《仪器分析》第一章 绪论

1、薛薛 珲珲 (Xue Hun) TE-mail： 第一章第一章 仪器分析绪论仪器分析绪论 Chapter OneGuide of Instrument Analysis v一、一、 分析化学概述分析化学概述v二、仪器分析的内容与分类二、仪器分析的内容与分类v三、仪器分析应用领域三、仪器分析应用领域v四、分析方法的选择四、分析方法的选择v五、课程主要内容与学习方法五、课程主要内容与学习方法v六、分析仪器六、分析仪器一、一、 分析化学概述分析化学概述 起源起源：古代炼金术古代炼金术 手段：手段：人类的感官和双手人类的感官和双手 分析化学是研究获取物质的组成、形态、结构等分

2、析化学是研究获取物质的组成、形态、结构等信息及其相关理论的科学；是化学中的信息及其相关理论的科学；是化学中的信息科学信息科学； 它对化学科学发展的贡献极大，甚至被有些人称它对化学科学发展的贡献极大，甚至被有些人称为为 “现代化学之父现代化学之父”。 分析化学的发展过程是人们从化学的角度认识世分析化学的发展过程是人们从化学的角度认识世界、解释世界的过程；界、解释世界的过程；分析化学的发展历史上出现过三次巨大变革分析化学的发展历史上出现过三次巨大变革u19世纪末世纪末20世纪初叶：世纪初叶：由由“技艺技艺”上升到科学理论。上升到科学理论。标志工具是：天平的使用。标志工具是：天平的使用。u20世纪四

3、十年代世纪四十年代 20世纪八十年代：世纪八十年代：由由“分析技术科学分析技术科学”上升到上升到“化学信息科学化学信息科学”。标志工具是：大量电子分析仪器、仪表的使用。标志工具是：大量电子分析仪器、仪表的使用。u20世纪八十年代世纪八十年代 21世纪初：世纪初：由由“化学信息科学化学信息科学” 上升到上升到“系统信息科学系统信息科学” 。标志工具是：微型计算机控制的现代智能型分析仪标志工具是：微型计算机控制的现代智能型分析仪器的大量使用。器的大量使用。2020世纪世纪4040年代后，确立了仪器分析的地位：年代后，确立了仪器分析的地位：（1 1）社会发展的迫切需要（连续化大生产的迫切需社会发展的

4、迫切需要（连续化大生产的迫切需要）；要）； （2 2）物理学）物理学+ +电子技术电子技术+ +精密仪器制造技术的发展；精密仪器制造技术的发展；Martin A J P Martin A J P 和和Synge R L MSynge R L M；建立了气相色谱分；建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖析法；诺贝尔化学奖19521952年；年；Heyrovsky JHeyrovsky J，建立极谱分析法，诺贝尔化学奖，建立极谱分析法，诺贝尔化学奖19591959年。年。二、仪器分析的内容与分类二、仪器分析的内容与分类 20世纪世纪40年代后：年代后： 化学分析化学分析 Chemical Analys

5、is 仪器分析仪器分析 Instrumental Analysis 分析化学分析化学用精密分析仪器测量物质的某些物理或物用精密分析仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化学组成、含量及化理化学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法，又称为物理和物学结构的一类分析方法，又称为物理和物理化学分析法。理化学分析法。v物理分析法物理分析法 根据被测物质的某种物理性质与组分的关系，根据被测物质的某种物理性质与组分的关系，不经化学反应直接进行定性或定量分析的方不经化学反应直接进行定性或定量分析的方法。如：色谱分析等。法。如：色谱分析等。v物理化学分析法物理化学分析法 根据被测物质在化学变

6、化中的某种物理性质根据被测物质在化学变化中的某种物理性质与组分之间的关系，进行定性或定量分析的与组分之间的关系，进行定性或定量分析的方法。如电位分析法等。方法。如电位分析法等。仪器分析电化学分析法光分析法色谱分析法热分析法分析仪器联用技术质谱分析法仪器分析方法的分类仪器分析方法的分类仪器分析方法的分类仪器分析方法的分类( (根据用以测量的物质性质根据用以测量的物质性质) )分 类性质特征 分析方法光学分析法辐射的发射原子发射光谱分析法、原子荧光谱分析法、X荧光光谱分析法、分子发光（荧光、磷光、化学发光）光谱分析法、电子能谱辐射的吸收原子吸收光谱分析法、X-射线吸收光谱分析法、紫外-可见吸收光谱

