现代仪器分析绪论课件.ppt

1、第一节第一节 仪器分析概述仪器分析概述generalization第二节第二节 仪器分析分类、特点与发展仪器分析分类、特点与发展Classification，characteristics and development of instrumental analysis第三节第三节 课程主要内容与学习方法课程主要内容与学习方法main content and learning methods of the courseintroductionintroductionintroduction一、一、 概述概述 generalization二、仪器分析的发展和作用二、仪器分析的发展和作用role

2、and development of instrumental analysis 分析化学是人们用来认识、解剖自然的重要手段之一；分析化学是人们用来认识、解剖自然的重要手段之一； 分析化学是研究获取物质的组成、形态、结构等信息及分析化学是研究获取物质的组成、形态、结构等信息及其相关理论的科学；其相关理论的科学； 分析化学是化学中的信息科学；分析化学是化学中的信息科学； 分析化学的发展促进了分析科学的建立分析化学的发展促进了分析科学的建立; 分析化学的发展过程是人们从化学的角度认识世界、解分析化学的发展过程是人们从化学的角度认识世界、解释世界的过程；释世界的过程； 20世纪世纪40年代前：分析化

3、学年代前：分析化学=化学分析；化学分析； 越来越多的问题化学分析不能解决：越来越多的问题化学分析不能解决： 快速、实时检测方法？快速、实时检测方法？ 痕量分析方法？结构确定？痕量分析方法？结构确定？ 20世纪世纪40年代后：年代后： 仪器分析的大发展时期，确立了仪器分析的地位；仪器分析的大发展时期，确立了仪器分析的地位； 原因：原因： （1）物理学）物理学+电子技术电子技术+精密仪器制造技术的发展；精密仪器制造技术的发展； （2）社会发展的迫切需要（发展动力，连续化大生产的迫社会发展的迫切需要（发展动力，连续化大生产的迫切需要）；切需要）； 分析化学分析化学 = 化学分析化学分析+仪器分析；仪

4、器分析； 仪器分析：通过最佳的物理方法获取尽可能多的化学信息仪器分析：通过最佳的物理方法获取尽可能多的化学信息 Chemistry Biochemistry Inor.Chem. Organic Chem. Physical Chem. PhysicsAstrophysics Astronomy BiophysicsEngineering Civil Chemical ElectricalMechanical Medicine Clin. Chem.Medicinal Chem. Pharmacy Toxicology Materials Science Metallurgy Polymers

5、 Solid State BiologyBotanyGeneticsMolecular Biology MicrobiologyZoologyGeologyGeophysicsGeochemistryPaleontologyPaleobiologyEnvironmentalSciencesEcologyMeteorologyOceanographyAgricultureAgronomyAnimal ScienceCrop ScienceFood ScienceHorticultureSoil Science引自美引自美Douglas A. Skoog等著等著 Analytical Chemis

6、try 2000, 7th ed. 分析化学是研究分析方法的科学，每一个完整的、具体的分析方法都包括两个部分：测定对象和测定方法。任何具体的分析手段都是为对象服务的，没有对象就谈不到方法；没有方法，对象的含量也不可知，失去使用的价值，对象与方法共存于分析工作的每个方面。第一节第一节 仪器分析概述仪器分析概述generalization第二节第二节 仪器分析分类、特点与发展仪器分析分类、特点与发展Classification，characteristics and development of instrumental analysis第三节第三节 课程主要内容与学习方法课程主要内容与学习方法m

7、ain content and learning methods of the course一、仪器分析发展历程一、仪器分析发展历程developing process of instrumental analysis二、仪器分析二、仪器分析分类分类classification of instrumental analysis三、仪器分析的特点三、仪器分析的特点Characteristics of instrumental analysis四四、仪器分析应用领域、仪器分析应用领域application range of instrumental analysis1. 分析化学的三个发展阶段，三

