仪器-绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,分析化学的定义,分析化学是,研究并应用,确定物质的化学组成、测量各组成的含量、表征物质的化学结构、形态、能态并在时空范畴跟踪其变化的各种,分析方法及其相关理论,的一门科学。,分析化学是化学中的信息科学；,2025/1/31 周五,确定,物质的,化学组成,定性分析,测量,各组成的,含量,定量分析,表征,物质的,化学结构、构象、形态、能态,结构分析、,构象分析，形态分析、能态分析,表征,物质组成、含量、结构、形态、能态的,动力学特征,动态分析,例如：,茶叶中有哪些微量元素,？,茶叶中咖啡碱的含量,？,咖啡碱的化学结构,？,微量元素的形态？化学成分的空间分布？,在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化,？例如：生物大分子结构与功能的关系？,分析化学的任务,2025/1/31 周五,根据测量原理分类,化学分析,Chemical analysis,仪器分析,Instrumental analysis,2025/1/31 周五,化学分析法 chemical analysis,待测物,Analyte,+,试剂,Reagent,产物,Product,重量分析法,gravimetry,容量分析法（滴定分析法）,volumetry,（,titrimetry,）,以物质的化学反应为基础建立起来的分析方法,2025/1/31 周五,化学分析法,可溶性钡盐中钡含量的测定(重量法）,：,溶样,稀,H,2,SO,4,BaSO,4,过滤,洗涤,灼烧,计算,Ba%,Fe,3+,还原剂,Fe,2+,K,2,Cr,2,O,7,V,C,称样,硫-磷混酸,溶样,m,S,Fe,3+,m,p,称样,HCl,m,S,称重,m,p,铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：,2025/1/31 周五,仪器分析法,instrumental analysis,依据物质的物理性质及物理化学性质建立起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。,光学分析法,spectral analysis,电化学分析法,electroanalysis,色谱分离分析法,chromatography,等等,例：分光光度法测定微量铁（物理化学方法，,physicochemical method）。,3,3,2+,桔红色,max,邻二氮菲,2025/1/31 周五,仪器分析法,例：,KMO,4,对光有吸收，可用分光光度法直接测定其浓度（依据物理性质，物理方法，,Physical method）。,2025/1/31 周五,定量的方式比较,化学分析法绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）,仪器分析法相对定量（标准工作曲线）,No.,标样浓度,g/L,吸收值,1,5.00,0.045,2,10.0,0.093,3,20.0,0.140,4,30.0,0.175,5,40.0,0.236,6,试样,0.200,2025/1/31 周五,化学分析与仪器分析方法比较,项目,化学分析法,（经典分析法）,仪器分析法,（现代分析法）,物质性质,化学性质,物理、物理化学性质,测量参数,体积、重量,吸光度、电位、发射强度等等,误差,0.1%,0.2%,1%,2%,或更高,组分含量,1%,100%,0.1g,V 10mL,S 0.010.1g,V 110,L,S 0.110mg,V 0.011mL,S 0.1mg,V 1,微量组分分析,0.011,痕量组分分析,0.01,2025/1/31 周五,分析化学的发展,人类有科技就有化学，化学从分析化学开始,波义耳(,Boyle),的,元素学说,的建立（1661）,怀疑派化学,推翻了炼金术的,四元素说,（水、火、土、气）和医药派的,三元素说,（硫、汞、盐）,拉瓦锡(,Lavoisier,),的定量分析（1756）“,燃烧氧化学说,”,20世纪分析化学的三次大变革,四大平衡理论：,从技术发展成科学,物理与电子学的发展：,从经典分析化学发展为现代分析化学,计算机应用：,使分析化学向一门信息科学转化,2025/1/31 周五,分析化学的发展,国家自然科学基金分析化学学科“十五”优先资助领域,高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法,痕量活性物质及自由基在体、原位、实时分析,单细胞、单分子、单原子检测分析,手性化合物的分离分析,多元、多维的联合分离分析及数据处理技术,环境中痕量化学物质的表面、结构与形态分析,生物体内重要化学信息物质的分析,芯片分析化学及分析仪器微型化,2025/1/31 周五,分析化学,化学分析法,（常量分析）,重量分析法,滴定分析法,仪器分析法,（微量分析）,光学分析法,电化学分析法,色谱分析法,其他仪器分析法,二、仪器分析分类,2025/1/31 