仪器分析--第一章绪论.ppt

仪器分析仪器分析InstrumentalAnalysis合肥师范学院化学化工学院合肥师范学院化学化工学院化学与制药工程教研室化学与制药工程教研室1课程性质与目标课程性质与目标 propertyandgoalofthecourse1.1.课程性质课程性质仪器分析仪器分析：化学：化学+物理学物理学+电子技术电子技术+计算机计算机(综合性学科综合性学科)必修课：化学专业；应用化学；生物化学；环境化学等必修课：化学专业；应用化学；生物化学；环境化学等 专业的必修课；专业的必修课；2.2.课程目标课程目标 培养两类人才：分析仪器的熟练应用者培养两类人才：分析仪器的熟练应用者解决问题；解决问题；创新型人才创新型人才发现问题，开拓新领域发现问题，开拓新领域（1）掌握常用仪器分析方法原理、熟悉仪器结构及应用，）掌握常用仪器分析方法原理、熟悉仪器结构及应用，（2）使学习者具备选择适宜的分析方法的能力；使学习者具备选择适宜的分析方法的能力；（3）学习创新思维方式。学习创新思维方式。2仪器分析课程特点仪器分析课程特点v涉及多种仪器分析方法涉及多种仪器分析方法v各种仪器的工作原理有较大的区别各种仪器的工作原理有较大的区别v依据授课时间及大纲要求，课程着重于依据授课时间及大纲要求，课程着重于方法原理介绍、仪器基本构造，数学推方法原理介绍、仪器基本构造，数学推导及运算相对较少导及运算相对较少3仪器分析一、仪器分析的三个重要环节一、仪器分析的三个重要环节v掌握仪器分析的基本原理掌握仪器分析的基本原理v了解仪器的结构和性质，学会一些仪器的了解仪器的结构和性质，学会一些仪器的使用使用v掌握定性、定量分析的各种方法原理及相掌握定性、定量分析的各种方法原理及相关计算关计算二、内容多，学时少，讲的快二、内容多，学时少，讲的快三、成绩三、成绩课堂表现、作业、考勤及考试课堂表现、作业、考勤及考试4四四大大类类：光光分分析析法法、电电分分析析法法、色色谱谱分分析析 法法、其其他他分分析析法法；无无机机物物分分析析；有有机机物物分分析析；化合物结构分析；化合物结构分析；包括方法原理、仪包括方法原理、仪 器结构、操作条件选择、应用；器结构、操作条件选择、应用；特点：内容繁多、各成体系；特点：内容繁多、各成体系；每类方法有其特点、内在规律、应用范围每类方法有其特点、内在规律、应用范围；课程主要内容课程主要内容5第一章第一章 绪绪 论论第二章第二章仪器分析数据处理方法仪器分析数据处理方法第三章第三章光学分析法导论光学分析法导论第四章第四章原子发射光谱法原子发射光谱法第五章第五章 原子吸收与原子荧光原子吸收与原子荧光第六章第六章 分子发光分析法分子发光分析法第七章第七章 紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法第八章第八章红外吸收光谱法红外吸收光谱法第九章第九章 核磁共振波谱法核磁共振波谱法第十章第十章质谱分析法质谱分析法第十一章第十一章 电分析化学导论电分析化学导论第十二章第十二章电位分析法电位分析法第十三章第十三章电解及库仑分析法电解及库仑分析法第十四章第十四章极谱与伏安分析法极谱与伏安分析法第十五章第十五章 色谱分析法导论色谱分析法导论第十六章第十六章 气相色谱法气相色谱法第十七章第十七章 高效液相色谱法高效液相色谱法期末考试（占期末考试（占7070）平时成绩（平时成绩（3 30 0，包括作业，包括作业和态度。）和态度。）课课程程安安排排6本课程的教学要求本课程的教学要求本课程是化学专业的必修课之一。本课程是化学专业的必修课之一。通过本课程的学习要达到以下目的：通过本课程的学习要达到以下目的：1 1、要求学生掌握常用仪器分析方法的原理和仪要求学生掌握常用仪器分析方法的原理和仪器的简单结构；器的简单结构；2 2、初步具有根据分析的目的，结合学到的各种、初步具有根据分析的目的，结合学到的各种仪器分析方法的特点、应用范围，选择适宜仪器分析方法的特点、应用范围，选择适宜的分析方法的能力；的分析方法的能力；3 3、了解分析仪器发展的新动向。、了解分析仪器发展的新动向。7 课程的学习方法课程的学习方法 learningmethodofthecourse1.1.抓住主线抓住主线 特点特点原理原理用途；重点在原理用途；重点在原理2.2.归纳共性与个性归纳共性与个性 色谱法：共性：复杂混合物分离分析色谱法：共性：复杂混合物分离分析 个性：流动相个性：流动相-原理原理-对象对象3.3.处理好整体与局部处理好整体与局部 分析仪器分析仪器结构流程结构流程关键部件及作用关键部件及作用4.4.勤勤 书山无路勤为径！书山无路勤为径！