武汉大学第五版仪器分析仪器分析讲义

仪器分析讲义绪论(Introduction)仪器分析是化学类专业必修的基础课程之一。

通过本课程的学习，要求学生把握经常使用仪器分析方式的原理和仪器的简单结构；要求学生初步具有依照分析的目的，结合学到的各类仪器分析方式的特点、应用范围，选择适宜的分析方式的能力。

分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学。

它包括化学分析和仪器分析两大部份。

化学分析是指利用化学反映和它的计量关系来确信被测物质的组成和含量的一类分析方式。

测按时需利用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。

它是分析化学的基础。

仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础成立起来的一种分析方式，测按时，常常需要利用比较复杂的仪器。

它是分析化学的进展方向。

仪器分析与化学分析不同，具有如下特点：（1）灵敏度高，检出限量可降低。

如样品用量由化学分析的ml、mg级降低到仪器分析的µL、µg级，乃至更低。

它比较适用于微量、痕量和超痕量成份的测定。

（2）选择性好。

很多仪器分析方式能够通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测按时，彼其间不产生干扰。

（3）操作简便、分析速度决,易于实现自动化。

（4）相对误差较大。

化学分析一样可用于常量和高含量成份的分析，准确度较高，误差小于千分之儿。

多数仪器分析相对误差较大，一样为5％，不适于常量和高含量成份的测定。

（5）需要价钱比较昂贵的专用仪器。

§1-1.仪器分析方式的内容和分类(Classification of Instrumental Analysis)分类:1.光学分析法以物质的光学性质为基础的分析方式(1) 分子光谱: 红外吸收可见和紫外分子荧光拉曼光谱(2) 原子光谱: 原子发射AES 原子吸收AAS 原子荧光AFS(3) X射线荧光: 发射吸收衍射荧光电子探针(4) 核磁共振顺磁共振2.电化学分析法溶液的电化学性质用于确信物质化学成份的方式(1)电导法:电导分析法电导确信物质的含量电导滴定法溶液的电导转变确信容量分析的滴定终点。

(2) 电位分析法:二个电极指示电极与参比电极电位法指示电极的电位与被测物质的浓度关系进行分析电位滴定法溶液电位的转变来指示容量分析的滴定终点)内容 PH计离子选择性电极(F-、I-等) 气敏电极(NH3(3) 电重量分析及电解分离法电重量分析称量电解后电极上析出的重量电解分离各类金属离子具有不同的析出电位(4) 库仑分析法恒电位库仑分析操纵电位,电流效率100%恒电流库仑分析(5) 伏安法极谱法电流——电压和极化曲线测量物质的含量3．色谱法物理分离方面法同时进行定性定量分析原理：混合物各组分在互不相溶的二相中的吸附能力、分派系数或其它亲和力的不同作为分离的依据，流动相流（气体或液体）流动使各组分分离的方式。

流动相——气相：气相色谱法——液相：液相色谱法4．质谱法——有机物分子组成的测定原理：回旋加速器中，分子中的各类形成的离子，按荷质比大小分离开取得质谱图，从而进行定性定量分析。

5．放射化学分析——利用同位素6．热量分析教学安排：绪论光化学导论原子吸收和原子荧光——叶明德原子发射紫外与可见——程亚倩色谱法——陈帆电化学分析法——缪谦仪器分析实验 15个（实验60学时,理论为48学时）§1-2 分析方式的选择要求准确度在%，关于含量较高>1% ——化学分析法关于低含量<1%，乃至10-4 %以下痕量——仪器分析法即化学分析与仪器分析是扬长避短，相互配合。

§1-3 仪器分析在化学研究中的作用仪器分析从对象上分：无机分析——无机物有机分析——有机物(1) 有机四大谱：红外——有机物的基团紫外——有机物的共轭体系核磁——有机分子中氢原子的结合方式质谱——有机分子量结构(2) 环境分析化学：试样复杂含量极低——环保局(3) 其它领域：自来水厂药检所商检卫生防疫站化工厂§1-4 仪器分析的进展趋势(Developing Instrumental Analysls)在二十世纪40年代，第二次世界大战的后，由于物理学和电子技术的进展并被引入到分析化学中、显现了由经典的化学分析进展为仪器分析的新时期。

在这一时期中，由于科学技术的进步，专门是一些重大的科学发觉，为新的仪器分析方式的成立和进展奠定了基础。

例如：Bloch F和Purcell E M发明了核磁共振的测定方式，取得1952年的诺贝尔物理奖。

Heyrovsky J发觉了在滴汞电极上的浓差极化，开辟了极谱分析法、获1959年的诺贝尔化学奖。

Martin A J P和Synge R I M开辟气相色谱分析法，获1952年诺贝尔化学奖。

二十世纪70年代末开始，以运算机应用为要紧标志的信息时期的来临，给科学技术的进展带来了庞大的冲击，分析化学进入了第三次变革的时期。

运算机的应用可使操作和数据处置快速、准确与简便化，显现了分析仪器的智能化。

各类傅里叶变换仪器接踵问世，比传统的仪器具有更多的功能和优越性，如提高灵敏度、快速扫报、便于与其他仪器联用等。

生产的进展和科学技术的进步，不断对分析化学提出新的课题。

20世纪40—50年代兴起的材料科学，60—70年代进展起来的环境科学都增进了分析化学学科的进展。

80年代以来。

生命科学的进展正在增进分析化学又一次庞大的进展。

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，对超痕量、超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析和对生物活体进行分析。

