1第一章-仪器分析导论-1-14

1仪器分析InstrumentalAnalysis主讲教师：苏萍北京化工大学理学院2第一章仪器分析导论IntroductiontoInstrumentalAnalysis3你所想到的需要用分析化学方法解决的实际问题第一章仪器分析导论4N-二甲基亚硝胺2013年复旦投毒事件2015年1月8日二审现场51994年清华铊中毒案6镉大米，指镉含量超标的大米。人体长期食用镉超标的大米会导致肾脏等器官发生病变，引发骨痛病。2013年广州“镉大米”事件72013年上海“毒校服”事件可分解芳香胺染料——“禁用偶氮染料”这种染料在与人体长期接触的过程中，其有害成分被皮肤吸收，在特殊条件下分解产生20多种致癌芳香胺，经过活化作用而改变人体的DNA结构，引起病变和诱发恶性肿瘤物质，导致膀胱癌、输尿管癌、肾盂癌等恶性疾病。如何检测？82008年三鹿奶粉事件9猜猜它是什么？三聚氰胺“三聚氰胺”，有一个貌似美妙的别名“蛋白精”，标榜“能提高产品蛋白含量”。在“结石门”事件中，这个白色的小晶体“大显威风”。三聚氰胺（Melamine）分子式：C3H3N6，分子质量：123，可溶于热水；热醇；吡啶；浓盐酸及硫酸而不分解，也溶于氢氧化钠和氢氧化钾水溶液，不溶于冷醇；醚；丙酮；苯和氯仿。是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。三聚氰胺事件-往事并不如烟按照国家药品食品监督管理局的规定，0—3个月蛋白质含量12%，3—6个月蛋白质含量应不低于10%安徽阜阳只有2%，2003年大头婴儿，高死亡美国宠物肾结石，2005年美国动物饲料2008婴儿29万企业监管良心12凯氏定氮实验原理三聚氰胺—旧检测方法1.有机物中的氮在强热和CuSO4，浓H2SO4作用下，消化生成（NH4）2SO42.在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3，收集于H3BO3溶液中13实验仪器凯氏烧瓶（100ml）:1个凯氏定氮装置移液管(10ml):1支酸式滴定管(10ml):1支1.安全管2.导管3.气水分离管4.样品入口5.塞子6.冷凝管7.吸收瓶8.隔热液套9.反应管10.蒸气发生瓶11023549867凯氏定氮装置图蛋白质分析双缩脲法不可靠，误差大LC-MS/MS/MS三重四极杆质谱（40万美元一台）HPLC,CERAMAN2008年10月7日，国家质量监督检验检疫总局与标准化管理委员会联合发布了《原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法》，即“国标GB/T22388—2008”。这一新标准制定了高效液相色谱法、液相色谱-质谱/质谱法及气相色谱-质谱联用法三种检测方法与标准，同时明确检测对象及其限量。三聚氰胺--新方法15瘦肉精瘦肉率提高10%孔雀石绿事件防止水毒病等，延长鱼生命苏丹红事件增色增鲜经济利益食品安全16禁用偶氮染料镉大米铊中毒三聚氰胺苏丹红孔雀绿瘦肉精仪器分析责任&挑战&机遇N-二甲基亚硝胺17本章要解决的问题什么是仪器分析（What）为什么要学习仪器分析（Why）怎么学习仪器分析（How）18一．仪器分析的定义二．仪器分析的发展历史三．仪器分析方法的分类四．仪器分析的特点Ⅰ.什么是仪器分析19分析化学—分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学定性分析—测定样品中的原子、分子或官能团的信息。定量分析—测定各成分的相对含量。Ⅰ.什么是仪器分析20仪器分析是采用一定的仪器设备，通过测量物质的某些物理性质及其变化来确定物质的化学组成及化学结构的一类分析方法。重量法容量法（酸碱、络合、氧化-还原、沉淀等滴定法）定性分析定量分析化学分析仪器分析分析方法一、仪器分析的定义21二．