仪器分析-第一章 绪论

仪器分析郭旭明E-mail:第一章绪论1.1仪器分析概述分析化学的开展历程及仪器分析的产生化学分析和仪器分析的关系1.2仪器分析方法和分类主要的仪器分析方法1.3仪器分析的开展概况1.4仪器分析方法的主要评价指标精密度、准确度、标准曲线的线性及线性范围、灵敏度、检出限1.5课程的主要内容、学习方法和要求

1.1仪器分析概述分析化学的开展历程仪器分析的产生化学分析与仪器分析的关系仪器分析的特点分析化学分析化学(AnalyticalChemistry〕：是化学学科的一门重要分支；是研究物质的组成、结构、状态等信息及相关理论的一门学科。分析化学的任务：鉴定物质的化学组成、测定各组分的相对含量、确定物质的化学结构和状态。分析化学1.根据分析化学的任务，分析化学分为：定性分析、定量分析和结构分析2.根据分析的对象，分析化学可分为：无机分析和有机分析3.根据分析所需试样用量，分析化学分为：常量、半微量、微量、痕量分析4.根据分析方法所用手段分类，分析化学分为：化学分析、仪器分析分析化学的开展历程分析化学的三个开展阶段、三次变革:阶段一：20世纪初，天平的创造：使分析化学有了科学的内涵；溶液中四大反响平衡理论(酸碱、沉淀、配位和氧化)，形成分析化学的理论根底，使它由一门操作技术变成一门科学。20世纪40年代前，化学分析占主导地位，分析化学=化学分析，仪器分析种类少和精度低。越来越多的问题化学分析不能解决：快速、实时检测方法？痕量分析方法？结构确定？阶段二：

第二次世界大战前后，物理学和电子技术的开展：为仪器分析奠定了根底，分析化学中采用了电子技术和物理学的概念，使以化学分析为主的经典分析化学，开展到以仪器分析为主的现代分析化学；仪器分析的开展引发了分析化学的第二次变革，化学分析与仪器分析并重，仪器分析使分析速度加快，促进化学工业开展；〔1〕BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振测定方法，获诺贝尔化学奖1952年;〔2〕MartinAJP和SyngeRLM；建立了气相色谱分析法，获诺贝尔化学奖1952年；〔3〕HeyrovskyJ；建立极谱分析法，获1959年诺贝尔化学奖阶段三：

从20世纪70年代末至今，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。高效率、微观化、微量化和自动化是现代分析化学的特色。〔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。〔2〕化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最正确分析条件，获得最大程度的化学信息。〔3〕以计算机为根底的新仪器的出现；傅里叶变换红外；色谱-质谱联用仪。与仪器分析开展相关的诺贝尔奖获得者2002瑞士核磁共振波谱学家库尔特·维特里希教授同美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一创造了“利用核磁共振〔NMR〕和质谱〔MS)技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法〞，而获得2002年诺贝尔化学奖。由分析化学的开展进程来看：仪器分析是分析化学的一个分支，它是在化学分析开展的根底上，引入了物理学的理论知识和电子技术而产生并开展起来的一种仪器测试方法。

仪器分析的产生

仪器分析的概念什么是仪器分析？一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。〔物理或物理化学性质：颜色、状态、质量、体积、光、电、热、磁等〕这些方法一般都有独立的方法原理及理论根底。目前高水平、高尖端的实验研究结果均是建立在高精度的仪器分析方法的根底上的。化学分析和仪器分析的关系

化学分析(chemicalanalysis)：化学分析——是指利用化学反响和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。仪器分析(instrumentalanalysis)：仪器分析——是以物质的物理和物理化学性质为根底建立起来的一类分析方法。测定时，常常需要使用比较复杂的仪器。化学分析和仪器分析的关系测量常量组分〔大于1%〕常用化学分析，而测量微量或痕量组分时，那么常用仪器分析；关系：仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析根底上的开展，是分析化学的开展方向。化学分析是仪器分析的根底，仪器分析离不开化学分析，二者互为补充，不可偏废。仪器分析的特点①灵敏度高，检出限低。化学分析：样品用量：mL、mg级，常量分析仪器分析：样品用量：μg、μL级，微量、痕量分析②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，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。③操作简便，分析速度快，容易实现自动化。④相对误差较大。化学分析一般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%，甚至更高，不适用于常量和高含量成分分析。⑤需要价格比较昂贵的专用仪器。1.2仪器分析分类主要的仪器分析方法主要的仪器分析方法仪器分析电化学分析法质谱分析法别离分析法热分析法分析仪器联用技术光分析法

