1、第第14章章 仪器分析简介仪器分析简介 14.1 概述概述 14.1.1 仪器分析方法分类仪器分析方法分类14.1.2 仪器分析的发展仪器分析的发展14.1.3 仪器分析的特点仪器分析的特点14.1.4 仪器分析与医学检验仪器分析与医学检验仪器分析（仪器分析（instrumental analysis）：）：用精密仪精密仪器器测量物质的某些物理或物理化学性质物理或物理化学性质以确定其化学组成化学组成、含量含量及化学结构化学结构的一类分析方法，又称为物理和物理化学分析法物理和物理化学分析法。物理分析法物理分析法(physical analysis)：根据被测物质的某种物理性质与组分的关系，不经化
2、学反应直接进行定性或定量分析的方法。如：光谱分析等。物理化学分析法物理化学分析法(physico-chemical analysis)：根据被测物质在化学变化中的某种物理性质与组分之间的关系，进行定性或定量分析的方法。如电位分析法等。方法分类 主要分析方法 被测物理性质 光谱分析光谱分析 发射光谱分析、火焰光度分析 辐射的发射 分子发光分析法分子发光分析法、放射分析法 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 辐射的吸收 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 红外光谱法、核磁共振波谱法 比浊法、拉曼光谱法 辐射的散射 折射法、干涉法 辐射的折射 X-射线衍射法、电子衍射法 辐射的衍射 偏振法 辐
3、射的旋转 电化学分析电化学分析 电位法电位法 电极电位 电导法 电导 极谱法极谱法、溶出伏安法 电流-电压色谱分析色谱分析 气相色谱法气相色谱法、液相色谱法液相色谱法 薄层色谱法 两相间的分配热分析 热导法、焓法 热性质 质谱法 质荷比 14.1.1 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，仪器分析方法主要分为以下几类:1.引进当代科学技术的新成就，革新原有仪器分析方革新原有仪器分析方法，开发新仪器分析方法法，开发新仪器分析方法。如，将纳米新技术引入PCR分析，制备适于不同需求的生物芯片。2.分析仪器实现小型化、自动化、数学化和计算机化小型化、自动化、数学化和计算机化
4、。14.1.2 仪器分析的发展趋势仪器分析的发展趋势 当代仪器分析的发展趋势可归纳为以下几个方面：3.发挥各种仪器分析方法的特长，实现不同仪器分析不同仪器分析方法的联用方法的联用,如气-质谱联用 。4.各学科互相渗透各学科互相渗透，与各学科所提出的新要求、新任务紧密结合，促进仪器分析的发展。5.仪器分析的发展，可为新理论、新技术的研究提供强有力的研究手段，推动其飞速发展。14.1.3 仪器分析的特点仪器分析的特点 仪器分析仪器分析：是借用精密仪器精密仪器测量物质的某些物理或物理化物理或物理化学性质学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法，适用于微量或痕量微量或痕量组分的测定；化学分
5、析化学分析：是利用化学反应的计量关系化学反应的计量关系，由某已知量求待已知量求待测物量测物量，一般用于常量常量分析，是化学分析法。仪器分析的主要特点如下：1.灵敏度高；3.分析迅速,适于批量试样的分析；2.选择性好,适于复杂组分试样的分析；4.适于痕量组分的测定;5.适应性强,应用广泛；6.易于自动化。二者关系：二者关系：化学分析是仪器分析的基础，仪器分析离不开必要的化学分析步骤，二者相辅相成。14.1.4 仪器分析与医学检验仪器分析与医学检验 1.临床检验中常用的蛋白质蛋白质、氨基酸氨基酸、酶酶、糖糖类类、激素、激素、pH和血气分析等等和血气分析等等，都是采用仪器分析；2.免疫学检验中常用的
6、ELISA与ELISTOP法,首先利用酶联、显色等化学步骤,后用紫外分分光度计测定相关参数;3.药物分析、毒物分析、卫生学检验药物分析、毒物分析、卫生学检验等领域，也不同程度地使用了仪器分析。4.二十一世纪与医学紧密相连的生命科学的研生命科学的研究究，也离不开先进的仪器分析手段。因此，仪器分析和医学检验之间的关系非常密切，在医学检验中占有十分重要的位置。14.2 光谱分析基础光谱分析基础 14.2.1 电磁辐射和电磁波谱14.2.2 原子光谱和分子光谱14.2.3 吸收光谱和发射光谱14.2.4 光谱分析的分类 光谱分析：光谱分析：依据物质发射的辐射能物质发射的辐射能或辐射辐射能与物质的相互作
7、用能与物质的相互作用而建立的分析方法，广义上都称为光谱分析法。14.2.1 电磁辐射和电磁波谱电磁辐射和电磁波谱 电磁辐射电磁辐射：电磁辐射是高速通过空间传播的光子流光子流。性质性质:电磁辐射具有波粒二象性，即波动性和微粒性波粒二象性，即波动性和微粒性。光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，表明它具有波动性；光电效应，说明了光的微粒性。每个光量子的能量(EL)与其频率()及波长()之间的关系为:EL=h=hc/=hc 式中h为普朗克常数,其值6.62610-34 Js；c为光速,其值约为31010cm/s；为波数,其单位为cm-1；为波长，其单位为nm。由上式可见，波长越短，光子的能量越大。任一波
