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1、现代仪器分析长安大学环境科学与工程学院主要参考书及学术刊物主要参考书及学术刊物1.1.韩喜江，韩喜江，现代仪器分析实验现代仪器分析实验，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社，200820082.2.朱明华，朱明华，仪器分析仪器分析，高等教育出版社，第二版，高等教育出版社，第二版，199319933.3.黄君礼，黄君礼，水分析化学水分析化学，北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，2008. 2008. 4. American Chemical 4. American Chemical Society,AnalyticalSociety,Analytical Chemistry
2、 Chemistry5. American Chemical 5. American Chemical Society,JournalSociety,Journal of Chromatography of Chromatography6.6.中国化学会，分析化学中国化学会，分析化学7.7.中国分析测试学会，分析测试学报中国分析测试学会，分析测试学报8.8.陈培荣等，陈培荣等，现代仪器分析实验与技术现代仪器分析实验与技术，清华大学出版社，清华大学出版社，200620069.9.奚丹立等，奚丹立等，环境监测环境监测，高等教育出版社，第三版，高等教育出版社，第三版，20042004现代仪器分析简介
3、现代仪器分析简介 1 分析化学概述分析化学概述2 2 现代仪器分析的内容现代仪器分析的内容3 3 仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念4 4 现代仪器分析方法的分类现代仪器分析方法的分类5 5 现代仪器分析的特点现代仪器分析的特点6 6现代仪器分析的重要性和发展趋势现代仪器分析的重要性和发展趋势1 分析化学概述1.11.1任务与作用任务与作用- -定义定义 分析化学是化学学科的重要分支，是分析化学是化学学科的重要分支，是化学测量和表征的科学化学测量和表征的科学定义：人们获得物质的化学成分的定义：人们获得物质的化学成分的 组成、含量和结构信息的科学组成、含量和结构信息的科学分析化学分
4、析化学涉及现代科学技术的各个领域涉及现代科学技术的各个领域包括化学、物理学、生物学、数学、计算包括化学、物理学、生物学、数学、计算机科学等机科学等在分子、原子水平上认识物质，在分子、原子水平上认识物质，即进行定性、定量或结构的测定即进行定性、定量或结构的测定测量的信息特征测量的信息特征测量对象的认知区位测量对象的认知区位整体的、表面的、微区的整体的、表面的、微区的获得信息的测量环境获得信息的测量环境离线的、在线的或者是原位的离线的、在线的或者是原位的2.22.2任务与作用任务与作用- -应用领域农农 业：水土调查，农产品检验，业：水土调查，农产品检验， 农药及残留检验农药及残留检验工工 业：产
5、品质量控制，原料分析，业：产品质量控制，原料分析， 过程分析过程分析生生 活：水质分析，食品安全检验，活：水质分析，食品安全检验， 临床化验临床化验社会活动：毒品检验社会活动：毒品检验 ，刑事侦察，刑事侦察， 文物鉴定，兴奋剂检测文物鉴定，兴奋剂检测1.3分析化学分类分析化学分类1.按目的和任务按目的和任务定性、定量、结构分析定性、定量、结构分析分析过程中不能损坏样品分析过程中不能损坏样品无损分析无损分析对试样的局部进行分析对试样的局部进行分析微区分析微区分析固体表面的组成和分别固体表面的组成和分别表面分析表面分析日常生产中的分析日常生产中的分析例行分析例行分析不同实验室结果有争议时不同实验室
6、结果有争议时仲裁分析仲裁分析分析化学分类分析化学分类2. 2. 按分析物质属性按分析物质属性物质的两大类：无机分析物质的两大类：无机分析 有机（生物物质）分析有机（生物物质）分析各各 自自 特特 点：按分析物的自然属性或点：按分析物的自然属性或 特定领域，又可分为：特定领域，又可分为： 水质分析、食品分析、水质分析、食品分析、 钢铁分析、环境分析钢铁分析、环境分析分析化学分类分析化学分类3. 3. 按分析试样用量按分析试样用量常量、半微量、微量、超微量分析常量、半微量、微量、超微量分析痕量组分分析痕量组分分析分析化学分类分析化学分类4. 4. 按原理按原理化学分析法与仪器分析法化学分析法与仪器
