ros指令与我国国家标准指令与我国国家标准分析方法（半定量与定量）分析方法（半定量与定量）检测报告书检测报告书参考文献：参考文献：1李佐卿等，分析科学学报，李佐卿等，分析科学学报，2007,23(4):4212StandardsofEPA第45页，本讲稿共52页4.分子印迹技术与我课题组的相关工作分子印迹技术与我课题组的相关工作（余陈）（余陈）特点、应用概况、存在问题、发展趋势特点、应用概况、存在问题、发展趋势我室的相关工作我室的相关工作5.圆二色谱与我课题组的相关工作圆二色谱与我课题组的相关工作（彭凌）（彭凌）手性分子、旋光性、手性分子、旋光性、cotton效应与圆二色效应与圆二色圆二色谱仪（我校圆二色谱仪（我校J-810）一般应用一般应用我室的相关工作我室的相关工作第46页，本讲稿共52页6.电子显微技术与我课题组的相关工作电子显微技术与我课题组的相关工作（李静）（李静）普通光学显微镜的构造普通光学显微镜的构造SEM与与TEM原理、应用范围（形貌与微成分分析）原理、应用范围（形貌与微成分分析）我室的工作我室的工作7.无机质谱无机质谱ICP-MS及其高纯物质分析及其高纯物质分析与环境分析中的应用与环境分析中的应用必要性必要性原理、仪器结构、特点原理、仪器结构、特点两方面的应用两方面的应用形态分析形态分析LC-ICP-MS/GC-LC-MS第47页，本讲稿共52页8.LC-MS/GC-MS及其在环境与生物分析中的应用及其在环境与生物分析中的应用问题的提出问题的提出原理、仪器结构、应用领域与各自特点原理、仪器结构、应用领域与各自特点应用应用9.Raman光谱及其在分析中的应用光谱及其在分析中的应用原理、仪器结构原理、仪器结构特点与优缺点特点与优缺点表面增强表面增强Raman光谱光谱应用应用第48页，本讲稿共52页10.X射线光谱法及其在材料表面分析中的应用射线光谱法及其在材料表面分析中的应用（周志雄）（周志雄）X射线荧光法（射线荧光法（XPS）X射线衍射法（射线衍射法（XRD）11.原子力显微镜及其在材料分析中的应用原子力显微镜及其在材料分析中的应用12.热分析及其在材料分析中的应用热分析及其在材料分析中的应用（罗（罗玮）玮）13.光谱技术与人造丝研究光谱技术与人造丝研究 (廖廖 佳佳)第49页，本讲稿共52页14.14.原子荧光光谱法及其在分析中的应用原子荧光光谱法及其在分析中的应用基本原理基本原理原子荧光的产生、类型、荧光效率、定量分析依据、干扰情况等原子荧光的产生、类型、荧光效率、定量分析依据、干扰情况等仪器仪器光源、原子化器、分光系统、检测系统光源、原子化器、分光系统、检测系统应用应用范围有限，原因是什么？范围有限，原因是什么？（特别关注氢化物发生器（特别关注氢化物发生器原子荧光技术）原子荧光技术）发展动向发展动向参考书参考书朱良漪主编，分析仪器手册，化学出版社，朱良漪主编，分析仪器手册，化学出版社，2002年年第50页，本讲稿共52页15.毛细管电泳和毛细管电色谱毛细管电泳和毛细管电色谱基本原理基本原理 电泳分离的基础，毛细管电泳的定义、依据、优缺点电泳分离的基础，毛细管电泳的定义、依据、优缺点分离模式与仪器技术分离模式与仪器技术分离条件的选择分离条件的选择发展动向发展动向应用应用第51页，本讲稿共52页16.16.联用技术在有机分析中的应用联用技术在有机分析中的应用有哪些联用技术？有哪些联用技术？有机分析的特点？为什么需要采用联用技术？有机分析的特点？为什么需要采用联用技术？12例的应用实例例的应用实例阅读几篇文献，谈谈你对科研工作的感想与启示阅读几篇文献，谈谈你对科研工作的感想与启示1 R.Rajan,et al.,Environ.Sci.Technol.,1998,32:11282 I.Z.Shirgaonkar,et al.,Ultrasonics Sonochem.,1997,4:2453 L.Wang,et al.,Ultrasonics Sonochem.,2007,14:2534 W.Luo,et al.,Anal.Chim.Acta,2007,588:1175 R.Zhou,et al.,Anal.Chim.Acta,2007,597:295第52页，本讲稿共52页