儀器分析(武漢大學(xué))01緒論課件

1、儀 器 分 析授課教師:戚琦授課班級(jí):09化本學(xué)時(shí)數(shù): 48學(xué)時(shí)授課時(shí)間:每周二、周四上午第三、四節(jié)，至第十二周結(jié)束課程學(xué)習(xí)要求：1、按時(shí)上課，不遲到不早退。 2、上課時(shí)請(qǐng)同學(xué)們不要說(shuō)閑話，造成對(duì)老師授課時(shí)的干擾。請(qǐng)不要做與本課程無(wú)關(guān)的雜事。 3、做好相關(guān)的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)工作。上課時(shí)作好筆記，課后做好老師布置的作業(yè)。如何學(xué)習(xí)儀器分析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)、工作原理和方框圖3.掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法4.反復(fù)閱讀教本，獨(dú)立完成作業(yè)第一章 緒 論 Introduction 分析化學(xué)的地位 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已經(jīng)頒布的所有諾貝爾物理、化學(xué)獎(jiǎng)中，有四分之一的項(xiàng)目和分析化學(xué)

2、直接有關(guān)。國(guó)際：36國(guó)家，1075個(gè)分析化學(xué)機(jī)構(gòu)；美國(guó)20萬(wàn)化學(xué)家，4萬(wàn)多從事分析化學(xué)，3000多所大學(xué)，270多所有分析化學(xué)專(zhuān)業(yè)。有的國(guó)家大學(xué)單獨(dú)設(shè)系。中國(guó)：10個(gè)國(guó)家級(jí)分析測(cè)試中心，12個(gè)部級(jí)測(cè)試中心，21個(gè)省市測(cè)試中心，137個(gè)國(guó)家級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，300多個(gè)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)室，8千多個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，數(shù)十萬(wàn)龐大的分析隊(duì)伍。技術(shù)發(fā)展Problem OrientedGLP Lab現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室便攜式 分析儀器集成系統(tǒng)發(fā)展創(chuàng)新儀器食品安全和毒品等儀器分析的產(chǎn)生什么是儀器分析？ 一般的說(shuō)，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)

3、組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類(lèi)方法。 這些方法一般都有獨(dú)立的方法原理及理論基礎(chǔ)。儀器分析的產(chǎn)生是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要、必然，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)理論對(duì)象（問(wèn)題）技術(shù)表1 各種儀器分析方法的靈敏度4 儀器分析的歷史發(fā)展概況儀器分析的三次巨大變革4.1 第一次變革4.1.1 16世紀(jì)分析天平的發(fā)明,分析化學(xué)具有了科學(xué)的內(nèi)涵；4.1.2 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(mén)操作技術(shù)變成一門(mén)科學(xué)； 特點(diǎn)：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(lèi)少和精度低；4.3 第三次變革從20世紀(jì)70年代末至今特點(diǎn)：分析儀器的智能化，加快了數(shù)

4、據(jù)處理的速度，即高效率、微觀化、微量化和自動(dòng)化是現(xiàn)代分析化學(xué)的特色。目前高水平、高尖端的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果均是建立在高精度的儀器分析方法的基礎(chǔ)上的。據(jù)日本讀賣(mài)新聞2003年8月日?qǐng)?bào)道，文部科學(xué)省申請(qǐng)億美元的政府預(yù)算，開(kāi)發(fā)世界尖端的分析計(jì)算測(cè)量?jī)x器，以促使更多諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的科研成果誕生。日本文部科學(xué)省通過(guò)專(zhuān)家研討機(jī)構(gòu)，選定了對(duì)尖端分析計(jì)算測(cè)量?jī)x器要求高、有望出現(xiàn)重大科研成果的三個(gè)領(lǐng)域，分別是：生命科學(xué)，納米技術(shù)、材料和信息通信，以及環(huán)境科技。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(yú)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

