仪器分析课件

1、仪器分析课件仪器分析课件第一章第一章 仪器分析绪论仪器分析绪论本章提要：本章提要：1. 1、分析化学的任务；、分析化学的任务；2. 2、分析化学分类；、分析化学分类；3. 3、仪器分析的发展、仪器分析的发展；4. 4、定量分析的评价指标；、定量分析的评价指标；5. 5、仪器分析校正方法、仪器分析校正方法1、分析化学的任务、分析化学的任务 分析化学是研究物质的化学组成的！分析化学是研究物质的化学组成的！这句话可展开为：这句话可展开为：1 What ? 定性分析定性分析(qualitative analysis): 目标物质目标物质 的原子、分子或功能基团组成信息；的原子、分子或功能基团组成信息；

2、2 How much ? 定量分析定量分析(quantitative analysis): 目目 标物质的数量信息。标物质的数量信息。 分析化学是分析化学是测量测量和和表征表征的科学。的科学。2. 分析化学分类分析化学分类 从分析化学的发展历史来看，分析化学分为两类：经典分从分析化学的发展历史来看，分析化学分为两类：经典分析以及仪器分析，后者比前者晚析以及仪器分析，后者比前者晚100多年！多年！ 化学化学分析分析（以物质化学反应为基础）（以物质化学反应为基础）化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性方法：加入各种试剂，测量待测物（定性方法：加入各种试剂，

3、测量待测物（analyte, target species）的颜色、沸熔点、气味、光学性质的颜色、沸熔点、气味、光学性质 （拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的 溶解特性。溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法定量方法：重量法、滴定（容量）法 仪器分析（以物质的物理、物理化学性质为基础）仪器分析（以物质的物理、物理化学性质为基础）化学分离：化学分离： 色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、 萃取、蒸馏等分离方法；萃取、蒸馏等分离方法；定性定量方法：定性定量方法： 利用物质原子、分子、离子等的特性，如电导、电利用

4、物质原子、分子、离子等的特性，如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧光等；位、光吸收和发射、质荷比、荧光等；必须注意：必须注意：1）化学分析、仪器分析没有截然的界限。）化学分析、仪器分析没有截然的界限。2） 大多仪器分析方法灵敏度较高，取样量较少。大多仪器分析方法灵敏度较高，取样量较少。3）大多仪器分析方法分析速度快、应用广泛。）大多仪器分析方法分析速度快、应用广泛。4）仪器分析的准确度不如经典分析中的重量或容量）仪器分析的准确度不如经典分析中的重量或容量分析。分析。5）仪器分析的仪器设备较复杂，价格昂贵。）仪器分析的仪器设备较复杂，价格昂贵。仪器分析的分类n光学分析法n电化学分析法n色谱分析

5、法光学分析法及其分类光学分析法及其分类 光学分析法光学分析法可分为光谱法光谱法和非光谱法非光谱法两大类。 光谱法光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法光谱法可分为原子光谱法原子光谱法和分子光谱法分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子原子外层或内层电子 能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法射线荧光光谱法（XFS）等。光学分析法

6、及其分类光学分析法及其分类 分子光谱法分子光谱法是由 分子中电子能级、振动和转动能级分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，表现形式为带光谱带光谱。属于这类分析方法的有紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法红外光谱法（IR），分子荧光光谱法分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法分子磷光光谱法（MPS）等。 非光谱法非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法的分析方法。 本章主要介绍光谱法。电化学分析法电化学分析法n根

7、据物质在溶液中的电化学性质建立的一类分析方法。n主要类型：电位分析法伏安法和极谱法电导分析法电解分析法库仑分析法色谱分析法色谱分析法n以物质在两相中分配比的差异而进行分离和分析的方法。n主要类型：气相色谱法液相色谱法3 3、仪器分析的发展、仪器分析的发展n计算机与分析仪器的结合计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成的任务，如实验室的自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换主要依赖于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。3、仪器分析的发展n联用分析技术已成为当

