1、仪器分析仪器分析主讲人：王琦2014年6月26日 仪器分析是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，根据化学和物理化学的原理测定和鉴别物质的组成、状态、结构及其组分含量的科学，它与化学分析一起同属于分析化学范畴。仪器分析是多种仪器方法的组合，在多种学科中其地位越来越显得重要，它们已不单纯地应用于分析的目的，而是更广泛地应用于研究和解决各种理论和实际问题。仪器分析的内容仪器分析的内容（一）分析速度快，能在短时间内分析多个样品；（二）灵敏度高，对于微量、痕量和超痕量成分测定有更高的准确度；（三）应用范围广，除了能进行定性、定量分析外，还能进行结构分析、物相分析、微区分析、价态分析等
2、，同时还可用于络合物的络合比、稳定常数、酸碱电离常数、分子量的测定等，广泛用于冶金、地质、石油化工、海洋、农业、环境、生物、食品、医药卫生等行业。仪器分析的特点仪器分析的特点（四）选择性高，通过选择和调正测定条件，使共存组分测定时相互间不产生干扰，适于复杂组分试适于复杂组分试样的样的 分析；分析；（五）样品用量少，许多仪器分析法可实现样品无损测定。（六）操作简便，有较好的精密度。（七）组合能力和组合能力和适应性强适应性强，能在线分析；，能在线分析；（八）数据的采集和处理数据的采集和处理易于自动化和智能化易于自动化和智能化仪器分析方法分类仪器分析方法分类 根据用以测量的物质性质物质性质，仪器分析
3、方法主要分为以下几类:（一）电化学分析法（一）电化学分析法 1、电位滴定（测定pH值等）2、离子选择性电极 3、库仑分析法 4、阳极溶出伏安法 5、电位溶出法 6、极谱法 7、电解法(二二)光谱学分析法光谱学分析法（I）分子光谱法 1、紫外分光光度法 2、可见光分光光度法 3、紫外可见发光光度法 4、红外光谱法 5、核磁共振波谱法 6、激光光谱法 7、拉谩光谱法 8、旋光仪 9、光声光谱（2）原子光谱法 1、原子发射光谱法（AES）2、ICP直读光谱法（ICP/AES）3、ICP/质谱法（ICP/MS）4、原子吸收光谱法（AAS）（火焰CP原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法）5、原子荧光光谱
4、法（AFS）6、X射线荧光光谱法（3）粒子束光谱法 1、透射电子显微镜 2、扫描电子显微镜 3、电子探针 4、扫描遂道显微镜 5、电子能谱 6、离子探针（三）色谱分析法三）色谱分析法 1、气相色谱（GC）2、液相色谱（HPLC）3、薄层色谱（TLC）4、超临界色谱 5、毛细管电泳 6、气/质联用（GC/MS）7、液/质联用（HPLC/MS）8、质谱（MS）9、气/质/质（GC/MS/MS）10、液/质/质（HPLC/MS/MS）（四）热分析（四）热分析1、热重分析仪 2、差热分析仪 3、示差扫描能量仪（五）同位素分析（五）同位素分析 1、中子活化仪 2、射线能谱仪 3、核磁共振分析仪（六）生物
5、及生化分析（六）生物及生化分析 1、PCR 2、DNA测序仪 3、各种电泳仪（七）微生物检测七）微生物检测 1、流式细胞仪 2、其它仪器 电化学分析法电化学分析法 根据物质的电学及电化学性质所建立起来的分析方法统称为电分析化学法。它通常是将待测溶液构成一化学电池（电解池或原电池），通过研究或测量化学电池的电学性质（如电极电位、电流、电导及电量等）或电学性质的突变或电解产物的量与电解质溶液组成之间的内在联系以确定试样的含量。根据所测量的物质的电学性质，可将电分析化学法分为电位分析法、伏安及极谱分析法、电导分析法、电解分析法及库仑分析法等。光学分析法光学分析法 光学分析法是根据物质与电磁辐射之间的
6、关系而建立起来的一种物理分析方法。光学分析法可分为光谱法及非光谱法两大类。在光谱法中，与电磁辐射作用的物质分子或原子间有能级间的跃迁存在，如紫外及可见光度分析法、原子发射光谱法、红外及拉曼光谱法等；在非光谱分析法中，不涉及物质分子或原子能级间的跃迁，只改变了电磁辐射的传播方向和物理性质，如折射、散射、衍射、偏振等。非学谱法包括折射法、X-射线衍射法及旋光测定法等。其中以光谱法最丰富，最重要，应用最广泛。根据与电磁辐射作用的物质是以气态原子还是以分子（或离子团）形式存在，可将光谱法分为原子光谱法和分子光谱法两类。原子光谱法包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和X射线荧光光谱法等。分