5、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?？植酪u擊不法污染排放室內(nèi)裝修污染，食品安全情況。據(jù)監(jiān)測(cè)，20日7時(shí)，在吉林界內(nèi)的第二松花江匯入我省界第一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面即肇源斷面開(kāi)始檢出苯超標(biāo)，表明污染帶前鋒已達(dá)我省。20日16時(shí)肇源斷面硝基苯也開(kāi)始超標(biāo)，21日9時(shí)，硝基苯超標(biāo)29.1倍，較高濃度污染帶約80公里，流經(jīng)持續(xù)時(shí)間為40小時(shí)左右。另?yè)?jù)松遼委21日函報(bào)，19日21時(shí)污染團(tuán)進(jìn)入省界緩沖區(qū)，苯超標(biāo)2.5倍，硝基苯超標(biāo)103.6倍。

6、目前污染帶已通過(guò)肇源斷面，正在向下游移動(dòng)。據(jù)最新監(jiān)測(cè)結(jié)果報(bào)告，距四方臺(tái)哈爾濱市取水口73公里的三家子斷面，23日4時(shí)監(jiān)測(cè)硝基苯超標(biāo)28.56倍。 突發(fā)污染海洋污染與赤潮建 蓮甘 草丹 參枸 杞海洋浮標(biāo)與微型實(shí)驗(yàn)室原位、在線、實(shí)時(shí)、多維、微區(qū)天、空、面、底立體檢測(cè)原位在線無(wú)人值守體液、單細(xì)胞分析5 儀器分析發(fā)展趨勢(shì)展望 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(lèi)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

7、維分析儀器。 5.1分析儀器是人們感覺(jué)器官的延伸 5.2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”。5.3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，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。 5.4建立和發(fā)展虛擬儀器概念 利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上

8、適當(dāng)設(shè)計(jì)的儀器硬件和專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用軟件，構(gòu)成虛擬儀器，使其既具有傳統(tǒng)儀器的基本功能、又能由用戶根據(jù)自己的需求變化隨時(shí)定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用要求.虛擬儀器不但靈活可變、功能強(qiáng)大，而且作用方便，便于技術(shù)升級(jí)更新，價(jià)格也低廉（尤其儀器系統(tǒng)的使用維護(hù)費(fèi)用低）。 5.5 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(lèi)健康生活、監(jiān)控病人病情、預(yù)防災(zāi)害發(fā)生等方面起著重大的作用。 沒(méi)有新型DNA分析儀的進(jìn)一步發(fā)展，人類(lèi)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。 2008年美籍華裔錢(qián)永健因在熒光蛋白研究領(lǐng)域的成果而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).他的父親錢(qián)學(xué)榘是美國(guó)波音公司的工

9、程師,舅舅是麻省理工學(xué)院的的工程學(xué)教授,堂叔是中國(guó)導(dǎo)彈之父錢(qián)學(xué)森,哥哥錢(qián)永佑是神經(jīng)生物學(xué)家美國(guó)科學(xué)院院士斯坦福大學(xué)教授.堂兄錢(qián)永剛是中國(guó)解放軍某研究所高級(jí)工程師,上海交通大學(xué)兼職教授. 錢(qián)永健1952年出生,后進(jìn)入哈佛大學(xué)學(xué)習(xí),20歲獲得化學(xué)和物理學(xué)士學(xué)位并前往劍橋大學(xué)深造,1977年獲得生理學(xué)博士學(xué)位.1981年到加州大學(xué)伯克利分校任教授.目前他將實(shí)驗(yàn)室搬至加州大學(xué)圣地亞哥分校,任藥理學(xué)教授和化學(xué)與生物化學(xué)教授. 錢(qián)永健利用其在化學(xué)與生物學(xué)方面的天分找到了讓綠色熒光蛋白更亮更持久發(fā)光的辦法.它所發(fā)出的熒光就象一盞明燈,幫助研究人員發(fā)現(xiàn)生命體在分子層面和細(xì)胞層面的諸多反應(yīng).第二節(jié) 儀器分析方法