8、前仪器分析的重联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。3、仪器分析的发展n联用分析技术联用分析技术： 1.气相色谱质谱法（GCMS） 2.气相色谱原子发射光谱法（GCAES） 3.液相色谱质谱法（HPLCMS）3、仪器分析的发展n20世纪4050年代兴起的材料科学，60 70年代发展起来的环境科学都促进了分析化学学科的发展。80年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析

9、化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，互相渗透、互相融合，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。3、仪器分析的发展n如生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进行分析。n信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。4、定量分析的评价指标、定量分析的评价指标（精密度、准确度、检测限精密度、准确度、检测限）灵敏度（灵敏度（Sensitivity） 反映了仪器或方法识别微小浓度或含量变化反映了仪器或方法识别微小浓度或含量变化的能力

10、，也就是说，当浓度或含量有微小变化的能力，也就是说，当浓度或含量有微小变化时，仪器或方法均可以觉察出来。时，仪器或方法均可以觉察出来。 IUPAC推荐使用推荐使用“校正灵敏度校正灵敏度”或者或者“校正校正曲线斜率曲线斜率”作为衡量灵敏度高低的标准。作为衡量灵敏度高低的标准。010203040506000.10.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1仪器和方法的灵敏度描述仪器和方法的灵敏度描述 k k1 1, k, k2 2分别为两条分别为两条校正曲线校正曲线的斜率，即灵敏度。的斜率，即灵敏度。但未考虑测定重现性影响！但未考虑测定重现性影响！精

11、密度（精密度（Precision）n使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的程度。程度。n标准偏差标准偏差n相对标准偏差相对标准偏差1)(12NxxsNiixsRSD/准确度准确度 试样含量的测得值与试样含量的真实值试样含量的测得值与试样含量的真实值相相符合的程度称为准确度，用相对误差量度。即符合的程度称为准确度，用相对误差量度。即 是系统误差和随机误差的综合反映，决定分是系统误差和随机误差的综合反映，决定分析结果的可靠程度，只有当精密度好，又消除析结果的可靠程度，只有当精密度好，又消除了系统误差后才可能有较好的准确度。了

12、系统误差后才可能有较好的准确度。检测限：在已知置信水平，可以检测到的待测物的检测限：在已知置信水平，可以检测到的待测物的最小质量或浓度。它和分析信号（最小质量或浓度。它和分析信号（Singnal）与空与空白 信 号 的 波 动 （ 噪 音白 信 号 的 波 动 （ 噪 音 , N o i s e ） 有 关 ， 或 者有 关 ， 或 者 说与信噪比（说与信噪比（S/N）有关。只有当有用的信号大于有关。只有当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号，如下图噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号，如下图所示。所示。检测限（检测限（Detection limit, DL）sb测定次数，测定次

13、数，nSSDL=Sb +k1 sb仪器噪音及方法检出限仪器噪音及方法检出限 K K1 1=3=3时，可以认为仪器检出的最小信号值时，可以认为仪器检出的最小信号值S SDLDL可能性为可能性为95%95%S Sb b：空白信号的平均值，空白信号的平均值， s sb b空白信号的标准差空白信号的标准差检出限如何计算呢？检出限如何计算呢？ 测定空白样品测定空白样品(或浓度接近空白值）或浓度接近空白值）20-30次，求其次，求其 平均值平均值 Sb 及其标准偏差及其标准偏差 sb，则可分辨的最小信号则可分辨的最小信号 SDL= Sb+k1 sb 通过校正曲线的斜率通过校正曲线的斜率k，将最小待测物信号

