第一章 仪器分析 绪论 0830.ppt

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1、仪器分析仪器分析 Instrumental Analysis仪仪器分析器分析课时课时安排（共安排（共24学学时时）第一章第一章 绪论绪论2 学学时时第二章第二章 气相色谱分析气相色谱分析5 学学时时第三章第三章 高效高效液相色谱分析液相色谱分析3学学时时第四章第四章 电位分析法电位分析法2学学时时第五章第五章 伏安（库仑）分析法伏安（库仑）分析法2学学时时第七章第七章 原子光谱法原子光谱法2学学时时第九章第九章 紫外吸收光谱分析紫外吸收光谱分析2学学时时第十章第十章 红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析2学学时时第第13章章 核磁共振波核磁共振波谱谱分析分析 2学学时时第第14章章 质谱分析质谱分

2、析2学学时时理理论论考考试试第一章第一章 绪绪 论论 什么是仪器分析什么是仪器分析?它与化学分析有何区别它与化学分析有何区别?仪器分析和化学分析的关系是什么仪器分析和化学分析的关系是什么?仪器分析法的分类仪器分析法的分类?仪器分析有什么特点和局限性仪器分析有什么特点和局限性?仪器分析发展的趋势是什么仪器分析发展的趋势是什么?分析化学分析化学是研究物质组成、含量和化学结构的方是研究物质组成、含量和化学结构的方法及其有关理论的一门学科。法及其有关理论的一门学科。1）What?定性分析(qualitativeanalysis):研究目标物质的原子、分子或功能基团的组成信息。2）Howmuch?定量分

3、析(quantitativeanalysis):研究目标物质的数量信息。3）Howabout?结构分析(structuralanalysis):研究目标物质的结构信息。分析化学的分类分析化学的分类 按分析方法分类按分析方法分类按分析方法分类按分析方法分类 化学分析化学分析：重量分析，重量分析，容量分析（各种滴定分析）容量分析（各种滴定分析）仪器分析仪器分析：光化学分析，光化学分析，电化学分析，电化学分析，色谱分析，色谱分析，其它仪器分析法其它仪器分析法分析化学的发展和仪器分析的产生 什么是仪器分析？什么是仪器分析？一般的说，仪器分析是指采用比较一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的复杂或特

4、殊的仪器设备仪器设备，通过测量物质，通过测量物质的某些的某些物理或物理化学性质物理或物理化学性质的参数及其的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量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。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这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。理论基础。分析化学的历史发展概况分析化学的三次巨大变革分析化学的三次巨大变革n分析天平的发明分析天平的发明n溶液理论的建立溶液理论的建立（四大平衡建立）分析化学由一门操作技术变成一门科学，以化学分析为主。n这是第一次革命第二次巨大变革n第二次世界大战前后n一系列重大科学发现，物理学和电

5、子技术的发物理学和电子技术的发展展为仪器分析大发展奠定了基础但当时自动化程度较低核磁共振（NMR），BlochF,PurcellEM.极谱，HeyrovskyJ.气相色谱，MartinATP,SyngeRLM第三次变革n 指当前阶段，分析化学处在巨大的变革时期。指当前阶段，分析化学处在巨大的变革时期。尤其尤其微型计算机的发展，给仪器分析带来全新的革命。微型计算机的发展，给仪器分析带来全新的革命。分析化学发展的特点，其一，向分析化学发展的特点，其一，向高灵敏度、高选高灵敏度、高选择性、自动化、智能化、信息化和微型化择性、自动化、智能化、信息化和微型化方向发展；方向发展；其二，各类分析方法的其二，

