儀器分析-緒論

1儀器分析InstrumentalAnalysis任課教師：童愛軍電話：87682(o),82759(lab)地點(diǎn)：理科樓D317室tongaj@輔導(dǎo)教師：魏瑞瑞電話：82759(lab)地點(diǎn)：理科樓D314室wrr09@2教材與參考書一、教材：1課件內(nèi)容為準(zhǔn)2劉密新等，《儀器分析》（第2版），清華大學(xué)出版社，2002二、參考書1武漢大學(xué)主編，《分析化學(xué)》下冊(cè)，第五版，高等教育出版社,20072李克安主編，分析化學(xué)教程，北京大學(xué)出版社，20053DouglasA.Skoogetal.,PrinciplesofInstrumentalAnalysis,6thedition,ThomsonBrooks

,20073教學(xué)進(jìn)度第1周緒論第2周紫外-可見吸收光譜（UV-vis）p96-137第3周紫外-可見吸收光譜（UV-vis）第4周紅外光譜法（IR）p138-169第5周紅外光譜法（IR）第6周氣相色譜法第7周高效液相色譜法（HPLC）p257-298第8周期中考試第9周核磁共振波譜法（NMR）p170-216第10周公共假日（五一）第11周核磁共振波譜法第12周質(zhì)譜法（MS）p299-347第13周質(zhì)譜法第14周原子發(fā)射光譜法（OES）p41-73第15周原子吸收光譜法（AAS）p74-95第16周總復(fù)習(xí)4學(xué)習(xí)要求1.課堂要求手機(jī)處于關(guān)機(jī)或靜音狀態(tài)，不撥打接聽電話或發(fā)送短信息；2.作業(yè)要求作業(yè)布置后下一周上課時(shí)交3.答疑電郵答疑；郵件或電話預(yù)約口頭答疑；考前集中答疑4.考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定作業(yè)成績(jī)：20%期中考試（半開卷，帶A4紙一頁）：30%期末考試（半開卷，帶A4紙一頁）：50%5緒論1Introduction2ChemicalAnalysisandInstrumentalAnalysis3Classification4FigureofMerit5HowtoLearn6Application7PositionInChemistryResearch8CurrentTrends9HomeWork61Introduction“儀器分析”課程概況“儀器分析”是化學(xué)相關(guān)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是生命科學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究的基礎(chǔ)，是測(cè)量物質(zhì)成分（組成）、含量、結(jié)構(gòu)、表面和界面等物理化學(xué)特性的理論和實(shí)驗(yàn)方法。課程目標(biāo)

培養(yǎng)分析儀器的熟練應(yīng)用者和創(chuàng)新型研究人才：掌握常用儀器分析方法原理及應(yīng)用，熟悉儀器結(jié)構(gòu)具備選擇適宜儀器分析方法的能力學(xué)習(xí)創(chuàng)新型思維模式71IntroductionPrefaceof“PrinciplesofInstrumentalAnalysis”Physicalscientists,biologicalscientists,andengineershaveanimpressivearrayofpowerfulandeleganttoolsforgatheringqualitativeandquantitativeinformationaboutthecompositionandstructureofmatter.Studentsofchemistry,biochemistry,physics,geology,health-relatedsciences,engineering,andenvironmentalsciencesmustdevelopanunderstandingofthesetoolsandhowtheyareusedtosolveanalyticalproblems.8分析化學(xué)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造新物質(zhì)，探求物質(zhì)的本質(zhì)化學(xué)是物理學(xué)，生物學(xué)，礦物學(xué)，地球，天文研究的方法化學(xué)：1Introduction9什么是“分析化學(xué)”“分析化學(xué)”是獲取物質(zhì)的化學(xué)信息，研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)及狀態(tài)的科學(xué)。如何獲取物質(zhì)的“化學(xué)信息”化學(xué)與如下科學(xué)結(jié)合，采用其方法和手段獲取物質(zhì)的“質(zhì)”和“量”的資料，從而得到相關(guān)化學(xué)信息：

