仪器分析导论PPT课件.ppt

仪器分析InstrumentalAnalysis,1,第一章仪器分析导论IntroductiontoInstrumentalAnalysis,2,你所想到的需要用分析化学方法解决的实际问题,第一章仪器分析导论,3,N-二甲基亚硝胺,2013年复旦投毒事件,2015年1月8日二审现场,4,1994年清华铊中毒案,5,镉大米，指镉含量超标的大米。人体长期食用镉超标的大米会导致肾脏等器官发生病变，引发骨痛病。,2013年广州“镉大米”事件,6,2013年上海“毒校服”事件,可分解芳香胺染料“禁用偶氮染料”,这种染料在与人体长期接触的过程中，其有害成分被皮肤吸收，在特殊条件下分解产生20多种致癌芳香胺，经过活化作用而改变人体的DNA结构，引起病变和诱发恶性肿瘤物质，导致膀胱癌、输尿管癌、肾盂癌等恶性疾病。,如何检测？,7,2008年三鹿奶粉事件,8,猜猜它是什么？,9,三聚氰胺,“三聚氰胺”，有一个貌似美妙的别名“蛋白精”，标榜“能提高产品蛋白含量”。在“结石门”事件中，这个白色的小晶体“大显威风”。三聚氰胺（Melamine）分子式：C3H3N6，分子质量：123，可溶于热水；热醇；吡啶；浓盐酸及硫酸而不分解，也溶于氢氧化钠和氢氧化钾水溶液，不溶于冷醇；醚；丙酮；苯和氯仿。是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。,10,三聚氰胺事件-往事并不如烟,按照国家药品食品监督管理局的规定，03个月蛋白质含量12%，36个月蛋白质含量应不低于10%,安徽阜阳只有2%，2003年大头婴儿，高死亡美国宠物肾结石，2005年美国动物饲料2008婴儿29万企业监管良心,11,凯氏定氮实验原理,三聚氰胺旧检测方法,1.有机物中的氮在强热和CuSO4，浓H2SO4作用下，消化生成（NH4）2SO4,2.在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3，收集于H3BO3溶液中,12,实验仪器,凯氏烧瓶（100ml）:1个凯氏定氮装置移液管(10ml):1支酸式滴定管(10ml):1支,1.安全管2.导管3.气水分离管4.样品入口5.塞子6.冷凝管7.吸收瓶8.隔热液套9.反应管10.蒸气发生瓶,凯氏定氮装置图,13,蛋白质分析双缩脲法不可靠，误差大LC-MS/MS/MS三重四极杆质谱（40万美元一台）HPLC,CERAMAN,2008年10月7日，国家质量监督检验检疫总局与标准化管理委员会联合发布了原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法，即“国标GB/T223882008”。这一新标准制定了高效液相色谱法、液相色谱-质谱/质谱法及气相色谱-质谱联用法三种检测方法与标准，同时明确检测对象及其限量。,三聚氰胺-新方法,14,瘦肉精瘦肉率提高10%,孔雀石绿事件防止水毒病等，延长鱼生命,苏丹红事件增色增鲜,经济利益,食品安全,15,16,本章要解决的问题,什么是仪器分析（What）为什么要学习仪器分析（Why）怎么学习仪器分析（How）,17,一仪器分析的定义二仪器分析的发展历史三仪器分析方法的分类四仪器分析的特点,.什么是仪器分析,18,分析化学,分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学,定性分析,测定样品中的原子、分子或官能团的信息。,定量分析,测定各成分的相对含量。,.什么是仪器分析,19,仪器分析是采用一定的仪器设备，通过测量物质的某些物理性质及其变化来确定物质的化学组成及化学结构的一类分析方法。,重量法容量法（酸碱、络合、氧化-还原、沉淀等滴定法）,一、仪器分析的定义,20,二仪器分析的发展历史,第一次变革19世纪末20世纪初叶四大平衡理论定量分析Classicalanalyticalchemistry重量法、滴定法等化学分析占主导地位仪器分析种类少和精度低,古代炼金术是分析化学的前驱16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵,21,第二次变革二十世纪三、四十年代,测量待测物的一些物化性质：电导、电势、光吸收及发射、荷质比、荧光等并开始应用到定量分析中分析化学中仪器方法Instrumentalmethodsofanalysis,工业及技术发展的需要和基础科学技术的进步,推动了分析仪器的发展,化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低,二仪器分析的发展历史,22,二十世纪三、四十年代诞生的仪器分析方法BlochF和PurcellEM；1946年建立了核磁共振测定方法；诺贝尔物理奖1952年；MartinAJP和SyngeRLM；1941年建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年；HeyrovskyJ，1922年建立极谱分析法，诺贝尔化学奖1959年。