6、各类分析方法的联合应用联合应用；其三，建立；其三，建立原位、原位、在体、实时、在线在体、实时、在线的动态分析检测方法，无损探测方的动态分析检测方法，无损探测方法以及多元多参数的检测监视方法，并研制出相应的法以及多元多参数的检测监视方法，并研制出相应的分析仪器。当代科学技术的发展和参与，以及分析化分析仪器。当代科学技术的发展和参与，以及分析化学自身的发展，已使分析化学发展成为一门多学科为学自身的发展，已使分析化学发展成为一门多学科为基础的综合性科学。基础的综合性科学。仪器分析与化学分析关系n仪器分析本身不是一门独立的学科，而是多种仪器方法的组合仪器方法的组合。可是这些仪器方法在化学学科中极其重要

7、。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。因此，将它们称为“化学分析中的化学分析中的仪器方法仪器方法”更为确切。仪器分析的分类仪器分析的分类仪器分析仪器分析电化学分析法电化学分析法光分析法光分析法色谱分析法色谱分析法热分析法热分析法分析仪器联用技术分析仪器联用技术质谱分析法质谱分析法1.光分析方法光分析方法光分析法光分析法原子吸收法原子吸收法红外光谱法红外光谱法原子发射法原子发射法核磁共振法核磁共振法荧光光谱法荧光光谱法紫外可见法紫外可见法分子光谱分子光谱原子光谱原子光谱#定性分析和定量分析依据定性：波长定性：波长定量：光强定量：光强1.光分析法光分析

8、法#光谱仪器框图 光源 被测物质 单色仪 信号接收 数据处理#有机四大谱质谱、核磁共振、红外、紫外质谱、核磁共振、红外、紫外-可见可见 特别指出，质谱仪被列为光谱仪器，实为以质荷比为分析基础的仪器。有机化合物结构鉴定有机化合物结构鉴定 与有机波谱学与有机波谱学结构鉴定结构鉴定:紫外可见光谱紫外可见光谱(UV-VIS);红外（拉曼）光谱红外（拉曼）光谱(IR，Raman);质谱质谱(MS);核磁共振谱核磁共振谱(NMR);X射线衍射射线衍射;折射率折射率;电导率电导率;熔点熔点;UV-VIS;IR(Raman);MS;NMR有机波谱学：有机波谱学：结构鉴定发展历史结构鉴定发展历史三十年代三十年代

9、UV四十年代四十年代IR五十年代五十年代NMRMS 官能团官能团分子式，分子式，分子骨架连接分子骨架连接一般文献给出的数据：一般文献给出的数据：NMR:详细详细MS:分子量分子量IR:主要官能团主要官能团一般无一般无UV数据数据2.电分析化学方法电化学分析法电化学分析法电位分析法电位分析法电解分析法电解分析法电泳分析法电泳分析法库仑分析法库仑分析法极谱与伏安分析法极谱与伏安分析法电导分析法电导分析法3.色谱分析法色谱分析法色谱分析法气相色谱法气相色谱法薄层色谱法薄层色谱法液相色谱法液相色谱法激光色谱法激光色谱法离子色谱法离子色谱法超临界色谱法超临界色谱法4.其它仪器分析方法质谱，热分析，放射分

10、析其他分析法其他分析法质谱分析法质谱分析法放射分析放射分析热分析法热分析法联用技术联用技术 联用技术 分离仪器-特效检测器的联用色谱-质谱联用：GC-MS、LC-MS色谱-红外光谱联用：GC-FTIR色谱-原子光谱联用：LC-AAS 自动化系统与分离、检测系统联用自动进样器流动注射分析仪方法分类方法分类 主要分析方法主要分析方法 被测物理性质被测物理性质 光谱分析光谱分析发射光谱分析、发射光谱分析、火焰光度分析火焰光度分析辐射的发射分子发光分析法分子发光分析法、放射分析法放射分析法紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法辐射的吸收 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法红外光谱法、核磁共振波谱法红