8、次变革。阶段一：阶段一： 16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵； 20世纪初，物理化学溶液理论的发展 。分析化学由一门操作技术变成一门科学； 分析化学的第一次变革； 20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少和精度低； 20世纪40年代后，仪器分析的大发展时期。 仪器分析使分析速度加快，促进化学工业发展； 化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低； 为什么出现在这一时期？一系列重大科学发现，为仪器分析的建立和发展奠定基础。 （1）Bloch F 和Purcell E M；建立了核磁共振测定方法；诺贝尔化学奖1952年； （2）Martin A J P 和Synge R

9、 L M；建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年； （3）Heyrovsky J，建立极谱分析法，诺贝尔化学奖1959年仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。 70年代后，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。计算机、生命科学、材料科学的发展 （全面准确的结构与成分表征信息，）。 对复杂体系样品（组分多样、不同体系物质共存等形式、状态、要求处理等）的分析 对此类体系的全面、准确的结构与成分表征，简单的分析方法和操作过程已不能胜任。此过程可能包括从常量到微量及痕量分析、从成分到结构与形态分析、从总体到微区、表面及空间分布分析、从静态到动态、时间分辨分析、从破坏到非破坏分析等。该分析过

10、程包括： 1、将体系中的各组分逐一分开的分离过程； 2、对分开的组分进行成分与结构分析。正如正如19911991年年IUPAC IUPAC 国际分析科学会国际分析科学会议主席议主席E.NIKIE.NIKI教授所说，教授所说，2121世纪是光明还是黑暗取世纪是光明还是黑暗取决于人类在决于人类在能源与资源科学、信息科学、生命科学能源与资源科学、信息科学、生命科学与环境科学与环境科学四大领域的进步，而取得这些领域进步四大领域的进步，而取得这些领域进步的关键问题的解决主要依赖于的关键问题的解决主要依赖于。2. 现代分析的特点 ，特别是有机 生命物质 仅几种元素构成形态、结构各异，功能、作用万千的生命世

11、界和用途广泛的商品世界，须用多种方法综合分析。 （成分、组合连接方式复杂） 如刑侦、法庭物证鉴定，临 床药物分析的取样次数及取样量 某些组分在加工、储 存或应用过程中已变化（如高分子材料 中的添加剂）；有时要求变化过程中的 信息（如反应动力学与时间分辨信息） 复合材料中各组分的微 区、表面和空间分布分析的信息比本体 平均信息更重要 用特殊的微区分析法 完善的仪器设备和综合分析能力，是现代分 析研究的重要基础（各种分析方法如元素分 析、成分分析、结构分析、无机有机分析、 生化分析等都可能被采用） 样品组成的复杂性和分析要求的多样性，要求： （1）对各组分分离、纯化及纯组分的制备； （2）对分出的

12、纯组分的成分含量及结构分析。classification of instrument analytical methodclassification of electrochemical analysisclassification of chromatographic analysis色谱分析法气相色谱法薄层色谱法液相色谱法激光色谱法电色谱法超临界色谱法classification of optical analysis光分析法原子吸收法红外法原子发射法核磁法荧光法紫外可见法分子光谱分子光谱原子光谱原子光谱classification of other analytical methods其

13、他分析法质谱分析法联用技术热分析法灵敏度高灵敏度高效率高效率高可以一次分析样品中多种元素信息；可以一次分析样品中多种元素信息；选择性好选择性好满足特殊要求满足特殊要求结构分析如结构分析如UV吸光度吸光度形态和价态分析铝添加剂各种成分分析形态和价态分析铝添加剂各种成分分析表面与无损分析表面与无损分析文物的分析文物的分析13C中子活化分析中子活化分析金首饰中含金量分析金首饰中含金量分析X-rays荧光分析荧光分析遥控和自动分析遥控和自动分析火星探测器中带有多种分析装置火星探测器中带有多种分析装置准确度准确度相对较低；相对较低；一般仪器价格较贵，维修使用成本较高一般仪器价格较贵，维修使用成本较高80