7、子光谱法包括紫外及可见光度分析法、分子荧光光谱法、红外及拉曼光谱法。根据物质与电磁辐射相互作用的机理，可将光谱法分为发射光谱法、吸收光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法、X-射线衍射光谱法等。色谱法色谱法 色谱法是一种用来分离、分析多组分混合物质极有效的方法之一。它的分离原理是：混合物中各组分在互不相溶的两相（固定相和流动相）间具有不同的分配系数，当混合物中各组分随着流动相移动通过固定相时，在流动相和固定相之间的进行反复多次的分配，这样就使分配系数不同的各组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按不同的次序先后从固定相中流出。按流动相物理状态的不同，可将色谱法分为气相谱法和液相色谱法两种。气相色谱气体
8、为流动相，液相色谱液体为流动相。色谱法能在较短的时间内对组成极为复杂、各组分性质极为相近的混合物同时进行分离和测定。例如在气相色谱中，用空心毛细管柱一次可以解决石油馏分中的几十个、上百个组分的分离和测定。目前色谱法已成为天然产物、石油化工、医药卫生、环境科学、生命科学、能源科学、有机和无机新型材料等各个研究领域中不可缺少的重要工具。质谱法质谱法 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比（m/z）大小进行分离记录的分析方法获得图谱即为质谱图。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析，复杂化合物的结构分析，样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。例如，质
9、谱检出的离子强度与离子数目成正比，通过离子强度可进行定量分析。质谱仪早期主要用于分子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构的最有力工具之一。紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 紫外-可见分光光度法（Ultravioler and Visible Spectrophotometry,UV-Vis）是分子吸收光谱方法，是利用分子对外来辐射的吸收特性建立起来的分析方法，涉及的是分子的价电子在不同分子轨道间能级的跃迁，对应的光谱区范围为180-780nm。紫外-可见分光光度法主要用于分子的定量分析
10、，但紫外光度法为四大波谱之一，是鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。随着科学技术的发展，结合现代的光、电和计算机技术，紫外-可见分光光度法具有灵敏度高（可测10-7-10-4g/mL的微量组分），准确度较好（相对误差1%-2%，对微量组分能完全满足要求），仪器价格低廉，操作简便快速等优点，使紫外-可见分光光度法在有机化学、生物化学、药品分析、食品检验、医疗卫生、环境保护、生命科学等各个领域和科研生产工作中成为一种重要的检测手段。紫外紫外-可见分光光度法的基本原理可见分光光度法的基本原理 紫外-可见分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotomet
11、ry,UV-VIS)它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析,所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。紫外-可见分光光度法的特点有以下五点：（1）与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度快;（2）灵敏度高;（3）选择性好;（4）精密度和准确度较高;（5）用途广泛。分光光度计的类型分光光度计的类型 紫外-可见分光光度计可分为两大类，即单波长分光光度计和双波长分光光度计。单波长分光光度计又可分为单光束和双
12、光束两类。下面简要介绍几种类型仪器的光路原理。1 1、单光束紫外、单光束紫外-可见分光光度计可见分光光度计 经单色器分光后一束平行光，照射样品溶液（或参比溶液）进行吸光度的测定。此类仪器如国产的751型、752型、7530型等；国外的如英国的Unicam SP500型、美国的Beckmann DU-2型、日本岛津的QR-50型等。以7530型仪器为例，其光路原理如图2-9所示，光源为钨灯和氘灯。这种简易型分光光度计结构简单、操作方便、维修容易，但对光源发光强度的稳定要求较高。适合于紫外-可见区的常规定性和定量工作。2 2、双光束紫外、双光束紫外-可见分光光度计可见分光光度计 此类仪器国产的如7
