分析化学下仪器分析.ppt

分析化学下仪器分析分析化学分析化学(下下)仪 器器 分分 析析－多媒体课件王王 长 发 编 写、制写、制 作作第第1 1章章 绪 论 Introduction ØØ1.1 分析化学的分析化学的发展和展和仪器分析的地位器分析的地位ØØ1.2 仪器分析方法的分器分析方法的分类ØØ1.3 分析分析仪器器1.1 分析化学的分析化学的发展和展和仪器分析的地位器分析的地位1.1.1 经典分析化学典分析化学 一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法 这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础1.1.2 仪器分析的器分析的产生生 是科学技术发展的需要、必然，也是科学技术发展的结晶生生产科学科学技技术理理论对象象（（问题））技技术1. 灵敏度高，检出限低2. 选择性好3. 操作简便,分析速度快,易于实现自动化4. 相对误差一般较大5. 价格一般来说比较昂贵1.1.3 仪器分析的特点器分析的特点1.1.4 分析化学向分析科学分析化学向分析科学发展展分析化学的三次巨大变革Ø分析化学的第一次巨大变革，以分析天平的发明和溶液理论体系的建立（四大平衡的建立）为标志。

分析化学的第二次巨大变革ØØ第二次世界大战前后的科学技术ØØ物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础 核磁共振（NMR），B loch F ，PurcellE M 极谱，Heyrovsky J 气相色谱，Martin A T P ，Synge R L M分析化学的第三次巨大变革Ø计算机的发明 尤其微型计算的发展，给仪器分析带来 全新的革命分分析析仪器器与与计算算机机分析分析仪器器热、光、电新技术新型材料、电子器件操作操作分分析析对象象控制控制信号信号实施施检测数据数据库信息信息数数据据处理理方法方法描述描述报告告结果果判断判断多媒体多媒体计算机算机人工智能人工智能专家系家系统最最优化技化技术自自动化技化技术仪器分析器分析应用用领域域社会：体育（社会：体育（社会：体育（社会：体育（兴奋剂兴奋剂）、生活）、生活）、生活）、生活产产品品品品质质量（量（量（量（鱼鱼新新新新鲜鲜度、食度、食度、食度、食品添加品添加品添加品添加剂剂、、、、农药农药残留量）、残留量）、残留量）、残留量）、环环境境境境质质量（量（量（量（污污染染染染实时检测实时检测））））、法庭化学（、法庭化学（、法庭化学（、法庭化学（DNADNA技技技技术术，物，物，物，物证证））））化学：新化合物的化学：新化合物的化学：新化合物的化学：新化合物的结结构表征；分子构表征；分子构表征；分子构表征；分子层层次上的分析方法；次上的分析方法；次上的分析方法；次上的分析方法；生命科学：生命科学：生命科学：生命科学：DNADNA测测序；活体序；活体序；活体序；活体检测检测；；；；环环境科学：境科学：境科学：境科学：环环境境境境监测监测；；；；污污染物分析；染物分析；染物分析；染物分析；材料科学：新材料，材料科学：新材料，材料科学：新材料，材料科学：新材料，结结构与性能；构与性能；构与性能；构与性能；药药物：天然物：天然物：天然物：天然药药物的有效成分与物的有效成分与物的有效成分与物的有效成分与结结构，构效关系研究；构，构效关系研究；构，构效关系研究；构，构效关系研究；外外外外层层空空空空间间探索：微型、高效、自探索：微型、高效、自探索：微型、高效、自探索：微型、高效、自动动、智能化、智能化、智能化、智能化仪仪器研制。

