儀器分析

..2023/7/3第一章

緒論..2023/7/3

分析化學(xué)是研究獲取物質(zhì)的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等信息及其相關(guān)理論的科學(xué)；是人們用來(lái)認(rèn)識(shí)、解剖自然的重要手段之一；分析化學(xué)：定性分析和定量分析定性分析：根據(jù)物質(zhì)的某種化學(xué)和物理性質(zhì)來(lái)判斷分子的組成、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)等的方法。定量分析：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)中的定量關(guān)系或者某一性能轉(zhuǎn)化成的信號(hào)的大小來(lái)進(jìn)行物質(zhì)的含量測(cè)定的分析方法。20世紀(jì)40年代前：分析化學(xué)=化學(xué)分析；

越來(lái)越多的問(wèn)題化學(xué)分析不能解決：快速、實(shí)時(shí)檢測(cè)方法？痕量分析方法？結(jié)構(gòu)確定？..2023/7/3

一、儀器分析的特點(diǎn)

分析化學(xué)=化學(xué)分析+儀器分析；化學(xué)分析：基于一定的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，根據(jù)其中計(jì)量關(guān)系進(jìn)行分析，比較經(jīng)典基礎(chǔ)。儀器分析：基于物質(zhì)的物理或物理化學(xué)參數(shù)而進(jìn)行的分析。

..2023/7/3化學(xué)分析和儀器分析的區(qū)別定性分析：化學(xué)分析，主要對(duì)無(wú)機(jī)物進(jìn)行分析;儀器分析，更多的應(yīng)用與有機(jī)物、生物物質(zhì)的分析。定量分析:化學(xué)分析，常量分析（試樣質(zhì)量>0.1g，試液體積>10ml，％>1％）。

儀器分析，超微量、超痕量的分析（ppm，ppb,ppt）。

儀器分析和化學(xué)分析在某些指標(biāo)，如靈敏度、選擇性上有了很大的提高。聯(lián)系：化學(xué)分析和儀器分析并非完全獨(dú)立，而是相輔相成的。化學(xué)分析是基礎(chǔ)?；瘜W(xué)分析＋儀器分析＝分析化學(xué)。..2023/7/3（一）化學(xué)分析優(yōu)點(diǎn)1．以化學(xué)反應(yīng)及其計(jì)量關(guān)系為基礎(chǔ)（重量法、容量法）2．準(zhǔn)確度高（用化學(xué)分析確定標(biāo)樣；重量法，滴定分析的相對(duì)誤差要求小于0.2%）3．儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便不足：1．分析速度不夠快（對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和自控不易實(shí)現(xiàn)）2.靈敏度不夠高（微量、痕量測(cè)定，如：頭發(fā)、體液、植物、食品等）..2023/7/3(二)儀器分析優(yōu)點(diǎn)1．以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)（依據(jù)不同）2．靈敏度高相對(duì)靈敏度常為ppm(10-4%)、ppb(10-7%)級(jí)，甚至ppt(10-10%)級(jí)，絕對(duì)靈敏度為1×10-6g（μg）、1×10-9g(ng)、1×10-12g(pg)。3．具有一定的準(zhǔn)確度對(duì)于ppm甚至ppt級(jí)的含量測(cè)定的相對(duì)誤差在10%以下（對(duì)于微量、痕量分析有時(shí)相對(duì)誤差可達(dá)100%甚至更高，因絕對(duì)誤差仍很小，故仍合理）。4．分析速度快短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)分析周期。5.可進(jìn)行無(wú)損分析、活體分析有時(shí)需要保持樣品原樣、原現(xiàn)場(chǎng)和需要進(jìn)行生物體內(nèi)分析（鼠——苯巴比妥的測(cè)定）。..2023/7/36.客觀化學(xué)分析中利用指示劑指示終點(diǎn)，由于的視覺(jué)誤差（人與人、同一人不同時(shí)間），無(wú)適當(dāng)指示劑或溶液本身有顏色、渾濁的影響，帶入主觀誤差，而儀器分析用電表、記錄儀、計(jì)算機(jī)直接顯示和記錄7.容易實(shí)現(xiàn)在線分析和遙控監(jiān)測(cè)8.用途廣泛9.樣品用量少..2023/7/3局限性1．儀器昂貴2．標(biāo)樣不易取得儀器分析法是一種相對(duì)分析法，（何為相對(duì)、絕對(duì)？）通常需要標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)照，對(duì)于一些復(fù)雜體系，標(biāo)準(zhǔn)樣品的制作是有一定困難的，如：土壤中某些元素的測(cè)定，人們很難模擬一種與土壤組成完全一樣的標(biāo)準(zhǔn)樣品，使測(cè)定受基體效應(yīng)的影響。3.相對(duì)誤差較大..2023/7/3二、儀器分析方法的分類(lèi)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..2023/7/3

