仪器分析教案第1章绪论

第一章 绪论 本章是《仪器分析》课程的介绍。主要是让学生了解《化学分析》与《仪器分析》的联系与区别，仪器分析方法的分类和它的发展情况，介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进行评价的几项指标。学时计划为1学时。

第一节 仪器分析简介 一、仪器分析和化学分析 1、分析化学：化学测量和表征的科学。 化学测量：获得指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息。 表征：精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。 2、分析化学分类：仪器分析和化学分析两类。 （1）化学分析是以物质化学反应为基础的分析方法。 （2）仪器分析是以物质的物理性质和物理化学性质（光、电、磁等）为基础的分析方法。 3、化学分析和仪器分析的本质关系： 化学分析测量的信号，如物质的颜色、状态，及质量、体积等都是物质的物理性质；而仪器分析的方法也需要许多化学反应，如光度分析中的显色反应，极谱分析中的电化学反应及大多数仪器分析方法中的试样处理、分离过程中的各种化学反应等。使得二者间并无严格界线，但是也具有一些明显的差异。 4、仪器分析和化学分析的不同点： （1）仪器分析法一般都有较强的检测能力。绝对检出限可达到飞克数量级（10-15g）相对检出限可达皮克每毫升（pg/mL），用于痕量组分的测定（<0.01%）。 化学分析检测能力较差，只能用于常量组分（>1%）及微量组分（0.01％～0.1％）的分析。 （2）仪器分析法的取样量一般较少。微量分析（0.1～10mg或0.01~1mL）和超微量分析（<0.1mg或<0.01mL）。 化学分析法取样量较大，只能用于常量分析（>0.1g或>10mL）和半微量分析（0.01～0.1g或1～10mL）。 （3）仪器分析法具有很高的分析效率。例如，流动注射火焰原子吸收法1h可以测定120个试样；光电直读光谱法2min内可给出试样中20~30种元素的分析结果。 化学分析法的分析效率较低。例如，滴定分析法完成一次测定需要数分钟，重量分析法需要数小时。 （4）仪器分析具有更广泛的用途。可用于成份分析、价态、状态及结构分析，无损分析，表面、微区分析，在线分析和活体分析。 化学分析只能用于离线的成分分析。 （5）仪器分析的准确定一般不如化学分析法。仪器分析的相对误差通常为1%~5%。 化学分析的相对误差小于0.2%。 （6）仪器分析的仪器设备一般比较复杂，价格比较昂贵； 化学分析使用的仪器一般都比较简单。 二、仪器分析方法 仪器分析方法根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为光学分析法、电化学分析法、色谱分析法和其它仪器分析法四大类 ⒈光学分析法 以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法



光谱法：依据物质对电磁辐射的吸收、发射或拉曼散射等作用

非光谱法：电磁波作用物质之后，引起反射、折射、衍射、干涉或偏振等基本性质的变化

⒉电化学分析法 依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法

⒊色谱法 以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。

⒋其它仪器分析方法 包括质谱法、热分析法、放射分析法等 。 质谱法是根据物质带电粒子的质荷比（质量与电荷的比值）在电磁场作用下进行定性、定量和结构分析的方法。 热分析法是依据物质的质量、体积、热导、反应热等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法。主要包括热重法、差热分析法以及示差扫描量热法等。 放射分析法是依据物质的放射性辐射来进行分析的方法。包括同位素稀释法、中子活化分析法等。 三、仪器分析的发展概况 1.分析化学和仪器分析发展史 分析化学的三个发展阶段，三次变革 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，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础。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； 阶段二：

原子发射光谱法 原子吸收光谱法 原子荧光光谱法 X射线荧光法 紫外和可见吸收光谱法 红外光谱法 荧光法 磷光法 化学发光法 拉曼光谱法 核磁共振波谱法 电子能谱法

光谱法 原子光谱法 分子光谱法

非光谱法 折射法 干涉法 散射浊度法 旋光法 X射线衍射法 电子衍射法

电化学分析法 电导法 电位法 电解法 库仑法 伏安法 极谱法

色谱法 气相色谱法 液相色谱法 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(布洛克) 和Purcell E M（珀塞尔）；建立了核磁共振测定方法；诺贝尔化学奖1952年； （2）Martin A J P（马丁） 和Synge R L M（辛格）；建立了气相色谱分析法；诺贝尔化学奖1952年； （3）Heyrovsky J（海洛夫斯基），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。 阶段三： 八十年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。 （1）计算机控制的分析数据采集与处理： 实现分析过程的连续、快速、实时、智能； 促进化学计量学的建立。 （2）化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分析条件，获得最大程度的化学信息。 化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。 （3）以计算机为基础的新仪器的出现： 傅里叶变换红外；色-质联用仪。 2.仪器分析应用领域 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 3.仪器分析未来发展趋势 ⒈计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理自动化。 ⒉不同方法联用提高仪器分析的功能。 ⒊各学科的互相渗透

第二节 定量分析方法的评价指标 定量分析是仪器分析的主要任务之一。对于一种定量分析方法，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。 一、标准曲线 （一）标准曲线及其线性范围 标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围称为该方法的线性范围。选择的分析方法应有较宽的线性范围。 （二）标准曲线的绘制 标准曲线是依据标准系列的浓度（或含量）和其相应的响应信号测量值来绘制。 常用方法：一元线性回归法 Y=a+bx b为回归系数，即回归直线的斜率，a为截距。

__1_21()()()niiiniixxyybxx __aybx

其中 _1niixxn _1niiyyn (三)相关系数r __1__221/211()()[()()]niiinniiiixxyyrxxyy







 r值在＋1.0000与-1.0000之间。 r越接近1，则y与x之间的线性关系就越好。 二、灵敏度 物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，用S表示。

dxSdc或dxSdm 标准曲线的斜率越大，方法的灵敏度就越高。 三、精密度 精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。 重复性：同一分析人员在同一条件下测定结果的精密度。 再现性：不同实验室所得测定结果的精密度。 精密度常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差sr量度。

标准偏差 _21()1niixxsn 相对标准偏差 _100%rssx 精密度是测量中随机误差的量度。 四、准确度 准确度：试样含量的测定值与试样含量的真实值相符合的程度。 准确度常用相对误差量度。

相对误差 100%txE 准确度是分析过程中系统误差和随机误差的综合反映，它决定着分析结果的可靠程度。 五、检出限 某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，以浓度表示的称为相对检出限，以质量表示的称为绝对检出限。 检出限表明被测物质的最小浓度或最小质量的响应信号可以与空白信号相区别。 对于光学分析方法，可以与空白信号区别的最小信号XL

LbbXXks

bX为空白信号的平均值；bs为空白信号的标准偏差；k为根据一定的置信水平确定的系数，建议取3。

能产生净响应信号为LbXX的被测物质的浓度或质量就是方法对该物质的检出限，用D表示。 3LbbXXsDSS

其它类型分析方法的检出限可参照光学分析法的规定进行确定。 方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标，它是评价仪器性能及分析的主要技术指标。