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过程分析化学本讲稿第一页，共三十页一、什么是过程分析一、什么是过程分析1 1、工业分析化学、工业分析化学如何获得代表分析物质的样品如何获得代表分析物质的样品怎样处理并制备用于分析的样品怎样处理并制备用于分析的样品如何进行必要的分离步骤如何进行必要的分离步骤已有的测量方法的选择已有的测量方法的选择分析数据的处理与解析分析数据的处理与解析如何控制分析结果的准确度如何控制分析结果的准确度本讲稿第二页，共三十页2 2 2 2、过程分析是工业分析发展的新阶段过程分析是工业分析发展的新阶段过程分析的目标就是要使上述许多部分或全部功能都能过程分析的目标就是要使上述许多部分或全部功能都能过程分析的目标就是要使上述许多部分或全部功能都能过程分析的目标就是要使上述许多部分或全部功能都能实时实时实时实时地成为一个整体地成为一个整体地成为一个整体地成为一个整体并用这些信息去优化整个过程并用这些信息去优化整个过程并用这些信息去优化整个过程并用这些信息去优化整个过程过程分析涉及过程分析涉及过程分析涉及过程分析涉及实时测量实时测量实时测量实时测量，包括采样，预处理解析及应用结果，包括采样，预处理解析及应用结果，包括采样，预处理解析及应用结果，包括采样，预处理解析及应用结果去控制化学过程去控制化学过程去控制化学过程去控制化学过程从从过程分析化学是从过程分析化学是从过程分析化学是从过程分析化学是从化学过程化学过程化学过程化学过程得到定性或定量的信息来控制得到定性或定量的信息来控制得到定性或定量的信息来控制得到定性或定量的信息来控制或优化化学过程的或优化化学过程的或优化化学过程的或优化化学过程的综合性学科综合性学科综合性学科综合性学科过程分析化学是由化学、化工、电子工程、工艺过程及自动控制等过程分析化学是由化学、化工、电子工程、工艺过程及自动控制等过程分析化学是由化学、化工、电子工程、工艺过程及自动控制等过程分析化学是由化学、化工、电子工程、工艺过程及自动控制等学科相互渗透交叉形成的一个新的研究领域学科相互渗透交叉形成的一个新的研究领域学科相互渗透交叉形成的一个新的研究领域学科相互渗透交叉形成的一个新的研究领域本讲稿第三页，共三十页二、为什么要进行过程分析二、为什么要进行过程分析生产厂商关注产品的质量、生产率的提高、生产厂商关注产品的质量、生产率的提高、最佳的能耗和原料消耗和最少的废物排放最佳的能耗和原料消耗和最少的废物排放过程分析可在原料的利用、废物的产出，过程分析可在原料的利用、废物的产出，产品的质量和纯度方面优化化学过程，成产品的质量和纯度方面优化化学过程，成为整个生产过程的关键为整个生产过程的关键本讲稿第四页，共三十页三、过程分析化学的产生三、过程分析化学的产生 起源于化学工业过程的监测与控制起源于化学工业过程的监测与控制起源于化学工业过程的监测与控制起源于化学工业过程的监测与控制自自自自本本本本世世世世纪纪纪纪五五五五十十十十年年年年代代代代初初初初期期期期国国国国际际际际上上上上有有有有了了了了化化化化学学学学商商商商品品品品和和和和石石石石油油油油化化化化学学学学工工工工业业业业之之之之后后后后就就就就有有有有了了了了过过过过程程程程分分分分析析析析化化化化学学学学(process process process process analytical analytical analytical analytical chmistrychmistrychmistrychmistry简称为简称为简称为简称为PAC)PAC)，然然而而直直到到最最近近由由于于全全球球性性的的竞竞争争日日渐渐激激烈烈，产产品品的的品品种种不不断断增增多多和和质质量量要要求求不不断断提提高高，以以及及对对环环境境保保护护的的严严格格控制才使控制才使PACPACPACPAC得以承认和发展）得以承认和发展）得以承认和发展）得以承认和发展）过程分析化学在国外已颇有研究成效过程分析化学在国外已颇有研究成效过程分析化学在国外已颇有研究成效过程分析化学在国外已颇有研究成效,而在我国还刚刚起步而在我国还刚刚起步而在我国还刚刚起步而在我国还刚刚起步 本讲稿第五页，共三十页1 1 分析化学的发展分析化学的发展分析化学的发展分析化学的发展以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，生命科学、以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，生命科学、环境科学、新材料科学发展的要求，使分析化学进入了环境科学、新材料科学发展的要求，使分析化学进入了一个崭新的发展阶段。