现代仪器分析-工程硕士

1、 Analytical chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. 分析化学分析化学是研究物质化学组成的分析方是研究物质化学组成的分析方法及其理论的一门学科。法及其理论的一门学科。分析化学包含：分析化学包含： 定性分析（qualitative analysis）: 测定样品中原子、分

2、子或官能团的信息（种类、相互之间的连接方式和空间排列方式）； 定量分析（quantitative analysis）: 测定各成分的含量。分析化学分类分析化学分类 经典分析经典分析化学分离：化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性方法：定性方法：加入各种试剂，测量待测物的颜色、熔沸加入各种试剂，测量待测物的颜色、熔沸点、气味、光学性质（折射、反射、衍射等）以及在点、气味、光学性质（折射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的溶解特性。不同溶剂中的溶解特性。定量方法：定量方法：重量法、滴定（容量）法重量法、滴定（容量）法 理论理论方法方法科学科学技术技术分分析析化化学学化

3、学分析仪器分析酸碱滴定配位滴定氧化还原滴定沉淀滴定电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析重量分析重量分析滴定分析滴定分析电导、电位、电解、库仑极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱以物质的化学以物质的化学反应为基础的反应为基础的分析方法分析方法 以物质的物理和以物质的物理和物理化学性质为物理化学性质为基础的分析方法基础的分析方法 分析分析方法方法化学分析化学分析仪器分析仪器分析定性分析定性分析定量分析定量分析光谱分析法光谱分析法电化学分析法电化学分析法分离法分离法重量法重量法容量法（酸碱、络合、氧化容量法（酸碱、络合、氧化-还原、还原、沉淀等滴

4、定法）沉淀等滴定法）光谱分析法光谱分析法原子发射光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法原子光谱法原子光谱法分子光谱法分子光谱法其它波谱法其它波谱法紫外紫外- -可见吸收光谱法可见吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光分子荧光与磷光与磷光光谱法光谱法化学发光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法拉曼光谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法质谱法、质谱法、X X射线法射线法电化学分析法电化学分析法电导分析法电导分析法电位分析法（电位分析法（pHpH与离子选择性电极）与离子选择性电极）电流分析法（电流分析法（库仑分析库仑分析）伏安分析法（伏安分析法（极谱和溶出伏安法极

5、谱和溶出伏安法）分离法分离法色谱分离法色谱分离法电泳分离法电泳分离法气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法毛细管电泳法毛细管电泳法毛细管电动色谱法毛细管电动色谱法p 按被分析物质的含量划分按被分析物质的含量划分: :p 按被分析物质的状态划分：按被分析物质的状态划分：表面分析表面分析微区分析微区分析剥层分析剥层分析常量分析（常量分析（ 0.01 %) 0.01 %)痕量分析痕量分析 (0.01- 0.00001%)(0.01- 0.00001%)超痕量分析超痕量分析 ( 0.00001%)( 10 mg, 1 ml) 10 mg, 1 ml)微量分析微量分析

6、(0.1- 10 mg, 0.01-1 ml)(0.1- 10 mg, 0.01-1 ml)超微量分析超微量分析 ( 0.1 mg, 0.01 ml)( 0.1 mg, 0.01 ml)p 按取样量划分按取样量划分: :1.1.分析对象分析对象无机物分析生物活性物质分析生物活性物质分析2.2.分析对象的数量级分析对象的数量级3.3.分析自动化程度分析自动化程度常量微量痕量分子水平分子水平手工操作仪器自动全自动智能化仪器智能化仪器有机物分析现场实验室现场实验室发展创新仪器发展创新仪器食品安全和毒品等食品安全和毒品等 1、：大多数仪器分析法适用于微：大多数仪器分析法适用于微量、痕量分析。例如，原子

7、吸收分光光度法量、痕量分析。例如，原子吸收分光光度法测定某些元素的绝对灵敏度可达测定某些元素的绝对灵敏度可达10-14 g。电。电子光谱甚至可达子光谱甚至可达10-18g。 3、低浓度下分析准确度较高低浓度下分析准确度较高：含量较低范围：含量较低范围内的杂质测定，相对误差低达内的杂质测定，相对误差低达1%10%。 4、快速快速：如发射光谱分析法在：如发射光谱分析法在1min内可同时内可同时测定水中测定水中48个元素。个元素。 10-1 10-4 10-2 10-86、能进行多信息或特殊功能的分析能进行多信息或特殊功能的分析：有时可：有时可同时作定性、定量分析，或同时测定材料同时作定性、定量分析

8、，或同时测定材料的组分比和原子的价态。的组分比和原子的价态。 8、：可作实时、在：可作实时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控线分析控制生产过程、环境自动监测与控制等。制等。 10、缺点缺点：仪器设备较复杂，价格较昂贵。：仪器设备较复杂，价格较昂贵。 分析化学具有了科学的内分析化学具有了科学的内涵；涵； 20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础。分析化学由一门操作技术变成一析化学的理论基础。分析化学由一门操作技术变成一门科学；门科学； 20世纪世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少、精

9、度低；器分析种类少、精度低； 20世纪世纪40年代后，仪器分析的大发展时期。年代后，仪器分析的大发展时期。 第二次世界大战前后，分析化学从以化学分析为第二次世界大战前后，分析化学从以化学分析为主的经典分析化学，发展到以仪器分析为主的现代分主的经典分析化学，发展到以仪器分析为主的现代分析化学；析化学； 特点特点：化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低；化程度低； Bloch F 和和Purcell E M：建立了核磁共振测定方法：建立了核磁共振测定方法 （诺贝尔化学奖，（诺贝尔化学奖，1952年）年） Martin A J P和和Synge R L M：

