仪器分析绪论3知识讲解.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1仪器分析 Instrumental Analysis v张君 v内蒙古大学化学化工学院 v课程属性：专业基础课v学时/学分 ：64/3 v授课方式：多媒体v：13664880826vEmail：z_j_通过本课程的学习1. 要求学生掌握常用仪器分析方法的原理 和仪器的简单结构；2. 要求学生初步具有根据分析的目的，结合学到的各种仪器分析方法的特点、应用范围，选择适宜的分析方法的能力 教 学 要 求第一章 绪论v分析测试是人类频繁的科学技术活动之一在人类发展史上，以创新分析测试技术为基础的先进仪器与装备的研发对一个国家的科学地位及经济的发展极为重要v纵观100年来获诺贝尔奖的科学成就，约有50多位获奖者的成就与创新测试技术仪器有直接关系v一定意义上，当今世界，谁掌握了最先进的分析测试手段，谁就掌握了科技发展的优先权；放弃自主发展先进的分析测试仪器就等于放弃了这些权利v方肇伦院士v当前我国在关键的高档分析测试仪器与装备方面完全依赖进口的局面令人十分忧虑v我国生产的仪器绝大部分为中低档产品，而技术密集的高端仪器装备，如色谱质谱仪、核磁共振波谱仪、等离子体质谱仪、电子能谱仪、透射和扫描电镜、自动生化分析仪和核酸测序仪等则完全依靠进口。

v要从战略的高度重视我国分析测试仪器与装备的研发工作z化学 是研究物理原子、分子、生物大分子、超分子和凝聚态的组成、结构、性质、化学反应及其规律和应用的科学z分析化学 是化学测量和表征的科学，是研究获取物质化学组成和结构信息的科学；分析化学包括化学分析和仪器分析两大部分分析测试是科技与生产的眼睛，是衡量一个国家科技与经济主要发展水平的主要标志z 从应用的分析手段来说，分析测试方法大体上可分为化学法、物理法、化学物理法z 化学分析 (化学法) 是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿，它是分析化学的基础包括化学定性分析、重量分析和容量分析z 仪器分析(物理法、化学物理法) 是以物质的物理性质（光、电、热、声和磁等）和物理化学性质为基础建立起来的，以成套的 (成型的)物理仪器或特殊的仪器设备(统称为商品仪嚣或分析仪器)为手段，来从事和获取物质(试样)的化学组成和结构信息的一种分析测试方法z 仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方向仪器分析的特点z灵敏度高，检出限量可降低如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的g、L级，甚至更低。

适合于微量、痕量和超痕量成分的测定z 选择性好很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰z操作简便，分析速度快，容易实现自动化v相对误差较大化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析v需要价格比较昂贵的专用仪器v更新周期很短许多仪器用几年就需要更新，故应很谨慎的选购仪器，必须事先对仪器性能有足够的了解，否则会造成很大的浪费 v仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析的基础上逐步发展起来的，不少的仪器分析方法还必须与试样处理、化学分离与富集相结合，才能完成分析的全过程所以仪器分析并不是一们独立的学科，而是多种仪器分析方法的组合，或自身的串联：或多种仪器的联合，且与微电子技术、计算机技术、化学计量学、核技术、生物、医学、环境和过程等密切相关毫无疑问，现代仪器分析不仅是重要的分析测试方法，而且是强有力的科学研究手段v从世界化学史来看，分析化学一直伴随着化学学科的发展而不断发展起来的，同时还对其他学科(如：数学、物理、化学、生物、材料、环境、医学等)的发展起着有力的推动作用。