8主要参考书：主要参考书：1仪器分析仪器分析 武汉大学化学系编武汉大学化学系编 高等教育出版社高等教育出版社 2仪器分析仪器分析（第三版）（第三版）朱明华编朱明华编 高等教育出版社高等教育出版社3仪器分析习题精解仪器分析习题精解 武汉大学武汉大学“仪器分析习题精解仪器分析习题精解”编委会编著编委会编著 科学出版社科学出版社4分析化学例题与习题分析化学例题与习题定量化学分析及仪器分析定量化学分析及仪器分析 武汉大学化学系分析化学教研室编武汉大学化学系分析化学教研室编 高等教育出版社高等教育出版社 5、仪器分析仪器分析 赵藻藩等编赵藻藩等编 高等教育出版社高等教育出版社6、分析化学分析化学（仪器分析部分）（仪器分析部分）林树昌编林树昌编 高等教育出高等教育出 版社版社7、仪器分析教程仪器分析教程 北京大学化学系仪器分析教学组编北京大学化学系仪器分析教学组编 北京大学出版社北京大学出版社9参考书（学术期刊）v国内国内 1.分析化学分析化学 2.高等学校化学学报高等学校化学学报 3.光谱学与光谱分析光谱学与光谱分析 4.分析试验室分析试验室 5.理化检验理化检验 6.冶金分析冶金分析 7.分析科学学报分析科学学报 8.光谱实验室光谱实验室国外国外1.AnalyticalChemistry2.Analyst3.Talanta4.AnalyticalScience10推荐几个仪器分析有关的网站推荐几个仪器分析有关的网站http:/ 分析仪器论坛分析仪器论坛http:/ 中中国色谱网国色谱网11第一章第一章 绪绪 论论 Introduction v第一节第一节 仪器分析简介：仪器分析简介：v第二节第二节 定量分析方法的评价指标定量分析方法的评价指标v第三节第三节 分析仪器与方法校正分析仪器与方法校正v第四节第四节 仪器分析方法的特点和发展趋势仪器分析方法的特点和发展趋势12本章学习目的与要求本章学习目的与要求1、掌握仪器分析的概念、分类以及仪器分析、掌握仪器分析的概念、分类以及仪器分析 的一般过程；的一般过程；2、了解现代仪器分析的特点和发展。、了解现代仪器分析的特点和发展。13第一章 绪 论第一节第一节 仪器分析课程简介仪器分析课程简介一、仪器分析一、仪器分析1、分析化学是化学量测和表征的科学，仪器、分析化学是化学量测和表征的科学，仪器 分析是分析化学重要的组成部分。分析是分析化学重要的组成部分。化学测量化学测量 获取指定体系中有关物质的质、获取指定体系中有关物质的质、量、和结构等各种信息；量、和结构等各种信息；表征表征是精确地描述其成分、含量、价是精确地描述其成分、含量、价 态、状态、结构和分布等特征。态、状态、结构和分布等特征。2、仪器分析、仪器分析：以待测：以待测物质的物理性质或物理物质的物理性质或物理 化学性质为基础，仪器分析法。又称物理化学性质为基础，仪器分析法。又称物理 分析法分析法14分析化学分析化学化学分析法化学分析法（常量分析）（常量分析）重量分析法重量分析法滴定分析法滴定分析法仪器分析法仪器分析法（微量分析）（微量分析）光学分析法光学分析法电化学分析法电化学分析法色谱分析法色谱分析法其他仪器分析法其他仪器分析法二、仪器分析分类二、仪器分析分类15 1.1.光学分析法光学分析法 以电磁辐射为测量信号的分析方法，又分为以电磁辐射为测量信号的分析方法，又分为 光谱法和非光谱法光谱法和非光谱法 非光谱法非光谱法指通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干射，衍射，偏振等）的变化建立的方法。光谱法光谱法依据物质对电磁辐射的吸收，发射吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。16光谱法光谱法吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法分子吸收光谱法分子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法紫外和可见光谱法紫外和可见光谱法红外光谱法红外光谱法分子发光分析法分子发光分析法原子发射光谱法原子发射光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法火焰光度分析法火焰光度分析法荧光法、磷光法荧光法、磷光法化学发光法化学发光法172.2.电分析化学方法电分析化学方法l利用待测物质的电化学性质进行分析测定的方法l根据测量的电信号不同,主要有五大类:电导分析法 电位分析法电位分析法 电解分析法 库仑分析法 伏安及极谱分析法。伏安及极谱分析法。