一个崭新的发展阶段。现代分析化学的要求不再局限于测定物质的组成和含量，现代分析化学的要求不再局限于测定物质的组成和含量，现代分析化学的要求不再局限于测定物质的组成和含量，现代分析化学的要求不再局限于测定物质的组成和含量，而是要进行形态分析、微区表面分析、微观结构分析及对而是要进行形态分析、微区表面分析、微观结构分析及对而是要进行形态分析、微区表面分析、微观结构分析及对而是要进行形态分析、微区表面分析、微观结构分析及对化学和生物特性作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及化学和生物特性作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及化学和生物特性作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及化学和生物特性作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及过程控制。过程控制。过程控制。过程控制。四四 过程分析化学的发展过程分析化学的发展本讲稿第六页，共三十页2 2 2 2、工业分析的发展过程工业分析的发展过程1 1 1 1、实验室分析实验室分析实验室分析实验室分析（离线分析）：离线分析）：离线分析）：离线分析）：到现场取样，然后送至化验室进行到现场取样，然后送至化验室进行到现场取样，然后送至化验室进行到现场取样，然后送至化验室进行分析、数据处理后，报送实验结果分析、数据处理后，报送实验结果分析、数据处理后，报送实验结果分析、数据处理后，报送实验结果 2 2 2 2、现场分析现场分析现场分析现场分析：将分析仪器搬到现场，加快了分析速度：将分析仪器搬到现场，加快了分析速度：将分析仪器搬到现场，加快了分析速度：将分析仪器搬到现场，加快了分析速度 3 3 3 3、在线分析在线分析在线分析在线分析：用自动取样和样品预处理装置，将分析仪器与生：用自动取样和样品预处理装置，将分析仪器与生：用自动取样和样品预处理装置，将分析仪器与生：用自动取样和样品预处理装置，将分析仪器与生产过程直接联系起来，实现连续的、自动的在线分析产过程直接联系起来，实现连续的、自动的在线分析产过程直接联系起来，实现连续的、自动的在线分析产过程直接联系起来，实现连续的、自动的在线分析 4 4 4 4、原位分析：原位分析：原位分析：原位分析：将化学传感器插入流程内将化学传感器插入流程内将化学传感器插入流程内将化学传感器插入流程内 ，以获得检测信号，实现连续，以获得检测信号，实现连续，以获得检测信号，实现连续，以获得检测信号，实现连续的、自动监测与控制的、自动监测与控制的、自动监测与控制的、自动监测与控制 5 5 5 5、无损分析无损分析无损分析无损分析：采用不与试样接触的探头进行的在线分析：采用不与试样接触的探头进行的在线分析：采用不与试样接触的探头进行的在线分析：采用不与试样接触的探头进行的在线分析 后三个阶段均属于过程分析后三个阶段均属于过程分析后三个阶段均属于过程分析后三个阶段均属于过程分析本讲稿第七页，共三十页五、过程分析与实验室分析的不同五、过程分析与实验室分析的不同 实验室分析用的样品要在严格的条件下进行处理，且为实验室分析用的样品要在严格的条件下进行处理，且为实验室分析用的样品要在严格的条件下进行处理，且为实验室分析用的样品要在严格的条件下进行处理，且为了提高测量的选择性与灵敏度，在测量前可进行预处理。了提高测量的选择性与灵敏度，在测量前可进行预处理。了提高测量的选择性与灵敏度，在测量前可进行预处理。了提高测量的选择性与灵敏度，在测量前可进行预处理。