器研制仪器分析的发展趋势 科学仪器的创新是知识创新和技术创新的重要内容发展科学仪器应当视为国家战略分析仪器是科学仪器的重要组成部分分析仪器工业是高技术信息产业分析仪器的发展是现代科学、经济和社会发展的重要基础和推动力之一分析仪器的主要应用领域正向生物医学领域转移．分析仪器本身将不断微型化、智能化．但人类向时间和空间的两个极限挑战所需的高级精密仪器也不容忽视．生命过程、生产、科研和社会活动大量需要的将是、非侵入、非损坏、原位、实时、多维分析仪器  分析仪器是人们感觉器官的延伸 它所它所测量或所量或所获取的主要是物取的主要是物质的的质和和量的信息以一切可能的（化学的、物理的、量的信息以一切可能的（化学的、物理的、生物医学的、数学的等等）方法和技生物医学的、数学的等等）方法和技术，利，利用一切可以利用的物用一切可以利用的物质属性，属性，对一切需要加一切需要加以表征、以表征、鉴别或或测定的物定的物质组分（包括无机分（包括无机和有机和有机组分）及其形分）及其形态、状、状态（以及能（以及能态）、）、结构、分布（构、分布（时、空）等、空）等进行表征、行表征、鉴别和和测定，以求定，以求对样品所代表的品所代表的问题有一个基本有一个基本的了解。

的了解这是当今分析科学也是分析是当今分析科学也是分析仪器器发展所面展所面临的任的任务 分析仪器的微型化和智能化 随着分子计算机、DNA计算机、光子计算机、量子计算机等的不断推出，计算机也将越来越微型化计算机（电脑）与人脑的结合将不再是一个梦、带有植入式电脑的人的智能将大大超过不带电脑的“自然人”分析仪器的大众化、个性化和日用品化，贵重仪器的网络化 随着经济全球化和全球网络化，大型实验室的数量将减少，但其资源（特别是其精密贵重仪器）将得到更充分的发挥因为它可以面向全世界为所有“网民”服务，实际上，现在就已有人在建立利用全球主要实验室资源的“网络实验室”了 建立和发展虚拟仪器概念 由由电电子子测测量量仪仪器新器新发发展中出展中出现现的虚的虚拟仪拟仪器概念已器概念已经经逐步被更多逐步被更多领领域所接受，域所接受，对实现对实现““柔性柔性””分析分析检测检测系系统统具有明具有明显显的推的推动动作用利用作用利用现现有的有的计计算机，加上适当算机，加上适当设计设计的的仪仪器硬件和器硬件和专门专门的的应应用用软软件，构成虚件，构成虚拟仪拟仪器，使器，使其既具有其既具有传统仪传统仪器的基本功能、又能由用器的基本功能、又能由用户户根据自己的根据自己的需求需求变变化随化随时时定定义义，，实现实现多种多多种多样样的的应应用要求用要求. .虚虚拟仪拟仪器不但灵活可器不但灵活可变变、功能、功能强强大，而且作用方便，便于技大，而且作用方便，便于技术术升升级级更新，价格也低廉（尤其更新，价格也低廉（尤其仪仪器系器系统统的使用的使用维护费维护费用用低）。

低） 仪器器====ADAD／／ DA DA＋＋ CPU CPU十十软件件 观观念更新念更新应该应该努力汲取新思想并努力汲取新思想并动动手手实实践谁谁醒悟得醒悟得早、早、动动手得快，手得快，谁谁就会当排就会当排头头兵占尽天机、兵占尽天机、抢抢占市占市场场 “软软件就是件就是仪仪器器” ”预预示了全新的分析示了全新的分析仪仪器科技和器科技和产业产业的的发发展潮流，将会迅速改展潮流，将会迅速改变变世界分析世界分析仪仪器行器行业业面貌的！面貌的！分析仪器的主要应用领域正向着生物医学领域转移 分析仪器在保障人类健康生活、监控病人病情、预防灾害发生等方面也都起着重大的作用 没有新型DNA分析仪的进一步发展，人类也很难在防病、治病特别是在防治癌症和各种遗传病方面对现有基因图谱加以利用 分析化学分析化学主要主要发展展趋向向化学计量学分析实时分析原位分析活体分析教育定性传感器固定化接口自动化微型化新原理新技术新仪器分离技术联用技术仪器和计算机其它科技领域生物分析环境分析过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析生物芯片1.1.6 分析化学分析化学发展中的展中的创新成就新成就Ø分析化学伴随着科学发现和技术创新同步发展，诺贝尔奖亦反映了近100年来分析化学，主要是仪器分析发展中里程碑式科学发明和技术进步。

