1.仪器分析绪论

1、主讲：张友玉 仪器分析电话mail： 授课对象：化工、应化、制药 2009级授 课：54学时开课时间：2011年秋季 教材： 仪器分析 （第四版） 朱明华 主编 （高等教育出版社） 参考教材：（1）分析化学教程李克安 主编 北京大学出版社 （2005年） （2）仪器分析 武汉大学化学系 编 （2005年）平时出席与作业情况 占1015期中考试 占30期末考试 占5560 Principles of Instrumental AnalysisPreface Physical scientists, biological scientists, and engineers

2、 have an impressive array of powerful and elegant tools for gathering qualitative and quantitative information about the composition and structure of matter. Students of chemistry, biochemistry, physics, geology, health-related sciences, engineering, and environmental sciences must develop an unders

3、tanding of these tools and how they are used to solve analytical problems.仪器分析课程概况仪器分析课程是化学、物质科学、生命科学、材料科学和环境科学等学科研究中所抽象出的一门测量物质成分、含量、结构、表面等物理化学特性的基础理论和实验课程。仪器分析课程（理论或实验）在我校开设对象本科化学化工学院、生命科学学院。研究生化学化工学院。课程目标培养两类人才： 分析仪器的熟练应用者 解决问题； 创新型人才发现问题，开拓新领域； (1) 掌握常用仪器分析方法原理、应用，熟悉仪器结构； (2) 使学习者具备选择适宜的分析方法的能力；

4、 (3) 学习创新思维方式。 人才培养有创造性独立性综合素质献身精神2002年诺贝尔化学奖授予三位分析仪器领域的学者美国John B. Fenn日本田中耕一质谱法 研究蛋白质瑞士Kurt Wuthrich生物分子的三维结构2003 年诺贝尔医学奖授予核磁共振成像领域的科学家与分析仪器发明（发展）相关的诺贝尔奖荣获者编号年份获奖者获奖项目12345678910111213141901年1901年1902年1906年1907年1914年1915年1917年1922年1923年1924年1924年1926年1930年Rontgen, Wilhelm ConradVant Hoff, Jacobus

5、HenricusArrhenius, Svante AugustThomson, Sir JosephMichelson, Albert AbrahamVon Laue, MaxBragg, Sir William Henry及Bragg, Sir William LawrenceBarkla, Charles GloverAston, Francis WilliamPregl, FritzEinthoven, WillernSiegbahn, Karl Manne GeorgSvedberg, The ( Theodor )Raman,Sir Chandrasekhara Venkata首次

6、发现了X射线的存在发现了化学动力学的法则及溶液渗透压对电解理论的贡献对气体电导率的理论研究及实验工作首先制造了光学精密仪器及对天体所作的光谱研究发现结晶体X射线的衍射共同采用X射线技术对晶体结构的分析发现了各种元素X射线辐射的不同发明了质谱技术可以用来测定同位素发明了有机物质的微量分析发现了心电图机制在X射线的仪器方面的发现及研究采用超离心机研究分散体系发现了拉曼效应编号年份获奖者获奖项目151617181920212223242526271939年1944年1948年1952年1952年1953年1959年1979年1981年1981年1982年1986年1991年Lawrence, Ern

7、est OrlandoRabi, Isidor IssacTiselius, Arne Wilhelm KaurinBloch, Felix Purcell, E MillsMartin, Archer John Porter & Synge, Richard Laurence Zernike,Frits (Frederik)HeyrovskyCormack, Allan M. & Hounsfield, Sir Godfrey N.Siegbahn, Kai M.Bloembergen, Nicolaas & Schawlow, Arthur L.Klug, Sir AaronBinnig,

8、Gerd & Rohrer, HeinrichErnst, Richard R.发明并发展了回旋加速器用共振方法记录了原子核的磁性采用电泳及吸附分析法发现了血浆蛋白质的性质发展了核磁共振的精细测量方法发明了分配色谱法发明了相差显微镜首先发展了极谱法发明计算机控制扫描层析诊断法（CT）发展了高分辨电子光谱法发展了激光光谱学对晶体电子显微镜的发展扫描隧道显微镜的创制者对高分辨核磁共振方法的发展 分析化学是获取物质化学信息，研究物质的组成、状态、结构及其含量的科学。如何获取物质的化学信息？ 采用这些方法和手段获取物质的 “质”与“量”的资料，从而得到相关化学信息。化学 +数学 物理学 生物学 医学

9、计算机科学一、什么是分析化学？重量法容量法（酸碱、络合、氧化-还原、沉淀等滴定法）定性分析定量分析化学分析仪器分析分析化学 仪器分析是以物质的物理或物理化学性质作为基础的一类分析方法，它的显著特征是以仪器作为分析测量的主要手段。 由于这类方法依据了物质的物理或物理化学性质，因此，亦曾被称为物理和物理化学分析法。 仪器分析是分析化学的一个重要部分：化学分析：常量组分(1%), Er 0.1%0.2% 依据化学反应, 使用玻璃仪器 化学分析与仪器分析方法比较仪器分析：微量组分( 0.01 %)痕量成分分析 (0.01-0.00001%)超痕量成分分析( 10 mg, 1 ml)微量样品分析 (0.

