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第一章绪论一、分析化学的定义分析化学(Analytical Chemistry)是人们获得物质化学组成和结构信息的科学。
二、分析化学的任务1. 定性分析──鉴定物质的化学组成（或成分），如元素、离子、原子团、化合物等，即“解决物质是什么的问题”。
2. 定量分析──测定物质中有关组分的含量，即“解决物质是多少的问题”。
3. 结构分析──确定物质的化学结构，如分子结构、晶体结构等。
三、分析化学的分类按分析原理分类：化学分析与仪器分析化学分析──以物质的化学反应为基础的分析方法，又称经典分析法。
包括重量分析和容量分析（滴定分析）。
特点：仪器简单、结果准确、灵敏度低、分析速度慢。
仪器分析──以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。
包括电化学分析、色谱分析、光谱分析、波谱分析、质谱分析、热分析、放射化学分析等。
特点：灵敏、快速、准确。
四、分析化学的作用分析化学的应用范围几乎涉及国民经济、国防建设、资源开发及人的衣食住行等各个方面。
可以说，当代科学领域的所谓“四大理论”（天体、地球、生命、人类的起源和演化）以及人类社会面临的“五大危机”（资源、能源、人囗、粮食、环境）问题的解决都与分析化学这一基础学科的研究密切相关。
1. 分析化学在科学研究中的重要性♠目前世界范围内的大气、江河、海洋和土壤等环境污染正在破坏着正常的生态平衡，甚至危及人类的发展与生存，为追踪污染源、弄清污染物种类、数量，研究其转化规律及危害程度等方面，分析化学起着极其重要的作用；♠在新材料的研究中，表征和测定痕量杂质在其中的含量、形态及空间分布等已成为发展高新技术和微电子工业的关键；♠在资源及能源科学中，分析化学是获取地质矿物组分、结构和性能信息及揭示地质环境变化过程的的主要手段，煤炭、石油、天然气及核材料资源的探测、开采与炼制，更是离不开分析检测工作；♠分析化学在研究生命过程化学、生物工程、生物医学中，对于揭示生命起源、生命过程、疾病及遗传奥秘等方面具有重要意义。
现代分析化学中的三线性成分模型吴海龙,俞汝勤(湖南大学化学化工学院,湖南长沙 410082) 摘 要:本文针对现代分析化学实际,有选择性地介绍了三相三道三线性成分模型,扼要地列举了其主要的三线性分解算法,讨论了立体阵的秩估计、三线性分解的唯一性等。
关键词:三线性成分分析;三道;三相;平行因子;PARAFAC;立体阵秩;三线性分解唯一性 化学计量学是当代化学与分析化学的重要发展前沿[1～2]。
能容易地获得大量化学量测数据的现代分析仪器的涌现以及对这些化学量测数据进行适当处理并从中最大限度地提取有用化学信息的需要是促进化学计量学进一步发展的推动力[3]。
针对现代分析仪器例如二维激发发射荧光仪(EX-EM)、带光二极管阵列检测器的高效液相色谱仪(HPLC-DAD)和毛细管电泳仪(CE-DAD)、色质联用仪(GC-MS和LC-MS)等所提供的矩阵类型以及立体阵类型等高维响应数据,开展三相三道数据分析(Three-Mode Three-Way Data Analysis)包括立体阵的秩估计和三线性分解等方法和算法的基础研究,较深入系统地发展以张量校正、张量标准加入法等为主的化学计量学新方法、新算法用于实际复杂分析体系的直接快速定性定量分析,可为构造新一代智能分析仪器提供理论和技术依据,尤其是可为构造在未知干扰物共存下直接进行待测多组分同时定性定量分析的新一代分析仪器提供依据。
它亦可为我国分析仪器工业中应用高新技术、发展具有创新性和中国特色的新产品系列作出贡献[3]。
1 三相三道三线性成分模型 多年来,化学计量学方法多系建立在二维数据阵列即矩阵的理论和双线性模型的基础之上,利用矩阵的特征值分解等方法,以矩阵因子分析、矩阵目标转换因子分析、主成分回归、偏最小二乘回归等形式,对分析仪器所产生的矩阵类响应数据进行分解、分辨、主成分数(秩)估计、多元校正等,但由于矩阵分解所存在的固有缺陷即分解的多样性因而难以得到具有物理意义的解。
