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1仪器分析概述1.1分析化学1.1.1定义分析化学是指发展和应用各种方法、仪器和策略，获得有关物质在空间和时间方面组成和性质信息的一门科学，是化学的一个重要分支。1.1.2任务分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成（元素、离子、官能团、或化合物）、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构（化学结构、晶体结构、空间分布）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质性质之间的关系等，属于定性分析、定量分析和结构分析研究的范畴。①确定物质的化学组成——定性分析②测量试样中各组份的相对含量——定量分析③表征物质的化学结构、形态、能态——结构分析、形态分析、能态分析④表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征——动态分析1.1.3分类根据分析任务、分析对象、测定原理、操作方法和具体要求的不同，分析方法可分为许多种类。①定性分析、定量分析和结构分析定性分析鉴定物质由哪些元素、原子团或化合物所组成定量分析测定物质中有关成分的含量结构分析研究物质的分子结构或晶体结构②无机分析和有机分析无机分析组成无机物的元素种类较多，要求鉴定物质的组成和测定各成分的含量。有机分析组成有机物的元素种类不多，但结构相当复杂，分析的重点是官能团分析和结构分析。③化学分析和仪器分析化学分析以物质的化学反应为基础的分析方法。经典分析法有重量分析法和滴定分析（容量分析）法。仪器分析以物质的物理和化学性质为基础的分析方法称为物理和物理化学分析法。这类方法需要特殊的仪器。有光学分析法、热分析法、色谱法、质谱分析法、电化学分析法、分析仪器联用技术等。④常量分析、半微量分析和微量分析⑤例行分析和仲裁分析例行分析一般化验室日常生产中的分析。仲裁分析不同单位对分析结果有争论时，请权威的单位进行裁判的分析工作。1.1.4特点分析化学是一门信息的科学，现代分析化学学科的发展趋势和特点可归纳为如下几个方面：①提高分析方法的灵敏度；②提高分析方法的选择性及解决复杂体系的分离问题；③扩展物质的时间空间多维信息；方法试样质量/mg试液/mL常量分析10010半微量10~1001~10微量0.1~100.01~1超微量0.10.01④对微型化及微环境的表征与测定；⑤对物质形态、状态分析及表征；⑥对生物活性及生物大分子物质的表征与测定；⑦对物质非破坏性检测及遥测；⑧分析自动化及智能化。1.2仪器分析仪器分析是化学学科得到一个重要分支，以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。1.2.1分类仪器分析分为电化学分析、光化学分析、色谱分析、质谱分析、热分析法和放射化学分析法，详见下表。仪器分析电化学分析电位分析法电导分析法电解分析法库仑分析法极谱分析法光学分析光谱分析原子光谱法AA分子光谱法IR/UVX射线光谱法XRF核磁共振波谱法NMR非光谱色谱分析气相色谱法高效液相色谱法HPLC薄层色谱分析法纸色谱法其他仪器分析质谱分析法MS热分析法TA放射化学分析法1.2.2特点①灵敏度高：大多数仪器分析法适用于微量、痕量分析。如原子吸收分光光度法测定某些元素的绝对灵敏度可达10-14g，电子光谱甚至可达10-18g；②取样量少：化学分析法需用10-1~10-4g，而仪器分析试样常在10-2~10-8g；③在低浓度下的分析准确度较高：含量在10-5%~10-9%范围内的杂质测定，相对误差仅为1%~10%；④快速测定：如发射光谱分析法在1min内可同时测定水中48个元素；⑤可进行无损分析：有时可在不破坏试样的情况下进行测定，适于考古、文物等特殊领域的分析，有的方法还能进行表面或微区分析；⑥能进行多信息或特殊功能的分析：有时可同时作定性、定量分析，有时可同时测定材料的组分比和原子的价态。放射性分析法还可作痕量杂质分析；⑦专一性强：如用单晶X衍射仪可专测晶体结构。用离子选择性电极可测指定离子的浓度等；⑧便于遥测、遥控、自动化：可作即时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控制；⑨操作较简便：省去了繁多化学操作过程，随自动化、程序化程度的提高操作将更趋于简化；⑩仪器设备较复杂，价格较昂贵。1.2.3评价指标仪器分析方法的评价指标：①精密度：指使用同一方法对同一试样进行多次测定所得结果的一致程度。②准确度：试样测量值和真实值（或标准值）相符合的程度。③标准曲线：被测物质的浓度或含量与仪器的响应信号之间的关系曲线。④灵敏度：表示物质单位浓度(或单位质量）的变化引起仪器响应信号变化的程度。从标准曲线可以得到方法的灵敏度，就是直线的斜率；⑤检出限：某一方法在给定的置信水平水平上可以检测到的待测物质的最小质量或浓度。2电化学分析2.1定义电化学分析法又称为电分析化学法，应用电化学原理和实验技术，利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系建立起来的一类分析方法的总称。电化学分析方法灵敏度高，选择性好，设备简单，操作方便，应用范围广。2.2分类根据测量的电信号不同，电化学分析法可分为电位法、电解法、电导法和伏安法。电位法直接电位法根据电极电位测量值，直接求算待测物的含量电位滴定法根据滴定过程中电极电位的变化以确定滴定的终点电导法根据测量分析溶液的电导以确定待测物含量的分析方法电解法根据通电时，待测物在电他电极上发生定量沉积的性质以确定待测物含量的分析方法。2.3特点①分析速度快；②灵敏度高：被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级；③选择性好；④仪器简单、经济，易于微型化：直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动控制和在线分析；⑤一般测量所得到的值是物质的活度而非浓度；⑥应用广泛：传统电化学分析可用于无机离子分析、有机电化学分析、药物分析、活体分析等，从而在医学、生理上有较为广泛的应用；⑦所需试样的量较少，适用于进行微量操作；⑧电化学分析法还可用于各种化学平衡常数的测定以及化学反应机理和历程的研究。