《現(xiàn)代儀器分析課件》課件

《現(xiàn)代儀器分析》課件課程簡(jiǎn)介1學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)現(xiàn)代儀器分析的基本原理和方法，為從事科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)提供必要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。2課程內(nèi)容涵蓋光譜分析、色譜分析、質(zhì)譜分析、電化學(xué)分析、熱分析等現(xiàn)代儀器分析技術(shù)。3教學(xué)方式課堂講授、實(shí)驗(yàn)操作、課外討論等多種教學(xué)形式相結(jié)合，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。儀器分析的應(yīng)用領(lǐng)域化學(xué)定量分析、定性分析、結(jié)構(gòu)分析、純度分析、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究、污染物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等生物學(xué)生物大分子的分離和鑒定、生物過(guò)程的監(jiān)測(cè)、藥物研發(fā)、基因檢測(cè)、食品安全等醫(yī)學(xué)臨床診斷、疾病監(jiān)測(cè)、藥物代謝研究、病理分析、醫(yī)療器械開(kāi)發(fā)等材料科學(xué)材料成分分析、結(jié)構(gòu)分析、性能表征、新材料開(kāi)發(fā)、材料制備過(guò)程控制等儀器分析的特點(diǎn)高靈敏度儀器分析可以檢測(cè)痕量物質(zhì)，精確度高，適合分析復(fù)雜樣品。高準(zhǔn)確度儀器分析方法具有較高的準(zhǔn)確性，可以獲得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？焖俦憬輧x器分析方法通常操作簡(jiǎn)便，分析速度快，提高了分析效率。儀器分析的分類(lèi)光譜分析法基于物質(zhì)與電磁輻射相互作用而產(chǎn)生的光譜進(jìn)行分析。電化學(xué)分析法利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。質(zhì)譜分析法通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量電荷比進(jìn)行分析。色譜分析法利用物質(zhì)在不同相之間的分配系數(shù)不同進(jìn)行分離分析。電化學(xué)分析法電化學(xué)分析法是利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析的方法，是儀器分析的重要組成部分。它主要研究物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)行為，并利用電化學(xué)現(xiàn)象來(lái)測(cè)定物質(zhì)的含量或性質(zhì)。電化學(xué)分析法具有以下特點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)便、成本低廉等。廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、醫(yī)藥化工、材料科學(xué)等領(lǐng)域。原子光譜分析法原子光譜分析法是基于原子蒸氣對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收或發(fā)射來(lái)進(jìn)行定量分析的方法。它廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、材料科學(xué)等領(lǐng)域。原子光譜分析法主要有兩種類(lèi)型：原子吸收光譜法(AAS)和原子發(fā)射光譜法(AES)。AAS利用原子蒸氣對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收程度來(lái)測(cè)定樣品中待測(cè)元素的含量。AES則利用原子蒸氣在激發(fā)狀態(tài)下發(fā)射的特定波長(zhǎng)光來(lái)測(cè)定樣品中待測(cè)元素的含量。分子光譜分析法分子光譜分析法利用物質(zhì)分子對(duì)電磁輻射的吸收、發(fā)射或散射的特性，通過(guò)分析物質(zhì)的分子光譜來(lái)確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成和含量。分子光譜分析法主要包括紅外光譜、拉曼光譜、紫外可見(jiàn)光譜、熒光光譜、核磁共振波譜等。色譜分析法色譜分析法是一種分離和分析混合物的技術(shù)。它利用不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中分配系數(shù)的差異，將混合物中的組分分離，并根據(jù)組分的保留時(shí)間和峰面積進(jìn)行定性和定量分析。