周五,电化学分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,电化学分析法,电位分析法,电解分析法,库仑分析法,极谱与伏安分析法,电导分析法,2025/1/31 周五,色谱分析方法的分类,classification of chromatographic analysis,色谱分析法,气相色谱法,薄层色谱法,液相色谱法,激光色谱法,电色谱法,超临界色谱法,2025/1/31 周五,光分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,光分析法,原子吸收法,红外法,原子发射法,核磁法,荧光法,紫外可见法,分子光谱,原子光谱,2025/1/31 周五,其他分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,其他分析法,质谱分析法,电子能谱技术,热分析法,显微分析技术,2025/1/31 周五,2025/1/31 周五,2025/1/31 周五,三、仪器分析应用领域,application fields of instrument analysis,社会：,体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（,DNA,技术，物证）、考古,化学：,新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；,生命科学：,DNA,测序；活体检测；,环境科学：,环境监测；污染物分析；,材料科学：,新材料，结构与性能；,药物：,天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；,外层空间探索：,微型、高效、自动、智能化仪器研制。,2025/1/31 周五,恐怖袭击,不法污染排放,室内装修污染，食品安全情况。,2025/1/31 周五,2005年11月13日，吉林省林省吉化公司双苯厂发生爆炸。,11月20日7点在吉林境内的第二松花江汇入黑龙江省境内第一个监测断面开始检出苯超标，表明污染带前锋已到达黑龙江省。11月20日16点，肇源断面硝基苯也开始超标。21日9点硝基苯超标达到29.1倍，较高浓度污染带约80公里，流经持续时间为40小时左右。据最新监测结果报告，距四方台哈尔滨市取水口73公里三家里断面23日4时监测，硝基苯超标为28.56倍。,突发污染,吉化1113事件,2025/1/31 周五,硝基苯,蒸气能经肺吸收,也可经皮肤缓慢吸收。液体易经皮肤吸收。主要毒作用1、形成高铁血红蛋白。2、硝基苯进入人体后，经过转化产生的中间物质，可使维持细胞膜正常功能的还原型谷胱甘肽减少，从而引起红细胞破裂，发生溶血。3、硝基苯可直接作用于肝细胞致肝实质病变，引起中毒性肝病、肝脏脂肪变性。严重者可发生亚急性肝坏死。4、急性中毒者还有肾脏损害的表现，此种损害也可继发于溶血。,2025/1/31 周五,建 莲,甘 草,丹 参,枸 杞,2025/1/31 周五,苏丹红,I,（,Sudan I,）的化学名称为,1-,苯基偶氮,-2-,萘酚,(1-phenylazo-2-naphthalenol),，分子结构式为,C,6,H,5,=NC,10,H,6,OH,，分子量,248.28,；,苏丹红,II,（,Sudan II,）化学名称为,1-(2,4-,二甲基苯,),偶氮,-2-,萘酚,(1-(2,4-dimethylphenyl)azo-2-naphthalenol),；苏丹红,III,（,Sudan III,）化学名称为,1-4-(,苯基偶氮,),苯基,偶氮,-2-,萘酚,(1-4-(phenylazo)phenylazo-2-naphthalenol),；,苏丹红,IV,（,Sudan IV,）化学名称,1-2-,甲基,-4-(2-,甲基苯,),偶氮,苯基,偶氮,-2-,萘酚,(1-2-methyl-4-(2-methylphenyl)azophenylazo-2-naphthalenol),。,2025/1/31 周五,孔雀石绿事件,孔雀石绿是一种带有金属光泽的绿色结晶体，又名碱性绿、严基块绿、孔雀绿，其既是杀真菌剂，又是染料，易溶于水，溶液呈蓝绿色；溶于甲醇、乙醇和戊醇。长期以来，渔民都用它来预防鱼的水霉病、鳃霉病、小瓜虫病等，而且为了使鳞受损的鱼延长生命，在运输过程中和存放池内，也常使用孔雀石。科研结果表明：,孔雀石绿在鱼内残留时间太长，且其具有高毒素、高残留和致癌、致畸、致突变等副作用。,鉴于此，许多国家均将孔雀石绿列为水产养殖禁用药物。