质谱在扩大质量范围、提高灵敏度、软电离技术方团的进展，使其愈来愈适用于生物大分子及热不稳固化合物的测定。

电化学微电极技术的显现，产生了电化学探针，可用来检测动物脑神经传递物质的扩散进程，进行活体分析。

高效液相色谱和毛细管电泳的进展为多肽、蛋白质及核酸等生物大分子的制备提纯和分离分析提供了可能。

材料的各类宏观物理性能(强度、硬度)、化学性能(催化、抗老化等)不仅与所含元素的种类和平均含量有关，还取决于组成该材料的各类原于的微观层次的特定排列、空间散布。

表面和微区的分析现今已很重要。

X射线荧光分析和电子能谱是这种分析的重要手腕。

红外遥测技术在环境监测〔大气污染、烟尘排放等)、流程操纵、导弹、火箭飞行器尾气组分测定方面具有独特的作用，能够在白天及夜晚进行监测。

在对河流质量进行周期性的监测操纵中，电化学的pH计、电导仪、溶解氧及氧化还原的在线传感器起着专门大的作用。

信息时期的到来，给仪器分析带来了新的进展。

信息科学主若是信息的搜集和处置。

运算机与分析仪器的结合，显现了分析仪器的智能化，加速了数据处置的速度。

它使许多以往难以完成的任务，如实验室自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得以完成。

此刻傅里叶变换技术已经普遍地应用到仪器分析方式里，大大提高了测量的信噪比，使这些方式加倍灵敏。

信息的搜集和变换要紧依托于各类传感器。

这又带动仪器分析中传感器的进展，显现了光导纤维的化学传感器和各类生物传感器。

联用分析技术已成为当前仪器分析的重要进展方向。

将几种方式结合起来．专门是分离方式(如色诺法)和检测方式(红外光谱、质谱、核磁共振波谱法)的结合，聚集了各自的优势、弥补了各自的不足，能够更好地完成试样的分析任务。

1.各类仪器联用GC——IR（气相色谱与红外）GC——MS（气相色谱与质谱）2.为新兴学科提供新的仪器如环境科学大气中ppm——ppb的SO2 NOxO3自动持续监测3.分析化学本身的理论和技术正在进展仪器分析要紧参考书：（1）Skoog D A，West D M：Principles of Instrumental Analysis. Saundern College Publishing, 2ed.,1980;1980；金钦汉译：仪器分忻原理，第二版、上海，上海科技出版社，1988。

（2）Chritian G D 著，王镇浦、王镇棣译：仪器分析，北京，北京大学出版社，1991。

（3）方惠群．史坚、倪君蒂：仪器分析原理，南京．南京大学出版社，1994．（4）邓勃、宁永成、刘密新：仪器分析，北京，清华大学出版社、1991。

（5）赵藻藩、同性尧、张悟铭、赵文宽：仪器分析，北京，高等教育出版社、1990。

（6）高鸿主编：分析化学前沿，北京，科学出版让，1991。

（7）朱明华、施文赵主编：近代分析化学，北京，高等教育出版社，1991。

（8）北京大学教材：仪器分析教程，1997。

（9）., et al., Analytical Chemistry，李克安、金钦汉等译，北京：北京大学出版社，2001。

第一章光学分析法引论(An Introduction to optical Analysis)光学分析法是依照物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质彼此作用而成立起来的一类分析化学方式。

这些电磁辐射包括从γ射线到无线电波的所有电磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。

电磁辐射与物质彼此作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干与、衍射、偏扳等。

光学分析法能够分为光谱法和非光谱法两大类，光谱法是基于物质与辐射能作历时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方式。

光谱法可分为原子光谱和分子光谱。

原于光谱是由原子外层或内层电子能级的转变产生的，它的表现形式为线光谱。

属于这种分析方式的有原子发射光谱法(AES)、原于吸收光谱法(AAS)，原于荧光光谱法(AFS)和X射线荧光光谱法(XFS)等。

分子光谱是由分子中电子能级、振动和转动能级的转变产生的，表现形式为带光谱。

属于这种分析方式的有紫外—可见分光光度法(UV—Vis)，红外光谱法(IR)，分于荧光光谱法(MFS)和分子磷光光谱法(MPS)等。

非光谱法是基于物质与辐射彼此作历时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干与、衍射和偏振等转变的分析方式。

非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。

属于这种分析方式的有折射法、偏振法、光散射法、干与法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。

本讲义要紧介绍光谱法。

若是依照电磁辐射和物质彼此作用的结果，能够产生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱。

仪器组成：(1) 能源提供能量，(2) 能量与被测物质彼此作用(3）产生被检测讯号§1-1 电磁辐射的性质(Properties of E1ectromagnetic Radiation)波粒二象性：△E = hν= hc/λh＝6．626x10-34J·s； C为光速。

光子的能量可用J(焦耳)或eV(电子伏)表尔。

eV经常使用来表示高能量光子的能量单位，它表示1个电子通过电位差为1v的电场时所取得的能量。

leV＝（1240nm），或1J＝。