1、儀 器 分 析,授課教師:戚琦授課班級:09化本學(xué)時(shí)數(shù): 48學(xué)時(shí)授課時(shí)間:每周二、周四上午第三、四節(jié)，至第十二周結(jié)束課程學(xué)習(xí)要求：1、按時(shí)上課，不遲到不早退。 2、上課時(shí)請同學(xué)們不要說閑話，造成對老師授課時(shí)的干擾。請不要做與本課程無關(guān)的雜事。 3、做好相關(guān)的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)工作。上課時(shí)作好筆記，課后做好老師布置的作業(yè)。,如何學(xué)習(xí)儀器分析,1.掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息 2.了解儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理和方框圖 3.掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法 4.反復(fù)閱讀教本，獨(dú)立完成作業(yè),第一章 緒 論 Introduction,第一節(jié) 分析化學(xué)發(fā)展和儀器分析的地位 經(jīng)典分析化學(xué),Analytical

2、chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. .,研究物質(zhì)化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)信息，分析方法及相關(guān)理論的科學(xué)。 化學(xué)分析:利用化學(xué)反應(yīng)和它的計(jì)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。,分析化學(xué)的地位,據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已經(jīng)頒布的所有諾貝爾物理、化學(xué)獎中，有四分之一的項(xiàng)目和分析化學(xué)直接有關(guān)。,

3、國際：36國家，1075個分析化學(xué)機(jī)構(gòu)；美國20萬化學(xué)家，4萬多從事分析化學(xué)，3000多所大學(xué)，270多所有分析化學(xué)專業(yè)。有的國家大學(xué)單獨(dú)設(shè)系。 中國：10個國家級分析測試中心，12個部級測試中心，21個省市測試中心，137個國家級產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，300多個進(jìn)出口商品檢驗(yàn)室，8千多個環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)，數(shù)十萬龐大的分析隊(duì)伍。,分析科學(xué),中藥復(fù)雜體系,大氣海洋環(huán)境,醫(yī)藥食品安全保障,生命過程研究,國家安全,基礎(chǔ)理論研究,現(xiàn)代分析科學(xué)發(fā)展前沿,Fundamental and Application Oriented,技術(shù)發(fā)展Problem Oriented,GLP Lab,現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室,便攜式 分析

4、儀器,集成系統(tǒng),發(fā)展創(chuàng)新儀器,食品安全和毒品等,儀器分析的產(chǎn)生,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。 這些方法一般都有獨(dú)立的方法原理及理論基礎(chǔ)。,儀器分析的產(chǎn)生是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要、必然，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。, 儀器分析的特點(diǎn),.靈敏度高,檢出限低 3.分析速度快，效率高，可以一次分析樣品中多種元素信息； 3.選擇性好； 3.4 準(zhǔn)確度相對較低，相對誤差較大 3.5一般儀器價(jià)格較貴，維修使用成本較高800MHz NMR120萬美元。,表1 各種儀器分

5、析方法的靈敏度,4 儀器分析的歷史發(fā)展概況,儀器分析的三次巨大變革 4.1 第一次變革 4.1.1 16世紀(jì)分析天平的發(fā)明,分析化學(xué)具有了科學(xué)的內(nèi)涵；,4.1.2 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)由一門操作技術(shù)變成一門科學(xué)； 特點(diǎn)：20世紀(jì)40年代前，化學(xué)分析占主導(dǎo)地位，儀器分析種類少和精度低；,20世紀(jì)40年代后，儀器分析的大發(fā)展時(shí)期。 第二次世界大戰(zhàn)前后，分析化學(xué)從以化學(xué)分析為主的經(jīng)典分析化學(xué)，發(fā)展到以儀器分析為主的現(xiàn)代分析化學(xué)； 特點(diǎn)：化學(xué)分析與儀器分析并重,儀器分析自動化程度低； （1）Bloch F 和Purcell E M；建立了核磁共振測定

6、方法；諾貝爾化學(xué)獎1952年； （2）Martin A J P 和Synge R L M；建立了氣相色譜分析法；諾貝爾化學(xué)獎1952年； （3）Heyrovsky J，建立極譜分析法，諾貝爾化學(xué)獎1959年,4.2 第二次巨大變革,4.3 第三次變革,從20世紀(jì)70年代末至今 特點(diǎn)：分析儀器的智能化，加快了數(shù)據(jù)處理的速度，即高效率、微觀化、微量化和自動化是現(xiàn)代分析化學(xué)的特色。,目前高水平、高尖端的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果均是建立在高精度的儀器分析方法的基礎(chǔ)上的。 據(jù)日本讀賣新聞2003年8月日報(bào)道，文部科學(xué)省申請億美元的政府預(yù)算，開發(fā)世界尖端的分析計(jì)算測量儀器，以促使更多諾貝爾獎級的科研成果誕生。 日本文

7、部科學(xué)省通過專家研討機(jī)構(gòu)，選定了對尖端分析計(jì)算測量儀器要求高、有望出現(xiàn)重大科研成果的三個領(lǐng)域，分別是：生命科學(xué)，納米技術(shù)、材料和信息通信，以及環(huán)境科技。,儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域,社會：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚新鮮度、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）、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測序；活體檢測； 環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測；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、智能化儀器研制。,恐怖襲擊,不法污染排放,室內(nèi)裝修污染，食品安全情況。