10、1-10 mg, 0.01-1 ml)超微量样品分析( 0.1 mg, 0.01 ml)按取样量划分，分为三类仪器分析电化学分析法光分析法色谱分析法热分析法分析仪器联用技术质谱分析法原理、方法分类 以物质的光学性质(发射、吸收、反射等)为基础，依据物质的能量变化而建立起来的一类分析方法。光学分析法（能量作用与辐射）光（波）谱分析法原子光谱法分子光谱法其它波谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法X射线荧光与X射线衍射分析紫外-可见分子吸收光谱法红外分子吸收光谱法拉曼光谱法分子荧光与磷光光谱法化学发光光谱法核磁共振与顺磁共振波谱法X-射线光电子能谱与俄歇电子能谱以高速电子束轰击待测物，使之

11、电离成带电碎片,然后按质荷比大小分离, 得到质谱图, 进行分析的方法。 质谱法紫外/可见光谱红外光谱核磁共振谱质谱波谱分析用于分析鉴定众多的有机物。 以物质在互不相溶的两相中分配系数差异而建立起来 的一类分析方法。色谱分析法分离法色谱分离法电泳分离法质谱分析法气相色谱法液相色谱法超临界流体色谱法毛细管电泳法毛细管电动色谱法 以物质的电化学性质(电位、电流、电量、电导等)为基础的一类分析方法. 电化学分析法电化学分析法电导分析法电位分析法（pH与离子选择性电极）电流分析法（库仑分析和电重量法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）信号发生器、检测器、信号处理器和读出装置仪器分析的特点试样用量少,适合于微

12、量、痕量和超痕量成分的测定。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，甚至更低的ng级。检测灵敏度高，最低检出限量和检出浓度大大降低。由化学分析的10-6g级降低到仪器分析的10-12g，最低的已达到10-18g级。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，使对共存的组分测定时，相互间不产生干扰。操作简便，重现性好，分析速度快，容易实现自动化、信息化和在线检测。仪器分析的特点化学分析在溶液中进行，试样需要溶解或分解；仪器分析可在物质原始状态下分析，可实现试样非破坏性分析及表面、微区、形态等分析。可实现复杂混合物成分分离、鉴定或结构测定；一般化学分析方法难以实现

13、。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。需要价格比较昂贵的专用仪器，成本高。环境科学 材料科学能源科学 生命科学信息科学 空间科学纳米科学现代仪器分析应用领域技术发展Problem OrientedGLP Lab现场实验室便携式分析仪器集成系统发展创新仪器食品安全和毒品等社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食 品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法生命科学：DNA测序；活体检测环境科学：

14、环境监测；污染物分析材料科学：新材料，结构与性能药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究 外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。分离技术分析化学主要发展趋势教育定性传感器固定化自动化新原理微型化新技术新仪器生物分析 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化学计量学在线分析原位分析实时分析活体分析接口仪器和计算机联用技术其它科技领域更高的灵敏度/更低的检测限；更好的选择性/更少的基体干扰；更高的准确度/更好的精密度；更高的分析速度；更高的自动化程度；更完善的多元素(分析物)同时检测能力；更完善可信的形态分析；更小的样品量要求并且实现微损或无损

15、分析；原位(in situ)，活体内(in vivo)，实时(real time)分析更大的应用范围，如遥测、极端或特殊环境中的分析；高分辨成象人类基因组计划 Jianzhong Zhang, a fellow University of Alberta scientist, together with Dr. Dovichi were the ones who developed the DNA sequencer that played a critical role in the breakthrough of gene-mapping by the Human Genome proje

16、ct.Diagram of a 96-sample device for DNA analysis (a) Reservoirs and channels are connected so that 48 DNA samples can be simultaneously separated by gel electrophoresis in 48 channels. (b) Electropherograms for some HFE samples. Individuals likely to have hemochromatosis exhibit two DNA fragments a

17、t 140 and 167 base pairs (bp) while individuals less likely to have this disease would exhibit either two (111 bp and 167 bp) or three (111 bp, 140 bp, and 167 bp) DNA fragments. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dotsFrom Nature Biotechnology 22, 969 - 976 (2004) 光纤化学传感

18、检测形式原位、在线 BOD工程样机海洋浮标与微型实验室原位、在线、实时、多维、微区Test case. Small and portable PCR machines help detect biowarfare agents even when there are no labs around. 战争与战场现场快速测试利用分析手段分子之间的相互作用原理分析方法的新原理新理论单分子检测及荧光图谱据介绍，具有高度的对称性和稳定性的钴酞菁分子是一种仅1.3纳米大小的共轭大环平面分子，它与人体内的血红素、植物体内的叶绿素具有非常相似的结构和性质，在光电器件、生物技术等方面具有广泛和重要的应用与研究价值。从2002年起，中国科大的研究人员就意识到这类带磁性离子的分子具有巨大研究价值和应用前景，他们通过2年多的不懈努力，系统地研究了该分子吸附于金属表面的各种物理、化学性质，在此基础上巧妙地对其进行“单分子手术”，成功“剪裁”其分子外围的氢原子，并使其与金属表面形成稳定的化学键。研