现代仪器分析

现代仪器分析主要参考书及学术刊物1. 刘约权等，现代仪器分析，高等教育出版社，2001 2.朱明华，仪器分析，高等教育出版社，第二版，1993 3.史景江等，色谱分析，重庆大学出版社，1990 4.清华大学，现代仪器分析，清华大学出版社，19835. American Chemical Society,Analytical Chemistry 6. American Chemical Society,Journal of Chromatography 7.中国化学会，分析化学 8.中国化学会，色谱 9.中国分析测试学会，分析测试学报现代仪器分析的教学定位 现代仪器分析法在自然科学领域的研究和应用 中占有极其重要的地位，是自然科学工作者必须掌 握的关键手段。现代仪器分析课程在化学，化工材 料化学等专业本科生的教学内容中占有很重要的地 位，是基础主干课程之一；现代仪器分析课程也是 生命科学、医学、药学、农业科学和食品科学等相 关学科和专业研究生的教学的主要内容。本课程的 学习对象是学完无机化学、分析化学（化学分析部 分）、有机化学及部分物理化学等先行课程，且具 备一定高等教学，普通物理学基础的化学学科的大 学高年级学生或生命科学等相关学科和专业的低年 级研究生。 现代仪器分析教学的基本要求及目标 通过本课程的教学，应使学生对仪器分析这一 领域有较全面的了解，基本掌握仪器分析的各类方 法，其内容涵盖光、电、色、质及某些新技术的应 用。要求学生对这些方法的基本原理、仪器设备及 其基本结构、方法特点及应用能较深入的理解和掌 握，初步具备根据分析对象选择合适的分析方法及 理解相应问题的能力。近几十年来，仪器分析正在 飞快发展。学生在学习本课程后，应理解近代仪器 分析的发展趋势及新方法、新技术的概况、增强自 身的创新意识和能力。 现代仪器分析的学习导向 1.要与其它课程密切联系起来进行学 习。仪器分析中的基本理论，除了其本身 的某些具体原理外，不少是其它学科或其 它课程的理论为基础的，例物理学中的光 、电、磁学，化学中的其他课程等。因此 学习仪器分析时，要把它们密切联系起来 ，把基本知识融会贯通，加以应用，以深 入掌握仪器分析各种方法的基本理论和原 理。 2. 要将各种仪器分析方法之间区别与联系加以比 较、归纳进行学习。本课程的基本内容包括光、电、 色、质四大块，四大块中某些化学基本知识有一定的 联系，但它们的基本理论、基本原理具有本质上的不 同，应该深刻的加以区别。而光、电、色、各块中均 包含各种方法，虽然各方法有一定的独立性和差异， 但它们之间有密切的联系，有许多共同点，学习时要 很好地将各种方法从原理、特点、仪器设备到应用等 各方面加以比较和归纳总结。 3.要把理论学习和实际应用紧密结合起来进 行学习。仪器分析是一门实践性很强的学科，理 论学习要联系实际，在实际中加以理论学习。联 系实际有俩种途径：一，是按照课程的要求，配 套进行仪器分析实验课的教学；二，是在实际工 作中加以应用。运用所学的知识对具体的分析对 象，选择合适的分析方法进行分析，而且在实践 中巩固和加深所学的知识。 4. 要努力培养自己的自学能力。在学 习基础知识、基本方法的基础上，要能进一 步的深化和实践，拓宽知识，掌握新方法、 新技术，增强自身的创新意识和创新能力。 课时安排讲授部分（2学分，40学时）： 第一章 绪论（2学时）第二章 气相色谱分析（8学时）第三章 高效液相色谱分析（6学时）第四章 质谱分析（4学时）第五章 电感耦和等离子体发射光谱分析（4学时） 第六章 原子吸收光谱分析 （6学时） 第七章 紫外可见吸收光谱分析（4学时） 第八章 分子发光分析（2学时）第九章 红外吸收光谱分析（4学时）实验部分（21×N 学时）：实验一 气相色谱分析 实验二 气相色谱/质谱联用分析 实验三 液相色谱分析 实验四 液相色谱/质谱联用分析 实验五 原子吸收光度分析 实验六 紫外吸收光谱分析 实验七 荧光光谱分析第一章 绪论1.