分析化学下册绪论课件

1、仪 器 分 析Instrumental Analysis2022/10/11任 课 教 师姓 名： 杨 小 峰实验室： 化学楼218研究方向：分子发射光谱2022/10/11参考教材2.仪器分析 方惠群、于俊生、史坚 编著 科学出版社3.仪器分析 （第三版），朱明华编 高等教育出版社1.分析化学下册（第五版），武汉大学主编 高等教育出版社2022/10/111. 作业布置后下一周的上课时交作业2. 考试与成绩评定平时成绩：30% 包括：学习态度、学习纪律、 课堂表现 、 作 业 期中考试：30%期末考试：40%学习要求2022/10/11仪器分析课程特点涉及多种的仪器分析方法各种仪器的工作原理

2、有较大的区别课程着重于方法原理就介绍，数学推导及运算相对较少注意与物理课程和物理化学课程内容相结合2022/10/11课程的学习方法1. 抓住主线 特点原理用途；重点在原理 方法的物理原理、仪器构成、分析原理及应用2. 归纳共性与个性 色谱法：共性：复杂混合物分离分析 个性：流动相-原理-对象3. 处理好整体与局部 分析仪器结构流程关键部件2022/10/11第一章 绪 论一、分析化学发展历程和仪器分析的地位二、仪器分析分类及特点三、仪器分析应用领域及发展趋势四、仪器的主要性能指标introduction2022/10/11Position In Chemistry Research2022/

3、10/11碳的同素异型体2022/10/11化学分析与仪器分析化学分析法：又称为经典分析法，是以化学反应为基础，依据实验测定的重量或体积，利用化学计量关系来确定试样中某成分含量的方法。化学分析法的优点：(1)重量法不需要标准物质，只要求沉淀的形式与其化学式一致。对于滴定分析，只要指示剂能够正确指出终点，滴定反应的方程式计量关系成立；（2）分析的准确度高（相对误差0.1%-0.2%)适合于常量组分（被测组分的含量1%)的分析。化学分析法的缺点: (1)灵敏度低，不适于微量组分分析；（2）耗时，不够快速简便。2022/10/11一、分析化学的发展过程和仪分析的地位 分析化学的三个发展阶段，三次变革

4、。阶段一（从手艺到科学）：16世纪，天平的出现，分析化学具有了科学的内涵；20世纪初，物理化学的发展，分析化学中引入了物理化学的溶液理论等基本概念形成分析化学的理论基础。 确立四大平衡：沉淀溶解，酸碱，氧化还原，络合平衡。 分析化学的第一次变革； 20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少和精度低；分析化学由单纯的操作技术变成一门科学。2022/10/11阶段二： 20世纪40年代后，由于科学技术的进步，分析化学中采用了电子技术和物理学的概念，促进了仪器分析的大发展。 仪器分析使分析速度加快，促进化学工业发展； 为什么出现在这一时期？一系列重大科学发现，为仪器分析的建立和发展奠定基

5、础。 仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。 2022/10/11阶段三： 八十年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。 （1）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。 （2）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。 化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。 （3）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。 2022/10/112022/10/112022/10/111922年： J.Heyrovsky 发明了极谱仪并于1959年获诺贝尔化学奖1922年： As

6、ton发明了质谱技术可以用来测定同位素而诺贝尔奖1930年： Raman 发现了Raman效应获诺贝尔奖1952年： Bloch 和 Purcell 因发展了核磁共振的精细测量方法而获诺 贝尔物理奖1952年： Martin和Synge因发明了分配色谱法而获诺贝尔化学奖1981年： Bloembergen 和Schawlow因发展了激光光谱学获诺贝尔奖1986年： Binnig 和Rohrer因发明STM而获诺贝尔物理奖1991年： Ernst因对高分辨核磁共振方法的发展而获诺贝尔化学奖1991年： Neher和 Sakmann于1991年因应用膜片钳技术研究离子通道 获得诺贝尔生理和医药奖1

7、992年： R.Marcus因发展电子传递理论而获诺贝尔化学奖1993年：Kary Mullis 因发明PCR技术而获得诺贝尔化学奖2022/10/112002年度诺贝尔化学奖J.B.Fenn, K. Wuthrich, Koiichi Tanaka（田中耕一）MALDI-MSMatrix Assisted Laser Desporption Ionization Mass Spectrometry(介质支撑激光解吸离子化质谱)LD: laser desorption 不适用于热稳定性差的蛋白质分析学术贡献：以往方法：2022/10/11定性分析 - 定量分析 - 仪器分析 - 分析科学 许多

8、重要科学分支是从某项科学仪器研制成功开始建立和发展的。 极谱仪极谱学 色谱仪色谱学 质谱仪质谱学 .2022/10/11仪器分析与化学分析的联系 1.仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的，其不少原理都涉及到化学分析的基本理论；仪器分析与化学分析的区别 2. 仪器分析离不开化学分析，其不少过程需应用到分析化学的理论。2022/10/11化学分析 仪器分析 从原理看 根据化学反应及计量关系 根据物质的物理或物理化学性质、参数及变化规律 从仪器看 主要为简单玻璃仪器 较复杂、特殊的仪器 从操作看 多为手工操作、较繁琐 多为开动仪器开关 、操作简单易实现自动化 从试样看 样量多、破坏性分析 样量少、

9、有的非破坏性可现场或在线等分析 从应用看 常量分析、定性、定量 微量、痕量的组分分析，状态、结构等分析2022/10/11光分析方法的分类classification of electrochemical analysis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原子光谱2022/10/11电化学分析方法的分类classification of electrochemical analysis电化学分析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2022/10/11色谱分析方法的分类classification of chromatographic

