儀器分析郭旭明E-mail:第一章緒論1.1儀器分析概述分析化學(xué)的開展歷程及儀器分析的產(chǎn)生化學(xué)分析和儀器分析的關(guān)系1.2儀器分析方法和分類主要的儀器分析方法1.3儀器分析的開展概況1.4儀器分析方法的主要評價指標精密度、準確度、標準曲線的線性及線性范圍、靈敏度、檢出限1.5課程的主要內(nèi)容、學(xué)習方法和要求

1.1儀器分析概述分析化學(xué)的開展歷程儀器分析的產(chǎn)生化學(xué)分析與儀器分析的關(guān)系儀器分析的特點分析化學(xué)分析化學(xué)(AnalyticalChemistry〕：是化學(xué)學(xué)科的一門重要分支；是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等信息及相關(guān)理論的一門學(xué)科。分析化學(xué)的任務(wù)：鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成、測定各組分的相對含量、確定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。分析化學(xué)1.根據(jù)分析化學(xué)的任務(wù)，分析化學(xué)分為：定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析2.根據(jù)分析的對象，分析化學(xué)可分為：無機分析和有機分析3.根據(jù)分析所需試樣用量，分析化學(xué)分為：常量、半微量、微量、痕量分析4.根據(jù)分析方法所用手段分類，分析化學(xué)分為：化學(xué)分析、儀器分析分析化學(xué)的開展歷程分析化學(xué)的三個開展階段、三次變革:階段一：20世紀初，天平的創(chuàng)造：使分析化學(xué)有了科學(xué)的內(nèi)涵；溶液中四大反響平衡理論(酸堿、沉淀、配位和氧化)，形成分析化學(xué)的理論根底，使它由一門操作技術(shù)變成一門科學(xué)。20世紀40年代前，化學(xué)分析占主導(dǎo)地位，分析化學(xué)=化學(xué)分析，儀器分析種類少和精度低。越來越多的問題化學(xué)分析不能解決：快速、實時檢測方法？痕量分析方法？結(jié)構(gòu)確定？階段二：

第二次世界大戰(zhàn)前后，物理學(xué)和電子技術(shù)的開展：為儀器分析奠定了根底，分析化學(xué)中采用了電子技術(shù)和物理學(xué)的概念，使以化學(xué)分析為主的經(jīng)典分析化學(xué)，開展到以儀器分析為主的現(xiàn)代分析化學(xué)；儀器分析的開展引發(fā)了分析化學(xué)的第二次變革，化學(xué)分析與儀器分析并重，儀器分析使分析速度加快，促進化學(xué)工業(yè)開展；〔1〕BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振測定方法，獲諾貝爾化學(xué)獎1952年;〔2〕MartinAJP和SyngeRLM；建立了氣相色譜分析法，獲諾貝爾化學(xué)獎1952年；〔3〕HeyrovskyJ；建立極譜分析法，獲1959年諾貝爾化學(xué)獎階段三：

從20世紀70年代末至今，以計算機應(yīng)用為標志的分析化學(xué)第三次變革。高效率、微觀化、微量化和自動化是現(xiàn)代分析化學(xué)的特色?！?〕計算機控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：實現(xiàn)分析過程的連續(xù)、快速、實時、智能?！?〕化學(xué)計量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的方法設(shè)計選擇最正確分析條件，獲得最大程度的化學(xué)信息?！?〕以計算機為根底的新儀器的出現(xiàn)；傅里葉變換紅外；色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。與儀器分析開展相關(guān)的諾貝爾獎獲得者2002瑞士核磁共振波譜學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希教授同美國科學(xué)家約翰·芬恩、日本科學(xué)家田中耕一創(chuàng)造了“利用核磁共振〔NMR〕和質(zhì)譜〔MS)技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法〞，而獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎。由分析化學(xué)的開展進程來看：儀器分析是分析化學(xué)的一個分支，它是在化學(xué)分析開展的根底上，引入了物理學(xué)的理論知識和電子技術(shù)而產(chǎn)生并開展起來的一種儀器測試方法。