实验室仪器设备由于接触不到恶劣的环境或腐蚀性的实验室仪器设备由于接触不到恶劣的环境或腐蚀性的实验室仪器设备由于接触不到恶劣的环境或腐蚀性的实验室仪器设备由于接触不到恶劣的环境或腐蚀性的样品，所以可被设计成能进行复杂的测量，这种仪器样品，所以可被设计成能进行复杂的测量，这种仪器样品，所以可被设计成能进行复杂的测量，这种仪器样品，所以可被设计成能进行复杂的测量，这种仪器往往难以使用，并需由训练有素的分析化学家进行操往往难以使用，并需由训练有素的分析化学家进行操往往难以使用，并需由训练有素的分析化学家进行操往往难以使用，并需由训练有素的分析化学家进行操作作作作本讲稿第八页，共三十页 过程分析仪器必须过程分析仪器必须过程分析仪器必须过程分析仪器必须能够承受化工厂中温度和湿度等能够承受化工厂中温度和湿度等能够承受化工厂中温度和湿度等能够承受化工厂中温度和湿度等变化的环境变化的环境变化的环境变化的环境，且无论在高温、高压下都必须能对可，且无论在高温、高压下都必须能对可，且无论在高温、高压下都必须能对可，且无论在高温、高压下都必须能对可能是粘稠的、含微粒状物质或非水溶液进行取样和能是粘稠的、含微粒状物质或非水溶液进行取样和能是粘稠的、含微粒状物质或非水溶液进行取样和能是粘稠的、含微粒状物质或非水溶液进行取样和分析。分析。分析。分析。同时其取样操作、样品预处理、测量、数据采集及处同时其取样操作、样品预处理、测量、数据采集及处同时其取样操作、样品预处理、测量、数据采集及处同时其取样操作、样品预处理、测量、数据采集及处理必须能在理必须能在理必须能在理必须能在无人看管的情况下连续工作无人看管的情况下连续工作无人看管的情况下连续工作无人看管的情况下连续工作几天或几周。几天或几周。为了进行过程控制，过程分析仪器的为了进行过程控制，过程分析仪器的为了进行过程控制，过程分析仪器的为了进行过程控制，过程分析仪器的测量速度要快测量速度要快测量速度要快测量速度要快。为了增强耐用性与可靠性，过程分析仪器一般为了增强耐用性与可靠性，过程分析仪器一般为了增强耐用性与可靠性，过程分析仪器一般为了增强耐用性与可靠性，过程分析仪器一般通用通用通用通用性差性差性差性差，只专用于特定的测量，只专用于特定的测量，只专用于特定的测量，只专用于特定的测量本讲稿第九页，共三十页结论：过程分析仪器是自动化的，并必须结论：过程分析仪器是自动化的，并必须能够在恶劣的环境下用于长期操作能够在恶劣的环境下用于长期操作能够提供化学组成信息的仪器技术常常是在实验室首能够提供化学组成信息的仪器技术常常是在实验室首能够提供化学组成信息的仪器技术常常是在实验室首能够提供化学组成信息的仪器技术常常是在实验室首先被研究出来的。但是把它们作为一种过程分析工具先被研究出来的。但是把它们作为一种过程分析工具先被研究出来的。但是把它们作为一种过程分析工具先被研究出来的。但是把它们作为一种过程分析工具用于实际中有一个很长的滞后时间，这是因为技术首用于实际中有一个很长的滞后时间，这是因为技术首用于实际中有一个很长的滞后时间，这是因为技术首用于实际中有一个很长的滞后时间，这是因为技术首先需要经得住环境的考验并适应它先需要经得住环境的考验并适应它先需要经得住环境的考验并适应它先需要经得住环境的考验并适应它本讲稿第十页，共三十页六、过程分析化学的特征六、过程分析化学的特征 以自动化分析和过程控制相结合，以实现生产过程最优以自动化分析和过程控制相结合，以实现生产过程最优以自动化分析和过程控制相结合，以实现生产过程最优以自动化分析和过程控制相结合，以实现生产过程最优化为特征化为特征化为特征化为特征。未来的过程分析化学将在与物理学、生命科学、材料未来的过程分析化学将在与物理学、生命科学、材料未来的过程分析化学将在与物理学、生命科学、材料未来的过程分析化学将在与物理学、生命科学、材料科学、计算机科学、信息科学、能源、环境、海洋、科学、计算机科学、信息科学、能源、环境、海洋、科学、计算机科学、信息科学、能源、环境、海洋、科学、计算机科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发展，多学科和技术的交叉和集成，以解决生产和科研展，多学科和技术的交叉和集成，以解决生产和科研展，多学科和技术的交叉和集成，以解决生产和科研展，多学科和技术的交叉和集成，以解决生产和科研中的实际问题是过程分析化学发展的基本特点。中的实际问题是过程分析化学发展的基本特点。中的实际问题是过程分析化学发展的基本特点。中的实际问题是过程分析化学发展的基本特点。