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1、第一章 绪论,一、分析化学与仪器分析二、分析化学的发展和仪器分析的产生三、仪器分析的分类 四、仪器分析的特点和发展趋势,Introduction,一、分析化学与仪器分析,人类总是在认识自然和改造自然中发展前进。分析化学是人们用来认识、解剖自然的重要手段之一。在认识自然和改造自然的过程中，人们要进行产品质量检测和物质结构的分析，这些环节都和分析测试技术密切相关。,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，是化学中的信息科学。根据分析方法所用手段，分析化学可分为化学分析和仪器分析。化学分析是以物质的化学反应为基础，通过已知物与待测物的化学关系，测出未知物含量的一种分析方法。
2、仪器分析是以物质的物理性质或物理化学性质为基础，通过精密仪器测定物质的物理性质或物理化学性质而分析出待测物质组成、含量的一类分析方法。测量常量组分常用化学分析方法，而测量微量组分（质量分数为10-3-10-6）、痕量组分（质量分数为10-6-10-9）或超痕量（质量分数为10-910-12）组分时，则常用仪器分析方法。化学分析是仪器分析的基础，仪器分析离不开化学分析，其不少分析过程需应用到分析化学的理论。二者相辅相成，互为补充。在应用时应当根据具体情况，取长补短，互相配合。当然，随着科学技术的发展，必将出现更多可以替代化学分析方法的仪器分析方法。,仪器分析是高等农业院校生命科学、资源与环境科学
3、、动物科学、动物医学、农业科学、食品科学等专业重要的基础课程。通过本课程的学习，可使学生掌握常用仪器分析方法的基本原理以及仪器的简单结构；并使学生初步具有根据分析目的，结合所学的各种仪器分析方法的特点和应用范围，选择适宜的分析方法的能力。,二、分析化学的发展和仪器分析的产生,分析化学的发展经历了三次巨大的变革。16世纪天平的出现，使分析化学具有了科学的内涵。20世纪初，建立了溶液中四大反应（酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、配位平衡和氧化还原平衡）平衡理论。分析化学引入了物理化学的概念，形成了自己的理论基础。分析化学由单纯的操作技术变成了一门科学，这是第一次变革。20世纪40年代前，化学分析占主导地位
4、。,第二次世界大战前后，由于物理学和电子技术的发展与引入，分析化学从以化学分析为主的经典分析化学，发展到以仪器分析为主的现代分析化学。仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。仪器分析使分析速度加快，促进了化学工业发展。在这一时期，化学分析与仪器分析并重。由于科学技术的进步，特别是一些重大的科学发现和发展，为新的仪器分析方法的建立和发展奠定了基础。例如Bloch F 和Purcell E M发明了核磁共振测定方法，获得1952年诺贝尔物理奖；Martin A J P 和Synge R L M开创了气相色谱分析法，获得1952年诺贝尔化学奖；Heyrovsky J建立了极谱分析法，获得1959年
5、诺贝尔化学奖。,20世纪70年代末以来，以计算机广泛应用为标志的信息时代的到来，给科学技术发展带来巨大的推动力，促使分析化学进入第三次变革。计算机处理数据的快速、准确，使分析仪器自动化、智能化；各种傅里叶变换仪器的相继问世，使传统的仪器更具优越性和多功能化；计算机促进统计处理进入分析化学，出现了化学计量学，它是利用统计学的方法设计或选择最优测量条件，并从分析测量数据中获取最大程度的化学信息。分析化学已经成为一门信息科学。,三、仪器分析的分类,仪器分析的方法很多，而且各种方法比较独立并可自成体系。常用的方法可分为光学分析法，电化学分析法，色谱法，质谱法和热分析法。,光学分析法 光学分析法是基于检
6、测能量作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化而建立的分析方法。光分析法又可以分为非光谱法和光谱法两类。非光谱法是指不以光的波长为特征信号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振等）的变化的分析方法。这类方法有折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、X射线衍射法和电子衍射法等。,光谱法则是以光的吸收、发射和荧光为基础建立起来的方法，通过检测光谱的波长和强度来进行分析。这类方法有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱法、核磁共振波谱法、X荧光光谱法、分子荧光光度法、分子磷光光度法和激光拉曼光谱法等。从广义的辐射概念来说，以光电子