10、的類(lèi)型儀器分析電化學(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1 光學(xué)分析法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光學(xué)分析法 某能量作用于待測(cè)物質(zhì)后測(cè)定其產(chǎn)生的輻射訊號(hào)或引起的某些變化的分析方法。1.非光譜法-指那些不以光的波長(zhǎng)為特征、訊號(hào)，僅通過(guò)測(cè)量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（反射、折射等）的變化的分析方法。如：干涉法、折射法、散射法、旋光法、衍射法等。2.光譜法-以光的吸收、發(fā)射和拉曼散射等作用建立起來(lái)的光分析法。通過(guò)檢測(cè)光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行分析。 如：AAS,AES,AFS,UVS,IR,NMR等。2. 電分析化學(xué)方法電化學(xué)分析法電位分析法

11、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 根據(jù)物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)及其變化來(lái)進(jìn)行分析的方法.3. 色譜分析法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 根據(jù)混合物各組分在互不相溶的兩相（固定相、流動(dòng)相）中的吸附能力，分配系數(shù)或其親和作用性能的差異來(lái)進(jìn)行分離和測(cè)定的方法。4. 其它儀器分析方法 質(zhì)譜， 熱分析， 放射分析其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法放射分析分析化學(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

12、界、薄層、毛細(xì)管電泳紫外、紅外、核磁、質(zhì)譜第三節(jié) 分析儀器信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生可以反映待測(cè)物存在及濃度的信號(hào)裝置，多半為離子或化合物自身。檢測(cè)器：光電轉(zhuǎn)換器 電位計(jì)信號(hào)處理：運(yùn)算放大輸出：記錄儀、計(jì)算機(jī)1 分析儀器的基本結(jié)構(gòu)單元我院目前裝備的部分分析儀器雅典奧運(yùn)會(huì)興奮劑檢測(cè)中心中國(guó)興奮劑檢測(cè)中心擁有符合國(guó)際奧委會(huì)要求的現(xiàn)代化檢測(cè)儀器設(shè)備，曾被確定為2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)的備用實(shí)驗(yàn)室， 在過(guò)去的10多年中，每年都有實(shí)驗(yàn)室因未能通過(guò)復(fù)試而被降級(jí)或取消資格。 由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)行興奮劑檢測(cè)的技術(shù)難度很大、要求極高。要查出1毫升尿液中含有的2納克（1納克等于十億分之一克）興奮劑，就相當(dāng)于在5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池

13、（50米*25米）的水量中放入一小勺糖，然后隨意抽取一小瓶進(jìn)行化驗(yàn)。YN-CL型農(nóng)藥殘毒儀有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘毒快速檢測(cè)便攜式多成份煙氣分析儀(測(cè)量排煙溫度、煙氣中的O2、CO、SO2、NO、NO2、微壓（P）等參數(shù))COD(化學(xué)耗氧量) 快速測(cè)定儀-度量污水中的全部有機(jī)污染物的濃度 Nicolet 紅外光譜儀HP高壓液相色譜儀日立F-4500熒光分光光度計(jì)(Fluorescence Spectrophotometry)日本Jascoo公司熒光分光光度計(jì)日本島津公司的原子吸收（Atomic Absorption Spectrometry）Perkin-Elemer的原子吸收（Atomic

14、 Absorption Spectrometry）Perkin-Elemer ICP AA-100B核磁共振儀 2 分析儀器的性能指標(biāo)2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線-又稱(chēng)工作曲線。 如吸光光度法，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)。2.2 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(chēng)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)曲線的斜率。斜率越大，方法的靈敏度就越高。2.3 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(chēng)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(chēng)為再現(xiàn)性.2.4 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）相符合的程度稱(chēng)為準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度常用相對(duì)誤差度量.