14、0MHz NMR120万美元。万美元。浓度浓度误差误差称量称量体积体积化学分析化学分析mg/L0.2gmL仪器分析仪器分析ppm(10-6)10-9-12mol10%mgLesi+100150200250300350400450500550600650m/z0100%0100%321.0129.7362.8321.3527.8363.4129.6129.4112.5396.8148.0378.2320.8360.5544.1397.2526.4545.3EPR(I.S.)EPIMH+MH+0.501.001.502.002.503.003.50Time0100%0100%0100%0100%0

15、100%0100%BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ 546 3991.01e41.58BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ 528 3211.33e52.46BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ 528 3637.99e42.45BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ 544 1301.27e41.86BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ 544 3976.34e31.86BA+BR_18_546MRM of 5 Channels ES+ TI

16、C2.10e52.451.861.58TIC 社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证） 化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法； 生命科学：DNA测序；活体检测； 环境科学：环境监测；污染物分析； 材料科学：新材料，结构与性能； 药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究； 外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。v烟气排放连续在线监测系统（烟气排放连续在线监测系统（CEMSCEMS） v可调谐红外激光差分吸收汽车尾气道边监测系统可调谐红外激光差分吸收汽车尾气道边监测系统NovaSep生产的

17、目前世界上最大的色谱柱生产的目前世界上最大的色谱柱 内径：内径： 1.6 m；柱长：柱长：4 m填料用量：填料用量：4000 kg；流动相用量：流动相用量：6000 L；整个柱的重量：整个柱的重量：36000 kg 分析化学的发展趋势分析化学的发展趋势分析化学的发展趋势Perspectives of analytical chemistryPerspectives of analytical chemistryPerspectives of analytical chemistry1.1.由分析对象来看由分析对象来看2.2.由分析对象的数量级来看由分析对象的数量级来看3.3.由分析自动化程度来

18、看由分析自动化程度来看1）提高灵敏度）提高灵敏度2) 解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性3）扩展时空多维信息）扩展时空多维信息4）微型化及微环境的表征与测定）微型化及微环境的表征与测定5）形态、状态分析及表征）形态、状态分析及表征6）生物大分子及生物活性物质的表征与测定）生物大分子及生物活性物质的表征与测定7）非破坏性检测及遥控）非破坏性检测及遥控8）自动化与智能化）自动化与智能化现代分析化学学科发展趋势及特点现代分析化学学科发展趋势及特点 从从方法和技术方法和技术的层面上，分析方法发展的趋势有：微流控芯的层面上，分析方法发展的趋势有：微流

19、控芯片化、在线化、实时化、原位化、仿生化、智能化、信息化、片化、在线化、实时化、原位化、仿生化、智能化、信息化、高灵敏化、高选择性化、高通量化、无损化、单原子化和单高灵敏化、高选择性化、高通量化、无损化、单原子化和单分子化等。此外还有各种联用技术和各种批量操作技术，如分子化等。此外还有各种联用技术和各种批量操作技术，如分析和分离联用，分析、分离和合成联用，组合化学等。分析和分离联用，分析、分离和合成联用，组合化学等。 从从研究对象层面研究对象层面上有：上有：1 1）生命分析化学；）生命分析化学；2 2）材料分析化学；）材料分析化学；3 3）环境分析化学；）环境分析化学；4 4）矿产资源分析化学

20、；）矿产资源分析化学；5 5）流程工业中）流程工业中的在线分析和自动调控；的在线分析和自动调控；6 6）毒品和安全分析化学；）毒品和安全分析化学；7 7）宇宙）宇宙和星际分析化学等。和星际分析化学等。 流程工业（流程工业（Process IndustryProcess Industry）即化学合成和分离工业，包括石油工即化学合成和分离工业，包括石油工业、化工原料、精细化工和新医药产业、化学纤维、合成塑料、合成橡业、化工原料、精细化工和新医药产业、化学纤维、合成塑料、合成橡胶等高分子产业、黑色和有色冶金、污水处理、废气净化、气体分离、胶等高分子产业、黑色和有色冶金、污水处理、废气净化、气体分离、