火焰光度法和原子吸收光度法一、引言火焰光度法和原子吸收光度法是现代分析化学中常用的定量分析方法。
本文将详细探讨这两种方法的原理、应用以及优缺点。
二、火焰光度法2.1 原理火焰光度法是利用物质在高温火焰中发射特定的光谱线来定量分析的方法。
其原理基于以下两个关键概念：1.激发与激发态：当物质被加热到足够高的温度时，其原子或分子的电子会从基态跃迁到激发态，此过程伴随着能级的跃迁。
2.光谱线与特定元素：不同元素的原子或分子在跃迁过程中会发射出不同波长的光谱线。
由于每种元素的能级结构不同，其发射光谱线也具有独特的特征。
2.2 测量过程火焰光度法的测量过程通常涉及以下几个步骤：1.样品制备：将待测物溶解在适当的溶剂中，并选择合适的火焰条件。
2.校准曲线：利用标准溶液制备一系列浓度已知的标准溶液，并测量其光谱线的强度。
根据标准溶液的浓度和相应的光谱线强度绘制校准曲线。
3.测量样品：将待测物的溶液进样火焰中，测量其光谱线的强度。
4.计算浓度：根据校准曲线，将测量得到的光谱线强度转换为待测物的浓度。
2.3 应用火焰光度法广泛应用于许多领域，包括环境监测、食品安全、医学诊断等。
以下是一些常见的应用示例：1.重金属检测：火焰光度法可用于测定水样中重金属的含量，例如铅、汞、镉等。
这对于环境保护和饮用水质量控制至关重要。
2.药物浓度测定：通过火焰光度法可以测定药物中的活性成分的含量，用于控制药品的质量和安全性。
3.土壤分析：火焰光度法可以用于分析土壤中的营养元素含量，为农作物的种植和土壤改良提供依据。
2.4 优缺点火焰光度法具有以下一些优点和缺点：优点： - 灵敏度高：火焰光度法可以达到很高的灵敏度，能够准确测定低浓度物质。
- 快速：测定过程简便快速，适用于大样品量的分析。
缺点： - 选择性有限：火焰光度法在分析时对物质的选择性有限，容易受到干扰。
- 仅适用于可激发的元素：火焰光度法只适用于那些能够被激发到激发态的元素或分子。
现代分析化学心得体会总结分析化学是一门学科，它研究的是物质的成分和性质的分析方法。
随着科技的不断发展，分析化学也不断地在发展和创新。
现代分析化学已经成为了实验科学中的一个重要领域。
在我的学习和研究中，我从中收获了很多关于现代分析化学的心得体会。
首先，现代分析化学注重量化分析。
在这个领域中，一般都会采用分子量或者化学计量的方法来分析化合物的成分和性质。
这种方法可靠性高，可以快速准确地获得需要的结果。
其次，对于分析方法的选择，要考虑到需要测定的物质的性质与特点。
不同的物质所需要的分析方法也会有所不同。
因此，我们需要根据分子量、化学类型、化学活性等因素来选择不同的方法。
这样，才能够提高分析的精度和准确性，避免测定产生误差以及危害。
再者，现代分析化学重视时效性和数据处理。
在日常工作中，我们需要对数据进行实时处理，以获得尽可能准确的结果。
同时也需要注意，数据处理时需要考虑误差的来源，并进行合理的处理和纠正，以消除误差和提高结果的可靠性。
最后，现代分析化学是多学科的交融和共同努力的结果。
它需要融合物理、化学、生物等多个学科的知识和技术。
只有这样才能够掌握和运操现代分析化学的实验技术，以适应不断变化的科学工作的需要。
综合来看，现代分析化学具有很高的科学性和实用性，为实验科学的发展做出了重要贡献。
在我的学习和研究中，我更加深刻地领悟到了这些方面。
相信随着现代分析化学的不断发展，它将会在更广泛、更深入的领域中发挥出更大的作用。
紫外可见分光光度法与分子荧光光度法的比较
紫外可见分光光度法和分子荧光光度法，是两种现代分析化学中常用的光度测定技术，它们之间有许多不同之处。
首先，紫外可见分光光度法可以用来测量悬浮液和溶液中某种物质含量，通过检测它
们吸收波长不同的光，并使用紫外可见分光仪可以很好地用来定量分析一种物质的含量，
主要原因是它可以采用强度谱的方式测定光谱分析，这是数据量最大的分光光度法。
而分子荧光光度法则与紫外可见分光光度法存在很大的不同。
分子荧光光度法是一种
用于测定物质的定量分析的光度测量技术，其原理是通过激发某种物质的激发状态，并采
用光谱分析的方式测定淬发状态下某种物质吸收的光谱，采用发射率谱测量它发射出来的
光谱，这种方法有利于识别样品中含量很小的物质。
