化学资料第1章__绪论

1、分析化学(下)仪器分析多媒体课件王 长 发 编 写、制 作第1章绪论Introduction 1.1 分析化学的发展和仪器分析的地位 1.2 仪器分析方法的分类 1.3 分析仪器1.1 分析化学的发展和仪器分析的地位1.1.1 经典分析化学一般的说，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。这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。1.1.2 仪器分析的产生是科学技术发展的需要、必然， 也是科学技术发展的结晶。理论技术对象（问题）生产科学技术1.1.3 仪器分析的特点1.2.3.4.灵敏

2、度高，检出限低。选择性好。操作简便,分析速度快,易于实现自动化。相对误差一般较大。5.价格一般来说比较昂贵。1.1.4 分析化学向分析科学发展分析化学的三次巨大变革 分析化学的第一次巨大变革，以分析天平的发明和溶液理论体系的建立（四大平衡的建立）为标志。分析化学的第二次巨大变革 第二次世界大战前后的科学技术 物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础核磁共振（NMR），B loch F ，PurcellE M。极谱，HeyrovskyJ。气相色谱，Martin A T P ，Synge R L M分析化学的第三次巨大变革 计算机的发明尤其微型计算的发展，给仪器分析带来全新的革命。信号信息描述操

3、作实施检测数据处理报告结果分析对象控制数据库方法判断人工智能最优化技术自动化技术专家系统多媒体计算机新型材料、电子器件热、光、电新技术分析仪器与计算机分析仪器仪器分析应用领域社会：体育（）、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；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。仪器分析的发展趋势科学仪器的创新是知识创新和技术创新的重要内容。发展科

4、学仪器应当视为国家战略。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、分析仪器。分析仪器是人们感觉器官的延伸它所测量或所获取的主要是物质的质和量的信息。以一切可能的（化学的、物理的、 生物医学的、数学的等等）方法和技术，利用一切可以利用的物质属性，对一切需要加以表征、鉴别或测定的物质组分（包括无机和有机组

5、分）及其形态、状态（以及能态）、结构、分布（时、空）等进行表征、鉴别和测定，以求对样品所代表的问题有一个基本的了解。这是当今分析科学也是分析仪器发展所面临的任务。分析仪器的微型化和智能化随着分子计算机、DNA计算机、光子计算机、量子计算机等的不断推出，计算机也将越来越微型化。计算机（电脑）与人脑的结合将不再是一个梦、带有植入式电脑的人的智能将大大超过不带电脑的“自然人”。分析仪器的大众化、个性化和日用品化，贵重仪器的网络化随着经济全球化和全球网络化，大型实验室的数量将减少，但其资源（特别是其精密贵重仪器）将得到更充分的发挥。因为它可以面向全世界为所有“网民”服务，实际上，现在就已有人在建立利用

6、全球主要实验室资源的“网络实验室”了。建立和发展虚拟仪器概念由电子测量仪器新发展中出现的虚拟仪器概念已经逐步被更多领域所接受，对实现“柔性”分析检测系统具有明显的推动作用。利用现有的计算机，加上适当设计的仪器硬件和专门的应用软件，构成虚拟仪器，使其既具有传统仪器的基本功能、又能由用户根据自己的需求变化随时定义，实现多种多样的应用要求.虚拟仪器不但灵活可变、功能强大，而且作用方便，便于技术升级更新，价格也低廉（尤其仪器系统的使用维护费用低）。仪器=ADDACPU十软件观念更新应该努力汲取新思想并动手实践。谁醒悟得早、动手得快，谁就会当排头兵占尽、抢占市场。“软件就是仪器”预示了全新的分析仪器科技

