仪 器 分 析Instrumental Analysis第一章 绪论,为 什 么 学 习 仪 器 分 析,？,安全工程？,培养具有安全科学与技术知识、掌握安全工程技能，能从事安全监察与管理、安全工程技术、安全工程项目的规划设计、安全评价、安全科学理论及应用的研究、安全工程教育与咨询等工作的综合型安全工程高级专门人才。,日常生活中存在的环境安全问题？,环境介质中有什么潜在有毒物质？来自何方？进入环境后有什么变化？【污染物的存在形态、污染水平、迁移及转化规律和对人体接触量】民用化学品中有害化学物质的存在形态、含量、与人体的接触途径和总接触量？异构体、对映体在环境中的累积迁移？,安全事故问题,2005年11月13日,中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸。爆炸事故发生后，监测发现苯类污染物流入第二松花江，造成水质污染。国家环保总局国家环保总局23日向媒体通报，受中国石油吉林石化公司爆炸事故影响，松花江发生重大水污染事件。,松花江水污染事故影响评估,一是关于冻入冰中和沉入底泥的硝基苯是否造成二次污染问题:研究知，冻入冰中的硝基苯较少。另外，由于松花江底泥以沙质为主，沉入底泥的硝基苯有限，加上春天开江时水量较大，春天冰体融化和底泥释放不会导致松花江水质超标。个别滞水区和缓冲区的底泥可能造成局部水域硝基苯浓度升高，环保部门将密切关注，加强对重点江段的监测。,松花江水污染事故影响评估,二是关于水产品食用安全性问题。评估项目组在松花江采集了数百尾鱼类样品，检测分析了不同江段、不同习性、不同种类的鱼类样品，以及松花江沿岸2公里以内养鱼池塘的鱼类硝基苯残留量，进行了鱼类硝基苯富集和释放实验。研究表明，在污染带通过2530天后，松花江鱼类中硝基苯含量很快降至食用安全含量下。目前，松花江中的鱼和沿岸鱼塘养殖的鱼硝基苯含量符合安全含量指标，可以食用。,松花江水污染事故影响评估,三是关于沿江两岸地下水饮用安全性问题。评估项目组对松花江沿江两岸饮用水水源和分散式饮用水水源地进行了调查和评估，对地下水进行了严密监测。结果表明，沿江两岸48眼监测井中，除了个别地区监测井检出低于我国饮用水水源地标准的微量硝基苯之外，其他均未检出。因此，地下水饮用安全是有保障的。,松花江水污染事故影响评估,四是关于沿江两岸农畜产品食用安全性问题。对松花江沿岸10公里范围内可能受影响的农灌区及畜产品养殖基地进行调查，检测分析了数百份乳、蛋、肉样品的硝基苯残留量，开展了含硝基苯废水对典型农产品影响的模拟试验。结果表明，松花江沿岸乳、蛋、肉样品中均未检出硝基苯，沿江两岸的农畜产品可放心食用。对大豆、玉米、水稻、小麦和蔬菜等五种作物的模拟试验结果表明：当江水符合国家地表水标准时,未发现对试验作物种子发芽和幼苗生长产生不利影响。因此，春季使用松花江水进行灌溉不会对农作物生长产生影响。,松花江水污染事故影响评估,五是关于城市安全供水问题。项目组进行了多种试验，结果表明粉末活性炭对水中硝基苯的去除效果很好，并获得较多技术依据。此项技术成果，可用于今后一旦发生水源地硝基苯等污染物少量超标时的城市安全供水。,安全事故问题,2010年7月3日下午,福建省紫金矿业集团有限公司铜矿湿法厂发生铜酸水渗漏事故。9100立方米的污水顺着排洪涵洞流入汀江,导致汀江部分河段污染及大量网箱养鱼死亡。 3日晚,东门水厂取样检测发现:水质pH值明显偏酸,铜离子含量也明显偏高。当地环保部门监测,到7月8日,汀江各取水点水样pH值大部分已回升到6-7.22之间,铜离子含量符合国家类地表水环境质量标准(1.0mg/L)。到12日下午,监测结果为铜含量已下降至0.02毫克/升。,安全事故问题,铬有不同形态:Cr()、Cr()（毒性大）苯类：甲苯、二甲苯（邻、对、间）有机物种类判断：醇、醛、酮、偶氮、烯烃、炔烃等,第一章 绪 论 （Preface）,一、分析化学的发展及仪器分析的产生二、仪器分析的分类三、仪器分析的特点四、仪器分析的发展趋势五、课程的任务和要求六、如何学习仪器分析,一、分析化学的发展及仪器分析的产生,分析化学定义：是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。仪器分析定义 是指那些采用比较复杂或特殊的仪器，通过测量表征物质的某些物理的或物理化学的性质参数及其变化规律来确定物质的化学组成、状态及结构的方法。仪器分析与化学分析的联系 1. 仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的，其不少原理都涉及到化学分析的基本理论；2. 仪器分析离不开化学分析，其不少过程需应用到分析化学的理论。3. 化学分析以常量分析为主，仪器分析以微量分析为主。,仪器分析与化学分析的比较,一、分析化学的发展及仪器分析的产生,一、分析化学的发展及仪器分析的产生,确定物质的化学组成定性分析测量各组成的含量定量分析表征物质的化学结构、构象、形态、能态结构分析、 构象分析，形态分析、能态分析表征物质组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征 动态分析例如：茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量？咖啡碱的化学结构？微量元素的形态？化学成分的空间分布？在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化？例如：生物大分子结构与功能的关系？,分析化学的任务,与化学分析的关系,仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析基础上的发展。不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成分析的全过程。仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度；有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有机试剂和配合物化学等理论，所以在不少书籍中，把它列入化学分析。