13、10型、730型等；国外的如英国的Unicam SP700型、日本岛津的UV-200、UV-240型等。其光路原理如图2-10所示。从单色器射出的单色光，用一个旋转的扇面镜（又称斩光器）将它分成两束交替断续的单色光，分别通过参比池和样品池后，再用一同步的扇面镜将两束透过交替地投射于光电倍增管，使它产生一个交变的脉冲讯号，经过比较放大后，由显示器显示出透光率、吸光度、浓度，或进行波长扫描，记录吸收光谱。扇面镜以每秒几十至几百转的速度匀速旋转，使单色光能在很短时间内交替通过参比与样品池，可以减少或避免因光源发射光的强度不稳而引入的误差。测量中不需要移动吸收池，可在随意改变波长的同时自动记录所测量的
14、吸光度值，描绘吸收曲线。紫外紫外-可见分光光度法应用可见分光光度法应用 紫外-可见吸收光谱除主要可用于物质的定量分析外，还可以用于物质的定性分析、纯度鉴定、结构分析。一、纯度检查一、纯度检查（杂质检查和杂质限量检查)如果有机化合物在紫外可见光区没有明显的吸收峰，而杂质在紫外区有较强的吸收，则可利用紫外光谱检验化合物纯度。用紫外吸收光谱确定试样的纯度是比较方便的。如蛋白质与核酸的纯度分析中，可用A280/A260的比值，鉴定其纯度。二、有机化合物结构的测定二、有机化合物结构的测定 1、共轭体系和官能团的判断利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系，如C=C、C=O、N=N、
15、三键、苯环等。2、互变异构体和构型、构象的判断。可以通过经验规则计算出max 和max，与实际值比较进行判断三、氢健强度与摩尔质量的测定三、氢健强度与摩尔质量的测定四、定量分析（阴离子、阳离子等测定）四、定量分析（阴离子、阳离子等测定）五、配合物组成及其稳定常数的测定五、配合物组成及其稳定常数的测定 光谱仪器简介光谱仪器简介 用来测量吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。虽然各种方法所用仪器在构造方面不同，但其基本组成大致相同。这类仪器一般由五个部分组成：光源、单色器、样品池、检测器和输出记录。原子吸收光谱法的基本原理原子吸收光谱法的基本原理 原子吸收光谱法（a
16、tomic absorption spectrometry,AAS）又称原子吸收分光光度法，是基于蒸气中被测元素基态原子对共振辐射的吸收强度来测定样品中被测元素含量的一种方法。原子吸收光谱法是利用原子吸收现象进行分析，而原子发射光谱分析是基于原子的发射现象进行分析，两者是相互联系的两种相反的过程。两种分析所使用的仪器和测定方法有相似之处，又能不同之处。原子吸收光谱分析需要能产生为被测元素吸收的特征谱线的光源，能产生原子蒸气的原子化器等。原子吸收光谱法与紫外分光光度法在基本原理、仪器结构上有相似之处。在原理上两者都遵循朗伯-比尔吸收定律，但两者的吸收物质状态不同。紫外可见分光光度法是基于溶液分子
17、、离子对光的吸收，属于宽带的分子吸收光谱，因此使用连续光源。而原子吸收光谱法是基于基态原子对其特征谱线的吸收，属于窄带原子吸收光谱，因此使用锐线光源。测量时必须将样品原子化，因而仪器必须有原子化器。朗伯朗伯-比尔定律：比尔定律：朗伯-比尔定律（Lamberr-Berr）是吸收光谱法的基本定律。它表明在稀溶液中，物质对单色光的吸光度（A）与吸光物质溶液的浓度（C）和液层厚度（L）的乘积成正比。A=KCL原子吸收分光光度计的类型原子吸收分光光度计的类型 单光束仪器，只有一条光路。此类型仪器结构简单，操作方便，但会受到光源不稳定因素的影响产生基线漂移。双光束仪器，由光源发射出的光经调制后被切光器分成
18、两束，一束为测量光束，一束为参比光束（不经过火焰），两束光交替进入单色器和检测器。由于两束光来自于同一光源，光源的漂移通过参比光束的作用得到补偿，从而获得稳定的信号。原子吸收光谱分析法的优点原子吸收光谱分析法的优点 1 1、检出限低，灵敏度高。、检出限低，灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达10-9g，石墨炉原子吸收法的检出限可达10-10-10-12g。2 2、测量精度好。、测量精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准偏差可小于1%，测量精度已接近于经典化学方法。石墨炉原子吸收法的测量精度一般为3%-5%。3 3、选择性强，方法简便，分析速度快。、选择性强，方法简便，分析速度快。