10、 analysis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2022/10/11其他分析方法的分类classification of electrochemical analysis其他分析法质谱分析法联用技术热分析法2022/10/11仪器分析的特点1.灵敏度高，检出限低。比较适合于微量、痕量和超痕量的分析。2.选择性好。3. 操作简便，分析速度快，易于实现自动化。4.应用范围广，不但可以作组分及含量的分析，在状态、 结构分析上有广泛的应用。5.相对误差一般较大（一般准确度1%5%）。6.价格一般来说比较昂贵。7.除个别分析方法外，几乎所有的仪器分析方法都是比 较

11、法，需要标准物质作为参照。( ?)2022/10/11三、仪器分析应用领域 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：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。2022/10/11含量标准：2.5 ppm in the USA and the EU; 1 ppm for infant formula in C

12、hina)三聚氰胺 （melamine）三聚氰胺的检测2022/10/11 国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布了原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法(GB/T22388-2008)国家标准，规定了三聚氰胺的检测方法的检测定量限。 标准规定了高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱法三种方法为三聚氰胺的检测方法，检测定量限分别为2毫克/千克、0.05毫克/千克和0.01毫克/千克。标准适用于原料乳、乳制品以及含乳制品中三聚氰胺的定量测定。检测时，根据被检测对象与其限量值的规定，选用与其相适应的检测方法。 三聚氰胺的检测2022/10/11建 莲甘 草丹 参枸 杞202

13、2/10/11 总体分析为主(bulk analysis) 定性分析(qualitative analysis) 定量分析(quantitative analysis) Classical Analytical Chemistry Current/Future Analytical Chemistry 3) 状态解析1) 按构成要素分离2) 确定组成和存在状态Chemical Diagnosis Material Diagnosis 仪器分析的发展趋势2022/10/111. 高灵敏度和高选择性 随着技术的发展及科学技术及经济发展的需要，许多高灵敏度、高选择性的分析方法将逐步建立。常量分析到微

14、量分析“量”浓度；所需要的量；检测限；定量范围主要成分(major constituents): 100-1% 少量成分(minor): 1-0.01%微量成分(trace): 10-2-10-4 % 痕量成分(ultra trace): 10-4% (1ppm)以下2022/10/111）海水中U的含量：3ppb2）二恶英（dioxin）的允许暴露量：1-20ppt3）引用水中Hg的含量小于2ppb2022/10/112. 智能化和小型化 随着微电子技术及计算机技术在仪器分析的应用更加广泛和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐成为常规分析的重要手段。3. 仪器分析中各种方法的联用技术 仪器分析中

15、各种方法有其自身的一些特点，将仪器分析中各种方法的联用，将进一步发挥各种方法的效能解决复杂的分析问题。2022/10/114. 建立原位、活体、实时、在线的动态分析检测方法，无损探测方法，以及多元多参数的检测监视方法，并研制相应的分析仪器。2022/10/115. 应用范围将日益扩大 仪器分析除了应用于成分分析外，将在更大程度上应用于物质的结构分析、状态和价态分析、表面分析及微区分析等，而且在许多学科的研究工作中将得到愈来愈广泛的应用。2022/10/116. 与生物医学相结合 生命科学是21世纪最为热门的研究领域之一。将仪器分析中各种新方法应用于生命过程的研究；生物医学中的酶催化反应、免疫反

16、应等技术和成果也将进一步应用于仪器分析，开拓出新的研究领域和方法。7. 自动检测或遥控分析 仪器分析将在各种工业流程及特殊环境中的自动在线监控或遥控监测中发挥重大的作用。在这一领域中各种新型的化学及生物传感器及流动注射分析技术将是十分重要的。2022/10/11超微粒、分子簇(cluster)、中介相(mesophase)、 层间物质的测定等扫描隧道显微镜(STM): 原子层次俄歇电子能谱(AES): 约50 nm (0.05m)显微拉曼光谱: 约1m显微红外光谱: 约10m 总体分析到表面、局部和深度分析2022/10/11提高解析力、判断力、速度， 模拟(simulation) CAC (

17、Computer Aided Chemistry) AI (Artificial Intelligence 人工智能) 积分变换(傅里叶，拉扑拉斯等) 分子动力学(Molecular Dynamics)新的解析法2022/10/11静态到动态分析 时间分辨测定(ps, fs) 动态过程解析新的分析法(获得“质”的信息) 原子间力显微镜，邻近场(near field)显微镜；生物模拟检测(响应、判断等的多样性及特异性)无损分析(生物体内检测，利用生物反应的检测法)2022/10/11微型高效自动智能2022/10/11四、仪器的主要性能指标1、校准曲线及线性范围： 要求浓度与信号之间要线性相关，

18、以标准溶液进行实验，所获得的标准溶液浓度与测量信号的关系曲线；浓度范围宽、相关系数（）好是人们追求的目标；线性范围：指从定量测定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线性浓度的范围。2022/10/112. 灵敏度(Sensitivity) 区别具有微小差异浓度分析物能力的量度，即单位浓度变化所引起信号的变化程度； IUPAC规定，分析标准函数的一次导数，即标准曲线的斜率。3. 精密度用同样的方法所平行测量的一组数据间彼此相互一致性的程度。用来表征分析结果的重现性、再现性。一般用RSD来表征。2022/10/114. 检出限(Detection limit, DL) 式中是用空白溶液按照同样测定方法多次测定的平均值，S0是空白溶液至少10次连续测定的标准偏差，K是由置信水平决定的系数。IUPAC推荐K=3 （此时检测置信水平为95）。定义： 在误差分布遵从正态分布的条件下，由统计的观点出发，对检出限的定义如下：检出限是指特定的分析方法，以适当的置信概率被检出的组分的最小量或最小浓度。在IUPAC的规定中，对各