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1、第第10章章 仪器分析法概述仪器分析法概述 Overview of Instrument Analysis第第10章章 仪器分析法概述仪器分析法概述仪器分析法：仪器分析法：采用较为特殊或复杂的采用较为特殊或复杂的仪器设备仪器设备，通过测量物质的某些通过测量物质的某些物理物理或或物理化学物理化学性质性质参数或参数或变化变化来确定其化学组成、成分含量或结构的分析来确定其化学组成、成分含量或结构的分析方法。化学反应不是必须条件。方法。化学反应不是必须条件。化学法：化学法：使用天平和玻璃器皿，基于化学反应平使用天平和玻璃器皿，基于化学反应平衡基础上的分析方法衡基础上的分析方法。10-1 仪器分析法分类
2、仪器分析法分类凡能表征物质的所有物理或物理化学性质均可作为分析该凡能表征物质的所有物理或物理化学性质均可作为分析该物质的依据，根据物质产生的可测信号不同，可把仪器分物质的依据，根据物质产生的可测信号不同，可把仪器分析法分为以下几类：析法分为以下几类：光学分析法光学分析法 电分析化学法电分析化学法 色谱分析法色谱分析法（分离分析法）（分离分析法）其他仪器分析法（质谱法、热分析法、放射化学分析法、其他仪器分析法（质谱法、热分析法、放射化学分析法、动力学方法等）动力学方法等）10-1-1 光学分析法（光学分析法（1）光（电磁辐射）：光（电磁辐射）：是是一种以极大的速度通过空间，不要任一种以极大的速度
3、通过空间，不要任何物质作为传播媒介的能量，具有波粒二象性。何物质作为传播媒介的能量，具有波粒二象性。表表1 电磁波的波长范围电磁波的波长范围波谱区波谱区 射线射线 射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线无线电波无线电波波长波长nm0.0050.005-1010-400400-800800-106106-1014表表2 光学光谱区光学光谱区波谱区波谱区远紫外远紫外近紫外近紫外可见区可见区近红外近红外中红外中红外远红外波远红外波波长波长10-200nm200-400nm400-800nm800nm-2.5 m2.5-50 m50-1000 m /hcE10-1-1 光学分析法（光学分析法（2
4、）光学分析法：光学分析法：根据物质发射光或光与物质相互作用而建立根据物质发射光或光与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。可分为非光谱法和光谱法。起来的一类分析化学方法。可分为非光谱法和光谱法。非光谱法：如非光谱法：如折射法，浊度法，旋光法等。其特点是折射法，浊度法，旋光法等。其特点是物质与电物质与电磁辐射的作用不涉及物质内部能级的跃迁，但辐射的某些性质：磁辐射的作用不涉及物质内部能级的跃迁，但辐射的某些性质：折射、散射、偏振等性质发生变化。折射、散射、偏振等性质发生变化。光谱法：光谱法：基于物质与电磁辐射作用时，由于物质内部量子化的基于物质与电磁辐射作用时，由于物质内部量子化的能级之间发
5、生跃迁产生的发射、吸收和散射现象而进行分析的能级之间发生跃迁产生的发射、吸收和散射现象而进行分析的方法，如发射光谱法、吸收光谱法、拉曼散射光谱法等。方法，如发射光谱法、吸收光谱法、拉曼散射光谱法等。10-1-1 光学分析法（光学分析法（3）特性特性仪器方法仪器方法说明说明光发射光发射发射光谱法、荧光发射光谱法、荧光/磷光、化学发光磷光、化学发光光由待测物产生光由待测物产生光吸收光吸收分光光度分光光度、声光光谱、核磁、声光光谱、核磁/电子自旋共振电子自旋共振光与待测物作用光与待测物作用后发生变化后发生变化光散射光散射浊度法、拉曼光谱浊度法、拉曼光谱光折射光折射折光分析、干涉法折光分析、干涉法光衍
