1、仪器分析 Instrumental Analysis,第一章 绪 论, 什么是仪器分析? 它与化学分析有何区别?仪器分析和化学分析的关系是什么?仪器分析法的分类? 仪器分析有什么特点和局限性?仪器分析发展的趋势是什么?,分析化学是研究物质组成、含量和化学结构的方法及其有关理论的一门学科。 1） What ? 定性分析(qualitative analysis): 研究目标物质的原子、分子或功能基团的组成信息。 2） How much ? 定量分析(quantitative analysis): 研究目标物质的数量信息。 3） How about ? 结构分析(structural analys
2、is): 研究目标物质的结构信息。,分析化学的分类,按分析方法分类化学分析：重量分析，容量分析（各种滴定分析）仪器分析：光化学分析，电化学分析，色谱分析，其它仪器分析法,分析化学的发展和仪器分析的产生,什么是仪器分析？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。,分析化学的历史发展概况,分析化学的三次巨大变革 分析天平的发明 溶液理论的建立（四大平衡建立）分析化学由一门操作技术变成一门科学，以化学分析为主。 这是第一次革命,第二次巨大变革
3、,第二次世界大战前后 一系列重大科学发现，物理学和电子技术的发展为仪器分析大发展奠定了基础但当时自动化程度较低核磁共振（NMR），Bloch F, Purcell E M.极谱，Heyrovsky J.气相色谱，Martin A T P , Synge R L M,第三次变革,指当前阶段，分析化学处在巨大的变革时期。尤其微型计算机的发展，给仪器分析带来全新的革命。分析化学发展的特点，其一，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；其二，各类分析方法的联合应用；其三，建立原位、在体、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
4、。当代科学技术的发展和参与，以及分析化学自身的发展，已使分析化学发展成为一门多学科为基础的综合性科学。,仪器分析与化学分析关系,仪器分析本身不是一门独立的学科，而是多种仪器方法的组合。可是这些仪器方法在化学学科中极其重要。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。因此，将它们称为“化学分析中的仪器方法”更为确切。,仪器分析的分类,仪器分析,电化学分析法,光分析法,色谱分析法,热分析法,分析仪器联用技术,质谱分析法,1. 光分析方法,光分析法,原子吸收法,红外光谱法,原子发射法,核磁共振法,荧光光谱法,紫外可见法,# 定性分析和定量分析依据定性：波长 定量
5、：光强,1. 光分析法,# 光谱仪器框图光源 被测物质 单色仪 信号接收 数据处理,# 有机四大谱质谱、核磁共振、红外、紫外-可见特别指出，质谱仪被列为光谱仪器，实为以质荷比为分析基础的仪器。,有机化合物结构鉴定与有机波谱学,结构鉴定:,紫外可见光谱 (UV-VIS); 红外（拉曼）光谱 (IR，Raman); 质谱 (MS); 核磁共振谱 (NMR); X射线衍射; 折射率; 电导率; 熔点; ,UV -VIS ; IR(Raman); MS; NMR,有机波谱学：,结构鉴定发展历史,三十年代,UV,四十年代,IR,五十年代,NMR MS, 官能团,一般文献给出的数据：,NMR: 详细 MS
6、: 分子量 IR: 主要官能团 一般无UV数据,2. 电分析化学方法,电化学分析法,电位分析法,电解分析法,电泳分析法,库仑分析法,极谱与伏安分析法,电导分析法,3. 色谱分析法,色谱分析法,气相色谱法,薄层色谱法,液相色谱法,激光色谱法,离子色谱法,超临界色谱法,4. 其它仪器分析方法 质谱， 热分析， 放射分析,其他分析法,质谱分析法,放射分析,热分析法,联用技术, 联用技术, 分离仪器-特效检测器的联用色谱-质谱联用：GC-MS、LC-MS色谱-红外光谱联用：GC-FTIR色谱-原子光谱联用：LC-AAS 自动化系统与分离、检测系统联用自动进样器流动注射分析仪,方法分类 主要分析方法 被
7、测物理性质 光谱分析 发射光谱分析、火焰光度分析 辐射的发射分子发光分析法、放射分析法 紫外-可见分光光度法 辐射的吸收 原子吸收分光光度法 红外光谱法、核磁共振波谱法 比浊法、拉曼光谱法 辐射的散射折射法、干涉法 辐射的折射X-射线衍射法、电子衍射法 辐射的衍射圆二色谱法 辐射偏振方向的旋转 电化学分析 电位法 电极电位电导法 电导极谱法、溶出伏安法 电流-电压 色谱分析 气相色谱法、液相色谱法 薄层色谱法 两相间的分配 热分析 热导法、差热分析法 热性质 质量分析 质谱法 质荷比,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:,仪器分析的特点,灵敏度高, 检出限低