v没有物理学和化学的发展是无法产生现代仪器分析的，同样，没有电子学和计算机科学技术的发展以及作为应用数学与化学的交叉产生的化学计量学的发展，也是无法产生现代仪器分析的 v分析仪器的发展可概括为：50年代仪器化，60年代电子化，70年代计算机化，80年代智能化，90年代信息化，v而2l世纪是仿生化和进一步信息智能化的时代v 分析过程通常包括采样、样品预处理、仪器校正、测量或表征和分析信号与数据处理等5个环节v现代仪器分析的中心在于化学测量和表征，在于研究获取物质化学组成和结构信息一、物理性质二、检验目的比较实际的分类法是分为：可鉴定原子的方法，可鉴定分子的方法，分离分析方法，联用分析方法，表面和界面分析方法电子和离子束微区分析方法环境分析方法食品分析法生化与医学专用分析方法等 分类表1一l 可用于分析目的的物理性质及仪器分析方法的分类方法主要应用使用仪器的情况原子发发射光谱谱特别别适宜于分析矿矿物、金属和合金使用电电感耦合等离子作为为光源时时 氩氩气消耗较较多，运行费较费较 高原子吸收光谱谱元素精确定量，金属元素痕量分析X光荧荧光光谱谱特别别适用于稀土元素，可测测比硫重 的元素中子活化分析精确定量，痕量和超痕量分析元素 和大多数元素的同位素电电化学分析可氧化还还原的物质质，包括全属离子 和有机物质质电电感耦合等离子体质谱质谱同位素分析，多元素同时测时测 定，痕量元素分析表l-2 可以鉴定原子的分析方法方法主要应用使用仪器的情况紫外可见见分光光度法芳香族和其它含双键键的有机化合物，如丙酮酮、苯、二硫化碳、氯氯气、臭氧、二氧化氮和二氧化硫；稀土元素，有机化合物自由基和生物物质质的测测定要用光谱纯谱纯溶剂剂红红外光谱谱只有在长长波段(2050微米)范围围才能测测各元素分子，如氧氮氢氢氯氯，碘、溴、 氟、氦氩氩、氖氖，氪氪等：能鉴鉴定功能团团和 提供指纹纹峰，可与已知标标准谱图对谱图对 比拉曼光谱谱可测测水溶液，提供与红红外光谱谱不同的功能团团信息如固体分子簇团团的对对称性近几年采拉曼光谱发谱发展极快，已有激光拉曼光谱谱、表面增强拉曼光谱谱和傅立叶变换变换拉曼光谱谱质谱质谱能给给出元素(包括同位素)和化合物的分子量和分子结结构信息；鉴鉴定有机化合物日常维维持费费用较较高，有简简易四 极极距、高分辨磁铁场铁场型、飞飞行时间时间型(time-of-flight) 还还有两台MS串联联型核磁共振波谱谱结结构测测定和鉴鉴定有机化合物：能提供分子构象和构型信息：能测测定原子数日常维护费维护费 用比质谱还质谱还 高，高分辨型要用液氦，有简简易型(60MHz)至高分辨型( 200-700MHz)多种型号表l-3 可以鉴定分子的分析方法顺顺磁共振波谱谱 有机自由基测测定：电电子结结合信息，还还可研究聚合机理X光衍射法鉴鉴定晶体结结构(特别别是无机物、高聚物、矿矿物、金属半导导体、微电电子材料)圆圆二色光谱谱法分析药药物和毒物中对对映体：高聚物的基础础性研究热热分析法研究物质质的物理性质质随温庹变变化而产产生 的信息；广泛用于研究无机材料、金属、高聚物和有机化合物：表征高聚物性能变变化：测测定生物材料或药药物的稳稳定性仪器主要应用备注气相色谱谱 (GC) 适宜于高效分离分析复杂杂多组组分的挥发挥发 性有机化合物、同分异构体和旋光异构体以及痕量组组成改换换不同色谱谱柱和不同的检测检测 器可改变变方法的专专一性液相色谱谱（LC） 分离不太挥发挥发 的物质质，适宜于分离窄馏馏分或簇分离 包括离子交换换色谱谱和离子色谱谱，改变变柱型(不同柱填料)和不同检测检测 器可改变变方法的选择选择 性超临临界流体色谱谱 (SFC)可分离重于气相色谱谱能分离的样样品，柱温可比气相色谱谱低，分离速度扣效率以及定性选择选择 性比LC优优越流动动相种类类不够够多，对对分离极性化合物还还是有一定的局限性 排阻或筛筛析色谱谱（SEC）根据分子量大小分离高聚物1959年开始采用凝胶过滤过滤 色谱谱(GFC) ，几年后采用凝胶渗透色谱谱（GPC) ，现现在统统称SEC ，即包括过过去的GFC和GPC场场流分离（FFF）可分离直径0.OOl至几十个微米的颗颗粒，样样品分子量可高达1017Da的超高分子量物质质有不同力场场的FFF变变体表l-4 分离分析方法v表面和界面分析法： v1.X光电子能谱(XPS或ESCA)和俄歇电子谱(AES)：v2.二次离子质谱(SIMS)；v3.扫描隧道显微镜(STM)：v4 X光技术：X射线衍射法，扩展的X射线和吸收精细结构法(提供区域结构信息包括配位数与键长等)。