14、将最小待测物信号SDL转化转化 为浓度值为浓度值CDL，即即 经统计学的经统计学的 t 和和 z 检验，当检验，当k1=3时，大多数情况下时，大多数情况下，当检测结果的置信度为，当检测结果的置信度为95%。因此上式可转换为：。因此上式可转换为：ksSCbDLDL_kskskCbbDL31 所谓校正所谓校正(Calibration)，就是将仪器分析产就是将仪器分析产生的各种信号与待测物浓度联系起来的过程。除生的各种信号与待测物浓度联系起来的过程。除重量法和库仑法之外，所有仪器分析方法都要进重量法和库仑法之外，所有仪器分析方法都要进行行“校正校正”。校正方法有三：校正方法有三： 标准曲线法；标准曲

15、线法； 标准加入法；标准加入法； 内标法。内标法。 5、仪器分析校正方法、仪器分析校正方法具体做法：具体做法：l 准确配制已知待测物浓度的系列准确配制已知待测物浓度的系列: 0(空白空白)，c1，c2，c3，c4.；l 通过仪器分别测量以上各待测物的响应值通过仪器分别测量以上各待测物的响应值S0，S1，S2，S3，S4及待测物的响应值及待测物的响应值Sx；l 以浓度以浓度c对响应信号与对响应信号与S作图得到标准曲线，然后作图得到标准曲线，然后通过测得的通过测得的Sx从下图中求得从下图中求得cx；或者通过最小二乘或者通过最小二乘法获得其线性方程再直接进行计算。法获得其线性方程再直接进行计算。 标

16、准曲线法标准曲线法（Calibration curve，Working curve, Analytical curve）S440cx 标准曲线法的准确性与否与两个因素有关：标准物浓标准曲线法的准确性与否与两个因素有关：标准物浓度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性。度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性。 0.0520浓度，浓度，cSS2S3S10.00.20.40.60.81.01.230Sx相关系数（相关系数（-1-1r1r1） 具体做法：具体做法：l 将一系列已知量待测物分别加入到几等份的样品中，配制将一系列已知量待测物分别加入到几等份的样品中，配制成浓度为成浓度为(cx+0)，

17、(cx+c1), (cx+c2), (cx+c3).，得到和样品得到和样品有相同基体的标准系列有相同基体的标准系列(加标，加标，spiking)；l 通过仪器分别测量以上系列的响应值通过仪器分别测量以上系列的响应值S0，S1，S2，S3，S4；l 以浓度以浓度c对响应信号与对响应信号与S作图，再将直线外推与浓度轴相交作图，再将直线外推与浓度轴相交于一点于一点(下图下图)，求得样品中待测物浓度，求得样品中待测物浓度cx。 优点优点：基体：基体(matrix)相近，或者说基体干扰相同；相近，或者说基体干扰相同； 缺点缺点：麻烦，适于小数量的样品分析。：麻烦，适于小数量的样品分析。标准加入法（标准加

18、入法（Standard addition method）cx0.00.20.0102030-10浓度，浓度，cSS2S3S4S10.40.60.81.01.2 当样品量很少时，可在一份样品中加标，加一次作一次测量，可得到上述当样品量很少时，可在一份样品中加标，加一次作一次测量，可得到上述 方法相同的结果；方法相同的结果； 当觉得上述过程麻烦时，可只加标一次，分别测量样品和加标样品的仪器当觉得上述过程麻烦时，可只加标一次，分别测量样品和加标样品的仪器 响应，再直接通过公式进行计算。响应，再直接通过公式进行计算。 该该法可以说是上述两种校正曲线的改进。可用于克服或减少仪器或该该法可以说是上述两种校正曲线的改进。可用于克服或减少仪器或方法的不足等引起的随机误差或系统误差。方法的不足等引起的随机误差或系统误差。具体作法：具体作法：l 寻找一种物质或内标物，该内标物必须是样品中大量存在的或完全寻找一种物质或内标物，该内标物必须是样品中大量存在的或完全不存在的。然后，在所有样品、标准及空白中加入相同量的上述内标不存在的。然后，在所有样品、标准及空白中加入相同量的上述内标物；物；l 分别测量样品及标准中待测物及内标物的响应值，然后以分别测量样品及标准中待测物及内标物的响应值，然后以Sx/Si比值