01儀器分析導論

1、儀器分析Instrumental Analysis2第一章 儀器分析導論Introduction to Instrumental Analysis3你所想到的需要用分析化學方法解決的實際問題第一章 儀器分析導論441976年登陸火星的海盜者1號Viking Lander 1 to Mars5海盜者1號局部第一章 儀器分析導論6海盜者1號說明氣相色譜質(zhì)譜儀X射線熒光分析第一章 儀器分析導論7Spirit （勇氣號） 2003年6月11日發(fā)射，2004 年1月4日,登陸火星 第一章 儀器分析導論8Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) The x-ray

2、mode is sensitive to major elements, such as Mg, Al, Si, K, Ca, and Fe, and to minor elements, including Na, P, S, Cl, Ti, Cr, and Mn. The alpha mode is sensitive to lighter elements, particularly C and O.Microscopic Imager The Mini-TES telescopeMssbauer Spectrometer第一章 儀器分析導論9Mars Science Laborator

3、y（火星科學實驗室）Curiosity（好奇號）2011年11月26日發(fā)射，2012年8月6日登陸火星第一章 儀器分析導論10ChemMin-化學與礦物學分析儀（X射線衍射)SAM-火星樣本分析儀（質(zhì)譜儀、氣相色譜儀和激光分光計)化學與攝像機儀器(激光，光譜儀器）第一章 儀器分析導論112013年上海“毒校服”事件可分解芳香胺染料“禁用偶氮染料”這種染料在與人體長期接觸的過程中，其有害成分被皮膚吸收，在特殊條件下分解產(chǎn)生20多種致癌芳香胺，經(jīng)過活化作用而改變?nèi)梭w的DNA結(jié)構(gòu)，引起病變和誘發(fā)惡性腫瘤物質(zhì)，導致膀胱癌、輸尿管癌、腎盂癌等惡性疾病。如何檢測？第一章 儀器分析導論12歐盟馬肉丑聞發(fā)酵

4、，已批準對肉制品做DNA抽檢 2013年02月17日新華社歐盟稱“馬肉風波”屬于商標問題并非食品安全事件 2013-02-13 新華社2013年2月中旬，歐洲的“馬肉風波”第一章 儀器分析導論13止痛劑成分“苯基丁氮酮” (phenylbutazone)可能引起一些患者出現(xiàn)再生障礙性貧血等不良反應(yīng)，國際上對其進入食物鏈有嚴格限制第一章 儀器分析導論14鎘大米，指鎘含量超標的大米。人體長期食用鎘超標的大米會導致腎臟等器官發(fā)生病變，引發(fā)骨痛病。2013年廣州“鎘大米”事件第一章 儀器分析導論15N-二甲基亞硝胺 2013年復旦投毒事件1994年清華鉈中毒案第一章 儀器分析導論16三聚氰胺事件 第一

5、章 儀器分析導論17三聚氰胺事件-往事并不如煙 按照國家藥品食品監(jiān)督管理局的規(guī)定，03個月 蛋白質(zhì)含量12%，36個月 蛋白質(zhì)含量應(yīng)不低于10%安徽阜陽 只有 2% ， 2003年大頭嬰兒，高死亡美國寵物腎結(jié)石， 2005年美國動物飼料 2008 嬰兒 29萬企業(yè) 監(jiān)管 良心第一章 儀器分析導論18檢測方法凱氏定氮實驗原理三聚氰胺1.有機物中的氮在強熱和CuSO4，濃H2SO4 作用下， 消化生成（NH4）2SO4 2.在凱氏定氮器中與堿作用，通過蒸餾釋放出NH3 ， 收集于 H3BO3 溶液中 第一章 儀器分析導論19實驗儀器凱氏燒瓶（100ml）:1個凱氏定氮裝置移液管(10ml): 1支

