_儀器分析_緒論_0830

1、儀器分析 Instrumental Analysis第一章 緒 論 什么是儀器分析? 它與化學(xué)分析有何區(qū)別? 儀器分析和化學(xué)分析的關(guān)系是什么? 儀器分析法的分類? 儀器分析有什么特點(diǎn)和局限性? 儀器分析開(kāi)展的趨勢(shì)是什么?分析化學(xué)是研究物質(zhì)組成、含量和化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法及其有關(guān)理論的一門學(xué)科。1 What ? 定性分析(qualitative analysis): 研究目標(biāo)物質(zhì)的原子、分子或功能基團(tuán)的組成信息。2 How much ? 定量分析(quantitative analysis): 研究目標(biāo)物質(zhì)的數(shù)量信息。3 How about ? 結(jié)構(gòu)分析(structural analysis): 研

2、究目標(biāo)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。分析化學(xué)的分類 按分析方法分類 化學(xué)分析： 重量分析， 容量分析各種滴定分析 儀器分析： 光化學(xué)分析， 電化學(xué)分析， 色譜分析， 其它儀器分析法分析化學(xué)的開(kāi)展和儀器分析的產(chǎn)生 什么是儀器分析？ 一般的說(shuō)，儀器分析是指采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來(lái)獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。 這些方法一般都有獨(dú)立的方法原理及理論根底。分析化學(xué)的歷史開(kāi)展概況分析化學(xué)的三次巨大變革分析天平的創(chuàng)造溶液理論的建立四大平衡建立 分析化學(xué)由一門操作技術(shù)變成一門科學(xué)，以化學(xué)分析為主。這是第一次革命第二次巨大變革第二次世界大戰(zhàn)

3、前后一系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)和電子技術(shù)的開(kāi)展為儀器分析大開(kāi)展奠定了根底 但當(dāng)時(shí)自動(dòng)化程度較低 核磁共振NMR，Bloch F, Purcell E M. 極譜，Heyrovsky J. 氣相色譜，Martin A T P , Synge R L M 第三次變革 指當(dāng)前階段，分析化學(xué)處在巨大的變革時(shí)期。尤其微型計(jì)算機(jī)的開(kāi)展，給儀器分析帶來(lái)全新的革命。 分析化學(xué)開(kāi)展的特點(diǎn)，其一，向高靈敏度、高選擇性、自動(dòng)化、智能化、信息化和微型化方向開(kāi)展；其二，各類分析方法的聯(lián)合應(yīng)用；其三，建立原位、在體、實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)分析檢測(cè)方法，無(wú)損探測(cè)方法以及多元多參數(shù)的檢測(cè)監(jiān)視方法，并研制出相應(yīng)的分析儀器。當(dāng)代科學(xué)技

4、術(shù)的開(kāi)展和參與，以及分析化學(xué)自身的開(kāi)展，已使分析化學(xué)開(kāi)展成為一門多學(xué)科為根底的綜合性科學(xué)。儀器分析與化學(xué)分析關(guān)系儀器分析本身不是一門獨(dú)立的學(xué)科，而是多種儀器方法的組合?？墒沁@些儀器方法在化學(xué)學(xué)科中極其重要。它們已不單純地應(yīng)用于分析的目的，而是廣泛地應(yīng)用于研究和解決各種化學(xué)理論和實(shí)際問(wèn)題。因此，將它們稱為“化學(xué)分析中的儀器方法更為確切。儀器分析的分類儀器分析電化學(xué)分析法光分析法色譜分析法熱分析法分析儀器聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜分析法1. 光分析方法光分析法原子吸收法紅外光譜法原子發(fā)射法核磁共振法熒光光譜法紫外可見(jiàn)法分子光譜原子光譜# 定性分析和定量分析依據(jù) 定性：波長(zhǎng)定量：光強(qiáng)1. 光分析法# 光譜儀器框圖

5、 光源 被測(cè)物質(zhì) 單色儀 信號(hào)接收 數(shù)據(jù)處理 # 有機(jī)四大譜 質(zhì)譜、核磁共振、紅外、紫外-可見(jiàn) 特別指出，質(zhì)譜儀被列為光譜儀器，實(shí)為以質(zhì)荷比為分析根底的儀器。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定 與有機(jī)波譜學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定:紫外可見(jiàn)光譜 (UV-VIS);紅外拉曼光譜 (IR，Raman);質(zhì)譜 (MS); 核磁共振譜 (NMR); X射線衍射; 折射率; 電導(dǎo)率; 熔點(diǎn); UV -VIS ; IR(Raman); MS; NMR有機(jī)波譜學(xué)：結(jié)構(gòu)鑒定開(kāi)展歷史三十年代UV四十年代IR五十年代NMRMS 官能團(tuán)分子式，分子骨架連接一般文獻(xiàn)給出的數(shù)據(jù)：NMR: 詳細(xì)MS: 分子量IR: 主要官能團(tuán)一般無(wú)UV數(shù)據(jù)2. 電分析

