仪器分析课件1-绪论

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分析化学的任务是确定物质化学组成、测量各组分的 含量及表征物质的化学结构,属于定性分析、定量 分析和结构分析研究的范畴。
三次重大变革:
第一次,20世纪初,基于溶液理论(四大平衡理论)发展 技术(手艺)-- 科学
第二次,二战前后(40年代),基于物理学,电子学发展 化学分析 -- 仪器分析(为主)
第三次,70年代末开始,基于数学、计算机、生物学的发 展。在利用光、电、磁、热、声等现象基础上, 再加采用数学、计算机、生物等尽可能多的手段, 对物质作全面、纵深分析。
手 段: 比较复杂和特殊的仪器。
化学分析法和仪器分析法,二者不能截然 分开,互相联系。
仪器分析法与化学分析法的区别:
⑴ 灵敏度高,检出限低。样品用量少,适于微量﹑痕 量和超痕量分析。
⑵ 选择性好,选择最佳工作条件使共存的组分相互干 扰少。
⑶ 操作简便,分析速度快,易于实现自动化。 ⑷ 相对误差较大,不宜高含量和常量分析。 ⑸ 仪器价格比较贵。
4. 分析化学的信息化和化学计量学的发展。 21世纪是生命科学和信息科学的世纪,建立可持续发 展的世纪。因此,对于分析化学又是一次自身发展的 新机遇。
黄本立院士列出11个方面的发展方向: ⒈ 更高的灵敏度/更低的检测限; ⒉ 更好的选择性/更小的基体干扰; ⒊ 更高的准确度/更好的精密度; ⒋ 更高的分析速度; ⒌ 更高的自动化程度; ⒍ 更完善、可信的形态分析; ⒎ 更完善的多元素(分析物)同时检测能力; ⒏ 更小的样品量要求实现微损或无损分析; ⒐ 原位、活体、实时、在线分析; ⒑ 更小的应用范围,如遥测、极端或特殊环境中分析; ⒒ 高分辨成象等。
⑵ 测量参数:集分离与检测为一体,主要依据检测器而定, 检测器主要有光学式、电化学式和质谱式等。
⑶ 分类:根据流动相的状态分为气相色谱法(GC)、高效液 相色谱(HPLC)、离子色谱(IC)、超临界流体色谱(SFC)、 毛细管电泳法(CE,但分离原理与色谱法不同)。
4. 质谱法
⑴ 理论依据: 根据不同的气态离子在电场和磁场中运 动情况(运动轨迹)的不同而建立的分离测定方法。
根据IUPAC的规定,一般测定下限Dq 相当于空白测定值 标准偏差10倍的信号所对应的被测物浓度。
Dq = 10 / S 在通常情况下,线性校正曲线是最理想的。
5. 准确度
指测得待测物浓度与样品中待测物实际浓度的接近程度, 用相对百分比表示,是分析方法最重要的性能。
分析方法的准确性用下列方法来考察: ⑴ 与其它方法对照; ⑵ 用标准物质评价:标准管理样中的待测元素浓度; ⑶ 加标准回收:在没有标准物质的情况下,用加标准 回收的方法来验证方法的准确度。
1.3 仪器分析方法的分类
根据测量的特征性质不同,仪器分析方法可分为:
1. 光学分析法
⑴ 理论依据:基于物质发射光或光与物质相互作 用所建立的分析方法。
⑵ 测量参数:光学分析法中主要测量的参数有辐 射的波长、波数、强度、方向等。
⑶ 分类:一般分为两类: 光谱法和非光谱法。
① 光谱法: 测量信号是物质内部能级跃迁产生的发射、
(6) 临床化验:非介入式诊断、 PCR分子诊断、免疫分析和 成像技术对生命科学和人类健康具有非常重要的意义。袖 珍式、可穿带式等监控仪器可以不间断地监控脉搏、呼吸、 血糖、心电图,甚至创伤等。
PCR:聚合酶链式反应,检测病原体。
(7) 生物传感器
是一门由生物、化学、物理、医学和电子技术等多种学 科互相渗透成长起来的新学科,具有选择性高、分析速 度快、操作简易和仪器价格低廉等特点,且可以进行在 线甚至活体分析。生物传感器的研制迄今已经历了三代, 第三代生物传感器是将生物技术和集成电路技术结合起 来,研制成场效应生物传感器。
光学分析

电化学分析



色谱分析
其它分析
发射、吸收、荧光、散射
电导、电位、电解、库仑、 极谱、伏安
气相、液相、离子、超临界 流体、薄层、毛细管电泳
质谱、热重量法、差热分析
⑴ 由分析对象来看
无机物分析
有机物 分析
生物活性物质
⑵ 由分析对象的数量级来看
常量
微量
痕量
分子