仪器分析与化学分析1.1 分析化学的发发展及仪仪器分析的产产生 分析化学 第一次变革第二次变革第三次变革仪器分析 1.2 仪仪器分析与化学分析的联联系与区别别1.3 仪仪器分析的特点 2.仪器分析方法原则上，凡能表征物质的所有的物理和物 理化学的性质，都可以被用作为分析该物质 的方法依据，所以仪器分析的方法是很多的， 仪器分析不仅方法众多，而且各种方法往往又 有其各自比较独立的方法原理而可自成体系。 可用于分析目的的物理性质及仪器分析方 法的分类：可用于分析目的的物理性质及仪器分析方法的分类方法的分类 被测物理性质 相应的分析方法光学分析法辐射的发射吸收,散 射,折射,衍射,旋转发射光谱法、荧光光谱法；分 光光度法（X射线，紫外，可 见光，红外）、原子吸收法、 电子自旋共振波谱法、核磁共 振波谱法；浊度法、拉曼光谱 法；折射法、干涉法；X射线 衍射法、电子衍射法；偏振法电 化 学分 析 法半电池电位、电导 电 量,电流电压特性电位分析法,电位滴定法,电导 法,库仑法,极谱分析法色谱分析法两相间的分配气相色谱法、液相色谱法质谱分析法 质荷比质谱法其他分析法热性质，核性质热导法、热焓法，中子活化法2.1 仪仪器分析的分类类2.2 仪器分析的方法 2.2.1光学分析法凡是基于检测能量作用于待测物质后 产生的辐射讯号或所引起的变化的分析方 法均可称为光分析法。光分析法又可以分 为非光谱法与光谱法两类。 从广义的辐射概念来说，以光电子辐 射为基础的各种光电子能谱法也属于光分 析的范围。 2.2.2 电化学分析法电化学分析法是根据物质在溶液中 的电化学性质及其变化来进行分析的方 法。根据所得的电讯号的不同，可以分 为：电导分析法、电位分析法、电解和 库仑分析法以及伏安和极谱分析法等。2.2.3 色谱分析法 色谱法是一种分离和分析方法。色谱 法主要有气相色谱法和液相色谱法等。将 色谱法与各种现代仪器方法联用，是解决 复杂物质的分离和分析问题的最有效的手 段。 2.2.4 其它仪器分析方法 质谱法 热分析法 放射化学分析法 3.仪器分析发展概况获诺贝尔奖的仪器分析项目获奖人 项目内容 获奖年份 W.H.Bragg（英） 应用X射线研究晶体结构（物理奖） 1915 W.L.Bragg（英） F.W.Aston（英） 用质谱法发现同位素并用于定量分析（化学奖） 1922 F.Pregl（奥地利）开创有机物质的微量分析法（化学奖） 1923F.Bloch（美） 发明核磁的测定方法（物理奖） 1952 E.M.Purcell（美） A.J.P.Martin（英）开创气相分配色谱分析法（化学奖） 1952R.L.M.Synge（英） J.Heyrovsky（捷）开创极谱分析法（化学奖） 1959R.Yalow（美） 开创放射免疫分析法（生理医学奖） 1977K.M.Siegbahn(瑞典)发展高分辨率电子光谱学并用于化学分析(物理奖) 19813.1 社会和科学技术的进步是现代仪器分析发展的动力 只作组分和含量的分析已远远不够了，要求 进行结构、状态、形态，甚至是能态的分析；只作 微量分析已远远不够，越来越多要求作痕量、超痕 量、甚至是原子、分子水平上的分析；只作样品的 平均组成分析已远远不够，要求进行组分的分布、 断层、微区等分析；只作静态分析已远远不够，要 求作快速、连续、自动的动态、瞬时分析；只在实 验室里分析已远远不够，要求进行现场、在线、实 时、遥感等分析；只作破坏性的取样分析已远远不 够，要求作非破坏性的无损、非浸入、活体等分析 。现代仪器分析的发展，为分析化学 的内容带来了革命性的变化。 