《近代仪器分析》PPT课件

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保障人类健康
仪器分析在保障人类健康方面具有重 要意义，如环境监测、食品药品安全 检测等。
仪器分析的发展历程
早期仪器分析
早期的仪器分析方法比较简单， 如比重法、折光法等。
20世纪发展
20世纪是仪器分析发展的重要时 期，随着科技的不断进步，新的 仪器分析方法不断涌现，如光谱
法、色谱法等。
现代仪器分析
现代仪器分析已经进入了一个全 新的时代，各种高灵敏度、高分 辨率、高自动化程度的仪器不断 涌现，为科学研究和技术创新提
工业生产控制
总结词
仪器分析在工业生产控制中是重要的工具，能够监测 和控制生产过程中的各种参数。
详细描述
仪器分析通过实时监测和控制工业生产过程中的温度、 压力、流量、浓度等参数，确保生产过程的稳定性和产 品质量，提高生产效率和降低能耗。
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仪器分析的挑战与未来发展
Chapter
提高仪器分析的灵敏度与准确性
结合纳米技术、生物技术、信 息技术等新兴领域，开发新型 仪器分析工具。
探索微型化、便携式仪器分析 设备，满足现场快速检测的需 求。
实现仪器分析的自动化与智能化
通过自动化技术实现仪器分析流 程的连续性与高效性，降低人为
误差和提高分析效率。
利用人工智能和机器学习算法对 仪器分析数据进行处理、建模和 预测，提高分析的智能化水平。
气相色谱法
总结词
基于不同物质在固定相和流动相之间的分配 系数差异而建立的分析方法。
详细描述
气相色谱法是利用不同物质在固定相和流动 相之间的分配系数差异进行分析的方法，通 过分离和检测混合物中的各组分来测定各组 分的含量。该方法具有分离效果好、分析速 度快、应用范围广等优点。

二、制备方法 1.固体样品
a. 压片法
固体样品常采用压片法，取试样0.5~2mg样 品与100~200mg枯燥的KBr粉末在玛瑙研钵中 混匀，充分研细至颗粒直径小于2.5μm，用不 锈钢铲取70~90mg放入压片模具内，在压片机 上用5~10×107 Pa 压力压成透明薄片，即可用 于测定。
b 糊剂法
官能团定性是根据化合物的红外光谱 的特征基团频率来检定物质含有哪些基团， 从而确定有关化合物的类别。
构造分析或称构造剖析，那么需要由 化合物的红外光谱并结合其它实验资料 〔如相对分子量、物理常数、紫外光谱、 核磁共振波谱、质谱等〕来推断有关化合
红外光谱进展定性分析的一般过程：
1.试样的别离和精制 试样不纯会给光谱解析带来困难，
§7-6 影响基团频率位移的因素
影响基团频率位移的因素大致可分为内部因素和外 部因素。内部因素有以下几种： 一、 外部因素
试样状态、测定条件的不同及溶剂极性的影响等外 部因素都会引起频率位移。如C=O :一般气态时C=O 伸缩振动频率最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液 态或固态的振动频率最低。
同一化合物的气态和液态光谱或固态光谱有较大的 差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及制 样方法等。
5.空间效应:由于空间障碍，使某些共轭受到限制时，吸 收波数会变得较高。
1,3,5-三甲基苯甲醛:1680, 1,3,5-三甲基苯甲酮:1700. 6.环的张力：环的张力大，会使相连的基团频率增大。 环己酮：1715 ， 环戊酮： 1745 ，环丁酮： 1775.
§7-7红外吸收光谱定性分析
红外光谱定性分析，大致可分为官能 团定性和构造分析两个方面。
6.推测根构造据频率位移及指纹信息，考虑 邻近基团的性质的连接方式。

5
2、原子吸收光谱仪器：
6
3、影响因素（干扰及其消除）
干扰类型：物理干扰、化学干扰和光谱干扰 物理干扰 physical interference（基体效应）
试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变化而引起的干扰效应。
消除方法
配制与待测溶液组成相似的标准溶液，或采用标 准加入法，使试液与标准溶液的物理干扰一致。
化学干扰 chemical interference
待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应。
➢待测元素与共存物质作用生成难挥发的化合物：高温火焰 ➢电离干扰：控制火焰温度；加入消电离剂 ➢释放剂、保护剂、缓冲剂 ➢标准加入法 ➢沉淀法、离子交换、溶剂萃取等分离干扰组分与待测元素 7
光谱干扰 spectral interference
➢临近线校正法
➢用与试样溶液有相似组成的标准溶液来校正
➢氘灯校正，氘灯是连续光源，原子吸收可忽略，只有背景吸收
➢塞曼效应校正
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测试条件的选择：
分析线：灵敏度高，干扰少 空心阴极灯电流：
保证稳定和合适光强输出，选用最低的工作电流 火焰：保证原子化效率，避免电离 燃烧器高度：
使测量光束从自由原子浓度最大的火焰区通过 狭缝宽度：保证光强，分离干扰线
样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢 键、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等
内部因素：
❖质量效应 ❖电子效应（诱导效应和共轭效应） ❖空间效应 ❖氢键效应 ❖振动的偶合…
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红外样品的制备
样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要先分离
• 气体样品：气体吸收池 • 液体样品：液膜法
精密度，准确度，灵敏度，标准曲线，检出限，选择性

