1、戴 宗,學(xué)習(xí)要求,掌握常用儀器分析方法的原理、術(shù)語和儀器的簡單結(jié)構(gòu)； 根據(jù)分析目的，結(jié)合學(xué)到的各種儀器分析方法的特點、應(yīng)用范圍，選擇適宜的分析方法； 了解儀器發(fā)展新動向。,參考書,儀器分析原理，方惠群等，南京大學(xué)出版社 二十一世紀的分析化學(xué)，汪爾康 主編，科學(xué)出版社,第一章 儀器分析引言 本章提要： 分析化學(xué)的任務(wù)； 分析化學(xué)分類； 儀器性能及其表征； 儀器分析校正方法； 實際工作中，選擇儀器分析方法的幾種考慮。,分析化學(xué)是人們用來認識、解剖自然的重要手段之一； 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)； 分析化學(xué)是化學(xué)中的信息科學(xué)； 分析化學(xué)的發(fā)展過程是人們從化學(xué)的角

2、度認識世界、解釋世界的過程；,分析化學(xué),分析化學(xué)六面體,分析化學(xué)是做什么的？ 分析化學(xué)是研究物質(zhì)的化學(xué)組成的！這句話可展開為： What ? 定性分析(qualitative analysis)：目標物質(zhì)的原子、分子或功能基團組成信息； How much ? 定量分析(quantitative analysis)：目標物質(zhì)的數(shù)量信息。,分析化學(xué)的任務(wù),分析化學(xué)的分類,經(jīng)典分析,儀器分析,利用化學(xué)反應(yīng)及其計量關(guān)系進行分析的方法；,利用精密儀器測量表征物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)以確定其化學(xué)組成、含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析方法；,化學(xué)分離：沉淀、萃取、蒸餾等分離方法； 定性方法：加入各種試劑，測量

3、待測物（analyte, target species）的顏色、熔沸點、氣味、光學(xué)性質(zhì)（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶劑中的溶解特性。 定量方法：重量法、滴定（容量）法,化學(xué)分離：色譜技術(shù)和毛細管電泳技術(shù)開始取代沉淀、萃取、蒸餾等分離方法； 定性定量：利用物質(zhì)原子、分子、離子等的特性，如電導(dǎo)、電位、光吸收和發(fā)射、質(zhì)荷比、熒光等；,光分析法,儀器分析,色譜分析法,電化學(xué)分析法,原子光譜,分子光譜,原子發(fā)射,原子吸收,原子熒光,紫外可見,分子熒光、磷光,紅外,電導(dǎo),電位,庫侖,伏安,氣相色譜,液相色譜,吸附色譜,分配色譜,離子色譜,尺寸排阻色譜,親和色譜,吸附色譜,分配色譜,熱分析法,質(zhì)譜分析法

4、,分析儀器聯(lián)用技術(shù),儀器分析方法分類,CHI電化學(xué)工作站,CES2003教學(xué)型毛細管電泳儀,SPECTRO CIROS VISION ICP-AES光譜儀,Z-2000原子吸收分光光度計,AFS-2202a雙道原子熒光光度計,KLT-1型通用庫侖儀,氣相色譜儀,高效液相色譜儀,實驗儀器和設(shè)備 （I）,TRACE DSQ質(zhì)譜儀,實驗儀器和設(shè)備 （II）,離子色譜儀,必須注意： 1） 從經(jīng)典分析到以上眾多儀器分析中選擇一個合適方法并不容易； 2） 大多儀器分析靈敏度較高，但不是所有儀器分析的靈敏度都比經(jīng)典方法高； 3） 儀器分析對多元素或化合物分析具更高的選擇性，但經(jīng)典分析中的重量或容量分析的選擇

