第一仪分绪论

1、Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析化学化工系化学化工系 范冬梅范冬梅分析化学分析化学( (下下) )Instrumental ChemistryInstrumental ChemistryInstrumental Chemistry 仪器分析仪器分析第一章第一章 绪论绪论Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析仪器分析简介仪器分析简介定量分析方法的评价指标定量分析方法的评价指标标准曲线标准曲线灵敏度灵敏度精密度精密度准确度准确度检出限检出限分析化学和仪器分析分析化学和仪器分析仪器分析方法仪器分析方法仪器分析的发展概况仪器分析的发展概况Instr

2、umental Chemistry 仪器分析仪器分析一一 仪器分析和分析化学仪器分析和分析化学 一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分性质的参数及其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含量及化学结构等信息的一类一类方法。方法。 这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。1.什么是仪器分析？什么是仪器分析？Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析

3、分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学，它分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学，它包括化学分析和仪器分析两大部分。包括化学分析和仪器分析两大部分。化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。试剂、天平和一些玻璃器皿。仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础 建建立起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复杂立起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复杂的仪器。的

4、仪器。仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方向。分析是分析化学的发展方向。2.分析化学分析化学化学分析、仪器分析化学分析、仪器分析Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 灵敏度高，检出限量可降低。灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分如样品用量由化学分 析的析的mL、mg级降低到仪器分析的级降低到仪器分析的 g、 L级，甚至更低。适级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。合于微量、痕量和超痕量成分的测定。 择性好。择性好。很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的很多的仪器分析方

5、法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。 操作简便，分析速度快，容易实现自动化。操作简便，分析速度快，容易实现自动化。 相对误差较大。相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。，不适用于常量和高含量成分分析。 需要价格比较昂贵的专用仪器。需要价格比较昂贵的专用仪器。3.仪器分析的特点（与化学分析比较）仪器分析的特

6、点（与化学分析比较）Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析表表1.1 常量分析、半微量和微量分析常量分析、半微量和微量分析Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析基础上的发展。少数仪器分析方法的原理，涉及到学分析基础上的发展。少数仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；不少仪器分析方法，还必须与有关化学分析的基本理论；不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成试样处理、分离及掩蔽等化学分析手段相结合

7、，才能完成分析的全过程。分析的全过程。 仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度；仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度； 有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有机试剂和配合物化学等理论，所以在不少书籍中，把它有机试剂和配合物化学等理论，所以在不少书籍中，把它列入化学分析。列入化学分析。4.仪器分析与化学分析关系仪器分析与化学分析关系Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析根据测量原理和信号特点根据测量原理和信号特点, ,仪器分析可分为四大类。仪器分析可分为四大类。1.1. 光学分析法光学分析法

8、 凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光学凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光学分析法。可分为分析法。可分为光谱法和非光谱法光谱法和非光谱法 光谱法则是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用光谱法则是以光的吸收，发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。 非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，仅通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，仅通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干涉，衍射，偏振等）。干涉，衍射，偏振等）。 二二 仪器分析方法仪器分析方法Ins

9、trumental Chemistry 仪器分析仪器分析2.2.电分析化学方法电分析化学方法 电化学分析法是根据物质在溶液中的电化学性电化学分析法是根据物质在溶液中的电化学性质建立的一类分析方法质建立的一类分析方法。3.3. 色谱法色谱法 色谱法是以物质在两相色谱法是以物质在两相(流动相和固定相流动相和固定相)中分配中分配比的差异而进行分离和分析的方法比的差异而进行分离和分析的方法。 以电讯号作为计量关系的一类方法以电讯号作为计量关系的一类方法, 主要有五大主要有五大类类: 电导法、电导法、 电位法、电位法、 电解法、电解法、 库仑法、库仑法、 伏安法及极谱法。伏安法及极谱法。 主要有主要有:

10、气相色谱法和液相色谱法气相色谱法和液相色谱法Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析4. 4. 其它仪器分析方法其它仪器分析方法 质谱：根据物质带电粒子的质荷比在电磁场作用质谱：根据物质带电粒子的质荷比在电磁场作用下进行定性、定量和结构分析的方法。下进行定性、定量和结构分析的方法。 热分析：依据物质的质量、体积、热导、反应热热分析：依据物质的质量、体积、热导、反应热等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法。等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法。热差分析法。热差分析法。 放射分析：依据物质的放射性辐射来进行分析的放射分析：依据物质的放射性辐射来进行分析的方法同位素稀

11、释法，中子活化分析法。方法同位素稀释法，中子活化分析法。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析三三 仪器分析的发展概况仪器分析的发展概况仪器分析的三次巨大变革仪器分析的三次巨大变革 第一次变革第一次变革:20:20世纪初世纪初, ,分析天平的发明分析天平的发明, ,借助于物借助于物理化学溶液溶液理论的发展（四大平衡的建立）理化学溶液溶液理论的发展（四大平衡的建立） 第二次变革第二次变革: 20: 20世纪世纪4040年代以后年代以后, ,物理电子的发展物理电子的发展, ,各种仪器分析方法相继建立各种仪器分析方法相继建立. . 第三次变革第三次变革: : 现在现代科学技术

