第1章 环境与生化分析绪论.ppt

1、1,第 1 章 环境与生化分析绪论 訾言勤淮北煤炭师范学院,2,3,三字经,天不学, 不成器； 人不学, 不知义；,4,周易系辞就强调,“富有之谓之大业 ,日新之谓之盛德。” 易所强调的 ,生生不息 ,自强不息 ,就是自主创新 ,不断创新。,5,1. 21世纪需要分析化学,分析化学不是单纯一门学科，应该是一门多学科融合在一起的综合性的科学。如今分析化学迈进入了一个新的时代分析科学的时代。将在21世纪重点发展学科：生命科学、环境科学、材料科学和能源科学研究中，在解决人口、粮食、能源、健康和环境危机中发挥重要的作用。,6,21世纪为什么需要分析化学,分析化学面临生命科学、材料科学、环境科学、空间科

2、学等学科的挑战。面对复杂的分析对象，分析化学不断吸收各学科的新原理、新方法和新技术，发现和发明新的分析仪器和分析方法，满足各学科研究和应用的需求。 分析化学是科学中的中心科学，仪器分析是分析化学发展的主要方向，作用是表征物质的化学组成, 结构和组分的含量，利用物质所有性质获取物质随着时间、空间分辨率的多维分析数据，提供实际生产, 科研课题所需要的有用信息，成为生产和科研中实际问题的解决者。,7,分析化学在自然与化学学科中地位,8,社会,其它科学技术领域,社会需要,研究与发展,分析问题,分析化学,分析化学与社会和其它 科学技术领域的关系,分析化学在社会和自然科学中,9,分析化学,资源,能源,人口

3、,环境,粮食,化学,四大理论：天体、地球、生命、人类起源和演化,解决人类社会五大危机的需要,10,俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”。 诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”。 面对复杂的分析对象，分析化学不断吸收各学科的新原理、新方法和新技术，发现和发明新的分析仪器和分析方法，满足各学科研究和应用的需求。,11,分析化学发展为分析科学时代,分析化学的发展现在正处于新的变革时期,生命科学,环境科学,材料科学,激光技术,光纤技术,仿生技术,生物技术,纳米技术,芯片技术,微电子技术,计算机技术,分析化学,分析科学,综合性学科,12,仪器分析的发展

4、方向,13,仪器分析的特点,1. 灵敏度高，检出限低。 2. 选择性好。 3. 操作简便,分析速度快,易于实现自动化。 4. 相对误差一般较大。 5. 价格一般来说比较昂贵。,14,分析仪器是科学仪器的重要组成部分,分析仪器工业是高技术信息产业。分析仪器的发展是现代科学、经济和社会发展的重要基础和推动力之一。分析仪器的主要应用领域正向生物医学领域转移分析仪器本身将不断微型化、智能化但人类向时间和空间的两个极限挑战所需的高级精密仪器也不容忽视生命过程、生产、科研和社会活动大量需要的将是在线、非侵入、非损坏、原位、实时、多维分析仪器。,15,检测技术的地位和作用,工业生产 倍增器,科学研究 先行官

5、,社 会 物化法官,军 事 战斗力,检测技术的地位和作用,16,工业生产倍增器的作用,检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%,17,军事战斗力,1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%,2003年伊拉克战争 90%,1994年美国防部建立自动测试系统执行局,立体作战,18,“物化法官”,检查产品质量,监测环境污染,识别指纹假钞,查服违禁药物,侦破刑事案件,19,历史时代：,手工化 时代,机械化 时代,自动化 时代,信息化 时代,生产方式：,人与简单工具,动力机与机械,自动测量控制,智能机械装置,一、信息化是科学技术发展的必然,20,分析仪器对

6、化学与科学的贡献,科学发展史也证明，仪器是现代科学发展的基础。许多重要的科学分支，特别是分析化学的许多分支学科都是从某项重要的仪器装置的研制成功而建立和发展的。例如，极谱仪的发明产生了极谱学;光谱仪的发明产生了光谱学;色谱仪的发明产生了色谱学;质谱仪的发明产生了质谱学等等。 分析仪器在化学学科及科学研究中极其重要。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际科研问题。近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人,21,22,23,二、分析仪器的分类,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,24,仪器分析的分

7、类,1、光化学分析法 基于电磁辐射与物质相互作用产生辐射信号或者对电磁辐射信号的吸收进行物质性质、结构和含量测量的一类分析方法称光化学分析法。 分子光谱 1、可见紫外吸光光度法；2、荧光、磷光和化学发光； 2、红外吸光光度法； 4、激光拉曼光谱法；X射线光谱法；5、核磁共振波谱法；6、电子能谱法；7、电子显微镜和电子探针 原子光谱 1、原子吸收光谱法；2、原子发射光谱法；3、原子荧光光谱法；4、等离子体光谱法；5、原子质谱法,25,光分析方法,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,26,光化学分析对化学学科的贡献,光化学分析是重要的仪器分析内容，其应用在30以上

8、，在分析化学中具有重要的地位，同时对化学学科及其它学科具有重要的贡献。 1、1925年席格蒙迪(Richard Adolf Zsigmondy)发明超显微镜，研究金溶胶，为现代胶体化学奠定基础，开创人类知识重要的新领域获得诺贝尔奖。,27,光化学分析对化学学科的贡献,2、1926年斯韦柏（Theodor Svedberg）利用超显微镜，发明超离心机研究胶体的扩散、光吸收和沉积及分子分散体系性质，测定了血红蛋白的分子量获得诺贝尔奖。 3、1927年维兰德（Heinrich Otto Wie）从胆中分离提取胆汁酸，坚持20年不懈的努力基本清楚了其结构及与胆酸的关系获得诺贝尔奖。并于1932年通过X