7、和产业的发展潮流，将会迅速改变世界分析仪器行业面貌的！分析仪器的主要应用领域正向着生物医学领域转移分析仪器在保障人类健康生活、监控病人病情、预防灾害发生等方面也都起着重大的作用。没有新型DNA分析仪的进一步发展，人类也很难在防病、治病特别是在防治癌症和各种遗传病方面对现有基因图谱加以利用。生物芯片微型化新技术生物分析化学计量学自动化新原理新仪器环境分析在线分析过程分析原位分析实时分析分析化学主要发展趋向表面分析大分子表征分析化学图象接口无损分析教育传感器定性分离技术仪器和计算机联用技术单细胞分析固定化单分子单聚集体分析其它科技领域1.1.6 分析化学发展中的创新成就 分析化学伴随着科学发现和技

8、术创新同步发展，诺贝尔奖亦反映了近100年来分析化学，主要是仪器分析发展中里程碑式科学发明和技术进步。 仪器分析发展是多学科相互渗透、交叉发展的结果，这些成就分布在物理、化学等各个领域。1.2 仪器分析的类型质谱分析法电分析化学法光学分析法仪器分析热分析法分离分析法分析仪器联用技术1.2.1 光学分析方法分子光谱原子光谱紫外可见法原子吸收法红外法光分析法核磁法原子发射法荧光法1.2.2 电分析化学方法电导分析法电解分析法电位分析法电分析化学法库仑分析法电泳分析法极谱与伏安分析法1.2.3 色谱分析法超临界色谱法薄层色谱法气相色谱法色谱分析法激光色谱法液相色谱法电色谱法1.2.4 其他仪器分析方

9、法质谱，热分析，放射分析1.3 分析仪器 分析仪器涉及仪器物理原理、研发、设计、制造和装配等。 化学家常根据研究工作需要，实验室条件，利用各种元器件和商品仪器组件、配件，设计、组装各种性能和用途的分析仪器。 自组装仪器一般不仅具有机动、灵活、实用、成本特点，也是发展新型分析仪器的重要途径。1.3.1 分析仪器的类型分子分析仪器光谱仪原子分析仪器电化学分析仪分离分析仪器色谱仪通用分析仪器联用分析仪器质谱仪试样预处理仪器核磁共振波谱仪数据处理仪器热分析仪1.3.1 分析仪器的类型生物医学分析仪器环境分析仪器专用分析仪器过程分析仪器1.3.2 分析仪器的基本结构单元 现代分析仪器品种繁多，型号多变，

10、结构各异，计算机应用和智能化程度等差别很大。 仪器一般都包括如图所示的四个基本结构单元或系统，且每个单元都与计算机控制有关。 信息发生器和信息处理单元之间有些功能互相重叠。1.3.2.1 试样系统 功能：分析试样的引进或放置。 可包括功能：试样物理、化学状态改变、成分分离等。 要求：试样性质不得改变。 不同仪器的试样系统差别很大，甚至有些没有试样系统（在线分析仪器）。1.3.2.2 能源 功能：提供与被分析物或系统发生作用的探测能源。 类型包括：电磁辐射、场、电能、机械能、核能等。 例：光分析仪器的光源，X射线衍射仪的X光管等。1.3.2.3 信息发生器检测器转换器信息发生器传感器1.3.2.

11、3 信息发生器 检测器：通常是一个机械、电或化学装置， 在外能作用下，基于检测物质的物理、化学性质产生检测信息或信号，如电信号、发射电磁波、核辐射、电子流、热能、压力、粒子或分子等。 作用：整个仪器的接收装置，指示或记录物理或化学量，分析物或系统环境中存在的某个变量或它的变化。如：UV检测器。1.3.2.3 信息发生器 转换器：将非电信号转换成电信号或相反的特殊装置。 如：光电倍增管、光电二极管、光电池、热敏电阻、热电堆等。光电倍增管实物图1.3.2.3 信息发生器 转换器：一类能连续、可逆地监测特殊化学成分的分析装置或器件，能将某些化学成分感应转变成电信号。 如：玻璃电极、光纤传感器等。1.