此外，两种光度测量技术在检测样品中的某种物质的含量时也有很大的差异。
紫外-
可见分光光度法通常可以测到复杂样品中有结构特性的物质，因此适用于分析各种复杂混
合样品，分子荧光光度法则是通过向某种物质添加少量共振激发剂来标记样品中某种物质，然后进行定量分析，它可以清楚地测量某种独特结构物质，因此被广泛应用于纯化和同位
素比值等细胞研究中，并可以更明确地测量和筛选出某种物质。
综上所述，紫外可见分光光度法和分子荧光光度法是两种现代分析化学中常用的光度
测定技术，它们在原理，应用，检测样品中含量的某种物质等方面都存在差异，根据实际
情况和需要，可以依据自身需要选择不同的光度测量技术，以获得更准确的定量分析结果。
分析化学发展趋势分析化学学科的发展经历了三次巨大变革：第一次是随着分析化学基础理论，特别是物理化学的基本概念（如溶液理论）的发展，使分析化学从一种技术演变成为一门科学，第二次变革是由于物理学和电子学的发展，改变了经典的以化学分析为主的局面，使仪器分析获得蓬勃发展。
目前，分析化学正处在第三次变革时期，生命科学、环境科学、新材料科学发展的要求，生物学、信息科学，计算机技术的引入，使分析化学进入了一个崭新的境界。
第三次变革的基本特点：从采用的手段看，是在综合光、电、热、声和磁等现象的基础上进一步采用数学、计算机科学及生物学等学科新成就对物质进行纵深分析的科学；从解决的任务看，现代分析化学已发展成为获取形形色色物质尽可能全面的信息、进一步认识自然、改造自然的科学。
现代分析化学的任务已不只限于测定物质的组成及含量，而是要对物质的形态（氧化- 还原态、络合态、结晶态）、结构（空间分布）、微区、薄层及化学和生物活性等作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及过程控制。
随着计算机科学及仪器自动化的飞速发展，分析化学家也不能只满足于分析数据的提供，而是要和其它学科的科学家相结合，逐步成为生产和科学研究中实际问题的解决者。
近些年来，在全世界科学界和分析化学界开展了“化学正走出分析化学” 、“分析物理”、“分析科学”等热烈议论，反映了这次变革的深刻程度。
本书根据中国《国家自然科学基金会》“自然科学学科（分析）发展战略调查报告”在美国、前苏联这两个发达国家分析化学发展情况的基础上，将现代分析化学学科的发展趋势和特点归纳为八个方面，以论述分析化学整体的发展：（一）提高灵敏度这是各种分析方法长期以来所追求的目标。
当代许多新的技术引入分析化学，都是与提高分析方法的灵敏度有关，如激光技术的引入，促进了诸如激光共振电离光谱、激光拉曼光谱、激光诱导荧光光谱、激光光热光谱、激光光声光谱和激光质谱的开展，大大提高了分析方法的灵敏度，使得检测单个原子或单个分子成为可能。
高效液相色谱与质谱连用接口液-质联用接口技术主要是沿着三个分支发展的：（1）流动相进入质谱直接离子化，形成了连续流动快原子轰击（continuous-flow fast a tom bombarment, CFFAB）技术等；（2）流动相雾化后除去溶剂，分析物蒸发后再离子化，形成了“传送带式”接口（moving -belt interface）和离子束接口（particle-beam interface）等；（3）流动相雾化后形成的小液滴解溶剂化，气相离子化或者离子蒸发后再离子化，形成了热喷雾接口（thermo spray interface）、大气压化学离子化（atmospheric pressure ch emical ionization, APCI）和电喷雾离子化（electrospray ionization, ESI）技术等。
有关液相质谱的接口技术和LC-MS 技术的发展，Niessen 曾经进行了较为详细的综述。
1 液体直接导入接口1972 年，Tal’roze 等人提出了直接将色谱柱出口导入质谱的思想，当时称之为毛细管入口界面。
相继有许多研究组开展这方面的研究，在1980 年这种液质接口已经用于商业化生产。
为了避免非挥发溶剂的污染，Melera 使用一个小的横隔膜对这一接口进行了改进，研制成了液体直接导入接口（direct liquid introduction interface）技术。