183.3.色谱分析法色谱分析法 利用各待测组分在互不相容的两相中的吸附、分配、吸附、分配、离子交换、排斥渗透离子交换、排斥渗透等性质方面的不同而进行分离和分析的方法。包括：气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法和离子交换色谱法等。4.4.其它仪器分析方法其它仪器分析方法 利用热学、力学、声学、动力学等性质进行测定分析的分析方法 包括：质谱法、电泳法、热分析法、放射分析法等19三、分析化学三要素三、分析化学三要素*方法、对象、理论三者关系方法、对象、理论三者关系科学科学 生产生产生产生产技术技术技术技术理论理论技术技术 对象（问题对象（问题）20 1、生产发展提出迫切需要解决的问题、生产发展提出迫切需要解决的问题2、问题的解决有待于理论与技术的提高、问题的解决有待于理论与技术的提高3、一项新技术的产生总是以理论作为基础、一项新技术的产生总是以理论作为基础21问问 题题社会进步向仪器分析提出空前要求：社会进步向仪器分析提出空前要求：要求进行结构、状态、形态要求进行结构、状态、形态、甚至是能态分析；、甚至是能态分析；要求作痕量、超痕量、甚至分子水平、原子水平上要求作痕量、超痕量、甚至分子水平、原子水平上的析；的析；要求作分布、断层、微区要求作分布、断层、微区 分析；分析；要求作快速、连续、自动的动态、瞬时分析；要求作快速、连续、自动的动态、瞬时分析；要求作现场在线、实时、遥感分析；要求作现场在线、实时、遥感分析；要求作非破坏的无损要求作非破坏的无损、非侵入、活体等分析；、非侵入、活体等分析；22理理 论论科技进步为仪器分析的发展提供了科技进步为仪器分析的发展提供了“空前空前 的的可能可能”主要是新概念、新材料、新技主要是新概念、新材料、新技术、新理论。术、新理论。学科发展现状：分析化学正突破化学分支的学科发展现状：分析化学正突破化学分支的框框，与数学、物理、计算机及生命、生框框，与数学、物理、计算机及生命、生物科学、环境、天文、空间等结合构成一物科学、环境、天文、空间等结合构成一门学科间的交叉边缘科学，即分析科学。门学科间的交叉边缘科学，即分析科学。23对象和方法这一对矛盾推动了分析化学的发对象和方法这一对矛盾推动了分析化学的发展展。小结：小结：人类社会的发展给分析化学带来了越来越多的难题，人类社会的发展给分析化学带来了越来越多的难题，也为分析化学的发展提供了越来越多的机会和发展空间，也为分析化学的发展提供了越来越多的机会和发展空间，要适应社会发展的需要，分析化学家必须综合数学的、物要适应社会发展的需要，分析化学家必须综合数学的、物理的、生物的、计算机的以及精密仪器制造的最新科学成理的、生物的、计算机的以及精密仪器制造的最新科学成果来丰富分析化学学科，因此，分析化学，特别是仪器分果来丰富分析化学学科，因此，分析化学，特别是仪器分析已经成为一门综合性边缘科学。析已经成为一门综合性边缘科学。分析化学已经走出化学！分析化学已经走出化学！分析化学已经走出化学！分析化学已经走出化学！分析化学正在发展成一门信息科学！分析化学正在发展成一门信息科学！分析化学正在发展成一门信息科学！分析化学正在发展成一门信息科学！24四、仪器分析的一般过程四、仪器分析的一般过程v 选择分析方法 v 样品的采集及预处理 v 共存组分分离v 样品的信号产生v 信号检测及信号加工处理v 结果或数据显示v 数据处理v 分析报告25五、分析化学的发展及仪器分析的产生五、分析化学的发展及仪器分析的产生 分析化学是一门信息科学，它的基本目的是研究如分析化学是一门信息科学，它的基本目的是研究如何获取有关物质系统化学成分与化学结构方面定何获取有关物质系统化学成分与化学结构方面定性、定量的相关信息，它对化学科学发展的贡献性、定量的相关信息，它对化学科学发展的贡献极大，甚至被有些人称为极大，甚至被有些人称为 “现代化学之父现代化学之父”。分。分析化学的发展历史上已出现过析化学的发展历史上已出现过三次巨大变革三次巨大变革：（1 1）1919世纪末世纪末2020世纪初叶：由世纪初叶：由“技技 艺艺”上升到上升到 科学理论，标志工具科学理论，标志工具 是：天平的使用。是：天平的使用。（2 2）2020世纪四十年代世纪四十年代 2020世纪八十年代：由世纪八十年代：由“分分 析技术科学析技术科学”上升到上升到“化学信息科学化学信息科学”。标志。标志 工具是：大量电子分析仪器、仪表的使用。工具是：大量电子分析仪器、仪表的使用。26（3 3）2020世纪八十年代世纪八十年代 2121世纪初：由世纪初：由“化化 学信息科学学信息科学”上升到上升到“系统信息科学系统信息科学”。