儀器分析課件

儀器分析課件1第一章《儀器分析》緒論本章提要：1、分析化學(xué)的任務(wù)；2、分析化學(xué)分類(lèi)；3、儀器分析的發(fā)展；4、定量分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)；5、儀器分析校正方法21、分析化學(xué)的任務(wù)分析化學(xué)是研究物質(zhì)的化學(xué)組成的！這句話可展開(kāi)為：1

What?定性分析(qualitativeanalysis):目標(biāo)物質(zhì)的原子、分子或功能基團(tuán)組成信息；2

Howmuch?定量分析(quantitativeanalysis):目標(biāo)物質(zhì)的數(shù)量信息。分析化學(xué)是測(cè)量和表征的科學(xué)。32.分析化學(xué)分類(lèi)從分析化學(xué)的發(fā)展歷史來(lái)看，分析化學(xué)分為兩類(lèi)：經(jīng)典分析以及儀器分析，后者比前者晚100多年！

化學(xué)分析（以物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)）化學(xué)分離：沉淀、萃取、蒸餾等分離方法；定性方法：加入各種試劑，測(cè)量待測(cè)物（analyte,targetspecies）的顏色、沸熔點(diǎn)、氣味、光學(xué)性質(zhì)（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶劑中的溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法

4儀器分析（以物質(zhì)的物理、物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)）化學(xué)分離：色譜技術(shù)和毛細(xì)管電泳技術(shù)開(kāi)始取代沉淀、萃取、蒸餾等分離方法；定性定量方法：利用物質(zhì)原子、分子、離子等的特性，如電導(dǎo)、電位、光吸收和發(fā)射、質(zhì)荷比、熒光等；5必須注意：1）化學(xué)分析、儀器分析沒(méi)有截然的界限。2）

大多儀器分析方法靈敏度較高，取樣量較少。3）大多儀器分析方法分析速度快、應(yīng)用廣泛。4）儀器分析的準(zhǔn)確度不如經(jīng)典分析中的重量或容量分析。5）儀器分析的儀器設(shè)備較復(fù)雜，價(jià)格昂貴。6儀器分析的分類(lèi)光學(xué)分析法電化學(xué)分析法色譜分析法7光學(xué)分析法及其分類(lèi)

光學(xué)分析法可分為光譜法和非光譜法兩大類(lèi)。

光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。

光譜法可分為原子光譜法和分子光譜法。原子光譜法是由原子外層或內(nèi)層電子能級(jí)的變化產(chǎn)生的，它的表現(xiàn)形式為線光譜。屬于這類(lèi)分析方法的有原子發(fā)射光譜法（AES）、原子吸收光譜法（AAS），原子熒光光譜法（AFS）以及X射線熒光光譜法（XFS）等。8光學(xué)分析法及其分類(lèi)分子光譜法是由分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生的，表現(xiàn)形式為帶光譜。屬于這類(lèi)分析方法的有紫外-可見(jiàn)分光光度法（UV-Vis），紅外光譜法（IR），分子熒光光譜法（MFS）和分子磷光光譜法（MPS）等。

