1、儀器分析課件儀器分析課件第一章第一章 儀器分析緒論儀器分析緒論本章提要：本章提要：1. 1、分析化學的任務；、分析化學的任務；2. 2、分析化學分類；、分析化學分類；3. 3、儀器分析的發展、儀器分析的發展；4. 4、定量分析的評價指標；、定量分析的評價指標；5. 5、儀器分析校正方法、儀器分析校正方法1、分析化學的任務、分析化學的任務 分析化學是研究物質的化學組成的！分析化學是研究物質的化學組成的！這句話可展開為：這句話可展開為：1 What ? 定性分析定性分析(qualitative analysis): 目標物質目標物質 的原子、分子或功能基團組成信息；的原子、分子或功能基團組成信息；

2、2 How much ? 定量分析定量分析(quantitative analysis): 目目 標物質的數量信息。標物質的數量信息。 分析化學是分析化學是測量測量和和表征表征的科學。的科學。2. 分析化學分類分析化學分類 從分析化學的發展歷史來看，分析化學分為兩類：經典分從分析化學的發展歷史來看，分析化學分為兩類：經典分析以及儀器分析，后者比前者晚析以及儀器分析，后者比前者晚100多年！多年！ 化學化學分析分析（以物質化學反應為基礎）（以物質化學反應為基礎）化學分離：沉淀、萃取、蒸餾等分離方法；化學分離：沉淀、萃取、蒸餾等分離方法；定性方法：加入各種試劑，測量待測物（定性方法：加入各種試劑，

3、測量待測物（analyte, target species）的顏色、沸熔點、氣味、光學性質的顏色、沸熔點、氣味、光學性質 （拆射、反射、衍射等）以及在不同溶劑中的（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶劑中的 溶解特性。溶解特性。定量方法：重量法、滴定（容量）法定量方法：重量法、滴定（容量）法 儀器分析（以物質的物理、物理化學性質為基礎）儀器分析（以物質的物理、物理化學性質為基礎）化學分離：化學分離： 色譜技術和毛細管電泳技術開始取代沉淀、色譜技術和毛細管電泳技術開始取代沉淀、 萃取、蒸餾等分離方法；萃取、蒸餾等分離方法；定性定量方法：定性定量方法： 利用物質原子、分子、離子等的特性，如電導、電利用

4、物質原子、分子、離子等的特性，如電導、電位、光吸收和發射、質荷比、熒光等；位、光吸收和發射、質荷比、熒光等；必須注意：必須注意：1）化學分析、儀器分析沒有截然的界限。）化學分析、儀器分析沒有截然的界限。2） 大多儀器分析方法靈敏度較高，取樣量較少。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、應用廣泛。）大多儀器分析方法分析速度快、應用廣泛。4）儀器分析的準確度不如經典分析中的重量或容量）儀器分析的準確度不如經典分析中的重量或容量分析。分析。5）儀器分析的儀器設備較復雜，價格昂貴。）儀器分析的儀器設備較復雜，價格昂貴。儀器分析的分類n光學分析法n電化學分析法n色譜分析

5、法光學分析法及其分類光學分析法及其分類 光學分析法光學分析法可分為光譜法光譜法和非光譜法非光譜法兩大類。 光譜法光譜法是基于物質與輻射能作用時，測量由物質內部發生量子化的能級之間的躍遷而產生的發射、吸收或散射輻射的波長和強度進行分析的方法。 光譜法光譜法可分為原子光譜法原子光譜法和分子光譜法分子光譜法。 原子光譜法是由原子外層或內層電子原子外層或內層電子 能級的變化產生的，它的表現形式為線光譜線光譜。屬于這類分析方法的有原子發射光譜法原子發射光譜法（AES）、原子吸收光譜法原子吸收光譜法（AAS），原子熒光光譜法原子熒光光譜法（AFS）以及X射線熒光光譜法射線熒光光譜法（XFS）等。光學分析法

6、及其分類光學分析法及其分類 分子光譜法分子光譜法是由 分子中電子能級、振動和轉動能級分子中電子能級、振動和轉動能級 的變化產生的，表現形式為帶光譜帶光譜。屬于這類分析方法的有紫外紫外-可見分光光度法可見分光光度法（UV-Vis），紅外光譜法紅外光譜法（IR），分子熒光光譜法分子熒光光譜法（MFS）和分子磷光光譜法分子磷光光譜法（MPS）等。 非光譜法非光譜法是基于物質與輻射相互作用時，測量輻射是基于物質與輻射相互作用時，測量輻射的某些性質，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的某些性質，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法的分析方法。 本章主要介紹光譜法。電化學分析法電化學分析法n根

