仪器分析 绪论PPT课件
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[课件]仪器分析1绪论PPT
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化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的g、L 级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分 的测定。
• 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。
• 操作简便，分析速度快，容易实现自动化。
2018/12/3
仪器分析的特点（与化学分析比较）
• 相对误差较大。化学分析一般可用于常量和
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 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，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。
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 计算机与分析仪器的结合，出现了分析 仪器的智能化，加快了数据处理的速度。 它使许多以往难以完成的任务，如实验 室的自动化，图谱的快速检索，复杂的 数学统计可轻而易举得于完成。信息的 采集和变换主要依赖于各类的传感器。 这又带动仪器分析中传感器的发展，出 现了光导纤维的化学传感器和各种生物 传感器。
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 如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。 • 信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发 展。信息科学主要是信息的采集和处理。
2018/12/3
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 20世纪40~50年代兴起的材料科学，60 ~70年代发展起来的环境科学都促进了分 析化学学科的发展。80年代以来，生命 科学的发展也促进分析化学一次巨大的 发展。仪器分析是分析化学的重要组成 部分，也随之不断发展，不断地更新自 己，为科学技术提供更准确、更灵敏、 专一、快速、简便的分析方法。
• 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。
• 操作简便，分析速度快，容易实现自动化。
2018/12/3
仪器分析的特点（与化学分析比较）
• 相对误差较大。化学分析一般可用于常量和
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 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，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。
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 计算机与分析仪器的结合，出现了分析 仪器的智能化，加快了数据处理的速度。 它使许多以往难以完成的任务，如实验 室的自动化，图谱的快速检索，复杂的 数学统计可轻而易举得于完成。信息的 采集和变换主要依赖于各类的传感器。 这又带动仪器分析中传感器的发展，出 现了光导纤维的化学传感器和各种生物 传感器。
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 如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。 • 信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发 展。信息科学主要是信息的采集和处理。
2018/12/3
2018/12/3
发展中的仪器分析
• 20世纪40~50年代兴起的材料科学，60 ~70年代发展起来的环境科学都促进了分 析化学学科的发展。80年代以来，生命 科学的发展也促进分析化学一次巨大的 发展。仪器分析是分析化学的重要组成 部分，也随之不断发展，不断地更新自 己，为科学技术提供更准确、更灵敏、 专一、快速、简便的分析方法。
仪器分析课件绪论
智能化与自动化仪器的发展
智能化仪器
具备自动校准、自动诊断和自我 修复等功能，减少人工干预，提
高仪器的稳定性和可靠性。
自动化仪器
能够实现样品处理、分析检测和 结果输出的全自动化，提高工作
效率和降低误差。
技术挑战
如何实现仪器的高度智能化和自 动化，同时保证分析的准确性和 可靠性，是该领域面临的重要挑
战。
离子选择性电极原理
色谱原理
利用不同物质在固定相和流动相之间 的分配系数差异，实现对待测物质的 分离和测定。
利用离子选择性电极对待测离子产生 电位响应，从而实现对离子的测定。
仪器分析的生物原理
酶反应原理
利用酶的催化作用对待测 物质进行转化，并利用相 应的检测方法进行测定。
免疫分析原理
利用抗原与抗体之间的特 异性结合反应，实现对蛋 白质、激素等生物大分子 的测定。
仪器分析的物理原理
01
02
03
光学原理
利用光的吸收、发射、散 射等特性，通过测量光与 物质相互作用后的变化来 分析物质。
电学原理
利用电学参数（如电流、 电压、电阻等）的变化来 分析物质。
磁学原理
利用物质的磁学性质进行 分析，如磁化率、磁滞现 象等。
仪器分析的化学原理
化学反应原理
通过化学反应将待测物质转化为其他 可测量的物质或产生某些可测量的物 理现象。
详细描述
生物分析法包括免疫分析法、酶联免疫吸附试验、生物传感器等，广泛应用于医学诊断、环境监测等领域。通过 利用生物体内产生的物质或酶与目标物质的特异性结合，可以实现对目标物质的定性和定量分析。
04
仪器分析的应用领域
环境监测
总结词
仪器分析在环境监测中发挥着重要作 用，用于检测和评估环境中的污染物 和有害物质。
仪器分析绪论.ppt
1.4 仪器分析的应用
苏丹红I（Sudan I）的化学名称为1-苯基偶氮-2-萘酚(1- phenylazo-2- naphthalenol)，分子结构式为 C6H5=NC10H6OH，分子量248.28； 苏丹红II（Sudan II）化学名称为1-[(2,4-二甲基苯)偶氮]-2-萘酚(1-[(2,4-dimethylphenyl)azo]-2-naphthalenol)； 苏丹红III（Sudan III）化学名称为1-{[4-(苯基偶氮)苯基] 偶氮}-2-萘酚(1-{[4-(phenylazo)phenyl]azo]-2-naphthalenol)； 苏丹红IV（Sudan IV）化学名称1-{{2-甲基-4-[(2-甲基苯)偶氮]苯基}偶氮}-2-萘酚(1-{{2-methyl-4-[(2methylphenyl)azo]phenyl}azo]-2-naphthalenol)。
孔雀石绿事件
二、什么是定性和定量？
定性：获取样品中原子、分子或功能基团的有关信息。
A qualitative method, yields information about identity of atomic or molecular species or the functional groups in the sample.