,二仪器分析的发展历史,23,第三次变革20世纪七、八十年代,计算机控制的分析数据采集与处理：实现分析过程的连续、快速、实时、智能；促进化学计量学的建立。化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分析条件，获得最大程度的化学信息。以计算机为基础的新仪器的出现：傅里叶变换红外；色-质联用仪。,近代微电子技术的发展使得仪器更灵敏、更准确、自动化程度更高,二仪器分析的发展历史,24,1901Rontgenetal首次发现X射线存在1907Michelsonetal首次制造精密光谱仪器1922Astonetal发明质谱测定同位素1923Pregletal发明有机物微量分析1930Ramanetal发现拉曼效应1944Rabietal用共振方法记录原子核磁性1948Tiseliusetal用电泳法发现血浆蛋白性质1952Blochetal发展核磁共振精细测量法1952Martinetal发明分配色谱1959Heyrovskyetal发明极谱法1981Siegbahnetal发明高分辨电子光谱法1981Bloembergenetal发展激光光谱学1991Ernst对高分辨核磁共振方法发展,与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者,二仪器分析的发展历史,25,TheNobelPrizeinChemistry2002,26,推动分析仪器发展的三要素,理论,技术,对象（问题）,1、生产发展提出迫切需要解决的问题2、问题的解决有待于理论与技术的提高3、一项新技术的产生总是以理论作为基础,二仪器分析的发展历史,27,三、仪器分析方法的分类,28,紫外可见分光光度计,29,傅里叶变换红外光谱仪,德国Bruker公司,30,气相色谱仪,Agilent7890气相色谱仪,美国Agilent公司,31,气相色谱仪,Agilent7890气相色谱仪,美国Agilent公司,32,HP1100高效液相色谱仪,美国Agilent公司,HP1100高效液相色谱仪,33,原子发射仪,34,原子吸收分光光度计,35,核磁共振仪,36,GC-MS,美国Finnigan-MAT,气-质联用仪,37,LC-MS,美国Finnigan-MAT,液-质联用仪,38,DSC,美国ThermalAnalysis公司,差热分析仪,39,四、仪器分析的特点,灵敏度高、样品用量少,分析速度快、效率高如直读光谱仪可以在12分钟内同时测出20多种元素的含量,选择性较好用离子选择性电极可测指定离子的浓度,40,能够满足特殊要求,结构分析-如UV吸光度形态和价态分析-铝添加剂各种成分分析表面与无损分析文物的分析-13C中子活化分析金首饰中含金量分析-X-rays荧光分析遥控和自动分析-火星探测器中带有多种分析装置。,四、仪器分析的特点,41,一般仪器价格较贵，维修使用成本较高UV-Vis0.53万美元HPLC58万美元LC-MS20万美元800MHzNMR120万美元,准确度相对较低,四、仪器分析的特点,42,.为什么要学习仪器分析,大量的工作职位,43,一、生命科学中的分析化学,后基因组学：基因诊断、基因药物开发等,蛋白组学：小分子与蛋白质、核酸等大分子作用引起构象变化并影响其功能,生物芯片、生物传感器等,中草药有效成分分析-指纹图谱,传染性疾病的快速鉴定,.为什么要学习仪器分析,44,人类基因组计划,JianzhongZhang,afellowUniversityofAlbertascientist,togetherwithDr.DovichiweretheoneswhodevelopedtheDNAsequencerthatplayedacriticalroleinthebreakthroughofgene-mappingbytheHumanGenomeproject.,一、生命科学中的分析化学,45,H7N9是禽流感的一种亚型。颗粒外膜由两型表面糖蛋白覆盖，一型为血细胞凝集素（即H），一型为神经氨酸酶（即N），H又分15个亚型，N分9个亚型。依据流感病毒特征可分为HxNx共135种亚型。,李松研究员组织团队对H7N9病毒基因组序列进行分析，认为H7N9病毒神经氨酸酶结构稳定，提示神经氨酸酶抑制剂对此次疫情有效。