浙师大仪器分析基础讲义.pdf

1浙 江 师 范 大 学仪器分析仪器分析Analytical Chemistry主 讲：缪吉根教 授主 讲：缪吉根教 授电话电话:2283173 E-mail:2缪吉根教授，浙江江山人。缪吉根教授，浙江江山人。1978年年7月毕业于杭州大学化学系，月毕业于杭州大学化学系，1993年在武汉大学分子光谱博士点做访问学者。年在武汉大学分子光谱博士点做访问学者。浙江省首批精品建设课程分析化学负责人。浙江省首批精品建设课程分析化学负责人。浙江师范大学重点建设课程分析化学负责人。浙江师范大学重点建设课程分析化学负责人。从事分析化学教学、科研工作从事分析化学教学、科研工作29年。年。办公、实验室办公、实验室:化学楼化学楼305、330室。室。联系电话：联系电话：2283173，617535Email:教师介绍教师介绍浙江师范大学分析化学3让我们：多联系，常沟通，真诚协作，相互理解，共同努力，圆满完成本课程的学习任务。让我们：多联系，常沟通，真诚协作，相互理解，共同努力，圆满完成本课程的学习任务。祝同学们：身体健康，学习进步，万事胜意！祝同学们：身体健康，学习进步，万事胜意！浙江师范大学分析化学4仪器分析（分析化学下册）课程内容仪器分析（分析化学下册）课程内容第一章绪论光学分析法：第二、三第一章绪论光学分析法：第二、三(含上册十含上册十)、五、六、七章电化学分析法：第八、九、十、十一章色谱分析法：第十二章、五、六、七章电化学分析法：第八、九、十、十一章色谱分析法：第十二章浙江师范大学分析化学5主要参考书：主要参考书：1.华中师范大学等校编。分析化学（下册），第三版，高等教育出版社，华中师范大学等校编。分析化学（下册），第三版，高等教育出版社，2001.62.林树昌，曾泳淮林树昌，曾泳淮.分析化学（仪器分析部分）分析化学（仪器分析部分）,高等教育出版社，高等教育出版社，2002.4参考书：参考书：(P.300)1.赵藻潘等赵藻潘等.仪器分析仪器分析,高等教育出版社，高等教育出版社，1990.2.奚治文等奚治文等.仪器分析仪器分析,四川大学出版社，四川大学出版社，1992.3.朱明华朱明华.仪器分析仪器分析,高等教育出版社，高等教育出版社，1983.4.戴树桂等戴树桂等.仪器分析仪器分析,高等教育出版社，高等教育出版社，1984.5.美美 H.H.威拉德 等威拉德 等.李树田译李树田译.仪器分析法仪器分析法,机械工业出版社，机械工业出版社，1982.6.Ames D.Ingle,Jr.张寒琦等译张寒琦等译.光谱化学分析法，吉林大学出版社，光谱化学分析法，吉林大学出版社，1996.7.南开大学化学系南开大学化学系.仪器分析（上、下）仪器分析（上、下）,高等教育出版社，高等教育出版社，1978.8.复旦大学化学系复旦大学化学系.仪器分析实验仪器分析实验,复旦大学出版社，复旦大学出版社，1987.浙江师范大学分析化学6学习要求学习要求仪器分析是一门以实验为主的学科，要求熟练掌握规范的实验操作技能。仪器分析理论仪器分析是一门以实验为主的学科，要求熟练掌握规范的实验操作技能。仪器分析理论特点特点：内容多、描述性多、公式多、概念多，课时少、推理少。：内容多、描述性多、公式多、概念多，课时少、推理少。学习方法学习方法：课前预习，认真听课，做好笔记。明确要求和分析问题的思路。通过自学，归纳总结，多做习题，将知识横向、纵向联系起来。：课前预习，认真听课，做好笔记。明确要求和分析问题的思路。通过自学，归纳总结，多做习题，将知识横向、纵向联系起来。学习目的学习目的：提高观察、思维、自学：提高观察、思维、自学、实验操作、计算、总结、分析问题解决问题等方面的能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度。、实验操作、计算、总结、分析问题解决问题等方面的能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度。浙江师范大学分析化学7第一章绪论第一章绪论本章基本要求本章基本要求1.了解仪器分析和化学分析的特点了解仪器分析和化学分析的特点2.了解仪器分析的分类了解仪器分析的分类3.了解仪器分析的发展概况了解仪器分析的发展概况4.掌握定量分析的评价指标（线性范围、线性回归、相关系数、灵敏度和检出限）掌握定量分析的评价指标（线性范围、线性回归、相关系数、灵敏度和检出限）浙江师范大学分析化学8第一节仪器分析简介第一节仪器分析简介分析化学是化学测量和表征的综合学科。化学测量分析化学是化学测量和表征的综合学科。化学测量获取指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息；表征获取指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息；表征精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。