本讲稿第十一页，共三十页七、过程分析化学的任务及研究范围七、过程分析化学的任务及研究范围 发展过程分析和控制方法及相关技术，以解决工业过程、生物工程、发展过程分析和控制方法及相关技术，以解决工业过程、生物工程、发展过程分析和控制方法及相关技术，以解决工业过程、生物工程、发展过程分析和控制方法及相关技术，以解决工业过程、生物工程、新型功能材料、生物化学工业的新型功能材料、生物化学工业的新型功能材料、生物化学工业的新型功能材料、生物化学工业的自动化和过程质量控制问题自动化和过程质量控制问题自动化和过程质量控制问题自动化和过程质量控制问题 用于用于用于用于能源、生产时间和原材料等的有效利用和最优化能源、生产时间和原材料等的有效利用和最优化能源、生产时间和原材料等的有效利用和最优化能源、生产时间和原材料等的有效利用和最优化 在工业生产中应用过程分析化学之后，可使整个生产过程合理、在工业生产中应用过程分析化学之后，可使整个生产过程合理、在工业生产中应用过程分析化学之后，可使整个生产过程合理、在工业生产中应用过程分析化学之后，可使整个生产过程合理、生产成本降低、产品质量提高而稳定、环境污染减少生产成本降低、产品质量提高而稳定、环境污染减少生产成本降低、产品质量提高而稳定、环境污染减少生产成本降低、产品质量提高而稳定、环境污染减少过程分析化学的主要研究内容：过程分析化学的主要研究内容：过程分析化学的主要研究内容：过程分析化学的主要研究内容：过程量测科学、过程分析过程量测科学、过程分析过程量测科学、过程分析过程量测科学、过程分析化学计量学及开发相关的智能化在线分析仪器化学计量学及开发相关的智能化在线分析仪器化学计量学及开发相关的智能化在线分析仪器化学计量学及开发相关的智能化在线分析仪器本讲稿第十二页，共三十页主要研究领域主要研究领域：1 1自动取样与样品预处理自动取样与样品预处理过程分析化学区别于传统的实验室分析的主要特征过程分析化学区别于传统的实验室分析的主要特征好的采样系统须具备如下功能：好的采样系统须具备如下功能：1 1、能够采集到足够量的能代表分析主体的样品、能够采集到足够量的能代表分析主体的样品、能够采集到足够量的能代表分析主体的样品、能够采集到足够量的能代表分析主体的样品2 2、用最短的时间把代表性的样品运送到分析仪器、用最短的时间把代表性的样品运送到分析仪器、用最短的时间把代表性的样品运送到分析仪器、用最短的时间把代表性的样品运送到分析仪器3 3、用一种新的与分析器相匹配、且不破坏分析器的方法处理或调制、用一种新的与分析器相匹配、且不破坏分析器的方法处理或调制、用一种新的与分析器相匹配、且不破坏分析器的方法处理或调制、用一种新的与分析器相匹配、且不破坏分析器的方法处理或调制样品样品样品样品4 4、必须安全、无泄露、不危害环境、必须安全、无泄露、不危害环境、必须安全、无泄露、不危害环境、必须安全、无泄露、不危害环境5 5、能把从分析器流出的试样输送到适当的废物箱中，或在不影、能把从分析器流出的试样输送到适当的废物箱中，或在不影、能把从分析器流出的试样输送到适当的废物箱中，或在不影、能把从分析器流出的试样输送到适当的废物箱中，或在不影响流程的前提下再返回到流程中去响流程的前提下再返回到流程中去响流程的前提下再返回到流程中去响流程的前提下再返回到流程中去6 6、必须对所监视的过程无干扰，无危害、必须对所监视的过程无干扰，无危害、必须对所监视的过程无干扰，无危害、必须对所监视的过程无干扰，无危害是过程分析仪器可靠运行、分析结果准确可靠的基础是过程分析仪器可靠运行、分析结果准确可靠的基础是过程分析仪器可靠运行、分析结果准确可靠的基础是过程分析仪器可靠运行、分析结果准确可靠的基础本讲稿第十三页，共三十页自动取样与样品预处理研究现状自动取样与样品预处理研究现状与具体的生产工艺联系密切，针对性和技术与具体的生产工艺联系密切，针对性和技术性强，复杂程度不同性强，复杂程度不同一直未能取得重大突破，是长期研究的一个一直未能取得重大突破，是长期研究的一个环节环节本讲稿第十四页，共三十页自动取样与样品预处理系统分类自动取样与样品预处理系统分类按处理对象分：按处理对象分：气体、液体、熔融金属、固体散装物料气体、液体、熔融金属、固体散装物料按使用情况分：按使用情况分：通用型通用型：由仪器厂家提供，只适用于清洁的常温、常：由仪器厂家提供，只适用于清洁的常温、常压的气体和液体试样压的气体和液体试样专用型专用型：研究单位或用户针对实际生产过程自行设：研究单位或用户针对实际生产过程自行设计制造的专用取样和预处理系统计制造的专用取样和预处理系统本讲稿第十五页，共三十页气体自动取样与试样预处理系统气体自动取样与试样预处理系统一般情况下，应具有稳压、过滤、干燥、恒流作用一般情况下，应具有稳压、过滤、干燥、恒流作用一般情况下，应具有稳压、过滤、干燥、恒流作用一般情况下，应具有稳压、过滤、干燥、恒流作用（常温常压下较清洁的气体）（常温常压下较清洁的气体）（常温常压下较清洁的气体）（常温常压下较清洁的气体）实际过程还需能吸收