儀器分析的產(chǎn)生

儀器分析的概念什么是儀器分析？一般的說，儀器分析是指采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測量物質(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?！参锢砘蛭锢砘瘜W(xué)性質(zhì)：顏色、狀態(tài)、質(zhì)量、體積、光、電、熱、磁等〕這些方法一般都有獨立的方法原理及理論根底。目前高水平、高尖端的實驗研究結(jié)果均是建立在高精度的儀器分析方法的根底上的?；瘜W(xué)分析和儀器分析的關(guān)系

化學(xué)分析(chemicalanalysis)：化學(xué)分析——是指利用化學(xué)反響和它的計量關(guān)系來確定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。測定時需使用化學(xué)試劑、天平和一些玻璃器皿。儀器分析(instrumentalanalysis)：儀器分析——是以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為根底建立起來的一類分析方法。測定時，常常需要使用比較復(fù)雜的儀器?；瘜W(xué)分析和儀器分析的關(guān)系測量常量組分〔大于1%〕常用化學(xué)分析，而測量微量或痕量組分時，那么常用儀器分析；關(guān)系：儀器分析與化學(xué)分析的區(qū)別不是絕對的，儀器分析是在化學(xué)分析根底上的開展，是分析化學(xué)的開展方向。化學(xué)分析是儀器分析的根底，儀器分析離不開化學(xué)分析，二者互為補充，不可偏廢。儀器分析的特點①靈敏度高，檢出限低。化學(xué)分析：樣品用量：mL、mg級，常量分析儀器分析：樣品用量：μg、μL級，微量、痕量分析②選擇性好。很多的儀器分析方法可以通過選擇或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時，相互間不產(chǎn)生干擾。③操作簡便，分析速度快，容易實現(xiàn)自動化。④相對誤差較大。化學(xué)分析一般用于常量和高含量成分分析，準確度較高，誤差小于千分之幾。多數(shù)儀器分析相對誤差較大，一般為5%，甚至更高，不適用于常量和高含量成分分析。⑤需要價格比較昂貴的專用儀器。1.2儀器分析分類主要的儀器分析方法主要的儀器分析方法儀器分析電化學(xué)分析法質(zhì)譜分析法別離分析法熱分析法分析儀器聯(lián)用技術(shù)光分析法

光分析方法的分類

光分析法吸收光譜法旋光分析法發(fā)射光譜法比濁分析法折射分析法散射光譜法

電化學(xué)分析方法的分類電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法別離分析方法的分類

離子色譜法別離分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法毛細管電泳色譜法超臨界色譜法

其他分析方法的分類其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法1.3儀器分析的開展概況化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)、生命科學(xué)等各種學(xué)科互相滲透，互相融合，使儀器分析逐漸成為一門進行測量和表征的綜合性學(xué)科，即分析科學(xué)。從分析對象上看，與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、新材料科學(xué)有關(guān)的儀器分析方法得到迅猛的開展。從分析手段上看，多種方法融合使測定更為靈敏、快速、準確和自動化。從分析方法上看，計算機技術(shù)在儀器分析中的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了儀器操作和數(shù)據(jù)處理的自動化，大大提高了儀器分析方法的效率、靈敏度和準確度。在電化學(xué)分析方面，各種生物傳感器和微電極的使用大大擴展了電化學(xué)分析的研究范圍，適應(yīng)了生物分析及生命科學(xué)開展的需要。在光分析方面，涌現(xiàn)出了電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜、傅立葉變換紅外光譜、等離子體質(zhì)譜、激光光譜和化學(xué)發(fā)光光譜等一系列光譜分析新技術(shù)，尤其是光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器探頭廣泛應(yīng)用于臨床分析、環(huán)境檢測、生物分析和生命科學(xué)等領(lǐng)域。在別離分析方面，氣相色譜、高效液相色譜、超臨界流體色譜、毛細管電泳在生物分析和生命科學(xué)方面得到了極大地應(yīng)用，尤其是聯(lián)用分析技術(shù)已成為當前別離分析的重要開展方向。如：氣相色譜—質(zhì)譜法〔GC-MS〕液相色譜－質(zhì)譜〔LC-MS)氣相色譜—原子發(fā)射光譜法〔GC-AES〕液相色譜—質(zhì)譜法〔HPLC-MS〕1.4儀器分析方法的主要評價指標精密度準確度標準曲線靈敏度檢出限

