《近代儀器分析概述》課件

近代儀器分析概述近代儀器分析是化學(xué)分析領(lǐng)域的重要組成部分。它利用現(xiàn)代儀器和技術(shù)對物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行分析。課程概述課程目標(biāo)了解近代儀器分析的基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域，掌握常用儀器分析方法的基本操作和數(shù)據(jù)處理。課程內(nèi)容從基本原理、常用儀器、應(yīng)用領(lǐng)域等方面展開，介紹現(xiàn)代儀器分析技術(shù)。教學(xué)方式課堂講授、實(shí)驗(yàn)操作、課后討論，幫助學(xué)生全面掌握儀器分析的基本技能。分析儀器發(fā)展簡史1古代古埃及人使用天秤測量物質(zhì)的重量，這可以被認(rèn)為是現(xiàn)代分析儀器的雛形。218世紀(jì)顯微鏡的發(fā)明是儀器分析技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑，它為微觀物質(zhì)的研究打開了大門。319世紀(jì)隨著化學(xué)分析方法的不斷發(fā)展，各種化學(xué)分析儀器逐漸出現(xiàn)，例如比色計、極譜儀等。420世紀(jì)光譜分析技術(shù)取得重大突破，紫外可見分光光度計、原子吸收光譜儀等儀器相繼問世。521世紀(jì)質(zhì)譜分析、色譜分析等現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展迅速，儀器分析技術(shù)向著高靈敏度、高精度、自動化方向發(fā)展。儀器分析的基本原理物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)儀器分析通過測量物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，如光吸收、發(fā)射、散射、電導(dǎo)、磁性等，獲得物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)信息。定量分析定量分析是指測定物質(zhì)中各組分的含量，通常利用物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)與濃度之間的關(guān)系，通過測量信號強(qiáng)度來計算待測物質(zhì)的含量。定性分析定性分析是指確定物質(zhì)的組成成分，通常通過測量物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)，并與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行比較來確定物質(zhì)的種類。結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析是指研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和排列方式，包括分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)等，通常利用物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)來確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。儀器分析的應(yīng)用領(lǐng)域11.材料科學(xué)研究材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能，促進(jìn)新材料的開發(fā)和應(yīng)用。22.環(huán)境監(jiān)測檢測水、空氣、土壤等環(huán)境中的污染物，保障環(huán)境安全。33.生物醫(yī)藥分析藥物成分、監(jiān)測藥物代謝，提高藥物研發(fā)效率和安全性。44.食品安全檢測食品中添加劑、農(nóng)藥殘留等，保障食品安全。光學(xué)分析儀器光學(xué)分析儀器利用光的特性進(jìn)行物質(zhì)分析，如紫外可見分光光度計、原子吸收光譜儀等。光學(xué)分析儀器在化學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可以進(jìn)行物質(zhì)的定性、定量分析，以及結(jié)構(gòu)和組成分析。原子光譜分析儀器原子發(fā)射光譜儀通過測量原子蒸氣在受激發(fā)后發(fā)射的光譜來進(jìn)行元素定性和定量分析。原子吸收光譜儀利用待測元素的原子蒸氣對特定波長的光吸收進(jìn)行定量分析。等離子體發(fā)射光譜儀利用等離子體激發(fā)待測元素原子，通過測量其發(fā)射的光譜進(jìn)行定量分析。質(zhì)譜分析儀器質(zhì)譜分析儀器是一種通過測量離子的質(zhì)量與豐度來分析物質(zhì)成分的儀器。質(zhì)譜分析儀器廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。定量分析定性分析結(jié)構(gòu)分析色譜分析儀器色譜分析儀器是基于色譜原理，利用不同物質(zhì)在固定相和流動相中分配系數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離和分析的一種儀器。