21、海水淡化等多个行业。海水淡化等多个行业。 摘自摘自从外行人的眼里远看从外行人的眼里远看“21世纪的分析化学世纪的分析化学” 分析科学的一些未来发展途径分析科学的一些未来发展途径分析科学的一些未来发展途径自动化和机器人自动化和机器人仪器网络仪器网络真正智能仪器真正智能仪器更复杂的数据压缩更复杂的数据压缩在线传感器和微型化系统在线传感器和微型化系统高级遥感高级遥感 分析化学的未来需求分析化学的未来需求分析化学的未来需求更高的灵敏度或选择性更高的灵敏度或选择性更具创新性的分析方法联用更具创新性的分析方法联用高级三维微量、纳米和亚表面分析高级三维微量、纳米和亚表面分析对测量科学的更深入的理解对测量科学

22、的更深入的理解在更苛刻的原位条件下进行分析的能力在更苛刻的原位条件下进行分析的能力直接探测分子、过渡态和反应动力学的能量分布直接探测分子、过渡态和反应动力学的能量分布用专家系统解释原始分析数据用专家系统解释原始分析数据 “十十五五”期间期间分析分析化学领域重点项目化学领域重点项目 (编号.项目名称，项目负责人，单位名称) 1痕量活性物质分析新原理、新技术、新方法的基础研究，王柯敏，湖南大学 2.天然产物有效成份高效精制与纯化新技术、新方法及基本规律的研究,苏志国 ,中国科学院化工冶金研究所 3.单细胞分析化学方法研究,邵元华,北京大学 4.中药药效组分的指纹图谱分析方法研究,梁逸曾,中南大学

23、5.内源性激素类兴奋剂分析检测新方法的研究, 李元宗,北京大学 6.肿瘤预警标志物及相关生化信息的分析化学基础研究,姚守拙,湖南师范大学 7.癌症早期诊断标志物的实时分析,汪尔康,中国科学院长春应用化学研究所 分析化学学科发展趋势分析化学学科发展趋势分析化学学科发展趋势分析化学学科发展趋势分析化学学科发展趋势分析化学学科发展趋势 鼓励研究领域鼓励研究领域鼓励研究领域鼓励研究领域鼓励研究领域鼓励研究领域我国分析化学现状我国分析化学现状我国分析化学现状1 1 1）国家分析测试中心）国家分析测试中心）国家分析测试中心 国家有色金属及电子材料测试中心 国家电化学和光谱研究分析中心 国家钢铁材料测试中心

24、 中国上海分析测试中心 中国广州分析测试中心 国家环境分析测试中心 国家建筑材料测试中心 国家化学建材测试中心 国家色谱研究分析中心 国家地质实验测试中心2 2 2）中国科学院开放实验室）中国科学院开放实验室）中国科学院开放实验室 中国科学院长春应用化学研究所，电分析化学开放研究实验室3）国家教委直属高等学校测试中心）国家教委直属高等学校测试中心 （备（备3000多万美元）多万美元）中山大学，中国科技大学，四川大学吉林大学，兰州大学，南开大学武汉大学，浙江大学，清华大学厦门大学省部级实验室和测试中心省部级实验室和测试中心省部级实验室和测试中心4）国家教委厦门大学材料与生命过程分析化学开放研究实

25、验室5）中国兴奋剂检测中心6）省、市地方测试中心（21个）国内外有影响的分析化学期刊：国内外有影响的分析化学期刊：国内外有影响的分析化学期刊：vAnal. Chem.、 Anal. Chimca. Acta、 Talanta、 Anal. Lett.、J. Anal. Chem.。v分析化学分析化学、 分析试验室、 分析测试学报、分析科学学报、 药物分析杂志、岩矿测试、冶金分析、理化检验化学分册、岩石学报、物理学进展、地质学报。较重要的分析化学学术会议较重要的分析化学学术会议较重要的分析化学学术会议(1) 美国Pittsburg国际分析化学及展览会 (2) 亚州分析化学会议(3) 国际华裔学者

