分析化學(xué)下冊(cè)緒論課件

1、儀 器 分 析Instrumental Analysis2022/10/11任 課 教 師姓 名： 楊 小 峰實(shí)驗(yàn)室： 化學(xué)樓218研究方向：分子發(fā)射光譜2022/10/11參考教材2.儀器分析 方惠群、于俊生、史堅(jiān) 編著 科學(xué)出版社3.儀器分析 （第三版），朱明華編 高等教育出版社1.分析化學(xué)下冊(cè)（第五版），武漢大學(xué)主編 高等教育出版社2022/10/111. 作業(yè)布置后下一周的上課時(shí)交作業(yè)2. 考試與成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)成績(jī)：30% 包括：學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)紀(jì)律、 課堂表現(xiàn) 、 作 業(yè) 期中考試：30%期末考試：40%學(xué)習(xí)要求2022/10/11儀器分析課程特點(diǎn)涉及多種的儀器分析方法各種儀器的工作原理

2、有較大的區(qū)別課程著重于方法原理就介紹，數(shù)學(xué)推導(dǎo)及運(yùn)算相對(duì)較少注意與物理課程和物理化學(xué)課程內(nèi)容相結(jié)合2022/10/11課程的學(xué)習(xí)方法1. 抓住主線 特點(diǎn)原理用途；重點(diǎn)在原理 方法的物理原理、儀器構(gòu)成、分析原理及應(yīng)用2. 歸納共性與個(gè)性 色譜法：共性：復(fù)雜混合物分離分析 個(gè)性：流動(dòng)相-原理-對(duì)象3. 處理好整體與局部 分析儀器結(jié)構(gòu)流程關(guān)鍵部件2022/10/11第一章 緒 論一、分析化學(xué)發(fā)展歷程和儀器分析的地位二、儀器分析分類及特點(diǎn)三、儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)四、儀器的主要性能指標(biāo)introduction2022/10/11Position In Chemistry Research2022/

3、10/11碳的同素異型體2022/10/11化學(xué)分析與儀器分析化學(xué)分析法：又稱為經(jīng)典分析法，是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的重量或體積，利用化學(xué)計(jì)量關(guān)系來確定試樣中某成分含量的方法。化學(xué)分析法的優(yōu)點(diǎn)：(1)重量法不需要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，只要求沉淀的形式與其化學(xué)式一致。對(duì)于滴定分析，只要指示劑能夠正確指出終點(diǎn)，滴定反應(yīng)的方程式計(jì)量關(guān)系成立；（2）分析的準(zhǔn)確度高（相對(duì)誤差0.1%-0.2%)適合于常量組分（被測(cè)組分的含量1%)的分析?；瘜W(xué)分析法的缺點(diǎn): (1)靈敏度低，不適于微量組分分析；（2）耗時(shí)，不夠快速簡(jiǎn)便。2022/10/11一、分析化學(xué)的發(fā)展過程和儀分析的地位 分析化學(xué)的三個(gè)發(fā)展階段，三次變革

4、。階段一（從手藝到科學(xué)）：16世紀(jì)，天平的出現(xiàn)，分析化學(xué)具有了科學(xué)的內(nèi)涵；20世紀(jì)初，物理化學(xué)的發(fā)展，分析化學(xué)中引入了物理化學(xué)的溶液理論等基本概念形成分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)。 確立四大平衡：沉淀溶解，酸堿，氧化還原，絡(luò)合平衡。 分析化學(xué)的第一次變革； 20世紀(jì)40年代前，化學(xué)分析占主導(dǎo)地位，儀器分析種類少和精度低；分析化學(xué)由單純的操作技術(shù)變成一門科學(xué)。2022/10/11階段二： 20世紀(jì)40年代后，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，分析化學(xué)中采用了電子技術(shù)和物理學(xué)的概念，促進(jìn)了儀器分析的大發(fā)展。 儀器分析使分析速度加快，促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展； 為什么出現(xiàn)在這一時(shí)期？一系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為儀器分析的建立和發(fā)展奠定基