逆流色谱谱（CCC）分离生化和植化样样品制备备少量样样品（小于lg）比LC有效和经济经济最新发发展的一种为为快速逆流色谱谱（HSCCC）薄层层色谱谱(TLC) 适宜于分离极性有机化合物，高速和经济经济可进进行半制备备的分离，有平板和棒状TLC毛细细管电电泳(CE) 分离无机和有机离子，中性化合物、氨基酸、肽肽、蛋白质质、低聚核苷酸、DNA 是近十年来发发展起来的方法，经经常使用的有4-5种变变体v三、仪器分析的发展概况v1电子计算机技术在仪器分析中的广泛应用实现了仪器操作和数据处理的自动化，大大提高了仪器分析的分析效率、分析灵敏座和准确度以电子计算机为工具，使用数理统计和其它数学方法对分析数据进行处理、图形解析，进而表征分析对象特征的化学计量学(chemometrics)的诞生和发展，使过去一些难以想象的分析方法成为现实，使分析化学真正成为化学量测和表征的科学v2不同分析方法联用，扬长避短，充分发挥各种方法的优势，大大提高了仪器分析的功能例如，将具有很高分离能力的气相色谱法与具有很强鉴定能力的质谱法，红外光谱法、核磁共振波谱法联用，可以迅速地剖析复杂样品气相色谱一质谱联用仪，气相色谱一红外光谱联用仪等都己成为分析复杂样品的有力工具。

许多其它类型的多机联用仪也在不断地出现，并在分析实践中得到应用v3化学、物理学、数学、电子学、计算机科学、生物学等各学科的互相渗透、互相融合，使分析化学逐渐成为一门以一切可能的方法和技术，以一切可以利用的物质属性，对一切可以测定的化学组分及其形态、状态、结构、分布进行测量，对物质一切需要了解的特性进行表征的综合性学科分析学或分析科学v第二节定量分析方法的评价指标v 定量分析是仪器分析的主要任务之一对于一种定量分析方法，一般用精密度、准确度、检出限、灵敏度、校准曲线的线性范围等项指标进行评价v一、校准曲线及线性范围v1校准曲线v 校准曲线是被测物质的浓度或量与仪器响应信号的关系曲线，用标准溶液或标准物质绘制v图1是吸收光度法的一条校准曲线曲线的横坐标是试液的浓度C，纵坐标是吸光度A只要在于回执校准曲线的相同的实验条件下测得的样品溶液吸光度Ai，即可在校准曲线上求得样品溶液中被测物质的浓度Ci v 2线性范围 校准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度或量的范围叫作该方法测定这种物质的线性范围一般说来，好的分析方法应有较宽的线性范围校准曲线二、灵敏度 物质单位浓度或单位量的变化引起响应信号值变化的程度称为方法的灵敏度，用s表示。

或 式中，dc和dq分别为被测物质的浓度和量的变化量，dx为响应信号的变化量灵敏度也就是棱准曲线的斜率校准曲线的斜率越大，方法的灵敏度就越高 许多方法的灵敏度随实验条件而变化所以，现在一般不用灵敏度作为方法的评价指标v三、精密度 精密度是指使用同一方法，对同一样品进行多次测定所得测定结果的一致程度重复性 同一分析人员在同一条件下平行测定结果的精密度又称重复性再现性 不同实验室所得测定结果的精密度又称再现性 精密度常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差RSD量度式中，n为测定次数，xi为第i次测定值，x为n次测定值的平均值精密度是测量中随机误差的量度一个好的方法应有比较好的精密度四、准确度 样品含量的测定值与样品含量真实值(亦称真值)相符合的程度称为准确度准确度常用相对误差量度 准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合反映，它决定着分析结果的可靠程度方法有较好的精密度且消除了系统误差后，才有较好。