6、射光衍射X-射线和电子衍射光谱射线和电子衍射光谱光偏转光偏转旋光分析、旋光性色散分析、园二色性光谱旋光分析、旋光性色散分析、园二色性光谱10-1-2 电化学分析法电化学分析法电极电极电电化化学学工工作作站站待待测测试试液液化化学学电电池池电电化化学学信信号号电位电位电荷电荷电导电导电电位位电电流流-10-1-3 色谱分析法色谱分析法分离方法分离方法检测手段检测手段色谱法：色谱法：利用利用外力外力使含有样品（多个使含有样品（多个组分）的组分）的流动相流动相通过与流动相互不相通过与流动相互不相溶的溶的固定相固定相表面。样品中各组份与两表面。样品中各组份与两相发生相发生不同程度的作用不同程度的作用而
7、使其流动速而使其流动速率产生差异，通过固定长度的固定相率产生差异，通过固定长度的固定相所用的时间不同，从而实现分离。所用的时间不同，从而实现分离。流动相流动相作用模式作用模式光、电、光、电、质谱等质谱等气相色谱气相色谱吸附吸附分配分配液相色谱液相色谱吸附吸附分配分配静电静电筛分筛分亲和亲和电泳：电泳：同一电场强度下不同组分荷质比不同产生的差速迁移同一电场强度下不同组分荷质比不同产生的差速迁移超临界超临界电色谱电色谱10-2 分析仪器的组成（分析仪器的组成（1）分析仪器的基本结构单元分析仪器的基本结构单元信号信号发生器发生器检测器检测器信号信号处理器处理器分析分析信号信号输入输入信号信号表头表头
8、记录仪记录仪数字显示仪数字显示仪或计算机处理或计算机处理输出输出信号信号读读出出装装置置工作站（数据处理及仪器控制）工作站（数据处理及仪器控制）将信号发生器得到的信号转化为将信号发生器得到的信号转化为电信号电信号10-2 分析仪器的组成（分析仪器的组成（2）分析仪器的类型分析仪器的类型 通用型（通用型（）仪器设计的物理（化学）基础：仪器设计的物理（化学）基础：光谱仪、色谱仪、电化学分析仪等光谱仪、色谱仪、电化学分析仪等分析对象：分析对象：分子（原子）分析仪器、分离分析仪器、联用仪器等分子（原子）分析仪器、分离分析仪器、联用仪器等 专用型：专用型：指不同应用学科领域测定某些特定对象或项目的分析仪
9、器，指不同应用学科领域测定某些特定对象或项目的分析仪器，如大气监测仪、水质分析仪、酶联免疫分析仪、工业生产流程自动控如大气监测仪、水质分析仪、酶联免疫分析仪、工业生产流程自动控制的过程分析仪器等制的过程分析仪器等10-3 仪器分析法的特点仪器分析法的特点试样用量少（试样用量少（mL、mg L、g）；方法灵敏度高，检出限低）；方法灵敏度高，检出限低（10-6 g 10-12 g ），），适于微量、痕量、超痕量成分的测定适于微量、痕量、超痕量成分的测定选择性较化学分析好选择性较化学分析好操作简便，分析速度快，易于实现自动化操作简便，分析速度快，易于实现自动化可实现复杂混合物成分分离、鉴定或结构测定
10、可实现复杂混合物成分分离、鉴定或结构测定可实现物质非破坏性分析及表面、微区、形态等分析（但通常情况下，可实现物质非破坏性分析及表面、微区、形态等分析（但通常情况下，样品前处理亦是仪器分析法中最关键的步骤）样品前处理亦是仪器分析法中最关键的步骤）相对误差较大相对误差较大（测定高含量组分准确度较化学法低，但在不断提高）（测定高含量组分准确度较化学法低，但在不断提高）需要比较昂贵的专用仪器需要比较昂贵的专用仪器10-4 仪器分析的发展趋势仪器分析的发展趋势小型化集成化小型化集成化（芯片）、（芯片）、多功能化多功能化（联用技术）和（联用技术）和高稳定、高高稳定、高灵敏度灵敏度检测是仪器分析发展的最高境
11、界。检测是仪器分析发展的最高境界。目前分析化学界尚未解决的主要问题目前分析化学界尚未解决的主要问题 单分子（单细胞）测量技术单分子（单细胞）测量技术 微型化技术微型化技术 复杂体系分析复杂体系分析生物芯片生物芯片便携式光度计便携式光度计小型化质谱仪小型化质谱仪10-5 仪器分析中的定量方法仪器分析中的定量方法仪器分析中信号与组分含量的关系仪器分析中信号与组分含量的关系ckS a（很多情况下等于（很多情况下等于0）非常数，非常数，随随测定条件测定条件或或仪器不同仪器不同而不同！而不同！需用标准物质进行确定！需用标准物质进行确定！10-5-1 比较法（单标对照法）比较法（单标对照法）试样试样标样标
