现代仪器分析简介.ppt
第十四章 现代仪器分析简介Akta explorerAkta explorer高压层高压层析系统紫外在线检测析系统紫外在线检测1仪器分析大体可归为四大类：仪器分析大体可归为四大类：1、分分离离分分析析：主主要要是是色色谱谱法法，其其中中有有气气相相色色谱谱和和液液相色谱法等。相色谱法等。2、成成分分分分析析：原原子子吸吸收收光光谱谱法法、分分光光光光度度法法、荧荧光光光谱法、电化学分析法等等。光谱法、电化学分析法等等。3、结结构构分分析析：各各种种分分光光光光度度法法（紫紫外外、可可见见、红红外外、拉曼光谱）、荧光光谱法、核磁共振谱、质谱等等。拉曼光谱）、荧光光谱法、核磁共振谱、质谱等等。4、表面分析：、表面分析：扫描和透射显微镜分析法等等。扫描和透射显微镜分析法等等。仪器分析法仪器分析法是通过测定物质的是通过测定物质的光、电、光、电、热、磁等物理化学性质热、磁等物理化学性质来确定其化学组成、来确定其化学组成、含量和化学结构的分析方法。含量和化学结构的分析方法。2第十四章 现代仪器分析简介Instrumental analysis14.2 荧光分析法荧光分析法14.1 原子吸收光谱法原子吸收光谱法14.3 色谱法色谱法3 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法原子吸收光谱法原子吸收光谱法（atomic absorption spectroscopy,AAS）是基于自由原子对辐射的吸收，通过选择一定波长是基于自由原子对辐射的吸收，通过选择一定波长的辐射光源，使之正好与某一元素的基态原子和激的辐射光源，使之正好与某一元素的基态原子和激发态原子跃迁能级相对应。对辐射的吸收导致基态发态原子跃迁能级相对应。对辐射的吸收导致基态原子数的减少，辐射吸收与基态原子浓度有关，即原子数的减少，辐射吸收与基态原子浓度有关，即与待测元素的浓度相关。通过测定辐射的量，可获与待测元素的浓度相关。通过测定辐射的量，可获得待测样品中某元素的含量。得待测样品中某元素的含量。4 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法基本原理基本原理原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁 基态基态第一激发态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。吸收一定频率的辐射能量。产生共振吸收线（简称共振线）产生共振吸收线（简称共振线）吸收光谱吸收光谱 激发态激发态基态基态 发射出一定频率的辐射。发射出一定频率的辐射。产生共振吸收线（也简称共振线）产生共振吸收线（也简称共振线）发射光谱发射光谱各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态第一激发态:跃迁吸收能量不同具有特征性。最易发生，吸收最强，最灵敏线。利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析5 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法 基态原子核外电子是按一定规则在不基态原子核外电子是按一定规则在不同的能级上分布的。由于不同元素的原同的能级上分布的。由于不同元素的原子核外电子的排布不同，能级结构不同，子核外电子的排布不同，能级结构不同，所以各元素从基态跃迁到第一激发态时所以各元素从基态跃迁到第一激发态时吸收的能量吸收的能量(E)不同，因而各元素具有不同，因而各元素具有不同的吸收波长不同的吸收波长()：=c/=hc/h =hc/E 式式中中h为为谱谱朗朗克克常常数数，为为6.62610-34J s；c为光速；为光速；吸收为频率吸收为频率6 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法原子吸收测量的基本关系式原子吸收测量的基本关系式朗伯-比耳(Lamber-Beer)定律：Iv=Ioe-KV c LA=-lgT=lg(I0/Iv)=0.4342 KV c L=K c KV为频率吸收系数，c为基态原子浓度，L为吸收层厚度（原子蒸汽宽度）。IoIv原子蒸气原子蒸气7 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计 8 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法9 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法10 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法光源（光源（light source）空心阴极灯(Hollow cathode lamp)发射被测元素基态原子所吸收的特征共振辐射。11 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法原子化器原子化器(atomizer)将样品中待测元素转变成处于基态的气态原子，常用是石墨炉(Graphite furnace)。12 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法单色器单色器(monochromator)单色器的作用是将灯发射的被测元素的共振线与其它发射线分开。常用的是平面光栅(grating)单色仪。检测系统检测系统 主要由检测器、放大器、对数变换器、指示仪表组成。在火焰原子吸收光谱法中，通常采用光电倍增管(photomultiplier tube)为检测器。13 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法14 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法15 14.1 14.1 原原 子子 吸吸 收收 光光 谱谱 法法 应用广泛的微量金属元素的首选测定方法(非金属元素可采用间接法测量)。(1)(1)头发中微量元素的测定头发中微量元素的测定微量元素与健康关系；微量元素与健康关系；(2)(2)水水中中微微量量元元素素的的测测定定环环境境中中重重金金属属污污染染分分布布规规律；律；(3)(3)水果、蔬菜中微量元素的测定；水果、蔬菜中微量元素的测定；(4)(4)矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；(5)(5)各种生物试样中微量元素的测定。各种生物试样中微量元素的测定。AAS应用应用：16 14.2 14.2 荧荧 光光 分分 析析 法法Fluorescent minerals17 14.3 14.3 色色 谱谱 法法色谱法概述色谱法概述1906年，俄国植物学家茨维特(MichealTsweet)，在研究植物绿叶的色素成分时创立了色谱法(chromatography)。