标志工具是：微型计算机控的现代智能。标志工具是：微型计算机控的现代智能型分析仪器的大量使用。型分析仪器的大量使用。现代分析化学是一门崭新而年轻的学科，现代分析化学是一门崭新而年轻的学科，它属于与数学、电子学、物理学、计算机它属于与数学、电子学、物理学、计算机科学、现代信息技术科学交叉发展的新学科学、现代信息技术科学交叉发展的新学科。科。27与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者v1901Rontgen et al首次发现首次发现X射线存在射线存在v1907Michelson et al首次制造精密光谱仪器首次制造精密光谱仪器v1922Aston et al发明质谱测定同位素发明质谱测定同位素v1923Pregl et al发明有机物微量分析发明有机物微量分析v1930Raman et al发现拉曼效应发现拉曼效应v1944Rabi et al用共振方法记录原子核磁性用共振方法记录原子核磁性v1948Tiselius et al用电泳法发现血浆蛋白性质用电泳法发现血浆蛋白性质v1952Bloch et al发展核磁共振精细测量法发展核磁共振精细测量法v1952Martin et al发明分配色谱发明分配色谱v1959Heyrovsky et al发明极谱法发明极谱法v1981Siegbahn et al发明高分辨电子光谱法发明高分辨电子光谱法v1981Bloembergen et al发展激光光谱学发展激光光谱学v1991Ernst et al对高分辨核磁共振方法发展对高分辨核磁共振方法发展28第二节 仪器分析方法的评价指标 评价指标：评价指标：精密度精密度 准确度准确度 检出限检出限 标准曲线的线性及线性范围标准曲线的线性及线性范围2930一、标准曲线（校正曲线/工作曲线（Calibrationcurve，Workingcurve）（一）定义及线性范围（一）定义及线性范围 定义定义：标准曲线：是被测物质的浓度或含量与仪器的响应信号之间标准曲线：是被测物质的浓度或含量与仪器的响应信号之间 的关系曲线。的关系曲线。线性范围：标准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度线性范围：标准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度 （或含量）的范围（或含量）的范围(Linear range)。（二）绘制：（1）实验方法）实验方法：配制一系列标准：准确配制已知待测物浓度的系列配制一系列标准：准确配制已知待测物浓度的系列:x0(空白空白)，x1，x2，x3，x4.xn；（这些溶液称为标准溶液，或称标样）；（这些溶液称为标准溶液，或称标样）测定仪器响应信号：通过仪器分别测量以上各待测物的响应值测定仪器响应信号：通过仪器分别测量以上各待测物的响应值S0，S1，S2，S3，S4Sn；以浓度以浓度c对响应信号对响应信号S作图得到标准曲线；作图得到标准曲线；31线性范围线性范围浓度，浓度，x响响应应信信号号SS2S0 x1x0 x3x2S1xnxix4S3S4SiSn只有线性范围部分在定量分析中有用！只有线性范围部分在定量分析中有用！标准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度（或含量）的范围称标准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度（或含量）的范围称为该方法的线性范围为该方法的线性范围(Linear range)(Linear range)。32浓度，浓度，x响响应应信信号号SS2S0 x1x0 x3x2S1xnxix4S3S4SiSn在所有可测量的浓度范围内都是直线在所有可测量的浓度范围内都是直线理想情况！理想情况！33标准曲线直线部分方程表达式（标准曲线直线部分方程表达式（y=a+bx)的求解方法的求解方法 求解方法：令直线的表达式为求解方法：令直线的表达式为y=a+bx，根据一元线性回归方法可根据一元线性回归方法可求解斜率求解斜率（回归系数）（回归系数）其中：其中：（2）一元线性回归法：）一元线性回归法：34（三）相关系数（三）相关系数r（Correlationcoefficient)：r=-1.0000+1.0000讨论：讨论：r1，所有的所有的y值都在回归线上；值都在回归线上；r0，y与与x之间完全不存在线性关系；之间完全不存在线性关系；0|r|1，y与与x之间存在相关关系之间存在相关关系;|r|越接近越接近1，则，则y与与x之间的线性关系就越好。