干扰气体、除尘、除水、降温、去腐蚀实际过程还需能吸收干扰气体、除尘、除水、降温、去腐蚀实际过程还需能吸收干扰气体、除尘、除水、降温、去腐蚀实际过程还需能吸收干扰气体、除尘、除水、降温、去腐蚀性组分，负压情况下还需抽吸气体装置性组分，负压情况下还需抽吸气体装置性组分，负压情况下还需抽吸气体装置性组分，负压情况下还需抽吸气体装置固体散状物料的自动取样固体散状物料的自动取样需有正确取样方法和选好取样位置，定好取样次数需有正确取样方法和选好取样位置，定好取样次数需有正确取样方法和选好取样位置，定好取样次数需有正确取样方法和选好取样位置，定好取样次数和取样量和取样量和取样量和取样量使用取样机取样，分几级进行使用取样机取样，分几级进行使用取样机取样，分几级进行使用取样机取样，分几级进行本讲稿第十六页，共三十页1 1 简易的液体自动取样及预处理系统简易的液体自动取样及预处理系统简易的液体自动取样及预处理系统简易的液体自动取样及预处理系统连续式系统，取样动力为流动液体的压力，预处理装置连续式系统，取样动力为流动液体的压力，预处理装置连续式系统，取样动力为流动液体的压力，预处理装置连续式系统，取样动力为流动液体的压力，预处理装置为过滤器为过滤器为过滤器为过滤器适用于比较清洁、黏度较小、常温常压下在生产工艺适用于比较清洁、黏度较小、常温常压下在生产工艺适用于比较清洁、黏度较小、常温常压下在生产工艺适用于比较清洁、黏度较小、常温常压下在生产工艺管道中流动的液体管道中流动的液体管道中流动的液体管道中流动的液体液体自动取样与试样预处理系统液体自动取样与试样预处理系统需考虑溶液性质与状态需考虑溶液性质与状态需考虑溶液性质与状态需考虑溶液性质与状态流动态还是相对静止状态；粘度大小、清洁程度、流动态还是相对静止状态；粘度大小、清洁程度、流动态还是相对静止状态；粘度大小、清洁程度、流动态还是相对静止状态；粘度大小、清洁程度、是否含有固体颗粒是否含有固体颗粒是否含有固体颗粒是否含有固体颗粒本讲稿第十七页，共三十页2 2 较复杂的液体自动取样及预处理系统较复杂的液体自动取样及预处理系统较复杂的液体自动取样及预处理系统较复杂的液体自动取样及预处理系统对于从生产工艺的槽罐中取样，使用带抽吸装置的间对于从生产工艺的槽罐中取样，使用带抽吸装置的间对于从生产工艺的槽罐中取样，使用带抽吸装置的间对于从生产工艺的槽罐中取样，使用带抽吸装置的间歇系统歇系统歇系统歇系统对含有悬浮物较多的情况，使用带有反吹清洗的连对含有悬浮物较多的情况，使用带有反吹清洗的连续液体过滤装置续液体过滤装置对不仅有悬浮物，且黏度大的液体，使用蒸汽加热对不仅有悬浮物，且黏度大的液体，使用蒸汽加热对不仅有悬浮物，且黏度大的液体，使用蒸汽加热对不仅有悬浮物，且黏度大的液体，使用蒸汽加热连续液体过滤装置连续液体过滤装置连续液体过滤装置连续液体过滤装置本讲稿第十八页，共三十页自动取样与样品预处理系统的技术指标自动取样与样品预处理系统的技术指标主要从以下指标衡量：主要从以下指标衡量：1 1、取样精度、取样精度、取样精度、取样精度A 对连续性系统，只做定性评价对连续性系统，只做定性评价对连续性系统，只做定性评价对连续性系统，只做定性评价取样是否真实取样是否真实取样是否真实取样是否真实是否有代表性是否有代表性是否有代表性是否有代表性是否有被测组分损失等是否有被测组分损失等是否有被测组分损失等是否有被测组分损失等B B 对间歇式系统做定量评价对间歇式系统做定量评价取样误差取样误差取样误差取样误差=定量瓶的最大容积误差定量瓶的最大容积误差定量瓶的最大容积误差定量瓶的最大容积误差/定量瓶容积定量瓶容积定量瓶容积定量瓶容积100%100%本讲稿第十九页，共三十页2 响应时间响应时间A A 对连续性系统，用响应时间（对连续性系统，用响应时间（对连续性系统，用响应时间（对连续性系统，用响应时间（试样从取样点经过管路进试样从取样点经过管路进试样从取样点经过管路进试样从取样点经过管路进入检测器样品池，并使样品池中试样入检测器样品池，并使样品池中试样入检测器样品池，并使样品池中试样入检测器样品池，并使样品池中试样90%90%被更新所需时间被更新所需时间）来评价来评价B B 对间歇式系统，用取样滞后时间（对间歇式系统，用取样滞后时间（试样从取样点试样从取样点采集开始到经过预处理后进入检测器的样品池所需采集开始到经过预处理后进入检测器的样品池所需时间时间）评价）评价本讲稿第二十页，共三十页4 