7、分析法、红外吸收光谱分析法、核磁共振波谱分析法、电子自旋共振波谱分析法辐射的衍射X射线衍射分析法、电子衍射分析法辐射的散射拉曼光谱分析法、浊度分析法辐射的转动旋光色散分析法、偏振分析法、圆二向色性分析法辐射的折射折射分析法、干涉分析法电分析化学法电 位电位分析法、电位滴定分析法、计时电位法电 流伏安分析法、极谱分析法、计时电流法电 阻电导分析法电 量库仑分析法色谱分析法两相间的分配气相色谱分析法、液相色谱分析法、毛细管电泳、薄层色谱、超临界流体色谱、离子色谱其他分析法质荷比质谱分析法热性质重量分析法、差热分析法 核性质中子活化分析 社会：社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食体育（兴

8、奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量、三聚氰胺）、环境质量（污染实品添加剂、农药残留量、三聚氰胺）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）技术，物证） 化学：化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法； 生命科学：生命科学：DNA测序；活体检测；测序；活体检测； 环境科学：环境科学：环境监测；污染物分析；环境监测；污染物分析； 材料科学：材料科学：新材料结构与性能；新材料结构与性能； 药物：药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；天然药物的有效成分与结构，构效关系研究； 外层空间探索：外层

9、空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。微型、高效、自动、智能化仪器研制。三、仪器分析应用领域三、仪器分析应用领域经典分析经典分析化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性方法：加入各种试剂，测量待测物的颜色、沸熔定性方法：加入各种试剂，测量待测物的颜色、沸熔 点、气味、光学性质（拆射、反射、衍射）点、气味、光学性质（拆射、反射、衍射） 以及在不同溶剂中的溶解特性。以及在不同溶剂中的溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法定量方法：重量法、滴定（容量）法 仪器分析仪器分析化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、化学分离：色谱技术和毛细管电泳技

10、术开始取代沉淀、 萃取、蒸馏等分离方法；萃取、蒸馏等分离方法；定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性，定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性， 如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧 光等；光等；四、分析方法的选择四、分析方法的选择注意：注意：u从经典分析到以上众多仪器分析中选择一个合从经典分析到以上众多仪器分析中选择一个合适方法并不容易；适方法并不容易；u大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分析的灵敏度都比经典分析法高；析的灵敏度都比经典分析法高；u仪器分析对多元素或化合物分析都具更高的选仪器分析

11、对多元素或化合物分析都具更高的选择性，但经典分析中的重量或容量分析的选择性择性，但经典分析中的重量或容量分析的选择性比仪器分析法要好；比仪器分析法要好；u从准确性、方便性和耗时上看，不能绝对地讲从准确性、方便性和耗时上看，不能绝对地讲哪种方法更好。哪种方法更好。 仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象，仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象， 到到底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑：底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑： 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

12、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选择分析方法的几种考虑问题：问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分析问题呢？决某个分析问题呢？ 必须了解该仪器的性能，或者说，该仪必须了解该仪器的性能，或者说，该仪器到底可作什么分析！器到底可作什么分析！还必须考

13、虑：还必须考虑： 分析速度，分析难度或方便性，对操作分析速度，分析难度或方便性，对操作者的技能要求，仪器的维护及实用性，分析者的技能要求，仪器的维护及实用性，分析测试的费用。测试的费用。五、课程主要内容与学习方法五、课程主要内容与学习方法仪器分析：化学仪器分析：化学+物理学物理学+电子技术电子技术+计算机计算机 (综合性学科综合性学科)各成体系各成体系特点特点内容繁多内容繁多应用应用操作条件选择操作条件选择仪器结构仪器结构电分析法电分析法方法原理方法原理其他分析法其他分析法色谱分析法色谱分析法光分析法光分析法仪器分析方法仪器分析方法课程内容课程内容课程的学习方法课程的学习方法 1. 1. 抓住

