分析化学(仪器分析部分)(01).ppt

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1、仪器分析(For(For 20052005级）级）主讲教师主讲教师:傅崇岗教授傅崇岗教授二OO八年三月第一章第一章 绪论绪论1.1.什么是仪器分析什么是仪器分析2.2.仪器分析方法的特点仪器分析方法的特点3 3仪器分析的研究内容仪器分析的研究内容4 4仪器分析的用途仪器分析的用途5 5仪器分析发展概况仪器分析发展概况6 6学习仪器分析应注意的问题学习仪器分析应注意的问题7 7授课计划授课计划 分析化学：在分析化学：在原子、分子层次原子、分子层次上表征或测量物质的上表征或测量物质的组成组成和和 结构结构的一门学科。它包括化学分析和仪器分析。的一门学科。它包括化学分析和仪器分析。1 1 什么是仪器

2、分析什么是仪器分析 化学分析化学分析：基于四大平衡理论和组分的化学性质，采用简单：基于四大平衡理论和组分的化学性质，采用简单仪器，通过测定滴定剂体积或称量沉淀重量而确定其组分含仪器，通过测定滴定剂体积或称量沉淀重量而确定其组分含量的一类分析方法。量的一类分析方法。它适用于常量分析；成本较低。但对于快速、实时检测、它适用于常量分析；成本较低。但对于快速、实时检测、复杂样品和复杂样品和 微量、痕量分析以及结构测定等无能为力。微量、痕量分析以及结构测定等无能为力。?化学分析化学分析容量分析容量分析（滴定分析）（滴定分析）重量分析重量分析酸碱滴定酸碱滴定络合滴定络合滴定氧化还原滴定氧化还原滴定沉淀滴定

3、沉淀滴定 仪器分析：基于物理或物理化学原理，采用特殊复杂仪器分析：基于物理或物理化学原理，采用特殊复杂的仪器，通过测定样品的光、电、热等参数而确定其的仪器，通过测定样品的光、电、热等参数而确定其化学组成及结构的一类分析方法。化学组成及结构的一类分析方法。ICP原子发射光谱仪原子发射光谱仪X射线单晶衍射仪射线单晶衍射仪化学分析与仪器分析的关系：化学分析与仪器分析的关系：化学分析化学分析：不断地仪器化（如：不断地仪器化（如电位滴定电位滴定）。）。仪器分析仪器分析：一方面正走出化学；另一方面离不开化学：一方面正走出化学；另一方面离不开化学反应和化学分析的理论基础（样品处理、干扰掩蔽、反应和化学分析的

4、理论基础（样品处理、干扰掩蔽、组分富集等）组分富集等）仪器分析是科学技术的仪器分析是科学技术的“眼睛眼睛”；分析仪器是衡量；分析仪器是衡量一个国家科技水平的标志。一个国家科技水平的标志。仪器分析法具有仪器分析法具有突出特点突出特点点，近几年得到迅速发展点，近几年得到迅速发展2 仪器分析方法的特点仪器分析方法的特点 4 应用广泛。应用广泛。1灵敏度高；灵敏度高；2 操作简便，分析速度快，自动化程度高；操作简便，分析速度快，自动化程度高；3 所需试样少。所需试样少。5 能获取物质结构、组分价态、能获取物质结构、组分价态、元素在微元素在微 区的空间分布等区的空间分布等 诸多信息诸多信息优优 点点仪器

5、分析方法的特点仪器分析方法的特点1.1.仪器设备复杂，价格高，对维护及环境要求比较高；仪器设备复杂，价格高，对维护及环境要求比较高；2 2 仪器分析是一种相对分析方法，一般需要用已知仪器分析是一种相对分析方法，一般需要用已知组成标准物质来对照；组成标准物质来对照；3 3 相对误差比较大，一般不适用于常量和高含量分析；相对误差比较大，一般不适用于常量和高含量分析；仪器分析法的局限性仪器分析法的局限性3 仪器分析的研究内容仪器分析的研究内容电化学分析电化学分析光化学分析光化学分析色谱分析色谱分析其它分析法其它分析法电位、电解、库仑、极谱、伏安电位、电解、库仑、极谱、伏安原子发射、原子吸收，紫外可原