6、酸式滴定管(10ml): 1支 1.安全管 2.導管 3.氣水分離管 4.樣品入口 5.塞子6.冷凝管 7.吸收瓶 8.隔熱液套 9.反應(yīng)管 10.蒸氣發(fā)生瓶凱氏定氮裝置圖第一章 儀器分析導論20新方法蛋白質(zhì)分析雙縮脲法 不可靠，誤差大LC-MS/MS/MS 三重四極桿質(zhì)譜 （40萬美元一臺）HPLC, CERAMAN成本，代價，名譽第一章 儀器分析導論21瘦肉精瘦肉率提高10%孔雀石綠事件防止水毒病等，延長魚生命蘇丹紅事件增色增鮮經(jīng)濟利益第一章 儀器分析導論22禁用偶氮染料鎘大米鉈中毒三聚氰胺蘇丹紅孔雀綠苯基丁氮酮N-二甲基亞硝胺 儀器分析責任&挑戰(zhàn)&機遇第一章 儀器分析導論23本章要解決的

7、問題什么是儀器分析 （What）為什么要學習儀器分析（Why）怎么學習儀器分析（How）第一章 儀器分析導論24一儀器分析的定義二儀器分析的發(fā)展歷史三儀器分析方法的分類四儀器分析的特點.什么是儀器分析25分析化學 分析化學是關(guān)于研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學信息的分析方法及理論的一門科學 定性分析 測定樣品中的原子、分子或官能團的信息。定量分析 測定各成分的相對含量。.什么是儀器分析26儀器分析是采用一定的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)及其變化來確定物質(zhì)的化學組成及化學結(jié)構(gòu)的一類分析方法。重量法容量法（酸堿、絡(luò)合、氧化-還原、沉淀等滴定法）定性分析定量分析化學分析儀器分析分析方法

8、一、儀器分析的定義27二儀器分析的發(fā)展歷史第一次變革 19世紀末20世紀初葉 四大平衡理論 定量分析 Classical analytical chemistry 重量法、滴定法等化學分析占主導地位 儀器分析種類少和精度低古代煉金術(shù) 是分析化學的前驅(qū)16世紀，天平的出現(xiàn)。分析化學具有了科學的內(nèi)涵28第二次變革二十世紀三、四十年代測量待測物的一些物化性質(zhì)：電導、電勢、光吸收及發(fā)射、荷質(zhì)比、熒光等并開始應(yīng)用到定量分析中分析化學中儀器方法 Instrumental methods of analysis工業(yè)及技術(shù)發(fā)展的需要和基礎(chǔ)科學技術(shù)的進步,推動了分析儀器的發(fā)展化學分析與儀器分析并重，儀器分析自動

9、化程度低二儀器分析的發(fā)展歷史29二十世紀三、四十年代誕生的儀器分析方法Bloch F 和Purcell E M；1946年建立了核磁共振測定方法； 諾貝爾物理獎1952年；Martin A J P 和Synge R L M；1941年建立了氣相色譜分析法； 諾貝爾化學獎1952年；Heyrovsky J，1922年建立極譜分析法， 諾貝爾化學獎1959年。二儀器分析的發(fā)展歷史30第三次變革 20世紀七、八十年代計算機控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：實現(xiàn)分析過 程的 連續(xù)、快速、實時、智能；促進化學計量學的建立。 化學計量學：利用數(shù)學、統(tǒng)計學的方法設(shè)計選擇最佳分析條件，獲得最大程度的化學信息。以計算機

10、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。近代微電子技術(shù)的發(fā)展使得儀器更靈敏、更準確、自動化程度更高二儀器分析的發(fā)展歷史311901Rontgen et al首次發(fā)現(xiàn)X射線存在1907Michelson et al首次制造精密光譜儀器1922Aston et al發(fā)明質(zhì)譜測定同位素1923Pregl et al發(fā)明有機物微量分析1930Raman et al發(fā)現(xiàn)拉曼效應(yīng)1944Rabi et al用共振方法記錄原子核磁性1948Tiselius et al用電泳法發(fā)現(xiàn)血漿蛋白性質(zhì)1952Bloch et al發(fā)展核磁共振精細測量法1952Martin et al發(fā)明分配色譜1959H

