仪器分析知识讲座

仪器分析基本知识1第一页，共五十七页。

提要概述一、分析分类二、仪器分析分类及原理

1.光学分析仪器

2.电化学分析仪器

3.色谱分析仪器三、仪器分析的应用领域发展概况四、营销人员的素质要求概述分析分类仪器分析光学分析电化学分析低碳色谱分析素质要求2第二页，共五十七页。概述分析分类仪器分析光学分析电化学分析

概述

人才色谱分析素质要求

分析仪器是分析工作者必备工具，作为分析仪器销售人员，应该全面了解仪器的性能、技术参数、简单的调校及工作原理，简单的维护、维修知识。要了解你所销售的仪器相关的传输或控制软件情况，懂得测量学基本知识，行业对分析的需求，执行标准情况，该仪器的定位，应用实例。还有要了解其它品牌仪器的性能、价格及技术参数，在销售的时候适当作对比。你要销售的仪器如何满足用户的需求，可能会遇到的技术问题。分析仪器销售是借助你的技术平台，实现新技术的推广和应用。

仪器销售人员---是行业里的高技术人才3第三页，共五十七页。基本知识概述光学分析电化学分析色谱分析分析化学：根据化学、分析化学原理来测定和鉴别物质的组成、状态、结构及组分含量的实验科学化学分析：应用无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学等学科理论的一种科学实践活动仪器分析：是指采用比较复杂或特殊的设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的变化来获取物质的信息参数的分析方法。检测：为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。测量：为了察看某类事物的结果或某物质的性能而从事某种活动。

分析与检测素质要求仪器分析分析基本概念4第四页，共五十七页。1.按分析任务分类：定性分析、定量分析、结构分析2.按分析对象分类：无、有机分析、行业分析3.按测定原理分类：化学分析、仪器分析4.按测定含量分类：常量、半微量、微量分析5.按作用分类：例行分析、仲裁分析离线分析、在线分析、实时分析、原位分析、在体分析分析方法的分类（公司涉及范围）5第五页，共五十七页。定量分析化学分析法仪器分析法重量分析法容量分析法（滴定分析法）光学分析法电学分析法酸碱滴定法氧化还原滴定法配位滴定法沉淀滴定法色谱分析法吸收光谱法发射光谱法散射光谱法原子吸收分子吸收定量分析6第六页，共五十七页。用于分析目的的物理性质及仪器分析方法的分类方法的分类被测物理性质相应的分析方法光学分析法

辐射的发射

辐射的吸收

辐射的散射辐射的折射辐射的衍射辐射的旋转发射光谱法（X射线、紫外、可见光等），火焰光度法，荧光光谱法（X射线、紫外、可见光），磷光光谱法，放射化学法分光光度法（X射线、紫外、可见光、红外），原子吸收法，核磁共振波谱法，电子自旋共振波谱法浊度法，拉曼光谱法折射法，干涉法X射线衍射法，电子衍射法偏振法，旋光色散法，圆二色性法电化学分析法

半电池电位电导电流-电压特性电容电位分析法，电位滴定法电导法极谱分析法库仑分析法色谱分析法两相间的分配气相色谱法，液相色谱法热分析法热性质热导法、热焓法7第七页，共五十七页。仪器分析分析分类光学分析电化学分析色谱分析光学分析仪器素质要求概述利用待测物质的光学性质进行分析测定的方法光谱法和非光谱法：

非光谱法—指通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干射，衍射，偏振等）的变化建立的方法。

光谱法—依据物质对电磁辐射的吸收，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，是主要的光分析方法。8第八页，共五十七页。电磁波波长范围频率（Hz）光子能量（eV）量子跃迁类型γ射线<0.005nm>6.0×1019>2.5×105核能级X射线0.005～10nm6.0×1019～3.0×10162.5×105～1.2×102内层电子真空紫外区10～200nm3.0×1016～1.5×10151.2×102～6.2价电子近紫外光区200～400nm1.5×1015～7.5×10146.2～3.1价电子可见光区400～800nm7.5×1014～3.8×10143.1～1.6价电子近红外光区0.8～2.5μm3.8×1014～1.2×10141.6～0.50分子振动能级中红外光区2.5～50μm1.2×1014～6.0×10120.50～2.5×10-2分子振动能级远红外光区50～1000μm6.0×1012～3.0×10112.5×10-2～1.2×10-3分子转动能级微波区0～300mm3.0×1011～1.0×1091.2×10-3～4.1×10-6分子转动能级无线电波区>300mm<1.0×109<4.1×10-6电子和核的自旋2.1电磁波的分区9第九页，共五十七页。10第十页，共五十七页。