數(shù)學(xué)物理學(xué)生物學(xué)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)2ChemicalAnalysisandInstrumentalAnalysis10“儀器分析”是分析化學(xué)的重要部分分析化學(xué)儀器分析化學(xué)分析定性分析定量分析重量法容量法酸堿、配位、氧化還原、沉淀、電位滴定“儀器分析”是以物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的一類分析方法，其特征是以儀器作為分析測(cè)量的主要手段。由于這類方法依據(jù)了物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)，因此，亦曾被稱作物理或物理化學(xué)分析法。2ChemicalAnalysisandInstrumentalAnalysis11化學(xué)分析與儀器分析方法比較化學(xué)分析：常量組分分析（>1%），準(zhǔn)確度高（Er=0.1-0.2%）。依據(jù)化學(xué)反應(yīng)，使用玻璃儀器。儀器分析：微量組分分析（<1%），靈敏度高，Er=1-5%。依據(jù)物理或物理化學(xué)性質(zhì)，使用特殊儀器。2ChemicalAnalysisandInstrumentalAnalysis123Classification儀器分析法分類一、根據(jù)研究對(duì)象分類

1.有機(jī)分析

2.無機(jī)分析二、根據(jù)分析任務(wù)分類

1.定性分析

2.定量分析

3.結(jié)構(gòu)解析三、根據(jù)樣品用量分類

1.常量分析

2.半微量分析

3.微量分析133Classification按被分析物質(zhì)含量劃分：常量成分分析（>1%）微量成分分析（1%-10-6）痕量成分分析（<10-6）超痕量成分分析（

10-9）按取樣量劃分：常量樣品分析（>10mg,>1mL）微量樣品分析（0.1-10mg,0.01-1mL）超微量樣品分析（<0.1mg,<0.01mL）按被分析物質(zhì)的狀態(tài)劃分：成分分析表面與界面分析價(jià)態(tài)分析微區(qū)分析結(jié)構(gòu)分析剝層分析ppm,ppb,ppt143Classification按原理、方法分類儀器分析光(波)譜分析法電化學(xué)分析法色譜分析法質(zhì)譜分析法分析儀器聯(lián)用技術(shù)熱分析法153Classification光(波)譜分析法原子光譜法分子光譜法其它波譜法原子發(fā)射光譜法原子吸收光譜法X射線熒光與X射線衍射分析紫外-可見分子吸收光譜分析紅外分子吸收光譜法拉曼光譜法分子熒光與磷光光譜法化學(xué)發(fā)光光譜法核磁共振與順磁共振波譜法X射線光電子能譜和俄歇電子能譜16光譜分析法以物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)(發(fā)射、吸收、散射等)為基礎(chǔ)，依據(jù)物質(zhì)的能量變化而建立起來的一類分析方法3Classification173ClassificationA.光譜分析法

1.紫外－可見分光光度法UV-VIS2.紅外光譜法IR輻射的吸收3.原子吸收光譜法AAS4.核磁共振波譜分析NMR5.順磁共振波譜分析ESR6.光聲光譜法PAS183ClassificationA.光譜分析法

輻射的散射7.拉曼光譜法輻射的旋轉(zhuǎn)8.旋光色散法

9.園二色性法輻射的衍射10.X射線和電子衍射分析193ClassificationA.光譜分析法

11.X射線熒光分析

12.原子發(fā)射光譜分析

輻射的發(fā)射13.電子探針分析

14.電子能譜分析

15.熒光分析和磷光分析

16.化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光分析203ClassificationB.