7、據物質在溶液中的電化學性質建立的一類分析方法。n主要類型：電位分析法伏安法和極譜法電導分析法電解分析法庫侖分析法色譜分析法色譜分析法n以物質在兩相中分配比的差異而進行分離和分析的方法。n主要類型：氣相色譜法液相色譜法3 3、儀器分析的發展、儀器分析的發展n計算機與分析儀器的結合計算機與分析儀器的結合，出現了分析儀器的智能化，加快了數據處理的速度。它使許多以往難以完成的任務，如實驗室的自動化，圖譜的快速檢索，復雜的數學統計可輕而易舉得于完成。信息的采集和變換主要依賴于各類的傳感器。這又帶動儀器分析中傳感器的發展，出現了光導纖維的化學傳感器和各種生物傳感器。3、儀器分析的發展n聯用分析技術已成為當

8、前儀器分析的重聯用分析技術已成為當前儀器分析的重要發展方向要發展方向。將幾種方法結合起來，特別是分離方法（如色譜法）和檢測方法（紅外光譜法、質譜法、核磁共振波譜法、原子吸收光譜法等）的結合，匯集了各自的優點，彌補了各自的不足，可以更好地完成試樣的分析任務。3、儀器分析的發展n聯用分析技術聯用分析技術： 1.氣相色譜質譜法（GCMS） 2.氣相色譜原子發射光譜法（GCAES） 3.液相色譜質譜法（HPLCMS）3、儀器分析的發展n20世紀4050年代興起的材料科學，60 70年代發展起來的環境科學都促進了分析化學學科的發展。80年代以來，生命科學的發展也促進分析化學一次巨大的發展。儀器分析是分析

9、化學的重要組成部分，也隨之不斷發展，不斷地更新自己，互相滲透、互相融合，為科學技術提供更準確、更靈敏、專一、快速、簡便的分析方法。3、儀器分析的發展n如生命科學研究的進展，需要對多肽、蛋白質、核酸等生物大分子進行分析，對生物藥物分析，對超微量生物活性物質，如單個細胞內神經傳遞物質的分析以及對生物活體進行分析。n信息時代的到來，給儀器分析帶來了新的發展。信息科學主要是信息的采集和處理。4、定量分析的評價指標、定量分析的評價指標（精密度、準確度、檢測限精密度、準確度、檢測限）靈敏度（靈敏度（Sensitivity） 反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力

10、，也就是說，當濃度或含量有微小變化的能力，也就是說，當濃度或含量有微小變化時，儀器或方法均可以覺察出來。時，儀器或方法均可以覺察出來。 IUPAC推薦使用推薦使用“校正靈敏度校正靈敏度”或者或者“校正校正曲線斜率曲線斜率”作為衡量靈敏度高低的標準。作為衡量靈敏度高低的標準。010203040506000.10.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1儀器和方法的靈敏度描述儀器和方法的靈敏度描述 k k1 1, k, k2 2分別為兩條分別為兩條校正曲線校正曲線的斜率，即靈敏度。的斜率，即靈敏度。但未考慮測定重現性影響！但未考慮測定重現性影響！精

11、密度（精密度（Precision）n使用同一方法或步驟進行多次重復測量所得分析數據之間符合的使用同一方法或步驟進行多次重復測量所得分析數據之間符合的程度。程度。n標準偏差標準偏差n相對標準偏差相對標準偏差1)(12NxxsNiixsRSD/準確度準確度 試樣含量的測得值與試樣含量的真實值試樣含量的測得值與試樣含量的真實值相相符合的程度稱為準確度，用相對誤差量度。即符合的程度稱為準確度，用相對誤差量度。即 是系統誤差和隨機誤差的綜合反映，決定分是系統誤差和隨機誤差的綜合反映，決定分析結果的可靠程度，只有當精密度好，又消除析結果的可靠程度，只有當精密度好，又消除了系統誤差后才可能有較好的準確度。了

12、系統誤差后才可能有較好的準確度。檢測限：在已知置信水平，可以檢測到的待測物的檢測限：在已知置信水平，可以檢測到的待測物的最小質量或濃度。它和分析信號（最小質量或濃度。它和分析信號（Singnal）與空與空白 信 號 的 波 動 （ 噪 音白 信 號 的 波 動 （ 噪 音 , N o i s e ） 有 關 ， 或 者有 關 ， 或 者 說與信噪比（說與信噪比（S/N）有關。只有當有用的信號大于有關。只有當有用的信號大于噪音信號時，儀器才有可能識別有用信號，如下圖噪音信號時，儀器才有可能識別有用信號，如下圖所示。所示。檢測限（檢測限（Detection limit, DL）sb測定次數，測定次