12、样试样试样试样试样ckS 标样标样标样标样ckS 标样标样标样标样试样试样试样试样c/SSc 使用前提：使用前提：标样与试样浓度接近标样与试样浓度接近试样中干扰成分少（基体简单）试样中干扰成分少（基体简单）10-5-2 标准曲线法标准曲线法 采用采用相同的处理方式相同的处理方式配制一系列已知浓度（配制一系列已知浓度（c1c2cn）标准溶液和）标准溶液和待测试样（待测试样（cx），并保证），并保证c1cxcn；在相同的条件下分别测定相应的信号在相同的条件下分别测定相应的信号S1、S2Sn和和Sx；建立浓度（建立浓度（c1、c2cn）和信号）和信号S1、S2Sn的线性关系；的线性关系；由由Sx和所
13、得线性关系求出和所得线性关系求出cx；由由cx求出原始试样的含量。求出原始试样的含量。最常用，但试样基体复杂时误差较大最常用，但试样基体复杂时误差较大40cx0.0520S0.00.20.40.60.81.01.230cxS坐标纸（直接绘出曲线坐标纸（直接绘出曲线最小二乘法（可获得曲线方程）最小二乘法（可获得曲线方程）做图软件做图软件（origin、Exel等兼备上述两者）等兼备上述两者）例：例：分光光度法测定水中微量铁的步骤与数据如下，计算试样中微量的分光光度法测定水中微量铁的步骤与数据如下，计算试样中微量的含量。含量。系列标准溶液系列标准溶液空白溶液空白溶液待测液待测液容量瓶（容量瓶（50
14、 mL）编号）编号0 123456100 mg L-1 Fe2+溶液溶液/mL00.30.60.91.21.55.010盐酸羟胺水溶液盐酸羟胺水溶液/mL1111111混匀后放置混匀后放置3-5 min0.2邻菲啰啉溶液邻菲啰啉溶液/mL1.51.51.51.51.51.51.5pH4.6的的HAc-NaCl缓冲液缓冲液5555555定容至定容至50mL，放置，放置10 min后于后于510 nm处测定处测定A仪器响应仪器响应A（吸光度）（吸光度）0.1120.2270.3280.4680.5730.428解：解：cFe/mgL-10.61.21.82.43.0A0.1120.2270.328
15、0.4680.573当然也可以用所加标准溶液的当然也可以用所加标准溶液的体积体积或者所含标准物质的或者所含标准物质的质量质量对信号作图对信号作图绘制标准曲线绘制标准曲线0.00.51.01.52.02.53.00.00.10.20.30.40.50.6AcFe/(g/mL)拟合方程：拟合方程：A=0.191cFe相关系数：相关系数：r=0.999计算结果计算结果1Lmg 4.2200.500.50191.0428.0c 待待测测标准加入法标准加入法 将一系列已知量的待测物将一系列已知量的待测物（标准物质）（标准物质）分别加入到几等份试样分别加入到几等份试样（待测（待测样品）样品）中，配制成浓度
16、为（中，配制成浓度为（cx+0）、（）、（cx+c1）、（）、（cx+c2）、（）、（cx+c3），且具有相同基体组成的标准系列；，且具有相同基体组成的标准系列；在相同条件测得相应信号在相同条件测得相应信号S0、S1、S2 以浓度以浓度0、c1、c2 与信号与信号S0、S1、S2作图，将直线外推至与浓作图，将直线外推至与浓度轴相交，即可求得试样中待测物质的浓度度轴相交，即可求得试样中待测物质的浓度cx试样基体比较复杂时采用试样基体比较复杂时采用该法可消除试样基体对测定的影响，但操作该法可消除试样基体对测定的影响，但操作比较繁琐，仅在样品数量较少时采用。有时比较繁琐，仅在样品数量较少时采用。有时也可仅加标一次，直接利用公式计算结果。也可仅加标一次，直接利用公式计算结果。1c2c3c自学内容自学内容能熟练使用能熟练使用origin或或Exel绘制校正曲线绘制校正曲线Origin7.5版及简单使用说明已经发到公共信箱版及简单使用说明已经发到公共信箱1-6 分析仪器的性能表征分析仪器的性能表征分析仪器的性能指标分析仪器的性能指标性能性能表征表征分析对象分析对象精密度精密度标准偏差、相对标准偏差
