第一章緒論,第一節(jié)引言在科學研究和生產實踐中，常需要對物質的組成，性質，含量等進行分析。因而發(fā)展了分析化學,出現(xiàn)了各種各樣的分析方法及分析儀器。,一分析化學的分析方法1化學分析利用化學反應及其計量關系進行分析。這是發(fā)展較早的，經典的分析方法。2儀器分析利用精密儀器測量物質的物理或物化性質，以確定其化學組成、含量、化學結構的一類分析方法。它是近幾十年發(fā)展起來的，發(fā)展快速的，方法門類多的方法。它已經是現(xiàn)代分析化學的主干。,二儀器分析與化學分析的關系:1儀器分析是在化學分析的基礎上發(fā)展起來的。2許多儀器分析的原理涉及化學分析的基本理論。3不少儀器分析的方法還必須試樣的處理、分離、掩蔽等化學分析手段結合。4儀器分析有時還需要采用化學富集的方法來提高分析的靈敏度。,第二節(jié)儀器分析方法的分類儀器分析的基本過程是：提取物質的物理性質、物化性質中的某些特征信息，轉變?yōu)榉治鲂盘?，再根據分析信號的性質、特征進行定性和分析信號的強度進行定量。,由于物質的物理性質或物化性質很多：如光學性質、電化學性質、放射性質等。這些性質大多數可以采用儀器進行分析。因此，發(fā)展了相應的儀器分析方法。所以，儀器分析的方法通常根據用以測量的物質性質進行分類。,一光學分析1根據物質發(fā)射出的輻射能:原子發(fā)射光譜,分子發(fā)光,放射,火焰光度等2根據輻射能與物質的相互作用:輻射的吸收,輻射的折射,輻射的散射,輻射的衍射,輻射的旋轉等;,二電化學分析根據電化學理論和被測物質溶液的各種電化學性質為基礎建立的分析方法;如:電導法(電極電位);極譜法(電流-電壓);庫侖法(電量);,三色譜分析法根據混合物中各種組分在互不相溶的兩相中的吸附，分配或其他親和作用等性能的差異為分離依據的分析方法。它包含了不同的分離類型、檢測方法、操作方法等許多方面的不同。,四其他儀器分析方法1質譜法：根據物質的荷-質比進行定性，同位素測定，有機物結構分析。2熱分析：測定物質的質量、體積、熱導、反應熱等與溫度之間的動態(tài)關系進行分析。3放射化學法：根據核反應產生放射性同位素的分析方法。,五生物儀器及分析技術的特點:生物技術的快速發(fā)展,需要大量的分析技術對生物樣品進行定性與定量分析;生物試樣分子往往具有特有的空間結構,使其具有特定的生物學功能,試樣的提取,分離,純化及分析常常與普通試樣比較具有特殊的要求;,因此,生物儀器及分析技術也具有其特殊性,它主要針對生物試樣的分析及分析儀器;在本課程中,選擇性地學習儀器分析領域一些重要而常用的方法,同時也學習與儀器分析有關的技術如電泳,離心,顯微等和生物技術專業(yè)常用的儀器設備。,第三節(jié)生命科學研究中儀器分析的特點一靈敏度高*可以測定含量極低的組分;*可以測定微量試樣中的組分;儀器分析中,一般以10-6,10-9,10-12級表示其靈敏度即ppm,ppb,ppt;,如原子吸收光譜的靈敏度可以達到10-14數量級;因此，儀器分析特別適合超純物質中痕量雜質的測定；無損傷分析(如活組織分析、考古分析、仿制品分析）,二選擇性好適合于復雜組分試樣的分析、可以同時進行多組分的測定。在單組分分析測定時,只要把儀器調試到合適的條件,就可以避免其他組分的干擾。