儀器分析第1章-緒論

1、衛(wèi)生檢驗儀器學衛(wèi)生檢驗儀器學Modern Instrument Analysis 儀器分析教研室儀器分析教研室1本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容1 1、緒論部分、緒論部分2 2、氣相色譜法的條件選擇與優(yōu)化、氣相色譜法的條件選擇與優(yōu)化3 3、高效液相色譜法的條件選擇與優(yōu)化、高效液相色譜法的條件選擇與優(yōu)化4 4、原子吸收分光光度法、原子吸收分光光度法5 5、原子發(fā)射光譜法、原子發(fā)射光譜法6 6、質(zhì)譜法、質(zhì)譜法7 7、儀器連用、儀器連用第一章第一章 緒論教學要求緒論教學要求1 1、掌握儀器分析的定義、特點、內(nèi)容、掌握儀器分析的定義、特點、內(nèi)容2 2、熟悉儀器分析和分析化學、化學分析的關(guān)系、熟悉儀器分

2、析和分析化學、化學分析的關(guān)系3 3、了解儀器分析的發(fā)展趨勢、了解儀器分析的發(fā)展趨勢幾個基本概念幾個基本概念l分析化學分析化學：研究獲得物質(zhì)化學組成，結(jié)構(gòu)信息，研究獲得物質(zhì)化學組成，結(jié)構(gòu)信息，分析方法及相關(guān)理論的科學分析方法及相關(guān)理論的科學。l化學分析化學分析:利用化學反應(yīng)和它的利用化學反應(yīng)和它的計量關(guān)系計量關(guān)系來確來確定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。l儀器分析儀器分析：以物質(zhì)的：以物質(zhì)的物理物理和物理化學和物理化學性質(zhì)性質(zhì)（光、（光、電、熱等）為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法。電、熱等）為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法。分分析析化化學學化學分析儀器分析酸堿滴

3、定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學分析光化學分析色譜分析波譜分析重量分析重量分析滴定分析滴定分析電導、電位、電解、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紅外、核磁、質(zhì)譜2022-4-2儀器分析的特點儀器分析的特點(與化學分析相比與化學分析相比)1 1、靈敏度高，檢出限量可降低。靈敏度高，檢出限量可降低。如樣品用量由如樣品用量由化學分析的化學分析的mLmL、mgmg級降低到儀器分析的級降低到儀器分析的 g g、 L L級，級，甚至更低。適合于微量、痕量和超痕量成分的測甚至更低。適合于微量、痕量和超痕量成分的測定。定。2 2、選擇性好。、選擇性好。很多的儀

4、器分析方法可以通過選擇很多的儀器分析方法可以通過選擇或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時，相互或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時，相互間不產(chǎn)生干擾。間不產(chǎn)生干擾。儀器分析的特點儀器分析的特點(與化學分析相比與化學分析相比)3 3、操作簡便，分析速度快，容易實現(xiàn)自動、操作簡便，分析速度快，容易實現(xiàn)自動化化。4 4、相對誤差較大?；瘜W分析一般可用于常、相對誤差較大?；瘜W分析一般可用于常量和高含量成分分析，準確度較高，誤量和高含量成分分析，準確度較高，誤差小于千分之幾。多數(shù)儀器分析相對誤差小于千分之幾。多數(shù)儀器分析相對誤差較大，一般為差較大，一般為5%5%，不適用于常量和高，不適用于常量和高含量成

5、分分析。含量成分分析。5 5、需要價格比較昂貴的專用儀器。、需要價格比較昂貴的專用儀器。分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生分析化學經(jīng)歷了分析化學經(jīng)歷了三次重大三次重大變革：變革：第一次：第一次：16世紀天平的出現(xiàn)使分析化學有了科世紀天平的出現(xiàn)使分析化學有了科學的內(nèi)涵；學的內(nèi)涵；20世紀初物理化學溶液理論的發(fā)展，世紀初物理化學溶液理論的發(fā)展，建立了溶液中四大反應(yīng)平衡理論（包括酸堿、建立了溶液中四大反應(yīng)平衡理論（包括酸堿、配合、氧化還原和沉淀）。分析化學引入了物配合、氧化還原和沉淀）。分析化學引入了物理化學的概念，形成了自己的理論基礎(chǔ)。分析理化學的概念，形成了自己的理論基