11、eyrovsky et al發(fā)明極譜法1981Siegbahn et al發(fā)明高分辨電子光譜法1981Bloembergen et al發(fā)展激光光譜學1991Ernst 對高分辨核磁共振方法發(fā)展與分析儀器發(fā)明相關(guān)的諾貝爾獎獲得者二儀器分析的發(fā)展歷史32The Nobel Prize in Chemistry 2002 John B. Fenn Koichi Tanaka Kurt Wthrich 1/4 of the prize 1/4 of the prize 1/2 of the prizeUSA Japan Switzerland Virginia Commonwealth Univer

12、sity Richmond, VA, USA Shimadzu Corp. Kyoto, Japan 質(zhì)譜法 研究蛋白質(zhì)Eidgenssische Technische Hochschule (Swiss Federal Institute of Technology) Zurich, Switzerland; The Scripps Research Institute La Jolla, CA, USA b. 1917 b. 1959 b. 1938推動分析儀器發(fā)展的三要素理論技術(shù)對象（問題）1、生產(chǎn)發(fā)展提出迫切需要解決的問題2、問題的解決有待于理論與技術(shù)的提高3、一項新技術(shù)的產(chǎn)生總是以理

13、論作為基礎(chǔ)二儀器分析的發(fā)展歷史33三、儀器分析方法的分類儀器分析電化學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3435 方法分類 主要分析方法 被測物理性質(zhì) 光譜分析 發(fā)射光譜分析、火焰光度分析 輻射的發(fā)射 分子發(fā)光分析法、放射分析法 紫外-可見分光光度法 輻射的吸收 原子吸收分光光度法 紅外光譜法、核磁共振波譜法 比濁法、拉曼光譜法 輻射的散射 折射法、干涉法 輻射的折射 X-射線衍射法、電子衍射法 輻射的衍射 圓二色譜法 輻射偏振方向的旋轉(zhuǎn) 電化學分析 電位法 電極電位 電導法 電導 極譜法、溶出伏安法 電流-電壓色譜分析 氣相色譜法、液相色譜法 薄層色譜法 兩相間的分配

14、熱分析 熱導法、差熱分析法 熱性質(zhì)質(zhì)量分析 質(zhì)譜法 質(zhì)荷比三、儀器分析方法的分類36CARY 1E 紫外可見分光光度計,澳大利亞Varian公司37VECTOR22傅里葉變換紅外光譜儀,德國Bruker公司 38GC-3800 氣相色譜儀 ,美國VARIAN公司 39HP1100高效液相色譜儀, 美國Agilent公司 40原子吸收分光光度計 41原子發(fā)射光譜儀42200兆超導核磁共振波譜儀,美國 Varian 公司43GC-MS, 美國Finnigan-MAT 44LC-MS, 美國Finnigan-MAT 45四、儀器分析的特點靈敏度高、樣品用量少分析速度快、效率高 如直讀光譜儀可以在12

15、分鐘內(nèi)同時測出20多種 元素的含量。濃度誤差稱量體積化學分析mg/L0.2gmL儀器分析g/L10%mgL選擇性較好 用離子選擇性電極可測指定離子的濃度46能夠滿足特殊要求 結(jié)構(gòu)分析-如UV吸光度形態(tài)和價態(tài)分析-鋁添加劑各種成分分析表面與無損分析 文物的分析 - 13C中子活化分析 金首飾中含金量分析-X-rays熒光分析遙控和自動分析 -火星探測器中帶有多種分析裝置。四、儀器分析的特點47一般儀器價格較貴，維修使用成本較高UV-Vis 0.5 3 萬美元HPLC 58 萬美元LC-MS 20萬美元800MHz NMR120萬美元。準確度相對較低；四、儀器分析的特點48.為什么要學習儀器分析大

16、量的工作職位49一、生命科學中的分析化學后基因組學： 基因診斷、基因藥物開發(fā)等蛋白組學：小分子與蛋白質(zhì)、核酸等大分子作用 引起構(gòu)象變化并影響其功能生物芯片、生物傳感器等中草藥有效成分分析-指紋圖譜傳染性疾病的快速鑒定.為什么要學習儀器分析人類基因組計劃Jianzhong Zhang, a fellow University of Alberta scientist, together with Dr. Dovichi were the ones who developed the DNA sequencer that played a critical role in the breakthr