该接口是将液相色谱的流动相沿着进样杆流动，然后通过一个直径为3-5µm 的针孔，使液体射入质谱计的CI 离子源中。
采用传统的CI 离子源可以很容易地把色谱与质谱计相连或脱开。
液体直接导入接口的优点是：接口简单，造价低廉，可将非挥发性和热不稳定性的化合物温和地转化成气态，样品以溶液状态进入质谱形成了CI 条件，可得到分子量信息。
缺点是：分流过程中需要减少大量的流动相，使用的隔膜经常堵塞。
质谱仪2 连续流动快原子轰击1985 和1986 年，快原子轰击（FAB）和连续流动快原子轰击（CFFAB）接口技术相继问世，并随后投入了商业化生产。
快原子轰击是用加速的中性原子（快原子）撞击以甘油调和后涂在金属表面的有机物（“靶面”），导致这些有机化合物的电离。
分析物经中性原子的撞击获取足够的动能以离子或中性分子的形式由靶面逸出，进入气相，产生的离子一般是准分子离子。
在此基础上发展的连续流动快原子轰击技术，得到更广泛的应用。
其甘油的浓度在2% -5%之间，比静态的FAB使用的甘油量少，且测定过程中“靶面”得到不断更新，其化学物理性质变化很小，同时经色谱分离后的共存物质不会同时出现在“靶面”上，因此大大降低了噪声，信噪比提高，定量分析的重现性也得到改善。
连续流动快原子轰击接口的优点：是一种“软”离子化技术，适用于分析热不稳定、难以汽化的化合物，尤其是对肽类和蛋白质的分析在当时是最有效的。
缺点是：只能在较低的流量下工作，一般小于5µl/min，大大限制了液相柱的分离效果，流动相中使用的甘油会使离子源很快变脏，同时容易堵塞毛细管，混合物样品中共存物质的干扰也会抑制分析物的离子化，降低灵敏度。
3 “传送带式”接口1977 年，世界上第一台商业化生产的液-质联用接口就是使用传送带式（moving-belt, MB）技术，是由Mac Fadden 等人对前人研制的传送线式接口技术的改进。
该接口是液相的流动相不停地由传送带送入质谱离子源，传送带可根据流动相的组成进行调整。
在传送过程中，样品闪蒸解离进入离子源，在进入离子源前通过两个不同的泵和真空阀在减压条件下加热除去流动相，可以连接EI、CI 或FAB。
在分析未知化合物时，可连接EI 分析，获得的谱图可以在质谱数据库检索。
分析大分子生物样品时，多选用FAB。
在CI 条件下，当样品与CI 等离子体完全接触的状态下才可获得最佳结果。
传送带式接口的优点是：对挥发性溶剂的传送能力高达1.5ml/min，对纯水会减少至0.5ml /min；喷射装置与传送带表面呈45o 夹角时，可以改善色谱积分曲线；非挥发性缓冲液可以从传送带上除去，可以使用非挥发性缓冲溶液；对样品的收集率和富集率都较高。
缺点是：传送带的记忆效应不易消除，检测信号的背景值较高，只能分析热稳定性的化合物。
4 离子束接口离子束接口（ particle-beam interface,PB ）是从单分散气溶胶界面（monodisperse a erosol generating interface for chromatography, MAGIC）发展来的。
该接口将液相色谱的流动相在常压下借助气动雾化产生气溶胶，气溶胶扩展进入加热的去溶剂室，此时待测分子通过一个动量分离器与溶剂分离，然后经一根加热的传送管进入质谱。
分析物粒子在离子源与热源室的内壁碰撞而分解，溶剂蒸发后释放出气态待测分子即可进行离子化。
离子束接口的优点是：分析范围比热喷雾接口更宽，将电离过程与溶剂分离过程分开，更适合于使用不同的流动相，不同的分析物质；主要用于分析非极性或中等极性，分子量小于1, 000 的化合物，在药残、药物代谢分析、化工方面曾有许多成功的实例分析。
其缺点是：灵敏度变化范围大，线性响应的浓度范围较窄，两种化合物的协同洗脱会对响应产生不可预测的效应，使用高速氦气造价太高，离子化手段仍然是电子轰击，不适于分析热不稳定的化合物。
5 热喷雾接口热喷雾接口（thermo spray interface）是从20 世纪70 年代中期开始在美国休斯顿大学实验室立项研究，旨在解决在液相和质谱之间传送1ml/min 流速水溶液流动相的难题，可使用EI和CI两种离子化源。