6、化學(xué)方法電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫(kù)侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法3. 色譜分析法色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法激光色譜法離子色譜法超臨界色譜法4. 其它儀器分析方法 質(zhì)譜， 熱分析， 放射分析其他分析法質(zhì)譜分析法放射分析熱分析法聯(lián)用技術(shù) 聯(lián)用技術(shù) 別離儀器-特效檢測(cè)器的聯(lián)用 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用：GC-MS、LC-MS 色譜-紅外光譜聯(lián)用：GC-FTIR 色譜-原子光譜聯(lián)用：LC-AAS 自動(dòng)化系統(tǒng)與別離、檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)用 自動(dòng)進(jìn)樣器 流動(dòng)注射分析儀 方法分類 主要分析方法 被測(cè)物理性質(zhì) 光譜分析 發(fā)射光譜分析、火焰光度分析 輻射的發(fā)射 分子發(fā)光分析法、放射分析法 紫外-

7、可見(jiàn)分光光度法 輻射的吸收 原子吸收分光光度法 紅外光譜法、核磁共振波譜法 比濁法、拉曼光譜法 輻射的散射 折射法、干預(yù)法 輻射的折射 X-射線衍射法、電子衍射法 輻射的衍射 圓二色譜法 輻射偏振方向的旋轉(zhuǎn) 電化學(xué)分析 電位法 電極電位 電導(dǎo)法 電導(dǎo) 極譜法、溶出伏安法 電流-電壓色譜分析 氣相色譜法、液相色譜法 薄層色譜法 兩相間的分配熱分析 熱導(dǎo)法、差熱分析法 熱性質(zhì)質(zhì)量分析 質(zhì)譜法 質(zhì)荷比儀器分析方法分類根據(jù)用以測(cè)量的物質(zhì)性質(zhì)，儀器分析方法主要分為以下幾類:儀器分析的特點(diǎn)靈敏度高, 檢出限低效率高：可以一次分析樣品中多種元素信息選擇性好 4. 能進(jìn)行無(wú)損分析 5. 適于微量、超痕量物質(zhì)的

8、測(cè)定問(wèn)題：如何判斷哪種儀器分析方法可用于解決某個(gè)分析問(wèn)題呢？ 你必須了解該儀器的原理和應(yīng)用，或者說(shuō)，了解該儀器的適用性、靈敏度和準(zhǔn)確度，才能在解決某個(gè)具體問(wèn)題時(shí)作出合理的選擇！定量分析方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)儀器性能及其表征其它原那么：1精密度Precision使用同一方法或步驟進(jìn)行屢次重復(fù)測(cè)量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。標(biāo)準(zhǔn)偏差(Absolute standard deviation)，s相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Relative standard deviation, RSD) 通過(guò)屢次測(cè)量濃度或含量的物質(zhì)稱為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，得到總體平均值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量真實(shí)值比較。 在建立新的分析方法時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)量可找出誤差的

9、來(lái)源！并通過(guò)空白分析和儀器校正來(lái)消除誤差。2) 準(zhǔn)確度 測(cè)量值的總體平均值x與“真值接近的程度。即反映了儀器或方法識(shí)別微小濃度或含量變化的能力，即當(dāng)濃度或含量有微小變化時(shí)，儀器或方法均可以覺(jué)察出來(lái)。 影響靈敏度的因素有二： 校正曲線的斜率 分析的重現(xiàn)性或精密度。3靈敏度Sensitivity010203040506000.10.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1儀器和方法的靈敏度描述 k1, k2分別為兩條校正曲線的斜率，即靈敏度。但未考慮測(cè)定重現(xiàn)性影響！檢出限：在置信水平，可以檢測(cè)到的待測(cè)物的最小質(zhì)量或濃度。它和分析信號(hào)Signal與

10、空白信號(hào)的波動(dòng)噪音, Noise有關(guān)，或者 說(shuō)與信噪比S/N有關(guān)。 只有當(dāng)有用的信號(hào)大于噪音信號(hào)時(shí)，儀器才有可能識(shí)別有用信號(hào)，如以下圖所示。4檢出限D(zhuǎn)etection limit, DLsb測(cè)定次數(shù)，nSSDL=Sb +k sb儀器噪音及方法檢出限 k = 3時(shí)，可以認(rèn)為儀器檢出的最小信號(hào)值SDL可能性為95%檢出限如何計(jì)算呢？能產(chǎn)生凈響應(yīng)信號(hào)為 的被測(cè)物質(zhì)的濃度或質(zhì)量就是方法對(duì)該物質(zhì)的檢出限： S靈敏度 被測(cè)組分的質(zhì)量或濃度改變一個(gè)單位時(shí)分析信號(hào)的變化量測(cè)定空白樣品(或濃度接近空白值）2030次，求其平均值 Sb 及其空白信號(hào)標(biāo)偏sb，k 為根據(jù)一定的置信水平確定的系數(shù)（IUPAC建議k 值