⑶ 由分析自动化程度来看
手工操作
方法理论依据: 酸碱滴定:H+ + OH = H2O 络合滴定:M2+ + H2Y2 = MY2 + 2H+ 氧化还原滴定:Ox + ne = Red 沉淀滴定:Ag+ + X = AgX
手 段: 天平、玻璃容器
仪器分析法:以物质的物理和物理化学性质及其性质 强度为基础建立起来的一种分析方法。
方法理论依据: 物质的物理和物理化学性质及其性质强度。
1.5 仪器分析方法的主要性能指标
仪器分析测定时使用各种类型的分析仪器,分析仪器自 动化程度越高,仪器越复杂。然而不管分析仪器如何 复杂,一般均由信号发生器、检测器、信号处理器和 读出装置四个基本组成。
由于仪器分析方法很多,所以在测定样品之前,不仅要 了解样品的分解方法及对分析的要求,更重要的是了 解各种仪器分析原理和性能指标。包括:灵敏度、检 出限、精密度和选择性等。
⑵ 测量参数 :是谱线的位置(元素的质量与电荷比, m/z) 和谱线的相对强度。
⑶ 分类:原子质谱法和分子质谱法。
5. 其它分析法:
热分析法:测量元素的某些性质,如质量﹑体积、 热导或反应热与温度之间的关系,可以用于成分 分析。但更多地用于热力学和化学反应机理等方 面的研究,包括:差热分析法(DTA)、热重量法 (TG)和差示扫描量热法(DSC)等。
2. 电化学分析法
⑴ 理论依据:根据物质在溶液中和电极上的电化学性 质为基础建立的分析方法。
⑵ 测量参数:电化学方法中主要测量的参数有电导、 电阻、电位、电流、电量。
⑶ 分类: 电导法、电位法、电解和库仑法、极谱法、
伏安法。
3. 色谱分析法
⑴ 理论依据:根据混合物中各组分在互不相溶的两相 (固 定相和流动相)中的吸附能力、分配系数或其它亲和作 用的差异而建立起来的分离测定方法。
5. 紫外-可见-近红外光谱仪
6. 分子荧光光谱仪
7. 傅里叶-红外光谱仪
8. 激光拉曼光谱仪
9. 气相色谱仪
10. 气相色谱-质谱仪
11. 液相色谱仪

12. 液相色谱-质谱仪
13. 离子色谱仪
14. 高效毛细管电泳仪
15. 多功能极谱仪
16. 核磁共振波谱仪
17. 双聚焦高分辨有机质谱仪
(8) 生物大分子及生物活性物质的表征与测定
以色谱、质谱、核磁共振、荧光、磷光、化学发光和免 疫分析以及化学传感器、生物传感器、化学修饰电极和 生物电分析化学等为主体分析手段,在分子和细胞水平 上认识和研究生命过程中某些大分子及生物活性物质的 化学和生物本质。
本章基本要求
⒈ 了解分析化学的发展历史; ⒉ 掌握仪器分析方法的分类和特点; ⒊ 掌握分析仪器的组成部分; ⒋ 了光解学分仪析器法、的电主化学要分性析法能、指标。
分析仪器发展(汪尔康院士)
50年代仪器化 60年代电子化 70年代计算机化 80年代智能化 90年代信息化 21世纪仿生化,进一步信息化和智能化
分析仪器大小: 落地式-台式-移动式-便携式 -手持式-芯片实验室
1.2 分析化学的分类
化学分析法:指利用特定的化学反应及其计量关系来确定 被测物质的组成和含量的一类分析方法。
吸收和散射光谱的波长和强度。 包括: 原子发射光谱(AES)、原子吸收光谱(AAS)、原子 荧光光谱(AFS)、紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)、红外光 谱(IR)、分子荧光光谱(MF)和核磁共振波谱(NMR) 等。
② 非光谱法: 测量信号不是物质内部能级跃迁,仅通过测
量电磁波的某些基本性质(反射、折射、干涉、衍射和 偏振等)变化的分析方法。包括:X-射线衍射法、折射 法、干涉法、散射浊度法、旋光法等。
D = 3 / S
:相同条件对空白试样进行足够多次测定的标准偏差。
灵敏度越高,检出限越低。两者的含义不同。 灵敏度指的是分析信号随组分含量变化的大小,与检测器
放大倍数有关; 检出限指定量分析方法可能检测的最小量或最小浓度,与
测定噪声有关。
4. 线性范围
指分析校正曲线保持线性或曲线斜率保持正常的待测物质 的浓度范围。一般在实际测试中,它的低端可视为检测 下限,高端定义为当分析信号偏离校正曲线直线部分时 某一点所对应的浓度,此点应以某一相对量(如5%)偏 离校正曲线直线部分的延长线。