19、由于采用锐线光源，样品不需经繁琐的分离，可在同一溶液中直接测定多种元素，测定一个元素只需数分钟，分析操作简便、迅速。4 4、应用范围广。、应用范围广。既能用于微量分析又能用于超微量分析，从测定的元素来说，可测定的元素可达70多种，不仅可以测定金属元素，也可用间接的方法测定非金属元素和有机化合物。原子吸收光谱定量分析法原子吸收光谱定量分析法 一、标准曲线法一、标准曲线法 标准曲线法是原子吸收分析中的常规分析方法。首先配制一组适当浓度的被测元素的标准溶液，一般为4-7个不同含量的标准。在实验条件下，测定吸光度A。以吸光度A为纵坐标，被测元素的浓度c为横坐标，绘制A-c标准曲线。在相同实验条件下测定
20、试样溶液，根据样式的吸光度在A-c标准曲线上查得试样溶液的浓度。二、二、标准加入法标准加入法 此方法又称增量法或直线外推法。这种方法可以消除基本效应的干扰。当很难配制与样品溶液相似的标准溶液或样品基体浓度很高，而且变化不定或样品中有固体物质对吸收的影响难以保持一定时，采用标准加入法可以克服这些困难。方法原理是：取相同体积的试样溶液两份，分别移入溶量瓶A、B中。另取一定量的标准溶液加入B中，之后将两份溶液稀释定容。在相同的条件下，测出A、B两份溶液的吸光度值。设A瓶中待测元素浓度为Cx，B瓶中的加入标准的浓度为Cs，A溶液吸光度为Ax，B溶液的吸光度为AO，则可得 在实测定时，通常取4份体积相同
21、的待测溶液，从第2份开始分别按比例加入不同的被测元素的标准溶液。然后稀释定容至一定体积。其浓度为C，Cx+Cs，Cx+2Cs，Cx+3Cs。分别测定吸光度为Ax，A1，A2，A3。以A对加入量作图，得到一条不通过坐标原点的直线，如图8-11所示。由图可见，直线在纵轴上的截距反应了试样中被测元素所引起的效应，将直线外延与横轴相交，则原点与交点的距离，即为所求试样中的被测元素的浓度。定量分析的几个概念定量分析的几个概念 1 1、灵敏度、灵敏度 在火焰原子吸收光谱分析中，把能产生1%吸收（或0.0044吸光度）时，被测元素在水溶液中的浓度（g/mL），称为特征（相对）灵敏度S或称特征浓度，可用（g/
22、mL）102表示。在无焰（石墨炉）原子吸收光谱分析中，把能产生1%吸收（或0.0044吸光度）时，被测元素在水溶液中的质量（g），称为绝对灵敏度，可用g/%表示。测定时被测试液的量适宜浓度应选在灵敏度在15-100倍的范围内。同一种元素在不同仪器上测定会得到不同灵敏度，因而灵敏度是仪器性能优劣的重要指标。2、检测限检测限 在灵敏度测定中未考虑仪器噪声的影响，因此不能衡量出仪器的最低检测限。检测限是指产生一个能够确证在试样中存在某元素的分析信号所需要的该元素的最小量。在原子吸收光谱分析中，将待测定元素给出3倍于标准偏差的读数时所对应的浓度或质量称作最小检测浓度Dc（相对检测限，单位为g/mL）或
23、最小检测质量Dm（绝对检测限，单位为g或g）式中，Ai为空白溶液单次测量的吸光度；A为空白溶液多次平行测定吸光度的平均值；n为测定次数（10）。检测限不但与仪器的灵敏度有关，还与仪器的稳定性（噪声）有关，它指明了测定的可靠程度。从使用角度看，提高仪器的灵敏度、降低噪声，是降低检测限，提高信噪比的有效手段。3、回收率回收率 当进行原子吸收光谱测定时，为评价测定方法的准确度和可靠性，通常需测定待测元素的回收率，其方法有以下两种：（1）用标准物质进行测定 将准确含有待测元素的标准物质，在与测定试样完全相同的实验条件下进行测定，实验测出的标准物质中待测元素的含量与标准物质的示值之比即为回收率。待测元素
24、的测定值 100%这是测定回收率的标准方法。待测元素的真实值回收率=（2）用标准加入法进行测定 在不能获得标准物质的情况下可使用标准加入法进行测定。在完全相同的实验条件下，先测定试样中待测元素的含量；然后再向另一份相同量的试样中，准确加入一定量的待测元素纯物质后，再次测定待测元素的含量。两次测定待测元素含量之差与待测元素加入量之比即为回收率。加入纯物质样品测定值-样品测定值 100%纯物质是指纯度在分析纯以上的化学试剂或基准试剂。从回收率的两种测定方法可知，当回收率的测定值接近100%时，表明所用的测定方法准确、可靠。纯物质的加入量回收率=4 4精密度精密度精密度是在限定条件下，应用同样的实验
25、方法，多次测量获得的结果之间的接近程度。一般用相对标准偏差（RSD）表示。1001(%)2xnxRSDi原子吸收光谱的应用原子吸收光谱的应用 原子吸收光谱分析法广泛应用于地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域，是很有发展前途的近代仪器分析方法之一 n满足两个条件：满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图常见基团的红外吸收带常见基团的红外吸