色譜分析儀器廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域，用于分離、鑒定和定量分析各種物質(zhì)。色譜分析儀器主要包括氣相色譜儀、液相色譜儀、離子色譜儀等。氣相色譜儀主要用于分析揮發(fā)性有機(jī)化合物，液相色譜儀主要用于分析非揮發(fā)性有機(jī)化合物和生物大分子，離子色譜儀主要用于分析無機(jī)離子。熱分析儀器差示掃描量熱儀測量物質(zhì)在程序控溫下，在一定氣氛中，物質(zhì)的熱焓變化，通過分析熱焓變化曲線，可以研究物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)。熱重分析儀測量物質(zhì)在程序控溫下，在一定氣氛中，物質(zhì)的質(zhì)量變化，通過分析質(zhì)量變化曲線，可以研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過程、吸附和脫附過程。熱機(jī)械分析儀測量物質(zhì)在程序控溫下，在一定氣氛中，物質(zhì)的力學(xué)性能變化，例如，材料的彈性模量、硬度、粘度等，通過分析力學(xué)性能變化曲線，可以研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相變、熔融、結(jié)晶等過程。電化學(xué)分析儀器電化學(xué)分析儀器是利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的儀器。常見的電化學(xué)分析儀器包括：電位滴定儀、極譜儀、庫侖儀、伏安儀、電導(dǎo)率儀等。電化學(xué)分析儀器在化學(xué)、生物、醫(yī)藥、環(huán)境、食品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。波譜分析儀器核磁共振波譜儀核磁共振波譜儀利用原子核的磁矩和自旋特性，通過分析物質(zhì)對特定頻率的電磁波的吸收和發(fā)射，獲取物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動態(tài)信息。紅外光譜儀紅外光譜儀通過物質(zhì)對紅外光的吸收和透射，根據(jù)特征吸收峰，分析物質(zhì)的官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)。紫外可見分光光度計紫外可見分光光度計利用物質(zhì)對紫外可見光的選擇性吸收，定量分析物質(zhì)的濃度和進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。X射線衍射儀X射線衍射儀利用X射線照射物質(zhì)，通過分析衍射圖案，解析晶體結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成。表面分析儀器表面分析儀器主要用于研究材料的表面組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)。它們利用各種物理或化學(xué)方法，如X射線光電子能譜(XPS)、俄歇電子能譜(AES)和二次離子質(zhì)譜(SIMS)，來探測表面原子和分子的信息。表面分析儀器在材料科學(xué)、納米技術(shù)、催化、腐蝕和生物學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。電子顯微鏡電子顯微鏡是一種利用電子束照射樣品，并通過電子與物質(zhì)的相互作用獲得樣品圖像的顯微鏡。它具有高分辨率、高放大倍數(shù)、景深大、圖像立體感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。粒度分析儀器激光粒度分析儀激光粒度分析儀利用激光束照射樣品，根據(jù)散射光的角度和強(qiáng)度分布，計算出顆粒的大小和分布。動態(tài)圖像粒度分析儀動態(tài)圖像粒度分析儀通過高速相機(jī)拍攝顆粒圖像，根據(jù)圖像分析軟件計算出顆粒的大小和形狀。沉降粒度分析儀沉降粒度分析儀利用顆粒在液體中沉降的速度差異，計算出顆粒的大小和分布。結(jié)構(gòu)分析儀器結(jié)構(gòu)分析儀器用于確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)等信息。常用的結(jié)構(gòu)分析儀器包括X射線衍射儀、核磁共振波譜儀、紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等。離子色譜儀離子色譜儀是一種高效液相色譜技術(shù)，用于分離和分析離子樣品。離子色譜儀廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、制藥等領(lǐng)域，用于檢測水質(zhì)、土壤、食品中的無機(jī)離子、有機(jī)酸、胺類等。液相色譜儀液相色譜法是利用不同物質(zhì)在固定相和流動相之間的分配系數(shù)不同，使混合物中各組分在色譜柱中得到分離的一種方法。液相色譜儀是一種常用的分析儀器，在化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。液相色譜儀主要由流動相輸送系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其中，分離系統(tǒng)是液相色譜儀的核心部分，常用的分離柱有反相柱、正相柱、離子交換柱等。氣相色譜儀氣相色譜儀氣相色譜儀是分離和分析揮發(fā)性有機(jī)物的儀器。