仪器分析的发展历史第一次变革19世纪末→20世纪初叶四大平衡理论定量分析Classicalanalyticalchemistry重量法、滴定法等化学分析占主导地位仪器分析种类少和精度低古代炼金术是分析化学的前驱16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵22第二次变革二十世纪三、四十年代测量待测物的一些物化性质：电导、电势、光吸收及发射、荷质比、荧光等并开始应用到定量分析中分析化学中仪器方法Instrumentalmethodsofanalysis工业及技术发展的需要和基础科学技术的进步,推动了分析仪器的发展化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低二．仪器分析的发展历史23二十世纪三、四十年代诞生的仪器分析方法BlochF和PurcellEM；1946年建立了核磁共振测定方法；诺贝尔物理奖1952年；MartinAJP和SyngeRLM；1941年建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年；HeyrovskyJ，1922年建立极谱分析法，诺贝尔化学奖1959年。二．仪器分析的发展历史24第三次变革20世纪七、八十年代计算机控制的分析数据采集与处理：实现分析过程的连续、快速、实时、智能；促进化学计量学的建立。化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分析条件，获得最大程度的化学信息。以计算机为基础的新仪器的出现：傅里叶变换红外；色-质联用仪。近代微电子技术的发展使得仪器更灵敏、更准确、自动化程度更高二．仪器分析的发展历史25•1901Rontgenetal首次发现X射线存在•1907Michelsonetal首次制造精密光谱仪器•1922Astonetal发明质谱测定同位素•1923Pregletal发明有机物微量分析•1930Ramanetal发现拉曼效应•1944Rabietal用共振方法记录原子核磁性•1948Tiseliusetal用电泳法发现血浆蛋白性质•1952Blochetal发展核磁共振精细测量法•1952Martinetal发明分配色谱•1959Heyrovskyetal发明极谱法•1981Siegbahnetal发明高分辨电子光谱法•1981Bloembergenetal发展激光光谱学•1991Ernst对高分辨核磁共振方法发展与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者二．仪器分析的发展历史26TheNobelPrizeinChemistry2002JohnB.FennKoichiTanakaKurtWüthrich1/4oftheprize1/4oftheprize1/2oftheprizeUSAJapanSwitzerlandVirginiaCommonwealthUniversityRichmond,VA,USAShimadzuCorp.Kyoto,Japan质谱法研究蛋白质EidgenössischeTechnischeHochschule(SwissFederalInstituteofTechnology)Zurich,Switzerland;TheScrippsResearchInstituteLaJolla,CA,USAb.1917b.1959b.1938推动分析仪器发展的三要素理论技术对象（问题）1、生产发展提出迫切需要解决的问题2、问题的解决有待于理论与技术的提高3、一项新技术的产生总是以理论作为基础二．仪器分析的发展历史27三、仪器分析方法的分类仪器分析电化学分析法光分析法色谱分析法热分析法分析仪器联用技术质谱分析法2829紫外可见分光光度计30傅里叶变换红外光谱仪德国Bruker公司31气相色谱仪Agilent7890气相色谱仪,美国Agilent公司32气相色谱仪Agilent7890气相色谱仪,美国Agilent公司33HP1100高效液相色谱仪,美国Agilent公司HP1100高效液相色谱仪34原子发射仪35原子吸收分光光度计36核磁共振仪37GC-MS,美国Finnigan-MAT气-质联用仪38LC-MS,美国Finnigan-MAT液-质联用仪39DSC,美国ThermalAnalysis公司差热分析仪40四、仪器分析的特点１．灵敏度高、样品用量少２．分析速度快、效率高如直读光谱仪可以在1~2分钟内同时测出20多种元素的含量浓度误差称量体积化学分析mg/L１‰0.2g~mL仪器分析μg/L10%~mg~μL３．选择性较好用离子选择性电极可测指定离子的浓度41４．能够满足特殊要求结构分析---如UV－吸光度形态和价态分析---铝添加剂各种成分分析表面与无损分析文物的分析---13C中子活化分析金首饰中含金量分析---X-rays荧光分析遥控和自动分析---火星探测器中带有多种分析装置。四、仪器分析的特点42６．一般仪器价格较贵，维修使用成本较高UV-Vis0.5~3万美元HPLC5~8万美元LC-MS~20万美元800MHzNMR~120万美元５．准确度相对较低５％四、仪器分析的特点43Ⅱ.为什么要学习仪器分析大量的工作职位44一、生命科学中的分析化学后基因组学：基因诊断、基因药物开发等蛋白组学：小分子与蛋白质、核酸等大分子作用引起构象变化并影响其功能生物芯片、生物传感器等中草药有效成分分析-指纹图谱传染性疾病的快速鉴定……Ⅱ.为什么要学习仪器分析人类基因组计划JianzhongZhang,afellowUniversityofAlbertascientist,togetherwithDr.DovichiweretheoneswhodevelopedtheDNAsequencerthatplayedacriticalroleinthebreakthroughofgene-mappingbytheHumanGenomeproject.一、生命科学中的分析化学4546H7N9是禽流感的一种亚型。颗粒外膜由两型表面糖蛋白覆盖，一型为血细胞凝集素（即H），一型为神经氨酸酶（即N），H又分15个亚型，N分9个亚型。依据流感病毒特征可分为HxNx共135种亚型。李松研究员组织团队对H7N9病毒基因组序列进行分析，认为H7N9病毒神经氨酸酶结构稳定，提示神经氨酸酶抑制剂对此次疫情有效。H7N9最新报道：神经氨酸酶（NA）“292位氨基酸”从R（精氨酸）突变为K（赖氨酸），病毒已呈现耐药性。一、生命科学中的分析化学47肿瘤细胞的荧光显微图一、生命科学中的分析化学48单个细胞的分析是用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以吉欧姆（109Ω)以上的阻抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域（膜片）与其周围在电化学上绝缘，在此基础上固定电位，对膜片上的离子电流（pA级)进行监测记录的方法49二、环境科学中的分析化学环境分析化学环境过程化学与分析化学环境生化分析绿色化学中分析测试等50二、环境科学中的分析化学51由于人类活动所产生的某些有害颗粒物和废气进入大气层，给大气增添了许多种外来组分，这些物质称为大气污染物。按其存在形态可概括为两大类：气溶胶状态污染物;气体状态污染物大气污染物52德国(Herten)地方一座雕像，比较1908年(左)与1969年(右)所照的相片，可以清楚地显示酸雨对大理石所造成的腐蚀作用。酸雨亦使竹林消失，竹叶受損，难怪大熊貓也將濒临灭绝。酸雨的危害53光化学烟雾光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物，碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)，其主要成分有臭氧、过氧乙酞基硝酸醋、酮类和醛类等。光化学烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多.活性氧54用反相液-液色谱分离稠环芳烃1.苯2.萘3.联苯4.菲5.蒽6.萤蒽7.芘9.苝11.苯并[e]芘12.苯并[a]芘55三、材料与信息科学中的分析化学材料的结构分析纳米材料的可控组装及表征纳米材料的谱学分析、界面表征纳米金刚石56磁盘冲洗水样的测定微电子三、材料与信息科学中的分析化学57半导体级异丙醇中杂质的测定三、材料与信息科学中的分析化学58四、化学过程中的分析化学化工过程的质量控制、在线分析等59我国化学工程和工艺专业点数分布省/市专业点数省/市专业点数江苏24上海8山东22福建7湖北18甘肃6河南17广西6辽宁15吉林5安徽13四川5湖南13重庆5浙江12天津5陕西12山西4广东11江西3黑龙江10新疆、宁夏2河北9贵州、云南1北京8青海、