11、取3），則可分辨的最小信號(hào) SDL= Sb+ksb 1、靈敏度與檢出限的區(qū)別 靈敏度：分析信號(hào)隨組分含量變化的大小。 直接依賴檢測(cè)器的放大倍數(shù) 檢出限：定量分析方法可能檢測(cè)的最低量或最低濃度 直接與測(cè)定噪聲有關(guān)；有明確的統(tǒng)計(jì)意義2、靈敏度越高，精密度越好，檢出限越低。注意：具體做法：1 準(zhǔn)確配制待測(cè)物濃度的系列: 0(空白)， c1，c2，c3，c4.；2 通過(guò)儀器分別測(cè)量以上各待測(cè)物的響應(yīng)值S0，S1，S2，S3，S4及待測(cè)物的響應(yīng)值Sx；3 以濃度c對(duì)響應(yīng)信號(hào)與S作圖得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，然 后通過(guò)測(cè)得的Sx從以下圖中求得cx；或者通過(guò)最小二乘法獲得其線性方程再直接進(jìn)行計(jì)算。5 標(biāo)準(zhǔn)曲線S440c

12、x 標(biāo)準(zhǔn)曲線法的準(zhǔn)確性與否與兩個(gè)因素有關(guān)：標(biāo)準(zhǔn)物濃度配制的準(zhǔn)確性；標(biāo)準(zhǔn)基體與樣品基體的一致性。 0.0520濃度，cSS2S3S10.00.20.40.60.81.01.230Sx 您所分析的物質(zhì)是元素？化合物？有機(jī)物？化合物 結(jié)構(gòu)剖析？ 您對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度要求如何？ 您的樣品量是多少？ 您樣品中待測(cè)物濃度大小范圍是多少？ 可能對(duì)待測(cè)物產(chǎn)生干擾的組份是什么？ 樣品基體的物理或化學(xué)性質(zhì)如何？ 您有多少樣品，要測(cè)定多少目標(biāo)物？選擇分析方法的幾種考慮儀器分析方法用于成分分析有一定的局限性1、準(zhǔn)確度不夠高 不適于常量和高含量成分的測(cè)定。多數(shù)的儀器分析方法的相對(duì)誤差較大，例如，發(fā)射光譜法的相對(duì)誤差為5

13、20。2、一般都需要以標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行校準(zhǔn) 而這些標(biāo)準(zhǔn)樣品的成分多半需要化學(xué)分析方法來(lái)確定。而且在進(jìn)行復(fù)雜物質(zhì)的分析時(shí)，往往不是用一種方法而是綜合應(yīng)用幾種分析方法。3、常要用化學(xué)方法對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理4、儀器價(jià)格比較昂貴，特別是大型和復(fù)雜的精密儀器很難普及?；瘜W(xué)分析方法和儀器分析方法是相輔相成的儀器分析開(kāi)展的趨勢(shì) 儀器分析逐漸成為分析化學(xué)的主要組成局部。1、具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2、聯(lián)用分析技術(shù)已成為當(dāng)前儀器分析方法的主要開(kāi)展方向之一。3、在物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析、狀態(tài)、價(jià)態(tài)分析，外表及微區(qū)分析中的應(yīng)用愈加廣泛。4、在生物醫(yī)學(xué)的研究及各種工業(yè)流程的監(jiān)控或檢測(cè)中發(fā)揮重大的作用。儀器分析開(kāi)展

14、趨勢(shì)展望 科學(xué)儀器的創(chuàng)新是知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容。開(kāi)展科學(xué)儀器應(yīng)當(dāng)視為國(guó)家戰(zhàn)略。分析儀器是科學(xué)儀器的重要組成局部。分析儀器本身將不斷微型化、智能化但人類向時(shí)間和空間的兩個(gè)極限挑戰(zhàn)所需的高級(jí)精密儀器也不容無(wú)視。生命過(guò)程、生產(chǎn)、科研和社會(huì)活動(dòng)大量需要的將是在線、非侵入、非損壞、原位、實(shí)時(shí)、多維分析儀器。分析儀器的微型化和智能化 隨著分子計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等的不斷推出，計(jì)算機(jī)也將越來(lái)越微型化。計(jì)算機(jī)電腦與人腦的結(jié)合將不再是一個(gè)夢(mèng)、帶有植入式電腦的人的智能將大大超過(guò)不帶電腦的“自然人。分析儀器的群眾化、個(gè)性化和日用品化，貴重儀器的網(wǎng)絡(luò)化 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和全球網(wǎng)絡(luò)化，大型