12、和生产的发展现在现代科学技术和生产的发展, ,计计算机的使用算机的使用, ,尤其微型计算的发展，给仪器分析带尤其微型计算的发展，给仪器分析带来全新的革命。来全新的革命。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析2020世纪世纪4040 5050年代兴起的材料科学，年代兴起的材料科学，6060 7070年代发展起来年代发展起来的环境科学都促进了分析化学学科的发展。的环境科学都促进了分析化学学科的发展。8080年代以来，生年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不

13、断地更新自分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。分析方法。如生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等如生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进行分析。行分析。1. 仪器分析的发展仪器分析的发展Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分

14、析 信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。n 计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成的任务，如实验室的自动化，图谱的快速检索，复杂的任务，如实验室的自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换主要依赖于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感主要依赖于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物器的发

15、展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。传感器。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。析任务。n联用分析技术：

16、联用分析技术： 1.气相色谱气相色谱质谱法（质谱法（GCMS） 2.气相色谱气相色谱质谱法质谱法质谱法（质谱法（GCMSMS） 3.气相色谱气相色谱原子发射光谱法（原子发射光谱法（GCAED） 4.液相色谱液相色谱质谱法（质谱法（HPLCMS）Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析2. 2. 前景展望前景展望(1).(1).生命科学研究对分析化学提出高的要求生命科学研究对分析化学提出高的要求活体分析，单细胞分析，基因分析，及药物的活体分析，单细胞分析，基因分析，及药物的检测等检测等(2).(2).环境监测及控制环境监测及控制自动化自动化 智能化智能化 微型化微型化Ins

17、trumental Chemistry 仪器分析仪器分析1.理论与实际相结合理论与实际相结合2.掌握仪器的使用、原理、特殊性掌握仪器的使用、原理、特殊性四四 怎样学习仪器分析怎样学习仪器分析Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析第二节第二节 定量分析方法的评价指标定量分析方法的评价指标一、标准曲线及其线性范围一、标准曲线及其线性范围标准曲线标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。号的关系曲线。 线性范围线性范围 标准曲线的直线部分所对应的被测物质标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围。浓度（或含量）的范围

18、。 特点：选择分析方法应有较宽的线性范围特点：选择分析方法应有较宽的线性范围Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 一元线性回归法一元线性回归法 y = a + bxb 为回归系数即斜率为回归系数即斜率 a 为截距为截距 标准曲线的绘制 标准曲线是依据标准系列标准曲线是依据标准系列(或含量或含量)和其相应的响应和其相应的响应信号测量值来绘制的。信号测量值来绘制的。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析相关系数相关系数r 在分析化学上，相关系数是用来表征被测物质的在分析化学上，相关系数是用来表征被测物质的浓度（或含量）浓度（或含量）x与其响应信号值

19、与其响应信号值y之间线性关系好之间线性关系好坏程度的一个统计参数。坏程度的一个统计参数。ni =1()xyxyii) (ni =1(xix)ni =1(yiy )12/2+r =当当|r|=1时，时，y与与x之间存在着严格的线形关系。之间存在着严格的线形关系。|r|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。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析二、灵敏度二、灵敏度Sdxdcdm或 S=dx 物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变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，用化的程度，称为方法的灵敏度，用

20、S 表示。表示。 灵敏度也就是标准曲线的斜率，斜率越大，方法的灵敏度也就是标准曲线的斜率，斜率越大，方法的灵敏度就越高。灵敏度就越高。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析三、精密度三、精密度 精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。定所得测定结果的一致程度。 精密度常用测定结果得标准偏差精密度常用测定结果得标准偏差 s 或相对标准偏差或相对标准偏差（sr）量度。）量度。S)ixx(i =1n2n1=rS=Sx%100Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析四、准确度四、准确

21、度 试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）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。准确度常用相对误差量度。相符合的程度称为准确度。准确度常用相对误差量度。 Er= x100 %五、检出限五、检出限 某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小质量，称为这种方法对该物质的检出限，以浓度表最小质量，称为这种方法对该物质的检出限，以浓度表示的称为相对检出限，以质量表示的称为绝对检出限。示的称为相对检出限，以质量表示的称为绝对检出限。Instrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 对于光学分析法，可以

22、与空白信号区别的最小信号对于光学分析法，可以与空白信号区别的最小信号XL由下式确定：由下式确定：XLbks+=Xb式中：式中：bX 为空白信号的平均值；为空白信号的平均值；s sb b为空白信号的标准为空白信号的标准偏偏差；差；k k为根据一定的置信水平确定的系数，为根据一定的置信水平确定的系数，IUPACIUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）建议（国际纯粹与应用化学联合会）建议 k k 值值取取3 3。能产生净响应信号为。能产生净响应信号为的被测物质的的被测物质的浓度或质量就是方法对该物质的检出限，用浓度或质量就是方法对该物质的检出限，用 D 表表示。示。XLbXXLbXDSs3=bSInstrumental Chemistry 仪器分析仪器分析 方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。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，它是评价检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标，它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。仪器性能及分析方法的主要技术指标。Instrumental