8、长光子的能量，与物质内的原子或分子的能量变化E相对应，其关系为：E=EL=h=hc/电磁波谱电磁波谱(electromagnetic spectrum)：电磁辐射能量的能量的变化变化,产生电磁波电磁波,按电磁波长顺序排列电磁波长顺序排列，称为电磁波谱。14.2.2 原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱 原子原子和分子分子是产生光谱的基本粒子,针对产生产生光谱粒子光谱粒子的不同,光谱可分为：原子光谱和分子原子光谱和分子光谱光谱.原子光谱(atomic spectrum)：由原子核外电原子核外电子子在不同能级间跃迁不同能级间跃迁而产生的光谱，它包括原子发射、原子吸收和原子荧光光谱。分子光谱(mol
9、ecular spectrum)：在辐射能作用下分子内能级间的跃迁分子内能级间的跃迁产生的光谱，称为分子光谱。一个分子的总能量E包括核能En、分子的平动能Et、电子能Ee、振动能Ev和转动能Er，即：E=En+Et+Ee+Ev+Er在一般的化学实验条件下，核能En 不发生变化，分子平动能Et很小，分子在辐射能的作用下能量改变E为 E=Ee+Ev+Er 由分子中的电子能级、振动能级和转动能级跃迁产生的光谱分别称为电子光谱、振动光谱和转动光谱。其对应的波谱区范围如下：Ee Ev Er电子光谱电子光谱 振动光谱振动光谱 转动光谱转动光谱紫外可见光 近红外、中红外区 远红外、微波区14.2.3 吸收光
10、谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱 物质的原子光谱与分子光谱，按其获得的方式不同可分为吸收光谱和发射光谱。吸收光谱：当辐射能通过某些吸光物质时，物质的原子或分子吸收与其能级跃迁相应的能量由低能态或基态跃迁至较高的能态，这种物质对辐射能的选择性吸收选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。对于分子吸收光谱分子吸收光谱而言，由于Ee、Ev、Er的跃迁能量不同，在不同波谱区辐射能作用下可产生紫外可见吸收光谱和红外吸收光谱。根据光的吸收定律:以紫外区辐射能作为光源建立的分析方法称为紫外分光光度法紫外分光光度法；以可见区辐射能作为光源建立起来的分析方法称为可见分光光度法可见分光光度法；以红外区辐射能作为
11、光源建立起来分析方法称为红外光谱红外光谱。原子吸收光谱：原子吸收光谱：基于基态气态原子蒸气对该元素共振线的吸收而建立起来的分析方法称为原子吸收光度法。发射光谱发射光谱(emission spectrum）：）：物质的分子、原子或离子在辐射能的作用下，使其由低能态或基态低能态或基态跃迁至高能态（激发态）跃迁至高能态（激发态），再由高能态跃迁回低能再由高能态跃迁回低能态或基态态或基态而产生的光谱称为发射光谱。荧光光谱荧光光谱：某些物质的分子或原子在辐射能的作用下跃迁至激发态,大多数分子或原子与其它粒子碰撞,把激发能转变为热热能散发掉；其余的分子或原子以光光的形式发射出这部分能量而回到基态，由此产生
12、的光谱称为荧光光谱。荧光光谱实质是一种发射光谱。由原子产生的荧光光谱称为原子荧光光谱原子荧光光谱；由分子产生的荧光光谱称为分子荧光光谱分子荧光光谱。根据被测物质溶液的各种电化学性质(电极电位、电流、电量、电导或 电阻等)来确定其组成及其含量的分析方法。1.电位分析法电位分析法 14.3 电化学分析法电化学分析法 2.电解分析法与电解分离法电解分析法与电解分离法 一对电极与被测量金属离子组成电解池，在恒电流或恒电位下电解，由被测离子在已秤重的电极上以金属或其他形式析出的量计算,称电解分析或电重量分析法.用一个电极电位与 被测物质活(浓)度有关的指示电极和另一个电位保持恒定的参比电极与 试液组成化
13、学电池,根据测量电池电动势或指示电极电位进行分析的方法称为电位分析。它包括电位测定法和电位滴定法。由于各种金属离子在电解时具有不同的析出电位，因此控制电极电位进行电解，从而使不同元素分离的方法，称为电解分离法。4.极谱分析法和伏安法极谱分析法和伏安法 用滴汞阴极或其他表面固定的微电极，在电解被测物质溶液过程中，以电流-电压曲线（伏安曲线）为基础的分析法。其中指示电极采用表面可作周期性边连续更新的滴汞阴极时，称为极谱法，而指示电极采用固定微电极时，称为伏安法。3.库仑分析法库仑分析法 通过测量被测物质定量地进行某一电极反应,或者被测物质与某一电极反应的产物定量地进行化学反应所消耗的电量(库仑数)进行定量分析的方法,称为库仑分析法,它包括恒电位库仑分析和库仑滴定法(又称恒电流库仑分析法).14.4 色谱分析色谱分析 色谱分析法又称色层或层析法。它是利用物质的吸附能力、溶解度、亲和力、阴滞作用等物理性质的不同，对混合物中各组分进行分离、分析的方法.1气相色谱法（气相色谱法（GC）2液相色谱法（液相色谱法（LC）