5、礎(chǔ)。 儀器分析的發(fā)展引發(fā)了分析化學(xué)的第二次變革。 2022/10/11階段三： 八十年代初，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為標(biāo)志的分析化學(xué)第三次變革。 （1）計(jì)算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理： 實(shí)現(xiàn)分析過程的連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)、智能； 促進(jìn)化學(xué)計(jì)量學(xué)的建立。 （2）化學(xué)計(jì)量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法設(shè)計(jì)選擇最佳分析條件，獲得最大程度的化學(xué)信息。 化學(xué)信息學(xué)：化學(xué)信息處理、查詢、挖掘、優(yōu)化等。 （3）以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新儀器的出現(xiàn)： 傅里葉變換紅外；色-質(zhì)聯(lián)用儀。 2022/10/112022/10/112022/10/111922年： J.Heyrovsky 發(fā)明了極譜儀并于1959年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1922年： As

6、ton發(fā)明了質(zhì)譜技術(shù)可以用來測(cè)定同位素而諾貝爾獎(jiǎng)1930年： Raman 發(fā)現(xiàn)了Raman效應(yīng)獲諾貝爾獎(jiǎng)1952年： Bloch 和 Purcell 因發(fā)展了核磁共振的精細(xì)測(cè)量方法而獲諾 貝爾物理獎(jiǎng)1952年： Martin和Synge因發(fā)明了分配色譜法而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1981年： Bloembergen 和Schawlow因發(fā)展了激光光譜學(xué)獲諾貝爾獎(jiǎng)1986年： Binnig 和Rohrer因發(fā)明STM而獲諾貝爾物理獎(jiǎng)1991年： Ernst因?qū)Ω叻直婧舜殴舱穹椒ǖ陌l(fā)展而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1991年： Neher和 Sakmann于1991年因應(yīng)用膜片鉗技術(shù)研究離子通道 獲得諾貝爾生理和醫(yī)藥獎(jiǎng)1

7、992年： R.Marcus因發(fā)展電子傳遞理論而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1993年：Kary Mullis 因發(fā)明PCR技術(shù)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)2022/10/112002年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)J.B.Fenn, K. Wuthrich, Koiichi Tanaka（田中耕一）MALDI-MSMatrix Assisted Laser Desporption Ionization Mass Spectrometry(介質(zhì)支撐激光解吸離子化質(zhì)譜)LD: laser desorption 不適用于熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)分析學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)：以往方法：2022/10/11定性分析 - 定量分析 - 儀器分析 - 分析科學(xué) 許多

8、重要科學(xué)分支是從某項(xiàng)科學(xué)儀器研制成功開始建立和發(fā)展的。 極譜儀極譜學(xué) 色譜儀色譜學(xué) 質(zhì)譜儀質(zhì)譜學(xué) .2022/10/11儀器分析與化學(xué)分析的聯(lián)系 1.儀器分析是在化學(xué)分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其不少原理都涉及到化學(xué)分析的基本理論；儀器分析與化學(xué)分析的區(qū)別 2. 儀器分析離不開化學(xué)分析，其不少過程需應(yīng)用到分析化學(xué)的理論。2022/10/11化學(xué)分析 儀器分析 從原理看 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)及計(jì)量關(guān)系 根據(jù)物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)、參數(shù)及變化規(guī)律 從儀器看 主要為簡(jiǎn)單玻璃儀器 較復(fù)雜、特殊的儀器 從操作看 多為手工操作、較繁瑣 多為開動(dòng)儀器開關(guān) 、操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 從試樣看 樣量多、破壞性分析 樣量少、

9、有的非破壞性可現(xiàn)場(chǎng)或在線等分析 從應(yīng)用看 常量分析、定性、定量 微量、痕量的組分分析，狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等分析2022/10/11光分析方法的分類classification of electrochemical analysis光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見法分子光譜原子光譜2022/10/11電化學(xué)分析方法的分類classification of electrochemical analysis電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法2022/10/11色譜分析方法的分類classification of chromatographic