原理分析方法辐射的发射辐射的吸收辐射的散射辐射的折射辐射的衍射辐射的旋转发射光谱法（X-射线、紫外、可见），火焰光度法，荧光光谱法（X-射线、紫外、可见），分子荧光光谱法、磷光光谱法、放射化学法。分光光度法（γ-射线、X-射线、紫外、可见、红外），比色法，原子吸收光谱法，核磁共振波谱法，电子自旋共振波谱法。比浊法、拉曼光谱法、散射浊度法。折射法、干涉法、激光热投射镜光谱法、激光热偏转光谱法X－射线衍射法、电子衍射法偏振法、旋光色散法、圆二色光谱法2.2光学分析法分类二、仪器分析原理及分类11第十一页，共五十七页。光谱分析法原子光谱法分子光谱法其它波谱法原子发射光谱法(AES)

原子吸收光谱法(AAS)

原子荧光光谱法(AFS)紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)

红外吸收光谱法(NIR)

分子荧光与磷光光谱法(FS)

化学发光光谱法()

拉曼光谱法()

核磁共振波谱法(NMR)

质谱法（MS)

12第十二页，共五十七页。光源作用和要求

紫外光源——氢灯或氘灯；可见光源——钨灯；红外光源——硅碳棒；线光源——空心阴极灯。电感耦合等离子体ICP激光光源13第十三页，共五十七页。2.4原子吸收光谱（AAS）原子吸收光谱基本概念：（1）用该元素的锐线光源发射出特征辐射；（2）试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子；（3）当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，部分光被蒸气中基态原子吸收而减弱，通过单色器和检测器测得特征谱线被减弱的程度，即吸光度，根据吸光度与被测元素的浓度成线性关系，从而进行元素的定量分析。14第十四页，共五十七页。15第十五页，共五十七页。原子吸收分光光度计的基本结构16第十六页，共五十七页。2.5

原子发射光谱（AES）基本概念：

物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M*

，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。M*M+hv

用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子或离子的外层电子

受激发发射特征光学谱线，利用这种光谱进行分析的仪器叫做原子发射光谱分析仪器（法）。波长范围在190~900nm。17第十七页，共五十七页。2.6原子荧光光谱(AFS)原子荧光光谱（AtomicFluorescenceSpectrometry）:通过测定原子在光辐射能的作用下发射的荧光强度进行定量分析的一种发射光谱分析方法。AFS气态原子吸收光源的特征辐射后，原子外层电子跃迁到激发态，然后返回到基态或较低能态，同时发射出与原子激发波长相同或不同的辐射即为原子荧光，是光致二次发光。AFS本质上仍是发射光谱。

18第十八页，共五十七页。2.7分子光谱法分子光谱法是基于分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱

分子外层电子能级的变化而产生的，由于分子光谱包含许多精细结构，因而表现为带状光谱，例如：紫外－可见吸收光谱，分子荧光光谱等。紫外可见分光光度法(UV-VIS)是物质在吸收10~800nm光波波长范围的光子所引起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光谱。波长<200nm的紫外光属于远紫外光，由于被空气所吸收，故亦称真空紫外光。该波段的吸收光谱属于真空紫外光谱。一般紫外可见光谱的波长范围：200~800（1000）nm。紫外可见吸收光谱分析法常称为紫外可见分光光度法。19第十九页，共五十七页。IR辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构红外吸收光谱产生的条件:(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图2.8红外吸收光谱20第二十页，共五十七页。认识各种现代分析仪器红外光谱仪紫外可见分光光度计21第二十一页，共五十七页。各类红外仪器22第二十二页，共五十七页。色谱质谱联用仪拉曼光谱仪23第二十三页，共五十七页。质谱仪质原子吸收核磁共振仪24第二十四页，共五十七页。利用待测物质的电化学性质进行分析测定的方法。通常是将待测试液与适当的电极构成一个化学电池，然后根据物质的组成及含量与化学电池的某些电参量之间的计量关系进行分析测试。根据测量的电信号不同,主要有五大类:

1.电导分析法

2.电位分析法

3.电解分析法

4.库仑分析法

5.伏安及极谱分析法。概述分析分类仪器分析光学分析色谱分析电化学分析素质要求3.电化学分析25第二十五页，共五十七页。电化学分析法电导分析法电位分析法（pH与离子选择性电极）电流分析法（库仑分析和电重量法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）3.电化学分析法26第二十六页，共五十七页。3.1电导的概念ρ=LAR在一固定尺寸的电极上加交流电压；溶解在溶液中的离子运动产生电流；电流的大小与溶液中总溶解固体成正比；电导常数与电导电极的物理尺寸有关。27第二十七页，共五十七页。电导率/电阻率的本质电导率和电阻率都是表征导体性质的量，取决于溶液本身性质：1.溶液中离子的数量2.离子类型(如.Cl-,Na+)3.离子的迁移率

=zi

ci

i

κ 为溶液的电导率(S/cm)zi 为离子所带的电荷数

ci

为每升的当量浓度λi

为每摩尔的西门子平方厘米当量电导28第二十八页，共五十七页。3.2电位分析原理

电位滴定:在化学电池中滴加能与待测物质发生定量反应的标准溶液,测量滴定过程中的电极电位或电池电动势,根据计量点附近电极电位或电池电动势的突跃以确定终点的方法,称为电位滴定。29第二十九页，共五十七页。30第三十页，共五十七页。3.4电化学分析方法的分类及特点方法名称测定的电参量特点及用途电位分析法电极电位、电位突变1、适用于微量组分、弱电解质的测定，微小电位突变。多等当点滴定、非水滴定。2、选择性好，适用于测定H+、F-Cl-K+等数十种离子电导分析法电阻或电导1、适用于测定水的纯度（电解质总量）2、选择性较差库仑分析法电量1、不需要标准物质，准确度高2、适用于测定许多金属、非金属离子及一些有机化合物极谱与伏安分析法电流-电压曲线1、选择性好，可用于多种金属离子和有机化合物的测定2、适用于微量和痕量组分的测定31第三十一页，共五十七页。3.3库仑分析法控制电位库仑分析法：直接根据被测物质在电解过程中所消耗的电量来求含量。库仑滴定法：用恒电流在100%的电流效率下进行电解，使电解过程中产生一种物质，该物质与被测物进行定量的化学反应，反应的化学计量点可用指示剂或电化学方法来指示，根据电解电流和电解消耗的时间按法拉第电解定律计算分析物的量。32第三十二页，共五十七页。应用：凡能以100%电流效率电解生成试剂，且能迅速而定量地反应的任何物质都可以用这种方法测定。故能用容量分析的各类滴定，如酸碱滴定、氧化还原法滴定、容量沉淀法、络合滴定等测定的物质都可用库仑滴定测定。根据所消耗的电量按照法拉第定律计算出被测物质的质量：库仑滴定的特征及应用

33第三十三页，共五十七页。库仑分析仪34第三十四页，共五十七页。光谱分析法原子光谱法分子光谱法其它波谱法紫外-可见吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光与磷光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法核磁共振波谱法质谱法小结：

人类社会的发展给分析化学带来了越来越多的难题，也为分析化学的发展提供了越来越多的机会和发展空间，要适应社会发展的需要，分析化学工作者（也包括我们）必须综合数学的、物理的、生物的、计算机的以及精密仪器制造的最新科学成果来丰富分析技术。因此，