質(zhì)譜分析法分離離子根據(jù)離子的質(zhì)量荷比進(jìn)行分離檢測(cè)離子檢測(cè)不同質(zhì)量荷比的離子強(qiáng)度分析物質(zhì)確定物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和含量熱分析法差示掃描量熱法(DSC)測(cè)量材料在受控氣氛下，溫度變化時(shí)熱流變化的方法。熱重分析法(TGA)測(cè)量材料在受控氣氛下，溫度變化時(shí)質(zhì)量變化的方法。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析法(DMA)測(cè)量材料在受控氣氛下，溫度變化時(shí)機(jī)械性能變化的方法。離子色譜分析法離子色譜法是分離和測(cè)定離子的一種高效液相色譜方法。它利用離子交換樹(shù)脂作為固定相，以離子強(qiáng)度梯度或濃度梯度洗脫液為流動(dòng)相，根據(jù)離子在固定相上的親和力不同，實(shí)現(xiàn)不同離子的分離。離子色譜分析法廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、醫(yī)藥化工、農(nóng)業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域。它可以測(cè)定各種無(wú)機(jī)離子，例如陽(yáng)離子(如Na+,K+,Ca2+,Mg2+)和陰離子(如Cl-,NO3-,SO42-)，以及有機(jī)離子，如胺類(lèi)、羧酸類(lèi)等。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）是一種強(qiáng)大的分析方法，將氣相色譜的高分離能力與質(zhì)譜的高靈敏度和結(jié)構(gòu)鑒定能力相結(jié)合。它廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、藥物分析、臨床診斷等領(lǐng)域。GC-MS的工作原理是首先利用氣相色譜將樣品中的不同組分分離，然后將分離后的組分導(dǎo)入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)和鑒定。質(zhì)譜儀根據(jù)離子的質(zhì)量電荷比對(duì)離子進(jìn)行分離，從而獲得物質(zhì)的分子量和結(jié)構(gòu)信息。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(LC-MS)是一種強(qiáng)大的分析技術(shù)，它結(jié)合了液相色譜(LC)的分離能力和質(zhì)譜(MS)的鑒定能力。LC-MS可用于分析各種樣品，包括藥物、蛋白質(zhì)、代謝物和環(huán)境污染物。它被廣泛應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和臨床診斷等領(lǐng)域。核磁共振波譜技術(shù)結(jié)構(gòu)解析揭示分子結(jié)構(gòu)，確定官能團(tuán)和原子連接方式動(dòng)態(tài)研究探究分子運(yùn)動(dòng)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和構(gòu)象變化成分分析識(shí)別混合物中不同物質(zhì)，確定含量比例紅外光譜分析法紅外光譜分析法是一種利用物質(zhì)對(duì)紅外光的選擇性吸收來(lái)鑒別和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。紅外光照射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)分子會(huì)吸收特定頻率的紅外光，導(dǎo)致分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生吸收峰。紅外光譜圖上，吸收峰的位置和強(qiáng)度反映了物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的信息。通過(guò)分析紅外光譜圖，可以確定物質(zhì)的類(lèi)型、官能團(tuán)和分子結(jié)構(gòu)等信息。拉曼光譜分析法原理基于分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的散射光譜進(jìn)行分析。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，可用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定、成分分析和動(dòng)力學(xué)研究。優(yōu)勢(shì)非破壞性、靈敏度高、樣品制備簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，使其成為一種重要的分析方法。示差掃描量熱法示差掃描量熱法（DSC）是一種常用的熱分析技術(shù)，用于測(cè)量物質(zhì)在受控溫度變化下的熱流變化。它通過(guò)比較樣品和參比物質(zhì)在相同溫度下的熱流差異來(lái)確定物質(zhì)的熱性質(zhì)，如熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶溫度、比熱容等。