6、子发射、原子吸收，紫外可见分光光度法、红外光谱法见分光光度法、红外光谱法气相色谱、液相色谱、离气相色谱、液相色谱、离子色谱、毛细管电泳子色谱、毛细管电泳核磁共振、质谱核磁共振、质谱4 仪器分析的用途仪器分析的用途生命科学生命科学 DNA测序测序、细胞分析、蛋白质分析、细胞分析、蛋白质分析药物分析药物分析-发现新药、发现新药、药物安全药物安全、药效评价、药效评价临床分析临床分析 分子诊断分子诊断环境分析环境分析-大气污染、水污染、室内污染大气污染、水污染、室内污染考古分析考古分析 文物鉴定文物鉴定食品分析食品分析 质量控制质量控制，添加剂、违禁药物，添加剂、违禁药物材料分析材料分析 材料组成、物

7、相分析、表面分析材料组成、物相分析、表面分析过程分析过程分析 生产自动化生产自动化体育运动中的分析体育运动中的分析 兴奋剂检测、运动强度检测兴奋剂检测、运动强度检测法医分析法医分析 刑侦、身份确认、亲子鉴定刑侦、身份确认、亲子鉴定化学研究：新化合物的结构表征化学研究：新化合物的结构表征and more 人类基因组计划人类基因组计划（Human Genome ProgramHuman Genome Program）uidentify all the approximately 20,000-25,000 genes in human DNA,udetermine the sequences of

8、 the 3 billion chemical base pairs that make up human DNA,ustore this information in databases,uimprove tools for data analysis,utransfer related technologies to the private sector,and uaddress the ethical,legal,and social issues(ELSI)that may arise from the project.1990年年10月月1日美国正式启动，由日美国正式启动，由Jame

9、s D.Watson领衔。领衔。拟在拟在15年内至少投入年内至少投入30亿美元实现如下目标：亿美元实现如下目标：毛细管微阵列电泳 2003年年4月月14日，中、美、日、德、法、英等日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组计划的所有目标全部国科学家宣布人类基因组计划的所有目标全部实现。提前两年多并节省实现。提前两年多并节省3亿美元。亿美元。377 型型DNA 全自动测序仪（基于阵列毛细管电泳原理）全自动测序仪（基于阵列毛细管电泳原理）二恶英事件二恶英事件1999 年5 月比利时部分农场发现蛋鸡产蛋量明显减少、而且蛋壳特别硬。后来发现鸡蛋和鸡肉中含有高度致癌物质二恶英,超标200倍。比

10、利时为此损失3.5亿欧元原因：鸡饲料污染（原因：鸡饲料污染（GCMS测定法）测定法）齐二药事件齐二药事件亮菌甲素丙二醇等亮菌甲素丙二醇等 亮菌甲素注射液亮菌甲素注射液亮菌甲素二甘醇等亮菌甲素二甘醇等 假亮菌甲素注射液假亮菌甲素注射液2006年，年，11名患者用假药名患者用假药“亮菌甲素注射液亮菌甲素注射液”后，出现后，出现急性肾功能衰竭并死亡。急性肾功能衰竭并死亡。采用红外光谱法即可区分丙二醇和二甘醇采用红外光谱法即可区分丙二醇和二甘醇第一阶段：分析化学的诞生（第一阶段：分析化学的诞生（19世纪中后期）世纪中后期）5 仪器分析发展概况仪器分析发展概况1841年年 Fresenius出版专著出版