8、效率高： 可以一次分析样品中多种元素信息 选择性好4. 能进行无损分析5. 适于微量、超痕量物质的测定,问题： 如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分析问题呢？你必须了解该仪器的原理和应用，或者说，了解该仪器的适用性、灵敏度和准确度，才能在解决某个具体问题时作出合理的选择！,定量分析方法的评价指标,仪器性能及其表征,其它原则：,1）精密度（Precision） 使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的程度。,标准偏差(Absolute standard deviation)，s,相对标准偏差(Relative standard deviation, RSD),通过多次测量已知
9、浓度或含量的物质（称为标准物质），得到总体平均值与标准物质含量（真实值）比较。在建立新的分析方法时，对标准物质的测量可找出误差的来源！并通过空白分析和仪器校正来消除误差。,2) 准确度测量值的总体平均值x与“真值”接近的程度。即,反映了仪器或方法识别微小浓度或含量变化的能力，即当浓度或含量有微小变化时，仪器或方法均可以觉察出来。影响灵敏度的因素有二：校正曲线的斜率分析的重现性或精密度。,3）灵敏度（Sensitivity）,检出限：在已知置信水平，可以检测到的待测物的最小质量或浓度。它和分析信号（Signal）与 空白信号的波动（噪音, Noise）有关，或者 说与信噪比（S/N）有关。 只有
10、当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号，如下图所示。,4）检出限（Detection limit, DL）,检出限如何计算呢？,能产生净响应信号为 的被测物质的浓度或质量就是方法对该物质的检出限：,S灵敏度 （被测组分的质量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量）,1、灵敏度与检出限的区别灵敏度：分析信号随组分含量变化的大小。直接依赖检测器的放大倍数检出限：定量分析方法可能检测的最低量或最低浓度直接与测定噪声有关；有明确的统计意义 2、灵敏度越高，精密度越好，检出限越低。,注意：,具体做法： 1 准确配制已知待测物浓度的系列: 0(空白)， c1，c2，c3，c4； 2 通过仪器分
11、别测量以上各待测物的响应值S0，S1，S2，S3，S4及待测物的响应值Sx； 3 以浓度c对响应信号与S作图得到标准曲线，然 后通过测得的Sx从下图中求得cx；或者通过最小二乘法获得其线性方程再直接进行计算。,5） 标准曲线, 您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物结构剖析？ 您对分析结果的准确度要求如何？ 您的样品量是多少？ 您样品中待测物浓度大小范围是多少？ 可能对待测物产生干扰的组份是什么？ 样品基体的物理或化学性质如何？ 您有多少样品，要测定多少目标物？,选择分析方法的几种考虑,仪器分析方法用于成分分析有一定的局限性,1、准确度不够高 不适于常量和高含量成分的测定。多数的仪器分析
12、方法的相对误差较大，例如，发射光谱法的相对误差为520。 2、一般都需要以标准物进行校准 而这些标准样品的成分多半需要化学分析方法来确定。而且在进行复杂物质的分析时，往往不是用一种方法而是综合应用几种分析方法。 3、常要用化学方法对试样进行预处理 4、仪器价格比较昂贵，特别是大型和复杂的精密仪器很难普及。,化学分析方法和仪器分析方法是相辅相成的,仪器分析发展的趋势,仪器分析逐渐成为分析化学的主要组成部分。 1、具有简便、快速、灵敏的特点，易于实现自动化。 2、联用分析技术已成为当前仪器分析方法的主要发展方向之一。 3、在物质的结构分析、状态、价态分析，表面及微区分析中的应用愈加广泛。 4、在生
13、物医学的研究及各种工业流程的监控或检测中发挥重大的作用。,仪器分析发展趋势展望,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、多维分析仪器。,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
14、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,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）。“软件就是仪器”预示了全新的分析仪器科技和
15、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。,新近重大突破和发明,飞秒光谱法 原子吸收的重大突破 多道毛细管电泳,飞秒相干光谱法Femtosecond spectroscopy,Ahmed H. Zewail 教授1946年出生于埃及。现为加州理工学院化学物理系和物理系教授。 1999年Ahmed H. Zewail 教授被授予诺贝尔化学奖，表彰他在