在最初的设计中非常复杂，直到1987 年后的五年内才得到突飞猛进的发展。
该接口是将液相色谱的流动相通过一根电阻式加热毛细管进入一个加热的离子室，毛细管内径约0.1mm，比液体直接导入接口的取样孔大很多。
毛细管的温度调节到溶剂部分蒸发的程度，产生蒸汽超声喷射，在含有水溶剂的情况下，喷射中含有夹带荷电小液滴的雾状物。
由于离子室是加热的，并由前级真空泵预抽真空，当液滴经过离子源时继续蒸发变小，有效地增加了荷电液滴的电场梯度。
最终使其成为自由离子而从液滴表面释放出去，通过取样锥内的小孔离开热喷雾离子源。
热喷雾接口的优点是：可以减少进入质谱的溶剂量，对不挥发的分析物分子也可电离，可以接受的溶剂流量大致范围为0.5~2.5ml/min，但不允许有不挥发性缓冲溶液。
缺点是：该接口技术的重现性较差，受溶剂成分、取样杆温度及离子源温度的影响；是一种软电离技术，在谱图中只有分子离子峰，碎片非常少；对分析物要求有一定的极性，流动相中要有一定量的水，对热稳定性差的化合物有明显的分解作用。
6 电喷雾离子化技术电喷雾（ESI）技术作为质谱的一种进样方法起源于20 世纪60 年代末Dole等人的研究，直到1984 年Fenn 实验组对这一技术的研究取得了突破性进展。
1985 年，将电喷雾进样与大气压离子源成功连接。
1987 年，Bruins 等人发展了空气压辅助电喷雾接口，解决了流量限制问题，随后第一台商业化生产的带有API 源的液-质联用仪问世。
ESI 的大发展主要源自于使用电喷雾离子化蛋白质的多电荷离子在四极杆仪器上分析大分子蛋白质，大大拓宽了分析化合物的分子量范围。
ESI 源主要由五部分组成：（1）流动相导入装置；（2）真正的大气压离子化区域，通过大气压离子化产生离子；（3）离子取样孔；（4）大气压到真空的界面；（5）离子光学系统，该区域的离子随后进入质量分析器。
在ESI 中，离子的形成是分析物分子在带电液滴的不断收缩过程中喷射出来的，即离子化过程是在液态下完成的。
液相色谱的流动相流入离子源，在氮气流下汽化后进入强电场区域，强电场形成的库仑力使小液滴样品离子化，离子表面的液体借助于逆流加热的氮气分子进一步蒸发，使分子离子相互排斥形成微小分子离子颗粒。
这些离子可能是单电荷或多电荷，取决于分子中酸性或碱性基团的体积和数量。
电喷雾离子化技术的突出特点是：可以生成高度带电的离子而不发生碎裂，可将质荷比降低到各种不同类型的质量分析器都能检测的程度，通过检测带电状态可计算离子的真实分子量，同时，解析分子离子的同位素峰也可确定带电数和分子量。
另外，ESI 可以很方便地与其它分离技术联接，如液相色谱、毛细管电泳等，可方便地纯化样品用于质谱分析。
因此在药残、药物代谢、蛋白质分析、分子生物学研究等诸多方面得到广泛的应用。
其主要优点是：离子化效率高；离子化模式多，正负离子模式均可以分析；对蛋白质的分析分子量测定范围高达105 以上；对热不稳定化合物能够产生高丰度的分子离子峰；可与大流量的液相联机使用；通过调节离子源电压可以控制离子的断裂，给出结构信息。
7 大气压化学离子化技术大气压化学离子化（APCI）技术应用于液-质联用仪是由Horning 等人于20 世纪70 年代初发明的，直到20 世纪80 年代末才真正得到突飞猛进的发展，与ESI 源的发展基本上是同步的。
但是APCI 技术不同于传统的化学电离接口，它是借助于电晕放电启动一系列气相反应以完成离子化过程，因此也称为放电电离或等离子电离。
从液相色谱流出的流动相进入一具有雾化气套管的毛细管，被氮气流雾化，通过加热管时被汽化。
在加热管端进行电晕尖端放电，溶剂分子被电离，充当反应气，与样品气态分子碰撞，经过复杂的反应后生成准分子离子。
然后经筛选狭缝进入质谱计。
整个电离过程是在大气压条件下完成的。
APCI 的优点是：形成的是单电荷的准分子离子，不会发生ESI 过程中因形成多电荷离子而发生信号重叠、降低图谱清晰度的问题；适应高流量的梯度洗脱的流动相；采用电晕放电使流动相离子化，能大大增加离子与样品分子的碰撞频率，比化学电离的灵敏度高3 个数量级；液相色谱-大气压化学电离串联质谱成为精确、细致分析混合物结构信息的有效技术。