之间的线性关系就越好。要求：要求：r0.99定义：用来表征被测物质的浓度或含量与其响应信号定义：用来表征被测物质的浓度或含量与其响应信号值之间线性关系好坏的程度。值之间线性关系好坏的程度。表达式：表达式：35在在excel中绘制回归曲线中绘制回归曲线v1.将数据整理好输入Excel，并选取完成的数据区，并点击图表向导；v2.点击图表向导后会运行图表向导如下图，先在图表类型中选“XY散点图”，并选了图表类型的“散点图”（第一个没有连线的）；v3.点击“下一步”。如是输入是如本例横向列表的就不用更改，如果是纵向列表就改选“列”；如果发现图不理想，就要仔细察看是否数据区选择有问题，如果有误，可以点击“系列”来更改；如果是X值错了就点击它文本框右边的小图标；出现上图后，如图在表上选取正确的数据区域。然后点击“下一步”出现图表选项界面，应调整选项，以满足自己想要的效果；点击“下一步”，现在一张带标准值的完整散点图就已经完成；36在在excel中绘制回归曲线中绘制回归曲线v4.绘制出标准曲线：v先点击图上的标准值点，然后按右键，点击“添加趋势线”。由于本例是线性关系，在类型中选“线性”点击“确定”，标准曲线就回归并画好了。v5.计算回归方程：点击趋势线（也就是我们说的标准曲线）然后按右键，选趋势线格式，在显示公式和显示R平方值（直线相关系数）前点一下，勾上。再点确定。公式和相关系数都出来了37S 或 SS S值越大，方法的灵敏度越高。值越大，方法的灵敏度越高。注：许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在注：许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在注：许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在注：许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在一般不用一般不用一般不用一般不用S S作为方法的评价指标。作为方法的评价指标。作为方法的评价指标。作为方法的评价指标。二、灵敏度二、灵敏度（Sensitivity）1、定义：单位浓度、定义：单位浓度(或单位质量）的变化引起仪器响应信或单位质量）的变化引起仪器响应信号变化的程度。号变化的程度。2、测量方法：从标准曲线可以得到方法的灵敏度，就是直、测量方法：从标准曲线可以得到方法的灵敏度，就是直线的斜率；用线的斜率；用S表示。表示。3、表达式：、表达式：38三、精密度1、定义定义：指使用同一方法、对同一试样进行多次测定所：指使用同一方法、对同一试样进行多次测定所 得测定结果的一致程度。得测定结果的一致程度。重复性重复性:同同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度一分析人员在同一条件下测定结果的精密度 不同实验室所得测定结果的精密度又叫重现性。不同实验室所得测定结果的精密度又叫重现性。2、表达式：、表达式：精密度常用测定结果的标准偏差精密度常用测定结果的标准偏差s或相对标准或相对标准偏差偏差sr量度量度。文献中文献中：391）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。l标准偏差标准偏差(Absolutestandarddeviation)，sl平均标准偏差平均标准偏差(Standarddeviationofmean,sm)l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)l方差方差(Variance):s240四、检出限四、检出限1、定义定义：某一方法在给定的条件下能够检出被测物：某一方法在给定的条件下能够检出被测物质的最小质量或最小浓度，称为这种方法对该物质的最小质量或最小浓度，称为这种方法对该物质的检出限。以浓度表示的叫质的检出限。以浓度表示的叫相对检出限相对检出限，以质，以质量表示的叫量表示的叫绝对检出限绝对检出限，符号：，符号：Cmin或或qminv v它和分析信号（它和分析信号（Singnal）与空白信号的波动（噪）与空白信号的波动（噪音音,Noise）有关，或者说与信噪比（）有关，或者说与信噪比（S/N）有关。）有关。只有当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有只有当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号，如下图所示。