浙江师范大学分析化学9项目化学分析仪器分析项目化学分析仪器分析1.信息主要来源化学性质物理性质、物理化学性质、（生物化学、生物性质等）信息主要来源化学性质物理性质、物理化学性质、（生物化学、生物性质等）2.仪器设备 比较简单比较复杂，价格昂贵仪器设备 比较简单比较复杂，价格昂贵3.检测能力较 差。用于：常量组分检测能力较 差。用于：常量组分(1%)及微 量 组 分及微 量 组 分(0.01%1%)的测定较 强。用 于：痕 量 组 分的测定较 强。用 于：痕 量 组 分(0.1g 或或10mL)及半微 量 分 析及半微 量 分 析(0.01 0.1 g或或 110mL)较少。固体试样（数毫克，数微克），液体试样较少。固体试样（数毫克，数微克），液体试样(106L，109L)用于：微量分析用于：微量分析(0.110mg或或 0.011mL)超微量分析超微量分析(0.1mg 或或0.01mL)5.分析效率较低。一次测定需要数分钟分析效率较低。一次测定需要数分钟数小时。很高。原子吸收数小时。很高。原子吸收 120 个样个样/h，光电直读光谱在，光电直读光谱在 2min 内可给出试样中内可给出试样中 2030 种元素的分析结果种元素的分析结果一、化学分析与仪器分析的特点比较一、化学分析与仪器分析的特点比较浙江师范大学分析化学11项目化学分析仪器分析项目化学分析仪器分析6.用途一般只用于离线的成分分析更广泛。用于成分分析，价态、状态、结构分析，无损分析，表面、微区分析，在线分析和活体分析用途一般只用于离线的成分分析更广泛。用于成分分析，价态、状态、结构分析，无损分析，表面、微区分析，在线分析和活体分析7.准确度较高。相对误差准确度较高。相对误差10%。但对于化学分析无法进行的痕量分析和超痕量分析仍能满足对准确度的要求。但对于化学分析无法进行的痕量分析和超痕量分析仍能满足对准确度的要求。一、化学分析与仪器分析的特点比较一、化学分析与仪器分析的特点比较仪器分析和化学分析之间无截然区分的界限仪器分析和化学分析之间无截然区分的界限浙江师范大学分析化学12二、仪器分析的作用和地位二、仪器分析的作用和地位定性分析、定量分析；化学结构和晶体结构的测定；各种化学平衡常数如焓、熵、自由能变化等热力学函数的测定；以及对各种化学反应机理的研究，都离不开仪器分析法。定性分析、定量分析；化学结构和晶体结构的测定；各种化学平衡常数如焓、熵、自由能变化等热力学函数的测定；以及对各种化学反应机理的研究，都离不开仪器分析法。浙江师范大学分析化学13三、仪器分析法的分类三、仪器分析法的分类仪器分析法仪器分析法光学分析法光学分析法浙江师范大学分析化学电化学分析法其它分析法（质谱法，放射分析法，热分析法）光谱分析法电导分析法，电位分析法电解分析法，库仑分析法极谱分析法，伏安分析法紫外可见分光光度法红外吸收光谱法分子荧光光谱法电化学分析法其它分析法（质谱法，放射分析法，热分析法）光谱分析法电导分析法，电位分析法电解分析法，库仑分析法极谱分析法，伏安分析法紫外可见分光光度法红外吸收光谱法分子荧光光谱法(核磁共振波谱法核磁共振波谱法,分子磷光 光 谱 法，化 学 发 光法，激光拉曼光谱法）原子光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法分子光谱法分子磷光 光 谱 法，化 学 发 光法，激光拉曼光谱法）原子光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法分子光谱法非光谱分析法（反射、折射、干涉、衍射、偏振等色谱分析法（气相色谱，液相色谱，毛细管电泳色谱法非光谱分析法（反射、折射、干涉、衍射、偏振等色谱分析法（气相色谱，液相色谱，毛细管电泳色谱法)根据仪器测量信号的类型根据仪器测量信号的类型14选择分析方法考虑的因素：选择分析方法考虑的因素：1待测组分的含量待测组分的含量与分析方法可测定的有效与分析方法可测定的有效浓度范围浓度范围是否相符；是否相符；2分析结果所要求的精密度和准确度分析结果所要求的精密度和准确度；3要求给出分析结果的速度要求给出分析结果的速度；4实验实验室已有的设备条件室已有的设备条件；5分析工作人员分析工作人员对该方法的掌握程度和工作经验；对该方法的掌握程度和工作经验；6完成分析工作所需的成本完成分析工作所需的成本。浙江师范大学分析化学15选择分析方法考虑的因素：选择分析方法考虑的因素：1待测组分的含量待测组分的含量与分析方法可测定的有效与分析方法可测定的有效浓度范围浓度范围是否相符；是否相符；2分析结果所要求的精密度和准确度分析结果所要求的精密度和准确度；3要求给出分析结果的速度要求给出分析结果的速度；4实验实验室已有的设备条件室已有的设备条件；5分析工作人员分析工作人员对该方法的掌握程度和工作经验；对该方法的掌握程度和工作经验；6完成分析工作所需的成本完成分析工作所需的成本。