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二、仪器分析发展和作用
role and development of instrument analysis
20世纪40年代后： 仪器分析的大发展时期，确立了仪器分析的地位； 原因： （1）物理学+电子技术+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 切需要）； 分析化学 = 化学分析+仪器分析； 仪器分析：通过最佳的物理方法获取尽可能多的化学信息
结束
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现 代 仪 器 分 析 课 件
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第一章 绪论
introduction
第一节 概述
generalization
一、 概述
generalization
二、仪器分析的发展和 作用
role and development of instrument analysis
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一、概 述
理论
技术
对技术
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分析化学六面体
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内容选择
第一节 仪器分析概述 generalization 第二节 仪器分析分类与发展 classification and development of instrument analysis 第三节 课程主要内容与学习方法 main content and learning methods of the course
generalization
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 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 释世界的过程； 20世纪40年代前：分析化学=化学分析； 越来越多的问题化学分析不能解决： 快速、实时检测方法？ 痕量分析方法？结构确定？

汇报人：
样品保存：选择合适的保存方法， 如冷藏、冷冻、真空等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
样品处理：对样品进行预处理，如 清洗、干燥、粉碎等
样品运输：确保样品在运输过程中 的安全和完整性
实验准备： 仪器、试 剂、样品 等
实验步骤： 按照实验 规程进行 操作
实验记录： 详细记录 实验数据、 现象和结 果
实验分析： 对实验数 据进行分 析和解释
PART SIX
实验结果的图形表示：如柱状图、折线图、饼图等 数据的统计分析：如平均值、标准差、置信区间等 实验结果的解释：如误差分析、相关性分析等 实验结果的应用：如预测、决策等
实验结果的准确性：确保实验结果的准确性是解读实验结果的前提 实验结果的可靠性：确保实验结果的可靠性是解读实验结果的关键 实验结果的重复性：确保实验结果的重复性是解读实验结果的基础 实验结果的解释：根据实验结果，对实验现象进行解释，得出结论
声学原理：声波、声 速、声压等
电磁学原理：电磁场、 电磁波、电磁感应等
信号处理：傅里叶变换、快速傅里叶变 换等
统计分析：方差分析、回归分析等
数值计算：数值积分、数值微分等
优化算法：梯度下降法、牛顿法等
概率论与数理统计：概率分布、参数估 计等
线性代数：矩阵运算、向量空间等
PART FOUR
样品采集：选择合适的样品，确保 其代表性和完整性
食品农药残留检 测：检测食品中 的农药残留含量
药物成分分析：确定药物中的有效成分和杂质 药物质量控制：确保药物的质量和稳定性 药物代谢研究：研究药物在人体内的代谢过程 药物相互作用研究：研究药物与药物、食物或其他物质的相互作用
环境监测：监测大气、水质、土壤等环境因素 食品检测：检测食品中的添加剂、农药残留等 药物分析：分析药物成分、药效、副作用等 材料科学：分析材料的成分、结构、性能等

现代仪器分析简介
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•பைடு நூலகம்
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

