交大近代仪器课件第一章绪论

1、 主 讲: 李银环副教授 院 系: 理学院化学系 Tel :E-mail : l什么是仪器分析什么是仪器分析l仪器分析的特点仪器分析的特点l仪器分析的分类仪器分析的分类l仪器分析的应用及前景展望仪器分析的应用及前景展望l定量分析方法的评价指标定量分析方法的评价指标 仪器分析是以某些仪器分析是以某些物理物理或或物理化学物理化学性质性质（光、电、热、磁等）为基础，并（光、电、热、磁等）为基础，并借助于特殊的借助于特殊的仪器仪器，对待测物质进行，对待测物质进行定定性、定量性、定量及及结构分析结构分析和和动态分析动态分析的的一类一类方法。方法。 这些方法一般都有独立的方法原理

2、这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。及理论基础。1993年，欧洲化学协会联合会（年，欧洲化学协会联合会（ Federation of European Chemical Societies, FECS）Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.分析化学分析

3、化学是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。Analytical Chemistry Information Sciencel灵敏度灵敏度高高l选择性选择性高高l准确度准确度高高l分析速度分析速度快快，易于实现，易于实现自动化自动化l样品用量样品用量少少l仪器结构仪器结构复杂复杂、价格、价格昂贵昂贵仪器分析仪器分析确定物质的确定物质的化学组成化学组成是什么是什么 (What)定性分析定性分析(Qualitative analysis)测量各组成的测量各

4、组成的含量含量有多少有多少(How much)定量分析定量分析(Quantitative analysis)表征物质的表征物质的化学结构化学结构怎么样怎么样(How)结构分析结构分析(Structural analysis)仪器分析任务仪器分析任务项目项目化学分析法化学分析法（经典分析法）（经典分析法）仪器分析法仪器分析法（现代分析法）（现代分析法）物质性质物质性质化学性质化学性质物理、物理化学性质物理、物理化学性质测量参数测量参数体积、重量体积、重量吸光度、电位、发射强度等吸光度、电位、发射强度等等等误差误差0.1 % 0.2 %1 % 5% 或更高或更高组分含量组分含量1 % 100% 1

5、% 单分子、单原子单分子、单原子理论基础理论基础化学、物理化学化学、物理化学（溶液四大平衡）（溶液四大平衡）化学、物理、数学、电子学、化学、物理、数学、电子学、生物等等生物等等解决问题解决问题定性、定量定性、定量定性、定量、结构、形态、定性、定量、结构、形态、能态、动力学等全面的信息能态、动力学等全面的信息化学分析与仪器分析方法比较化学分析与仪器分析方法比较三、仪器分析分类三、仪器分析分类分分析析化化学学化学分析化学分析重量分析法重量分析法滴定分析法滴定分析法仪器分析仪器分析光学分析法光学分析法电化学分析法电化学分析法色谱分析法色谱分析法其他仪器分析法其他仪器分析法(物质的化学反应物质的化学反

6、应)( (物质的物理物质的物理性质或物理化性质或物理化学性质学性质) ) 1.1.光学分析法光学分析法 利用待测物质的利用待测物质的光学性质光学性质进行分析测定的方法。进行分析测定的方法。 光谱法和非光谱法光谱法和非光谱法 光谱法光谱法依据物质对电磁辐射的依据物质对电磁辐射的吸收，发射吸收，发射和拉曼散射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。析方法。 非光谱法非光谱法指通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，指通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干射，衍射，偏振等）的变化建立的方法。折射，干射，衍射，偏振

7、等）的变化建立的方法。紫外和可见光谱法紫外和可见光谱法红外光谱法红外光谱法荧光法、磷光法荧光法、磷光法化学发光法化学发光法分子吸收光谱法分子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法光谱法光谱法分子发光分析法分子发光分析法原子发射光谱法原子发射光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法火焰光度分析法火焰光度分析法l利用待测物质的利用待测物质的电化学性质电化学性质进行分析测进行分析测定的方法定的方法l根据测量的电信号不同根据测量的电信号不同, , 主要有五大类主要有五大类: : 电导分析法电导分析法 电位分析法电位分析法 电解分析法电解分析

