現(xiàn)代儀器分析

1、現(xiàn)代儀器分析江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物分離與分析教研室基本要求1、作好筆記。2、課后要復(fù)習(xí)。3、按時(shí)完成作業(yè)。4、做好實(shí)驗(yàn)。第一章 緒論第一節(jié) 概述第二節(jié) 儀器分析方法的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)分析化學(xué)與儀器分析的關(guān)系?分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)或?qū)W科 是一門人們賴以獲得物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和 形態(tài)的信息的科學(xué)分析化學(xué)化學(xué)分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導(dǎo)、電位、電解、庫(kù)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(xì)管電泳紅外、核磁、質(zhì)譜以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法 以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法 8/19/

2、2022儀器分析的定義 一般說(shuō)來(lái)，儀器分析是指采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來(lái)獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。 這些方法一般都有獨(dú)立的方法原理及理論基礎(chǔ)。分析化學(xué)的作用體育（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； 二、分析化學(xué)的進(jìn)展1.由分析對(duì)象來(lái)看 有機(jī)物分析無(wú)機(jī)物

3、分析生物活性物質(zhì)2.由分析對(duì)象的數(shù)量級(jí)來(lái)看3.由分析自動(dòng)化程度來(lái)看常量微量痕量分子水平手工操作儀器自動(dòng)全自動(dòng)智能化儀器8/19/2022儀器分析的發(fā)展過(guò)程分析化學(xué)的三個(gè)發(fā)展階段。階段一： 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，依據(jù)溶液中四大反應(yīng)平衡理論，形成分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)。分析化學(xué)由一門操作技術(shù)變成一門科學(xué)； 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；階段二： 20世紀(jì)40年代后，儀器分析的大發(fā)展時(shí)期。 儀器分析使分析速度加快，促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展； 化學(xué)分析與儀器分析并重，儀器分析自動(dòng)化程度低； 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

4、析的建立和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 （1）Bloch F 和Purcell E M；建立了核磁共振測(cè)定方法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年； （2）Martin A J P 和Synge R L M；建立了氣相色譜分析法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年； （3）Heyrovsky J，建立極譜分析法，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1959年儀器分析的發(fā)展引發(fā)了分析化學(xué)的第二次變革。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(guò)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)

5、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。 分析化學(xué)三要素理論對(duì)象（問(wèn)題）技術(shù)生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)二、儀器分析方法的分類儀器分析電化學(xué)分析法光分析法色譜分析法熱分析法分析儀器聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜分析法電化學(xué)分析方法的分類電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫(kù)侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法色譜分析方法的分類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光分析方法的分類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(jiàn)法分子光譜原子光譜其他分析方法的分類其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法儀器分析的特點(diǎn)1.

6、 靈敏度高，檢出限低。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. 相對(duì)誤差一般較大。5. 價(jià)格一般來(lái)說(shuō)比較昂貴。儀器分析發(fā)展趨勢(shì)展望。 分析儀器是科學(xué)儀器的重要組成部分。分析儀器工業(yè)是高技術(shù)信息產(chǎn)業(yè)。分析儀器的發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和推動(dòng)力之一。分析儀器的主要應(yīng)用領(lǐng)域正向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移分析儀器本身將不斷微型化、智能化但人類向時(shí)間和空間的兩個(gè)極限挑戰(zhàn)所需的高級(jí)精密儀器也不容忽視生命過(guò)程、生產(chǎn)、科研和社會(huì)活動(dòng)大量需要的將是在線、非侵入、非損壞、原位、實(shí)時(shí)、多維分析儀器。 分析儀器是人們感覺(jué)器官的延伸 它所測(cè)量或所獲取的主要是物質(zhì)的質(zhì)和量的信息。以一切可能的