人工（或自动）清扫间隔时间人工（或自动）清扫间隔时间清扫过滤器和管道的间隔时间，或更换干燥用或清扫过滤器和管道的间隔时间，或更换干燥用或清扫过滤器和管道的间隔时间，或更换干燥用或清扫过滤器和管道的间隔时间，或更换干燥用或吸收干扰组分的化学试剂等的间隔时间吸收干扰组分的化学试剂等的间隔时间吸收干扰组分的化学试剂等的间隔时间吸收干扰组分的化学试剂等的间隔时间3 预处理功能预处理功能对气、液样，稳压、过滤、冷却、干燥、分离、定容、稀对气、液样，稳压、过滤、冷却、干燥、分离、定容、稀对气、液样，稳压、过滤、冷却、干燥、分离、定容、稀对气、液样，稳压、过滤、冷却、干燥、分离、定容、稀释等；释等；释等；释等；对固体样，切割、粉碎、研磨、缩分、加工成型等对固体样，切割、粉碎、研磨、缩分、加工成型等对固体样，切割、粉碎、研磨、缩分、加工成型等对固体样，切割、粉碎、研磨、缩分、加工成型等本讲稿第二十一页，共三十页八八 过程分析仪器过程分析仪器一、过程分析仪器的分类一、过程分析仪器的分类一、过程分析仪器的分类一、过程分析仪器的分类1 1 1 1 电化学式分析仪器，包括电导式、电量式和电位式分析仪器电化学式分析仪器，包括电导式、电量式和电位式分析仪器电化学式分析仪器，包括电导式、电量式和电位式分析仪器电化学式分析仪器，包括电导式、电量式和电位式分析仪器2 2 2 2 热化学分析仪器，包括热导式、热化式和热谱分析仪器热化学分析仪器，包括热导式、热化式和热谱分析仪器热化学分析仪器，包括热导式、热化式和热谱分析仪器热化学分析仪器，包括热导式、热化式和热谱分析仪器3 3 3 3 磁学式分析仪器，包括磁性氧分析仪器、磁共振波谱仪磁学式分析仪器，包括磁性氧分析仪器、磁共振波谱仪磁学式分析仪器，包括磁性氧分析仪器、磁共振波谱仪磁学式分析仪器，包括磁性氧分析仪器、磁共振波谱仪4 4 4 4 光学式分析仪器，包括吸收式光学分析仪器、发射式光学分析仪器等光学式分析仪器，包括吸收式光学分析仪器、发射式光学分析仪器等光学式分析仪器，包括吸收式光学分析仪器、发射式光学分析仪器等光学式分析仪器，包括吸收式光学分析仪器、发射式光学分析仪器等5 5 5 5 流动注射分析仪器作为溶液化学自动化的工具在过程分析中也有很流动注射分析仪器作为溶液化学自动化的工具在过程分析中也有很流动注射分析仪器作为溶液化学自动化的工具在过程分析中也有很流动注射分析仪器作为溶液化学自动化的工具在过程分析中也有很重要的作用重要的作用重要的作用重要的作用过程量测的基本设备，工业流程中对物质成分及性质过程量测的基本设备，工业流程中对物质成分及性质过程量测的基本设备，工业流程中对物质成分及性质过程量测的基本设备，工业流程中对物质成分及性质进行完全自动分析预测量的仪器进行完全自动分析预测量的仪器进行完全自动分析预测量的仪器进行完全自动分析预测量的仪器本讲稿第二十二页，共三十页二、过程分析仪器的组成二、过程分析仪器的组成二、过程分析仪器的组成二、过程分析仪器的组成(1)(1)(1)(1)自动取样与预处理系统自动取样与预处理系统自动取样与预处理系统自动取样与预处理系统 自动地、适时地从生产线上取得试样并自动地、适时地从生产线上取得试样并自动地、适时地从生产线上取得试样并自动地、适时地从生产线上取得试样并对其进行物理、化学上的预处理，使之符合分析仪器的技术要求对其进行物理、化学上的预处理，使之符合分析仪器的技术要求对其进行物理、化学上的预处理，使之符合分析仪器的技术要求对其进行物理、化学上的预处理，使之符合分析仪器的技术要求(2)(2)(2)(2)检测器检测器检测器检测器 根据某种物理或化学原理把待测成分信息转换成电信根据某种物理或化学原理把待测成分信息转换成电信根据某种物理或化学原理把待测成分信息转换成电信根据某种物理或化学原理把待测成分信息转换成电信号号号号 传感器传感器传感器传感器是在分析仪器与分析样品之间实时传递选择性信息的界面，是在分析仪器与分析样品之间实时传递选择性信息的界面，是在分析仪器与分析样品之间实时传递选择性信息的界面，是在分析仪器与分析样品之间实时传递选择性信息的界面，是一类能选弹性地将分析对象的化学信息，例如样品的物理与化学是一类能选弹性地将分析对象的化学信息，例如样品的物理与化学是一类能选弹性地将分析对象的化学信息，例如样品的物理与化学是一类能选弹性地将分析对象的化学信息，例如样品的物理与化学性质、样品的化学组成与浓度等，连续地转为分析仪器易测量的物性质、样品的化学组成与浓度等，连续地转为分析仪器易测量的物性质、样品的化学组成与浓度等，连续地转为分析仪器易测量的物性质、样品的化学组成与浓度等，连续地转为分析仪器易测量的物理信号的装置理信号的装置理信号的装置理信号的装置 