17、ough of gene-mapping by the Human Genome project.一、生命科學中的分析化學5051H7N9是禽流感的一種亞型。顆粒外膜由兩型表面糖蛋白覆蓋，一型為血細胞凝集素（即H），一型為神經(jīng)氨酸酶（即N），H又分15個亞型，N分9個亞型。依據(jù)流感病毒特征可分為HxNx共135種亞型。李松研究員組織團隊對H7N9病毒基因組序列進行分析，認為H7N9病毒神經(jīng)氨酸酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提示神經(jīng)氨酸酶抑制劑對此次疫情有效。H7N9最新報道：神經(jīng)氨酸酶（NA）“292位氨基酸”從R（精氨酸）突變?yōu)镵（賴氨酸），病毒已呈現(xiàn)耐藥性 。 一、生命科學中的分析化學52腫瘤細胞的熒光顯微

18、圖一、生命科學中的分析化學53單個細胞的分析是用微玻管電極（膜片電極或膜片吸管）接觸細胞膜，以吉歐姆（109)以上的阻抗使之封接，使與電極尖開口處相接的細胞膜的小區(qū)域（膜片）與其周圍在電化學上絕緣，在此基礎(chǔ)上固定電位，對膜片上的離子電流（pA級)進行監(jiān)測記錄的方法。54二、環(huán)境科學中的分析化學環(huán)境分析化學環(huán)境過程化學與分析化學環(huán)境生化分析綠色化學中分析測試等55二、環(huán)境科學中的分析化學56用反相液-液色譜分離稠環(huán)芳烴苯萘聯(lián)苯菲蒽螢蒽芘苝 11. 苯并e芘12. 苯并a芘57三、材料與信息科學中的分析化學材料的結(jié)構(gòu)分析納米材料的可控組裝及表征納米材料的譜學分析、界面表征納米金剛石58磁盤沖洗水樣

19、的測定微電子三、材料與信息科學中的分析化學59半導體級異丙醇中雜質(zhì)的測定三、材料與信息科學中的分析化學60四、化學過程中的分析化學化工過程的質(zhì)量控制、在線分析等61工業(yè)在線分析CO2四、化學過程中的分析化學62五、食品安全中的分析化學蘇丹紅, 假酒,瘦肉精(鹽酸克倫特羅 )， 三聚氰胺塑化劑甲胺磷農(nóng)藥成分 嘔吐、腹瀉毒餃子事件政治事件636364五、食品安全中的分析化學65. 如何學習儀器分析3. 掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法1.掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息2. 了解儀器的結(jié)構(gòu)，方框圖4. 學會選擇分析方法66強度物理量定量峰高，峰面積定性特征尺度1. 掌握方法的基本原理，了解方法可

20、提供的信息. 如何學習儀器分析67信號發(fā)生轉(zhuǎn)換或檢測器信號處理器分析信號電或機械信號表頭記錄儀數(shù)字輸出（計算機）信號處理： 運算放大信號發(fā)生器：產(chǎn)生可以反映待測物存在及濃度的裝置， 多半為離子或化合物自身AES中激發(fā)態(tài)原子電化學pH H+活度檢測器： 光電轉(zhuǎn)換器 電位計輸出： 記錄儀、計算機2. 了解儀器的結(jié)構(gòu)，方框圖. 如何學習儀器分析683. 掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法定性方法定量方法. 如何學習儀器分析694分析方法的選擇對樣品了解：準確度、精確度要求可用樣品量待測物濃度范圍可能的干擾樣品基體的物化性質(zhì)多少樣品（經(jīng)濟）. 如何學習儀器分析70對方法要求：精度 絕對偏差、相對偏差、變異系數(shù)誤差系統(tǒng)誤差、相對誤差靈敏度校正曲線靈敏度、分析靈敏度檢出限(RSN)blank濃度范圍定量限與線性檢測限選擇性選擇性系數(shù). 如何學習儀器分析71其他方法學特征：分析速度易操作性操作者熟練程度的要求儀器成本每個樣品分析的成本環(huán)境代價. 如何學習儀器分析72一個好的分析方