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新编仪器分析课件高向阳高向阳 河南农业大学河南农业大学河南农业大学河南农业大学 食品科学系食品科学系食品科学系食品科学系 仪器分析教学组仪器分析教学组仪器分析教学组仪器分析教学组 2004 2004年年年年5 5月月月月1616日日日日目录目录 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论 第二章第二章第二章第二章 分子吸光分析法分子吸光分析法分子吸光分析法分子吸光分析法 第三章第三章第三章第三章 分子发光分析法分子发光分析法分子发光分析法分子发光分析法 第四章第四章第四章第四章 原子光谱分析法原子光谱分析法原子光谱分析法原子光谱分析法 第五章第五章第五章第五章 电化学分析法电化学分析法电化学分析法电化学分析法 第六章第六章第六章第六章 色谱分析法色谱分析法色谱分析法色谱分析法 第七章第七章第七章第七章 气相色谱法气相色谱法气相色谱法气相色谱法 第八章第八章第八章第八章 高效液相色谱法高效液相色谱法高效液相色谱法高效液相色谱法 第九章第九章第九章第九章 核磁共振波谱核磁共振波谱核磁共振波谱核磁共振波谱 第十章第十章第十章第十章 质谱法质谱法质谱法质谱法 第十一章第十一章第十一章第十一章 离子色谱法离子色谱法离子色谱法离子色谱法 第十二章第十二章第十二章第十二章 超临界流体色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法 第十三章第十三章第十三章第十三章 毛细管电泳毛细管电泳毛细管电泳毛细管电泳第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 仪器分析简介仪器分析简介 1 12 2 定量分析的评价指标定量分析的评价指标 1 13 3 痕量分析与微量分析痕量分析与微量分析 1-1 仪器分析简介一、化学分析与仪器分析一、化学分析与仪器分析二、仪器分析分类二、仪器分析分类三、仪器分析三、仪器分析法法的发展趋势的发展趋势一一、化学分析与仪器分析、化学分析与仪器分析1 1、什么是化学分析法、什么是化学分析法？2 2、什么是仪器分析法、什么是仪器分析法？3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点1、什么是化学分析法？化学分析法是以化学反应为基础的一种分析方法，如重量分析法、滴定分析法等。化学分析法作为一种经典的分析方法具有准确度高，适于高含量或中等含量组成的测定，并不需要特殊复杂的仪器设备，因而应用十分广泛，是分析化学的基础。2、什么是仪器分析？一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（1）（1）、仪器分析法一般都有较强的检测能力。）、仪器分析法一般都有较强的检测能力。方法的绝对检出限可达：方法的绝对检出限可达：微克数量级（微克数量级（10_6g）纳克数量级（纳克数量级（10_9g）皮克数量级（皮克数量级（10_12g）飞克数量级（飞克数量级（10_15g）3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（2）方法的相对检出限可达：方法的相对检出限可达：微克数量级每毫升（微克数量级每毫升（gml1）纳克每毫升（纳克每毫升（ngml1）皮克每毫升（皮克每毫升（pgml1）适于痕量组分（适于痕量组分（1%）及微量）及微量组分（组分（0.01%1%）的分析）的分析 3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（3）仪器分析的取样量一般较少。仪器分析的取样量一般较少。固体：从固体：从 几几mg 几几g液体：从几液体：从几 l 几几 nl可用于微量分析（可用于微量分析（0.110mg 或或0.011ml）超微量分析（超微量分析（0.1mg 或或 0.1g 或或 10ml）和半微量分析和半微量分析（0.01g0.1g 或或 110ml）3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（4）仪器分析法具有很高的分析效率仪器分析法具有很高的分析效率如：流动注射如：流动注射AAS 120个样品个样品/h，光电直光电直读光谱仪读光谱仪 20个元素个元素/min化学分析法分析效率较低一般为数化学分析法分析效率较低一般为数min 数数h，只能分析只能分析12个样品。个样品。