七、定量分析方法的评价指标
一般用精密度、准确 度、检出限、灵敏度、 标准曲线的线性及线 性范围等项指标进行 评价。
精密度
精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次所 得结果的一致程度。
常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差sr度量。 重复性 同一分析人员在同一条件下平行测定结果
的精密度。 再现性 不同实验室所得测定结果的精密度。
教学参考书
➢ 分析化学（第四版），武汉大学主编，高等教育出版 社, 2000
➢ 分析化学， R．Kellner等编，李克安，金钦汉等译， 北京大学出版社，2001
➢ 21世纪的分析化学，汪尔康主编，科学出版社，1999 ➢ 分析化学的明天，梁文平，庄乾坤主编. 科学出版社
2003
凡事都要认真去做，不驰于空想， 不鹜于虚声，而唯以求真的态度去做 踏实的功夫，以此态度求学，则真理 可明；以此态度做事，则功业可就。
组分含量
1 % ~ 100%
<1% ~ 单分子、单原子
理论基础 解决问题
化学、物理化学 （溶液四大平衡）
定性、定量
化学、物理、数学、电子学、 生物等等
定性、定量、结构、形态、 能态、动力学等全面的信息
三、仪器分析分类
分
化学分析 重量分析法
滴定分析法
析 (物质的化学反应)
化
光学分析法
学
电化学分析法
仪器分析
n
(xi x)2
s i1 n 1
sr
s
100%
x
准确度
试样含量的测定值与试样含量的真实值（或 标准值）相符合的程度称为准确度。准确度 常用相对误差量度。
Er
x10% 0
灵敏度

式中m和mi分别为试样质量和加入组分i的质量；Ai和Aj 分别为试样中组分i和邻近组分j的峰面积，Ai’和Aj’分别为 试样中加入待测组分之后，组分i和j的峰面积。
此方法也不需求校正因子，但要求有纯的待测组分，且 加入量一定要准确。
裂解气相色谱法（PGC）
➢ 根据谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合 物的化学结构和几何构型。
重原子降低荧光但增强磷光，如苯环被卤素取代， 从氟苯到碘苯，荧光逐渐减弱到消失，该现象也称 重原子效应。
影响基团红外特征频率的因素
诱导效应 共轭效应 环张力效应 氢键效应 耦合效应 物质状态及溶剂效应
核磁共振波谱法（NMR）
➢ 根据峰的化学位移、 强度、裂分数和耦 合常数，提供分子 中原子核的数目、 所处化学环境和几 何构型的信息。
内标法
此方法是通过测量内标物及欲测组份的峰面积的相对值 来进行计算的，因而受色谱操作条件变化的影响较小，但 内标物加入量一定要准确。
在试样中增加了一个内标物，这常常给分离造成一定的 困难。
内标物必须是待测试样中不存在的； 内标峰应与试样中各组份的峰分开，并尽量接近欲分析 的组份。
外标法
在相同的操作条件下，分别将等量的试样和含待测组 分的标准试样进行色谱分析，再按下式计算组分的含量：
在已知量的试样中加入能与所有组分完全分离的已知量 的内标物质，用相应的校正因子校准待测组分的峰值并与内 标物质的峰值进行比较，用下式求出待测组分的百分含量：
xi(%) mm sAiAsfs,i 100
式中，Ai，As分别代表组分i与内标物的峰面积；fs,i 为组分 i与内标物质相比的校正因子；m和ms分别为试样和内标物的 质量。
化学位移
即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的ppm值.不同 的官能团由于存在于不同的电子环境因而具有不同的化学位移,从而使结构鉴 定成为可能.

分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射 的吸收。分子吸收是带状光谱，会在一定的波长范围 内形成干扰。
校正方法： 用邻近非共振线校正背景 连续光源校正背景 塞曼 效应校正背景 自吸效应校正背景
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
贫燃火焰：指助燃气大于化学计量的火焰，它的温度 较低，有较强的氧化性，有利于测定易解离，易电离 元素,如碱金属。
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
2、非火焰原子化器（石墨炉原子化器）
Ni / N0 = gi / g0 exp(- Ei / kT)
统计权重 表示能级 的简并度
激发能
Boltzman 常数
热力学 温度
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
二、原子吸收光谱轮廓
消除办法：配制与被测试样组成相近的标准溶液 或采用标准加入法。若试样溶液的浓度高，还可采用 稀释法。
在 整 堂 课 的 教学中 ，刘教 师总是 让学生 带着问 题来学 习，而 问题的 设置具 有一定 的梯度 ，由浅 入深， 所提出 的问题 也很明 确
2.化学干扰
化学干扰是由于被测元素原子与共存组份发生化学反 应生成稳定的化合物，影响被测元素的原子化，而引起 的干扰。