化学传感器化学传感器化学传感器化学传感器按检测功能分成四类，即按检测功能分成四类，即按检测功能分成四类，即按检测功能分成四类，即湿度传感器、气体传感器、离子湿度传感器、气体传感器、离子湿度传感器、气体传感器、离子湿度传感器、气体传感器、离子传感器和生物传感器传感器和生物传感器传感器和生物传感器传感器和生物传感器；根据基本的传感模式分为；根据基本的传感模式分为；根据基本的传感模式分为；根据基本的传感模式分为热化学传感器、质热化学传感器、质热化学传感器、质热化学传感器、质量型化学传感器、电化学传感器和光化学传感器。另外还有生物传量型化学传感器、电化学传感器和光化学传感器。另外还有生物传量型化学传感器、电化学传感器和光化学传感器。另外还有生物传量型化学传感器、电化学传感器和光化学传感器。另外还有生物传感器感器感器感器本讲稿第二十三页，共三十页（3)3)信号处理系统信号处理系统信号处理系统信号处理系统 对检测器给出的微弱电信号进行对检测器给出的微弱电信号进行对检测器给出的微弱电信号进行对检测器给出的微弱电信号进行放大、对数转换、模数转换、数学运算、线性补偿放大、对数转换、模数转换、数学运算、线性补偿放大、对数转换、模数转换、数学运算、线性补偿放大、对数转换、模数转换、数学运算、线性补偿等信息处理工作等信息处理工作等信息处理工作等信息处理工作 (4)(4)(4)(4)结果输出结果输出结果输出结果输出 将测定结果以一定的方式输出，如显将测定结果以一定的方式输出，如显将测定结果以一定的方式输出，如显将测定结果以一定的方式输出，如显示、打印、指示、报警等示、打印、指示、报警等示、打印、指示、报警等示、打印、指示、报警等 (5)(5)整机自动控制系统整机自动控制系统整机自动控制系统整机自动控制系统 控制各个部分自动而协调地控制各个部分自动而协调地控制各个部分自动而协调地控制各个部分自动而协调地工作，每次测量时自动调零、校准，当出现故障时，显工作，每次测量时自动调零、校准，当出现故障时，显工作，每次测量时自动调零、校准，当出现故障时，显工作，每次测量时自动调零、校准，当出现故障时，显示、报警或自动处理故障（示、报警或自动处理故障（示、报警或自动处理故障（示、报警或自动处理故障（智能控制器）智能控制器）本讲稿第二十四页，共三十页 三、过程分析仪器的特点三、过程分析仪器的特点 必须是全自动的，不需要人工取样和对试样进行预必须是全自动的，不需要人工取样和对试样进行预必须是全自动的，不需要人工取样和对试样进行预必须是全自动的，不需要人工取样和对试样进行预处理处理处理处理 仪器的精度要求可以稍低，但长时间的稳定性必须仪器的精度要求可以稍低，但长时间的稳定性必须仪器的精度要求可以稍低，但长时间的稳定性必须仪器的精度要求可以稍低，但长时间的稳定性必须好，能够经受振动、噪声、潮湿、高温和腐蚀性气体好，能够经受振动、噪声、潮湿、高温和腐蚀性气体好，能够经受振动、噪声、潮湿、高温和腐蚀性气体好，能够经受振动、噪声、潮湿、高温和腐蚀性气体等恶劣工作环境的影响等恶劣工作环境的影响等恶劣工作环境的影响等恶劣工作环境的影响具有自动校准和检错功能即仪器发生异常时具有自动校准和检错功能即仪器发生异常时能给出相应的信息或自动排除故障能给出相应的信息或自动排除故障仪器结构简单，体积小且易于维护、检修仪器结构简单，体积小且易于维护、检修仪器结构简单，体积小且易于维护、检修仪器结构简单，体积小且易于维护、检修价廉等价廉等价廉等价廉等本讲稿第二十五页，共三十页四、过程分析仪器的发展四、过程分析仪器的发展2020世纪世纪世纪世纪40404040年代末和年代末和50505050年代初，年代初，年代初，年代初，pHpHpHpH值传感器和电位分值传感器和电位分值传感器和电位分值传感器和电位分析仪器是最早用于过程分析的仪器析仪器是最早用于过程分析的仪器析仪器是最早用于过程分析的仪器析仪器是最早用于过程分析的仪器 