3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（5）（4）仪器分析具有更广泛的用途，不但可用于）仪器分析具有更广泛的用途，不但可用于成分分析，而且也可用于价态分析、状态分成分分析，而且也可用于价态分析、状态分析、结构分析、无损分析、表面分析析、结构分析、无损分析、表面分析 化学分析只能用于离线的成分分析。化学分析只能用于离线的成分分析。3 3、仪器分析法的特点、仪器分析法的特点（6）（5）仪器分析法的准确度一般不如化学分析法）仪器分析法的准确度一般不如化学分析法化学分析法的相对误差化学分析法的相对误差0.2%;仪器分析法的相对误差一般为仪器分析法的相对误差一般为15，甚至达，甚至达到到10%。（6）仪器分析的仪器一般比较复杂；而化学分）仪器分析的仪器一般比较复杂；而化学分析所用仪器比较简单。析所用仪器比较简单。二、仪器分析法的分类（一）、光学分析法（一）、光学分析法（二）、电化学分析法（二）、电化学分析法（三）、色谱分析法（三）、色谱分析法（四）、其它仪器分析法（四）、其它仪器分析法（一）光学分析法凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光学分析方法。又可分为光谱法和非光谱法光学分析方法。又可分为光谱法和非光谱法两类。两类。光谱法是依据物质对电磁辐射的吸收、发射光谱法是依据物质对电磁辐射的吸收、发射或拉曼散射等作用建立的分析方法。如或拉曼散射等作用建立的分析方法。如AAS、UV、AES、FS等。等。（一）光学分析法非光谱分析法是依据电磁辐射作用于物体之非光谱分析法是依据电磁辐射作用于物体之后，具有反射，衍射，折射，干涉，偏振等后，具有反射，衍射，折射，干涉，偏振等基本性质的变化建立的光学分析法，如折射基本性质的变化建立的光学分析法，如折射法，干涉法，浊度法，旋光法，法，干涉法，浊度法，旋光法，X射线衍射法射线衍射法等。等。（二）电化学分析法根据物质在溶液中的电化学性质建立的根据物质在溶液中的电化学性质建立的 一类一类分析方法：如电导法，电位法电解法，库仑分析方法：如电导法，电位法电解法，库仑法，伏安法，极谱法等。法，伏安法，极谱法等。（三）色谱分析法色谱法是以物质在两相（流动相和固定相）色谱法是以物质在两相（流动相和固定相）中的分配比例的差异而进行分离和分析的方中的分配比例的差异而进行分离和分析的方法，如：气相色谱法，液相色谱法，薄层色法，如：气相色谱法，液相色谱法，薄层色谱法，离子色谱法，超临界色谱法等。谱法，离子色谱法，超临界色谱法等。（四）其它仪器分析法1、质谱法、质谱法 是根据物质带电粒子的质荷比是根据物质带电粒子的质荷比（质量与电荷的比值）在电磁场作用下进行（质量与电荷的比值）在电磁场作用下进行定性，定量和结构分析的方法。定性，定量和结构分析的方法。2、放射分析法、放射分析法 是根据物质的放射性辐射来是根据物质的放射性辐射来进行分析的方法。如同位素稀释法等。进行分析的方法。如同位素稀释法等。三、仪器分析的发展趋势（1）计算机技术在仪器分析中的应用将更加）计算机技术在仪器分析中的应用将更加普遍和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐普遍和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐成为常规分析的重要手段。成为常规分析的重要手段。（2）仪器分析方法的灵敏度和选择性将进一）仪器分析方法的灵敏度和选择性将进一步提高，许多新的超痕量分析方法和超微量步提高，许多新的超痕量分析方法和超微量分析方法将逐步建立。分析方法将逐步建立。三、仪器分析的发展趋势（3）仪器分析方法将在更大的程度上应用于）仪器分析方法将在更大的程度上应用于物质的结构分析，状态和价态分析，表面及物质的结构分析，状态和价态分析，表面及微区分析等，同时在许多学科的研究工作中微区分析等，同时在许多学科的研究工作中将得到越来越广泛的应用。将得到越来越广泛的应用。（4）仪器分析中各种方法的联用，将进一步）仪器分析中各种方法的联用，将进一步发挥各种方法的效能，这种联用方法无疑是发挥各种方法的效能，这种联用方法无疑是解决复杂分析问题的有力手段。解决复杂分析问题的有力手段。三、仪器分析的发展趋势（5）仪器分析进一步与生物医学结合，用于）仪器分析进一步与生物医学结合，用于生命过程的研究，并作为有效的临床诊断方生命过程的研究，并作为有效的临床诊断方法，另一方面，生物医学中的酶催化反应和法，另一方面，生物医学中的酶催化反应和免疫反应等技术和成果也将进一步用于仪器免疫反应等技术和成果也将进一步用于仪器分析，开拓新的领域和方法，如酶电极，免分析，开拓新的领域和方法，如酶电极，免疫传感器，免疫伏安法，免疫发光分析法等。