3.2 现代仪器分析的发展趋势 学科的发展 新分析方法的建立 分析仪器的发展 而仪器分析的发展趋势，可能具体表 现为以下六个方面： (1)计算机技术在仪器分析中的应用将更加普遍和深 入，仪器分析方法将更智能化、高效、多用途。(2)仪器分析方法的准确度、灵敏度和选择性将进一 步提高，许多新的超痕量分析方法和超微量分析技术 将逐步建立。(3)仪器分析将更广泛地用于物质组分的价态、络合 状态、元素间的联系及微区空间分布、结构细节、微 区分析等研究工作中。(4)联用分析技术已成为当前仪器分析方法发展的主要 方向之一。(5)学科间相互交叉、渗透，新技术的引进、应用，促 进了仪器分析进一步的发展。与生物医学相结合，用 于生命过程的研究；同时，生物医学中的酶催化反应 与免疫反应等技术和成果也将进一步用于仪器分析， 开拓新的研究领域和方法。如酶电极、免疫传感器、 免疫伏安法、免疫发光分析法等。(6)仪器分析方法将在各种工业流程及特殊环境中（例 如生物活体组织）的自动监控或遥控检测中发挥重大 的作用。在这一领域中，各种新型化学传感器的研制 将是十分重要的。4.我国目前现代仪器分析常用方法4.1 色谱分析法:气相色谱法、高效液相色谱法； 4.2 电化学分析法:电位分析法、库仑分析法、极谱分析法 4.3 光学分析法：原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外吸收光谱法、红外吸收 光谱法； 4.4 质谱分析法； 4.5 核磁共振波谱法。5.仪器分析的学习方法 5.1 “量化”的概念 5.2 基本理论、仪器的基本构造和应用 5.3 注重实验第二章 气相色谱分析 (Gas Chromatography,GC)1.色谱法概述 2.色谱基本理论 3.色谱分离条件的选择 4.固定相及其选择 5.气相色谱检测器 6.气相色谱定性分析方法 7.气相色谱定量分析方法8.毛细管柱气相色谱法 1.色谱法概述 、 1.1 色谱分离技术1.1.1 色谱法组成：色谱柱,固定相,流动相 固定相：使混合物中各组分在两相 间进行分配，其中一相是不动的， 称为固定相； 流动相：携带混合物流过此固定相 的流体，称为流动相。色谱法，已成为一种重要的分离、分析 技术，它应用于分析化学，就是色谱分析。特别是近三十年来，由于GC和HPLC的迅 猛发展，色谱分析已广泛应用于各个领域， 成为了当代科技迅速发展时期的最适宜最重 要的分离分析技术，并形成了一门新兴学科 色谱学。 1.1.2 色谱分离原理流动相中所含混合物经过固定相 时，就会与固定相发生作用。由于各 组分在性质和结构上的差异，与固定 相发生作用的大小、强弱差异，在同 一推动力作用下，不同组分在固定相 中的滞留时间有长有短，从而按先后 的次序从固定相中分离出来。组分分离示意图载气 检测器 记录仪A+BABABBAABBA色谱法（Chromatograph）与蒸 馏、重结晶溶剂萃取、化学沉淀及电 解沉积法一样，也是一种分离技术， 是一种物理化学的分离分析方法，它 是各种分离技术中效率最高和应用最 广的 一种方法。1.2 色谱分类法1.2.1 按两相所处状态流动相总称 固定相 色谱名称气 体液 体气相色谱液相色谱固 体 液 体固 体液 体气固色谱 气液色谱 液固色谱 液液色谱1.2.2 按固定相形状1.2.3 按分离机制1.2.4 按色谱技术1.2.5 色谱动力学过程各种色谱法的共同点：（1）分离系统都包含两相；（2）色谱分离的基本过程相同；（3）都要求不同组分在色谱系统中有不同的 迁移 速度。1.3 气相色谱分析与气相色谱仪1.3.1 气相色谱分析特点：（1）高选择性；（2）高效能；（3）低检测限；（4 ）分析速度快；（5）应用范围广。局限性：不适合于分析沸点高、 分子量太大、受热易分解 或变性、 具腐蚀性