定量：获取样品中一种或多种组成的相对含量。
A quantitative method, in contrast, provides numerical information as to the relative amount of one or more of these components.
三、仪器分析对于生命科学的意义
• 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。
仪器分析绪论董慧茹版课件
2019/11/1
阶段三：
八十年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。 （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； 促进化学计量学的建立。 （2）化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分 析条件，获得最大程度的化学信息。
化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。 （3）以计算机为基础的新仪器的出现：
2019/11/1
二、仪器分析方法的分类
电化学分析法
质谱分析法 仪器分析
色谱分析法 分析仪器联用技术
光分析法 热分析法
2019/11/1
仪器分析，基于物质的物理或物理性质而进行的分 析，因此根据测量的特征、性质不同，仪器分析方 法分为：
2019/11/1
1、电化学分析法
测定物质在溶液中的电化学性质及其变化。 根据测定的信号（电导、电位、库仑、 伏安、电流电压）不同，有电导、电位、 库仑、伏安、极谱分析方法。
问：氧化还原滴定，是否可以用测定电位 信号来确定终点呢？？
2019/11/1
电导分析法
电位分析法
电解分析法
电化学分析法 电泳分析法
极谱与伏安分析法
库仑分析法
2019/11/1
2、光分析法
检测能量（光）作用于待测物后，产生辐射讯号或
所引起的其他变化进行的分析。（三个必要条件）
能源 能源与待测物质相互作用 产生检测讯号
分离方法，常用于联用技术。主要用于分离各种复杂
的混合物。
超界色谱法
气相色谱法
薄层色谱法
液相色谱法
色谱分析法 电色谱法
激光色谱法
2019/11/1
4、其他分析方法的分类
质谱分析法
阶段三：
八十年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。 （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； 促进化学计量学的建立。 （2）化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分 析条件，获得最大程度的化学信息。
化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。 （3）以计算机为基础的新仪器的出现：
2019/11/1
二、仪器分析方法的分类
电化学分析法
质谱分析法 仪器分析
色谱分析法 分析仪器联用技术
光分析法 热分析法
2019/11/1
仪器分析，基于物质的物理或物理性质而进行的分 析，因此根据测量的特征、性质不同，仪器分析方 法分为：
2019/11/1
1、电化学分析法
测定物质在溶液中的电化学性质及其变化。 根据测定的信号（电导、电位、库仑、 伏安、电流电压）不同，有电导、电位、 库仑、伏安、极谱分析方法。
问：氧化还原滴定，是否可以用测定电位 信号来确定终点呢？？
2019/11/1
电导分析法
电位分析法
电解分析法
电化学分析法 电泳分析法
极谱与伏安分析法
库仑分析法
2019/11/1
2、光分析法
检测能量（光）作用于待测物后，产生辐射讯号或
所引起的其他变化进行的分析。（三个必要条件）
能源 能源与待测物质相互作用 产生检测讯号
分离方法，常用于联用技术。主要用于分离各种复杂
的混合物。
超界色谱法
气相色谱法
薄层色谱法
液相色谱法
色谱分析法 电色谱法
激光色谱法
2019/11/1
4、其他分析方法的分类
质谱分析法
仪器分析INSTRUMENTALANALYSIS课件
Optical analysis
Thermo-analysis
●Potentiometry(Half-cell potention) ●Conductimetry (Conductance) ●Voltammetry (Current-Voltage) ●Coulometry (Charge) ●Amperometry (Current)
定量界限（Quantitation Limit） The lowest amount of
analyte in a sample that can be quantitated with suitable precision and accuracy. Usually the Quantificational limit is evaluated as the Signal-to-Noise ratio that is equivalent to 10 times the standard
<0.1
>10 1~10 0.1~1 <0.01