精密度精密度〔Precision〕：使用同一方法或步驟進行屢次重復(fù)量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。同一分析人員在同一條件下測定結(jié)果的精密度又稱重復(fù)性；不同實驗室所測定結(jié)果的精密度又稱再現(xiàn)性。精密度通常用測定結(jié)果的標準偏差或相對標準偏差來量度。標準偏差(Absolutestandarddeviation，s)相對標準偏差(Relativestandarddeviation,RSD)準確度準確度：試樣含量的測定值與其真實值〔標準值〕相符合的程度。準確度通常用測定結(jié)果的誤差或相對誤差來量度。誤差：相對誤差：標準曲線標準曲線：被測物質(zhì)的濃度或含量與儀器響應(yīng)信號的關(guān)系曲線；線性范圍：標準曲線的直線局部所對應(yīng)的被測物質(zhì)濃度或含量的范圍。線性范圍CDLLOLLOQ濃度c響應(yīng)信號SCDL=檢測限；LOQ=limitofquantitation，定量低限LOL=limitoflinearresponse,線性響應(yīng)高限通常的分析方法，其線性范圍LOL/LOQ至少要到達2個數(shù)量級。

相關(guān)系數(shù)

表征x與y之間線性好壞的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；∑(ci－c)(Ai－A)r=±[∑(ci－c)2·∑(Ai－A)2]1/2r在-1.0000~+1.0000之間；|r|=1時，c與A之間有嚴格的線性關(guān)系；r=0時，c與A之間無線性關(guān)系；0﹤|r|﹤1時，c與A之間有一定的線性關(guān)系；|r|越接近于1，c與A之間的線性關(guān)系越好。

nnni=1i=1i=1靈敏度靈敏度〔Sensitivity〕：物質(zhì)單位濃度或單位質(zhì)量的變化引起響應(yīng)值變化的程度，反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力。

IUPAC推薦使用標準曲線斜率作為衡量靈敏度上下的標準。許多方法的靈敏度隨實驗條件而變化，所以，現(xiàn)在一般不用靈敏度作為方法的評價指標。檢出限某一方法在給定置信水平上可以檢出的最小濃度或含量。用濃度表示——相對檢出限；用質(zhì)量表示——絕對檢出限。在光學(xué)分析法中，檢出限定義為：D=3S0／SS0是空白信號〔儀器噪聲〕的標準偏差。S為分析方法的靈敏度，即標準曲線的斜率。其他方法可以照此規(guī)定，有的方法有自己特殊的規(guī)定。

1.5

課程的主要內(nèi)容、學(xué)習方法與要求一、課程主要內(nèi)容

二、課程的學(xué)習方法三、學(xué)習要求

四、參考資料

一、課程主要內(nèi)容

十一章內(nèi)容，九種儀器分析方法，包括方法原理、儀器結(jié)構(gòu)、操作條件選擇、應(yīng)用；三大類：光分析法、電分析法、別離分析法；無機物分析；有機物分析；化合物結(jié)構(gòu)分析；特點：內(nèi)容繁多、各成體系；每類方法有其特點、內(nèi)在規(guī)律、應(yīng)用范圍。二、課程的學(xué)習方法1.抓住主線特點——原理——用途；重點在原理2.歸納共性與個性別離分析法：共性：復(fù)雜混合物別離分析個性：流動相-原理-對象3.處理好整體與局部分析儀器——結(jié)構(gòu)流程——關(guān)鍵部件4.廣泛利用各種資料紙質(zhì)和電子的

三.學(xué)習要求課前仔細預(yù)習課中努力學(xué)習課后盡快復(fù)習作業(yè)獨立完成成績評定：平時與實驗占30％〔作業(yè)、實驗報告、理論課和實驗課考勤〕期末考試占70％四、參考資料?儀器分析?北京大學(xué)出版社，北京大學(xué)?儀器分析?高等教育出版社，2001年，武漢大學(xué)化學(xué)系編