Principles of Modern Instrumental AnalysisPrinciples of Modern Instrumental AnalysisInstructorInstructor：ChengGang(ChengGang(程刚）程刚） Office: E- Building 212 HIT at WeihaiOffice: E- Building 212 HIT at Weihai HH : chengganghitwh.edu.cn: chengganghitwh.edu.cn ( : 06315687375(O) , 18769199188(M): 06315687375(O) , 18769199188(M)1. 1. 分析化学的组成分析化学的组成n n分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学 ，它包括，它包括化学分析化学分析和和仪器分析仪器分析两大部分。两大部分。n n化学分析化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被是指利用化学反应和它的计量关系来确定被 测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用 化学试剂、天平和一些玻璃器皿。化学试剂、天平和一些玻璃器皿。n n仪器分析仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础建立是以物质的物理和物理化学性质为基础建立 起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复 杂的仪器。杂的仪器。n n仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器 分析是分析化学的发展方向分析是分析化学的发展方向2. 2. 分析化学的历史发展分析化学的历史发展三次巨大变革三次巨大变革n n第一次变革第一次变革 n n2020世纪初：分析天平、溶液理论（四大平衡）的建立世纪初：分析天平、溶液理论（四大平衡）的建立n n定量分析定量分析( (classical analytical chemistry)classical analytical chemistry): :重量法和滴定法重量法和滴定法n n第二次变革第二次变革n n第二次世界大战前后：物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础第二次世界大战前后：物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础 ( (Instrumental Methods of AnalysisInstrumental Methods of Analysis ) ) n n第三次变革第三次变革n n目前：目前：生物学、信息科学和计算机技术的引入，以及生命、环境和新材料生物学、信息科学和计算机技术的引入，以及生命、环境和新材料 等科学的发展，使分析化学进入了一个崭新的境界等科学的发展，使分析化学进入了一个崭新的境界n n获取包括物质结构、形态在内的全面信息，并解决诸如对微区、薄层、在获取包括物质结构、形态在内的全面信息，并解决诸如对微区、薄层、在 线或在体等特殊要求的测定及分析测试的自动化及智能化线或在体等特殊要求的测定及分析测试的自动化及智能化 n n现代分析化学已经发展成一个分析科学体系，它涉及色谱学、电化学、光现代分析化学已经发展成一个分析科学体系，它涉及色谱学、电化学、光 谱分析、波谱分析、化学分析、热分析、放射分析、生化分析及传感器、谱分析、波谱分析、化学分析、热分析、放射分析、生化分析及传感器、 联用技术、样品分离富集方法、化学计量学和表面、微区、形态分析等分联用技术、样品分离富集方法、化学计量学和表面、微区、形态分析等分 支学科支学科 n第四次变革 虚拟分析仪器时代n虚拟分析仪器（Virtual Instrument）是现代计算机技术和 测量技术相结合的产物，是传统分析仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。“软件就是仪器”预示了 全新的分析仪器科技和产业的发展潮流,将会迅速改变世界分析仪 器行业面貌的!技术发展 Problem OrientedGLP Lab 现场实验室便携式 分析仪器集成系统发展创新仪器食品安全和毒品等传统分析方法MovingAnalysis光纤化学传感检测形式光纤化学传感器特点：原位、在线海洋浮标与微型实验室原位、在线线、实时实时、 多维维、微区天、空、面、底立体检测检测原位在线线无人值值守Test case. Small and portable PCR machines help detect biowarfare agents even when there are no labs around. 战争与战场现场快速测试(Left) The portable ANAA, which consists of an array of ten reaction modules and a laptop computer. (Right) Screen of the laptop computer after running a reaction containing 500 cells, based on colony forming units PCR Detection of Bacteria in Seven Minutes 3. 3. Types of Instrumental MethodsTypes of Instrumental Methodsn nSpectroscopySpectroscopyn nAtomic Atomic Spectroscopy:Spectroscopy: (Absorption, (Absorption, Emission,Fluorimetric) Emission,Fluorimetric) (AAS, (AAS, AES, AES, AFS), AFS), X-ray X-ray spectrometryspectrometryn nMolecular Molecular Spectroscopy: Spectroscopy: Ultraviolet Ultraviolet and and visible visible spectrometry spectrometry (UV), (UV), Fluorescence Fluorescence and and phosphorescence phosphorescence spectrometry spectrometry (FS, (FS, PS), PS), Infrared Infrared spectrometry spectrometry (IR), (IR), Nuclear Nuclear Magnetic Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR)Resonance Spectroscopy (NMR)n nElectroanalytical chemistryElectroanalytical chemistryn nPotentiometry, Voltammetry, Coulometry and ElectrolysisPotentiometry, Voltammetry, Coulometry and Electrolysisn nSeparation MethodsSeparation Methodsn nGas chromatography (GC)Gas chromatography (GC)n nHigh-performance liquid chromatography (HPLC)High-performance liquid chromatography (HPLC)n nMiscellaneous methodsMiscellaneous methodsn nThermal methods; Radiochemical methods; Mass spectrometry (MS)Thermal methods; Radiochemical methods; Mass spectrometry (MS)n nHyphenated methods: GC-MS, HPLC-MS, ICP-MS etc.Hyphenated methods: GC-MS, HPLC-MS, ICP-MS etc.n nImmunoassay(IA):Radioimmunoassay,RIA;Fluorescence immunoassay FIA;Cloned Immunoassay(IA):Radioimmunoassay,RIA;Fluorescence immunoassay FIA;Cloned enzyme donor immunoassay CEDIA;Enzyme-linked immunosorbent assay ELISAenzyme donor immunoassay CEDIA;Enzyme-linked immunosorbent assay ELISATypes of instrumental methodsTypes of instrumental methods Radiation emissionRadiation emissionEmission spectroscopy(X-ray, UV, visible, Emission spectroscopy(X-ray, UV, visible, electron), fluorescence, phosphorescence, electron), fluorescence, phosphorescence, luminescenceluminescence Radiation absorptionRadiation absorptionAbsorption spectroscopy spectrophotometry, Absorption spectroscopy spectrophotometry, photometry, NMR, ESRphotometry, NMR, ESR Radiation ScatteringRadiation ScatteringTurbidity, Raman spectroscopyTurbidity, Raman spectroscopy Radiation refractionRadiation refractionRefractometry, interferometryRefractometry, interferometry Radiation diffractionRadiation diffractionX-ray, electron diffraction methodsX-ray, electron diffraction methods Radiation rotationRadiation rotationPolarimetry; Circular dichrosimPolarimetry; Circular dichrosim Electrical potentialElectrical potentialPotentiometryPotentiometry Electrical chargeElectrical chargeCoulometryCoulometry Electrical currentElectrical currentVoltammetry; polarography; AmperometryVoltammetry; polarography; AmperometryElectrical resistanceElectrical resistanceConductom