固定相固定相CaCO3颗粒颗粒流动相流动相石油醚石油醚 18 14.3 14.3 色色 谱谱 法法气相色谱气相色谱液相色谱液相色谱超临界流体色谱超临界流体色谱填充柱色谱填充柱色谱毛细管色谱毛细管色谱柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱逆流分配色谱逆流分配色谱经典液相柱色谱经典液相柱色谱高效液相色谱高效液相色谱薄层色谱薄层色谱纸色谱纸色谱简简单单分分类类19 14.3 14.3 色色 谱谱 法法优优优优点点点点：“三三三三高高高高”、“一一一一快快快快”、“一广一广一广一广”高选择性高选择性高选择性高选择性可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开 高效能高效能高效能高效能反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果产生很好分离效果产生很好分离效果产生很好分离效果 高灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度1010-11-111010-13-13g g，适于痕量分析，适于痕量分析，适于痕量分析，适于痕量分析 分析速度快分析速度快分析速度快分析速度快几几几几 几十分钟完成分离几十分钟完成分离几十分钟完成分离几十分钟完成分离 一次一次一次一次 可以测多种样品可以测多种样品可以测多种样品可以测多种样品 应用范围广应用范围广应用范围广应用范围广气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质;无机物、有机无机物、有机无机物、有机无机物、有机物、生物大分子化合物；可分离定性、可定量及制备物、生物大分子化合物；可分离定性、可定量及制备物、生物大分子化合物；可分离定性、可定量及制备物、生物大分子化合物；可分离定性、可定量及制备 缺点：缺点：缺点：缺点：对未知物分析的定性专属性差对未知物分析的定性专属性差对未知物分析的定性专属性差对未知物分析的定性专属性差 需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)(GC-MS,LC-MS)20 14.3 14.3 色色 谱谱 法法色谱分离过程色谱分离过程21 14.3 14.3 色色 谱谱 法法色谱流出曲线（色谱图）色谱流出曲线（色谱图）保留时间保留时间基线基线色谱峰色谱峰半峰宽、峰宽、峰面积、标准偏差峰高峰高峰底峰底死时间死时间调整保调整保留留时间时间22 14.3 14.3 色色 谱谱 法法aluminum oxide,silicon oxide(Brockman I,150 mesh)that has been heated to 200 C on a high vacuum line for 2 days before being usedRun column,thin-layer methods色谱仪色谱仪23 14.3 14.3 色色 谱谱 法法Run column,thin-layer methods24 14.3 14.3 色色 谱谱 法法Run column,thin-layer methodsVisualization 显色显色Sulfuric acid/heat:destructive,leaves charred blots behind Iodine:semi-destructive,iodine absorbs onto the spots,not permanentUV light:non-destructive,long wavelength(background green,spots dark),short wavelength(plate dark,compounds glow)25 14.3 14.3 色色 谱谱 法法点样点样展开展开26 14.3 14.3 色色 谱谱 法法样本甲：样本甲：Rf=3.0/5.8 =0.517样本乙：样本乙：Rf=4.3/5.8 =0.74127 14.3 14.3 色色 谱谱 法法 2002年研究人员发现年研究人员发现“苏丹苏丹1号号”色素能造成人类肝色素能造成人类肝脏细胞的脏细胞的DNA突变，可能致癌的特性。突变，可能致癌的特性。薄层色谱可薄层色谱可用于用于苏丹红（苏丹红（1 1、2 2、3 3、4 4号）等非食用色素的快速检测号）等非食用色素的快速检测色素提取柱色素提取柱薄层层析结果薄层层析结果层析结果判断示意图层析结果判断示意图28 14.3 14.3 色色 谱谱 法法苯乙烯苯乙烯(单体单体)+二乙烯苯二乙烯苯(交联剂交联剂)母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体Ion-exchange chromatography29大分子大分子小分子小分子 14.3 14.3 色色 谱谱 法法凝胶色谱法凝胶色谱法(gel filtration)(gel filtration)（空间排阻色谱（空间排阻色谱 ）30 14.3 14.3 色色 谱谱 法法亲和色谱法亲和色谱法31 14.3 14.3 色色 谱谱 法法Gas chromatography 32 14.3 14.3 色色 谱谱 法法liquid Chromatography 33 14.3 14.3 色色 谱谱 法法mass spectrometry with chromatographic separation 34 14.3 14.3 色色 谱谱 法法mass spectrometry with chromatographic separation Nature Protocols 2,778-791(2007)Untargeted large-scale plant metabolomics using liquid chromatography coupled to mass spectrometry 35 14.3 14.3 色色 谱谱 法法基质匹配加标三聚氰胺的样品HPLC 色谱图（检测波长240 nm，保留时间13.6 min，C8 色谱柱基质匹配加标三聚氰胺的样品LC-MS/MS 多反应监测质量色谱图（保留时间4.2 min，定性离子m/z 12785 和m/z 12768）国标 GB/T 223882008原料乳与乳制品中三原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法聚氰胺检测方法36 14.3 14.3 色色 谱谱 法法国标 GB/T 223882008原料乳与乳制品中三原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法聚氰胺检测方法MM=126.12 三聚氰胺衍生物GC-MS 选择离子质谱图（定性离子：m/z 99、171、327 和342）37教学基本要求教学基本要求1.1.了解仪器分析方法的特点及发展状况；了解仪器分析方法的特点及发展状况；2.2.掌握原子吸收光谱法的原理掌握原子吸收光谱法的原理；3.3.掌握荧光分析法的原理及其应用；掌握荧光分析法的原理及其应用；4.4.了解色谱分析法的分类、基本概念、色谱了解色谱分析法的分类、基本概念、色谱分析的基本原理及其应用。分析的基本原理及其应用。38