可能识别有用信号，如下图所示。41sb测定次数，测定次数，nS仪器噪音及方法检出限仪器噪音及方法检出限 K K1 1=3=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C Cminmin可能性为可能性为95%95%422.检出限计算检出限计算测定空白样品测定空白样品(或浓度接近空白值）或浓度接近空白值）20-30次，求其次，求其平均值平均值ymin及其标准偏差及其标准偏差sb，则，则可分辨的最小信号可分辨的最小信号IUPAC建议，取建议，取k1=343C Cminmin与与与与S S关系导出：关系导出：关系导出：关系导出：3、意义、意义:检出限是方法的灵敏度和精密度的综合指标，方法检出限是方法的灵敏度和精密度的综合指标，方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。它是的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。44实际测定实例：实际测定实例：光学分析：光学分析：A吸光度吸光度45五、准确度五、准确度1、定义：试样含量的测定值与试样含量的真实值相定义：试样含量的测定值与试样含量的真实值相符合的程度称为准确度，准确度常用相对误差来符合的程度称为准确度，准确度常用相对误差来量度。量度。2、表达式：、表达式：v式中式中 X 试样含量的测定值试样含量的测定值 试样含量的真实值或标准值试样含量的真实值或标准值 3、意义准确度是分析过程中系统误差和随机误差的、意义准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合映，它决定着分析结果的可靠程度，方法有综合映，它决定着分析结果的可靠程度，方法有较好的精密度且消除了系统误差后，才有好的准较好的精密度且消除了系统误差后，才有好的准确度。确度。46信噪比（信噪比（singnal-to-noiseratio,S/N）任任何何测测量量值值均均由由两两部部分分组组成成：信信号号及及噪噪音音。其其中中信信号号反反映映了了待待测测物物的的信信息息，是是我我们们所所关关心心的的，而而噪噪音音是是不不可可避避免免的的，它它降降低低分分析析的的准准确确度度和和精精密密度度、提提高高检检出出限限，是我们不希望的。是我们不希望的。多多数数情情况况下下，N是是恒恒定定的的，与与S大大小小无无关关。当当测测量量信信号号较较小小时时，测测量量的的相相对对误误差差将将增增加加。因因此此用用信信噪噪比比S/N是恒量仪器性能和分析方法好坏最为有效的指标！是恒量仪器性能和分析方法好坏最为有效的指标！当当S/N23时，分析信号将很测定。时，分析信号将很测定。47噪声的来源噪声的来源化学噪声：分析体系中难以控制的一些化学因素。化学噪声：分析体系中难以控制的一些化学因素。比如比如,化学反应中温度和压力等参数的变化和波动；化学反应中温度和压力等参数的变化和波动；相对湿度导致样品含水量的不同；相对湿度导致样品含水量的不同；粉状固体粒度不均；粉状固体粒度不均；光敏材料产生的光密度不均；光敏材料产生的光密度不均；实验室烟尘与样品或试剂作用的随机性；等等。实验室烟尘与样品或试剂作用的随机性；等等。48六、六、选择性选择性定义：样品基体中其它组份对测定待测物时的干扰定义：样品基体中其它组份对测定待测物时的干扰程度。程度。在在分分析析中中，没没有有哪哪种种测测定定不不受受到到诸诸多多因因素素的的干干扰扰，换换句句话话说说，分分析析的的过过程程就就是是消消除除或或减减少少干干扰扰对对测测定定影影响的过程，也就是提高分析选择性的过程。响的过程，也就是提高分析选择性的过程。通通常常用用选选择择性性系系数数来来反反应应仪仪器器或或方方法法的的选选择择性性，但但该该应应用用并并不不多多，只只是是在在电电位位分分析析（ISE）分分析析中中用用到到选择性系数。选择性系数。49六、六、选择性选择性定义：样品基体中其它组份对测定待测物时的干扰定义：样品基体中其它组份对测定待测物时的干扰程度。在分析中，没有哪种测定不受到诸多程度。在分析中，没有哪种测定不受到诸多因素的干扰，换句话说，分析的过程就是消因素的干扰，换句话说，分析的过程就是消除或减少干扰对测定影响的过程，也就是提除或减少干扰对测定影响的过程，也就是提高分析选择性的过程。高分析选择性的过程。通通常常用用选选择择性性系系数数来来反反应应仪仪器器或或方方法法的的选选择择性性，但该应用并不多，只是在但该应用并不多，只是在ISE分析中用到选择性系数。分析中用到选择性系数。