应该指出，仪器分析本身不是一门独立的学科，而是多种仪器方法的组合。可是这些仪器方法在化学学科中极其重要。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。因此，将它们称为“化学分析中的仪器方法”更为确切。,常量分析、半微量和微量分析,分析化学作用-比喻,“眼睛”人类认识世界改造世界的眼睛,仪器分析历史发展概况,人类有科技就有化学，化学从分析化学开始 波一耳(Boyle) 的元素学说的建立（1661）怀疑派化学推翻了炼金术的四元素说（水、火、土、气）和医药派的三元素说（硫、汞、盐） 拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（1756）“燃烧氧化学说” 20世纪分析化学的三次大变革 四大平衡理论：从技术发展成科学 物理与电子学的发展：从经典分析化学发展为现代分析化学 计算机应用：使分析化学向一门信息科学转化 分析化学成为一门建立在化学、物理学、数学、计算机科学、精密仪器制造科学等学科以上的综合性的边缘科学。现代分析化学已经远远超出化学学科的领域,二、仪器分析的分类,2017/8/13,分析化学,化学分析,仪器分析,酸碱滴定,配位滴定,氧化还原滴定,沉淀滴定,电化学分析,光化学分析,色谱分析,波谱分析,重量分析,滴定分析,电导、电位、电解、库仑极谱、伏安,发射、吸收，荧光、光度,气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳,红外、核磁、质谱,二、仪器分析的分类,2.1 仪器分析分类(一)光分析法（Light analysis Methods）：检测能量作用于物质产生辐射讯号或所引起的变化的方法。1、非光谱法（Non-spectroanalysis Methods）：测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射、偏振）的变化的分析方法（包括折射、干涉、散射浊度法、旋光法、X射线衍射法、电子衍射法等）。2、光谱法：（Spectroanalysis Methods）以光吸收、发射、拉曼散射为基础，检测光谱波长和强度进行分析（包括Atomic absorption 、emission、fluorescence、UV-Vis、NMR-Nuclear Magnetic Resonance、分子磷光、化学发光、激光拉曼光谱法、分子荧光、X荧光光谱等）。,(二)电化学分析法（Electrochemical Analysis）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，分别以电导、电位、电流、电量等电化学参数及与被测物含量间关系作定量基础（包括电导分析、电位分析、电解和库仑分析、伏安和极谱分析等）(三)色谱法（Chromatography）：分离分析方法（GC、HPLC）(四)其它：质谱法（MS）M/G定性、同位素分析、有机物结构测定。热分析法（Thermal Analysis）成分分析、热力学、动力学、化学反应机理研究。放射化学分析法：核衰变过程产生的放射性辐射进行分析。,2.1.1光分析法,(一)Atomic emission spectrometry：原理：每种元素的原子在火焰、电弧等激发光源受激发时，便发射出特有的原子光谱，与标准谱图对照，以确定该元素存在与否， 可以测定72种元素。 用途：最主要是复合材料、合金、矿物研究、生物、农 业等定性分析 常用于无机：原料、试剂 催化剂 矿物：矿石与土壤 地质普查 金属样品：钢铁合金 生物类：组织与器官，血液血清，骨质 环境：污水和废水 固体废渣 存在问题：多谱线元素干扰 稀土金属测定谱线分辨困难,(二)Atomic absorption spectrometry：1 可以用来做周期表中70多个元素的定量分析 许多情况下测定准确度达到ppm，极限ppb， 是测定痕量金属的有效手段。 2 石墨炉电热原子吸收光谱绝对灵敏度可以 达到10-12-10-14 g/g 3 用途：主要是地质、材料、医药、冶金、环 境、化学等领域样品的定量分析 4 问题：必须标样和样品处理,(三)X-ray Fluorescence spectrometry：原理：样品被X光管及其高压电源组成的激发源激发，发 出特征的X射线， 利用X射线探测器收集各种能量特征的X射线功能作用： 从11号到92号元素的全元素分析；多元素的同时分析，准确度达到10-6(ppm)； 不损坏样品就可以做半定量、定性分析 特别适用于比S重的元素及稀土元素（原子吸收难以测定） 常量和高含量的定量，低含量和微量元素半定量或定量应用领域： 建材 如水泥（Al2O3 SiO CaO Fe2O3） 冶金 金银铂等贵重金属的成色分析，评价与收购 化工、药物、食品：微量元素及主成分与杂质分析 测定覆盖 层厚度：0.02-100微米,(四)电感耦合-等离子质谱仪（ICPMS）原理： 等离子体是一种高密度电子的离子化气体(通常为氩气)，因含有正、负 电荷，极易与磁场作用，磁场随时间变化，则等离子产生感应耦合产生高 温焰炬(9000-10000k)。优点： 对多数元素在ICP中主要是形成一价离子，ICP离子源使样 品在高温状态能停留相当长的时间，有效的汽化、分解和激发电离，而元素之间和混合物之间没有相互干扰 应用： 多元素同时测定 进行痕量（溶液在1ng/ml-1ug/ml）分 析的主要仪器,(五)Ultraviolet-visible molecular absorption spectrometry(UV-vis)范围在190nm800nm，实际应用200nm800nm。解决分子中外层电子能级跃迁属电子光谱，由于电子跃迁引起振动和转动谱带较宽。 主要测定： 芳香族和其他含双键的有机化合物如 苯系列、丙酮、 二硫化碳、 二氢化氮、双键烯、稀土元素、有机自由基、生物样品。 现在最主要的应用：定量研究方面,