7、（化學(xué)的、物理的、生物醫(yī)學(xué)的、數(shù)學(xué)的等等）方法和技術(shù)，利用一切可以利用的物質(zhì)屬性，對(duì)一切需要加以表征、鑒別或測(cè)定的物質(zhì)組分（包括無(wú)機(jī)和有機(jī)組分）及其形態(tài)、狀態(tài)（以及能態(tài)）、結(jié)構(gòu)、分布（時(shí)、空）等進(jìn)行表征、鑒別和測(cè)定，以求對(duì)樣品所代表的問(wèn)題有一個(gè)基本的了解。這是當(dāng)今分析科學(xué)也是分析儀器發(fā)展所面臨的任務(wù)。 分析儀器的微型化和智能化 隨著分子計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等的不斷推出，計(jì)算機(jī)也將越來(lái)越微型化。計(jì)算機(jī)（電腦）與人腦的結(jié)合將不再是一個(gè)夢(mèng)、帶有植入式電腦的人的智能將大大超過(guò)不帶電腦的“自然人”。分析儀器的大眾化、個(gè)性化和日用品化，貴重儀器的網(wǎng)絡(luò)化 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和全球網(wǎng)絡(luò)化，

8、大型實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量將減少，但其資源（特別是其精密貴重儀器）將得到更充分的發(fā)揮。因?yàn)樗梢悦嫦蛉澜鐬樗小熬W(wǎng)民”服務(wù)，實(shí)際上，現(xiàn)在就已有人在建立利用全球主要實(shí)驗(yàn)室資源的“網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”了。 分析儀器的主要應(yīng)用領(lǐng)域正向著生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移 分析儀器在保障人類健康生活、監(jiān)控病人病情、預(yù)防災(zāi)害發(fā)生等方面也都起著重大的作用。 沒(méi)有新型DNA分析儀的進(jìn)一步發(fā)展，人類也很難在防病、治病特別是在防治癌癥和各種遺傳病方面對(duì)現(xiàn)有基因圖譜加以利用。 分析化學(xué)主要發(fā)展趨向化學(xué)計(jì)量學(xué)在線分析實(shí)時(shí)分析原位分析活體分析教育定性傳感器固定化接口自動(dòng)化微型化新原理新技術(shù)新儀器分離技術(shù)聯(lián)用技術(shù)儀器和計(jì)算機(jī)其它科技領(lǐng)域生物分析環(huán)境分析

9、過(guò)程分析表面分析大分子表征化學(xué)圖象無(wú)損分析單細(xì)胞分析單分子單聚集體分析生物芯片發(fā)展方向快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)、靈敏適應(yīng)特殊分析 儀器分析課程的主要內(nèi)容儀器分析方法，包括方法原理、儀器結(jié)構(gòu)、操作條件選擇、應(yīng)用； 四大類：光分析法、電分析法、色譜分析法、其他分析法；特點(diǎn)：內(nèi)容繁多、各成體系；每類方法有其特點(diǎn)、內(nèi)在規(guī)律、應(yīng)用范圍；二、課程性質(zhì)與目標(biāo)1. 課程性質(zhì) 儀器分析：化學(xué)+物理學(xué)+電子技術(shù)+計(jì)算機(jī) (綜合性學(xué)科) 2. 課程目標(biāo) 培養(yǎng)兩類人才：分析儀器的熟練應(yīng)用者解決問(wèn)題； 創(chuàng)新型人才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，開拓新領(lǐng)域； (1 ) 掌握常用儀器分析方法原理、應(yīng)用，熟悉儀器結(jié)構(gòu)； (2 ) 使學(xué)習(xí)者具備選擇適宜的分