5、性比儀器分析法要好； 4） 從準確性、方便性和耗時上看，不能絕對地講哪種方法更好。,如何判斷儀器分析方法的優(yōu)劣？ 如何選擇合適的儀器分析方法來解決某個問題？,儀器性能及其表征,1）精密度（Precision） 使用同一方法或步驟進行多次重復(fù)測量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。 標準偏差(Absolute standard deviation)，s 平均標準偏差(Standard deviation of mean, sm) 相對標準偏差(Relative standard deviation, RSD) l 變異系數(shù)(Coefficient of variance, CV) 方差(Variance

6、): s2,2) 誤差（Bias） 測量值的總體平均值 x 與“真值”接近的程度。即 通過多次測量已知濃度或含量的物質(zhì)（稱為標準物質(zhì)），得到總體平均值與標準物質(zhì)含量（真實值）比較。 在建立新的分析方法時，對標準物質(zhì)的測量可找出誤差的來源！并通過空白分析和儀器校正來消除誤差。,3）靈敏度（Sensitivity） 反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力，也就是說，當濃度或含量有微小變化時，儀器或方法均可以覺察出來。 影響靈敏度的因素有二： a）校正曲線的斜率； b) 分析的重現(xiàn)性或精密度。 International Union of Pure & Applied Chemists，即IU

7、PAC推薦使用“校正靈敏度”或者“校正曲線斜率”作為衡量靈敏度高低的標準。,c,儀器和方法的靈敏度描述,k1, k2分別為兩條校正曲線的斜率，即靈敏度。 但未考慮測定重現(xiàn)性影響！,因此，有人建議以“分析靈敏度(Analytical Sensitivity)”表示，即 優(yōu)點：當儀器信號放大時，k 值增加，靈敏度提高；但此時 s 也相應(yīng)增加，從而一定程度地保證了靈敏度恒定； 缺點：s 與濃度有關(guān)，即靈敏度隨濃度而變化！,4）檢測限（Detection limit, DL） 在已知置信水平，可以檢測到的待測物的最小質(zhì)量或濃度。 它和分析信號（Singnal）與空白信號的波動（噪音, Noise）有關(guān)

8、，或者說與信噪比（S/N）有關(guān)。,檢出限如何計算呢？ 測定空白樣品(或濃度接近空白值）20-30次，求其 平均值 Sb 及其標準偏差 sb，則可分辨的最小信號 SDL= Sb+k1sb 通過校正曲線的斜率k，將最小待測物信號SDL轉(zhuǎn)化為濃度值cDL，即 經(jīng)統(tǒng)計學(xué)檢驗，當k1=3 時，大多數(shù)情況下，檢測結(jié)果的置信度為95%。因此上式可轉(zhuǎn)換為：,5）信噪比（signal-to-noise ratio, S/N） 任何測量值均由兩部分組成：信號及噪音。其中信號反映了待測物的信息，是我們所關(guān)心的，而噪音是不可避免的，它降低分析的準確度和精密度、提高檢出限，是我們不希望的。 多數(shù)情況下，N是恒定的，與S

9、大小無關(guān)。當測量信號較小時，測量的相對誤差將增加。因此用信噪比S/N是恒量儀器性能和分析方法好壞最為有效的指標！ 當S/N23時，分析信號將很難測定。,噪音的來源 化學(xué)噪音：分析體系中難以控制的一些化學(xué)因素。 儀器噪音：儀器的光(電)源、輸入(出)轉(zhuǎn)換器、信號處理單元等都是儀器噪聲的來源。 熱噪音（ Thermal, or Johnson, noise） 散粒噪音（Shot noise） 閃變噪音（Flicker noise） 環(huán)境噪音（Environmental noise）,硬件方法（接地和屏幕、差分放大器、模擬濾波、頻率調(diào)制方法、斷續(xù)放大或切光器、閉鎖裝置放大等）； 軟件方法（總體平均、

