中国科学院分析化学课件之一--现代分析化学原理与技术

welcome欢迎大家来到研究生院现代分析化学原理与技术中国科学院研究生院李向军教学楼109室[e-mail]1课程特点与其它课程的关系2课程目的第一章概述一化学和分析化学二现代分析化学三分析化学的任务四化学分析与仪器分析五分析仪器的分类六分析化学的发展方向七课程主要内容第一章概述一化学和分析化学化学的地位分析化学的地位（example）分析与测试二、现代分析化学1分析化学的历史分析化学的发展经历了三次巨大的变革第一次变革发生在20世纪初第二次变革发生在第二次世界大战直到20世纪初六十年代当前，分析化学面临着更深刻、更广泛和更激烈的变革2现代分析化学当前分析化学面临的第三次变革要求不仅能确定分析对象中的元素、基团和含量，而且能回答原子的价态、分子的结构和聚集态、固体的结晶形态、短寿命反映中间产物的状态和生命化学物理过程中的激发态。不仅能提供空间分析的数据，而且可做表面、内层和微区分析，甚至三维空间的扫描分析和实践分辨数据分析，尽可能快速、准确和全面的提供丰富的信息和有用的数据。分析化学的飞跃发展使分析化学的定义、基础、原理、方法、仪器及技术都发生了根本的变化。三分析化学的任务（1）分析化学要突出方法学的研究，要注重方法的集成，解决深层次的科学问题；（2）分析化学的发展要与国家需求紧密结合，为国家安全和社会经济发展做出贡献，并做好技术储备；（3）分析化学要加强和注重仪器研制工作（不光是指成型仪器的研制，也包括对现有仪器的改进。性能的提高、仪器配件及元件的研发等），突破目前国内分析仪器研究平台太差的瓶颈；（4）分析化学除了进行高灵敏、高选择的物种分离和检测外，类间关系(分子间相互作用，信息关联，数量筛选等）及作用机理的研究也应引起重视；（5）蛋白质组学将为我国分析科学提供难得的发展机会；（6）注重与生物、信息、材料、环境、人类健康等学科的交叉与合作；（7）对传统分析化学技术的新发展也应给予关注。四、化学分析与仪器分析在以往的工农业生产各级域中，分析化学中容量分析法和重量分析法是一种常用的分析检验手段．随着生产与现代科学技术的发展，分析化学进入以系统论，信息论、控制论及与计算机技术相结合进行分析检测的新阶段，分析化学是研究物质的分离、鉴定与测定原理和方法的一门学科.它的一些主要研究领域是:1在无机元素的分析技术方面：人们主要是根据经典化学分析理论，利用物质的化学组成和化学性质。通过物理变化及化学反应达到分离鉴定的目的，但检出灵敏度有限．为了提高方法灵敏度和选择性，人们根据火花光源原理，发展了火焰光度计、原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、等离子发射光谱仪、x衍射仪等；利用中子、光于活化分析原理，发展了中子活化仪、同位素示踪仪、同位素闪烁仪等．仪器分析技术的发展，也带动了同位素技术的发展。2在化合物分析技术方面：常量范围内主要以重量法、容量法为主要分析手段．但特异性有限，操作方法繁杂。随着比色技术的发展，人们最初利用比色计可进行痕量范围阴离子测定，并已发展到利用可见紫外分光光度计、极谱仪、离子色谱仪分析内容更多的阴离子化合物，使分析技术更加快速、灵敏、准确和实用．3．在痕量有机化学分析技术方面：随着生物技术、食品分析、药物检验等领域的发展，根据分析理论在样品处理技术方面，仅靠萃取、浓缩、沉淀等分离方法还不够，将上述分离技术与薄层色谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪及相关仪器相结合．拓宽了这一领域的实用范围。4．在微观和表面分析技术方面：随着显微技术的发展，人们不仅要了解物质表面现象，还要对物质内部的组成有更深刻地认识，它是通过某种持定信息手段，如图片、图像、三维成像等反映出来，并对某种化学结构组成进行定性、定量分析．目前通过电子显微镜、电子探针、电子能谱、共聚焦激光显微镜等分析技术使这一领域的研究上升到一个新的阶段．仪器分析作为一门特殊学科脱颖而出，已经成为分析化学的主要组成部分。仪器分析是研究有关物质分析的理论与技术的一门科学．它与化学分析同属分析化学范畴．与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者五、分析仪器的分类现代分析仪器的种类十分庞杂，应用及原理都不近相同，为了方便区分现有仪器类别，根据仪器的工作原理以及应用范围，可将分析仪器分为以下几类：1．电化学分析仪器：根据氧化还原电极电位鉴别样品的阴、阳离子的形态含量和活度．2．热学分析仪器：根据效力学平衡原理，测定物质热交换量．3．磁学式分析仪器：利用原子核在磁场作用下产生共振吸收定性、定量鉴定物质的结构组成．4．光学式分析仪器：利用物质对光吸收的选择性和发射光的特殊性分折物质的结构及组成．5．射线式分析仪器：根据x射线穿透性的原理，测定物质的结构及组成．6.色谱类分析仪器：利用各物质组分在流动相和固定相之间交换、分配、吸附等作用的差异，达到分离鉴定的目的．7．电子光学和离子光学式分析仪器：在特定的物理环境中通过对被电离物质荷质比的分离，来鉴定物质的结构组成．8．物性测定仪器：根据物理特性及方法，检测物质的组成和性质．9．其它专用型和多用型仪器：利用化学测定方法，通过仪器完成各阶段的测定步骤．按照应用对象分类：表1可以鉴定原子的方法方法主要应用原子发射光谱分析矿物、金属和合金原子吸收光谱元素精确定量、金属元素痕量分析X光荧光光谱特别适用于稀土元素中子活化分析精确定量，痕量和超痕量分析元素和大多数元素的同位素电化学分析可氧化还原的物质，包括金属离子和有机物质电感耦合等离同位素分析，多元素同时测定，痕子体质谱量元素分析表2可以鉴定分子的分析方法方法主要应用紫外和可见分光芳香族和其他含有双键的有机化合物，光度法如丙酮、苯有机化合物自由基和生物物质红外光谱只有在长波段范围测定各种元素分子，能鉴定功能团和提供指纹峰，可与已知标准谱图对比拉曼光谱可测水溶液，可提供与红外光谱不同的功能信息质谱能给出元素（包括同位素）和化合物的分子量和分子结构信息；鉴定有机化合核磁共振波谱结构测定和鉴定有机化合物，能提供分子构像和构型信息；能测定原子数顺磁共振波谱有机自由基测定；电子结合信息；还可研究聚合物X光衍射法鉴定晶体结构园二色谱对映体研究热分析法研究物质的物理性质随温度变化的而产生的信息广泛应用于研究无机材料、金属和有机化合物；表征高聚物性能变化；测定生物材料和药物的稳定性表3分离分析方法方法主要应用气相色谱适用于分析复杂组分的挥发性有机化合物，同分异构体和旋光异构体以及痕量组成液相色谱分离不太挥发的物质超临界流体色谱可分离重于其相色谱能分离的样品，柱温可比汽相色谱低，分离速度和效率以及定性选择性比液相色谱优越排阻和筛析色谱根据分子量大小分离高聚物逆流色谱分离生化和植化样品，制备少量样品薄层色谱适宜于分离极性有机化合物，高速经济毛细管电泳分离无机和有机离子、中性化合物、氨基酸、肽、蛋白质、低聚糖核苷酸、DNA六、分析化学的发展方向不仅要解决静态物质的成份问题，而且要解决瞬时变化的暂态分析；不仅要解决整体的总量分析，而且要解决微区、薄层、表面分析以及元素存在的价态、状态和形态分析；不仅要解决量的问题、而且要解决结构问题。已从过去的单纯数据提供者，上升为解决问题的参予者。已发展成为一门多学科性的综合科学。主要的发展方向1．更高的灵敏度/更低的检测限2．更好的选择性/更少的基体干扰3．更高的准确度/更好的精密度4．更快的分析速度5．更高的自动化程度6．更完善的多元素同时分析检测能力7．更完善可信的形态分析8．更小的样品量要求并且实现微损和无损分析9．原位（insite）、活体(invivo)、实时(realtime)分析10．更大的应用范围，如遥感、极端和特殊环境的分析11．高分辨成像。七分析化学的主要内容可以参考几部主要的分析化学丛书13位院士，20多位学科带头人撰稿。阐述了分析化学发展的总趋势，着重在分支学科的层次上讨论了21世纪分析化学的发展趋势。体现了前沿性、先进性、创见性和代表性。对现代分析化学所面临的任务和挑战作了介绍，认为现代分析化学的目标是用尽量少的消耗、短的分析时间、而获得更多更有效的化学信息。分析化学的发展方向是高灵敏度（达原子级、分子级水平）、高选择性（复杂体系）、快速、自动、简便、经济、分析仪器自动化、数字化和计算机化并向智能化、信息化纵深发展。因此，应发展新的分析原理并研究建立有效而实用的原位（insite）,实时（realtime），在体（invivo），在线(online)的新型动态分析检测和无损探测方法和多元多参数的检测监视方法。分为28章：第一章分析化学已发展到分析科学阶段（高鸿）第二章21世纪分析化学展望（汪尔康）第三章分析化学的信息化与化学计量学的发展（俞汝勤）第四章展望21世纪的分析化学（黄本立）第五章原子光谱分析法的最新进展和发展趋势（张寒琦，金钦汉）第六章近代电分析化学的发展（董绍俊）第七章面临新世纪的流动分析（方肇伦）第八章激光分析（胡继明）第九章现代近红外光谱分析（陆婉珍）第十章紫外-可见分光光度分析的现状和展望（王保宁）第十一章毛细管电泳展望（罗国安，王义明）第十二章生物质谱（陈耀祖）第十三章复杂样品的分离分析（卢佩章）第十四章人类基因组和脱氧核糖核酸序列分析（程介克）第十五章生命科学与电分析化学（高小霞）第十六章超分子电分析化学（陈洪渊）第十七章细胞生物电化学分析研究进展（慈云祥）第十八章生物传感器（邓家祺）第十九章光导纤维生物传感器（章竹君）第二十章压电化学与生物传感（姚守拙）第二十一章生物传感器在军事医学中的应用（许丹科，马立人）第二十二章小分子发光免疫分析及其进展（常文保，李元宗）第二十三章生物分析化学中新试剂的进展与展望（郭忠先，沈含熙）第二十四章药物分析（周同惠）第二十五章环境分析化学发展趋势（庞淑薇，徐晓白）第二十六章熔融金属成分直接分析现状及展望（王海舟）第二十七章环糊精及其衍生物作为分析增效试剂的发展（戚文彬）第二十八章国家自然科学基金委员会分析化学学科“九五”资助情况及“十五”优先资助领域（金龙珠）欧洲化学联合会组织14个国家，31位分析化学家编写.今日分析化学是发展和应用各种方法、仪器和策略以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息的一门学科。全书内容主要分为四大部分第一部分化学分析：一、化学分析的基本原理1.1均相体系中的平衡1.2酸碱平衡1.3络合物的形成1.4氧化还原体系1.5非均相平衡二、色谱法三、动力学与催化四、化学分析的方法及其应用滴定分析，重量分析、电分析、流动注射分析、热分析、元素有机分析、化学传感器、生物传感器、免疫分析。第二部分物理分析一、元素分析二、化合物和分子特效分析三、微束流和表面分析四、结构分析第三部分基于计算机的分析化学一、化学计量学二、计算机软硬件及分析仪器接口第四部分全分析系统一、联用技术二、微分析系统三、过程分析化学现代仪器分析本书系统介绍了包括电化学、光谱、核磁共振、质谱、色谱等方法在内的各类现代仪器分析技术的原理与应用等。ContemporaryInstrumentalAnalysis(现代仪器分析)Chapter1PreliminariesChapter2StatisticalTestsandErrorAnalysisChapter3SamplingChapter4SampleTreatment,Interferences,andStandardsChapter5SampleSizeandmajor,minor,TraceandUltratraceComponentsChapter6ElectronicsandNoiseChapter7ElectrochemicalMethodsChapter8IntroductiontoSpectrometryChapter9SpectrometryforElementalAnalysisChapter10InfraredandRamanSpectrometries:VibrationalSpectrometriesChapter11NuclearMagneticResonanceSpectrometryChapter12MassS