10、析方法的能力； (3 ) 學(xué)習(xí)創(chuàng)新思維方式。 三、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2. 歸納共性與個(gè)性3. 處理好整體與局部 分析儀器結(jié)構(gòu)流程關(guān)鍵部件4. 勤 書山有路勤為徑！ 我國(guó)分析儀器經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，取得了不少成績(jī)，兩彈一星的成功，就是我國(guó)科學(xué)家在儀器研制方面具有很高水平的最好說(shuō)明 但是，另一方面我們又不能不遺憾地看到，直到最近，國(guó)產(chǎn)儀器所占市場(chǎng)的份額仍只有15左右，出口創(chuàng)匯甚微，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析儀器很少。高檔儀器則幾乎完全被外國(guó)壟斷。迄今我國(guó)分析儀器與國(guó)外的差距還很大，而且還有擴(kuò)大的趨勢(shì)，一定要樹立科學(xué)儀器（包括分析儀器）的創(chuàng)新是知識(shí)創(chuàng)新的前提和基礎(chǔ)

11、的牢固思想，把發(fā)展國(guó)產(chǎn)儀器作為國(guó)家戰(zhàn)略。第二節(jié) 儀器分析方法的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)一、 準(zhǔn)確度二、精密度三、選擇性四、標(biāo)準(zhǔn)曲線五、靈敏度六、檢出限準(zhǔn)確度和精密度1.準(zhǔn)確度和精密度分析結(jié)果的衡量指標(biāo)。 ( 1) 準(zhǔn)確度分析結(jié)果與真實(shí)值的接近程度 準(zhǔn)確度的高低用誤差的大小來(lái)衡量； 誤差一般用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差來(lái)表示。(2) 精密度幾次平衡測(cè)定結(jié)果相互接近程度 精密度的高低用偏差來(lái)衡量， 偏差是指?jìng)€(gè)別測(cè)定值與平均值之間的差值。 (3) 兩者的關(guān)系 精密度是保證準(zhǔn)確度的先決條件； 精密度高不一定準(zhǔn)確度高； 兩者的差別主要是由于系統(tǒng)誤差的存在。 準(zhǔn)確度 試樣含量的測(cè)定值與試樣含量的真實(shí)值（或標(biāo)準(zhǔn)值）相符合的程度

12、稱為準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度常用相對(duì)誤差度量式中：x為試樣含量的測(cè)定值， 為試樣含量的真值或標(biāo)準(zhǔn)值精密度精密度是指使用同一方法，對(duì)同一試樣進(jìn)行多次測(cè)定所得測(cè)定結(jié)果的一致程度。 精密度常用測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差s或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差sr量度. 同一分析人員在同一條件下測(cè)定結(jié)果的精密度稱為重復(fù)性； 不同實(shí)驗(yàn)室所得測(cè)定結(jié)果的精密度稱為再現(xiàn)性有準(zhǔn)確度無(wú)精密度有準(zhǔn)確度又有精密度有精密度無(wú)準(zhǔn)確度二、誤差的種類、性質(zhì)、產(chǎn)生的原因及減免1. 系統(tǒng)誤差 (1) 特點(diǎn) a.對(duì)分析結(jié)果的影響比較恒定； b.在同一條件下，重復(fù)測(cè)定， 重復(fù)出現(xiàn)； c.影響準(zhǔn)確度，不影響精密度； d.可以消除。 產(chǎn)生的原因? (2) 產(chǎn)生的原因 a.方法誤

13、差選擇的方法不夠完善 例： 重量分析中沉淀的溶解損失； 滴定分析中指示劑選擇不當(dāng)。 b.儀器誤差儀器本身的缺陷 例： 天平兩臂不等，砝碼未校正； 滴定管，容量瓶未校正。 c.試劑誤差所用試劑有雜質(zhì) 例：去離子水不合格； 試劑純度不夠 （含待測(cè)組份或干擾離子）。 d.主觀誤差操作人員主觀因素造成 例：對(duì)指示劑顏色辨別偏深或偏淺； 滴定管讀數(shù)不準(zhǔn)。 2. 偶然誤差 ( 1) 特點(diǎn) a.不恒定 b.難以校正 c.服從正態(tài)分布(統(tǒng)計(jì)規(guī)律) ( 2) 產(chǎn)生的原因 a.偶然因素 b.滴定管讀數(shù) 3. 過(guò)失誤差三、誤差的減免 1. 系統(tǒng)誤差的減免 (1) 方法誤差 采用標(biāo)準(zhǔn)方法,對(duì)比實(shí)驗(yàn) (2) 儀器誤差