50七、响应时间和分析效率七、响应时间和分析效率v 1.分析仪器的响应时间分析仪器的响应时间：v 激发信号刺激试样而使仪器信号达到总变化量一定 v 百分数所需时间。v2.分析效率：分析效率：单位时间内能够测定试样的个数。51评价指标vIUPACIUPAC建议建议：精密度、准确度、检出限；：精密度、准确度、检出限；v文献中文献中：精密度、准确度、检出限、标准曲：精密度、准确度、检出限、标准曲 v 线的线性范围及相关系数线的线性范围及相关系数52第三节第三节 分析仪器与方法校正分析仪器与方法校正一、分析仪器一、分析仪器 一般来说，分析仪器的自动化程度越高仪器越一般来说，分析仪器的自动化程度越高仪器越复杂。然而不管分析仪器如何复杂，它们一复杂。然而不管分析仪器如何复杂，它们一般是由信号发生器、检测器、信号处理器和般是由信号发生器、检测器、信号处理器和读出装置读出装置4 4部分组成，如下图：部分组成，如下图：53信号发生器信号发生器：产生可以反映待测物存在及浓度的信号 装置，多半为离子或化合物自身。检测器检测器：光电转换器 电位计信号处理信号处理：运算放大输出输出：记录仪、计算机1 1 分析仪器的基本结构单元分析仪器的基本结构单元54HP高压液相色谱仪552、常见分析仪器的基本组成、常见分析仪器的基本组成56二、分析仪器方法的校正二、分析仪器方法的校正v与经典的化学分析不同，仪器分析一般需要有与被测与经典的化学分析不同，仪器分析一般需要有与被测物的标准物质相同的标准试样进行校正物的标准物质相同的标准试样进行校正所所谓谓校校正正(Calibration)，就就是是将将仪仪器器分分析析产产生生的的各各种种信信号号与与待待测测物物浓浓度度联联系系起起来来的的过过程程。除除重重量量法法和和库库仑仑法法之外，所有仪器分析方法都要进行之外，所有仪器分析方法都要进行“校正校正”。校正方法有三：校正方法有三：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。571、工作曲线法工作曲线法v又称外标法又称外标法。工作曲线通常为仪器的响应信号与分析物浓度的关系曲线v对于有非线性响应的分析方法（如电位分析法），应作适当的换算，通过计算求得试样的浓度v外标法适用范围广，是仪器分析中最常用的定量方法58v注意：注意：v1）在采用外标法时，试样的浓度或含量范围应在工作曲线的线性范围内v2）为提高测定的准确度，绘制工作曲线的条件应与测定试样的条件尽量保持一致592 2、标准加入法标准加入法v又称添加法，增量法又称添加法，增量法。将已知量的标准样加入到一定量的待测试样中后，测得试样和标准样的总响应值，进行定量分析v标准加入法可以减少或消除基体效应的影响vAASAAS、AESAES和电分析化学法中经常采用该方法消除粘度、表面张力、离子强度和pH等试样基体效应对测定的影响60v采用标准加入法进行定量分析时，必须要满足如下条件：1）分析物浓度为零时，不能产生响应。否则必须设法扣除。2）仪器的响应必须是分析物浓度的线 性函数。615.选择分析方法的几种考虑选择分析方法的几种考虑仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象，仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象，到底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑：到底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑：您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物结构剖析？结构剖析？您对分析结果的准确度要求如何？您对分析结果的准确度要求如何？您的样品量是多少？您的样品量是多少？您样品中待测物浓度大小范围是多少？您样品中待测物浓度大小范围是多少？可能对待测物产生干扰的组份是什么？可能对待测物产生干扰的组份是什么？样品基体的物理或化学性质如何？样品基体的物理或化学性质如何？您有多少样品，要测定多少目标物？您有多少样品，要测定多少目标物？62第四节第四节 仪器分析方法特点和发展趋势特点仪器分析方法特点和发展趋势特点一、仪器分析方法特点一、仪器分析方法特点（1）灵敏度极高：可分析）灵敏度极高：可分析 10-410-10g可进行可进行 微量分析和痕量、超痕量组分的测定；微量分析和痕量、超痕量组分的测定；（2）样品用量少）样品用量少：微量分析：微量分析(0.110mg 或或 0.011mL)超微量分析超微量分析(0.1mg 或或 0.01mL)。