6、礎(chǔ)。分析化學從此由一門技術(shù)變成一門科學?；瘜W從此由一門技術(shù)變成一門科學。第二次變革：在上個世紀第二次變革：在上個世紀40年代，二戰(zhàn)前后。由于年代，二戰(zhàn)前后。由于物理學和電子技術(shù)的發(fā)展被引入到分析化學中，物理學和電子技術(shù)的發(fā)展被引入到分析化學中，出現(xiàn)了由經(jīng)典的化學分析發(fā)展到儀器分析的新時出現(xiàn)了由經(jīng)典的化學分析發(fā)展到儀器分析的新時期，這一時期的重大科學發(fā)現(xiàn)為新的儀器分析方期，這一時期的重大科學發(fā)現(xiàn)為新的儀器分析方法的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。例如：法的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。例如：1、Bloch F和和Purcell E M發(fā)明了核磁共振，獲得發(fā)明了核磁共振，獲得1952年的諾貝年的諾貝爾物理獎；爾物理

7、獎；2、Martin A J P和和Synge R L M開創(chuàng)氣相色譜分析法，獲開創(chuàng)氣相色譜分析法，獲1952年年諾貝爾化學獎；諾貝爾化學獎；3、Heyrovsky J開創(chuàng)極譜分析法，獲開創(chuàng)極譜分析法，獲1959年諾貝爾化學獎。年諾貝爾化學獎。分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生第三次變革：第三次變革：70年代末開始，以計算機為主要標年代末開始，以計算機為主要標志的信息時代的來臨，給科學技術(shù)的發(fā)展帶來志的信息時代的來臨，給科學技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的沖擊。計算機的應(yīng)用可使操作和數(shù)據(jù)了巨大的沖擊。計算機的應(yīng)用可使操作和數(shù)據(jù)處理快速、準去與簡便化，出現(xiàn)了分析儀器的處理快速、準

8、去與簡便化，出現(xiàn)了分析儀器的智能化。計算機又促進數(shù)理理論滲入分析化學，智能化。計算機又促進數(shù)理理論滲入分析化學，出現(xiàn)了化學計量學，它是利用數(shù)學和統(tǒng)計學的出現(xiàn)了化學計量學，它是利用數(shù)學和統(tǒng)計學的方法設(shè)計或選擇最佳測量條件，并從分析測量方法設(shè)計或選擇最佳測量條件，并從分析測量中獲取最大程度的化學信息。中獲取最大程度的化學信息。分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生分析化學的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生儀器分析與化學分析的關(guān)系儀器分析與化學分析的關(guān)系儀器分析與化學分析的區(qū)別不是絕對的，儀器儀器分析與化學分析的區(qū)別不是絕對的，儀器分析是在化學分析基礎(chǔ)上的發(fā)展分析是在化學分析基礎(chǔ)上的發(fā)展。不少儀器分析方法的原理，涉及到

9、有關(guān)化學分不少儀器分析方法的原理，涉及到有關(guān)化學分析的基本理論；析的基本理論；不少儀器分析方法，還必須與試樣處理、分離不少儀器分析方法，還必須與試樣處理、分離及掩蔽等化學分析手段相結(jié)合，才能完成分析及掩蔽等化學分析手段相結(jié)合，才能完成分析的全過程。的全過程。儀器分析與化學分析的關(guān)系儀器分析與化學分析的關(guān)系儀器分析有時還需要采用化學富集的方法提儀器分析有時還需要采用化學富集的方法提高靈敏度；高靈敏度；有些儀器分析方法，如分光光度分析法，由有些儀器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有機試劑和配合物化學等理論，于涉及大量的有機試劑和配合物化學等理論，所以在不少書籍中，把它列入化學分析。所以在

10、不少書籍中，把它列入化學分析。儀器分析與化學分析的關(guān)系儀器分析與化學分析的關(guān)系應(yīng)該指出應(yīng)該指出，儀器分析本身不是一門獨立的學科，儀器分析本身不是一門獨立的學科，而是多種而是多種儀器方法的組合儀器方法的組合?？墒沁@些儀器方法?？墒沁@些儀器方法在化學學科中極其重要。它們已不單純地應(yīng)用在化學學科中極其重要。它們已不單純地應(yīng)用于分析的目的，而是廣泛地應(yīng)用于研究和解決于分析的目的，而是廣泛地應(yīng)用于研究和解決各種化學理論和實際問題。因此，將它們稱為各種化學理論和實際問題。因此，將它們稱為“化學分析中的儀器方法化學分析中的儀器方法”更為確切。更為確切。分析儀器的組成分析儀器的組成 一般來說，分析儀器的自動化