——对象和方法这一对矛盾推动了分析化学的发展。——分析化学已经走出化学！——分析化学正在发展成一门信息科学！已经成为一门综合性边缘科学。

35第三十五页，共五十七页。气相色谱法（GC)

液相色谱法（LC)

超临界流体色谱法（SFC)

毛细管电泳法(HPCE)

毛细管电动色谱法色谱分离法电泳分离法分离法气相色谱仪液相色谱仪4.分离技术分析法36第三十六页，共五十七页。1.由俄国植物学家茨维特(Tsweett)创立2.原理试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法。其中的一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。3.分类(1)气相色谱和液相色谱(流动相)(2)柱色谱,纸(PC)色谱,薄层色谱(TLC)(固定相)(3)吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色谱(物理化学原理)

色谱法:一种分离技术在分析领域里应用37第三十七页，共五十七页。气相色谱主要部件进样口：分流/不分流、填充、柱头进样、自动进样器柱温箱：稳定性、最大温度、升温速率、阶数、速率稳定性

冷却速率检测器：FID、TCD、NPD、FPD、PFPD、ECD、PID化学工作站：可采集信号，谱图处理，各种积分函数等符合GMP,GLMP，ISO等实验室规范分析系统：色谱柱及配件38第三十八页，共五十七页。39第三十九页，共五十七页。气相色谱法的特点（1）分离效率高

复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2）灵敏度高

可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。（3）分析速度快

一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广

气相色谱：沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。

不足之处：

被分离组分的定性较为困难。40第四十页，共五十七页。气相色谱分析应用气相测定有机类挥发性物质1.石油化工分析中的应用：瓦斯气组成、异构体、油品中单体烃组成、衍生物等……

2.冶金工业中的：燃气、保护气、过程气、纯化气（氢、氮）……3.食品农药土壤中的：有效成分、添加剂、有害物质、聚合物表面活性剂……等4.环境分析中的应用：水、大气中有害物质

5.安全气分析中：瓦斯浓度、氧气、绝缘气、油中气6.生活与健康：电子鼻、电子舌……7.食品饮料了：酒的成分、特征物质、添加剂、兴奋剂41第四十一页，共五十七页。液相色谱分析应用液相测定有机类非挥发性物质1、在环境污染和农药分析中的应用

例如:用反相液相色谱测定四种黄曲霉素和分析氨基甲酸酯、尿素和三嗪三氯杂萘农药的含量等。2、在食品科学中的应用(分析食品中组分)例如:分析食用氨基酸中的色氨酸；分析牛奶脂肪中的胆固醇；分析植物中的植物蜕化类固醇等。

3、在其它科学领域中的应用

例如:化学工业中采用分离较高分子量的富勒烯；电子工业中分析+,-给电子体。分析不同价态的铬离子、钡离子等。

42第四十二页，共五十七页。公司销售的三大仪器品牌梅特勒实验室仪器：电子天平，水份测定仪，电位滴定仪，pH/电导率/离子浓度/溶氧测量仪表，密度/折光率测量仪器，热分析仪器，自动化化学仪器。

岛津分析仪器：电子天平，气相色谱/质谱，光谱分析，热分析仪器，X射线/表面分析,材料试验机。天美分析仪器：离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪、紫外/可见分光光度计、原子吸收分光光度计、电化学仪器和非色散红外油分析仪。

43第四十三页，共五十七页。公司的工业在线化学分析仪器（仪表）

湿法化学原理（化学分析）在线智能多通道滴定分析系统（分析机器人）它拥有智能化电子系统和成熟的样品采集及化学滴定系统，能够满足最苛刻的工业在线离子监测的要求。目前是最先进的在线分析系统，完全取代人工采样分析，实现现场的24h不间断的自动监测（数据自动传输）、参与生产工艺的过程控制。广泛用于冶金、化工、电力、食品、环保等行业的在线监测和生产过程控制分析符合HSE管理规范的要求。公司主要应用在冶金行业化学清洗生产线的酸碱浓度和铁离子浓度监测配套技术比较复杂、对销售、技术服务人员素质要求较高、应用范围受到影响。