11、外光谱法、核磁共振波谱法比浊法、拉曼光谱法比浊法、拉曼光谱法辐射的散射折射法、干涉法折射法、干涉法辐射的折射X-射线衍射法、电子衍射法射线衍射法、电子衍射法辐射的衍射圆二色谱法圆二色谱法辐射偏振方向的旋转电化学分析电化学分析电位法电位法 电极电位电导法电导法 电导极谱法极谱法、溶出伏安法溶出伏安法电流-电压色谱分析色谱分析 气相色谱法气相色谱法、液相色谱法液相色谱法 薄层色谱法薄层色谱法 两相间的分配热分析热分析热导法、差热分析法热导法、差热分析法热性质质量分析质量分析 质谱法质谱法 质荷比仪器分析方法分类根据用以测量的物质性质物质性质，仪器分析方法主要分为以下几类:仪器分析的特点仪器分析的特

12、点n灵敏度高灵敏度高,检出限低检出限低n效率高：可以一次分析样品中多种元素信息效率高：可以一次分析样品中多种元素信息n选择性好选择性好 4.4.能进行无损分析能进行无损分析 5.5.适于微量、超痕量物质的测定适于微量、超痕量物质的测定问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分析问题呢？你必须了解该仪器的原理和应用，或者说，了解该仪器的适用性、灵敏度和准确度，才能在解决某个具体问题时作出合理的选择！定量分析方法的评价指标定量分析方法的评价指标判据判据性能表征性能表征精密度精密度标准偏差；相对标标准偏差；相对标准偏差；变异系数；准偏差；变异系数；方差方差准确度准确度绝对误差；绝对误差；相对误差

13、相对误差灵敏度灵敏度校正灵敏度；校正灵敏度；分析灵敏度分析灵敏度检测限检测限相当于相当于3 3倍的倍的空白标准偏差空白标准偏差线性范围线性范围可以分析的浓度可以分析的浓度范围范围选择性选择性选择性系数选择性系数仪器性能及其表征仪器性能及其表征其它原则：分析速度分析速度分析难度或方便性分析难度或方便性对操作者的技能要求对操作者的技能要求仪器维护及实用性仪器维护及实用性分析测试费用分析测试费用1）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。标准偏差标准偏差(Absolute standard deviation)，s相对标准偏差相对标准偏差(

14、Relative standard deviation,RSD)通过多次测量已知浓度或含量的物质（称为标准物质），得到总体平均值与标准物质含量（真实值）比较。在建立新的分析方法时，对标准物质的测量可找出误差的来源！并通过空白分析和仪器校正来消除误差。2)2)准确度准确度 测测量量值值的的总总体体平平均均值值x x与与“真真值值”接接近近的的程程度度。即即反反映映了了仪仪器器或或方方法法识识别别微微小小浓浓度度或或含含量量变变化化的的能能力力，即即当当浓浓度度或或含含量量有有微微小小变变化化时时，仪仪器器或或方法均可以觉察出来。方法均可以觉察出来。影响灵敏度的因素有二：影响灵敏度的因素有二：校正

15、曲线的斜率校正曲线的斜率 分析的重现性或精密度。分析的重现性或精密度。3 3）灵敏度（）灵敏度（SensitivitySensitivity）010203040506000.10.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1仪器和方法的灵敏度描述仪器和方法的灵敏度描述k1,k2分别为两条校正曲线的斜率，即灵敏度。分别为两条校正曲线的斜率，即灵敏度。但未考虑测定重现性影响！但未考虑测定重现性影响！检检出出限限：在在已已知知置置信信水水平平，可可以以检检测测到到的的待待测测物物的的最最 小小 质质 量量 或或 浓浓 度度。它它 和和 分分 析析 信信

16、号号（Signal）与与 空空 白白 信信 号号 的的 波波 动动（噪噪 音音,Noise）有有 关关，或或 者者 说与说与信噪比信噪比（S/N）有关。）有关。只只有有当当有有用用的的信信号号大大于于噪噪音音信信号号时时，仪仪器器才才有有可可能识别有用信号，如下图所示。能识别有用信号，如下图所示。4）检出限（）检出限（Detection limit,DL）sb测定次数，测定次数，nSSDL=Sb+ksb仪器噪音及方法检出限仪器噪音及方法检出限k=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SDL可能性为可能性为95%检出限如何计算呢？检出限如何计算呢？能产生净响应信号为能

