《現(xiàn)代儀器分析課件》課件

《現(xiàn)代儀器分析》課件課程簡介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)動力學(xué)研究、污染物分析、環(huán)境監(jiān)測等生物學(xué)生物大分子的分離和鑒定、生物過程的監(jiān)測、藥物研發(fā)、基因檢測、食品安全等醫(yī)學(xué)臨床診斷、疾病監(jiān)測、藥物代謝研究、病理分析、醫(yī)療器械開發(fā)等材料科學(xué)材料成分分析、結(jié)構(gòu)分析、性能表征、新材料開發(fā)、材料制備過程控制等儀器分析的特點(diǎn)高靈敏度儀器分析可以檢測痕量物質(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便，分析速度快，提高了分析效率。儀器分析的分類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)譜分析法通過測量物質(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)象來測定物質(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、操作簡便、成本低廉等。廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、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特定波長光的吸收或發(fā)射來進(jìn)行定量分析的方法。它廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、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利用原子蒸氣對特定波長光的吸收程度來測定樣品中待測元素的含量。AES則利用原子蒸氣在激發(fā)狀態(tài)下發(fā)射的特定波長光來測定樣品中待測元素的含量。分子光譜分析法分子光譜分析法利用物質(zhì)分子對電磁輻射的吸收、發(fā)射或散射的特性，通過分析物質(zhì)的分子光譜來確定物質(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)行分離檢測離子檢測不同質(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)測量材料在受控氣氛下，溫度變化時熱流變化的方法。熱重分析法(TGA)測量材料在受控氣氛下，溫度變化時質(zhì)量變化的方法。動態(tài)力學(xué)分析法(DMA)測量材料在受控氣氛下，溫度變化時機(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定離子的一種高效液相色譜方法。它利用離子交換樹脂作為固定相，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、食品安全、醫(yī)藥化工、農(nóng)業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域。它可以測定各種無機(jī)離子，例如陽離子(如Na+,K+,Ca2+,Mg2+)和陰離子(如Cl-,NO3-,SO42-)，以及有機(jī)離子，如胺類、羧酸類等。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、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)行檢測和鑒定。質(zhì)譜儀根據(jù)離子的質(zhì)量電荷比對離子進(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)和原子連接方式動態(tài)研究探究分子運(yùn)動、反應(yīng)動力學(xué)和構(gòu)象變化成分分析識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)對紅外光的選擇性吸收來鑒別和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。紅外光照射物質(zhì)時，物質(zhì)分子會吸收特定頻率的紅外光，導(dǎo)致分子振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，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。通過分析紅外光譜圖，可以確定物質(zhì)的類型、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和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(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、成分分析和動力學(xué)研究。優(yōu)勢非破壞性、靈敏度高、樣品制備簡單等優(yōu)勢，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)，用于測量物質(zhì)在受控溫度變化下的熱流變化。它通過比較樣品和參比物質(zhì)在相同溫度下的熱流差異來確定物質(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流動相洗脫利用流動相將樣品中各組分依次洗脫下來3檢測器檢測根據(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，通過流動相的洗脫，使不同組分在固定相上分離。TLC具有操作簡單、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色譜柱。不同的組分在固定相上停留的時間不同，因此以不同的時間從色譜柱中流出。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相將樣品帶入色譜柱，然后通過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。加速離子在電場的作用下被加速，獲得相同的動能。偏轉(zhuǎn)離子在磁場中偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度取決于離子的質(zhì)量荷比。檢測不同質(zhì)量荷比的離子被檢測器檢測，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、食品安全、藥物分析、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。飛行時間質(zhì)譜飛行時間質(zhì)譜法（TOFMS）是一種根據(jù)離子在真空中的飛行時間來測定其質(zhì)量-電荷比的質(zhì)譜方法。這種方法簡單直觀，適用于分析各種有機(jī)和無機(jī)化合物。TOFMS的工作原理是：將樣品離子化后，在電場的作用下加速，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間不同，到達(dá)檢測器的時間也不同，通過測量離子飛行時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)譜原理使用電場將離子束束縛在三維空間內(nèi)，并通過改變電場頻率來分離不同質(zhì)量的離子，最終實(shí)現(xiàn)離子檢測。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于藥物分析、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域。優(yōu)勢高靈敏度、高分辨率、高通量、價格相對低廉。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)磁場將離子束縛在一個圓形軌道中，并通過測量離子的回旋頻率來確定它們的質(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)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐課程設(shè)計1