第1章-仪器分析绪论课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第四第三级,级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第四第三级,级,第五级,*,*,第1章 绪论,仪器分析,(,Instrument Analysis,),2024/9/2,1,第1章 绪论仪器分析(Instrument Analysis,分析化学,定性分析,：测定样品中的原子、分子或官能团的信息,定量分析,：测定各成分的相对含量,三次变革：,“,现代化学之父”,及时测定物质的化学组成,2024/9/2,2,分析化学定性分析：测定样品中的原子、分子或官能团的信息定量分,1.1 仪器分析方法,（一）光谱分析法,:,光谱法和非光谱法（散射、折射）,（二）电化学分析法,:,电位、极谱、电导、电量,（三）色谱,: (,气相、液相,),（四）质谱、热分析，其它分析方法,光、电、色、质,2024/9/2,3,1.1 仪器分析方法（一）光谱分析法: 光谱法和非光谱法（散,仪器分析方法的分类示意,仪器分析,电化学分析法,光分析法,色谱分析法,热分析法,分析仪器联用技术,质谱分析法,2024/9/2,4,仪器分析方法的分类示意仪器分析电化学分析法光分析法色谱分析法,方法分类 主要分析方法 被测物理性质,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、放射分析法,紫外-可见分光光度法 辐射的吸收,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,圆二色谱法 辐射偏振方向的旋转,电,化学分析,电位法 电极电位,电导法 电导,极谱法、溶出伏安法 电流-电压,色,谱分析,气相色谱法、液相色谱法,薄层色谱法 两相间的分配,热,分析,热导法、差热分析法 热性质,质量,分析,质谱法,质荷比,根据用以测量的,物质性质,，仪器分析方法主要分为以下几类:,2024/9/2,5,方法分类 主要分析方法,电化学分析方法的分类,electrochemical analysis,电化学分析法,电位分析法,电解分析法,电泳分析法,库仑分析法,极谱与伏安分析法,电导分析法,每种方法下还有许多分支,2024/9/2,6,电化学分析方法的分类electrochemical anal,色谱分析方法的分类,Chromatographic analysis,色谱分析法,气相色谱法,薄层色谱法,液相色谱法,激光色谱法,电色谱法,超临界色谱法,2024/9/2,7,色谱分析方法的分类Chromatographic analy,光分析方法的分类,optical analysis,光分析法,原子吸收法,红外法,原子发射法,核磁法,荧光法,紫外可见法,分子光谱,原子光谱,2024/9/2,8,光分析方法的分类 optical analysis光分析法原,1.2,仪器分析的特点,仪器分析的主要优点（与化学分析比较）,：,1,、 灵敏度极高；,2,、选择性好，适于复杂组分试样的分析；,3,、分析迅速，适于批量试样的分析；,4,、 适于微量、超痕量组分的测定；,5,、 能进行无损分析；,5,、组合能力和适应性强，能在线分析；,6,、数据的采集和处理易于自动化和智能化。,2024/9/2,9,1.2 仪器分析的特点2023/9/89,一般仪器价格较贵，维修使用成本较高,UV-Vis 0.5 3,万美元,HPLC 58,万美元,LC-MS 20,万美元,800MHz NMR120,万美元。,2024/9/2,10,一般仪器价格较贵，维修使用成本较高2023/9/810,常量分析、半微量和微量分析概念,Methods,Mass of test sample/,mg,Volume of test solution/,mL,Macro analysis,常量,100,10,Semi-microanalysis,半微量,10 100,110,Microanalysis,微量,0.110,0.11,Ultra microanalysis,超,微量,0.1,20-30),；,k,为根据一定置信水平确定的系数；,S,为方法的灵敏度,即校准曲线的斜率,IUPAC(1975,年,),建议：,光谱化学分析取,k,=3,。当,k,=3,时，置信水平大约为,95%,2024/9/2,63,(1)全球环境监测系统水检测操作指南规定：在给定置信水平,对于光学分析法，可以与空白信号区别的最小信号 X,L,由下式确定：,式中：,为空白信号的平均值；,s,b,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,IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）建议 k 值取,3,，能产生净响应信号为 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。