●Higher sensitivity, detection limit down to lower
level 如样品用量由化学分析的mL、mg级降 低到仪器分析的g、L级，甚至更低。适合 于微量（micro-)、痕量(trace)和超痕量 (ultratrace)成分的测定。
能化。
常量分析、半微量和微量分析
Methods
Mass of test Volume of test
sample/mg
solution/mL
Macro analysis Semi-microanalysis
Microanalysis Ultra microanalysis
Thermo-analysis
●Potentiometry(Half-cell potention) ●Conductimetry (Conductance) ●Voltammetry (Current-Voltage) ●Coulometry (Charge) ●Amperometry (Current)
定量界限（Quantitation Limit） The lowest amount of
analyte in a sample that can be quantitated with suitable precision and accuracy. Usually the Quantificational limit is evaluated as the Signal-to-Noise ratio that is equivalent to 10 times the standard
<0.1
>10 1~10 0.1~1 <0.01
●Higher sensitivity, detection limit down to lower
level 如样品用量由化学分析的mL、mg级降 低到仪器分析的g、L级，甚至更低。适合 于微量（micro-)、痕量(trace)和超痕量 (ultratrace)成分的测定。
能化。
常量分析、半微量和微量分析
Methods
Mass of test Volume of test
sample/mg
solution/mL
Macro analysis Semi-microanalysis
Microanalysis Ultra microanalysis
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被测物理性质 辐射的发射
辐射的吸收
辐射的散射 辐射的折射 辐射的衍射 辐射偏振方向的旋转 电极电位 电导 电流-电压
两相间的分配 热性质
质荷比……… 8
NASA十项最重要太空任务 ，离不开仪器分析的帮助。
发射哈勃太空望远镜
清晰度是地面天文望远镜的 10倍以上， 1.6万公里以外的一只萤火虫 发现黑洞存在的证据， 探测到恒星和星系的早期形 成过程， 观测到距离地球130亿光年的 古老星系
液体中观察原子图象
上图所示的是在电解液中得到的硫酸根离子吸附在铜单晶(111)表面的STM图象。
图中硫酸根离子吸附状态的一级和二级结构清晰可见。
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14
5. 配合扫描隧道谱（STS）可以得到 有关表面电子结构的信息，例如表面 不同层次的态密度。表面电子阱、电 荷密度波、表面势垒的变化和能隙结 构等．
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9
对微观世界的认识、了解和研究同样离不开仪器分析的帮助。
•人的眼睛不能直接观察到比10-4m更小的物体或物质的结 构细节
•光学显微镜使人类的视觉得以延伸，人们可以观察到像细 菌、细胞那样小的物体，但由于光波的衍射效应，使得光 学显微镜的分辨率只能达到10-7m
•扫描电子显微镜（SEM）的分辨率为10-9m， •高分辨透射电子显微镜（HTEM）和扫描透射电子显微镜 STEM）可以达到原子级的分辨率(0.1 nm)
仪器分析
INSTRUMENTAL ANALYSIS
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1
第一章 引言
一、分析化学的发展
分析化学是一门信息科学，它的基本 目的是研究如何获取有关物质系统化学成 分与化学结构方面定性、定量的相关信息 ，它对化学科学发展的贡献极大，甚至被 有些人称为 “现代化学之父”。
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2
分析化学的发展历史上已出现过三次 巨大变革：
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2. 可实时得到实空间中样品表面的三维图 像，可用于具有周期性或不具备周期性的 表面结构的研究，这种可实时观察的性能 可用于表面扩散等动态过程的研究．
3. 可以观察单个原子层的局部表面结构， 而不是对体相或整个表面的平均性质， 因而可直接观察到表面缺陷。表面重构、 表面吸附体的形态和位置，以及由吸附 体引起的表面重构等．
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X射线荧光仪
UV-vis光谱仪
日立F-4500荧光光谱仪 扫描俄歇微探针