14、校正儀器 (3) 試劑誤差 作空白實(shí)驗(yàn) 2. 偶然誤差的減免 增加平行測(cè)定的次數(shù)三、選擇性選擇性是指分析方法不受試樣中基體共存物質(zhì)干擾的程度。選擇性越好，干擾越少。四、標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)曲線是待測(cè)物質(zhì)的濃度或含量與儀器響應(yīng)信號(hào)關(guān)系曲線。由于是用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制的，所以稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線又稱工作曲線。如吸光光度法，在繪制時(shí)，首先在一定條件下配制一系列具有不同已知濃度吸光物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后在確定的波長(zhǎng)和光程等條件下，分別測(cè)量系列溶液的吸光度，繪制A-c曲線，從而得到一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，即標(biāo)準(zhǔn)曲線。當(dāng)需要對(duì)某未知液的濃度cx進(jìn)行測(cè)定時(shí)，只需要在相同條件下測(cè)得未知液的吸光度Ax，就可由cx=Ax/b計(jì)算得

15、出或直接在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得cx。在實(shí)際操作中，應(yīng)注意調(diào)整cx的大小，使其對(duì)應(yīng)的Ax處于標(biāo)準(zhǔn)曲線的直線范圍（線性范圍）之內(nèi)。1.標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍 標(biāo)準(zhǔn)曲線的直線部分所對(duì)應(yīng)的被測(cè)物質(zhì)濃度（或含量）的范圍稱為該方法的線性范圍。2.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 標(biāo)準(zhǔn)曲線是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度（或含量）和其相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)信號(hào)測(cè)量值來(lái)繪制的。如濃度（或含量）分別為x1,x2xn，其相應(yīng)信號(hào)的測(cè)量值分別為y1,y2yn，用簡(jiǎn)單的方法很難繪制出能準(zhǔn)確反映y與x之間關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。通常，用“一元線性回歸法”來(lái)給出y與x的關(guān)系式 y=a+bx （1-1）式中 其中 式(1-1)稱為一元線性回歸方程，b稱為回歸系數(shù)，即回歸直線的斜率

16、，a為截距。3.相關(guān)系數(shù)r 當(dāng)兩個(gè)變量之間直線關(guān)系不夠嚴(yán)格，數(shù)據(jù)的偏離較嚴(yán)重時(shí)，雖然也可以求得一條回歸線，但是，實(shí)際上只有當(dāng)兩個(gè)變量之間存在某種線性關(guān)系時(shí)，這條回歸線才有意義。判斷回歸線是否有意義，可用相關(guān)系數(shù)r來(lái)檢驗(yàn)。相關(guān)系數(shù)的定義式為：r值在-1.0000與+1.0000之間。相關(guān)系數(shù)的物理意義如下：（1）r=1時(shí)，y與x之間存在嚴(yán)格的線性關(guān)系，所有的yi值都在回歸線上。（2） r=0時(shí)， y與x之間完全不存在線性關(guān)系。（3） 0r1時(shí)， y與x之間存在一定的線性關(guān)系。r值愈接近1，線性關(guān)系就愈好五、靈敏度 物質(zhì)單位濃度或單位質(zhì)量的變化引起響應(yīng)信號(hào)值變化的程度，稱為方法的靈敏度，用S表示。 S=dy/dc或dy/dm 式中：dc和dm分別為被測(cè)物質(zhì)的濃度和質(zhì)量的變化量，dy為響應(yīng)信號(hào)的變化量。 靈敏度也就是標(biāo)準(zhǔn)曲線的