,2024/9/2,64,对于光学分析法，可以与空白信号区别的最小信号 XL由下式,s,b,测定次数，,n,S,S,DL,=S,b,+,k,1,s,b,仪器噪音及方法检出限,K,l,=3,时，可以认为仪器检出的最小信号值,S,DL,可能性为,95%,2024/9/2,65,sb测定次数，nSSDL=Sb +k1 sb仪器噪音及方法,某种方法的检出限,D,和分析,空白值,、,精密度,、,灵敏度,密切相关,是分析方法的一个综合性的重要计量参数,可见：,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,-,评价仪器性能及分析方法的一个综合性技术指标,2024/9/2,66,某种方法的检出限D和分析空白值、精密度、灵敏度密切相关202,六、,测定限,Determination Limit,为定量范围的两端，分为,测定上限,与,测定下限,2024/9/2,67,六、 测定限 Determination Limit为定量范,测定下限,Determination Limit,反映出分析方法能准确地定量测定低浓度待测物质的极限可能性,-,在消除系统误差的前提下，受精密度要求的限制,分析方法的精密度要求越高，测定下限高于检出限越多,相对标准偏差,2024/9/2,68,测定下限 Determination Limit 反映出分,测定上限,对消除了系统误差的特定分析方法的精密度要求不同，测定上限也将不同,测定限对于定量分析，进一步计算才能得到与分析物有关的值（例如，各个结果的平均值）,因此,测定限条件更加苛刻,测定限总是高于检出限,2024/9/2,69,测定上限 对消除了系统误差的特定分析方法的精密度要求不同，测,测定限有三种常用的表示方式,（,1,）,仪器检测下限,可检测仪器的最小讯号，通常用信噪比来表示，当信号与噪声之比大于等于,3,时，相当于信号强度的试样浓度，定义为仪器检测下限,（,2,）,方法检测下限,即某方法可检测的最低浓度。通常用低浓度曲线外推法可求的方法检测下限,（,3,）,样品检测下限,即相对于空白可检测的样品最小含量。样品检测下限定义为：其信号等于测量空白溶液的信号的标准偏差的,3,倍时的浓度。,D,2024/9/2,70,测定限有三种常用的表示方式2023/9/870,测定限,和,检出限,的区别,“,检出限,”是计算得出的特定的数值,在检测工作中，低于分析方法最低检出限的测定值，按“未检出”在报告中报出,测定下限,是指有一定准确度要求，可进行定量测定的分析元素的最小浓度（或质量）,“检出”是定性概念,检出限,带有可定性检出的最小浓度（或质量）的含义,2024/9/2,71,测定限和检出限的区别“检出限”是计算得出的特定的数值 “检出,如抗生素 氯霉素,“,不得检出,”是指：方法检出限指标为,10,g / ,-,只有待测物质含量低于检出限,(,10,g/,),产品才合格,在监测报告中按“,未检出,”报出，同时，还应注明方法检出限,-,只有方法检出限指标也符合标准要求，该监测数据质量才能保证；,同时注明方法检出限，还可表明这一描述性结论用语的具体的数值范围。,2024/9/2,72,如抗生素 氯霉素“不得检出”是指：方法检出限指标为10g,圣元乳粉性激素检测报道的,忽悠,.,检测结果表明，,42,份圣元乳粉中,未检出,己烯雌酚和醋酸甲孕酮等禁用的外源性性激素,内源性雌激素（,17-,雌二醇和雌酮）,0.2-2.3g/kg,内源性孕激素（孕酮和,17-,羟孕酮）的,检出值,分别为,13-72g /kg,其中患儿家中存留样品雌激素,0.5g /kg,和孕激素,检出值,33g/kg,检测结果符合,国内外文献报道,的含量范围,?,2024/9/2,73,圣元乳粉性激素检测报道的 忽悠.2023/9/873,2024/9/2,74,2023/9/874,2024/9/2,75,2023/9/875,妈妈经育儿论坛,呵呵，哪个老百姓还信 砖家 和,XX,部？,信他们？那还真不如信三一，哈哈,呵呵 ，中国特色,肆无忌惮地挥霍人民的信任，最终只能成为人民公敌，宁可相信死狗会走路 宁可死猪会上树 也不信。,抽检数量、范围都太小，吃奶粉后得病的小孩的奶粉不检查，这都违反国际规律。出事后，这么快回应，明显是做戏,草率检查、草率认定，明显是想事情快点过去的不负责任做法,必须觉得是有问题的,怎么能相信？天怒人怨啊,2024/9/2,76,2023/9/876,注意，检出限,某特定分析方法的 “检出限”，在不同的时间也可能有变化,“检出限”的高低体现了实验室质量管理的水平。