26、分析化学研讨会(4) 全国分析化学年会暨全国微量技术及痕量分析学术会议第一节第一节 仪器分析概述仪器分析概述generalization第二节第二节 仪器分析分类、特点与发展仪器分析分类、特点与发展Classification，characteristics and development of instrumental analysis第三节第三节 课程主要内容与学习方法课程主要内容与学习方法main content and learning methods of the course主要内容：主要内容： 分析过程和质量保证、分析过程和质量保证、光分析法、色谱分析法光分析法、色谱分析法、化化

27、合物结构分析、联用技术、过程分析合物结构分析、联用技术、过程分析；特点：内容繁多、各成体系；特点：内容繁多、各成体系；每类方法有其特点、内在规律、应用范围每类方法有其特点、内在规律、应用范围；二、教学要求与安排二、教学要求与安排二、教学要求与安排二、教学要求与安排二、教学要求与安排二、教学要求与安排1.学时学时：72学时课，学时课，(实验实验20学时，综合设计型实学时，综合设计型实验验)。2.成绩评定成绩评定： 文献翻译文献翻译10分；实验论文分；实验论文30分分; 读书报告读书报告10分；分；期末考试占期末考试占50%。 3.学习方法学习方法：听讲、自学、查阅资料；课堂讨论。：听讲、自学、查

28、阅资料；课堂讨论。4.目的目的：需要学习基本理论、方法、实验技能；培：需要学习基本理论、方法、实验技能；培养严谨的工作作风、科学态度；建立准确的量的养严谨的工作作风、科学态度；建立准确的量的概念；训练科学研究素质。概念；训练科学研究素质。 基础仪器分析虚拟实验室基础仪器分析虚拟实验室 高教出版社出版；大连理工大学研制 现代仪器分析虚拟实验室现代仪器分析虚拟实验室 高教出版社出版；大连理工大学研制 北京大学分析化学精品课程网站 清华大学仪器分析在线课堂 2.2.2.参考书参考书参考书仪器分析仪器分析 北京大学出版社，北京大学北京大学出版社，北京大学仪器分析仪器分析 高等教育出版社高等教育出版社

29、1990 1990年，赵藻藩等年，赵藻藩等仪器分析（第三版）仪器分析（第三版） 高等教育出版社高等教育出版社 2000 2000年，朱明华年，朱明华仪器分析原理方惠群等；仪器分析原理方惠群等； 南京大学出版社南京大学出版社 1994 1994分析化学分析化学R.R.KellnerKellner等编，李克安等译，北京大学出版社等编，李克安等译，北京大学出版社近代分析化学教程近代分析化学教程 高等教育高等教育出版社，出版社，何锡文主编何锡文主编仪器分析仪器分析 清华大学出版社，清华大学出版社，19911991年年, ,邓勃等邓勃等仪器分析手册化学工业出版社仪器分析手册化学工业出版社 1997 19

30、97年，朱良年，朱良漪漪，仪器分析解题指南与习题高教出版社仪器分析解题指南与习题高教出版社 1998 1998年，施荫玉等年，施荫玉等分析分析化学学习指导化学学习指导大连理工大学出版社大连理工大学出版社 2002 2002年，年，刘志广刘志广(1)(1)principles of instrumental analysisprinciples of instrumental analysis，4ed, 4ed, Barcourt Barcourt Brace College Publishers, Brace College Publishers, SkoogSkoog D A ,1992 D

31、 A ,1992 (2)(2)Analytical Chemistry，6 6thth, ,Gary D. Christian, 2004 (1) 近代色谱分析国防工业出版社近代色谱分析国防工业出版社 1998，傅若农等著；，傅若农等著；(2) 2) 气相色谱分析原理与技术，化学工业出版社，孙传气相色谱分析原理与技术，化学工业出版社，孙传经等，经等，19851985(3) (3) 高压液相色谱法，原子能出版社，金恒亮等，高压液相色谱法，原子能出版社，金恒亮等，19871987(4) (4) 毛细管色谱法，化学工业出版社，孙传经等，毛细管色谱法，化学工业出版社，孙传经等，19911991(5) (5) 分析化学手册第六册分析化学手册第六册 (6) (6) 色谱系列丛书，科学出版社色谱系列丛书，科学出版社