7、辐射为基础的各种光电子能谱法也属于光学分析法。,电化学分析法 电化学分析法是根据物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分析的方法。根据所测的电信号的不同，可以分为：电导分析法、电位分析法、电解和库仑分析法以及伏安和极谱分析法。,色谱分析法 色谱法是一种分离和分析方法。根据混合物的各组分在互不相溶的两相（称为固定相和流动相）中吸附能力、分配系数或其他亲和作用的差异而建立的方法。色谱法主要有气相色谱法和液相色谱法等。用气体作流动相的为气相色谱，用液体作流动相的为液相色谱。,其它分析方法 1.质谱法 试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量分析器中按离子的质荷比m/z的大小进行分离，记录其质谱图。质
8、谱法就是根据元素谱线的位置（m/z数）和谱线的相对强度来进行分析的方法。可用于定性分析、同位素分析以及有机化合物的测定。2.热分析法 热分析法是通过测定物质的质量、体积、热导或反应热与温度之间的关系而建立起来的一种方法。它有热重量法、差热分析法等，可用于成分分析，但更多地用于热力学、动力学和化学反应机理等方面的研究。,1.4 仪器分析的特点和发展趋势1.4.1 仪器分析的特点 仪器分析方法的灵敏度高，检测限低，比较适合于微量、痕量和超痕量组分的分析。该方法的选择性也好，可以通过选择或调整分析测定的条件，不经分离而同时测定混合物中的各个组分。该方法还具有操作简便，分析速度快，.应用范围广等特点。
9、不但可以作组分及含量的分析，在状态、结构分析上也有广泛的应用。仪器分析方法的缺点是相对误差比较大，不适于作常量和高含量组分的测定。仪器分析所用的仪器价格较高，有的很昂贵，对仪器的工作条件要求也比较高。,1.4.2 仪器分析的发展趋势 生产的发展和科学技术的进步，不断对分析化学提出了新的课题。20世纪80年代以来，生命科学的发展促进了分析化学的巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断地发展，不断地更新自己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。,生命科学研究需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析；需要对生物药物、对超痕量、超微量生物活性物质进行分析。质谱
10、在扩大质量范围、提高灵敏度、软电离方面的发展，使其越来越适用于对生物大分子及热不稳定化合物的测定。电化学微电极技术的出现，产生了电化学探针，可用来检测动物脑神经传递物质的扩散过程，进行活体分析。高效液相色谱和毛细管电泳的发展为多肽、蛋白质及核酸等生物大分子的制备提纯和分离分析提供了有效的手段。,材料的各种宏观物力性质（强度、硬度）、化学性能（催化、抗老化等）不仅与所含元素的种类和平均含量有关，还取决于组成该材料的各类原子的微观层次的特定排列、空间分布。X射线荧光分析和电子能谱是这种分析的重要手段。红外遥测技术在环境监测（大气污染、烟尘排放等）、流程控制、导弹、火箭飞行器尾气组分测定方面具有独特
11、作用，可以在白天及夜晚进行监测。在对河流质量进行周期性的监测控制中，电化学的pH计、电导仪、溶解氧及氧化还原的在线传感器起着很大的作用。,信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。计算机与仪器分析的结合，出现了仪器分析的智能化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成的任务，如实验室自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得以完成。现在傅里叶变换技术已经广泛地应用到仪器分析方法中，大大提高了测量的信噪比，使这些方法更加灵敏。信息的采集和变换主要依赖于各类传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。,联用分析技术已
12、成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱、质谱、核磁共振波谱法）的结合，汇集了各自的优点、弥补了各自的不足，可以更好的完成试样分析任务。,现代科学技术的发展，相邻学科之间相互渗透，使得仪器分析中新方法层出不穷，老方法不断更新。光二极管阵列检测器的商品化，使得光学分析方法的光谱范围加宽、量子效率提高、暗电流变小、噪音降低、灵敏度提高、线性范围加宽、可以同时获得多行数据，如得到波长-强度-时间的三维谱图。在痕量分析中，免疫法也得到广泛的应用，出现了各种仪器的免疫分析法。超临界技术的应用，出现了超临界流体色谱。它能在较低温度下分离热不稳定、挥发性差的大分子，又可采用灵敏的离子化检测器，弥补了气象色谱和液相色谱的不足。总之，仪器分析一直处于不断发展的时期。新方法、新技术的出现，为人类不断认识自然、改造自然作出了贡献。,