層析分離的基本原理1選擇性吸附不同物質(zhì)在固定相上的吸附能力不同2流動(dòng)相洗脫利用流動(dòng)相將樣品中各組分依次洗脫下來(lái)3檢測(cè)器檢測(cè)根據(jù)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析薄層色譜分析薄層色譜法(TLC)是一種簡(jiǎn)單、快速、常用的分離和分析方法。它基于樣品組分在固定相上的吸附能力差異，通過(guò)流動(dòng)相的洗脫，使不同組分在固定相上分離。TLC具有操作簡(jiǎn)單、成本低、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域。氣相色譜分析氣相色譜是一種分離和分析揮發(fā)性物質(zhì)的有效技術(shù)。它利用樣品中各組分在固定相和流動(dòng)相之間的分配系數(shù)不同，將混合物分離成單一組分。在氣相色譜中，樣品首先被注入色譜柱，然后由載氣攜帶通過(guò)色譜柱。不同的組分在固定相上停留的時(shí)間不同，因此以不同的時(shí)間從色譜柱中流出。高效液相色譜分析高效液相色譜(HPLC)是一種強(qiáng)大的分析技術(shù)，用于分離、鑒定和量化樣品中的不同成分。它特別適用于分離熱不穩(wěn)定、極性或高分子量化合物。HPLC的工作原理是利用流動(dòng)相將樣品帶入色譜柱，然后通過(guò)固定相分離不同成分。不同的成分在固定相上具有不同的保留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)分離。毛細(xì)管電泳分析分離原理毛細(xì)管電泳利用帶電粒子在電場(chǎng)中的遷移速度差異進(jìn)行分離。儀器組成毛細(xì)管電泳儀器主要包括毛細(xì)管、高壓電源、檢測(cè)器等。應(yīng)用領(lǐng)域毛細(xì)管電泳廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域。質(zhì)譜分析技術(shù)的原理離子化樣品分子首先被離子化，形成帶電荷的離子。加速離子在電場(chǎng)的作用下被加速，獲得相同的動(dòng)能。偏轉(zhuǎn)離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度取決于離子的質(zhì)量荷比。檢測(cè)不同質(zhì)量荷比的離子被檢測(cè)器檢測(cè)，得到質(zhì)譜圖。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)是一種常用的元素分析技術(shù)，它結(jié)合了電感耦合等離子體(ICP)和質(zhì)譜(MS)技術(shù)。ICP用于產(chǎn)生樣品中元素的離子，而MS用于根據(jù)其質(zhì)量與電荷比分離離子。ICP-MS可用于測(cè)量各種樣品中的微量和痕量元素，包括環(huán)境、食品、生物、地質(zhì)和材料。該技術(shù)具有高靈敏度、快速分析、多元素分析和同位素分析等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、藥物分析、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。飛行時(shí)間質(zhì)譜飛行時(shí)間質(zhì)譜法（TOFMS）是一種根據(jù)離子在真空中的飛行時(shí)間來(lái)測(cè)定其質(zhì)量-電荷比的質(zhì)譜方法。這種方法簡(jiǎn)單直觀，適用于分析各種有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。TOFMS的工作原理是：將樣品離子化后，在電場(chǎng)的作用下加速，進(jìn)入真空飛行管，不同質(zhì)量-電荷比的離子在真空飛行管中飛行的時(shí)間不同，到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間也不同，通過(guò)測(cè)量離子飛行時(shí)間就可以得到離子的質(zhì)量-電荷比信息。離子阱質(zhì)譜離子阱質(zhì)譜原理使用電場(chǎng)將離子束束縛在三維空間內(nèi)，并通過(guò)改變電場(chǎng)頻率來(lái)分離不同質(zhì)量的離子，最終實(shí)現(xiàn)離子檢測(cè)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域。優(yōu)勢(shì)高靈敏度、高分辨率、高通量、價(jià)格相對(duì)低廉。傅里葉變換離子回旋質(zhì)譜傅里葉變換離子回旋質(zhì)譜（FT-ICRMS）是一種高分辨率、高靈敏度的質(zhì)譜技術(shù)。它利用強(qiáng)磁場(chǎng)將離子束縛在一個(gè)圓形軌道中，并通過(guò)測(cè)量離子的回旋頻率來(lái)確定它們的質(zhì)量。FT-ICRMS具有超高的分辨率，可以區(qū)分質(zhì)量差異很小的離子，并能識(shí)別復(fù)雜的混合物中的痕量物質(zhì)。它在藥物發(fā)現(xiàn)、蛋白質(zhì)組學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐課程設(shè)計(jì)1