26、收带特征区特征区指纹区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C两种类型：两种类型：1 1）色散型）色散型2 2）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：特点：(1)扫描速度极快(
27、1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；(3)仪器小巧。(1)(1)光源光源 能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm；室温下，非导体，使用前预热到800 C；特点：发光强度大；寿命0.5-1年；硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；(2)(2)单色器单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；(3)(3)检测器检测器 真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射；傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉汞(MCT)检测器；TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测
28、元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；响应速度快；高速扫描；1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。3)固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）（气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）（液相色谱红外光谱联用）PAS/FTIR（光声红外光谱）（光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）（显微红外光谱）微量及微区分析微量及微区分析气相色谱法气相色谱法 用气体作为
29、流动相的色谱法称为气相色谱法（gas chromatography,GC）。根据固定相的状态不同，又可将其分为气固色谱和气液色谱。气固色谱是采用多孔性固体为固定相，分离的主要对象是一些气体和低沸点的化合物。气液色谱多用高沸点的有机化合物涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要在450以下，有1.5kPa-10kPa的蒸气压且热稳定性好的有机及无机化合物都可用气液色谱分离。由于在气液色谱中可供选择的固定相种类很多，容易得到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。气固色谱可供选择的固定相种类甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾，因此实际应用相对较少。气相色谱分析是一种高效能、选择性好、灵敏度高
30、、操作简单、应用广泛的分析、分离方法。例如用空心毛细管色谱柱，一次可以解决含有一百多个组分的烃类混合物的分离及分析，因此气相色谱法的分离效能高、选择性好。在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度的检测器，可以检测10-11-10-13g物质。因此在痕量分析上，它可以检出超纯气体、高分子单体和高纯试剂等物质中质量分数为10-6甚至10-10数量级的杂质；在环境监测上可用来直接检测大气中的污染物，而污染物不需事先浓缩；农药残留量的分析中可测出农副产品、食品、水质中质量分数为10-6-10-9数量级的卤素、硫、磷化物等。气相色谱分析操作简单，分析快速，通常一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。某些快
31、速分析，一秒钟可分析多个组分。但若使用手工计算数据，常使分析速度受到很大限制。目前，计算机技术的飞速发展和色谱仪的结合，使色谱操作及数据处理实现了自动化，同时也使气相色谱分析的高速度得到充分的发展。气相色谱流程气相色谱流程 气相色谱一般是由以下五个基本单元组成的1、气路系统：气体钢瓶、减压阀、载气净化干燥管 针形阀、流量计 2、进样系统：进样器、气化室3、分离系统：色谱柱、柱温箱（又称色谱炉）及其温控装置4、检测系统：检测器、温控装置5、记录系统：放大器、记录器及数据处理装置气相色谱仪的构造气相色谱仪的构造气相色谱检测器气相色谱检测器 气相色谱仪的一个重要组成部分是检测器，它的作用是将经过色谱