儀器分析，基于物質(zhì)的物理或物理性質(zhì)而進(jìn)行的分析，因此根據(jù)測(cè)量的特征、性質(zhì)不同，儀器分析方法分為：

..2023/7/31、電化學(xué)分析法測(cè)定物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)及其變化。根據(jù)測(cè)定的信號(hào)（電導(dǎo)、電位、庫(kù)侖、伏安、電流電壓）不同，有電導(dǎo)、電位、庫(kù)侖、伏安、極譜分析方法。問(wèn)：氧化還原滴定，是否可以用測(cè)定電位信號(hào)來(lái)確定終點(diǎn)呢？？..2023/7/3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..2023/7/32、光分析法

檢測(cè)能量（光）作用于待測(cè)物后，產(chǎn)生輻射訊號(hào)或所引起的其他變化進(jìn)行的分析。（三個(gè)必要條件）

能源能源與待測(cè)物質(zhì)相互作用產(chǎn)生檢測(cè)訊號(hào)

光譜法：物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)產(chǎn)生躍遷所發(fā)生的電磁訊號(hào)，檢測(cè)λν。

非光譜法：不包含能級(jí)的躍遷，測(cè)量電磁波和物質(zhì)的相互作用，使某些基本性質(zhì)（方向、物理性質(zhì)）發(fā)生改變?nèi)绶瓷洹⒏缮?、衍射等?/p>

..2023/7/3光分析方法的分類(lèi)光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見(jiàn)法..2023/7/33、色譜法

分離方法，常用于聯(lián)用技術(shù)。主要用于分離各種復(fù)雜的混合物。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電色譜法超臨界色譜法..2023/7/34、其他分析方法的分類(lèi)其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法..2023/7/3質(zhì)譜法：通過(guò)將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)離子并按質(zhì)荷比（m/z）大小進(jìn)行分離記錄的分析方法。所獲得結(jié)果即為質(zhì)譜圖（亦稱(chēng)質(zhì)譜）。根據(jù)質(zhì)譜圖提供的信息可以進(jìn)行多種有機(jī)物及無(wú)機(jī)物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、樣品中各種同位素比的測(cè)定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析等。..2023/7/3三、儀器分析的進(jìn)展分析化學(xué)的三個(gè)發(fā)展階段，三次變革。階段一：16世紀(jì)，天平的出現(xiàn)。分析化學(xué)具有了科學(xué)的內(nèi)涵；20世紀(jì)初，依據(jù)溶液中四大反應(yīng)平衡理論，形成分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)。分析化學(xué)由一門(mén)操作技術(shù)變成一門(mén)科學(xué)；