8、,據(jù)監(jiān)測，20日7時(shí)，在吉林界內(nèi)的第二松花江匯入我省界第一個監(jiān)測斷面即肇源斷面開始檢出苯超標(biāo)，表明污染帶前鋒已達(dá)我省。20日16時(shí)肇源斷面硝基苯也開始超標(biāo)，21日9時(shí)，硝基苯超標(biāo)29.1倍，較高濃度污染帶約80公里，流經(jīng)持續(xù)時(shí)間為40小時(shí)左右。另據(jù)松遼委21日函報(bào)，19日21時(shí)污染團(tuán)進(jìn)入省界緩沖區(qū)，苯超標(biāo)2.5倍，硝基苯超標(biāo)103.6倍。目前污染帶已通過肇源斷面，正在向下游移動。據(jù)最新監(jiān)測結(jié)果報(bào)告，距四方臺哈爾濱市取水口73公里的三家子斷面，23日4時(shí)監(jiān)測硝基苯超標(biāo)28.56倍。,突發(fā)污染,海洋污染與赤潮,建 蓮,甘 草,丹 參,枸 杞,蘇丹紅I（Sudan I）的化學(xué)名稱為1-苯基偶氮-2-

9、萘酚(1- phenylazo-2- naphthalenol)，分子結(jié)構(gòu)式為C6H5=NC10H6OH，分子量248.28； 蘇丹紅II（Sudan II）化學(xué)名稱為1-(2,4-二甲基苯)偶氮-2-萘酚(1-(2,4-dimethylphenyl)azo-2-naphthalenol)；蘇丹紅III（Sudan III）化學(xué)名稱為1-4-(苯基偶氮)苯基 偶氮-2-萘酚(1-4-(phenylazo)phenylazo-2-naphthalenol)； 蘇丹紅IV（Sudan IV）化學(xué)名稱1-2-甲基-4-(2-甲基苯)偶氮苯基偶氮-2-萘酚(1-2-methyl-4-(2-methyl

10、phenyl)azophenylazo-2-naphthalenol)。,海洋浮標(biāo)與微型實(shí)驗(yàn)室,原位、在線、實(shí)時(shí)、多維、微區(qū),天、空、面、底立體檢測,原位在線無人值守,戰(zhàn)爭與戰(zhàn)場現(xiàn)場快速測試,體液、單細(xì)胞分析,5 儀器分析發(fā)展趨勢展望,分析儀器的發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)和推動力之一。 分析儀器的主要應(yīng)用領(lǐng)域正向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移分析儀器本身將不斷微型化、智能化但人類向時(shí)間和空間的兩個極限挑戰(zhàn)所需的高級精密儀器也不容忽視生命過程、生產(chǎn)、科研和社會活動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。,5.1分析儀器是人們感覺器官的延伸,5.2分析儀器的微型化和智能化,隨

11、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)也將越來越微型化。 計(jì)算機(jī)（電腦）與人腦的結(jié)合將不再是一個夢、帶有植入式電腦的人的智能將大大超過不帶電腦的“自然人”。,5.3分析儀器的大眾化、個性化和日用品化，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”服務(wù). 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。,5.4建立和發(fā)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)儀器的基本功能、又

12、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）。,5.5 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)生等方面起著重大的作用。 沒有新型DNA分析儀的進(jìn)一步發(fā)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現(xiàn)有基因圖譜加以利用。,2008年美籍華裔錢永健因在熒光蛋白研究領(lǐng)域的成果而獲得諾貝爾化學(xué)獎.他的父親錢學(xué)榘是美國波音公司的工程師,舅舅是麻省理工學(xué)院的的工程學(xué)教授,堂叔是中國導(dǎo)彈之父錢學(xué)森,哥哥錢永佑是神經(jīng)

13、生物學(xué)家美國科學(xué)院院士斯坦福大學(xué)教授.堂兄錢永剛是中國解放軍某研究所高級工程師,上海交通大學(xué)兼職教授. 錢永健1952年出生,后進(jìn)入哈佛大學(xué)學(xué)習(xí),20歲獲得化學(xué)和物 理學(xué)士學(xué)位并前往劍橋大學(xué)深造,1977年獲得生理學(xué)博士學(xué)位.1981年到加州大學(xué)伯克利分校任教授.目前他將實(shí)驗(yàn)室搬至加州大學(xué)圣地亞哥分校,任藥理學(xué)教授和化學(xué)與生物化學(xué)教授. 錢永健利用其在化學(xué)與生物學(xué)方面的天分找到了讓綠色熒光蛋 白更亮更持久發(fā)光的辦法.它所發(fā)出的熒光就象一盞明燈,幫助研究人員發(fā)現(xiàn)生命體在分子層面和細(xì)胞層面的諸多反應(yīng).,第二節(jié) 儀器分析方法的類型,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