32、柱分离后的各组分按其物理、化学特性转换成相应可以测量的电信号。信号的大小在一定范围内与进入检测器的物质的质量m（或浓度）成正比。检测器按原理分成浓度型检测器（concentration sensitive detector）和质量型检测器（mass flow rate sensitive detector）两种类型。浓度型检测器的响应值与进入检测器组分的浓度成正比，检测的是载气中组分浓度的瞬间变化。如热导池检测器和电子捕获检测器。质量型检测器的响应值与组分在单位时间内进入检测器的质量成正比，检测的是载气中组分的质量流速的变化。如氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器等。对检测器的要求是结构简单、灵
33、敏度高、线性范围宽、响应速度快、通用性强、稳定性好、检测限低等。常用检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器等。热导检测器（热导检测器（TCD)TCD)热导检测器（thermal conductivity detector,TCD）是应用时间最早、应用范围最广的一种检测器。它结构简单，灵敏度适宜（一般为10-4级），稳定性好，线性范围宽，对所有可挥发的物质都有响应值。属于浓度型检测器。氢火焰离子化检测氢火焰离子化检测(FID)(FID)氢火焰离子化检测器（flame ionization detector,FID），简称氢焰检测器。适痕量的有机物分析，对含碳有机物
34、灵敏度很高，是热导池的1000倍，能够检测出10-12级，其结构简单，响应快，稳定性好，死体积小，线性范围宽，也是一种较理想的检测器。响应值与单位时间内进入火焰组分的质量成正比，是典型的质量型检测器。电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)(ECD)电子俘获检测器（electron capture detector,ECD）是应用广泛的一种具有选择性、高灵敏度的浓度型检测器。它的选择性是指它只对具有电负性的物质（如含有卤素、硫、磷氮、氧的物质）有响应，电负性愈强，灵敏度愈高。高灵敏度表现在能测出10-14g/mL的电负性物质。如食品中农药残留量的检测，大气、水中痕量污染物的分析。火焰光度检测器火
35、焰光度检测器(FPD)(FPD)火焰光度检测器（flame photometric detector,FPD）是一种对含硫、磷的化合物有高选择性和高灵敏度的检测器，这两种元素在燃烧中被激发，从而发射特征的光信号。这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管（PMT）三部分组成。气气/质联用技术质联用技术 气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。自1957年霍姆斯（J.C.Holmes）和莫雷尔（P.A.Morrell）首次实现气相色谱和质谱联用以后，这一技术得到长足的发展。在所有联用技术中气
36、质联用（即GC-MS）发展最完善，应用最广泛。目前从事有机物分析的实验室几乎都把GC-MS作为主要的定性确认手段之一，在很多情况下又用GC-MS进行定量分析。另一方面，目前市售的有机质谱仪，不论是磁质谱、四极杆质谱、离子阱质谱、飞行时间质谱（TOF）还是傅里叶变换质谱（GTMS）等均能和气相色谱联用。还有一些其他的气相色谱和质谱连接的方式，如气功相色谱-燃烧炉-同位素质谱等。GC-MS逐步成为分析复杂混合物最为有效的手段之一。气质气质GC/MSGC/MS的应用的应用 GC-MS联用在分析检测和研究的许多领域中起着越来越重要的作用，特别是在许多有机化合物常规检测工作中成为一种必备的工具。如环保领
37、域在检测许多有机污染物，特别是一些浓度较低的有机化合物的检测，如二恶英等的标准方法中就规定用GC-MS；石油化工中痕量杂质的检测、环境保护中废弃物的检测、食品工业生产中食品添加剂的检测，药物研究、生产、质控以及进出口的许多环节中都要用到GC-MS；法庭科学中对燃烧、爆炸现场的调查，对各种案件现场的各种残留物的检验，如纤维、呕吐物、血迹等检验和鉴定，无一不要用到GC-MS，工业生产的许多领域，如石油、食品、化工等行业都离不开GC-MS；甚至竞技体育运动中，用GC-MS进行的兴奋剂检测起着越来越重要的作用。二、现代分析测试质量保证二、现代分析测试质量保证引言引言 当前分析化学（仪器分析）广泛地应用