15、實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量將減少，但其資源特別是其精密貴重儀器將得到更充分的發(fā)揮。因?yàn)樗梢悦嫦蛉澜鐬樗小熬W(wǎng)民效勞，實(shí)際上，現(xiàn)在就已有人在建立利用全球主要實(shí)驗(yàn)室資源的“網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室了。 建立和開(kāi)展虛擬儀器概念 利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上適當(dāng)設(shè)計(jì)的儀器硬件和專門的應(yīng)用軟件，構(gòu)成虛擬儀器，使其既具有傳統(tǒng)儀器的根本功能、又能由用戶根據(jù)自己的需求變化隨時(shí)定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用要求.虛擬儀器不但靈活可變、功能強(qiáng)大，而且作用方便，便于技術(shù)升級(jí)更新，價(jià)格也低廉尤其儀器系統(tǒng)的使用維護(hù)費(fèi)用低。 “軟件就是儀器預(yù)示了全新的分析儀器科技和產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展潮流，將會(huì)迅速改變世界分析儀器行業(yè)面貌的！分析儀器的主要應(yīng)用領(lǐng)域正向著生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

16、轉(zhuǎn)移 分析儀器在保障人類健康生活、監(jiān)控病人病情、預(yù)防災(zāi)害發(fā)生等方面也都起著重大的作用。 沒(méi)有新型DNA分析儀的進(jìn)一步開(kāi)展，人類也很難在防病、治病特別是在防治癌癥和各種遺傳病方面對(duì)現(xiàn)有基因圖譜加以利用。新近重大突破和創(chuàng)造飛秒光譜法原子吸收的重大突破多道毛細(xì)管電泳飛秒相干光譜法Femtosecond spectroscopy Ahmed H. Zewail 教授1946年出生于埃及?，F(xiàn)為加州理工學(xué)院化學(xué)物理系和物理系教授。 1999年Ahmed H. Zewail 教授被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，表彰他在飛秒化學(xué)領(lǐng)域的杰出奉獻(xiàn)。采用超短脈沖激光以飛秒的時(shí)間尺度實(shí)時(shí)觀察分子運(yùn)動(dòng)并目擊分子的誕生， 給化學(xué)和相

17、關(guān)學(xué)科帶來(lái)了革命性的變化。 1999年化學(xué)Nobel獎(jiǎng)得者連 續(xù) 光 源 原 子 吸 收 光 譜 儀 2004 年4 月，德國(guó)耶拿分析儀器股份公司Analytik Jena AG成功地設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出了連續(xù)光源原子吸收光譜儀ContrAA ，世界第一臺(tái)商品化連續(xù)光源原子吸收誕生了！高聚焦短弧氙燈 可滿足全波長(zhǎng)(189900 nm)所有元素的原子吸收測(cè)定需求連續(xù)光源原子吸收儀(ContrAA,德國(guó))多毛細(xì)管電泳裝置示意圖June 15, 2021Volume 82, Issue 12Pages 4653-5396 List of Reviews 1. Atomic Spectroscopy: A R

18、eview 2. Capillary Electrophoresis 3. Chemometrics 4. Chiral Separations: Fundamental Review 2021 5. Electrochemical Sensors 6. Environmental Mass Spectrometry: Emerging Contaminants and Current Issues 7. Gas Chromatography 8. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry 9. Mass Spectrometry of Synt

19、hetic Polymers 10. Latest Developments in Micro Total Analysis Systems 11. Latest Developments in Microfluidic Cell Biology and Analysis Systems 12. Molecular Fluorescence, Phosphorescence, and Chemiluminescence Spectrometry 13. Planar Chromatography 14. Modern Extraction Techniques 15. Solid State NMR Spectroscopy 16. Supercritical Fluid Chromatography 17. Thermal Analysis 18. X-ray Spectrometry三鹿事件：三聚氰胺檢測(cè)方法匯總 氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定動(dòng)物食品中的三聚氰胺 超高效液相色譜_電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定飼料中殘留的三聚氰胺 反相高效液相色譜法測(cè)定飼料中三聚氰胺的含量 高效液相色譜-二極管陣列法測(cè)定高蛋白食品中的三聚氰胺 高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定飼料中三聚氰胺的含量 高效液相色譜-四極桿質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定飼料中三聚氰胺含量 固相萃取與高效液相色譜