7、分析法（1 1）R RA A+R+RB B=P=PC C+P+PD D由由R RB B（或（或P PC C、P PD D）的量算出）的量算出R RA A的量，的量，称为化学计量点法称为化学计量点法（2 2）以特征性化学反应为基础的方法）以特征性化学反应为基础的方法通常为化学分析法通常为化学分析法分析化学分类分析化学分类 （3 3）待测物浓度与某种物理或物理）待测物浓度与某种物理或物理化学性质相关化学性质相关 即即 ：物质的物理和物理化学性质为物质的物理和物理化学性质为基础的方法通常为仪器分析法基础的方法通常为仪器分析法第一次作业：1.环境监测和环境分析有何区别？2.为什么要分别制定环境质量标准
8、和排放标准?2 2 仪器分析的内容仪器分析的内容一一. . 什么是仪器分析什么是仪器分析 仪器分析是指通过测量物质的某些物理或物理化学性仪器分析是指通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来确定物质的化学组成、成分含量及化质的参数及其变化来确定物质的化学组成、成分含量及化学结构，并且各自形成自己独立的方法原理及理论基础的学结构，并且各自形成自己独立的方法原理及理论基础的一类分析方法，由于这类方法通常要采用比较复杂或特殊一类分析方法，由于这类方法通常要采用比较复杂或特殊的仪器设备，故通常称之为仪器分析。的仪器设备，故通常称之为仪器分析。 通通常常人人们们把把分分析析化化学学中中的的各各
9、种种方方法法不不严严格的分为化学分析和仪器分析两大类。格的分为化学分析和仪器分析两大类。二二. . 仪器分析与化学分析的关系仪器分析与化学分析的关系 仪器分析与化学分析的区别并非严格的，绝对的。二仪器分析与化学分析的区别并非严格的，绝对的。二者的关系是相辅相成的。这主要表现在以下方面：者的关系是相辅相成的。这主要表现在以下方面：仪仪器器分分析析是是在在化化学学分分析析的的基基础础上上逐逐步步发发展展起起来来的的，不不少少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；不不少少仪仪器器分分析析方方法法，还还必必须须与与试试样样处处理理、分分离离
10、及及掩掩蔽蔽等等化学分析手段相合，才能完成分析的全过程；化学分析手段相合，才能完成分析的全过程； 有有些些仪仪器器分分析析方方法法，由由于于涉涉及及到到大大量量有有机机试试剂剂和和络络合合物物化化学学等等许许多多理理论论，所所以以许许多多书书中中仍仍然然把把它它列列入入化化学学分分析析。如分光光度分析。如分光光度分析。仪器分析有时还需要采用化学富集的方法来提高灵敏度；仪器分析有时还需要采用化学富集的方法来提高灵敏度；概括的讲仪器分析与化学分析之概括的讲仪器分析与化学分析之间的关系可归纳为间的关系可归纳为1.1.化学分析方法与仪器分析方法是互为补充的，化学分析方法与仪器分析方法是互为补充的， 样
11、品预处理步骤是仪器分析中重要一环。样品预处理步骤是仪器分析中重要一环。2.2.仪器分析方法是当前主流仪器分析方法是当前主流 微量样品，快速批处理，高灵敏度，自动化微量样品，快速批处理，高灵敏度，自动化3.3.化学分析变为从属地位化学分析变为从属地位社会的需求：社会的需求： 制药的制药的QCQC、其他行业、其他行业QCQC或检测、或检测、 临床医学检测、临床医学检测、环境分析及其他环境分析及其他相应技术探讨：食品安全，生态环境高标准等相应技术探讨：食品安全，生态环境高标准等三三. . 仪器分析与其它学科的关系仪器分析与其它学科的关系 仪仪器器分分析析并并不不是是一一门门独独立立的的学学科科，而而
12、是是一一门门综综合合学学科科。近近代代的的仪仪器器分分析析是是涉涉及及到到物物理理学学、数数学学和和生生物物科科学学以以及及微微电电子子和和计计算算机机技技术术等等诸诸多多领领域域的的一一门门学学科科。是是多多种种仪仪器器方方法法的的组组合合。由由于于这这些些仪仪器器方方法法在在化化学学学学科科中中非非常常重重要要，它它门门也也已已不不仅仅仅仅是是用用于于分分析析的的目目的的，而而是是广广范范地地应应用用于于解解决决各种化学理论和实际问题。各种化学理论和实际问题。 其其他他学学科科的的发发展展为为仪仪器器分分析析的的发发展展创创造造了了条条件件，提出了新的要求拉动和促进了仪器分析的发展。提出了