16、飞秒化学领域的杰出贡献。采用超短脉冲激光以飞秒的时间尺度实时观察分子运动并目击分子的诞生， 给化学和相关学科带来了革命性的变化。,Ahmed.H.Zewail 1999年化学Nobel奖得者,连 续 光 源 原 子 吸 收 光 谱 仪,2004 年4 月，德国耶拿分析仪器股份公司（Analytik Jena AG）成功地设计和生产出了连续光源原子吸收光谱仪ContrAA ，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！,高聚焦短弧氙灯,可满足全波长(189900 nm)所有元素的原子吸收测定需求,连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国),多毛细管电泳装置示意图,June 15, 2010 Volu
17、me 82, Issue 12 Pages 4653-5396IF 5.2,List of Reviews 1. Atomic Spectroscopy: A Review 2. Capillary Electrophoresis 3. Chemometrics 4. Chiral Separations: Fundamental Review 2010 5. Electrochemical Sensors 6. Environmental Mass Spectrometry: Emerging Contaminants and Current Issues 7. Gas Chromatogr
18、aphy 8. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry 9. Mass Spectrometry of Synthetic Polymers,10. Latest Developments in Micro Total Analysis Systems11. Latest Developments in MicrofluidicCell Biology and Analysis Systems12. Molecular Fluorescence, Phosphorescence, and Chemiluminescence Spectromet
19、ry13. Planar Chromatography14. Modern Extraction Techniques15. Solid State NMR Spectroscopy16. Supercritical Fluid Chromatography17. Thermal Analysis18. X-ray Spectrometry,三鹿事件：三聚氰胺检测方法汇总,气相色谱-质谱法测定动物食品中的三聚氰胺 超高效液相色谱_电喷雾串联质谱法测定饲料中残留的三聚氰胺 反相高效液相色谱法测定饲料中三聚氰胺的含量 高效液相色谱-二极管阵列法测定高蛋白食品中的三聚氰胺 高效液相色谱法(HPLC)
20、测定饲料中三聚氰胺的含量 高效液相色谱-四极杆质谱联用测定饲料中三聚氰胺含量 固相萃取与高效液相色谱联用测定宠物食品中三聚氰胺 液相色谱-串联质谱法测定饲料中三聚氰胺残留,气相色谱-质谱法测定牛奶中的8种环境雌激素和内源性雌激素,牛乳中三种雌激素残留的HPLC检测法,高效液相色谱法同时测定化妆品中七种性激素,激素检测方法：,特大号外： 美国公司宣布人类已经攻克癌症！,据美国媒体8月24日报道，美国阿尔尼拉姆生物技术公司日前宣布他们找到了一种能够治愈所有癌症的新型药物，名为ALN-VSP的新型药物。首批接受临床试验的19名晚期肝癌患者病情都有较大好转。到今年6月，阿尔尼拉姆公司称，通过“唤醒”人
21、体自身的一种很少使用的免疫防御系统，ALN-VSP成功切断肝癌患者体内肿瘤62%的血流量。在治疗肝癌时，传统药物一般使用消除致病蛋白质的方法，而ALN-VSP则通过核糖核酸干扰(RNAi)疗法直接阻止细胞生成致病蛋白质。该公司称，假以时日，这种药物甚至有可能治愈一切疾病。 本文来自: 小木虫论坛,仪器分析学习方法,了解方法原理，弄懂基本概念。 知晓仪器装置，着重关键部件。 理解重点公式，熟悉主要用途。,教学要求与安排,1 学时与内容：理论24课时，实验24课时。期末1次考试。 2 教材： 仪器分析(第四版)朱明华 编 高教出版社 仪器分析武汉大学化学系 高教出版社 仪器分析三师大合编 高教出版社,教学要求与安排,3 成绩评定：期末考试占60%，实验占30%，平时10%（作业、纪律、学习态度等）。 4 学习方法：听讲、适当复习、做作业；课堂讨论；及时总结。作业两周一交，全批改，准备2个本。,联系方式:,实验室: 化学楼9J-406房间,电话: 82765907 13854150760,祝同学们学习一帆风顺！,
