仪器分析教案第1章绪论

第一章 绪论

本章是《仪器分析》课程的介绍。主要是让学生了解《化学分析》与《仪器分析》的联系与区别，仪器分析方法的分类和它的发展情况，介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进行评价的几项指标。学时计划为1学时。

第一节 仪器分析简介

一、仪器分析和化学分析

1、分析化学：化学测量和表征的科学。

化学测量：获得指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息。

表征：精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。

2、分析化学分类：仪器分析和化学分析两类。

（1）化学分析是以物质化学反应为基础的分析方法。

（2）仪器分析是以物质的物理性质和物理化学性质（光、电、磁等）为基础的分析方法。

3、化学分析和仪器分析的本质关系：

化学分析测量的信号，如物质的颜色、状态，及质量、体积等都是物质的物理性质；而仪器分析的方法也需要许多化学反应，如光度分析中的显色反应，极谱分析中的电化学反应及大多数仪器分析方法中的试样处理、分离过程中的各种化学反应等。使得二者间并无严格界线，但是也具有一些明显的差异。

4、仪器分析和化学分析的不同点：

（1）仪器分析法一般都有较强的检测能力。绝对检出限可达到飞克数量级（10-15g ）相对检出限可达皮克每毫升（pg/mL ），用于痕量组分的测定（<0.01%）。

化学分析检测能力较差，只能用于常量组分（>1%）及微量组分（0.01％～0.1％）的分析。

（2）仪器分析法的取样量一般较少。微量分析（0.1～10mg 或0.01~1mL ）和超微量分析（<0.1mg 或<0.01mL ）。

化学分析法取样量较大，只能用于常量分析（>0.1g 或>10mL ）和半微量分析（0.01～0.1g 或1～10mL ）。

（3）仪器分析法具有很高的分析效率。例如，流动注射火焰原子吸收法1h 可以测定120个试样；光电直读光谱法2min 内可给出试样中20~30种元素的分析结果。

化学分析法的分析效率较低。例如，滴定分析法完成一次测定需要数分钟，重量分析法需要数小时。

（4）仪器分析具有更广泛的用途。可用于成份分析、价态、状态及结构分析，无损分析，表面、微区分析，在线分析和活体分析。

化学分析只能用于离线的成分分析。

（5）仪器分析的准确定一般不如化学分析法。仪器分析的相对误差通常为1%~5%。 化学分析的相对误差小于0.2%。

（6）仪器分析的仪器设备一般比较复杂，价格比较昂贵；

化学分析使用的仪器一般都比较简单。

二、仪器分析方法

仪器分析方法根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为光学分析法、电化学分析法、色谱分析法和其它仪器分析法四大类

⒈光学分析法

以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法

⎧⎫⎨⎬⎩⎭光谱法：依据物质对电磁辐射的吸收、发射或拉曼散射等作用非光谱法：电磁波作用物质之后，引起反射、折射、衍射、干涉或偏振等基本性质的变化

⒉电化学分析法

依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法

⒊色谱法

以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。

⒋其它仪器分析方法

包括质谱法、热分析法、放射分析法等 。

质谱法是根据物质带电粒子的质荷比（质量与电荷的比值）在电磁场作用下进行定性、定量和结构分析的方法。

热分析法是依据物质的质量、体积、热导、反应热等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法。主要包括热重法、差热分析法以及示差扫描量热法等。

放射分析法是依据物质的放射性辐射来进行分析的方法。包括同位素稀释法、中子活化分析法等。

三、仪器分析的发展概况 1.分析化学和仪器分析发展史

分析化学的三个发展阶段，三次变革

阶段一：

16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵；

20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础。分析化学由一门操作技术变成一门科学；

分析化学的第一次变革；

20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少和精度低；

阶段二：

原子发射光谱法 原子吸收光谱法 原子荧光光谱法 X 射线荧光法 紫外和可见吸收光谱法 红外光谱法 荧光法

磷光法 化学发光法 拉曼光谱法 核磁共振波谱法 电子能谱法 光谱法 原子光谱法 分子光谱法 非光谱法 折射法 干涉法 散射浊度法 旋光法

X 射线衍射法 电子衍射法 电化学分析法 电导法 电位法 电解法 库仑法 伏安法 极谱法

色谱法 气相色谱法

液相色谱法

20世纪40年代后，仪器分析的大发展时期。

仪器分析使分析速度加快，促进化学工业发展；

化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低；

为什么出现在这一时期？一系列重大科学发现，为仪器分析的建立和发展奠定基础。

（1）Bloch F(布洛克) 和Purcell E M （珀塞尔）；建立了核磁共振测定方法；诺贝尔化学奖1952年；

（2）Martin A J P （马丁） 和Synge R L M （辛格）；建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年；

（3）Heyrovsky J （海洛夫斯基），建立极谱分析法，诺贝尔化学奖1959年

仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。

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：

傅里叶变换红外；色-质联用仪。

2.仪器分析应用领域

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；活体检测

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

3.仪器分析未来发展趋势

⒈计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理自动化。

⒉不同方法联用提高仪器分析的功能。

⒊各学科的互相渗透

第二节 定量分析方法的评价指标

定量分析是仪器分析的主要任务之一。对于一种定量分析方法，一般用精密度、准确度、检出限、灵敏度、标准曲线的线性及线性范围等项指标进行评价。

一、标准曲线

（一）标准曲线及其线性范围

标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围称为该方法的线性范围。选择的分析方法应有较宽的线性范围。

（二）标准曲线的绘制

标准曲线是依据标准系列的浓度（或含量）和其相应的响应信号测量值来绘制。

常用方法：一元线性回归法

Y=a+bx b 为回归系数，即回归直线的斜率，a 为截距。 __

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1()()()n i i

i n i

i x x y y b x x ==--=-∑∑ __a y b x =- 其中 _1n i i x x n ==

∑ _1n i i y y n ==∑

(三)相关系数r