13、新的要求拉动和促进了仪器分析的发展。 仪器分析的发展，推动着其他学科的发展。仪器分析的发展，推动着其他学科的发展。3 3 仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念灵敏度灵敏度S S： SensitivitySensitivity待测物浓度与响应信号的关系待测物浓度与响应信号的关系根据根据IUPACIUPAC规定：规定： A=A=k kc c， k k：为：为工作工作曲线的斜率曲线的斜率检出限检出限LDLD： Limit of DetectionLimit of Detection待测物可以被检测出的最低浓度待测物可以被检测出的最低浓度测定限测定限LQLQ：Limit of Quanti
14、tative Limit of Quantitative DeterminationDetermination待测物可以较准确测定的最低浓度待测物可以较准确测定的最低浓度LDLD和和LQLQ，分别为定性和定量分析范畴，分别为定性和定量分析范畴设空白值测量的标准差设空白值测量的标准差(20(20次次) )为为LD=3LD=3 / /S S，置信度为，置信度为99.7%99.7%LQ=10LQ=10 / /S S , , 定量测量的下限定量测量的下限 仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念选择性选择性：selectivityselectiv
15、ity 其他组分对待测组分测定结果的影响程其他组分对待测组分测定结果的影响程度度 专一性专一性：specificityspecificity仅对待测组分有响应，共存组分机会无干仅对待测组分有响应，共存组分机会无干扰此类分析方法很少扰此类分析方法很少仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念噪声噪声 当只有载气通过检测器时，记录仪上的当只有载气通过检测器时，记录仪上的基线波动称为噪声。基线波动称为噪声。仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念信噪比信噪比信噪比是指某组分信号与噪音信号之信噪比是指某组分信号与噪音信号之比比, ,信噪比越大，噪音对信号的影响信噪比越大，噪音对信号的影响
16、越小。越小。仪器分析仪器分析中的一些基本概念中的一些基本概念在正规实验室中在正规实验室中GLP: Good Laboratory PracticeGLP: Good Laboratory Practice 写所做，做所写写所做，做所写 SOP: Standard Operating ProcedureSOP: Standard Operating Procedure 规范规范/ /溯源溯源 配一瓶溶液，贴一张标签配一瓶溶液，贴一张标签 仪器分析是通过测量物质的某些物理或物理仪器分析是通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化而建立的一类分析方法，化学性质的参数及其变化而建立的一类分析方
17、法，原则上讲，凡是表征物质的所有的物理和物理化原则上讲，凡是表征物质的所有的物理和物理化学的性质，都可以被用作分析该物质的方法依据，学的性质，都可以被用作分析该物质的方法依据，因而也就有了众多的仪器分析方法。因而也就有了众多的仪器分析方法。 根据根据物质所产生的可测量信号物质所产生的可测量信号的不同，仪器的不同，仪器分析方法一般可以分为以下几大类：分析方法一般可以分为以下几大类：4 4 仪器分析方法的分类仪器分析方法的分类一、一、 光分析法光分析法 凡是基于检测能量作用于物质后产生的辐射信号（光）凡是基于检测能量作用于物质后产生的辐射信号（光）或其所引起的变化的分析方法均可称为光分析法。或其所
18、引起的变化的分析方法均可称为光分析法。光分析法光分析法非光谱非光谱光谱法光谱法1. 1. 非光谱法非光谱法 非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，仅通过仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、衍射测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、衍射和偏振和偏振等）的变化的分析方法。等）的变化的分析方法。 如：如：折射法、干涉法、散射浊度法、折射法、干涉法、散射浊度法、X X射线衍射射线衍射法和电子衍射法和电子衍射等。等。 光谱法是以光谱法是以光的吸收、发射和拉曼散射光的吸收、发射和拉曼散射等作等作用而建立的光分析方法，通过用而建立的光分析方法，通过检