14、主线抓住主线 特点特点原理原理用途；重点在原理用途；重点在原理2. 2. 归纳共性与个性归纳共性与个性 色谱法：共性：复杂混合物分离分析色谱法：共性：复杂混合物分离分析 个性：流动相个性：流动相- -原理原理- -对象对象3. 3. 处理好整体与局部处理好整体与局部 分析仪器分析仪器结构流程结构流程关键部件关键部件4. 4. 用心用心 v绪论绪论v色谱分析色谱分析（第（第9 9章章- -第第1111章）章）v光化学分析（第光化学分析（第2 2章章- -第第7 7章章）v电化学电化学分析（第分析（第8 8章）章）v其它分析技术（第其它分析技术（第1212章）章）教学要求与安排教学要求与安排教学要

15、求与安排教学要求与安排v1. 1. 学时学时: 32: 32课时课时 期中期中: :完成一篇小论文完成一篇小论文 期末考期末考2h2hv2. 2. 成绩评定成绩评定: : 期中期中30% 30% 期末期末60% 60% 平时平时( (作业、考勤）作业、考勤）10%10%六、分析仪器六、分析仪器 仪器分析方法的主要性能指标仪器分析方法的主要性能指标1. 精密度精密度RSD%100%rSSx指用同样的方法所测得的数据间相互一致性的程度；指用同样的方法所测得的数据间相互一致性的程度；表征随机误差的一个量；表征随机误差的一个量；通常用相对标准偏差来量度。通常用相对标准偏差来量度。 标准偏差标准偏差平均

16、值平均值2. 准确度准确度分析数据与真实值接近的程度。分析数据与真实值接近的程度。用相对误差表示。用相对误差表示。精密度和准确度精密度和准确度(a)精密度高，准确度高；精密度高，准确度高；(b)精密度高，准确度差；精密度高，准确度差；(c)精密度、准确度都差；精密度、准确度都差；(d)精密度差，准确度高。精密度差，准确度高。(a)(b)(c)(d)精密度和准确度均高，可靠性好。精密度和准确度均高，可靠性好。3. 灵敏度灵敏度区别具有微小差异浓度分析物能力的度量。区别具有微小差异浓度分析物能力的度量。 ()Scm信号变化量灵敏度浓度（质量）变化量受校正曲线的斜率和测量设备的重现性或精密度的限制。

17、受校正曲线的斜率和测量设备的重现性或精密度的限制。v校正曲线斜率越大，方法较灵敏；校正曲线斜率越大，方法较灵敏；v校正曲线斜率相同时，精密度好的灵敏度高。校正曲线斜率相同时，精密度好的灵敏度高。 4. 检出限检出限能以适当的置信概率被检出的组分的最小量或最小浓度。能以适当的置信概率被检出的组分的最小量或最小浓度。-3LOOAASDBB5. 校正曲线的线性范围校正曲线的线性范围 从定量测定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线从定量测定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线性浓度的范围。性浓度的范围。 线性范围至少应有两个数量级，某些的方法的线性范围至少应有两个数量级，某些的方法的应用尝试可达应用尝试可达5-6

18、5-6个数量级。个数量级。6. 选择性选择性 方法不受试样基体中所含其他类物质干扰的程度。方法不受试样基体中所含其他类物质干扰的程度。 选用选择系数来表征分析方法的选择性（离子选择选用选择系数来表征分析方法的选择性（离子选择性电极）。性电极）。 仪器分析方法的校正仪器分析方法的校正SKC工作曲线法工作曲线法 外标法外标法 标准曲线法标准曲线法图图1-2 S-c 标准曲线标准曲线S:S:响应信号响应信号 C:C:被测物质的浓度被测物质的浓度( (或含量或含量) K:) K:条件常数条件常数 仪器分析定量的基础仪器分析定量的基础Sx=KCxSs=K(Cx+Cs) 标准加入法标准加入法图图1-3 标准加入法校正曲线标准加入法校正曲线xsxsxSSSCCCxCx: :稀释后试样中待测物的浓稀释后试样中待测物的浓度，度，Cs:Cs:所加标准试样的浓度所加标准试样的浓度， SxSx和和Ss:Ss:所测得的待测物所测得的待测物和标准试样的响应。和标准试样的响应