17、产生净响应信号为 的被测物质的浓度或质量的被测物质的浓度或质量就是方法对该物质的检出限：就是方法对该物质的检出限：S灵敏度灵敏度（被测组分的质量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量）（被测组分的质量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量）测测定定空空白白样样品品(或或浓浓度度接接近近空空白白值值）20203030次次，求求其其平平均均值值 S Sb b 及及其其空空白白信信号号标标偏偏s sb b，k k 为为根根据据一一定定的的置置信信水水平平确确定定的的系数（系数（IUPAC建议建议k 值取值取3），则可分辨的最小信号），则可分辨的最小信号 S SDLDL=S Sb b+k ks sb b

18、1、灵敏度与检出限的区别、灵敏度与检出限的区别 灵敏度：分析信号随组分含量变化的大小。灵敏度：分析信号随组分含量变化的大小。直接依赖检测器的放大倍数直接依赖检测器的放大倍数 检出限：定量分析方法可能检测的最低量或最低浓度检出限：定量分析方法可能检测的最低量或最低浓度 直接与测定噪声有关；有明确的统计意义直接与测定噪声有关；有明确的统计意义2、灵敏度越高，精密度越好，检出限越低。、灵敏度越高，精密度越好，检出限越低。注意：注意：具体做法：具体做法：1 准确配制已知待测物浓度的系列准确配制已知待测物浓度的系列:0(空白空白)，c1，c2，c3，c4.；2 通过仪器分别测量以上各待测物的响应值通过仪

19、器分别测量以上各待测物的响应值S0，S1，S2，S3，S4及待测物的响应值及待测物的响应值Sx；3 以浓度以浓度c对响应信号与对响应信号与S作图得到标准曲线，然作图得到标准曲线，然 后通过测得的后通过测得的Sx从下图中求得从下图中求得cx；或者通过最小二；或者通过最小二乘法获得其线性方程再直接进行计算。乘法获得其线性方程再直接进行计算。5）标准曲线S440cx 标准曲线法的准确性与否与两个因素有关：标准曲线法的准确性与否与两个因素有关：标准物浓标准物浓度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性。度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性。0.0520浓度，浓度，cSS2S3S10.00.20.

20、40.60.81.01.230Sx 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？选择分析方法的几种考虑仪器分析方法用于成分分析有一定的局限性仪器分析方法用于成分分析有一定的局限性

21、1、准确度不够高准确度不够高不适于常量和高含量成分的测定。多数的仪器分析方法的相对误差较大，例如，发射光谱法的相对误差为520。2、一般都需要以标准物进行校准一般都需要以标准物进行校准而这些标准样品的成分多半需要化学分析方法来确定。而且在进行复杂物质的分析时，往往不是用一种方法而是综合应用几种分析方法。3、常要用化学方法对试样进行、常要用化学方法对试样进行预处理预处理4、仪器价格比较昂贵比较昂贵，特别是大型和复杂的精密仪器很难普及。化学分析方法和仪器分析方法是相辅相成的化学分析方法和仪器分析方法是相辅相成的仪器分析发展的趋势 仪器分析逐渐成为分析化学的主要组成部分。仪器分析逐渐成为分析化学的主

22、要组成部分。1、具有简便、快速、灵敏的特点，易于实现、具有简便、快速、灵敏的特点，易于实现自动化自动化。2、联用分析技术联用分析技术已成为当前仪器分析方法的主要发展方向之一。已成为当前仪器分析方法的主要发展方向之一。3、在物质的、在物质的结构分析结构分析、状态状态、价态分析价态分析，表面及微区分析表面及微区分析中的应中的应用愈加广泛。用愈加广泛。4、在、在生物医学生物医学的研究及各种的研究及各种工业流程的监控或检测工业流程的监控或检测中发挥重大的中发挥重大的作用。作用。仪器分析发展趋势展望科学仪器的创新是知识创新和技术创新的重要内容。发展科学仪器应当视为国家战略。分析仪器是科学仪器的重要组成部