11、程度越高儀器一般來說，分析儀器的自動化程度越高儀器越復(fù)雜。然而不管分析儀器如何復(fù)雜，它們一般越復(fù)雜。然而不管分析儀器如何復(fù)雜，它們一般是由是由信號發(fā)生器、檢測器、信號處理器和讀出裝信號發(fā)生器、檢測器、信號處理器和讀出裝置置4 4部分組成，如下圖：部分組成，如下圖：儀器分析的發(fā)展儀器分析的發(fā)展1 1、2020世紀世紀40405050年代興起的材料科學，年代興起的材料科學，60607070年年代發(fā)展起來的環(huán)境科學都促進了分析化學學科代發(fā)展起來的環(huán)境科學都促進了分析化學學科的發(fā)展。的發(fā)展。8080年代以來，生命科學的發(fā)展也促進年代以來，生命科學的發(fā)展也促進分析化學一次巨大的發(fā)展。儀器分析是分析化分析

12、化學一次巨大的發(fā)展。儀器分析是分析化學的重要組成部分，也隨之不斷發(fā)展，不斷地學的重要組成部分，也隨之不斷發(fā)展，不斷地更新自己，為科學技術(shù)提供更準確、更靈敏、更新自己，為科學技術(shù)提供更準確、更靈敏、專一、快速、簡便的分析方法。專一、快速、簡便的分析方法。發(fā)展中的儀器分析發(fā)展中的儀器分析2 2、生命科學研究的進展，需要對多肽、蛋白質(zhì)、生命科學研究的進展，需要對多肽、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子進行分析，對生物藥物分析，核酸等生物大分子進行分析，對生物藥物分析，對超微量生物活性物質(zhì)，如單個細胞內(nèi)神經(jīng)傳對超微量生物活性物質(zhì)，如單個細胞內(nèi)神經(jīng)傳遞物質(zhì)的分析以及對生物活體進行分析。遞物質(zhì)的分析以及對生物活體進

13、行分析。3 3、信息時代的到來，給儀器分析帶來了新的發(fā)展。、信息時代的到來，給儀器分析帶來了新的發(fā)展。信息科學主要是信息的采集和處理。信息科學主要是信息的采集和處理。發(fā)展中的儀器分析發(fā)展中的儀器分析4 4、計算機與分析儀器的結(jié)合，出現(xiàn)了分析儀器、計算機與分析儀器的結(jié)合，出現(xiàn)了分析儀器的的智能化智能化，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。它使許多，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。它使許多以往難以完成的任務(wù)，如實驗室的自動化，圖以往難以完成的任務(wù)，如實驗室的自動化，圖譜的快速檢索，復(fù)雜的數(shù)學統(tǒng)計可輕而易舉得譜的快速檢索，復(fù)雜的數(shù)學統(tǒng)計可輕而易舉得于完成。信息的采集和變換主要依賴于各類的于完成。信息的采集和變換主要依賴于各

14、類的傳感器。這又帶動儀器分析中傳感器的發(fā)展，傳感器。這又帶動儀器分析中傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了光導纖維的化學傳感器和各種生物傳感出現(xiàn)了光導纖維的化學傳感器和各種生物傳感器。器。發(fā)展中的儀器分析發(fā)展中的儀器分析5 5、聯(lián)用聯(lián)用分析技術(shù)已成為當前儀器分析的重要分析技術(shù)已成為當前儀器分析的重要發(fā)展方向發(fā)展方向l氣相色譜氣相色譜質(zhì)譜法（質(zhì)譜法（GCGCMSMS）l氣相色譜氣相色譜質(zhì)譜法質(zhì)譜法質(zhì)譜法（質(zhì)譜法（GCGCMSMSMSMS）l氣相色譜氣相色譜原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（GCGCAEDAED）l液相色譜液相色譜質(zhì)譜法（質(zhì)譜法（HPLCHPLCMSMS）必須注意：必須注意：1）從經(jīng)典分析到以上眾多