電化學(xué)分析法以物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的一類分析方法。如電位、電流、電導(dǎo)、電量等電化學(xué)性質(zhì)。電化學(xué)分析法電導(dǎo)分析法電位分析法(pH與離子選擇電極)電流分析法(庫(kù)侖分析和電重量法)伏安分析法(極譜和溶出伏安法)213ClassificationC.色譜分析法以物質(zhì)在互不相溶的兩相中分配系數(shù)的差異而建立起來的一類分析方法。如氣-固、氣-液、液-固、液-液等兩相分離法毛細(xì)管電動(dòng)色譜法色譜分離法電泳分離法氣相色譜法液相色譜法超臨界流體色譜法毛細(xì)管電泳法223ClassificationD.其他分析方法

25.質(zhì)譜法MS26.熱重量分析法TG27.差熱分析法DTA28.示差掃描量熱法DSC29.放射化學(xué)分析

30.動(dòng)力學(xué)方法質(zhì)譜法給待測(cè)物以能量使之電離成帶電碎片，按質(zhì)荷比的大小排列得到質(zhì)譜圖，對(duì)物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行分析的方法。234FigureofMerit儀器分析的主要性能指標(biāo)

準(zhǔn)確度Accuracy

精密度Precision

靈敏度Sensitivity

檢測(cè)限LimitofDetection

線性范圍LinearRange

選擇性Selectivity244FigureofMerit儀器分析的主要性能指標(biāo)

準(zhǔn)確度Accuracy絕對(duì)誤差（absoluteerror）相對(duì)誤差（relativeerror）

測(cè)定值與真值相符合的程度公認(rèn)真值：原子量、純物質(zhì)中各元素的理論含量、標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)值等254FigureofMerit儀器分析的主要性能指標(biāo)

精密度Precision精密度表示平行測(cè)定結(jié)果互相靠近的程度。一般用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（變動(dòng)系數(shù)）表示。264FigureofMerit儀器分析的主要性能指標(biāo)

靈敏度，工作曲線的線性范圍及檢測(cè)限274FigureofMerit儀器分析的主要性能指標(biāo)

靈敏度，工作曲線的線性范圍及檢測(cè)限信號(hào)噪聲工作曲線濃度285HowtoLearn儀器分析的學(xué)習(xí)方法抓住主線：原理、特點(diǎn)、用途；重點(diǎn)在原理歸納共性和個(gè)性：以色譜為例，共性：復(fù)雜混合物分離分析個(gè)性：流動(dòng)相不同，原理差異，對(duì)象不同處理好整體與局部：分析儀器——結(jié)構(gòu)流程——關(guān)鍵部件拓寬知識(shí)面：化學(xué)+物理+電子技術(shù)+計(jì)算機(jī)（綜合學(xué)科）296Application現(xiàn)代儀器分析的應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境科學(xué)材料科學(xué)能源科學(xué)生命科學(xué)信息科學(xué)空間科學(xué)納米科學(xué)306Application社會(huì)：體育興奮劑檢測(cè)、生活產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控（農(nóng)殘、食品添加劑檢測(cè)、水產(chǎn)品新鮮度）、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控（污染實(shí)時(shí)監(jiān)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、分子層次的分析方法生命科學(xué)：DNA測(cè)序，活體檢測(cè)，藥物的有效成分、結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系環(huán)境科學(xué)：環(huán)境檢測(cè)、污染物分析材料科學(xué)：新材料的結(jié)構(gòu)與性能空間科學(xué)：微型、高效、自動(dòng)、智能化儀器研究31例：（1）STM(ScanningTunnelMicroscope)IBM某研究所，1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

可研究物質(zhì)表面的原子結(jié)構(gòu)及形貌?？稍诩{米尺度探測(cè)表面。分辨率高：橫向0.1nm，縱向0.01nm（2）CE(CapillaryElectrophoresis)完成了人類基因組計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)人類基因測(cè)序拉開了后基因時(shí)代序幕7PositionInChemistryResearch（3）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確證從生物組織、DNA、雙螺旋結(jié)構(gòu)，到遺傳機(jī)理的闡明，儀器分析起了關(guān)鍵作用32BDNAARNAZDNA