3色谱分析法3.1定义色谱分析法是一种分离技术，利用不同物质在不同相态的选择性分配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。其中固定不动的一相，称为固定相；携带试样混合物流过固定相的流体（气体或液体）的一相，称为流动相。当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。3.2分类气相色谱（流动相为气体）按分离柱不同分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱。按固定相不同分为：气固色谱和气液色谱。液相色谱（流动相为液体）按固定相不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法。凝胶色谱法（排阻色谱）：测聚合物分子量分布。超临界色谱：CO2等为流动相。高效毛细管电泳：九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。3.3特点①分离效率高：复杂混合物、有机同系物、异构体、手性异构体。②灵敏度高：可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。③分析速度快：一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。④应用范围广：对于气相色谱，沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析；对于液相色谱，高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。⑤不足之处：被分离组分的定性较为困难。4光谱分析法4.1定义光谱分析法是指基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度，通过分析光谱的特性来分析物质结构特征或含量的方法。4.2分类原子光谱原子发射光谱以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析。原子吸收光谱利用特殊光源发射出待测元素的共振线，将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析。原子荧光分析法气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。X射线荧光分析法原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。分子光谱分子荧光分析法某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。分子磷光分析法处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸紫外吸收光谱分析法收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。红外吸收光谱分析法利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。化学发光分析法利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。核磁共振波谱分析法在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析。非光谱法旋光法溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量。衍射法X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。5质谱分析法5.1定义质谱法是运用电场和磁场，将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按其质荷比分离并检测的方法。通过测定离子的准确质量，确定离子化合物的组成。5.2原理使试样中各组分电离生成不同荷质比的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使发生相反的速度色散——离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。进样系统离子源质量分析器检测器6总结仪器分析是利用能直接或间接地表征物质的各种特性（如物理的、化学的、生理性质等）的实验现象，通过探头或传感器、放大器、分析转化器等转变成人可直接感受的已认识的关于物质成分、含量、分布或结构等信息的分析方法。通过利用各种学科的基本原理，采用电学、光学、精密仪器制造、真空、计算机等先进技术探知物质化学特性的方法，体现了学科交叉、科学与技术高度结合的一个综合性极强的科技分支，其发展迅速，应用前景广阔。仪器分析是研究生学习中一门重要的课程，具有应用性、实践性强的特点，通过对本门课程的学习，使我对分析化学和仪器分析有了进一步的认识，现从下面几点进行小结：①仪器分析相对于传统的化学分析来讲，具有较高的灵敏度、分析速度快并且可以多组分同时测量。本科毕业实验运用EDTA滴定法测定金属氧化物的含量，费时且效果不理想，若能应用原子荧光法可较快较好地定性定量测定。②仪器分析主要分为电化学分析、色谱分析、光谱分析、质谱分析等。其中电化学分析法是利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系建立起的分析方法；色谱分析法是利用不同物质在不同相态的选择性分配，最终达到分离的效果的分析方法；光谱分析法是通过分析光谱的特性来分析物质结构特征或含量的方法；质谱法是运用电场和磁场，将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按其质荷比分离并检测的方法。③通过本课程的学习，加深了对不同仪器的特点、适用范围、分类的掌握，加深了基本理论和概念的理解，对仪器的定义、原理也有一定的了解，增强了实验技能，培养理论联系实际、分析问题、解