11、专著“定性分析导论定性分析导论”溶液中四大平衡理论。溶液中四大平衡理论。操作技艺（操作技艺（Art）科学（科学（Science）1862年年12月月 第一本分析化学杂志第一本分析化学杂志“Fresenius Zeitschrift fr Analytische Chemie”创刊创刊徐寿徐寿(18181884)，我国化学先驱。，我国化学先驱。“考质求数之考质求数之学，乃格物之学，乃格物之大端，而为化大端，而为化学之极致也学之极致也”仪器分析发展概况仪器分析发展概况19221922年年年年J.HeyrovskyJ.Heyrovsky发明极谱法，获发明极谱法，获发明极谱法，获发明极谱法，获1959

12、1959年诺贝尔年诺贝尔年诺贝尔年诺贝尔化学奖化学奖化学奖化学奖F.BlochF.Bloch 和和和和E.M.PurcellE.M.Purcell发明核磁共振波谱法，获发明核磁共振波谱法，获发明核磁共振波谱法，获发明核磁共振波谱法，获19521952年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖A.J.P.MartinA.J.P.Martin和和和和R.L.M.R.L.M.SyngeSynge发明气相色谱法，发明气相色谱法，发明气相色谱法，发明气相色谱法，获获获获19521952年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖第二阶段：仪器分析的诞生（第二阶段：仪器分

13、析的诞生（2020世纪初）世纪初）（1）微机控制的分析仪器）微机控制的分析仪器（2）化学计量学）化学计量学（3）智能化微全分析系统智能化微全分析系统第三阶段：分析科学的诞生（第三阶段：分析科学的诞生（2020世纪末）世纪末）仪器分析发展概况仪器分析发展概况分分析析化化学学主主要发展趋向要发展趋向生物分析环境分析 过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析化学计量学化学计量学在线分析原位分析实时分析接口教育定性传感器固定化自动化自动化微型化微型化新技术新技术新原理新原理新仪器新仪器 分离技术仪器和计算机联用技术联用技术其它领域其它领域活体分析6 学习仪器分析应注意的问

14、题学习仪器分析应注意的问题通过多做习题，熟练掌握基本概念、基本原理通过多做习题，熟练掌握基本概念、基本原理通过实验课，了解分析仪器结构，掌握仪器分析技术通过实验课，了解分析仪器结构，掌握仪器分析技术注意借鉴其它学科的基础知识注意借鉴其它学科的基础知识经常查阅参考书和参考资料经常查阅参考书和参考资料推荐的参考书和杂志推荐的参考书和杂志参考书参考书李克安李克安 金钦汉金钦汉分析化学分析化学 北京大学出版社，北京大学出版社，2001.王王宗孝宗孝等等简明仪器分析简明仪器分析，东北师大出版社，东北师大出版社，1989.邓勃等邓勃等仪器分析仪器分析，清华大学出版社，清华大学出版社，1991.D.A.斯科

15、格等著，金钦汉译，斯科格等著，金钦汉译，仪器分析原理仪器分析原理.（上、下）（上、下），上海科学技术出版社，上海科学技术出版社，1987.刘志广，仪器分析学习指导与综合练习，高等教育出版刘志广，仪器分析学习指导与综合练习，高等教育出版社，社，2005.杂志杂志汪尔康主编，分析化学汪尔康主编，分析化学.Murry(Editor),Analytical Chemistry.第二章第二章 光学分析法导论光学分析法导论波动性波动性：表现为表现为电磁辐射可以传播、反射、衍射和干涉电磁辐射可以传播、反射、衍射和干涉频率（频率（）：）：每秒内辐射振荡的次数（每秒内辐射振荡的次数（Hz)波长（波长（）：电磁波

16、中两极大值之间的距离（：电磁波中两极大值之间的距离（nm,m,cm）波数（波数（）：）：每厘米内波的数目（每厘米内波的数目（cm-1)传播速度（传播速度（v):波在波在1秒内通过的距离。秒内通过的距离。2.1 电磁辐射及其性质（波粒二象性）电磁辐射及其性质（波粒二象性）电磁辐射电磁辐射：以极大速度（：以极大速度（3108m/s)通过空间传递的一通过空间传递的一种能量。它具有波粒二象性。种能量。它具有波粒二象性。粒子性粒子性：表现为表现为电磁辐射（光子）可以发射和吸收。电磁辐射（光子）可以发射和吸收。光量子能量（光量子能量（E):一个光子具有的能量（一个光子具有的能量（J,eV)波长波长、波数、