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四圆X射线衍射仪 电子顺磁共振仪
荧光光谱仪LS-50B
•扫描隧道显微镜(STM）人类第一次能够实时观察单个原 子在物质表面的排列状态与表面电子行为有关的物化性质。
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与其他表面分析技术相比，STM具有如下独特的优点：
1.具有原子级高分辨率，STM 在平行于样品表面方向上的分辨率 分别可达 0．I nm 和 0．01 nm，即可以分辨出单个原子．
中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过 搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图
物理化学分析法
(physical-chemical analysis)：
根据被测物质在化学变化中的某种物理性 质与组分之间的关系，进行定性或定量 分析的方法。如电位分析法等。
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仪器分析方法分类
根据用以测量的物质性质，仪器分析方法主要分为以下几类:
方法分类
光谱分析
电化学分析 色谱分析 热分析 质量分析
主要分析方法
发射光谱分析、火焰光度分析
分子发光分析法、放射分析法 紫外-可见分光光度法 原子吸收分光光度法 红外光谱法、核磁共振波谱法 浊度法、拉曼光谱法 折射法、干涉法 X-射线衍射法、电子衍射法 圆二色谱法
电位法 电导法 极谱法、溶出伏安法
气相色谱法、液相色谱法 薄层色谱法
热导法、差热分析法
质谱法.12硅111面77原子重构象
为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行高温加热和 退火处理，在加热和退火处理的过程中硅表面的原子进行重新
组合，结构发生较大变化，这就是所谓的重构。
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4. 可在真空、大气、常温等不同环境下工作，样品 甚至可浸在水和其他溶液中 不需要特别的制样技术 并且探测过程对样品无损伤．这些特点特别适用于 研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评 价，例如对于多相催化机理、电化学反应过程中电 极表面变化的监测等。
仪器分析（instrumental analysis）：
用精密分析仪器测量物质的某些物理或物理 化学性质以确定其化学组成、含量及化学结 构的一类分析方法，又称为物理和物理化学 分析法。
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物理分析法
(physical analysis)：
根据被测物质的某种物理性质与组分的关 系，不经化学反应直接进行定性或定量 分析的方法。如：光谱分析等。
标志工具是：微型计算机控制的现代智能型 分析仪器的大量使用。
现代分析化学是一门崭新而年轻的学科，
它属于与数学、电子学、物理学、计算机 科学、现代信息技术科学交叉发展的新学 科。
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二、仪器分析的内容与分类
化学分析 Chemical Analysis
分析化学{
仪器分析 Instrumental Analysis
发射海盗号探测器首次登陆火星 “海盗号”的气相色谱分析仪 (GCMS) 进行的土壤加热分析 发现过氧化物的大量存在让火星 的土壤变得异常 否决了生命物质的存在。
钱德拉X射线天文卫星 极高的空间分辨率和谱分辨率， X射线天文学从测光时代进入了光 谱时代。 在星暴星系M82中发现了中等质量 黑洞的证据、发现伽玛射线暴 GRB 991216中的X射线、观测到了 银河系中心超大质量黑洞等。
1、19世纪末→20世纪初叶：由“技艺”上 升到科学理论。 标志工具是：天平的使用。
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2、20世纪四十年代→ 20世纪八十年 代由“分析技术科学”上升到“化学 信息科学”。
标志工具是：大量电子分析仪器、仪表 的使用。
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4
3、20世纪八十年代→ 21世纪初：由“化 学信息科学”上升到“系统信息科 学” 。
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6. 利用STM针尖，可实现对原子和 分子的移动和操纵，这为纳米科技 的全面发展奠定了基础．
1990年，IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的成果，他们在金属镍表面 用35个惰性气体氙原子组成“IBM”三个英文字母。
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ICP质谱仪
岛津GC-2010
HP-1100液相色谱仪 X射线光电子能谱仪