,2025/1/31 周五,四、仪器分析的发展方向：,微型,高效,自动,智能,2025/1/31 周五,传统分析方法,Moving,Analysis,2025/1/31 周五,光纤化学传感检测形式,光纤化学传感器特点：原位、在线,2025/1/31 周五,AFM(Atom Force Microscopy)-,原子力显微镜,2025/1/31 周五,四方堆积,六方堆积,SEM(scanning electro Microscopy),扫描电子显微镜),2025/1/31 周五,生物芯片(,biochip),2025/1/31 周五,芯片,实验室,Lab on chip,2025/1/31 周五,微通道代替试管、烧杯、其它玻璃容器,2025/1/31 周五,原位活体分析(,in-situ and in-viro analysis),2025/1/31 周五,五、仪器分析过程,了解样品性质，确定分析目标,合理取样与采取适当的方式存储样品,选择分析技术，建立分析流程,样品前处理（分离、提纯、制备）,执行分析（仪器分析），获取数据,数据统计,结果表达、解释,2025/1/31 周五,1,、对样品来源、用途等商品信息的了解,取样要注意厂家、商标、批号、包装、贮存条件等信息（确保来源可靠、有代表性）；对样品的用途、应用性能的了解，可得出一些重要的结构成分信息,2,、对样品的一般性质的考察测定,（,1,）样品的外观审查,颜色、嗅味、形貌、密 度、硬度等性质与其组成密切相关。,2025/1/31 周五,（,2,）溶解性能检验,溶解性可给出重要结构信息。作为样品分组预分离的溶剂常有：,A,、乙醚,非极性与中等极性化合物的最佳溶剂（前者溶,于乙醚、苯、正己烷；后者溶于乙醚、醇）,B,、乙醇,-,水体系,是含羟基、羧基、磺酸基和季铵盐等,基团的强极性化合物的最好溶剂,C,、,5%,的氢氧化钠溶液,是含羧酸、磺酸、酚及烯醇、,硫醇等的良好溶剂,D,、,5%,的盐酸溶液,用于含氮的碱性物的提取,注意加入的酸碱的破坏作用（如酯水解）,2025/1/31 周五,（,3,）燃烧性能实验,当样品量充分时，燃烧实验（火焰颜色、气味、残余物状态等可给出一些有用 的结构信息（但由于填料使之有局限性）,3,、样品的预处理,不同的样品和分析方法，预处理方法不同,（,1,）无机组分的预处理（较简单）,2025/1/31 周五,（,2,）,微量有机组分的富集与提取,如,固体中微量组,分常用索式提取；液体中微量组分常用树脂富集。,（,3,）,非均一体系样品的预处理,一般不宜直接分析：,气,-,液,-,固体系,先用吸附、冷凝或吸收等方法富集气,体和易挥发液体组分后，再预处理；,液,-,固混合体系,可用萃取、蒸馏、过滤等分开两相,固体混合体系,用机械分离、溶剂抽提将部分组分,选择性分离；,得均一体系后，可按沸点分离、按溶剂溶解性,分离、或按吸附差异分组分离。,2025/1/31 周五,4,、分离与纯化,由于样品组成复杂，分析仪器要求不一，因 此所要求的分离纯化方法与操作差异较大，,一般，常用的方法为色谱法：,（,1,）常压柱色谱法,（,2,）薄层色谱法（,TLC,）,（,3,）高效液相色谱法,（,4,）凝胶色谱法,（,5,）气相色谱法,2025/1/31 周五,5,、纯度鉴定,是非常重要的实验程序，对未知组分的鉴定,较困难（了解信息少），但可遵循如下程序：,（,1,）样品外观（颜色、晶形等）审察与物理常数测定,（,2,）元素分析（有机物）,（,3,）色谱法（不同色谱条件均为单峰,色谱纯）,（,4,）有机光谱分析鉴定（紫外可见光谱、红外光谱、核、磁共振波谱法、有机质谱法等）,2025/1/31 周五,6,、元素的组成分析与分子结构分析,分析的核心：提供各组分中原子种类、原子,在分子中的状态、分子的结构、,及各元素和分子的含量等信息。,（,1,）元素的组成分析,最主要手段是原子光谱法；,有机化合物中的,C,、,H,、,O,、,N,等也有仪器，,而其中的杂原子分析可用原子光谱法。,2025/1/31 周五,（,2,）原子在分子中的状态分析,状态如价态、相态及彼此的结合形态等的,分析，在某些科技领域有重要意义；常用,的测定方法有电子能谱法、,X-,射线衍射法、,红外光谱法、离子色谱法等。,（,3,）有机分子的结构分析,最有效的方法仍是“四大谱”，即紫外可,见光谱、红外光谱、核磁共振谱和有机,质谱等（见对比表）。,2025/1/31 周五,7,、推测结构的确认,尽管推测出最可能的结构，但还可能有错，因为：,（,1,）分离的纯度如不够好，将得出某些错误信息；,（,2,）所用仪器方法的局限，所得到的信息不够完,整、不够准确；,（,3,）分析经验水平不同，也可能出错。,确认的方法,合成标样，进行类似分析；或,查找标准数据、标准图，作全面比较。,2025/1/31 周五,8,、样品中各组分的定量分析,无机组分的定量分析,如,ICP-AES,法等,有机组分的定量分析,如多种波谱法和色谱法等，,注意：定量分析在完成结构分析（或定性）之后，才可选合适的方 法，有时还要合成标样或纯品，制作标准曲线后，才可完成定量分析。）,2025/1/31 周五,9,、非均一体系样品中各组分的分布分析,对样品在空间分布的不同层次，如微区、表面、断层的的分析，在材料科学中非常重要。,常用的方法有：,（,1,）整体分析,结果反映样品中各组分的平均含量（不能对物质性能作全面正确的表征）,2025/1/31 周五,（,2,）微区分析,micro area analysis,对直径在,100 um,以下样品的颗粒的分析。