-在性質相近的組分分析時非常重要;,三分析速度快,適合于批量試樣分析被分析的試樣經過預處理后,上機測定通常只要幾十秒到幾分鐘的時間就可以完成;加上計算機的聯(lián)用,分析操作,結果記錄,數據顯示,數據處理等自動化,可以在很短時間內分析批量的同種試樣;在線生產控制的作用明顯;,四適合痕量組分的測定雖然儀器分析的相對誤差大,但在測定痕量組分時,絕對誤差很小;儀器分析不適合常量組分的分析五適應性強,應用廣泛儀器分析方法有幾十種,適應于基于對物質的物理,物化等不同性質的分析;可以進行定性,定量,結構狀態(tài),空間分布,微觀分布等方面的分析;,六易于自動化分析儀器可以通過各種傳感器(檢測器)，將被分析的物質的理化性質轉變?yōu)橐粋€共同的，而且易于處理記錄的形式(電信號)，與計算機連接后，很多操作過程都可以實現(xiàn)自動化。同時，數據處理、結果分析速度非常快，準確。,第四節(jié)儀器分析的不足之處1有一定的局限性:儀器分析的儀器不可能在功能上適合任何試樣,所以,儀器分析任保留一定的地位。2價格昂貴,工作環(huán)境要求高:安裝調試,維護保養(yǎng)費用高。一般條件下,尤其是生產部門,不可能擁有所有的分析儀器,設備。在市場經濟條件下,降低成本是生產部門的首選因素。,3儀器分析過程中所需要的作標準對照用的純試劑,還要求用化學分析的方法進行標定任何實驗的設計,必須要有對照,最基本的對照是標準對照。儀器在設計時的是以標準對照為前提的。4試樣在儀器分析前的預處理如溶解、共存組分的掩蔽、分離等，離不開化學分析的步驟。,5儀器分析一般只適合于痕量組分的分析而常量組分的測定通常還依賴化學分析。因為儀器分析盡管靈敏度高，但相對誤差較大。,第五節(jié)分析儀器概論(一)分析儀器的分類分析儀器品種多、工作原理廣泛。因而，分析儀器的分類是一個非常復雜的問題。分類的目的是原則上盡可能做到科學概念上的準確，有利于生產，管理及使用。目前一般分為以下幾類:,1力學式分析儀:離心機等2電化學分析儀:酸度計,血氣分析儀,極譜儀等3分子光譜儀:分光光度計,紅外光譜儀,酶標儀,自動生化分析儀,尿液分析儀,血紅蛋白測定儀等,4原子光譜儀:原子吸收分光光度計,原子發(fā)射光譜儀等5顯微鏡:光學顯微鏡,特種顯微鏡,電子顯微鏡,掃描隧道顯微鏡等6色譜儀:氣相色譜儀、高效液相色譜儀等7現(xiàn)代分析儀:質譜儀、核磁共振儀等8其他分析儀器:電泳儀、細胞計數儀、流式細胞儀等,(二)分析儀器的主要性能指標1：精度(通常用誤差表示)是判斷分析儀器性能的重要指標,誤差越小,精度越高.誤差有兩種:絕對誤差-偏離真實值的程度(又稱準確度),(常用它衡量儀器系統(tǒng)誤差的大小)相對誤差-絕對誤差的平均值與量程范圍之比的百分數Q=(N/D)100%(N:平均誤差;D:量程范圍;),在儀器指標中常用“精度等級”表示儀器的(相對)誤差;它代表的誤差是指在規(guī)定的條件下,用該儀器測定的最大誤差;習慣上把儀器的精度等級由高到低分為:1.01.52.02.54.05.06.010.015.020.0共十個等級;在儀器的精度等級前后分別加“”“%”即為儀器的基本誤差例如:精度等級為1.0的儀器,其精度為1.0%精度為2.5%的儀器,其精度等級為2.5,2：分辨率(又稱為分辨本領)是儀器區(qū)分特性相近成分的能力;分辨率越高,說明儀器將幾種特性相近的成分區(qū)分開的能力越強;不同的分析儀器,分辨率的表現(xiàn)形式是不一樣的.