13、數，nSSDL=Sb +k1 sb儀器噪音及方法檢出限儀器噪音及方法檢出限 K K1 1=3=3時，可以認為儀器檢出的最小信號值時，可以認為儀器檢出的最小信號值S SDLDL可能性為可能性為95%95%S Sb b：空白信號的平均值，空白信號的平均值， s sb b空白信號的標準差空白信號的標準差檢出限如何計算呢？檢出限如何計算呢？ 測定空白樣品測定空白樣品(或濃度接近空白值）或濃度接近空白值）20-30次，求其次，求其 平均值平均值 Sb 及其標準偏差及其標準偏差 sb，則可分辨的最小信號則可分辨的最小信號 SDL= Sb+k1 sb 通過校正曲線的斜率通過校正曲線的斜率k，將最小待測物信號

14、將最小待測物信號SDL轉化轉化 為濃度值為濃度值CDL，即即 經統計學的經統計學的 t 和和 z 檢驗，當檢驗，當k1=3時，大多數情況下時，大多數情況下，當檢測結果的置信度為，當檢測結果的置信度為95%。因此上式可轉換為：。因此上式可轉換為：ksSCbDLDL_kskskCbbDL31 所謂校正所謂校正(Calibration)，就是將儀器分析產就是將儀器分析產生的各種信號與待測物濃度聯系起來的過程。除生的各種信號與待測物濃度聯系起來的過程。除重量法和庫侖法之外，所有儀器分析方法都要進重量法和庫侖法之外，所有儀器分析方法都要進行行“校正校正”。校正方法有三：校正方法有三： 標準曲線法；標準曲

15、線法； 標準加入法；標準加入法； 內標法。內標法。 5、儀器分析校正方法、儀器分析校正方法具體做法：具體做法：l 準確配制已知待測物濃度的系列準確配制已知待測物濃度的系列: 0(空白空白)，c1，c2，c3，c4.；l 通過儀器分別測量以上各待測物的響應值通過儀器分別測量以上各待測物的響應值S0，S1，S2，S3，S4及待測物的響應值及待測物的響應值Sx；l 以濃度以濃度c對響應信號與對響應信號與S作圖得到標準曲線，然后作圖得到標準曲線，然后通過測得的通過測得的Sx從下圖中求得從下圖中求得cx；或者通過最小二乘或者通過最小二乘法獲得其線性方程再直接進行計算。法獲得其線性方程再直接進行計算。 標

16、準曲線法標準曲線法（Calibration curve，Working curve, Analytical curve）S440cx 標準曲線法的準確性與否與兩個因素有關：標準物濃標準曲線法的準確性與否與兩個因素有關：標準物濃度配制的準確性；標準基體與樣品基體的一致性。度配制的準確性；標準基體與樣品基體的一致性。 0.0520濃度，濃度，cSS2S3S10.00.20.40.60.81.01.230Sx相關系數（相關系數（-1-1r1r1） 具體做法：具體做法：l 將一系列已知量待測物分別加入到幾等份的樣品中，配制將一系列已知量待測物分別加入到幾等份的樣品中，配制成濃度為成濃度為(cx+0)，

17、(cx+c1), (cx+c2), (cx+c3).，得到和樣品得到和樣品有相同基體的標準系列有相同基體的標準系列(加標，加標，spiking)；l 通過儀器分別測量以上系列的響應值通過儀器分別測量以上系列的響應值S0，S1，S2，S3，S4；l 以濃度以濃度c對響應信號與對響應信號與S作圖，再將直線外推與濃度軸相交作圖，再將直線外推與濃度軸相交于一點于一點(下圖下圖)，求得樣品中待測物濃度，求得樣品中待測物濃度cx。 優點優點：基體：基體(matrix)相近，或者說基體干擾相同；相近，或者說基體干擾相同； 缺點缺點：麻煩，適于小數量的樣品分析。：麻煩，適于小數量的樣品分析。標準加入法（標準加

18、入法（Standard addition method）cx0.00.20.0102030-10濃度，濃度，cSS2S3S4S10.40.60.81.01.2 當樣品量很少時，可在一份樣品中加標，加一次作一次測量，可得到上述當樣品量很少時，可在一份樣品中加標，加一次作一次測量，可得到上述 方法相同的結果；方法相同的結果； 當覺得上述過程麻煩時，可只加標一次，分別測量樣品和加標樣品的儀器當覺得上述過程麻煩時，可只加標一次，分別測量樣品和加標樣品的儀器 響應，再直接通過公式進行計算。響應，再直接通過公式進行計算。 該該法可以說是上述兩種校正曲線的改進。可用于克服或減少儀器或該該法可以說是上述兩種校正曲線的改進。可用于克服或減少儀器或方法的不足等引起的隨機誤差或系統誤差。方法的不足等引起的隨機誤差或系統誤差。具體作法：具體作法：l 尋找一種物質或內標物，該內標物必須是樣品中大量存在的或完全尋找一種物質或內標物，該內標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、標準及空白中加入相同量的上述內標不存在的。然后，在所有樣品、標準及空白中加入相同量的上述內標物；物；l 分別測量樣品及標準中待測物及內標物的響應值，然后以分別測量樣品及標準中待測物及內標物的響應值，然后以Sx/Si比值