10、建立了气相色谱分析法：建立了气相色谱分析法 （诺贝尔化学奖，（诺贝尔化学奖，1952年）年） Heyrovsky J：建立了极谱分析法：建立了极谱分析法 （诺贝尔化学奖，（诺贝尔化学奖，1959年）年）从从20世纪世纪70年代末至今年代末至今特点特点：分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度，分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度，即高效率、微观化、微量化和自动化是现代分析化即高效率、微观化、微量化和自动化是现代分析化学的特色。学的特色。 2008年年美籍华裔科学家钱永健美籍华裔科学家钱永健因在荧光蛋白研究领域的成果而获因在荧光蛋白研究领域的成果而获得诺贝尔化学奖。得诺贝尔化学奖。 钱永健基于化

11、学与生物学的理钱永健基于化学与生物学的理论基础，找到了让绿色荧光蛋白更论基础，找到了让绿色荧光蛋白更亮更持久发光的办法，帮助研究人亮更持久发光的办法，帮助研究人员发现生命体在分子层面和细胞层员发现生命体在分子层面和细胞层面的诸多反应。面的诸多反应。1952-2016恐怖袭击恐怖袭击室内装修污染，食品安全情况。 2001年年5月月20日，日，吉林界内的第二松花江汇入黑龙江省界第一个吉林界内的第二松花江汇入黑龙江省界第一个监测断面（肇源断面），检出苯、硝基苯严重超标。监测断面（肇源断面），检出苯、硝基苯严重超标。突发污染突发污染海洋海洋污污染与赤潮染与赤潮苏丹红：苏丹红：1-苯基偶氮苯基偶氮-2-

12、萘酚萘酚1,3,5-三嗪三嗪-2,4,6-三氨三氨毒性：长期摄入会造成生殖、泌尿系毒性：长期摄入会造成生殖、泌尿系 的统损害，膀胱、肾部结石的统损害，膀胱、肾部结石假蛋白假蛋白凯氏定氮法凯氏定氮法每每100g牛奶中添加牛奶中添加0.1g三聚氰胺，三聚氰胺，理论上可提高理论上可提高0.625%蛋白质。蛋白质。涉案商品：三鹿奶粉，光明牛奶涉案商品：三鹿奶粉，光明牛奶 检测仪器检测仪器气相色谱气相色谱-质谱联用仪（质谱联用仪（GC-MS）、高效）、高效液相色谱仪（液相色谱仪（HPLC）等）等 食品安全快速检测食品安全快速检测纳纳米米TiO2光解催化光解催化剂剂固相微萃取探固相微萃取探头头固相微萃取装

13、置固相微萃取装置病害肉快速检测病害肉快速检测01230.000.030.060.09AbsorbanceTime(min)12345传统分析方法传统分析方法MovingAnalysis光纤化学传感检测形式光纤化学传感检测形式光纤化学传感器特点：原位、在线光纤化学传感器特点：原位、在线海洋浮标与微型实验室海洋浮标与微型实验室原位、在线、原位、在线、实时、多维、实时、多维、微区微区天、空、面、底立体检测天、空、面、底立体检测原位在线无人值守原位在线无人值守战争与战场现场快速测试战争与战场现场快速测试体液、单细胞分析体液、单细胞分析电化学分析法电化学分析法光分析法光分析法色谱分析法色谱分析法热分析法

14、热分析法分析仪器联用技术分析仪器联用技术质谱分析法质谱分析法仪器分析仪器分析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谱分子光谱原子光谱原子光谱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 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其它分析法其它分析法质谱分析法联用技术热分析法放射分析 红外吸收光谱法红外吸收光谱法： 核磁共振波谱法核磁共振波谱法：利用有机分子的质子共振鉴定有机化合物和多组分混合物的组分。 拉曼光谱法拉曼光谱法：可测定分子结构，使用可调激光器的拉曼光谱仪用于微量分析，也可用于无机物和单晶的结构分析。 n离子探针

15、微区分析离子探针微区分析：微区直径约15微米，深度约几十埃，可进行扫描分析，几乎可分析所有的元素。 电子能谱法电子能谱法：是测定电子结合能的一种方法，它是研究表面化学的有力工具，并可用于除H和He以外任何元素的定性分析。 俄歇电子能谱法俄歇电子能谱法：应用于分析无机及有机试样的组成、价态及结构，一般为无损分析。 离子选择性电极法离子选择性电极法：是一种使用电位法来测量溶液中某一离子活度的指示电极，能快速、连续、无损地对溶液中的某些离子活度进行选择性地检测。 色谱法色谱法：是一种分离分析法，利用混合物中各组分在不同的两相中溶解、解析、吸附、脱附或其他亲和作用性能的差异，而互相分离。按流动相的物态

16、，可分为气相色谱法和液相色谱法；按固定相使用形式，可分为柱色谱法、纸色谱法和薄层色谱法。 信号发生器信号发生器：产生可以反映待测物存在及浓度的信号装置，多半为离子或化合物自身。检测器检测器：光电转换器 电位计信号处理信号处理：运算放大输出输出：记录仪、计算机各种现代分析仪器Nicolet 红外光谱仪HP高效液相色谱仪原子吸收光谱仪极谱仪库仑分析仪紫外可见分光光度计X-射线荧光光谱仪X-射线衍射仪光栅摄谱仪多功能电子能谱仪放大200万倍的铂针状结晶场离子显微照片拉曼光谱仪色谱质谱联用仪质谱仪核磁共振仪液相色谱仪等离子体光谱等离子体光谱 BAIRD ICP 2070液液-质联用质联用/LC-MS等离子体光谱等离子体光谱-质谱联用质谱联用/ICP-MSCCD光纤光谱仪光纤光谱仪/CCD Detector分析化学分析化学发展趋势发展趋势化学计量学在线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