它利用不同物質(zhì)在固定相中的分配系數(shù)不同進(jìn)行分離。氣相色譜圖氣相色譜儀根據(jù)保留時間分離分析物，并在檢測器中產(chǎn)生信號，形成氣相色譜圖。核磁共振波譜儀核磁共振波譜儀是一種強(qiáng)大的分析儀器，利用原子核的磁矩在磁場中的共振現(xiàn)象來分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)。它通過測量原子核的磁共振信號，提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)、動態(tài)和反應(yīng)性的信息。核磁共振波譜儀廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域，是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要手段。它在藥物研發(fā)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要作用。傅里葉變換紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀是一種重要的分析儀器，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料科學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域。該儀器利用紅外光束照射樣品，通過分析樣品對紅外光的吸收或透射情況，獲得樣品的分子振動和轉(zhuǎn)動信息，從而實(shí)現(xiàn)樣品的定性和定量分析。紫外可見分光光度計紫外可見分光光度計是一種常用的分析儀器，利用物質(zhì)對紫外可見光的選擇性吸收進(jìn)行定性和定量分析。紫外可見分光光度計主要由光源、單色器、樣品池、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。它可以用來分析各種物質(zhì)的紫外可見光譜，并根據(jù)光譜特征進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量分析。原子吸收光譜儀儀器原理利用待測元素的原子蒸汽對特征譜線的吸收程度來測定樣品中該元素的含量。結(jié)構(gòu)組成主要包括光源、原子化器、單色器、檢測器等部件。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)藥衛(wèi)生、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析通過對吸收信號的測量，可以得到待測元素的濃度信息。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)是一種重要的分析儀器，用于測定樣品中金屬元素的含量。該技術(shù)利用氬氣等離子體激發(fā)樣品中的金屬原子，使其發(fā)射特征譜線，通過測量發(fā)射光強(qiáng)的強(qiáng)度來確定金屬元素的濃度。ICP-OES廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、材料科學(xué)、地質(zhì)分析、臨床檢驗(yàn)等領(lǐng)域。掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)是一種高分辨率成像技術(shù)，通過聚焦電子束掃描樣品表面，獲得樣品表面的形貌、成分和結(jié)構(gòu)信息。SEM的應(yīng)用非常廣泛，包括材料科學(xué)、納米技術(shù)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域。透射電子顯微鏡高分辨率成像透射電子顯微鏡利用電子束穿透樣品，可獲得納米級的高分辨率圖像。結(jié)構(gòu)組成電子槍電磁透鏡樣品臺成像系統(tǒng)原子力顯微鏡高分辨率成像原子力顯微鏡(AFM)是一種高分辨率成像技術(shù)，能夠觀察納米尺度的表面細(xì)節(jié)。尖銳探針掃描AFM利用一個鋒利的探針掃描樣品表面，探針連接到一個微懸臂梁上，微懸臂梁的振動頻率會因探針與樣品之間的相互作用而改變。廣泛應(yīng)用AFM廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、納米技術(shù)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，用于研究材料表面形貌、表面性質(zhì)和納米尺度結(jié)構(gòu)。示差掃描量熱儀示差掃描量熱儀(DSC)是一種熱分析技術(shù)，用于測量材料在受控溫度條件下的熱流變化。通過測量樣品和參比物之間的熱流差，DSC可以用于確定材料的熱性質(zhì)，例如熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶度和焓變。熱重分析儀熱重分析儀是一種重要的熱分析儀器。它通過測量物質(zhì)在程序升溫過程中質(zhì)量的變化來研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解過程、相變、吸附和脫附等。熱重分析儀廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。熱重分析儀的應(yīng)用包括：材料的熱穩(wěn)定性研究、有機(jī)物和無機(jī)物的熱分解研究、聚合物的