20202020世纪世纪60606060年代末和年代末和年代末和年代末和70707070年代初，气相色谱和湿法化学年代初，气相色谱和湿法化学年代初，气相色谱和湿法化学年代初，气相色谱和湿法化学分析技术在过程分析化学中得到广泛的研究和应用分析技术在过程分析化学中得到广泛的研究和应用分析技术在过程分析化学中得到广泛的研究和应用分析技术在过程分析化学中得到广泛的研究和应用20202020世纪世纪世纪世纪8080年代以后，由于微电子技术的发展、微年代以后，由于微电子技术的发展、微年代以后，由于微电子技术的发展、微年代以后，由于微电子技术的发展、微型计算机的普及以及化学计量学方法在过程分析型计算机的普及以及化学计量学方法在过程分析型计算机的普及以及化学计量学方法在过程分析型计算机的普及以及化学计量学方法在过程分析化学中的应用，使过程分析仪器朝着化学中的应用，使过程分析仪器朝着化学中的应用，使过程分析仪器朝着化学中的应用，使过程分析仪器朝着以下几个方以下几个方以下几个方以下几个方面迅速发展面迅速发展面迅速发展面迅速发展本讲稿第二十六页，共三十页(1)(1)(1)(1)微型化微型化微型化微型化 微型化仪器有超微光度计、微气相色谱仪和微型流动注射分析仪微型化仪器有超微光度计、微气相色谱仪和微型流动注射分析仪微型化仪器有超微光度计、微气相色谱仪和微型流动注射分析仪微型化仪器有超微光度计、微气相色谱仪和微型流动注射分析仪等等等等(2)(2)(2)(2)内线式和非破坏性内线式和非破坏性内线式和非破坏性内线式和非破坏性 内线式和外感式过程分析仪器内线式和外感式过程分析仪器内线式和外感式过程分析仪器内线式和外感式过程分析仪器不存在自动取样与预处理问题不存在自动取样与预处理问题不存在自动取样与预处理问题不存在自动取样与预处理问题，如用于选矿和水泥生产的如用于选矿和水泥生产的如用于选矿和水泥生产的如用于选矿和水泥生产的x x x x射线荧光仪和用于食品和石油化射线荧光仪和用于食品和石油化射线荧光仪和用于食品和石油化射线荧光仪和用于食品和石油化工领域的近红外分析仪等工领域的近红外分析仪等工领域的近红外分析仪等工领域的近红外分析仪等（3)3)3)3)高阶响应检测器或传感器阵列高阶响应检测器或传感器阵列高阶响应检测器或传感器阵列高阶响应检测器或传感器阵列 大量数据含有丰富信息，校大量数据含有丰富信息，校大量数据含有丰富信息，校大量数据含有丰富信息，校正结果准确性、可靠性、防止传感器失效或生产流程异常正结果准确性、可靠性、防止传感器失效或生产流程异常正结果准确性、可靠性、防止传感器失效或生产流程异常正结果准确性、可靠性、防止传感器失效或生产流程异常 (4)(4)(4)(4)探测器与仪器主机分离探测器与仪器主机分离探测器与仪器主机分离探测器与仪器主机分离 将探测器置于现场，而将仪器将探测器置于现场，而将仪器将探测器置于现场，而将仪器将探测器置于现场，而将仪器主机置于离现场较远的实验室主机置于离现场较远的实验室主机置于离现场较远的实验室主机置于离现场较远的实验室 (5)(5)(5)(5)智能化智能化智能化智能化 随着计算科学技术的应用和过程分析化学计量学的随着计算科学技术的应用和过程分析化学计量学的随着计算科学技术的应用和过程分析化学计量学的随着计算科学技术的应用和过程分析化学计量学的发展，智能化过程分析仪器的开发不断发展，如智能化气相色发展，智能化过程分析仪器的开发不断发展，如智能化气相色发展，智能化过程分析仪器的开发不断发展，如智能化气相色发展，智能化过程分析仪器的开发不断发展，如智能化气相色谱仪谱仪谱仪谱仪本讲稿第二十七页，共三十页 九九 过程分析化学计量学过程分析化学计量学 通过监测、模型化和控制来研究化学过程通过监测、模型化和控制来研究化学过程过程监测与控制的软件系统过程监测与控制的软件系统应用应用1 分析仪器获得信号的解析和有用信息的提取，分析仪器获得信号的解析和有用信息的提取，自动化仪器必不可少的软件组成自动化仪器必不可少的软件组成本讲稿第二十八页，共三十页2 化学计量学是化学过程、环境及生命过化学计量学是化学过程、环境及生命过程建模的有力工具，大量相应状态的模式程建模的有力工具，大量相应状态的模式用来识别和监测过程的状态用来识别和监测过程的状态3 通过化学计量方法，可在过程的优化与通过化学计量方法，可在过程的优化与控制领域，从分析过程与生产过程相结合控制领域，从分析过程与生产过程相结合出发，以其达到效益最大化出发，以其达到效益最大化本讲稿第二十九页，共三十页过程分析化学计量学的方法及发展过程分析化学计量学的方法及发展2020世纪八、九十年代迅速成长起来的新学科世纪八、九十年代迅速成长起来的新学科世纪八、九十年代迅速成长起来的新学科世纪八、九十年代迅速成长起来的新学科化学计量学和过程分析化学的相互结合化学计量学和过程分析化学的相互结合化学计量学和过程分析化学的相互结合化学计量学和过程分析化学的相互结合化学计量学方法在过程分析化学中的应用和发展化学