,2024/9/2,77,注意，检出限某特定分析方法的 “检出限”，在不同的时间也可能,最佳测定范围称,(,optimum concentration range,optimum determination range,),特定方法的测定下限至测定上限之间的浓度范 围,在限定误差能满足预定要求的前提下的有效测定范围,在此范围内能 够准确的定量测定待测物质的浓度或量,一般来说， 校准曲线的,线性范围,即是最佳测定范围,2024/9/2,78,最佳测定范围称 (optimum concentratio,如,GB7475,标准规定：用火焰原子吸收法测定铜,直接法的测定范围为,0.05,5mg/L,当样品中待测元素,(,或物质,),小于,0.05,5mg/L,时，则应考虑选择其他分析方法，决不可在低浓度端随意顺延,2024/9/2,79,如GB7475标准规定：用火焰原子吸收法测定铜2023/9/,七、信号与噪声比,Signal to Noise Ratio,，,(,S,/,N,),本底信号,：,没有试样时，仪器产生的信号；随机噪声；,空白信号,：,试样中无待测组分时，仪器产生的信号；,试样预处理,：,空白信号接近本底信号；,信噪比/讯噪比,2024/9/2,80,七、信号与噪声比 Signal to Noise Ratio,信噪比(,S,/,N,),的提高,途径：,a.,改善信号的测量技术；,b. 信号经过适当处理;,c. 优化。,(1) 信号的平均: 噪声信号,(2) 滤波和调制,2024/9/2,81,信噪比(S/N)的提高途径： a. 改善信号的测量技,信号处理技术,对分析信号进行处理是为了提高信息量，改善信噪比。,信号处理通常采用以下几种方法和技术：,1. 曲线拟合,用数学方法将获取的数据作曲线拟合。方法：,（1）根据实际获得的曲线找出与此曲线适应的数学模型；,（2）以实验得到的数据对(,X,i,，,Y,i,),，代入数学模型(关系式)，用最小二乘法求出模型中的待定参数。,关键点：,选择正确的数学模型,例：非正态色谱曲线，可采用,r,函数与指数衰减曲线相结合的数学模型。,2024/9/2,82,信号处理技术 对分析信号进行处理是为了提高信息量，改善,2. 曲线的平滑处理,曲线平滑处理可以去除数据集合中的随机噪声，保留有用信息，提高信噪比。,小波动：随机噪声,大波动：包含有用信息,方法：,boxcar,平均化；,移动窗口均化；,最小二乘多项式平滑（,Savitzky-Golay,卷积法），最常用的方法。,注意点：,不正确的进行平滑处理可能会将微弱信号当作噪声处理掉。,2024/9/2,83,2. 曲线的平滑处理 曲线平滑处理可以去除数据集合中的,3. 信号求导,消除背景和重叠峰的干扰，提高分辨率和灵敏度。,方法：,模拟微分电路或求导程序软件。,微分谱,比原谱对谱特征的细微变化反应要灵敏的多，被隐藏的谱的特征可以通过对原谱图的微分而得到加强。,应用：,（1）光谱图、色谱图：重叠峰、弱肩峰的区分；,（2）电位滴定曲线的导数曲线容易确定滴定终点。,注意点：,微分时，原谱的噪声也被加强，高阶导数谱的噪声增大的更明显，解决方法：对原谱进行平滑处理。,2024/9/2,84,3. 信号求导 消除背景和重叠峰的干扰，提高分辨率和灵,2024/9/2,85,2023/9/885,如何学习仪器分析,(1 ),掌握常用仪器分析方法原理、应用，熟悉仪器结构；了解方法可提供的信息；掌握分析步骤和数据处理方法,(2 ),使学习者具备选择适宜的分析方法的能力,2024/9/2,86,如何学习仪器分析2023/9/886,基本原理,基本概念,基本方程式的推导计算,仪器的基本结构与各部件作用,能了解该方法的优、缺点,能根据对实际样品的分析要求正确选择相应的仪器分析方法,2024/9/2,87,基本原理2023/9/887,1.,抓住主线,特点,原理,用途；重点在原理,2.,归纳共性与个性,3.,处理好整体与局部,分析仪器,结构流程,关键部件,2024/9/2,88,1. 抓住主线2023/9/888,国内,分析化学,色谱,分析试验室,分析科学,分析测试学报,光谱学与光谱分析,化学试剂,高等学校化学学报,参考学术期刊,2024/9/2,89,国内参考学术期刊2023/9/889,国外,Anal. Chem (5.646),Anal.Chim.Acta. (2.894),Analyst (3.198),Talanta (2.81),Anal Lett (0.986),Anal Sci (1.589),J Chromatogr A (3.554),J Chromatogr B (2.647),Electrophoresis (4.101),2024/9/2,90,国外Anal. Chem (5.64,仪器分析,，第四版 高等教育出版社,2008,年，朱明华,分析化学,下册 第三版 华中 陕西 东北师大，高教出版社，,2009,分析科学与分析技术,方禹之，华东师大，,2002,？,2024/9/2,91,仪器分析，第四版 高等教育出版社 2008年，朱明华？2,英文参考书,(1),Principles of instrumental analysis,，4ed, Barcourt Brace College Publishers, Skoog D A ,1992,(2),Modern Optical Methods of Analysis,，McGraw- Hill, Skoog D A ;1975,2024/9/2,92,英文参考书(1)Principles of instrume,考核方式,考勤,平时作业 期末闭卷,2024/9/2,93,考核方式考勤 平时作业 期末闭卷2023/9/893,