14、技術(shù),質(zhì)譜分析法,1 光學(xué)分析法,光分析法,原子吸收法,紅外法,原子發(fā)射法,核磁法,熒光法,紫外可見法,光學(xué)分析法 某能量作用于待測物質(zhì)后測定其產(chǎn)生的輻射訊號或引起的某些變化的分析方法。 1.非光譜法-指那些不以光的波長為特征、訊號，僅通過測量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（反射、折射等）的變化的分析方法。如：干涉法、折射法、散射法、旋光法、衍射法等。 2.光譜法-以光的吸收、發(fā)射和拉曼散射等作用建立起來的光分析法。通過檢測光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行分析。 如：AAS,AES,AFS,UVS,IR,NMR等。,2. 電分析化學(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,庫侖分析法,極譜與伏安分

15、析法,電導(dǎo)分析法,根據(jù)物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)及其變化來進(jìn)行分析的方法.,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,電色譜法,超臨界色譜法,根據(jù)混合物各組分在互不相溶的兩相（固定相、流動相）中的吸附能力，分配系數(shù)或其親和作用性能的差異來進(jìn)行分離和測定的方法。,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,聯(lián)用技術(shù),熱分析法,放射分析,分 析 化 學(xué),化 學(xué) 分 析,儀 器 分 析,酸堿滴定,配位滴定,氧化還原滴定,沉淀滴定,電化學(xué)分析,光化學(xué)分析,色譜分析,波譜分析,重量分析,滴定分析,電導(dǎo)、電位、電解、庫侖極譜、伏安,發(fā)射、吸

16、收，熒光、光度,氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細(xì)管電泳,紫外、紅外、核磁、質(zhì)譜,第三節(jié) 分析儀器,信號發(fā)生器：產(chǎn)生可以反映待測物存在及濃度的信號裝置，多半為離子或化合物自身。 檢測器：光電轉(zhuǎn)換器 電位計(jì) 信號處理：運(yùn)算放大 輸出：記錄儀、計(jì)算機(jī),1 分析儀器的基本結(jié)構(gòu)單元,我院目前裝備的部分分析儀器,雅典奧運(yùn)會興奮劑檢測中心,中國興奮劑檢測中心擁有符合國際奧委會要求的現(xiàn)代化檢測儀器設(shè)備，曾被確定為2000年悉尼奧運(yùn)會的備用實(shí)驗(yàn)室， 在過去的10多年中，每年都有實(shí)驗(yàn)室因未能通過復(fù)試而被降級或取消資格。,由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)行興奮劑檢測的技術(shù)難度很大、要求極高。要查出1毫升尿液中含有的2納克

17、（1納克等于十億分之一克）興奮劑，就相當(dāng)于在5個標(biāo)準(zhǔn)游泳池（50米*25米）的水量中放入一小勺糖，然后隨意抽取一小瓶進(jìn)行化驗(yàn)。,YN-CL型農(nóng)藥殘毒儀 有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘毒快速檢測,便攜式多成份煙氣分析儀(測量排煙溫度、煙氣中的O2、CO、SO2、NO、NO2、微壓（P）等參數(shù)),Nicolet 紅外光譜儀,HP高壓液相色譜儀,日立F-4500熒光分光光度計(jì) (Fluorescence Spectrophotometry),日本Jascoo公司熒光分光光度計(jì),日本島津公司的原子吸收 （Atomic Absorption Spectrometry）,Perkin-Elemer的原子吸收

18、（Atomic Absorption Spectrometry）,Perkin-Elemer ICP AA-100B,核磁共振儀,2 分析儀器的性能指標(biāo),2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線-又稱工作曲線。 如吸光光度法，首先在一定條件下配制一系列具有不同已知濃度吸光物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后在確定的波長和光程等條件下，分別測量溶液的吸光度，繪制A-c曲線，從而得到一條通過原點(diǎn)的直線，即標(biāo)準(zhǔn)曲線。 當(dāng)需要對某未知液的濃度cx進(jìn)行測定時(shí)，只需要在相同條件下測得未知液的吸光度Ax，就可由cx=Ax/b計(jì)算得出或直接在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得cx。,在實(shí)際操作中，應(yīng)注意調(diào)整cx的大小，使其對應(yīng)的Ax處于標(biāo)準(zhǔn)曲線的直線范圍（線性范圍）之內(nèi)。,2.2 靈敏度,物質(zhì)單位濃度或單位質(zhì)量的變化引起響應(yīng)信號值變化的程度，稱為方法的靈敏度，用S表示。 S=dy/dc或dy/dm 式中：dc和dm分別為被測物質(zhì)的濃度和質(zhì)量的變化量，dy為響應(yīng)信號的變化量。 靈敏度也就是標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率。斜率越大，方法的靈敏度就越高。,2.3 精密度,精密度是指使用同一方法，對同一試樣進(jìn)行多次測定所得測定結(jié)果的一致程度。 精密度常用測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差s或相對標(biāo)準(zhǔn)偏差sr量度. 同一分析人員在同一條件下測定結(jié)果的精密度稱為重復(fù)性； 不同實(shí)驗(yàn)室所得測定結(jié)果的精密度稱為再現(xiàn)性.,2.4 準(zhǔn)確度,試樣含量的測定值與試樣含量