（3）选择性好：适于复杂组分试样的分析；）选择性好：适于复杂组分试样的分析；（4）分析速度快）分析速度快 ：可在短时间内分析几十：可在短时间内分析几十 个样品，适用于批量分析个样品，适用于批量分析 63（4）用途广泛：除了能进行定性分析和定量分析）用途广泛：除了能进行定性分析和定量分析 外，还可进行结构分析、外，还可进行结构分析、价态分析、物相分析、价态分析、物相分析、微区分析、在线分析和活体分析等。数据的采微区分析、在线分析和活体分析等。数据的采 集和处理易于自动化和智能化。集和处理易于自动化和智能化。（5）仪器设备复杂，价格比较昂贵，对维护及环）仪器设备复杂，价格比较昂贵，对维护及环 境要求较高；境要求较高；（6）相对误差大，绝对误差小；）相对误差大，绝对误差小；（7）仪器分析是一种相对分析方法，需用已知组）仪器分析是一种相对分析方法，需用已知组 成的标准物质来对照，而标准物质的获得常常成的标准物质来对照，而标准物质的获得常常 限制了仪器分析的广泛应用；限制了仪器分析的广泛应用；64二、仪器分析发展趋势二、仪器分析发展趋势1 1、2020世纪世纪40405050年代兴起的材料科学，年代兴起的材料科学，60607070年年代发展起来的环境科学都促进了分析化学学代发展起来的环境科学都促进了分析化学学科的发展。科的发展。8080年代以来，生命科学的发展也年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，为科学技术提供更准确、不断地更新自己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。65二、仪器分析发展趋势二、仪器分析发展趋势 2 2、生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋、生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性物质，如单个药物分析，对超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进行分析。进行分析。3 3、信息时代的到来，给仪器分析带来了新、信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。66二、仪器分析发展趋势二、仪器分析发展趋势4 4、计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器、计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度。它使许的智能化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成的任务，如实验室的自动化，多以往难以完成的任务，如实验室的自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换主要依赖于举得于完成。信息的采集和变换主要依赖于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。种生物传感器。67二、仪器分析发展趋势二、仪器分析发展趋势5 5、联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发、联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。68二、仪器分析发展趋势二、仪器分析发展趋势6 6、联用分析技术：、联用分析技术：1.1.气相色谱气相色谱质谱法（质谱法（GCMSGCMS）2.2.气相色谱气相色谱质谱法质谱法质谱法（质谱法（GCMSGCMSMSMS）3.3.气相色谱气相色谱原子发射光谱法（原子发射光谱法（GCAEDGCAED）4.4.液相色谱液相色谱质谱法（质谱法（HPLCMSHPLCMS）69本章小结v一、名词术语：v1、分析化学、化学测量、表征、化学分析、v 仪器分析；v2、标准曲线及线性范围、精密度、准确度、v 检出限；v3、分析仪器、方法校正、仪器特征性能指标 v 校正、定量方法校正；70v二、问题：v1、仪器分析方法分几大类？v2、定量分析方法的评价指标有哪些？（P3）v3、定量分析方法校正有几类？各方法适用什 v 么范围？（P9）v4、分析仪器基本哪些基本单元或系统?（P7）v5、就你的了解，说明仪器分析用于哪些领 v 域？v6、就你的认识浅谈分析化学的发展趋势。71