浙江师范大学分析化学16四、仪器分析的发展趋势四、仪器分析的发展趋势1.创新化；各学科相互渗透，新仪器、新方法（灵敏、快速）不断出现。1.创新化；各学科相互渗透，新仪器、新方法（灵敏、快速）不断出现。浙江师范大学分析化学17获 奖 人项 目 内 容获奖年获 奖 人项 目 内 容获奖年W.H.Bragg，W.L.Bragg(英)应用 X 射线研究晶体结构（物理奖）1915W.H.Bragg，W.L.Bragg(英)应用 X 射线研究晶体结构（物理奖）1915F.W.Aston(英)用质谱法发现同位素并应用于定量分析(化学奖)1922F.W.Aston(英)用质谱法发现同位素并应用于定量分析(化学奖)1922F.Pregal(奥地利)开创有机物的微量分析法（化学奖）1923F.Pregal(奥地利)开创有机物的微量分析法（化学奖）1923F.Bloch,E.M.Purcell(美)发明核磁的测定方法（物理奖）1952F.Bloch,E.M.Purcell(美)发明核磁的测定方法（物理奖）1952A.J.P.Moartin,R.L.M.Synge(英)开创气相分配色谱分析法（化学奖）1952A.J.P.Moartin,R.L.M.Synge(英)开创气相分配色谱分析法（化学奖）1952J.Heyrousky(捷)开创极谱分析法（化学奖）1959J.Heyrousky(捷)开创极谱分析法（化学奖）1959R.Yalow(美)开创放射免疫分析法（生理医学奖）1977R.Yalow(美)开创放射免疫分析法（生理医学奖）1977K.M.Siegbahn(瑞典)发展高分辩电子光谱学并应用于化学分析(物理奖)1981K.M.Siegbahn(瑞典)发展高分辩电子光谱学并应用于化学分析(物理奖)1981仪器分析获诺贝尔奖的项目仪器分析获诺贝尔奖的项目浙江师范大学分析化学18四、仪器分析的发展趋势四、仪器分析的发展趋势1.创新化；各学科相互渗透，新仪器、新方法（灵敏、快速）不断出现。创新化；各学科相互渗透，新仪器、新方法（灵敏、快速）不断出现。2.计算机化；目前计算机已经用于测量数据的记录和处理，仪器的调控和操作，实现分析操作自动化。专门化，专用化计算机化；目前计算机已经用于测量数据的记录和处理，仪器的调控和操作，实现分析操作自动化。专门化，专用化3.联用化；各种仪器方法相互渗透和联用；气相色谱质谱联用仪，气相色谱红外光谱联用仪等。联用化；各种仪器方法相互渗透和联用；气相色谱质谱联用仪，气相色谱红外光谱联用仪等。4.开拓新的应用范围和研究领域；酶分析、免疫分析等。开拓新的应用范围和研究领域；酶分析、免疫分析等。浙江师范大学分析化学19现代分析化学学科发展趋势及特点现代分析化学学科发展趋势及特点1.提高灵敏度提高灵敏度2.解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性3.扩展时空多维信息扩展时空多维信息4.微型化及微环境的表征与测定微型化及微环境的表征与测定5.形态、状态分析及表征形态、状态分析及表征6.生物大分子及生物活性物质的表征与测定生物大分子及生物活性物质的表征与测定7.非破坏性检测及遥控监测非破坏性检测及遥控监测8.自动化与智能化自动化与智能化浙江师范大学分析化学20分析化学发展三要素分析化学发展三要素生产单位的分析家生产单位的分析家仪器研发制造部门的分析家仪器研发制造部门的分析家高校、科研单位的分析家高校、科研单位的分析家分析对象分析对象技术技术理论理论浙江师范大学分析化学21第二节定量分析方法的评价指标一、标准曲线（一）标准曲线及线性范围标准曲线第二节定量分析方法的评价指标一、标准曲线（一）标准曲线及线性范围标准曲线被测物质的浓度被测物质的浓度(或含量或含量)与仪器响应信号的关系曲线。设：浓度为与仪器响应信号的关系曲线。设：浓度为x1,x2,x3,x4,x5,x6，响应信号的测量值为，响应信号的测量值为y1,y2,y3,y4,y5,y6。浙江师范大学分析化学22x1 x2 x3 x4 x5 x6 浓度或含量浓度或含量y6y5y4y3y2y1响应信号强度响应信号强度比例：接近比例：接近45度角点：要准、小线：细、兼顾各点度角点：要准、小线：细、兼顾各点浙江师范大学分析化学23第二节定量分析方法的评价指标一、标准曲线（一）标准曲线及线性范围标准曲线第二节定量分析方法的评价指标一、标准曲线（一）标准曲线及线性范围标准曲线与被测物质的浓度与被测物质的浓度(或含量或含量)与仪器响应信号的关系曲线。设：浓度为与仪器响应信号的关系曲线。设：浓度为x1,x2,x3,x4,x5,x6，响应信号的测量值为，响应信号的测量值为y1,y2,y3,y4,y5,y6。