10、 analysis色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法激光色譜法電色譜法超臨界色譜法2022/10/11其他分析方法的分類classification of electrochemical analysis其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法2022/10/11儀器分析的特點(diǎn)1.靈敏度高，檢出限低。比較適合于微量、痕量和超痕量的分析。2.選擇性好。3. 操作簡(jiǎn)便，分析速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。4.應(yīng)用范圍廣，不但可以作組分及含量的分析，在狀態(tài)、 結(jié)構(gòu)分析上有廣泛的應(yīng)用。5.相對(duì)誤差一般較大（一般準(zhǔn)確度1%5%）。6.價(jià)格一般來說比較昂貴。7.除個(gè)別分析方法外，幾乎所有的儀器分析方法都是比 較

11、法，需要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為參照。( ?)2022/10/11三、儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域 社會(huì)：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚新鮮度、食品添加劑、農(nóng)藥殘留量）、環(huán)境質(zhì)量（污染實(shí)時(shí)檢測(cè)）、法庭化學(xué)（DNA技術(shù)，物證） 化學(xué)：新化合物的結(jié)構(gòu)表征；分子層次上的分析方法； 生命科學(xué)：DNA測(cè)序；活體檢測(cè)； 環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測(cè)；污染物分析； 材料科學(xué)：新材料，結(jié)構(gòu)與性能； 藥物：天然藥物的有效成分與結(jié)構(gòu)，構(gòu)效關(guān)系研究； 外層空間探索：微型、高效、自動(dòng)、智能化儀器研制。2022/10/11含量標(biāo)準(zhǔn)：2.5 ppm in the USA and the EU; 1 ppm for infant formula in C

12、hina)三聚氰胺 （melamine）三聚氰胺的檢測(cè)2022/10/11 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布了原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測(cè)方法(GB/T22388-2008)國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了三聚氰胺的檢測(cè)方法的檢測(cè)定量限。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜-質(zhì)譜法三種方法為三聚氰胺的檢測(cè)方法，檢測(cè)定量限分別為2毫克/千克、0.05毫克/千克和0.01毫克/千克。標(biāo)準(zhǔn)適用于原料乳、乳制品以及含乳制品中三聚氰胺的定量測(cè)定。檢測(cè)時(shí)，根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象與其限量值的規(guī)定，選用與其相適應(yīng)的檢測(cè)方法。 三聚氰胺的檢測(cè)2022/10/11建 蓮甘 草丹 參枸 杞202

13、2/10/11 總體分析為主(bulk analysis) 定性分析(qualitative analysis) 定量分析(quantitative analysis) Classical Analytical Chemistry Current/Future Analytical Chemistry 3) 狀態(tài)解析1) 按構(gòu)成要素分離2) 確定組成和存在狀態(tài)Chemical Diagnosis Material Diagnosis 儀器分析的發(fā)展趨勢(shì)2022/10/111. 高靈敏度和高選擇性 隨著技術(shù)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，許多高靈敏度、高選擇性的分析方法將逐步建立。常量分析到微

14、量分析“量”濃度；所需要的量；檢測(cè)限；定量范圍主要成分(major constituents): 100-1% 少量成分(minor): 1-0.01%微量成分(trace): 10-2-10-4 % 痕量成分(ultra trace): 10-4% (1ppm)以下2022/10/111）海水中U的含量：3ppb2）二惡英（dioxin）的允許暴露量：1-20ppt3）引用水中Hg的含量小于2ppb2022/10/112. 智能化和小型化 隨著微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器分析的應(yīng)用更加廣泛和深入，智能化的儀器分析方法將逐漸成為常規(guī)分析的重要手段。3. 儀器分析中各種方法的聯(lián)用技術(shù) 儀器分析中

15、各種方法有其自身的一些特點(diǎn)，將儀器分析中各種方法的聯(lián)用，將進(jìn)一步發(fā)揮各種方法的效能解決復(fù)雜的分析問題。2022/10/114. 建立原位、活體、實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)分析檢測(cè)方法，無損探測(cè)方法，以及多元多參數(shù)的檢測(cè)監(jiān)視方法，并研制相應(yīng)的分析儀器。2022/10/115. 應(yīng)用范圍將日益擴(kuò)大 儀器分析除了應(yīng)用于成分分析外，將在更大程度上應(yīng)用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析、狀態(tài)和價(jià)態(tài)分析、表面分析及微區(qū)分析等，而且在許多學(xué)科的研究工作中將得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。2022/10/116. 與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合 生命科學(xué)是21世紀(jì)最為熱門的研究領(lǐng)域之一。將儀器分析中各種新方法應(yīng)用于生命過程的研究；生物醫(yī)學(xué)中的酶催化反應(yīng)、免疫反

16、應(yīng)等技術(shù)和成果也將進(jìn)一步應(yīng)用于儀器分析，開拓出新的研究領(lǐng)域和方法。7. 自動(dòng)檢測(cè)或遙控分析 儀器分析將在各種工業(yè)流程及特殊環(huán)境中的自動(dòng)在線監(jiān)控或遙控監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重大的作用。在這一領(lǐng)域中各種新型的化學(xué)及生物傳感器及流動(dòng)注射分析技術(shù)將是十分重要的。2022/10/11超微粒、分子簇(cluster)、中介相(mesophase)、 層間物質(zhì)的測(cè)定等掃描隧道顯微鏡(STM): 原子層次俄歇電子能譜(AES): 約50 nm (0.05m)顯微拉曼光譜: 約1m顯微紅外光譜: 約10m 總體分析到表面、局部和深度分析2022/10/11提高解析力、判斷力、速度， 模擬(simulation) CAC (

17、Computer Aided Chemistry) AI (Artificial Intelligence 人工智能) 積分變換(傅里葉，拉撲拉斯等) 分子動(dòng)力學(xué)(Molecular Dynamics)新的解析法2022/10/11靜態(tài)到動(dòng)態(tài)分析 時(shí)間分辨測(cè)定(ps, fs) 動(dòng)態(tài)過程解析新的分析法(獲得“質(zhì)”的信息) 原子間力顯微鏡，鄰近場(chǎng)(near field)顯微鏡；生物模擬檢測(cè)(響應(yīng)、判斷等的多樣性及特異性)無損分析(生物體內(nèi)檢測(cè)，利用生物反應(yīng)的檢測(cè)法)2022/10/11微型高效自動(dòng)智能2022/10/11四、儀器的主要性能指標(biāo)1、校準(zhǔn)曲線及線性范圍： 要求濃度與信號(hào)之間要線性相關(guān)，

18、以標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所獲得的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與測(cè)量信號(hào)的關(guān)系曲線；濃度范圍寬、相關(guān)系數(shù)（）好是人們追求的目標(biāo)；線性范圍：指從定量測(cè)定的最低濃度擴(kuò)展到校正曲線偏離線性濃度的范圍。2022/10/112. 靈敏度(Sensitivity) 區(qū)別具有微小差異濃度分析物能力的量度，即單位濃度變化所引起信號(hào)的變化程度； IUPAC規(guī)定，分析標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的一次導(dǎo)數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率。3. 精密度用同樣的方法所平行測(cè)量的一組數(shù)據(jù)間彼此相互一致性的程度。用來表征分析結(jié)果的重現(xiàn)性、再現(xiàn)性。一般用RSD來表征。2022/10/114. 檢出限(Detection limit, DL) 式中是用空白溶液按照同樣測(cè)定方法多次測(cè)定的平均值，S0是空白溶液至少10次連續(xù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，K是由置信水平?jīng)Q定的系數(shù)。IUPAC推薦K=3 （此時(shí)檢測(cè)置信水平為95）。定義： 在誤差分布遵從正態(tài)分布的條件下，由統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)檢出限的定義如下：檢出限是指特定的分析方法，以適當(dāng)?shù)闹眯鸥怕时粰z出的組分的最小量或最小濃度。在IUPAC的規(guī)定中，對(duì)各