44第四十四页，共五十七页。工业在线化学分析仪原理

45第四十五页，共五十七页。仪器性能美国耐斯肯瑞士万通前处理系统有无连接管路高强度树脂耐腐蚀树脂输送泵柱塞泵蠕动泵电极多种复合搅拌插入式磁力滴定精密柱塞泵精密柱塞泵控制系统PLC单片机显示单元彩色触屏液晶单行方法储存205工业在线化学分析仪性能比较

46第四十六页，共五十七页。工业在线化学分析仪应用行业检测对象方法石油化工乙醇胺、酸、碱、氨、酸度RSH、SO2、H2S…..湿法化学冶金行业金属离子、酸、碱、氨水、、NH3、CO2、SO2、H2S…..湿法化学环境监测微量金属离子湿法化学电子行业金属、非金属离子湿法化学饮料行业水的碱、酸度、水的硬度湿法化学制药行业水的硬度湿法化学玻璃工业氧化钙、氧化镁湿法化学47第四十七页，共五十七页。分析仪器竞争态势中国分析仪器市场是多品牌万国博览会：电子天平：梅特勒、赛多利斯、奥豪斯、华志、岛津电位滴定：梅特勒、万通、哈希、京都电子…..气相色谱：热电、安捷伦、瓦里安、PE、岛津、日立离子色谱：戴安、安捷伦、岛津、日立、天美光谱：热电、瓦里安、PE、岛津、力高利、天美质谱：热电、安捷伦、瓦里安、PE、岛津热分析仪器：梅特勒、PE、岛津、天美湿法化学工业在线：奈斯肯、万通、哈希…..48第四十八页，共五十七页。实验室信息管理系统（LMS）

LIMS是在建立在完善的计算机硬件、软件平台和网络平台基础上，实现分析检测仪器联网，并以实验室为核心的分析检测整体环境的全方位管理系统。

LIMS利用计算机和网络对分析数据采集、处理、存贮、传输等方面实现功能化，实现样品管理，数据管理、资源管理，事务管理、报表管理等实验室管理的自动化。在企业分析检测系统实验室实行LIMS，对于优化产品质量监控体系和实验室综合管理，是保证分析检测数据的严格管理和控制，适时有效、快速准确地为生产和经营提供质量基础信息的科学手段。这也是进行实验室认证，实现分析数据国际化、市场化的需要。可以说没有LIMS的实验室，是没有档次的实验室。

公司1999年就致力于实验室LIMS和专家系统软件的开发和推广，因为市场原因暂停该项工作。49第四十九页，共五十七页。三、仪器分析的应用领域发展概况社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染检测）、法庭化学（DNA技术）化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；生命科学：DNA测序；活体检测；环境科学：环境监测；污染物分析；材料科学：新材料，结构与性能；药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。行业发展展望50第五十页，共五十七页。分析仪器的评价方法从定量分析角度：性能稳定、技术参数达标、测量值重复性好、操作简单、维护方便，能与LMS相连。仪器的显示精度≠测量精度一般用精密度、准确度、检出限、灵敏度、标准曲线的线性及线性范围等项指标进行技术性能评价准确度与误差：测定值与真实值的接近程度。常用误差来衡量。精密度与偏差：精密度：指在相同条件下重复测量时，各测定值间相互接近的程度。精密度的高低常用偏差来衡量。51第五十一页，共五十七页。四人分析同一试样的结果。可见：C所得结果准确度与精密度均好，结果可靠；A的精密度虽很高，但准确度太低；B的精密度与准确度均很差；D的平均值虽也接近于真值，但几个数值彼此相差甚远，仅是由于大的正负误差相互抵消才使结果接近真实值，结果不可靠。精密度与精密度关系

（模拟射击训练）52第五十二页，共五十七页。仪器分析的应用及发展概况1.仪器分析应用广泛2.发展概况在光谱方面：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。电感耦合等离子体、傅里叶变换红外光谱、等离子质谱等在色谱方面：近年来发展了CE,超临界流体色谱等和一些联用技术：GC-MS,LC-MS,GC-FT-IR,CE-MS自动化智能化