10、方脈沖平均、數(shù)字濾波等）以及其它方法（噪聲數(shù)據(jù)平滑、譜庫比較、譜峰識別技術(shù)）。,消除噪音的方法,動態(tài)范圍,cDL,LOL,LOQ,濃度，c,響 應(yīng) 信 號 S,6）動態(tài)范圍（Dynamic range）,cDL=檢測限；LOQ (limit of quantity)定量低限, LOL=limit of linear response, 線性響應(yīng)高限。 通常的分析方法，其線性動態(tài)范圍LOL/LOQ至少要達到2個數(shù)量級。,7） 選擇性(selectivity) 定義：樣品基體中其它組份對測定待測物時的干擾程度。在分析中，沒有哪種測定不受到諸多因素的干擾，換句話說，分析的過程就是消除或減少干擾對測定

11、影響的過程，也就是提高分析選擇性的過程。 通常用選擇性系數(shù)來反應(yīng)儀器或方法的選擇性，但該應(yīng)用并不多，只是在ISE分析中用到選擇性系數(shù)。,所謂校正(Calibration)，就是將儀器分析產(chǎn)生的各種信號與待測物濃度聯(lián)系起來的過程。除重量法和庫侖法之外，所有儀器分析方法都要進行“校正”。 校正方法有： 標準曲線法； 標準加入法； 內(nèi)標法。,儀器分析校正方法,1）標準曲線法（Calibration curve，Working curve, Analytical curve） 具體做法： 準確配制已知待測物濃度的系列: 0 (空白)，c1，c2，c3，c4.； 通過儀器分別測量以上各待測物的響應(yīng)值S0

12、，S1，S2，S3，S4及待測物的響應(yīng)值Sx； 以濃度c對響應(yīng)信號與S作圖得到標準曲線，然后通過測得的Sx從下圖中求得cx；或者通過最小二乘法獲得其線性方程再直接進行計算。,標準曲線法的準確性與否與兩個因素有關(guān)：標準物濃度配制的準確性；標準基體與樣品基體的一致性。,2）標準加入法（Standard addition method） 具體做法： 將一系列已知量待測物分別加入到幾等份的樣品中，配制成濃度為(cx+0)，(cx+c1), (cx+c2), (cx+c3).，得到和樣品有相同基體的標準系列(加標，spiking)； 通過儀器分別測量以上系列的響應(yīng)值S0，S1，S2，S3，S4； 以濃度

13、c 對響應(yīng)信號與S作圖，再將直線外推與濃度軸相交于一點(下圖)，求得樣品中待測物濃度cx。 優(yōu)點：基體(matrix)相近，或者說基體干擾相同；,3）內(nèi)標法（Internal standard method） 該法可以說是上述兩種校正曲線的改進?？捎糜诳朔驕p少儀器或方法的不足等引起的隨機誤差或系統(tǒng)誤差。 具體作法： 尋找一種物質(zhì)或內(nèi)標物，該內(nèi)標物必須是樣品中大量存在的或完全不存在的。然后，在所有樣品、標準及空白中加入相同量的上述內(nèi)標物； 分別測量樣品及標準中待測物及內(nèi)標物的響應(yīng)值，然后以Sx/Si比值對濃度c作圖； 按前述校正方法獲得cx。,說明： 當待測物與內(nèi)標物的響應(yīng)值的波動一致時，其比值可抵消因儀器信號的波動和操作上的不一致所引起的測定誤差； 例如：Li可作為血清中K，Na測定的內(nèi)標物（Li與K，Na性質(zhì)相似，但在血清中不存在）。 但尋找合適的內(nèi)標物（與待測物性質(zhì)相似而且儀器可以識別各自的信號），或重復(fù)引入內(nèi)標物往往有一定的困難，因此，尋找合適內(nèi)標物是十分費時的。, 所分析的物質(zhì)的性質(zhì)（元素？化合物？有機物？化合物結(jié)構(gòu)剖析？） 對分析結(jié)果的準確度要求？ 樣品量？ 樣品中待測物濃度大小范圍？ 可能對待測物產(chǎn)生干擾的組份？ 樣品基體的物理或化學(xué)性質(zhì)？ 有多少樣品，要測定多少目標物？,選擇儀器分析方法的幾種考慮,