,方法是采用高能量的粒子束，如电子、离,子、光波等，经聚焦照射到样品的微小区,域，以获取原子、分子等的结构成分信息,（因此又称微束分析micro beam analysis,，,微探针分析,micro probe analysis,）,2025/1/31 周五,（,3,）表面分析,指样品表面深度为范围内的成分与结构信,息分析，如表面污染物分析、材料表面变,质分析、表面化学处理研究、催化剂制备,工艺、催化剂活性、中毒原因分析等。,研究方法主要有：,电子能谱法,红外光谱法,拉曼光谱法等,2025/1/31 周五,六、仪器分析方法的评价指标,线性范围（,linear range,）,标准曲线：被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。,线性范围：标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围。,相关系数：表征被测物质浓度（或含量）,x,与其响应信号值,y,之间线性关系好坏程度的一个统计参数。,r,越接近,1,，,y,与,x,之间的线性关系越好。,r,0,，不具有线性。,2025/1/31 周五,线性范围,浓度，,c,响,应,信,号,S,2025/1/31 周五,2.灵敏度（sensitivity）,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。,S,S=dx/dc,或,S,dx/dm,灵敏度是标准曲线的斜率。,2025/1/31 周五,0,10,20,30,40,50,60,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,S,c,S2=,k,2c+Sblank-2,S1=,k,1c+Sblank-1,仪器和方法的灵敏度描述,k1,k2,分别为两条标准曲线的斜率，即灵敏度。,2025/1/31 周五,3.精密度（precision),精密度：使用同一种方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。,同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度称重复性,(Repeatability),。,不同实验室所得结果的精密度称再现性,(reproducibility),。,仪器分析中常用测定结果的相对标准偏差（,RSD,）来表示。,2025/1/31 周五,4、准确度(accuracy),试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度。,准确度常用相对误差来两度，,准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合反映，它决定了分析结果的可靠程度。,2025/1/31 周五,5.检出限(limit of detection),检测限：在已知置信水平，可以检测到的待测物的最小质量或浓度。它和分析信号（,Singnal,）与空白信号的波动（噪音,Noise,）有关，或者,说与信噪比（,S/N,）有关。,S,0,空白试样的标准偏差（,n=11），,S,标准工作曲线的灵敏度,，,k,与置信度有关的常数，通常取3。,2025/1/31 周五,背景噪音,3倍噪音标准偏差,背景噪音随机分布示意图,未检出,检出,时间或测定次数,检出限,检出限示意图,2025/1/31 周五,6.其它,选择性、分析效率、多组分同时或连续测定的能力、操作的难易程度、设备及维持费用的高低。,IUPAC 建议：精密度、准确度、检出限作为分析方法的主要评价指标,2025/1/31 周五,八、本课程学习的内容,电化学：电位分析法、电解和库仑分析法、,极谱和伏安分析法,光分析法：分子光谱（紫外可见、红外、分子发光分析法）、原子光谱（原子吸收、原子发射）,核磁分析法 质谱分析法,2025/1/31 周五,九、课程的学习方法,learning method of the course,1.抓住主线,特点原理用途；重点在原理,2.归纳共性与个性,光谱法：共性：光的性质,个性：原理、仪器构造、应用,3.处理好整体与局部分析仪器结构流程关键部件,4.勤,书山无路勤为径！,2025/1/31 周五,学习后达到的要求,(1),掌握常用仪器分析方法原理、应用，熟悉仪器结构；,(2),使学习者具备选择适宜的分析方法的能力；,(3),学习创新思维方式。,2025/1/31 周五,十、参考书,仪器分析（第三版）高等教育出版社 2000年，朱明华,分析化学下册,高等教育出版社,2004,华中师范大学等编,仪器分析 北京大学出版社，北京大学,仪器分析 高等教育出版社 1990年，赵藻藩等,仪器分析方惠群等；南京大学出版社 2000,仪器分析 北京大学出版社，,Christian G D，,王镇浦译,仪器分析 清华大学出版社，1991年,邓勃等,仪器分析手册化学工业出版社 1997年，朱良,漪,，,仪器分析解题指南与习题高教出版社 1998年，施荫玉等,分析化学学习指导,大连理工大学出版社 2002年，刘志广,2025/1/31 周五,