8、法 库仑分析法库仑分析法 伏安及极谱分析法伏安及极谱分析法l利用各待测组分在互不相容的两相中的利用各待测组分在互不相容的两相中的吸附、吸附、分配、离子交换、排斥渗透分配、离子交换、排斥渗透等性质方面的不同等性质方面的不同而进行分离和分析的方法。而进行分离和分析的方法。l包括：包括：气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法和离子交换色谱法等。谱法和离子交换色谱法等。4. 4. 其它仪器分析方法其它仪器分析方法l利用热学、力学、声学、动力学等性质进行测利用热学、力学、声学、动力学等性质进行测定分析的分析方法定分析的分析方法 l包括：包括： 质谱法、电泳法、热分析法、

9、放射分析质谱法、电泳法、热分析法、放射分析法等法等步步 骤骤作作 用用 者者内内 容容提出问题提出问题客户客户地表下土壤层原油渗透地表下土壤层原油渗透确定分析的任确定分析的任务务客户与分析者客户与分析者原油渗透污染面积多大原油渗透污染面积多大确定分析程序确定分析程序分析者分析者油的萃取、分离和定量测定油的萃取、分离和定量测定取样取样分析者与客户分析者与客户取取100g具有代表性的固体样品具有代表性的固体样品样品制备样品制备分析者分析者混匀、二次取样、用混匀、二次取样、用CCl4萃取萃取测量测量分析者分析者GC分析法分析萃取液分析法分析萃取液数据评价数据评价分析者分析者对对GC流出时间及峰高进行

10、定性、流出时间及峰高进行定性、定量定量结论结论分析者分析者与样品量相关的与样品量相关的GC值是否在允许值是否在允许限之下限之下报告报告分析者向客户分析者向客户提出进一处理问题的方法提出进一处理问题的方法分析全过程示例（土壤油污染分析）分析全过程示例（土壤油污染分析）1. 仪器分析应用广泛仪器分析应用广泛后期学习的铺垫：生物化学、药理学、检验学、后期学习的铺垫：生物化学、药理学、检验学、 影像学等；影像学等；临床诊断、生命科学；临床诊断、生命科学；科研和发展：高水平的研究课题几乎都离不开分科研和发展：高水平的研究课题几乎都离不开分析仪器。析仪器。2. 发展概况发展概况l在光谱方面：在光谱方面：引

11、入等离子体、傅立叶变换、激光引入等离子体、傅立叶变换、激光技术等，出现了一系列新仪器。电感耦合等离子技术等，出现了一系列新仪器。电感耦合等离子体、傅里叶变换红外光谱、等离子质谱等；体、傅里叶变换红外光谱、等离子质谱等；l在色谱方面：在色谱方面：近年来发展了近年来发展了CE, 超临界流体色谱超临界流体色谱等和一些联用技术：等和一些联用技术：GC-MS, LC-MS, GC-FT-IR, CE-MS；l发展方向：发展方向：自动化自动化 智能化智能化 微型化。微型化。与分析仪器发明相关的诺贝尔奖与分析仪器发明相关的诺贝尔奖1901Rontgen et al首次发现首次发现X射线存在射线存在1907M

12、ichelson et al首次制造精密光谱仪器首次制造精密光谱仪器1922Aston et al发明质谱测定同位素发明质谱测定同位素1923Pregl et al发明有机物微量分析发明有机物微量分析1930Raman et al发现拉曼效应发现拉曼效应1944Rabi et al用共振方法记录原子核磁性用共振方法记录原子核磁性1948Tiselius et al用电泳法发现血浆蛋白性质用电泳法发现血浆蛋白性质1952Bloch et al发展核磁共振精细测量法发展核磁共振精细测量法1952Martin et al发明分配色谱发明分配色谱1959Heyrovsky et al发明极谱法发明极谱

13、法1981Siegbahn et al发明高分辨电子光谱法发明高分辨电子光谱法1981Bloembergen et al 发展激光光谱学发展激光光谱学1991Ernst et al对高分辨核磁共振方法发展对高分辨核磁共振方法发展 基因组计划、蛋白组计划等的实现基因组计划、蛋白组计划等的实现 纳米技术的发展和应用纳米技术的发展和应用 人类在分子水平上认识世界人类在分子水平上认识世界 生态环境保护检测和发现污染源生态环境保护检测和发现污染源 早期诊断疾病保证人类健康早期诊断疾病保证人类健康 兴奋剂的检测兴奋剂的检测 原子量的准确测定原子量的准确测定 生命过程的控制生命过程的控制 工农业生产的发展工