分析化學(xué)的第一次變革；20世紀(jì)40年代前，化學(xué)分析占主導(dǎo)地位，儀器分析種類(lèi)少和精度低；..2023/7/3階段二：20世紀(jì)40年代后，儀器分析的大發(fā)展時(shí)期。儀器分析使分析速度加快，促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展；化學(xué)分析與儀器分析并重，儀器分析自動(dòng)化程度低；為什么出現(xiàn)在這一時(shí)期？一系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為儀器分析的建立和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（1）BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振測(cè)定方法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年；（2）MartinAJP和SyngeRLM；建立了氣相色譜分析法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年；（3）HeyrovskyJ，建立極譜分析法，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1959年儀器分析的發(fā)展引發(fā)了分析化學(xué)的第二次變革。..2023/7/3階段三：八十年代初，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為標(biāo)志的分析化學(xué)第三次變革。（1）計(jì)算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：實(shí)現(xiàn)分析過(guò)程的連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)、智能；促進(jìn)化學(xué)計(jì)量學(xué)的建立。（2）化學(xué)計(jì)量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法設(shè)計(jì)選擇最佳分析條件，獲得最大程度的化學(xué)信息。

化學(xué)信息學(xué)：化學(xué)信息處理、查詢(xún)、挖掘、優(yōu)化等。

（3）以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新儀器的出現(xiàn)：傅里葉變換紅外；色-質(zhì)聯(lián)用儀。

..2023/7/3趨勢(shì)：

1.提高靈敏度

2.解決復(fù)雜體系的分離問(wèn)題及提高分析方法的選擇性

3.飛破壞性檢測(cè)及遙測(cè)

4.自動(dòng)化及智能化

5.擴(kuò)展時(shí)空多維信息

快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)、靈敏及適應(yīng)特殊分析的方向迅速發(fā)展。..2023/7/3儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域

社會(huì)：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚(yú)新鮮度、食品添加劑、農(nóng)藥殘留量）、環(huán)境質(zhì)量（污染實(shí)時(shí)檢測(cè)）、法庭化學(xué)（DNA技術(shù)，物證）

化學(xué)：新化合物的結(jié)構(gòu)表征；分子層次上的分析方法；

生命科學(xué)：DNA測(cè)序；活體檢測(cè)；

環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測(cè)；污染物分析；

材料科學(xué)：新材料，結(jié)構(gòu)與性能；

藥物：天然藥物的有效成分與結(jié)構(gòu)，構(gòu)效關(guān)系研究；

外層空間探索：微型、高效、自動(dòng)、智能化儀器研制。..2023/7/3四、課程主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)包括方法原理、儀器結(jié)構(gòu)、操作條件選擇、應(yīng)用；四大類(lèi)：光分析法、電分析法、色譜分析法、其他分析法；無(wú)機(jī)物分析；有機(jī)物分析；化合物結(jié)構(gòu)分析；特點(diǎn)：內(nèi)容繁多、各成體系；每類(lèi)方法有其特點(diǎn)、內(nèi)在規(guī)律、應(yīng)用范圍；..2023/7/3課程性質(zhì)與目標(biāo)

1.課程性質(zhì)儀器分析：化學(xué)+物理學(xué)+電子技術(shù)+計(jì)算機(jī)(綜合性學(xué)科)

基礎(chǔ)課：化學(xué)專(zhuān)業(yè)；應(yīng)用化學(xué)；生物化學(xué)；環(huán)境化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課；2.課程目標(biāo)

培養(yǎng)兩類(lèi)人才：分析儀器的熟練應(yīng)用者——解決問(wèn)題；創(chuàng)新型人才——發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，開(kāi)拓新領(lǐng)域；例：分析儀器在C60的發(fā)現(xiàn)中的作用；(1)掌握常用儀器分析方法原理、應(yīng)用，熟悉儀器結(jié)構(gòu)；(2)使學(xué)習(xí)者具備選擇適宜的分析方法的能力；

(3)學(xué)習(xí)創(chuàng)新思維方式。..2023/7/3課程的學(xué)習(xí)方法

1.抓住主線特點(diǎn)——原理——用途；重點(diǎn)在原理2.歸納共性與個(gè)性色譜法：共性：復(fù)雜混合物分離分析個(gè)性：流動(dòng)相-原理-對(duì)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.勤書(shū)山無(wú)路勤為徑！

..2023/7/3參考書(shū)《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1990年，趙藻藩等《儀器分析原理》方惠群等；南京大學(xué)出版社1994《Principlesofinstrumentalanalysis》SkoogDA