（曲线在下页）（曲线在下页）线性范围线性范围标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度(或含量或含量)的范围。的范围。浙江师范大学分析化学24x1 x2 x3 x4 x5 x6 浓度或含量浓度或含量y1y1y1y1y1y1响应信号强度响应信号强度比例：接近比例：接近45度角点：要准、小线：细、兼顾各点度角点：要准、小线：细、兼顾各点浙江师范大学分析化学25（二）标准曲线的线性回归方程（二）标准曲线的线性回归方程y=a+bx直线方程直线方程nyynii=1=niiniiixxyyxxb121)()(xbya=nxxnii=1a截距截距b回归系数，回归直线的斜率回归系数，回归直线的斜率yyxxayx=时，；当时，当=时，；当时，当0浙江师范大学分析化学26；10,000.1=rr（二）相关系数（二）相关系数(r)相关系数相关系数表征表征x与与y 之间线性关系好坏的一个统计参数。之间线性关系好坏的一个统计参数。=niniiiniiiyyxxyyxxr11221)()()(;1上响应信号都在一条直线存在严格的线性关系，与时，上响应信号都在一条直线存在严格的线性关系，与时，xyr=不存在线性关系。与时，不存在线性关系。与时，xyr0=999.0 r定量分析一般要求：定量分析一般要求：浙江师范大学分析化学27二、灵敏度二、灵敏度(S)灵敏度灵敏度物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度。标准曲线的斜率物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度。标准曲线的斜率(b)。许多方法的灵敏度随实验条件而变化，不是主要的评价指标。许多方法的灵敏度随实验条件而变化，不是主要的评价指标。myScySdddd=或=或dy 响应信号的变化量响应信号的变化量dc 被测物质浓度的变化量被测物质浓度的变化量dm被测物质质量的变化量被测物质质量的变化量浙江师范大学分析化学28二、精密度二、精密度1)(12=nxxsnii%100r=xss精密度精密度同一方法，对同一试样进行多次测定所得结果一致的程度。用标准偏差同一方法，对同一试样进行多次测定所得结果一致的程度。用标准偏差(s)或相对标准偏差或相对标准偏差(sr)量度。重复性量度。重复性同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度。再现性同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度。再现性不同实验室所得测定结果的精密度。不同实验室所得测定结果的精密度。浙江师范大学分析化学29四、准确度四、准确度准确度准确度测定值与真实值测定值与真实值(标准值标准值)相符合的程度。用相对误差量度。决定分析结果的可靠性。保证准确度的条件：消除系统误差后有较好的精密度。相符合的程度。用相对误差量度。决定分析结果的可靠性。保证准确度的条件：消除系统误差后有较好的精密度。%100r=xE浙江师范大学分析化学30五、检出限五、检出限(D)检出限检出限某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度（相对检出限）或最小质量（绝对检出限）。光学分析中，某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度（相对检出限）或最小质量（绝对检出限）。光学分析中，IUPAC建议，检出限为建议，检出限为SsSXXDbbL3=式中：=式中：XL可以与空白信号区别的最小信号；可以与空白信号区别的最小信号；空白信号的平均值；空白信号的平均值；sb空白信号的标准偏差；空白信号的标准偏差；S方法的灵敏度。方法的灵敏度。bX浙江师范大学分析化学31检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标。方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。主要指标：精密度、准确度和检出限检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标。方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。主要指标：精密度、准确度和检出限习题：习题：P7 2,3,4格式：布置作业的日期，题与题之间空一行。应有解、公式、代入数据和答等。书写规范、按时交作业。格式：布置作业的日期，题与题之间空一行。应有解、公式、代入数据和答等。书写规范、按时交作业。通知：通知：下周介绍第三章紫外可见分光光度法，请带上分析化学上、下册教材。下周介绍第三章紫外可见分光光度法，请带上分析化学上、下册教材。浙江师范大学分析化学