顯微鏡:分辨細微結構的能力,與分辨距離成反比;分光系統(tǒng):分光元件分辨相鄰兩個譜線的能力;質譜儀:區(qū)分樣品質量數的能力;,3：重復性理想狀態(tài)下的分析儀器在相同條件下應該具有一致的重復試驗性,即多次循環(huán)試驗所得到的變化規(guī)律是一致的;但實際實驗中,不同次的試驗結果所得到的輸出量總有一定的差異,這樣就形成了重復性誤差;重復性說明儀器測量值的分散性,即對某一穩(wěn)定的被測量物由同一操作者用同一臺儀器,用同樣的操作方法在短的時間里連續(xù)重復測定多次,其測量結果的分散程度;,如某臺酸度計的重復性為5%,意思是用該臺酸度計多次測量結果的分散程度不大于0.05pH.重復性與精度的關系極為密切,重復性必然在精度范圍內,即用來確定精度的誤差必然包含重復性誤差;實際上,精度是重復性和準確度的綜合反映,精度高的儀器,準確性和重復性都高.,4：靈敏度儀器在穩(wěn)定條件下對被測量物的微小變化的響應,即儀器的輸出量與輸入量的比值;S=x/y(線性特性)S=dx/dy(非線性特性)對于同一臺儀器,靈敏度在不同含量,不同測量對象時是不同的,因此,要比較儀器的靈敏度必須給定一定的條件,如某一量程范圍的平均值或滿量程的平均值.顯然,儀器的靈敏度越高,儀器越靈敏.,5：檢出極限(又稱最小檢測量)指儀器能確切檢測的最小物質含量.它是痕量分析儀器性能優(yōu)劣的重要指標,它比靈敏度更具有明確的意義,它考慮到了噪聲的影響,并明確地指出了測定的可靠性。儀器的檢測極限與儀器自身的噪聲水平關系很大;噪聲在靈敏度較高時將被如實放大,噪聲太大時,測量信號將被放大的噪聲淹沒而不能被確切地辨認;故檢測極限受到噪聲信號的限制;,檢測極限的有關表示式為:d=nN/s(N表示噪聲水平;S為儀器的靈敏度;n為安全系數;d為檢測極限)由上式可以看出:在提高儀器的靈敏度的同時,最大地抑制噪聲,是改善檢測極限的有效途徑;如果單純提高儀器的靈敏度,對降低檢測極限毫無意義;由于同一臺儀器對不同的物質的靈敏度不同,所以對不同物質的檢測極限也就不同;在比較儀器的性能時,需要用相同的樣品進行測試,6：線性范圍是指儀器檢測系統(tǒng)檢測信號與被測物質濃度或質量成線性關系的范圍;線性范圍可以用被檢測物質在線性范圍內的最大和最小進樣量之比表示;線性范圍越寬,說明在定量分析中可測定濃度范圍越大;,7：穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指在規(guī)定的時間內，測量條件不變的情況下，儀器的示值的變化。影響儀器示值變化的因素很多：儀器內在因素有:(1)隨機性波動(2)周期性波動(3)漂移;,外在因素有:溫度,濕度,氣壓,電源電壓,電網頻率;穩(wěn)定性常用單位時間示值為滿量程的百分數表示;也有些儀器用漂移或噪聲表示;,8：選擇性選擇性主要對單組分分析儀器而言的，它表示分析儀器區(qū)分待測組分與非待測組分的能力。并用選擇性系數表示該能力的大小。選擇性系數定義為：取得相等的輸出信號時非待測組分的含量變化與待測組分的含量變化的比值。K為選擇系數;Cm為非待測組分變化量;C為待測組分變化量;,9：響應時間是衡量儀器動態(tài)特性的一個參數。它反映了被測樣品參數發(fā)生變化后儀器的輸出信號能否及時，準確地跟隨被測