38、于科学技术、国民经济建设各部门。应该说已进入了分析科学阶段。分析测试结果的准确度直接参与科技和生产问题的决策、科学技术的发展，生产过程的监控、产品质量的评价、环境污染的监测与管理、案件的调查等，都需要有准确、可靠的数据。特别是在我国进入WTO后的国际贸易中，更增加了对测试的可靠性，可比性的关注。因此测试的质量保证是至关重要的。目录目录一、现代分析测试一、现代分析测试二、分析测试全过程二、分析测试全过程三、质量保证三、质量保证四、现代分析测试质量控制四、现代分析测试质量控制五、现代分析测试质量评价方法五、现代分析测试质量评价方法六、现代分析测试方法和仪器进展六、现代分析测试方法和仪器进展七、分析
39、仪器的发展趋向七、分析仪器的发展趋向八、抽样检验与分析测试样品制备八、抽样检验与分析测试样品制备九、标准物质及应用九、标准物质及应用十、理化检验数据统计处理及表达十、理化检验数据统计处理及表达十一、实验室认可十一、实验室认可十二、仪器设备的管理及计量认证十二、仪器设备的管理及计量认证十三、检测方法的确认十三、检测方法的确认十四、人员的培训及管理十四、人员的培训及管理十五、实验室的各项规章制度十五、实验室的各项规章制度十六、对实验室环境的要求十六、对实验室环境的要求分析测试工作者分析测试工作者 分析测试工作者接受的第一个证书是被认可学习成功的科学学位证书和专业学校的毕业证书。毕业时，分析测试工作
40、者只是得到他的学历的认可。在这之后，分析测试工作者必须通过以下几个方面来保持和增进自己的知识：系统地查阅科学文献，参加科学研究或在实验室内经受工作训练，以及参加实验室的培训和继续教育。通常，实验室的认证要求被认证的实验室能够预见以及提供工作人员的培训和继续教育的计划。检测和校准实验室认可准则中，为保证实验室检测的正确和可靠，对在检测实验室工作的人员作了多项明确的规定：“实验室管理层应确保所有操作专门设备、从事检测和（或）校准以及评价结果和签署检测报告和校准证书的人员的能力。当使用在培训员工时，应对其安排适当的监督。对从事特定工作的人员，应按要求根据相应的教育、培训、经验和（或）可证明的技能进行
41、资格确认。”“实验室管理层应制定实验室人员的教育、培训和技能目标；应有确定培训需求和提供人员培训的政策和程序。培训计划应与实验室当前和预期的任务相适应。”“实验室应使用长期雇佣人员或签约人员。在使用签约人员和额外技术人员及关键的支持人员时，实验室确保这些人员是胜任的且受到监督，并依据实验室的质量体系要求工作。”对现代分析测试工作者的要求和任务对现代分析测试工作者的要求和任务 一个分析测试工作者在进行分析测试时必须完成以下步骤并加以规定：正确地确定问题；保证所得的各个样品都是该问题的代表；与用户接触以便获得对该问题的有关知识，并确定所要求时间和准确度限制；提出一个包含有评估所用方法步骤和最好方法
42、的分析计划；利用最高水平的专业技术能力和很好的化学知识完成该项工作；告知答案而不是数据，内容应包括所有数字的精密度和可靠性，并具体指明在使用该数据时应注意的事项或受制约的条件；解释所得信息和结果，并用清晰、一贯和有意义的报告清楚的说明该问题。所以，除了常规、重复分析实验外，把“测量”看作分析化学家的主要作用是错误的。分析测试工作者最重要的贡献主要来自对问题结果的阐述而不是对浓度水平的简单测定。分析测试工作者按其工作内容可分为两类：一是操作专门设备从事检测的人员；二是评价结果和签署检测报告的人员。对这两类人员都要求持有个人资格证书。人员资格证书的要求可能是法定的、特殊技术领域标准包含的、或是客户
43、要求的。而后一类人员“除了具备相应的资格、培训、经验以及所进行检测方面的足够知识外，还需具有：制造被检测物品、材料、产品等所用的相应技术知识，已使用或拟使用方法的知识，以及在使用过程中可能出现的缺陷或降级等方面的知识；法规和标准中阐明的通用要求的知识；所发现的对有关物品、材料和产品等正常使用的偏离程度的了解。”任何人达到这些目标的能力取决于其教育水平、工作训练、继续教育和所获得得的经验。对于一名分析测试工作者来说，通过继续学习和教育使自己保持技能的现代化和不断更新知识是十分重要的。分析测试全过程分析测试全过程 取样取样 分析测试工作的样品，有均相的与多相的；根据采集时样品成分变化的规律，则可分