19、测光谱的波长和检测光谱的波长和强度强度来进行分析。来进行分析。 属于这类方法的有：属于这类方法的有：原子发射光谱法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法，紫外可见分原子吸收光谱法、原子荧光光谱法，紫外可见分光光度法、光光度法、分子磷光光度法、化学发光法和激光分子磷光光度法、化学发光法和激光拉曼光谱法等。拉曼光谱法等。2. 2. 光谱法光谱法紫外可见光谱朗伯-比尔定律：P97当一束定量分析：下限10-610-5mol/L，相对误差小于1；设备简单，应用广泛紫外可见光谱实验仪器观摩用分光度法如何测定水中的铬分子发光分析荧光磷光化学发光红外光谱基团频率定性鉴定有机化合物和测定分子结构原子发
20、射光谱原子发射光谱能级跃迁 特征谱线同时检测多元素，选择性好，试样消耗少ICP-AES ICP-MS原子吸收光谱锐线光源检出限低，准确度高，选择性好，速度快原子吸收光谱实验仪器观摩二二. . 电分析化学电分析化学 电分析化学法是通过测量物质在溶电分析化学法是通过测量物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分液中的电化学性质及其变化来进行分析的一类分析方法，析的一类分析方法，根据所测得的电根据所测得的电信号的不同，可以信号的不同，可以分为：电导分析法，分为：电导分析法，电位分析法，电解和库仑分析法电位分析法，电解和库仑分析法以及以及伏安和极谱分析法。伏安和极谱分析法。电化学分析实验仪器观摩，电位分
21、析法，电位分析法pH酸度计酸度计三三. 色谱法色谱法色谱法是一种分离和分析方法。色谱法是一种分离和分析方法。色谱法主色谱法主要有气相色谱法和液相色谱法等要有气相色谱法和液相色谱法等，将色谱，将色谱法与各种现代仪器法与各种现代仪器联用，成为色联用，成为色-质联机，质联机，如气如气-质联用、质联用、液液-质联用等，质联用等，是解决复杂是解决复杂物质的分离和分析问题的最有效的手段物质的分离和分析问题的最有效的手段气相色谱分离效能高、高灵敏度、快速广泛用于石油化工、环境、医药、临床医学、农业、食品、刑事侦查高效液相色谱HPLC应用于高沸点、热稳定性差、摩尔质量大的化合物的分离分析，占尽大部分有机化合物
22、通常室温条件下进行分析离子色谱气-质联用色谱类实验仪器观摩气气-质联用质联用离子色谱离子色谱高效液相色谱高效液相色谱气相色谱气相色谱四四. . 其它仪器分析法其它仪器分析法1. 1. 质谱法质谱法 质质谱谱法法是是根根据据质质量量与与电电荷荷比比的的关关系系来来进进行行分分析析的的方方法法。它它可可用用于于定定性性分分析析，同同位位素素分分析析以以及及有有机机物物的的结结构构 测定测定 2. 2. 热分析法热分析法 热分析法是热分析法是测量物质的某些性质如质量、体积、测量物质的某些性质如质量、体积、热导和反应热与温度之间的动态关系热导和反应热与温度之间的动态关系，可用于成，可用于成分分析，但更
23、多的用于热力学、动力学和化学反应机理分分析，但更多的用于热力学、动力学和化学反应机理等方面的研究，属于这一类方法的有：差热分析法，差等方面的研究，属于这一类方法的有：差热分析法，差示扫描量热法，热重量法和测温滴定法等。示扫描量热法，热重量法和测温滴定法等。 3. 3. 放射化学分析法放射化学分析法 放射化学分析法是放射化学分析法是利用核衰变过程中所产生的放射利用核衰变过程中所产生的放射性辐射来进行分析性辐射来进行分析的方法。如借助核反应产生放射性同的方法。如借助核反应产生放射性同 位素的分析方法称为放射化学分析法。如在试样中加入放射位素的分析方法称为放射化学分析法。如在试样中加入放射性同位素进
24、行测定的方法成称为同位素稀释法。放射性同位性同位素进行测定的方法成称为同位素稀释法。放射性同位素常作为示踪原子应用于生物和化学研究。素常作为示踪原子应用于生物和化学研究。5 仪器分析的特点仪器分析的特点优点：优点： 1. 检出限量低检出限量低 2. 分析速度快分析速度快 3. 选择性高选择性高 4. 准确度准确度 5. 用途广泛用途广泛缺点：缺点： 1.设备昂贵，保设备昂贵，保养费事，对分析工作养费事，对分析工作者要求高者要求高 2.大部分仪器分大部分仪器分析方法要以化学物质析方法要以化学物质的标准品校正仪器的标准品校正仪器6 仪器分析的重要性发展趋势仪器分析的重要性发展趋势一一. . 仪器分