疫传感器，免疫伏安法，免疫发光分析法等。三、仪器分析的发展趋势（6）仪器分析法将在各种工业流程及特殊环）仪器分析法将在各种工业流程及特殊环境中（例如生物活体组织中）的自动监控或境中（例如生物活体组织中）的自动监控或遥控检测中发挥重大的作用，在这一领域中，遥控检测中发挥重大的作用，在这一领域中，各种新型化学传感器的研制将是十分重要的。各种新型化学传感器的研制将是十分重要的。12 定量分析方法的评价指标定量分析是仪器分析法的主要任务之一，对于一种定量分析是仪器分析法的主要任务之一，对于一种定量分析是仪器分析法的主要任务之一，对于一种定量分析是仪器分析法的主要任务之一，对于一种定量分析方法，一般用下述指标进行评价：定量分析方法，一般用下述指标进行评价：定量分析方法，一般用下述指标进行评价：定量分析方法，一般用下述指标进行评价：标准曲线标准曲线标准曲线标准曲线 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 精密度精密度精密度精密度 准确度准确度准确度准确度 检出限检出限检出限检出限一、标准曲线1、标准曲线及其线性范围、标准曲线及其线性范围 定量分析普遍使用的是标准曲线法。标定量分析普遍使用的是标准曲线法。标准曲线是被测物质的浓度（或含量）与仪器准曲线是被测物质的浓度（或含量）与仪器响应信号的关系曲线。响应信号的关系曲线。标准曲线的直线部分所对应的被测物质标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围成为该方法的线性范浓度（或含量）的范围成为该方法的线性范围，选择的分析方法应有较宽的线性范围。围，选择的分析方法应有较宽的线性范围。一、标准曲线2、标准曲线的绘制、标准曲线的绘制 标准曲线是依据标准系列的浓度（或含标准曲线是依据标准系列的浓度（或含量）和具有相应的响应信号测量值绘制的。量）和具有相应的响应信号测量值绘制的。y=a+bx一、标准曲线3、相关系数、相关系数 r 在分析化学中，相关系数是用来表征被在分析化学中，相关系数是用来表征被测物质浓度（或含量）与其响应信号值之间测物质浓度（或含量）与其响应信号值之间线性关系好坏程度的一个统计参数。线性关系好坏程度的一个统计参数。二、灵敏度 物质单位浓度或单位质量的变化引起响物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，用应信号值变化的程度，用S表示。表示。许多方法的灵敏度随实验条件而变化，许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在一般不用所以，现在一般不用S作为方法的评价指标。作为方法的评价指标。三、精密度 指使用同一方法、对同一试样进行多次指使用同一方法、对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。同一分析人测定所得测定结果的一致程度。同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度又称重复员在同一条件下测定结果的精密度又称重复性；不同实验室所得测定结果的精密度又叫性；不同实验室所得测定结果的精密度又叫重现性。重现性。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或相或相对标准偏差对标准偏差sr量度。量度。三、精密度式中式中 n 测定次数测定次数 xi为第为第i次测定值次测定值 为为n 次测定的平均值次测定的平均值三、精密度 精密度是测量中随机误差的精密度是测量中随机误差的量度，一个好的方法应有比较好量度，一个好的方法应有比较好的精密度。的精密度。四、准确度 试样含量的测定值与试样含量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，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量度。准确度常用相对误差来量度。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试样含量的真实值或标准值值 准确度是分析过程中系统误差和随准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合反映，它决定着分析结果机误差的综合反映，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，才有好的准确度。