15、儀器分析中選擇一個合適方從經(jīng)典分析到以上眾多儀器分析中選擇一個合適方法并不容易；法并不容易；2）大多儀器分析靈敏度較高，但不是所有儀器分析的大多儀器分析靈敏度較高，但不是所有儀器分析的靈敏度都比經(jīng)典方法高；靈敏度都比經(jīng)典方法高；3）儀器分析對多元素或化合物分析具更高的選擇性，儀器分析對多元素或化合物分析具更高的選擇性，但但經(jīng)典分析中的重量或容量分析的選擇性比儀器分析法經(jīng)典分析中的重量或容量分析的選擇性比儀器分析法要好；要好；4）從準確性、方便性和耗時上看，不能絕對地講哪種從準確性、方便性和耗時上看，不能絕對地講哪種方法更好。方法更好。儀器性能指標儀器性能指標1）精密度（）精密度（Precisi

16、on）2)誤差（誤差（Bias）3）靈敏度（）靈敏度（Sensitivity）4）檢測限（）檢測限（Detectionlimit,DL）5）信噪比（）信噪比（singnal-to-noiseratio,S/N）6）選擇性選擇性1）精密度（）精密度（Precision）使用同一方法或步驟進行多次重復(fù)測量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。使用同一方法或步驟進行多次重復(fù)測量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。l 標準偏差標準偏差(Absolutestandarddeviation)，sl 平均標準偏差平均標準偏差(Standarddeviationofmean,sm)l 相對標準偏差相對標準偏差(Relative

17、standarddeviation,RSD)l 變異系數(shù)變異系數(shù)(Coefficientofvariance,CV)l 方差方差(Variance):s21)(12NxxsNiixsRSD/Nssm/%100/xsCV2)誤差（誤差（Bias）測量值的總體平均值測量值的總體平均值x與與“真值真值 ”接近的程度。即接近的程度。即通過多次測量已知濃度或含量的物質(zhì)（稱為標準物通過多次測量已知濃度或含量的物質(zhì)（稱為標準物質(zhì)），得到總體平均值與標準物質(zhì)含量（真實值）比質(zhì)），得到總體平均值與標準物質(zhì)含量（真實值）比較。較。在建立新的分析方法時，對標準物質(zhì)的測量可找出在建立新的分析方法時，對標準物質(zhì)的測量可

18、找出誤差的來源！并通過空白分析和儀器校正來消除誤差誤差的來源！并通過空白分析和儀器校正來消除誤差 xbias3）靈敏度（）靈敏度（Sensitivity）反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力，反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力，也就是說，當濃度或含量有微小變化時，儀器或方法也就是說，當濃度或含量有微小變化時，儀器或方法均可以覺察出來。均可以覺察出來。影響靈敏度的因素有二：影響靈敏度的因素有二：l 校正曲線的斜率；校正曲線的斜率；l 分析的重現(xiàn)性或精密度。分析的重現(xiàn)性或精密度。4）檢測限（）檢測限（Detectionlimit,DL）檢測限：在已知置信水平，可以檢測到的待測物的

19、最檢測限：在已知置信水平，可以檢測到的待測物的最小質(zhì)量或濃度。它和分析信號（小質(zhì)量或濃度。它和分析信號（Singnal）與）與空白信號的波動（噪音空白信號的波動（噪音,Noise）有關(guān)，或者）有關(guān)，或者說與信噪比（說與信噪比（S/N）有關(guān)。）有關(guān)。只有當有用的信號大于噪音信號時，儀器才有可只有當有用的信號大于噪音信號時，儀器才有可能識別有用信號，如下圖所示。能識別有用信號，如下圖所示。5）信噪比（）信噪比（singnal-to-noiseratio,S/N）任何測量值均由兩部分組成：信號及噪音。其中信號任何測量值均由兩部分組成：信號及噪音。其中信號反映了待測物的信息，是我們所關(guān)心的，而噪音是不反映了待測物的信息，是我們所關(guān)心的，而噪音是不可避免的，它降低分析的準確度和精密度、提高檢出可避免的，它降低分析的準確度和精密度、提高檢出限，是我們不希望的。限，是我們不希望的。6）選擇性選擇性樣品基體中其它組份對測定待測物時的干擾程度。樣品基體中其它組份對測定待測物時的干擾程度。在分析中，沒有哪種測定不受到諸多因素