25、析的发展仪器分析的发展 近代化学分析近代化学分析起源于起源于1717世纪世纪，而仪器分析则，而仪器分析则在在1919世纪后期才出现世纪后期才出现。从。从1919世纪三十年代开始的几十世纪三十年代开始的几十年间，由于原子能工业、半导体工业及其它新兴工业年间，由于原子能工业、半导体工业及其它新兴工业的需要，仪器分析得到了迅速的发展，并的需要，仪器分析得到了迅速的发展，并逐步成为分逐步成为分析化学的主要组成部分析化学的主要组成部分。另外，在这一时期中，由于。另外，在这一时期中，由于科学技术的进步，特别是一些重大的科学发现，为许科学技术的进步，特别是一些重大的科学发现，为许多新的仪器分析方法的建立和发
26、展提供了良好的基础多新的仪器分析方法的建立和发展提供了良好的基础和技术支持。在建立这些新的仪器分析方法的过程中，和技术支持。在建立这些新的仪器分析方法的过程中，不少科学家因此而获得了诺贝尔物理奖、化学奖或生不少科学家因此而获得了诺贝尔物理奖、化学奖或生理医学奖。理医学奖。 现代仪器分析的发展为分析化学的内容带来了现代仪器分析的发展为分析化学的内容带来了革命性的变化。革命性的变化。 在过去，分析化学长期以化学分析为主，而在过去，分析化学长期以化学分析为主，而今天毫无疑问是以仪器分析方法为主；今天毫无疑问是以仪器分析方法为主； 在过去，分析化学以以单纯的分析方法研究在过去，分析化学以以单纯的分析方
27、法研究为主，而今天则进一步要求为主，而今天则进一步要求 对各种新技术及其相关对各种新技术及其相关理论进行研究；理论进行研究； 在过去，以无机在过去，以无机 物分析为主的分析，而今物分析为主的分析，而今天更注重有机及生物的物质的分析；天更注重有机及生物的物质的分析； 在过去，是以成分分析为主，而今天则更要在过去，是以成分分析为主，而今天则更要兼顾物质的结构分析、状态和价态分析、表面分析兼顾物质的结构分析、状态和价态分析、表面分析及微区分析等。及微区分析等。 智能化和小型化智能化和小型化 随着微电子技术及计算机技术在仪器分析随着微电子技术及计算机技术在仪器分析的应用更加广泛和深入，智能化的仪器分析
28、方的应用更加广泛和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐成为常规分析的重要手段。法将逐渐成为常规分析的重要手段。二二. . 仪器分析的发展趋势仪器分析的发展趋势 高灵敏度和高选择性高灵敏度和高选择性 随着技术的发展及科学技术及经济发展的随着技术的发展及科学技术及经济发展的需要，许多高灵敏度、高选择性的分析方法将需要，许多高灵敏度、高选择性的分析方法将逐步建立。逐步建立。 应用范围将日以扩大应用范围将日以扩大 仪器分析除了应用于成分分析外，将在更仪器分析除了应用于成分分析外，将在更大程度上应用于物质的结构分析、状态和价态大程度上应用于物质的结构分析、状态和价态分析、表面分析及微区分析等，而且在许多学分
29、析、表面分析及微区分析等，而且在许多学科的研究工作中将得到愈来愈广泛的应用。科的研究工作中将得到愈来愈广泛的应用。 仪器分析中各种方法的联用技术仪器分析中各种方法的联用技术 仪器分析中各种方法有其自身的一些特点，仪器分析中各种方法有其自身的一些特点，将仪器分析中各种方法的联用，将进一步发挥将仪器分析中各种方法的联用，将进一步发挥各种方法的效能解决复杂的分析问题。各种方法的效能解决复杂的分析问题。 与生物医学相结合与生物医学相结合 生命科学是生命科学是21世纪最为热门的研究领域之一。世纪最为热门的研究领域之一。将仪器分析中各种新方法应用于生命过程的研究；将仪器分析中各种新方法应用于生命过程的研究
30、；生物医学中的酶催化反应、免疫反应等技术和成生物医学中的酶催化反应、免疫反应等技术和成果也将进一步应用于仪器分析，开拓出新的研究果也将进一步应用于仪器分析，开拓出新的研究领域和方法。领域和方法。 自动检测或遥控分析自动检测或遥控分析 仪器分析将在各种工业流程及特殊环境中的仪器分析将在各种工业流程及特殊环境中的自动在线监控或遥控监测中发挥重大的作用。在这自动在线监控或遥控监测中发挥重大的作用。在这一领域中各种新型的化学及生物传感器及流动注射一领域中各种新型的化学及生物传感器及流动注射分析技术将是十分重要的。分析技术将是十分重要的。仪器分析的重要性发展趋势展望仪器分析的重要性发展趋势展望高灵敏度(达分子级) 高选择性(复杂体系快速自动智能化 生物和环境分析在线实时原位分析 活体、无损分析 过程分析 新仪器、传感器