17、波数 和传播速度和传播速度v v与介质有关与介质有关,频率频率、E E与介质无关。与介质无关。所有的电磁辐射在真空中具有相同传播速度所有的电磁辐射在真空中具有相同传播速度(c=3(c=3 10108 8m.sm.s-1-1)。波动性和粒子性之间的关系波动性和粒子性之间的关系：E=h =hc/=hc 同一光量子或电磁波在不同介质中的同一光量子或电磁波在不同介质中的,v,E相同吗？相同吗？电磁波谱电磁波谱：按波长大小排列的一系列电磁辐射按波长大小排列的一系列电磁辐射 射线射线 x射线射线 紫外光紫外光 可见光可见光 红外光红外光 微波微波 无线电波无线电波10-4-10-3 10-3 10 10-

18、400 400-750 0.75-1000 0.1-100 1-1000 nm nm nm nm m cm m 光谱区光谱区2.2 电磁波谱电磁波谱可可 见见 光光光谱的分类光谱的分类按波长大小分：紫外光谱、可见光谱和红外光谱按波长大小分：紫外光谱、可见光谱和红外光谱按光谱外形分：线状光谱、带状光谱和连续光谱按光谱外形分：线状光谱、带状光谱和连续光谱按辐射能传递情况分：发射光谱、吸收光谱、和按辐射能传递情况分：发射光谱、吸收光谱、和 散射光谱（拉曼光谱）散射光谱（拉曼光谱）按产生原因分：电子光谱、振动光谱和转动光谱按产生原因分：电子光谱、振动光谱和转动光谱按产生光谱的物质种类分：原子光谱、分子

19、光谱和按产生光谱的物质种类分：原子光谱、分子光谱和 核磁共振波谱核磁共振波谱2.3 2.3 光学分析法的分类光学分析法的分类光学分析法的分类光学分析法的分类 1 光谱分析法光谱分析法：由于物质的原子或分子在特定能级间的：由于物质的原子或分子在特定能级间的跃迁，从而产生特征光谱。根据特征光谱的波长和强跃迁，从而产生特征光谱。根据特征光谱的波长和强度而进行的分析法叫光谱分析法度而进行的分析法叫光谱分析法.光光谱谱法法发射（包括荧光）发射（包括荧光）光谱法光谱法吸收光谱法吸收光谱法(拉曼）散射光谱法拉曼）散射光谱法2 非光谱法非光谱法：通过物质的原子或分子与电磁辐射的相互作：通过物质的原子或分子与电

20、磁辐射的相互作用从而改变电磁辐射的传播方向、但无能量交换的光学用从而改变电磁辐射的传播方向、但无能量交换的光学分析法（折射法、比浊法和旋光法）。分析法（折射法、比浊法和旋光法）。方法可靠、抗干扰能力强方法可靠、抗干扰能力强应用范围广应用范围广仪器结构复杂、价格昂贵仪器结构复杂、价格昂贵2.4 光学分析法的特点光学分析法的特点2.5 2.5 光学分析仪器概述光学分析仪器概述光学分析仪器概述光学分析仪器概述光学分析仪器的五大部件光学分析仪器的五大部件：光源（辐射源）、单色器、样品池、检测器、光源（辐射源）、单色器、样品池、检测器、信号采集记录系统信号采集记录系统光学分析仪器的发展趋势：光学分析仪器的发展趋势：光学分析仪器的发展趋势：光学分析仪器的发展趋势：发展智能、联用仪器如傅立叶变换红外光谱仪等。发展智能、联用仪器如傅立叶变换红外光谱仪等。光谱仪器的小型化和集成化光谱仪器的小型化和集成化高强度光源如可调谐激光和同步辐射光源高强度光源如可调谐激光和同步辐射光源新型检测器如电荷耦合器件新型检测器如电荷耦合器件(CCD)