14、农业生产的发展分析化学已成为分析化学已成为21世纪生命科学和纳米科技发展的关键世纪生命科学和纳米科技发展的关键国家自然科学基金分析化学学科国家自然科学基金分析化学学科“十五十五”优先资助领域优先资助领域 高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法 痕量活性物质及自由基在体、原位、实时分析痕量活性物质及自由基在体、原位、实时分析 单细胞、单分子、单原子检测分析单细胞、单分子、单原子检测分析 手性化合物的分离分析手性化合物的分离分析 多元、多维的联合分离分析及数据处理技术多元、多维的联合分离分析及数据处理技术 环境中痕量化学物质的表面、结构与形态分析环境中痕量

15、化学物质的表面、结构与形态分析 生物体内重要化学信息物质的分析生物体内重要化学信息物质的分析 芯片分析化学及分析仪器微型化芯片分析化学及分析仪器微型化l一般用一般用精密度、准确精密度、准确度、检出限、灵敏度、度、检出限、灵敏度、标准曲线的线性及线标准曲线的线性及线性范围性范围等项指标进行等项指标进行评价。评价。l精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次所精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次所得结果的一致程度。得结果的一致程度。l常用测定结果的标准偏差常用测定结果的标准偏差s s或相对标准偏差或相对标准偏差s sr r度量。度量。l重复性重复性 同一分析人员在同一条件下平行测定结果同一分

16、析人员在同一条件下平行测定结果 的精密度。的精密度。l再现性再现性 不同实验室所得测定结果的精密度。不同实验室所得测定结果的精密度。1)(12nxxsnii%100 xssrl试样含量的测定值与试样含量的真实值（或试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度。准确度标准值）相符合的程度称为准确度。准确度常用相对误差量度。常用相对误差量度。 %100 xErdmdxS dcdxS l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，称为方法的灵敏度，应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度，用用S S表示。表示。 bbLksXX检出限检出

17、限 某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度（相对检出限）或最小质量（绝对检出限），称为这种浓度（相对检出限）或最小质量（绝对检出限），称为这种方法对该物质的检出限。方法对该物质的检出限。 对于光学分析方法，可以与空白信号区别的最小信号对于光学分析方法，可以与空白信号区别的最小信号XL 检出限是一个定性概念，只表明此浓度或量的响应信号可检出限是一个定性概念，只表明此浓度或量的响应信号可以与空白信号相区别。在检出限附近不能进行定量分析。以与空白信号相区别。在检出限附近不能进行定量分析。方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。检出限是

18、方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标，方法灵敏度和精密度的综合指标，能产生响应信号为能产生响应信号为XL-Xb的被测物质的浓度或量就是方法的被测物质的浓度或量就是方法对该物质的检出限，用对该物质的检出限，用DL表示。表示。l标准曲线标准曲线被测物质的浓度或含量被测物质的浓度或含量x与仪器响与仪器响应信号应信号y的关系曲线的关系曲线l线性范围线性范围定量测定的最低浓度到标准曲线定量测定的最低浓度到标准曲线偏离线性浓度的范围偏离线性浓度的范围l标准曲线的绘制标准曲线的绘制 y=a+bxyxniiniiixxyyxxb121)()(xbyax1 x2 x3 x4 x5 y1 y2 y3 y4 y5niniiiniiiyyxxyyxxr1121221)()()( 越接近越接近1，则，则y与与x之间的线形关系就越好。之间的线形关系就越好。r=0时，时，y与与x之间不存在线性关系之间不存在线性关系 y与与x之间有一定的线性关系之间有一定的线性关系 r10 r 值在值在+1.0000与与-1.0000之间之间l 掌握各种仪器分析方法及其原理；掌握各种仪器分析方法及其原理；l 基本掌握仪器构成；基本掌握仪器构成；l 掌握定性、定量分析的各种方法；掌握定性、定量分析的各种方法；l 能够根据研究对象和任务，正确选择分析方法；能够根据