23、分。分析仪器是科学仪器的重要组成部分。分析仪器本身将不断微型化、智能化但人类向时间和空间的两个极限挑战所需的高级精密仪器也不容忽视。生命过程、生产、科研和社会活动大量需要的将是在线、非侵入、在线、非侵入、非损坏、原位、实时、多维非损坏、原位、实时、多维分析仪器。分析仪器的微型化和智能化随着分子计算机、DNA计算机、光子计算机、量子计算机等的不断推出，计算机也将越来越微型化。计算机（电脑）与人脑的结合将不再是一个梦、带有植入式电脑的人的智能将大大超过不带电脑的“自然人”。分析仪器的大众化、个性化和日用品化，贵重仪器的网络化随着经济全球化和全球网络化，大型实验室的数量将减少，但其资源（特别是其精密

24、贵重仪器）将得到更充分的发挥。因为它可以面向全世界为所有“网民”服务，实际上，现在就已有人在建立利用全球主要实验室资源的“网络实验室”了。建立和发展虚拟仪器概念 利用现有的计算机，加上适当设计的仪器硬件和专门的应用软件，构成虚拟仪器，使其既具有传统仪器的基本功能、又能由用户根据自己的需求变化随时定义，实现多种多样的应用要求.虚拟仪器不但灵活可变、功能强大，而且作用方便，便于技术升级更新，价格也低廉（尤其仪器系统的使用维护费用低）。“软件就是仪器软件就是仪器”预示了全新的分析仪器科技和产业的发展潮流，将会迅速改变世界分析仪器行业面貌的！分析仪器的主要应用领域正向着生物医学领域转移分析仪器在保障人

25、类健康生活、监控病人病情、预防灾害发生等方面也都起着重大的作用。没有新型DNA分析仪的进一步发展，人类也很难在防病、治病特别是在防治癌症和各种遗传病方面对现有基因图谱加以利用。新近重大突破和发明新近重大突破和发明n飞秒光谱法飞秒光谱法n原子吸收的重大突破原子吸收的重大突破n多道毛细管电泳多道毛细管电泳飞秒相干光谱法FemtosecondspectroscopyAhmedH.Zewail教授1946年出生于埃及。现为加州理工学院化学物理系和物理系教授。1999年AhmedH.Zewail教授被授予诺贝尔化学奖，表彰他在飞秒化学领域的杰出贡献。采用超短脉冲激光以飞秒的时间尺度实时观察分子运动并目击

26、分子的诞生，给化学和相关学科带来了革命性的变化。Ahmed.H.Zewail1999年化学Nobel奖得者连 续 光 源 原 子 吸 收 光 谱 仪2004年4月，德国耶拿分析仪器股份公司（Analytik Jena AG）成功地设计和生产出了连续光源原子吸收光谱仪ContrAA，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！高聚焦短弧氙灯高聚焦短弧氙灯可满足全波长(189900nm)所有元素的原子吸收测定需求连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国)多毛细管电泳装置示意图多毛细管电泳装置示意图June 15,2010Volume 82,Issue 12Pages 4653-5396IF 5.2Li

27、stofReviews1.Atomic Spectroscopy:AReview2.CapillaryElectrophoresis3.Chemometrics4.ChiralSeparations:FundamentalReview20105.ElectrochemicalSensors6.EnvironmentalMassSpectrometry:EmergingContaminantsandCurrentIssues7.Gas Chromatography8.Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry9.MassSpectrometryofS