在仪器分析中,各种仪器分析方法通常有自己的 灵敏度概念。如原子吸收光谱法中,常用“特征浓度” 即1%净吸收灵敏度来表示:
S = 0.0044×c / A (g/mL 1%吸收)
特征浓度越小,灵敏度越高。
在紫外-可见吸收光谱中,常用摩尔吸收系数来表 征方法的灵敏度。
3. 检出限
在误差分布服从正态分布的条件下,能以99.86%置信 度被检测待测组分的最小量或最小浓度,即信号为空白 (或接近空白)样品信号标准偏差3倍时所对应的被测物质 的浓度。它是由最小检测信号导出的。
⑵ 微电极:已用于对活体甚至单个细胞内神经传质及 重要生命元素的变化进行追踪。
⑶ 微量元素对人体健康的影响:微量元素的含量、化学形 态、元素间的相互作用、微量元素对肌体内细菌的影响。
⑷ 药物分析:有效成分含量、药物作用机制、药物代谢与 分解、药物动力学、疾病诊断、药物检测。
⑸ 免疫分析:广泛用于临床体液分析、药物分析、环境分 析、食品分析和生物化学研究,尤其在毒品的鉴定、吸毒 人员的认定、疾病的诊断方面,发挥重要作用。
2. 灵敏度
灵敏度(S):被测定浓度(c)或质量(m)改变 一个单位时所引起的响应信号(R)的变化。
R = Sc + Rb
S dR dC
R:测量信号 S:直线的斜率
c:溶液浓度 Rb:空白信号
灵敏度指在测定浓度范围中校正曲线的斜率。在仪器分 析中许多校正曲线都是线形的,一般通过测量一系列 标准溶液来求得,若校正曲线为一直线,则直线的斜 率为分析的灵敏度。
18. 透射电镜
1.7 仪器分析在生命科学领域中的作用
分析化学在研究生命过程化学、生物工程、生物医学 中对于揭示生命起源、疾病及遗传奥秘等方面都具 有重要意义。
在生命科学研究方面的应用:
⑴ 确定糖类、蛋白质、脱氧核糖核酸 (DNA) 酶、维 生素、生物碱、各种抗原、抗体、激素受体以及生 物材料的组成、结构等。
1. 精密度
指用同样的方法所测得的数据间相互一致性的程度。它 是表征随机误差大小的一个量。 根据 IUPAC(国际纯粹与应用化学联合会)规定:精密 度通常用相对标准偏差RSD%来度量。
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n
RSD% s x
n
2
xi x
s i1 n1
wk.baidu.com
RSD与被测的浓度及方法有关,对同一方法,一般浓度 越低时,精密度越差,即RSD越大。
仪器
自动
全自动
原子
智能化 仪器
1.4 分析化学发展趋势
当前,分析化学处在第三次巨大的变革时期,计算机和数 理统计向分析化学渗透,生命科学、环境科学和材料科 学的发展对分析化学提出了新的课题和挑战。它们促进 了分析化学的发展,分析化学发展的特点有四个方面:
1. 向高灵敏度、高选择性、自动化、智能化、信息化和 微型化方向发展。
第一章 绪 论 Introduction
本章基本要求
⒈ 了解分析化学的发展历史; ⒉ 掌握仪器分析方法的分类和特点; ⒊ 掌握分析仪器的组成部分; ⒋ 了解仪器的主要性能指标。
1.1 分析化学的发展历史
分析化学是人们获得物质化学组成、结构和信息的科 学,即表征与测量的科学。分析化学是由各学科之 间的相互渗透相互促进而发展起来的。
2. 各类分析方法的联用技术。包括 (ICP-MS、GC-MS、 LC-MS、GC-FTIR-MS等)。
3. 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 制出相应的分析仪器,检测痕量与超痕量分析(ngpg-fg-ag/g)是近代分析化学的重要方向,也是21世 纪分析化学发展的主流。
6. 选择性
指该方法不受试样基体中所含其它类物质干扰的程 度。常用选择性系数来表征分析方法选择性。除了 离子选择性电极外,选择性系数并没有能广泛的应 用到仪器分析。
1.6 常用的分析仪器示意图
1. 原子吸收光谱仪
TAS-990 原子吸收光谱仪
2. 原子荧光光谱仪
3. 高频等离子体发射光谱仪
4. 等离子体-质谱仪
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