除了系统误差后，才有好的准确度。五、检出限 某一方法在给定的条件下能够检出被测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。以浓度表示的叫相对检对该物质的检出限。以浓度表示的叫相对检出限，以质量表示的叫绝对检出限。出限，以质量表示的叫绝对检出限。检出限表明被测物质的最小质量或最小检出限表明被测物质的最小质量或最小浓度的响应信号可以与空白信号相区别。浓度的响应信号可以与空白信号相区别。五、检出限 方法的灵敏度越高，精密度越好，方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。检出限是方法的灵敏度检出限就越低。检出限是方法的灵敏度和精密度的综合指标，它是评价仪器性和精密度的综合指标，它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。能及分析方法的主要技术指标。13 痕量分析与微量分析痕量分析与微量分析 20世纪世纪70年代以前，把待测物含量在年代以前，把待测物含量在1ppm以下叫做痕量分析。以下叫做痕量分析。20世纪世纪70年代以后，把待测物含量在年代以后，把待测物含量在1ppb以下叫做微量分析。以下叫做微量分析。痕量分析是指含量而言，对象是待测物痕量分析是指含量而言，对象是待测物含量的多少。现代分析技术可以达到含量的多少。现代分析技术可以达到10_12，10_15。10_18（mol/l 或或 g/g），），甚至可以测定甚至可以测定单个分子，单个原子，单个细胞。单个分子，单个原子，单个细胞。13 痕量分析与微量分析痕量分析与微量分析 微量分析是对取样量而言，不是指含量。微量分析是对取样量而言，不是指含量。过去指对固体取样量在过去指对固体取样量在1mg以下；现代分析以下；现代分析化学规定：固体取样量在化学规定：固体取样量在10g以下以下;液体取液体取样量在样量在10l 以下，叫微量分析。以下，叫微量分析。但微量分析对待测物含量没有规定。同但微量分析对待测物含量没有规定。同样是微量分析，含量可以是样是微量分析，含量可以是100%，99%，也，也可以是可以是10_6或或10_9级。级。13 痕量分析与微量分析痕量分析与微量分析 如对金属如对金属如对金属如对金属CuCu，同样是微量分析，可以测定同样是微量分析，可以测定同样是微量分析，可以测定同样是微量分析，可以测定CuCu的含量，也可以测定的含量，也可以测定的含量，也可以测定的含量，也可以测定CuCu里的杂质。里的杂质。里的杂质。里的杂质。在现代分析化学中，微量分析取样量愈来愈少，在现代分析化学中，微量分析取样量愈来愈少，在现代分析化学中，微量分析取样量愈来愈少，在现代分析化学中，微量分析取样量愈来愈少，像微量分析。在美国，血液分析只允许取一滴血，像微量分析。在美国，血液分析只允许取一滴血，像微量分析。在美国，血液分析只允许取一滴血，像微量分析。在美国，血液分析只允许取一滴血，化验出化验出化验出化验出2020多种成分，分析时间在多种成分，分析时间在多种成分，分析时间在多种成分，分析时间在3 3minmin左右，现在有左右，现在有左右，现在有左右，现在有些分析取样只取一个细胞，分析些分析取样只取一个细胞，分析些分析取样只取一个细胞，分析些分析取样只取一个细胞，分析1010种成分以上，有种成分以上，有种成分以上，有种成分以上，有些分析取样只取一个细胞核。些分析取样只取一个细胞核。些分析取样只取一个细胞核。些分析取样只取一个细胞核。取样量只取一个细胞，一个细胞核，对于发展取样量只取一个细胞，一个细胞核，对于发展取样量只取一个细胞，一个细胞核，对于发展取样量只取一个细胞，一个细胞核，对于发展生命科学，生物科学，癌科学十分有意义。生命科学，生物科学，癌科学十分有意义。生命科学，生物科学，癌科学十分有意义。生命科学，生物科学，癌科学十分有意义。13 痕量分析与微量分析痕量分析与微量分析经常用到的质量单位：经常用到的质量单位：经常用到的质量单位：经常用到的质量单位：毫克毫克毫克毫克 10 10_ _3 3 g g微克微克微克微克 10 10_ _6 6 g g 纳克纳克纳克纳克 10 10_ _9 9 g g皮克皮克皮克皮克 10 10_ _12 12 g g飞克飞克飞克飞克 10 10_ _15 15 g g 阿克阿克阿克阿克 10 10_ _1 18 8 g g