28、yntheticPolymers10.LatestDevelopmentsinMicroTotalAnalysisSystems11.LatestDevelopmentsinMicrofluidicCellBiologyandAnalysisSystems12.Molecular Fluorescence,Phosphorescence,andChemiluminescenceSpectrometry13.PlanarChromatography14.ModernExtractionTechniques15.SolidStateNMR Spectroscopy16.SupercriticalF

29、luidChromatography17.ThermalAnalysis18.X-raySpectrometry三鹿事件：三聚氰胺检测方法汇总气相色谱-质谱法测定动物食品中的三聚氰胺超高效液相色谱_电喷雾串联质谱法测定饲料中残留的三聚氰胺反相高效液相色谱法测定饲料中三聚氰胺的含量高效液相色谱-二极管阵列法测定高蛋白食品中的三聚氰胺高效液相色谱法(HPLC)测定饲料中三聚氰胺的含量高效液相色谱-四极杆质谱联用测定饲料中三聚氰胺含量固相萃取与高效液相色谱联用测定宠物食品中三聚氰胺液相色谱-串联质谱法测定饲料中三聚氰胺残留气相色谱-质谱法测定牛奶中的8种环境雌激素和内源性雌激素牛乳中三种雌激素残留的

30、HPLC检测法高效液相色谱法同时测定化妆品中七种性激素激素检测方法：特大号外：特大号外：美国公司宣布人类已美国公司宣布人类已经攻克癌症！经攻克癌症！n 据美国媒体据美国媒体8月月24日报道，美国阿尔尼拉姆生物技日报道，美国阿尔尼拉姆生物技术公司日前宣布他们找到了一种能够治愈所有癌症的术公司日前宣布他们找到了一种能够治愈所有癌症的新型药物新型药物，名为，名为ALN-VSP的新型药物。的新型药物。首批接受临床首批接受临床试验的试验的19名晚期肝癌患者病情都有较大好转。名晚期肝癌患者病情都有较大好转。n 到今年到今年6月，阿尔尼拉姆公司称，通过月，阿尔尼拉姆公司称，通过“唤醒唤醒”人体人体自身的一种

31、很少使用的免疫防御系统，自身的一种很少使用的免疫防御系统，ALN-VSP成功成功切断肝癌患者体内肿瘤切断肝癌患者体内肿瘤62%的血流量。在治疗肝癌时，的血流量。在治疗肝癌时，传统药物一般使用消除致病蛋白质的方法，而传统药物一般使用消除致病蛋白质的方法，而ALN-VSP则通过核糖核酸干扰则通过核糖核酸干扰(RNAi)疗法直接阻止细胞生疗法直接阻止细胞生成致病蛋白质。成致病蛋白质。n 该公司称，假以时日，这种药物甚至有可能治愈一该公司称，假以时日，这种药物甚至有可能治愈一切疾病。切疾病。n本文来自本文来自:小木虫论坛小木虫论坛教学要求与安排教学要求与安排1 学学时时与与内内容容：理理论论24课课时

32、时，实实验验24课时。期末课时。期末1次考试。次考试。2 教材：教材：仪器分析仪器分析(第四版第四版)朱明华朱明华 编编 高教出版社高教出版社 仪器分析仪器分析武汉大学化学系武汉大学化学系 高教出版社高教出版社 仪器分析仪器分析三师大合编三师大合编 高教出版社高教出版社教学要求与安排教学要求与安排3 成成绩绩评评定定：期期末末考考试试占占60%，实实验验占占30%，平平时时10%（作作业业、纪纪律律、学学习习态度等）。态度等）。4 学学习习方方法法：听听讲讲、适适当当复复习习、做做作作业业；课堂讨论；及时总结。课堂讨论；及时总结。作业两周一交，全批改，准备作业两周一交，全批改，准备2个本个本。联系方式联系方式:实验室实验室:化学楼化学楼9J-406房间房间电话电话:82765907 13854150760祝同学们学习祝同学们学习一帆风顺！一帆风顺！