非光譜法是基于物質(zhì)與輻射相互作用時(shí)，測(cè)量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法。本章主要介紹光譜法。9電化學(xué)分析法根據(jù)物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)建立的一類(lèi)分析方法。主要類(lèi)型：電位分析法伏安法和極譜法電導(dǎo)分析法電解分析法庫(kù)侖分析法10色譜分析法以物質(zhì)在兩相中分配比的差異而進(jìn)行分離和分析的方法。主要類(lèi)型：氣相色譜法液相色譜法113、儀器分析的發(fā)展計(jì)算機(jī)與分析儀器的結(jié)合，出現(xiàn)了分析儀器的智能化，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。它使許多以往難以完成的任務(wù)，如實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化，圖譜的快速檢索，復(fù)雜的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)可輕而易舉得于完成。信息的采集和變換主要依賴(lài)于各類(lèi)的傳感器。這又帶動(dòng)儀器分析中傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了光導(dǎo)纖維的化學(xué)傳感器和各種生物傳感器。123、儀器分析的發(fā)展聯(lián)用分析技術(shù)已成為當(dāng)前儀器分析的重要發(fā)展方向。將幾種方法結(jié)合起來(lái)，特別是分離方法（如色譜法）和檢測(cè)方法（紅外光譜法、質(zhì)譜法、核磁共振波譜法、原子吸收光譜法等）的結(jié)合，匯集了各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，可以更好地完成試樣的分析任務(wù)。133、儀器分析的發(fā)展聯(lián)用分析技術(shù)：1.氣相色譜—質(zhì)譜法（GC—MS）2.氣相色譜—原子發(fā)射光譜法（GC—AES）3.液相色譜—質(zhì)譜法（HPLC—MS）143、儀器分析的發(fā)展20世紀(jì)40~50年代興起的材料科學(xué)，60~70年代發(fā)展起來(lái)的環(huán)境科學(xué)都促進(jìn)了分析化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。80年代以來(lái)，生命科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)分析化學(xué)一次巨大的發(fā)展。儀器分析是分析化學(xué)的重要組成部分，也隨之不斷發(fā)展，不斷地更新自己，互相滲透、互相融合，為科學(xué)技術(shù)提供更準(zhǔn)確、更靈敏、專(zhuān)一、快速、簡(jiǎn)便的分析方法。153、儀器分析的發(fā)展如生命科學(xué)研究的進(jìn)展，需要對(duì)多肽、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子進(jìn)行分析，對(duì)生物藥物分析，對(duì)超微量生物活性物質(zhì)，如單個(gè)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)傳遞物質(zhì)的分析以及對(duì)生物活體進(jìn)行分析。信息時(shí)代的到來(lái)，給儀器分析帶來(lái)了新的發(fā)展。信息科學(xué)主要是信息的采集和處理。164、定量分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（精密度、準(zhǔn)確度、檢測(cè)限）靈敏度（Sensitivity）

反映了儀器或方法識(shí)別微小濃度或含量變化的能力，也就是說(shuō)，當(dāng)濃度或含量有微小變化時(shí)，儀器或方法均可以覺(jué)察出來(lái)。IUPAC推薦使用“校正靈敏度”或者“校正曲線斜率”作為衡量靈敏度高低的標(biāo)準(zhǔn)。17010203040506000.10.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1儀器和方法的靈敏度描述

k1,k2分別為兩條校正曲線的斜率，即靈敏度。但未考慮測(cè)定重現(xiàn)性影響！18精密度（Precision）使用同一方法或步驟進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量所得分析數(shù)據(jù)之間符合的程度。標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差19準(zhǔn)確度試樣含量的測(cè)得值與試樣含量的真實(shí)值相符合的程度稱(chēng)為準(zhǔn)確度，用相對(duì)誤差量度。即

是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合反映，決定分析結(jié)果的可靠程度，只有當(dāng)精密度好，又消除了系統(tǒng)誤差后才可能有較好的準(zhǔn)確度。20檢測(cè)限：在已知置信水平，可以檢測(cè)到的待測(cè)物的最小質(zhì)量或濃度。它和分析信號(hào)（Singnal）與空白信號(hào)的波動(dòng)（噪音,Noise）有關(guān)，或者說(shuō)與信噪比（S/N）有關(guān)。只有當(dāng)有用的信號(hào)大于噪音信號(hào)時(shí)，儀器才有可能識(shí)別有用信號(hào)，如下圖所示。檢測(cè)限（Detectionlimit,DL）21sb測(cè)定次數(shù)，nSSDL=Sb+k1

sb儀器噪音及方法檢出限

K1=3時(shí)，可以認(rèn)為儀器檢出的最小信號(hào)值SDL可能性為95%Sb：空白信號(hào)的平均值，sb空白信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差22檢出限如何計(jì)算呢？測(cè)定空白樣品(或濃度接近空白值）20-30次，求其平均值Sb

及其標(biāo)準(zhǔn)偏差sb，則可分辨的最小信號(hào)