Ø仪器分析发展是多学科相互渗透、交叉发展的结果，这些成就分布在物理、化学等各个领域 1.2 仪器分析的器分析的类型型仪器分析器分析电分析化学法分析化学法光学分析法光学分析法分离分析法分离分析法热分析法分析法分析分析仪器器联用技用技术质谱分析法分析法1.2.1 光学分析方法光学分析方法光分析法光分析法原子吸收法红外法原子发射法核磁法荧光法紫外可见法分子光分子光谱原子光原子光谱1.2.2 电分析化学方法分析化学方法电分析化学法电位分析法电解分析法电泳分析法库仑分析法极谱与伏安分析法电导分析法1.2.3 色色谱分析法分析法色谱分析法气相色谱法薄层色谱法液相色谱法激光色谱法电色谱法超临界色谱法① 质谱，② 热分析，③ 放射分析1.2.4 其他其他仪器分析方法器分析方法1.3 分析分析仪器器Ø分析仪器涉及仪器物理原理、研发、设计、制造和装配等Ø化学家常根据研究工作需要，实验室条件，利用各种元器件和商品仪器组件、配件，设计、组装各种性能和用途的分析仪器Ø自组装仪器一般不仅具有机动、灵活、实用、成本低等特点，也是发展新型分析仪器的重要途径1.3.1 分析分析仪器的器的类型型通用分析通用分析仪器器色谱仪电化学分析仪质谱仪热分析仪核磁共振波谱仪光谱仪分离分析仪器原子分析仪器联用分析仪器数据处理仪器试样预处理仪器分子分析仪器1.3.1 分析分析仪器的器的类型型专用分析用分析仪器器环境分析仪器生物医学分析仪器过程分析仪器1.3.2 分析分析仪器的基本器的基本结构构单元元ØØ现代分析代分析仪器品种繁多，型号多器品种繁多，型号多变，，结构各异，构各异，计算机算机应用和智能化程度等差用和智能化程度等差别很大。

很大ØØ仪器一般都包括如器一般都包括如图所示的四个基本所示的四个基本结构构单元元或系或系统，且每个，且每个单元都与元都与计算机控制有关算机控制有关ØØ信息信息发生器和信息生器和信息处理理单元之元之间有些功能互相有些功能互相重叠1.3.2.1 试样系系统ØØ功能：分析功能：分析试样的引的引进或放置ØØ可包括功能：可包括功能：试样物理、化学状物理、化学状态改改变、成、成分分离等分分离等ØØ要求：要求：试样性性质不得改不得改变ØØ不同不同仪器的器的试样系系统差差别很大，甚至有些没很大，甚至有些没有有试样系系统（在（分析分析仪器）1.3.2.2 能源能源ØØ功能：提供与被分析物或系功能：提供与被分析物或系统发生作用的探生作用的探测能源ØØ类型包括：型包括：电磁磁辐射、射、场、、电能、机械能、能、机械能、核能等ØØ例：光分析例：光分析仪器的光源，器的光源，X射射线衍射衍射仪的的X光光管等1.3.2.3 信息信息发生器生器信息信息发生器生器检测器器转换器器传感器感器1.3.2.3 信息信息发生器生器ØØ检测器：通常是一个机械、器：通常是一个机械、电或化学装置，或化学装置，在外能作用下，基于在外能作用下，基于检测物物质的物理、化学的物理、化学性性质产生生检测信息或信号，如信息或信号，如电信号、信号、发射射电磁波、核磁波、核辐射、射、电子流、子流、热能、能、压力、粒力、粒子或分子等。