电磁波区域
NMR 微波分光
电磁波可分为高频、
中频及低频区。高频对 应放射线（g射线，C 射线），涉及原子核， 内层电子；而中等频率 指紫外-可见光，近红 外、中红外和远红外光 ，涉及外层电子能级的 跃迁，振动及转动。低 频指电波（微波，无线 电波），涉及转动，电 子自旋，核自旋等。
XPS
X射线荧光分析
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能级跃迁：
电子能级间跃迁的同时， 总伴随有振动和转动能级间 的跃迁。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动能级间 跃迁产生的若干谱线而呈现 宽谱带（带状光谱）。
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带状分子吸收光谱产生的原因：---宏观表现
电子跃迁可以从基态激发到激发态的任一振动、转动能 级上。故电子能级跃迁产生的吸收光谱包含了大量谱线 ，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。
-9-
分子的各能级：
转动能级间的能量差：0.005~0.05 eV，跃迁产生吸收 光谱位于远红外区（远红外光谱或分子转动光谱）；
振动能级的能量差：0.05~1 eV，跃迁产生的吸收光谱 位于红外区（红外光谱或分子振动光谱）；
电子能级的能量差较大，约为1~20 eV。电子跃迁产生 的吸收光谱在紫外-可见光区(紫外-可见光谱或分子的 电子光谱)。
3.1 电子跃迁与分子吸收光谱
物质分子内部三种运动形式：电子相对于原子核的运动 ；原子核在其平衡位置附近的相对振动；分子本身绕其 重心的转动。
分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能 级。
三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er。
.— .— . . .
紫外-可见-近红外吸收光谱法
1
2
3

精选PPT
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色谱分析
定义：
最早的色谱分离方法是俄国的植物学家茨 维特于1906年首先提出来的。他把植物色素的 石油醚抽提液到入一根装有碳酸钙吸附剂的竖 直玻璃管中，并再加入纯的石油醚，任其自由 下流，结果在管内形成不同颜色的谱带，即溶 液中不同的色素得到了分离，“色谱”一词因 而得名。后来这种方法逐渐地用于无色物质得 分离，但“色谱”一词却沿袭析
定义： 通常将利用物质对光的选择吸收和被测
溶液对光的吸收程度与溶液中组分浓度 之间存在的定量关系，采用紫外可见分 光光度计进行定性定量分析的方法统称 为紫外可见分光光度法或紫外可见吸收 光谱法。
精选PPT
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红外光谱分析法
红外辐射泛指位于可见光和微波段之间的那一部分电 磁波谱．对有机化学家最有实际用处的是只限于 4000—666厘米-1(2．5-15.0微米)之间的范围．最近， 对近红外区14290—4000(0.7一2.5微米)和远红外区 700—200厘米-1(14.3—50微米)的兴趣正在增加．在 红外光谱分析中,一个十分简单的分子也可以给出一个
• （三）分析速度快 由于电子技术 计算机技术和激光技术的应用，分析 结果可在很短的时间内得出。例如发射光谱法可在2—3分钟内，同时测 定20—30种元素。傅立叶红外光谱法可在1—2秒中之内完成一个化合物 的红外谱图测定。气相色谱法可在5—20分钟内完成，对一个多组分复杂 有机混合物中各组分的定量分析。
精选PPT
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仪器分析发展趋势
• 一机多用或多机连用是今后的发展趋势，充分发挥各 种分析方法的优点，从而提高分析的效能，成为分析 复杂样品的有利工具。如GC—MS、GC—IR、HPLC—MS 等仪器，已实现了联机并应用于分析测试。

I0= Ia+ It+ Ir 由于反射光强度很弱，其影响很小，上式可简化为：
I0= Ia+ It
吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示， 即 A=lg1/T=lgI0/It
透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示： 即 T= It/I0
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2.2 光吸收定律
朗伯-比耳定律
朗伯——比尔定律：A＝kcl
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4. 紫外-可见吸收光谱的产生
E = Ee +Ev + Er hv = ΔE = E2 - E1 = ΔEe + ΔEv + ΔEr
n E h
l
c
n
hc E
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分子、原子或离子具有不连续的量子化能级---微观 仅当光子能量与被照物质基态和激发态能量之差相等
时才能发生吸收
H
H
CC
H
H
[C=C是发色基团]
助色基团取代，p p*跃迁（K带)将发生红移
取代基 -SR 红移距离 45(nm)
-NR2 40(nm)
-OR 30(nm)
-Cl 5(nm)
CH3 5(nm)
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2. 立体结构和互变结构的影响
顺反异构：
H
H
反式：λmax=295.5 nm； εmax=29000
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3.2 对精细结构的影响
极性溶剂使精细结构消失
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溶剂本身有紫外吸收，选用溶剂时须注意其最低波长极限：
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3.3 溶剂选择的原则 比较未知物与已知物的吸收光谱时，必须采用相同的溶 剂； 应竟可能地使用非极性溶剂，以便获得物质吸收光谱的 特征精细结构； 所选溶剂在需要测定的波长范围内无吸收或吸收很小。