,H7N9,最新报道：神经氨酸酶（NA）“292位氨基酸”从R（精氨酸）突变为K（赖氨酸），病毒已呈现耐药性。,一、生命科学中的分析化学,46,肿瘤细胞的荧光显微图,一、生命科学中的分析化学,47,单个细胞的分析,是用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以吉欧姆（109)以上的阻抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域（膜片）与其周围在电化学上绝缘，在此基础上固定电位，对膜片上的离子电流（pA级)进行监测记录的方法,48,二、环境科学中的分析化学,环境分析化学,环境过程化学与分析化学,环境生化分析,绿色化学中分析测试等,49,二、环境科学中的分析化学,50,由于人类活动所产生的某些有害颗粒物和废气进入大气层，给大气增添了许多种外来组分，这些物质称为大气污染物。按其存在形态可概括为两大类：气溶胶状态污染物;气体状态污染物,大气污染物,51,德国(Herten)地方一座雕像，比较1908年(左)与1969年(右)所照的相片，可以清楚地显示酸雨对大理石所造成的腐蚀作用。,酸雨亦使竹林消失，竹叶受損，难怪大熊貓也將濒临灭绝。,酸雨的危害,52,光化学烟雾,光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物，碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)，其主要成分有臭氧、过氧乙酞基硝酸醋、酮类和醛类等。光化学烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多.,活性氧,53,用反相液-液色谱分离稠环芳烃,苯萘联苯菲蒽萤蒽芘,苝11.苯并e芘12.苯并a芘,54,三、材料与信息科学中的分析化学,材料的结构分析,纳米材料的可控组装及表征,纳米材料的谱学分析、界面表征,纳米金刚石,55,磁盘冲洗水样的测定,微电子,三、材料与信息科学中的分析化学,56,半导体级异丙醇中杂质的测定,三、材料与信息科学中的分析化学,57,四、化学过程中的分析化学,化工过程的质量控制、在线分析等,58,我国化学工程和工艺专业点数分布,59,天津新乙烯装置,60,茂名乙烯装置,61,燕山石化裂解装置,62,工业在线分析CO2,63,工业在线分析CO2,64,工业在线分析CO2,65,能源危机,煤炭储量可开采100150年;天然气储量可开采5060年;石油储量可开采3040年。,66,新兴能源,可燃冰：1927年克里米亚发生大地震，大海着火，发现可燃冰，证明可燃冰实际是甲烷水合物，其结构式为（46H2O.8CH4)；深海的天然气：陆地天然气资源量2.21014m3天然气水合物资源量2.01016m3，100倍左右按含碳量计算，为煤炭、石油和常规天然气的2倍；我国沿海可燃冰面积可达8000平方公里,67,五、食品安全中的分析化学,苏丹红,假酒,瘦肉精(盐酸克伦特罗)，三聚氰胺塑化剂,甲胺磷农药成分呕吐、腹泻,毒饺子事件,政治事件,68,69,69,日常早点,70,街头小吃,71,麻辣烫(大排挡),72,.如何学习仪器分析,3.掌握分析步骤和数据处理方法,1.掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息,2.了解仪器的结构，方框图,4.学会选择分析方法,73,强度,物理量,定量峰高，峰面积,定性特征尺度,1.掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息,.如何学习仪器分析,74,信号处理：运算放大,信号发生器：产生可以反映待测物存在及浓度的装置，多半为离子或化合物自身,AES中激发态原子电化学pHH+活度,检测器：光电转换器电位计,输出：记录仪、计算机,2.了解仪器的结构，方框图,.如何学习仪器分析,75,3.掌握分析步骤和数据处理方法,定性方法定量方法,.如何学习仪器分析,76,4分析方法的选择,对样品了解：准确度、精确度要求可用样品量待测物浓度范围可能的干扰样品基体的物化性质多少样品（经济）,.如何学习仪器分析,77,对方法要求：精度绝对偏差、相对偏差、变异系数误差系统误差、相对误差灵敏度校正曲线灵敏度、分析灵敏度检出限3(RSN)blank浓度范围定量限与线性检测限选择性选择性系数,.如何学习仪器分析,78,其他方法学特征：分析速度易操作性操作者熟练程度的要求仪器成本每个样品分析的成本环境代价,.如何学习仪器分析,79,董慧茹，仪器分析，第二版，化学工业出版社，北京，2010叶