子或分子等ØØ作用：整个作用：整个仪器的接收装置，指示或器的接收装置，指示或记录物物理或化学量，分析物或系理或化学量，分析物或系统环境中存在的某境中存在的某个个变量或它的量或它的变化如：UV检测器1.3.2.3 信息信息发生器生器ØØ转换器：将非器：将非电信号信号转换成成电信号或相反的信号或相反的特殊装置特殊装置ØØ如：光如：光电倍增管、光倍增管、光电二极管、光二极管、光电池、池、热敏敏电阻、阻、热电堆等光光电倍增管倍增管实物物图1.3.2.3 信息信息发生器生器ØØ转换器：一器：一类能能连续、可逆地、可逆地监测特殊化学特殊化学成分的分析装置或器件，能将某些化学成分成分的分析装置或器件，能将某些化学成分感感应转变成成电信号 ØØ如：玻璃如：玻璃电极、光极、光纤传感器等 1.3.2.4 信息信息处理理单元元ØØ功能：信号或信息接收及功能：信号或信息接收及处理ØØ包括：信号的放大、衰减、相加、差减、包括：信号的放大、衰减、相加、差减、积分、微分、数字化、分、微分、数字化、变换、存、存储等 模量信号模量信号数字信号数字信号处理理数字信号数字信号模数模数变换1.3.2.5 信息信息显示示单元元ØØ功能：将功能：将电信号或信息信号或信息转变成人成人们能直接能直接观察和理解的信息，察和理解的信息， ØØ包括：表包括：表头、、记录仪、示波器、、示波器、显示器、打示器、打印机等印机等 。

ØØ通常，通常，这种信号种信号转换采用阴极射采用阴极射线管阿拉伯管阿拉伯数字或数字或图形形输出，在有些情况下，可直接出，在有些情况下，可直接给出分析物出分析物组分和相分和相对浓度等 1.3.3 分析分析仪器的性能指器的性能指标ØØ为了了评价分析价分析仪器的性能，需要一定的性能器的性能，需要一定的性能参数与指参数与指标ØØ根据根据这些参数可些参数可对同一同一类型的不同型号型的不同型号仪器器进行比行比较，作，作为购置置仪器、考察器、考察仪器工作状器工作状况的依据况的依据;亦可亦可对不同不同类型型仪器器进行比行比较，，预测其用途 1.3.3.1 精密度精密度(precision) ØØ同一分析同一分析仪器的同一方法多次器的同一方法多次测定所得到数据定所得到数据间的一致程度，是表征随机的一致程度，是表征随机误差大小的指差大小的指标，，即重即重现性ØØ按国按国际纯粹与粹与应用化学用化学联合会合会(IUPAC)规定，定，用相用相对标准差准差dr表示精密度表示精密度(也也记为RSD%): 1.3.3.2 灵敏度灵敏度(sensitivity) ØØ区区别具有微小具有微小浓度差异分析物能力的度量。

度差异分析物能力的度量 ØØ灵敏度决定于校准曲灵敏度决定于校准曲线的斜率和的斜率和仪器器设备的重的重现性或精密度性或精密度 ØØ根据根据IUPAC规定，灵敏度用校准灵敏度表示定，灵敏度用校准灵敏度表示(calibration sensitivity) ØØ仪器校准灵敏度随器校准灵敏度随选用的用的标准物和准物和测定条件不定条件不同，同，测定的灵敏度不一致定的灵敏度不一致给出灵敏度数据出灵敏度数据时，，一般一般应提供提供测定条件和定条件和样品 1.3.3.2 灵敏度灵敏度(sensitivity) ØØ人人们认为，灵敏度在具有重要价，灵敏度在具有重要价值的数学的数学处理理中，需要包括精密度因而提出分析灵敏度中，需要包括精密度因而提出分析灵敏度Sa(analytical sensitivity)的定的定义: ØØ式中式中S仍仍为校正曲校正曲线斜率，斜率，ss为测定定标淮偏差ØØ分析灵敏度具有的分析灵敏度具有的优点是点是对仪器放大系数相器放大系数相对不敏感 1.3.3.3 检出限出限(detection limit) ØØ又称又称检测下限或最低下限或最低检出量等，定出量等，定义为一定置一定置信水平下信水平下检出分析物或出分析物或组分的最小量或最小分的最小量或最小浓度。