9、射线的晶体分析修正了胆汁酸结构。 4、1936年德拜（Peter Josephus Wilhelmus Debye）用X射线和电子衍射法测定了许多分子的偶极矩，阐明了大量无机和有机分子结构，大大丰富了人类分子结构的知识获得诺贝尔奖。,28,光化学分析对化学学科的贡献,5、1943年赫维西（George de Hevesy）用放射性同位素示踪技术研究铅在植物根、茎、叶不同部位的分布，放射性磷在动物体内的行踪，以及铅、铋、铊在动物体内吸收和排出作用获得诺贝尔奖。 6、2002年J.B.Fenn（1984-1987）发明的电喷雾电离技术；K.Tanaka（1987-1988）发明的软激光解吸电离技术

10、，使质谱方法测定生物大分子的分子量超过1O5Da。使质谱的应用迈进了生物大分子的研究领域，是历史性突破，获得诺贝尔化学奖。,29,2、电分析化学方法,电化学分析：利用溶液电化学性质，通过电化学传感器进行物质性质、结构和含量测量的一类分析方法称电化学分析方法。是一类重要的分析方法。,30,电分析化学方法,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,31,1、1903年阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius），用电导的方法研究测得电解质在溶液的离解度的一致性，证实电离观点是正确的，以定量、全新的形式修正了贝采利乌斯的化学亲和力获得

11、诺贝尔奖。,电化学分析对化学学科的贡献,32,电化学分析对化学学科及其它学科的贡献,2、 1948年蒂塞利乌斯（Ame Wilhelm Kaurin Tiselius）研究电泳和吸附分析，发明了分区域电泳法分离分析氨基酸蛋白质，发现血清蛋白的复杂本质，促进免疫学的发展获得诺贝尔奖。 3、1959年海洛夫斯基（Jaroslav Heyrovsky）因发现和发展极谱方法获得诺贝尔奖。1922年发表极谱分析论文，1925年首台极谱仪问世，灵敏度达十万分之一。,33,3、色谱分析法,色谱分析法：是分离分析方法。是利用不同物质在流动相和固定相中具有不同的分配系数，在两相中相对运动时，进行多次反复分配，达

12、到不同组分分离的目的,通过检测器产生信号，对有机物质进行定性和定量分析的。,34,色谱分析法,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,35,色谱分析对化学学科的贡献,1、1938年库恩（Richard Kuhn）用氧化铝和碳酸钙色谱柱成功的将胡萝卜素分离成a和两种异构体；研究了维生素A的结构合成了维生素A获得诺贝尔奖。,36,色谱分析法对化学学科及其它学科的贡献,2、1952年马丁（Archer john porter Martin）和辛格（Richard Laurence Millington Synge）因发明分配色谱获得诺贝尔奖,1953年马丁

13、研制首台GC。 3、1958年桑格（Frederick Sanger）用电泳、色谱等方法逐段分解胰岛素并测定，精确的测得了胰岛素的结构，是人类第一次精确测定蛋白质的结构获得诺贝尔奖。,37,4、其它仪器分析方法 质谱， 热分析， 放射分析,其他分析法,质谱分析法,联用技术,热分析法,38,5、仪器分析与其它技术联用,1、计算机与分析仪器（实现分析过程自动化） 2、激光技术与分析仪器（提高仪器灵敏度） 3、纳米材料与分析仪器（提高仪器性能） 4、分离技术与分析仪器（使仪器分辨率灵敏度） 5、通讯技术与分析仪器（实现仪器遥测技术） 联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，

14、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。,39,仪器分析联用技术对化学学科及其它学科的贡献,1、1964年霍奇金（Dorothy Mary Crowfoot Hodgkin）用X射线衍射技术测定晶体结构，成功的测定B12结构并合成了B12获得诺贝尔奖。 2、1982年克卢格（Aaron Klug ）发展晶体电子显微镜方法并阐明核酸蛋白质复合物的结构获得诺贝尔奖。,40,仪器分析联用技术对化学学科及其它学科的贡献,3、1991年恩斯特（Richard Robert Ern

15、st）因发展高分辨核磁共振波谱学获得诺贝尔奖。对傅里叶变换核磁共振、二维核磁共振和医用核磁共振都有贡献。 4、1998年科恩（Walter Kohn）和波普尔（John Anthony Pople）发展了电子密度泛函理论，用计算机程序直接计算大分子甚至生物大分子电子结构并推广至化学反应途径和过渡态的研究获得诺贝尔奖。 两人是以数学介入化学。,41,需要比较昂贵的仪器 光化学分析仪器0.3150万元；电化学分析仪器0.330万元；色谱分析仪器1.530万元；质谱60150万元；显微镜0.5200万元；核磁共振50700万元.,42,连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国),43,连 续 光 源

16、 原 子 吸 收 光 谱 仪,2004 年4 月，德国耶拿分析仪器股份公司（Analytik Jena AG）成功地设计和生产出了连光源（高聚焦短弧氙灯）原子吸收光谱仪contrAA ，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！,44,多毛细管电泳装置示意图,45,三、发展中的分析仪器和应用,1、进入21世纪，每天约有2万种新物质被发现、合成分离和鉴定，其中识别的生物分子序列的数目是合成物种的2倍。因此分析化学的主要任务识别、鉴定物种、结构、性质和用途。 2、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。如基因序列序的测定是生物学家提出，分析