12、3.2.4 信息处理单元 功能：信号或信息接收及处理。 包括：信号的放大、衰减、相加、差减、积分、微分、数字化、变换、存储等。模数变换模量信号数字信号数字信号处理1.3.2.5 信息显示单元 功能：将电信号或信息转变成人们能直接观察和理解的信息， 包括：表头、记录仪、示波器、显示器、打印机等 。 通常，这种信号转换采用阴极射线管阿拉伯数字或图形输出，在有些情况下，可直接给出分析物组分和相对浓度等。1.3.3 分析仪器的性能指标 为了评价分析仪器的性能，需要一定的性能参数与指标。 根据这些参数可对同一类型的不同型号仪器进行比较，作为购置仪器、考察仪器工作状况的依据;亦可对不同类型仪器进行比较，预

13、测其用途。1.3.3.1 精密度(precision) 同一分析仪器的同一方法多次测定所得到数据间的一致程度，是表征随机误差大小的指标， 即重现性。合会(IUPAC)规定， 按国际纯粹与应用化用相对标准差dr表示精密度(也记为RSD%):dr=s xn1.3.3.2 灵敏度(sensitivity) 区别具有微小浓度差异分析物能力的度量。 灵敏度决定于校准曲线的斜率和仪器设备的重现性或精密度。 根据IUPAC规定，灵敏度用校准灵敏度表示(calibration sensitivity) 。 仪器校准灵敏度随选用的标准物和测定条件不同，测定的灵敏度不一致。给出灵敏度数据时，一般应提供测定条件和样

14、品。1.3.3.2 灵敏度(sensitivity) 人们认为，灵敏度在具有重要价值的数学处理中，需要包括精密度。因而提出分析灵敏度Sa(analytical sensitivity)的定义: 式中S仍为校正曲线斜率，ss为测定标淮偏差。 分析灵敏度具有的优点是对仪器放大系数相对不敏感。Sa = S sS1.3.3.3 检出限(detection limit) 又称检测下限或最低检出量等，定义为一定置 信水平下检出分析物或组分的最小量或最小浓度。 它取决于分析物产生信号与本底空白信号波动或噪声统计平均值之比。 最小可鉴别的分析信号Sm至少应等于空白信号平均值Sbla加k倍空白信号标淮差sbl之

15、和:Sm= Sbla+ ksbl1.3.3.3 检出限(detection limit) 测定Sm的实验方法是通过一定时间内2030次空白测定，统计处理得到Sbla和sbl，然后，按检出限定义可得最低检测浓度Cm或最低检测量Qm:= Sm - Sbl a= ksbl= 3sbl= 3sbl或QCmmSSSS 灵敏度愈高，检出限愈低。 灵敏度指分析信号随组分含量变化的大小，与仪器信号放大倍数有关；而检出限与空白信号波动或仪器噪声有关，具有明确统计含义。1.3.3.4 动态范围(dynamic range) 定量测定最低浓度(LOQ)扩展到校准曲线偏离线性响应(LOL)的浓度范围。 定量测定下限一

16、般取等于10倍空白重复测定标淮差，或10sbl。这点相对标淮差约30%，随浓度增加而迅速降低。检测上限，相对标准差是100%。1.3.3.5 选择性、响应速度 选择性是指避免试样中含有其他组分干扰组分测定的程度。 没有一个分析方法能完全避免其他组分干扰， 因而降低干扰是分析常需要的步骤。 响应速度是指仪器对检测信号的反应速度，定义为仪器达到信号总变化量一定百分数所需的时间。1.3.3.7分辨率(resolution) 仪器鉴别由两相近组分产生信号的能力。 不同类型仪器分辨率指标各不相同：光谱仪器 指将波长相近两谱线(或谱峰)分开的能力;质谱仪器指分辨两相邻质量组分质谱峰的分辨能力。 需要指出的是目前国内外关于各种分析仪器性能及指标尚无统一认识和标准，有些性能含义仍存在一定争议。1.3.4 分析仪器和方法校正 仪器分析中将分析仪器产生的各种响应信号值 转变成被测物质的质或量的过程称为校正，一 般包括分析仪器的特征性