度 ØØ它取决于分析物它取决于分析物产生信号与本底空白信号波生信号与本底空白信号波动或噪声或噪声统计平均平均值之比ØØ最小可最小可鉴别的分析信号的分析信号Sm至少至少应等于空白信号等于空白信号平均平均值Sbla加加k倍空白信号倍空白信号标淮差淮差sbl之和之和: 1.3.3.3 检出限出限(detection limit) ØØ测定定Sm的的实验方法是通方法是通过一定一定时间内内20~30次次空白空白测定，定，统计处理得到理得到Sbla和和sbl，然后，按，然后，按检出限定出限定义可得最低可得最低检测浓度度Cm或最低或最低检测量量Qm: ØØ灵敏度愈高，灵敏度愈高，检出限愈低出限愈低ØØ灵敏度指分析信号随灵敏度指分析信号随组分含量分含量变化的大小，与化的大小，与仪器信号放大倍数有关；而器信号放大倍数有关；而检出限与空白信号出限与空白信号波波动或或仪器噪声有关，具有明确器噪声有关，具有明确统计含含义 或或1.3.3.4 动态范范围(dynamic range) ØØ定量定量测定最低定最低浓度度(LOQ)扩展到校准曲展到校准曲线偏离偏离线性响性响应(LOL)的的浓度范度范围 ØØ定量定量测定下限一般取等于定下限一般取等于10倍空白重复倍空白重复测定定标淮差，或淮差，或10sbl。

这点相点相对标淮差淮差约30%，随，随浓度增加而迅速降低度增加而迅速降低检测上限，相上限，相对标准差是准差是100% 1.3.3.5 选择性、响性、响应速度速度ØØ选择性是指避免性是指避免试样中含有其他中含有其他组分干分干扰组分分测定的程度定的程度ØØ没有一个分析方法能完全避免其他没有一个分析方法能完全避免其他组分干分干扰，，因而降低干因而降低干扰是分析常需要的步是分析常需要的步骤ØØ响响应速度是指速度是指仪器器对检测信号的反信号的反应速度，定速度，定义为仪器达到信号器达到信号总变化量一定百分数所需的化量一定百分数所需的时间 分辨率分辨率(resolution) ØØ仪器器鉴别由两相近由两相近组分分产生信号的能力生信号的能力 ØØ不同不同类型型仪器分辨率指器分辨率指标各不相同：光各不相同：光谱仪器器指将波指将波长相近两相近两谱线(或或谱峰峰)分开的能力分开的能力;质谱仪器指分辨两相器指分辨两相邻质量量组分分质谱峰的分辨能力峰的分辨能力ØØ需要指出的是目前国内外关于各种分析需要指出的是目前国内外关于各种分析仪器性器性能及指能及指标尚无尚无统一一认识和和标准，有些性能含准，有些性能含义仍存在一定争仍存在一定争议。

1.3.4 分析分析仪器和方法校正器和方法校正ØØ仪器分析中将分析器分析中将分析仪器器产生的各种响生的各种响应信号信号值转变成被成被测物物质的的质或量的或量的过程称程称为校正，一校正，一般包括分析般包括分析仪器的特征性能指器的特征性能指标和定量分析方和定量分析方法校正 ØØ各各类仪器分析定量方法校正，即建立器分析定量方法校正，即建立仪器器输出出的的测定信号与被分析物定信号与被分析物质浓度或量的关系最度或量的关系最普通的方法是用一普通的方法是用一组含待含待测组分量不同的分量不同的标准准试样或基准物或基准物质配成配成浓度不同溶液作出校正曲度不同溶液作出校正曲线1.3.4 分析分析仪器和方法校正器和方法校正ØØ各各类仪器定量方法校正，根据器定量方法校正，根据标准物不同，一准物不同，一般可分般可分为外外标法和内法和内标法两大法两大类ØØ外外标法的共同点是所使用的法的共同点是所使用的标准物准物质与被与被测定定物是同一物物是同一物质;内内标法的法的标准物与被准物与被测定物不是定物不是同一物同一物质ØØ需要指出，在多需要指出，在多组分同分同时定量定量测定中，可能定中，可能结合采用外合采用外标法和内法和内标法。

个法个别仪器定量方法校器定量方法校正可能需采用非正可能需采用非仪器方法，如化学定量分析校器方法，如化学定量分析校正。