44、为离散的和连续的等类型。过程分析则涉及从随时间变化的物流中采样。而建立在严谨统计学理论基础上的质量抽样检验方法，是在生产中保证产品高质量的基本手段。在实验室工作的分析测试工作者往往忽视取样过程的重要性，认为拿到的分析样品就能代表其母体，对作为子体的样品的分析测试就能解决母体所要解决的问题。而在任何分析过程中，取样是非常关键的步骤。实际上，子体样品的性质限制了分析结果的可靠性，限制了对样品母体的判断。有时，无损方法可以用来研究完整的分析对象，例如，利用X射线荧光可以测定饰物。但大多数样品必须经过处理，例如，确定用大的运输船运送的铁矿石中铁的含量。因此，取样必须经过两个步骤：（1）按确定的取样计划
45、规范取样；（2）处理这些样品以满足分析测试对样品的要求。分析工作者应该掌握样品的来历（取样过程，样品的储存、保护、预处理等），并了解与分析结果相关的从母体中得到的代表性样品的情况，然后方可分析过程。根据取样的性质、分析物的类型、浓度水平以及基体的化学组成，必须采取必要的措施，以避免样品组成发生改变。样品的输送和保存样品的输送和保存 样品的输送和保存是保证样品能代表其母体的一个重要的环节。在输送样品过程中，由于样品容器剧烈震动而引起的反应，可以改变样品的组成。输送和保存样品时，由于环境温度和湿度发生变化而使样品的组成和性质发生了变化。液体的泄漏、气体的扩散都可能引起样品组分的变化。由于容器壁的吸
46、附，造成痕量组分的损失。来自容器壁的痕量物质也会污染储存的样品。在取样和分析样品之前，往往需要经过一段时间。这段时间不管是在运输样品还是在保存样品，必须根据样品的性质采用必要的手段防止样品组分，特别是待测组分的损失和污染。样品的制备样品的制备 样品的制备包括以下几个方面：（1）样品的状态应与所应用的分析测试方法相适应；（2）样品应与所选用分析测试方法的最佳浓度范围相适应；（3）对样品进行适当的处理，消除或减少样品中其他组分的干扰。选用的分析测试方法进样为气体（如气相色谱）：样品为气体时，直接进样；样品为液体或为固体时，用加热蒸发的方法转变成气体。选用的分析测试方法进样为液体（如化学分析法和大多
47、数借助仪器的物理分析法）：对液体样品，直接进样；对气体样品须冷凝转变成液体；而对固体样品则用化学试剂进行深解消化的方法，或用加助熔剂加热熔融再用水提取的方法转变成液体。选用的分析测试方法进样为固体（如活化分析和X荧光分析）：样品为固体直接分析测试；对气体样品，用凝聚的方法转变成固体；而对液体样品，则需用沉淀、溶剂挥发、冷冻干燥的方法转变成固体。有时，为满足分析测试方法的需要，在某些情况下，还需进行特殊制样处理。如红外分析的固体样品经常加入KBr固体混合研磨压片等。在痕量分析中，往往分析物的浓度很低，不能直接测定。应用富集的手段可提高样品中分析物的含量，以满足分析测试方法对分析物最佳浓度范围的要
48、求。以浓缩、萃取、吸附和离子交换为基础的技术是最普通的方法。同时，有些分离方法也可用来消除测定中的干扰物质。加入与干扰物反应的试剂（掩蔽剂），可消除干扰物对测定结果的影响，称此过程为“掩蔽”。对特定的分析方法，往往有其特殊的消除干扰的方法。测定测定 在测定中，重要的是根据分析的目的、被测组分的浓度、基体、实验室条件等来选择合适的分析方法和该方法应用时合适的实验条件。在仪器分析中，校准仪器是保证分析测试结果准确的首要的和最基本的条件。以样品中未知成分的信号与已知成分的标准系列产生的信号相比较，是大部分仪器分析方法的基础。按这种方法，应说明仪器的特性参数。通过测量和数据处理，可得到最佳信噪比。结论
49、和报告结论和报告 分析测试工作者应该清楚地报告可靠的结果，避免报告任何不确定的数据。“一个错误的分析结果比没有结果更糟糕”。分析工作者应对所报告的分析结果负全部责任，要对测试结果的误差进行分析。为保证结果的质量，验证分析方法尤为重要。一般用标准物质来检验分析方法的可靠性。如果没有标准物质，可将由某种方法获得的结果与其他大家公认的标准分析方法所得的结果比较。分析工作者应认识到，他的结论在用户欲解决的问题中所起的作用。根据分析的结果得出正确的结论，应是分析学家的职责。分析测试过程中的误差分析测试过程中的误差 分析测试中常用术语的定义分析测试中常用术语的定义 根据国际标准化组织（ISO），或国际理论
50、与应用化学联合会（IUPAC）的建议，对分析测试中常用的术语做如下的定义。1 1真值真值 一个具有完善定义的量的真实值，在定义条件下被认为是客观存在的量。法定计量学词汇对测量给出一个直接的定义：如果一个量可被完全定义，且所有测量误差都可消除的话，测量便可获得一个真实的值。2 2精密度精密度精密度是在限定条件下，应用同样的实验方法，多次测量获得的结果之间的接近程度。3 3准确度准确度精密度表示“真值”和测定结果之间的接近程度。因此，一个既真实又精确的方法，才是准确的方法。4 4灵敏度灵敏度灵敏度S表示信号Y的改变量与浓度C的改变量之比（）。5 5检出限检出限当分析结果接近空白值时，应该判断此结果