光分析方法的分类

光分析法吸收光谱法旋光分析法发射光谱法比浊分析法折射分析法散射光谱法

电化学分析方法的分类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别离分析方法的分类

离子色谱法别离分析法气相色谱法薄层色谱法液相色谱法毛细管电泳色谱法超临界色谱法

其他分析方法的分类其他分析法质谱分析法联用技术热分析法1.3仪器分析的开展概况化学、物理学、数学、电子学、计算机科学、生命科学等各种学科互相渗透，互相融合，使仪器分析逐渐成为一门进行测量和表征的综合性学科，即分析科学。从分析对象上看，与生命科学、环境科学、新材料科学有关的仪器分析方法得到迅猛的开展。从分析手段上看，多种方法融合使测定更为灵敏、快速、准确和自动化。从分析方法上看，计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理的自动化，大大提高了仪器分析方法的效率、灵敏度和准确度。在电化学分析方面，各种生物传感器和微电极的使用大大扩展了电化学分析的研究范围，适应了生物分析及生命科学开展的需要。在光分析方面，涌现出了电感耦合高频等离子体原子发射光谱、傅立叶变换红外光谱、等离子体质谱、激光光谱和化学发光光谱等一系列光谱分析新技术，尤其是光导纤维化学传感器探头广泛应用于临床分析、环境检测、生物分析和生命科学等领域。在别离分析方面，气相色谱、高效液相色谱、超临界流体色谱、毛细管电泳在生物分析和生命科学方面得到了极大地应用，尤其是联用分析技术已成为当前别离分析的重要开展方向。如：气相色谱—质谱法〔GC-MS〕液相色谱－质谱〔LC-MS)气相色谱—原子发射光谱法〔GC-AES〕液相色谱—质谱法〔HPLC-MS〕1.4仪器分析方法的主要评价指标精密度准确度标准曲线灵敏度检出限

精密度精密度〔Precision〕：使用同一方法或步骤进行屡次重复量所得分析数据之间符合的程度。同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度又称重复性；不同实验室所测定结果的精密度又称再现性。精密度通常用测定结果的标准偏差或相对标准偏差来量度。标准偏差(Absolutestandarddeviation，s)相对标准偏差(Relativestandarddeviation,RSD)准确度准确度：试样含量的测定值与其真实值〔标准值〕相符合的程度。准确度通常用测定结果的误差或相对误差来量度。误差：相对误差：标准曲线标准曲线：被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线；线性范围：标准曲线的直线局部所对应的被测物质浓度或含量的范围。线性范围CDLLOLLOQ浓度c响应信号SCDL=检测限；LOQ=limitofquantitation，定量低限LOL=limitoflinearresponse,线性响应高限通常的分析方法，其线性范围LOL/LOQ至少要到达2个数量级。

相关系数

表征x与y之间线性好坏的统计数据；∑(ci－c)(Ai－A)r=±[∑(ci－c)2·∑(Ai－A)2]1/2r在-1.0000~+1.0000之间；|r|=1时，c与A之间有严格的线性关系；r=0时，c与A之间无线性关系；0﹤|r|﹤1时，c与A之间有一定的线性关系；|r|越接近于1，c与A之间的线性关系越好。

nnni=1i=1i=1灵敏度灵敏度〔Sensitivity〕：物质单位浓度或单位质量的变化引起响应值变化的程度，反映了仪器或方法识别微小浓度或含量变化的能力。

IUPAC推荐使用标准曲线斜率作为衡量灵敏度上下的标准。许多方法的灵敏度随实验条件而变化，所以，现在一般不用灵敏度作为方法的评价指标。检出限某一方法在给定置信水平上可以检出的最小浓度或含量。用浓度表示——相对检出限；用质量表示——绝对检出限。在光学分析法中，检出限定义为：D=3S0／SS0是空白信号〔仪器噪声〕的标准偏差。S为分析方法的灵敏度，即标准曲线的斜率。其他方法可以照此规定，有的方法有自己特殊的规定。

1.5

课程的主要内容、学习方法与要求一、课程主要内容

二、课程的学习方法三、学习要求

四、参考资料

一、课程主要内容

十一章内容，九种仪器分析方法，包括方法原理、仪器结构、操作条件选择、应用；三大类：光分析法、电分析法、别离分析法；无机物分析；有机物分析；化合物结构分析；特点：内容繁多、各成体系；每类方法有其特点、内在规律、应用范围。二、课程的学习方法1.抓住主线特点——原理——用途；重点在原理2.归纳共性与个性别离分析法：共性：复杂混合物别离分析个性：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4.广泛利用各种资料纸质和电子的

三.学习要求课前仔细预习课中努力学习课后尽快复习作业独立完成成绩评定：平时与实验占30％〔作业、实验报告、理论课和实验课考勤〕期末考试占70％四、参考资料?仪器分析?北京大学出版社，北京大学?仪器分析?高等教育出版社，2001年，武汉大学化学系编