SDL=Sb+k1

sb

通過(guò)校正曲線的斜率k，將最小待測(cè)物信號(hào)SDL轉(zhuǎn)化為濃度值CDL，即經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)的t和z檢驗(yàn)，當(dāng)k1=3時(shí)，大多數(shù)情況下，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果的置信度為95%。因此上式可轉(zhuǎn)換為：23所謂校正(Calibration)，就是將儀器分析產(chǎn)生的各種信號(hào)與待測(cè)物濃度聯(lián)系起來(lái)的過(guò)程。除重量法和庫(kù)侖法之外，所有儀器分析方法都要進(jìn)行“校正”。校正方法有三：標(biāo)準(zhǔn)曲線法；標(biāo)準(zhǔn)加入法；內(nèi)標(biāo)法。

5、儀器分析校正方法24具體做法：l

準(zhǔn)確配制已知待測(cè)物濃度的系列:0(空白)，c1，c2，c3，c4……..；l

通過(guò)儀器分別測(cè)量以上各待測(cè)物的響應(yīng)值S0，S1，S2，S3，S4……及待測(cè)物的響應(yīng)值Sx；l

以濃度c對(duì)響應(yīng)信號(hào)與S作圖得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后通過(guò)測(cè)得的Sx從下圖中求得cx；或者通過(guò)最小二乘法獲得其線性方程再直接進(jìn)行計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)曲線法（Calibrationcurve，Workingcurve,Analyticalcurve）25S440cx標(biāo)準(zhǔn)曲線法的準(zhǔn)確性與否與兩個(gè)因素有關(guān)：標(biāo)準(zhǔn)物濃度配制的準(zhǔn)確性；標(biāo)準(zhǔn)基體與樣品基體的一致性。

0.0520濃度，cSS2S3S10.00.20.40.60.81.01.230Sx26相關(guān)系數(shù)（-1<r<1）27

具體做法：l

將一系列已知量待測(cè)物分別加入到幾等份的樣品中，配制成濃度為(cx+0)，(cx+c1),(cx+c2),(cx+c3)……..，得到和樣品有相同基體的標(biāo)準(zhǔn)系列(加標(biāo)，spiking)；l

通過(guò)儀器分別測(cè)量以上系列的響應(yīng)值S0，S1，S2，S3，S4……；以濃度c對(duì)響應(yīng)信號(hào)與S作圖，再將直線外推與濃度軸相交于一點(diǎn)(下圖)，求得樣品中待測(cè)物濃度cx。

優(yōu)點(diǎn)：基體(matrix)相近，或者說(shuō)基體干擾相同；

缺點(diǎn)：麻煩，適于小數(shù)量的樣品分析。標(biāo)準(zhǔn)加入法（Standardadditionmethod）28cx0.00.20.0102030-10濃度，cSS2S3S4S10.40.60.81.01.2

當(dāng)樣品量很少時(shí)，可在一份樣品中加標(biāo)，加一次作一次測(cè)量，可得到上述方法相同的結(jié)果；

當(dāng)覺(jué)得上述過(guò)程麻煩時(shí)，可只加標(biāo)一次，分別測(cè)量樣品和加標(biāo)樣品的儀器響應(yīng)，再直接通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算。

29該該法可以說(shuō)是上述兩種校正曲線的改進(jìn)。可用于克服或減少儀器或方法的不足等引起的隨機(jī)誤差或系統(tǒng)誤差。具體作法：l

尋找一種物質(zhì)或內(nèi)標(biāo)物，該內(nèi)標(biāo)物必須是樣品中大量存在的或完全不存在的。然后，在所有樣品、標(biāo)準(zhǔn)及空白中加入相同量的上述內(nèi)標(biāo)物；l

分別測(cè)量樣品及標(biāo)準(zhǔn)中待測(cè)物及內(nèi)標(biāo)物的響應(yīng)值，然后以Sx/Si比值對(duì)濃度c作圖；l

按前述校正方法獲得cx。內(nèi)標(biāo)法（Internalstandardmethod）30

當(dāng)待測(cè)物與內(nèi)標(biāo)物的響應(yīng)值的波動(dòng)一致時(shí)，其比值可抵消因儀器信號(hào)的波動(dòng)和操作上的不一致所引起的測(cè)定誤差；例如：Li可作為血清中K，Na測(cè)定的內(nèi)標(biāo)物（Li與K，Na性質(zhì)相似，但