核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)X-光衍射技術(shù)33Nucleobasesin

SingleStrandDNA

andRNAAC5’3’5’3’GTACGUDNARNA343.4nm0.34nm1nmStructureofB-DNAMajorgrooveMinorgroove?ComplimentaryDNAstrandsmaketheright-handedhelicalduplexwhichshowschirality.?B-DNAisabiologicallymostcommonformandhas

10basepairsperturn.?Basesstacked1/3nmapart?Sugar/phosphatebackbonesareoutside(hydrophilic).主溝副溝積重構(gòu)造oxygenphosphorusnitrogencarbonhydrogen外側(cè)親水的內(nèi)側(cè)疎水的35362002年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)J.B.Fenn,K.Wuthrich,KoiichiTanaka（田中耕一）MALDI-MSMatrixAssistedLaserDesporptionIonization–MassSpectrometry(介質(zhì)支撐激光解吸離子化質(zhì)譜)LD:laserdesorption

學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)：以往方法：生物大分子的結(jié)構(gòu)解析及其方法研究樣品分子直接吸收激光，熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)在離子化時(shí)分解。故不適用于熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)分析7PositionInChemistryResearch37MALDI-MS的原理樣品分子不直接氣化離子化，介質(zhì)試劑氣化時(shí)樣品分子被帶入氣相，與離子化的試劑之間產(chǎn)生質(zhì)子、電子的授受而離子化將樣品分子均勻分散在大量激光吸收率高的試劑中，以脈沖激光照射樣品表面。38獲Nobel獎(jiǎng)的冠醚的發(fā)現(xiàn)過程17PositionInChemistryResearch39獲Nobel獎(jiǎng)的冠醚的發(fā)現(xiàn)過程27PositionInChemistryResearch40獲Nobel獎(jiǎng)的冠醚的發(fā)現(xiàn)過程37PositionInChemistryResearch41獲Nobel獎(jiǎng)的冠醚的發(fā)現(xiàn)過程47PositionInChemistryResearch42C.J.Pedersen:J.Am.Chem.Soc.,89,7017(1967)

冠醚化學(xué)

D.J.Cram:Science,183,803(1974)

主客體化學(xué)J.M.Lehn:PureAppl.Chem.,50,871(1978)

超分子化學(xué)冠醚的發(fā)現(xiàn)主客體化學(xué)超分子化學(xué)7PositionInChemistryResearch43Rotaxanes:JACS,2006,2JACS,2006,7其它超分子舉例448CurrentTrends1)化學(xué)分析到儀器分析2)常量分析到微量分析3)總體分析到表面、局部和深度分析靜態(tài)到動(dòng)態(tài)分析5)新的分析法(獲得“質(zhì)”的信息)

6)新的解析法7)狀態(tài)解析到物質(zhì)體系的診斷45碳的同素異型體46更高的靈敏度/更低的檢測(cè)限更好的選擇性/更少的基體干擾更高的準(zhǔn)確度/更好的精密度更快的分析速度更高的自動(dòng)化程度更完善的多分析物同時(shí)檢測(cè)能力更完善可信的形態(tài)分析更小的樣品量，微損或無損分析原位（insitu）、活體內(nèi)（invivo）、實(shí)時(shí)分析（realtime）更多的應(yīng)用范圍（遙測(cè)；極端或特殊環(huán)境中的分析）高分辨成像8CurrentTrends常量分析到微量分析478CurrentTrends常量分析到微量分析單細(xì)胞中的離子、分子檢測(cè)

單細(xì)胞：大小約1-10

m，是

遠(yuǎn)距離檢測(cè)：

火星巖石的X射線熒光分析

江河湖海等天然水中化學(xué)成分的現(xiàn)場(chǎng)分析（insitu）

48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50nm(0.05

m)顯微拉曼光譜:約1

m顯微紅外光譜: