第一章+仪器分析概论(1)

第一章仪器分析概论教学基本要求1.了解分析化学的发展2.了解仪器分析的特点、内容和分类3.掌握组成分析仪器的四个部件的功能及现代仪器的发展趋势4.掌握定量分析方法的评价指标分析化学中药复杂体系大气海洋环境医药食品安全保障生命过程研究国家安全基础理论研究现代分析化学发展前沿分析化学大分子小分子、单分子精确化模糊化技术发展ProblemOrientedGLPLab现场实验室便携式分析仪器集成系统发展创新仪器食品安全和毒品等恐怖袭击不法污染排放室内装修污染，食品安全情况。。。。海洋污染与赤潮苏丹红I（SudanI）的化学名称为1-苯基偶氮-2-萘酚(1-phenylazo-2-naphthalenol)，分子结构式为C6H5=NC10H6OH，分子量248.28；苏丹红II（SudanII）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（SudanIII）化学名称为1-{[4-(苯基偶氮)苯基]偶氮}-2-萘酚(1-{[4-(phenylazo)phenyl]azo]-2-naphthalenol)；苏丹红IV（SudanIV）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)azo]phenyl}azo]-2-naphthalenol)。孔雀石绿事件传统分析方法MovingAnalysis光纤化学传感检测形式光纤化学传感器特点：原位、在线BOD工程样机海洋浮标与微型实验室原位、在线、实时、多维、微区天、空、面、底立体检测原位在线无人值守战争与战场现场快速测试利用分析手段分子之间的相互作用原理分析方法的新原理新理论单分子检测及荧光图谱第一节仪器分析简介分析化学分类分析化学的任务仪器分析的发展化学分析与仪器分析仪器分析方法的分类一、分析化学的任务是什么？有多少？？什么样定性分析定量分析结构分析分析化学的任务二、分析化学的分类分析对象有机分析无机分析定性分析定量分析结构分析分析任务分析化学的分类（续）根据试样用量分类常量分析微量分析半微量分析超微量分析0.1g,10mL0.01-0.1g,1-10mL0.1-10mg,0.01-1mL0.1mg,0.01mL根据被测组分含量分类常量成分微量成分痕量成分1%0.01-1%0.01%分析方法化学分析仪器分析分析化学的分类（续）三、化学分析与仪器分析1、化学分析2、仪器分析3、二者的关系化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性方法：加入各种试剂，测量待测物的颜色、沸熔点、气味、光学性质（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法化学分析经典分析：以物质化学反应为基础的分析方法内容：化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性，如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧光等；仪器分析仪器分析：以物质的物理及物理化学性质为基础的分析方法内容：方法特点分析方法参数化学分析仪器分析几分钟＜0.01g或＜1mL＜0.01%痕量组分相对误差＞1%检测能力取样量分析效率选择性准确度费用操作的难易数分钟＞0.01g或＞1mL＞0.01%常量、微量组分相对误差＜0.2%低高好仪器分析的发展过程分析化学的三个发展阶段，三次变革。阶段一：16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵；20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础。分析化学由一门操作技术变成一门科学；分析化学的第一次变革；20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少和精度低；阶段二：第二次世界大战前后的科学技术物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础为什么出现在这一时期？一系列重大科学发现，为仪器分析的建立和发展奠定基础。（1）BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振测定方法；诺贝尔化学奖1952年；（2）MartinAJP和SyngeRLM；建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年；（3）HeyrovskyJ，建立极谱分析法，诺贝尔化学奖1959年仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。阶段三：八十年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。（1）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。（2）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。化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。（3）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。分析仪器与计算机分析仪器热、光、电新技术新型材料、电子器件操作分析对象控制信号实施检测数据库信息数据处理方法描述报告结果判断多媒体计算机人工智能专家系统最优化技术自动化技术新近重大突破和发明•飞秒光谱法•原子吸收的重大突破•库仑阵列电极•多道毛细管电泳飞秒相干光谱法FemtosecondspectroscopyAhmedH.Zewail教授1946年出生于埃及，1967毕业于埃及亚历山大大学,获学士学位，1969年在该校获得硕士学位，同年赴美国宾夕法尼亚大学化学系攻读博士学位，1974年获博士学位。现为加州理工学院化学物理系和物理系教授。1999年AhmedH.Zewail教授被授予诺贝尔化学奖，表彰他在飞秒化学领域的杰出贡献。采用超短脉冲激光以飞秒的时间尺度实时观察分子运动并目击分子的诞生，给化学和相关学科带来了革命性的变化。Ahmed.H.Zewail1999年化学Nobel奖得者连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国)连续光源原子吸收光谱仪2004年4月，德国耶拿分析仪器股份公司（AnalytikJenaAG）成功地设计和生产出了连光源原子吸收光谱仪contrAA，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！高聚焦短弧氙灯库仑阵列电极（CoulArray）它是穿透式多孔石墨碳电极有多个串联在一起，作液相色谱电化学检测器的工作电极使用，定量基础是库仑定律。多毛细管电泳装置示意图化学分析与仪器分析的关系1、后者是在前者的基础上发展起来的2、二者之间没有严格的界限必须注意：1）从经典分析到以上众多仪器分析中选择一个合适方法并不容易；2）大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分析的灵敏度都比经典方法高；3）仪器分析对多元素或化合物分析具更高的选择性，但经典分析中的重量或容量分析的选择性比仪器分析法要好；4）从准确性、方便性和耗时上看，不能绝对地讲哪种方法更好。四、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电化学分析方法的分类电化学分析法电位分析法电解分析法电泳分析法库仑分析法极谱与伏安分析法电导分析法色谱分析方法的分类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光分析方法的分类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其他分析方法的分类其他分析法质谱分析法联用技术热分析法分析仪器信号发生器输入换能器或检测器分析信号信号处理器电或机械输入信号表头或标尺记录仪数字单元输出信号读出装置信号发生器使样品产生分析信号，它可是样品本身也可是其它组件。e.gUV-VIS中的的信号发生器除样品溶液外，还有钨灯或氘灯。PH计的信号发生器应视作溶液中的氢离子活度。由此可见，样品溶液的制备极其重要。检测器或传感器将某种类型的信号变成可检测的电信号的器件。e.g在电化学分析法的仪器中，传感器是各种类型的电极。光学分析法的传感器是分光光度计中的光电管和光电倍增管等。信号处理器它将微弱的电信号加以放大，以便读出装置指示或记录。读出装置它将信号处理器输出的信号显示出来，读出装置有表头、记录仪和计算机显示屏等。五、仪器分析的发展趋势1、分析仪器实现小型化、自动化、数学化和计算机化。2、发挥各种仪器分析方法的特长，实现不同仪器分析方法的联用。如气-质谱联用。3、各学科互相渗透，与各学科所提出的新要求、新任务紧密结合，促进仪器分析的发展。仪器分析的发展方向：微型高效自动智能如何选择分析方法？仪器的性能六、仪器分析应用领域社会：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）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。第二节定量分析方法的评价指标指标性能表征精密度标准偏差；相对标准偏差；准确度绝对误差；相对误差灵敏度校正灵敏度；分析灵敏度检测限空白加倍的空白标准偏差3线性范围可以分析的浓度范围选择性选择性系数其它原则：分析速度分析难度或方便性对操作者的技能要求仪器维护及实用性分析测试费用仪器性能及其表征使用同样的方法对同一试样进行多次重复测量所得分析数据之间相互一致性的程度。常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差Sr来度量。标准偏差(Absolutestandarddeviation)，s相对标准偏差(Relativestandarddeviation,RSD或Sr)1)(12NxxsNiixssr/1）精密度（Precision）测量值的总体平均值x与真值接近的程度。即xE2)准确度或误差（Bias）准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合反映，它决定着分析结果的可靠程度。100%rxE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。3）灵敏度（Sensitivity）mxscxsdddd或灵敏度S受到两个因素的限制：即校正曲线的斜率和测量设备的重现性或精密度。在相同精密度的两个方法中，校正曲线的斜率较大，则方法的比较灵敏。同样，在校正曲线有相等斜率的两种方法中，精密度好的有高的灵敏度。010203040506000.10.20.30.40.50.6Sc仪器和方法的灵敏度描述k1,k2分别为两条校正曲线的斜率，即灵敏度。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。只有当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号。4）检测限（Detectionlimit,DL）（检测下限）测定空白样品(或浓度接近空白值）20-30次，求其平均值及其标准偏差sb，则可分辨的最小信号:检出限如何计算呢？bbLksXXIUPAC建议k值取3，能产生净响应信号为的被测物质的浓度或质量就是该方法对该物质的检出限D。即LbXX3bbLSXXDSS检出限与灵敏度是密切相关的两个量，灵敏度越高，检出限值越低。但两者的含义是不同的。灵敏度指的是分析信号随组分含量变化的大小，它同检测器的放大倍数有直接的依赖关系，而检出限是指定量分析方法可能检测的最低量或最低浓度，是与测定噪声直接相联系的，而且具有明确的统计意义。由此可见，提高测定精密度，降低噪声，可以改善检出限。检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标，它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。5）标准曲线法（Calibrationcurve，Workingcurve,Analyticalcurve）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标准曲线的线性范围：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A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010g/mL准确配制已知待测物浓度的系列:0(空白)，c1，c2，c3，c4……..；通过仪器分别测量以上各待测物的响应值S0，S1，S2，S3，S4……及待测物的响应值Sx；以浓度c对响应信号与S作图得到标准曲线，然后