单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 仪器分析引言,本章提要：,分析化学的任务；,分析化学分类；,仪器性能及其表征；,仪器分析校正方法；,实际工作中，选择仪器分析方法的几种考虑。,第一章 仪器分析引言,1,1.分析化学是做什么的？,分析化学是研究物质的化学组成的！这句话可展开为：,1）,What,?定性分析(,qualitative analysis,):目标物质的原子、分子或功能基团组成信息；,2）,How much,?定量分析(,quantitative analysis,):目标物质的数量信息。,1.分析化学是做什么的？,2,2.分析化学分类,从分析化学的发展历史来看，分析化学分为两类：经典分析以及仪器分析，后者比前者晚100多年！,经典分析,化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法；,定性方法：加入各种试剂，测量待测物（,analyte,target,species,）的颜色、沸熔点、气味、光学性质,（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的,溶解特性。,定量方法：重量法、滴定（容量）法,2.分析化学分类,3,仪器分析,化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、,萃取、蒸馏等分离方法；,定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性，,如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧,光等；,评 论：经典分析方法多适于常量分析！尽管此法仍有广泛应用，但随时间的推,移，尤其是随着大量的、新的仪器分析方法的出现，该法将走向没落！,思考：仪器分析方法所利用的许多物理现象的发现有一个多世纪了，可为什么其,应用却远远滞后？,仪器分析,4,第一章仪器分析引言本章提要分析化学的任务;分析化ppt课件,5,必须注意：,1）,从经典分析到以上众多仪器分析中选择一个合适方法,并不容易；,2）,大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分析的灵,敏度都比经典方法高；,3）,仪器分析对多元素或化合物分析具更高的选择性，但,经典分析中的重量或容量分析的选择性比仪器分析法,要好；,4）,从准确性、方便性和耗时上看，不能绝对地讲哪种方,法更好。,必须注意：,6,3.仪器性能及其表征,问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分,析问题呢？,基于以上问题，你必须了解该仪器的性能，或者说，该仪器到底可作什么分析！,3.仪器性能及其表征,7,第一章仪器分析引言本章提要分析化学的任务;分析化ppt课件,8,1）精密度（,Precision,）,使用同一方法或步骤进行多次重复测量所得分析数据之间符合的程度。,标准偏差(Absolute standard deviation)，s,平均标准偏差(Standard deviation of mean,sm),相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD),l,变异系数(Coefficient of variance,CV),方差(Variance):,s,2,1）精密度（Precision）,9,2)误差（,Bias,）,测量值的总体平均值,x,与“真值,”,接近的程度。即,通过多次测量已知浓度或含量的物质（称为标准物质），得到总体平均值与标准物质含量（真实值）比较。,在建立新的分析方法时，对标准物质的测量可找出误差的来源！并通过空白分析和仪器校正来消除误差。,2)误差（Bias）,10,3）灵敏度（,Sensitivity,）,反映了仪器或方法识别微小浓度或含量变化的能力，也就是说，当浓度或含量有微小变化时，仪器或方法均可以觉察出来。,影响灵敏度的因素有二：,a）,校正曲线的斜率；,b),分析的重现性或精密度。,International Union of Pure&Applied Chemists,，即,IUPAC,推荐使用“校正灵敏度”或者“校正曲线斜率”作为衡量灵敏度高低的标准。,3）灵敏度（Sensitivity）,11,0,10,20,30,40,50,60,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,S,c,S2=,k,2c+Sblank-2,S1=,k,1c+Sblank-1,仪器和方法的灵敏度描述,k1,k2,分别为两条校正曲线的斜率，即灵敏度。,但未考虑测定重现性影响！,010203040506000.10.20.30.40.50,12,因此，有人建议以“分析灵敏度(,Analytical Sensitivity,)”表示，即,优点：,当仪器信号放大时，,k,值增加，灵敏度提高；,但此时,s,也相应增加，从而一定程度地保证了,灵敏度恒定；,缺点：s,与浓度有关，即灵敏度随浓度而变化！,因此，有人建议以“分析灵敏度(Analyt,13,4）检测限（,Detection limit,DL,）,检测限：在已知置信水平，可以检测到的待测物的最,小质量或浓度。它和分析信号（,Singnal,）与,空白信号的波动（噪音,Noise,）有关，或者,说与信噪比（,S/N,）有关。,只有当有用的信号大于噪音信号时，仪器才有可能识别有用信号，如下图所示。,4）检测限（Detection limit,DL）,14,s,b,测定次数，,n,S,SDL=S,b,+k,1,s,b,仪器噪音及方法检出限,K,1,=3时，可以认为仪器检出的最小信号值,SDL,可能性为95%,sb测定次数，nSSDL=Sb+k1 sb仪器噪音及方法,15,检出限如何计算呢？,测定空白样品(或浓度接近空白值）,20-30,次，求其,平均值,Sb,及其标准偏差,sb,，则可分辨的最小信号,SDL=S,b,+k,1,s,b,通过校正曲线的斜率,k，,将最小待测物信号,SDL,转化为浓度值,CDL,，即,经统计学的,t,和,z,检验，当,k1=3,时，大多数情况下，检测结果的置信度为,95%,。因此上式可转换为：,检出限如何计算呢？,16,5）信噪比（,singnal-to-noise ratio,S/N,）,任何测量值均由两部分组成：信号及噪音。其中信号反映了待测物的信息，是我们所关心的，而噪音是不可避免的，它降低分析的准确度和精密度、提高检出限，是我们不希望的。,多数情况下，N是恒定的，与S大小无关。当测量信号较小时，测量的相对误差将增加。因此用信噪比S/N是恒量仪器性能和分析方法好坏最为有效的指标！,当,S/N23,时，分析信号将很测定。,5）信噪比（singnal-to-noise ratio,17,噪声的来源,化学噪声：分析体系中难以控制的一些化学因素。,比如,化学反应中温度和压力等参数的变化和波动；,相对湿度导致样品含水量的不同；,粉状固体粒度不均；,光敏材料产生的光密度不均；,实验室烟尘与样品或试剂作用的随机性；等等。,噪声的来源,18,仪器噪声,仪器的光(电)源、输入(出)转换器、信号处理单元等都是仪器噪声的来源。所用仪器的每个部分都可产生不同类别的噪声。通常将仪器噪声分为4类：,热噪声（,Thermal,or Johnson,noise,）：属于白噪音(,white noise,)，由元器件中电子或电荷受热激发所产生的噪音信号。由于荷电粒子受激的随机性和周期性，因而会导致电荷的不均一，进而使读出的信号发生波动。只有在绝对零度时，该噪音才会消失。,当电阻R,，T,，则N,。(如UV-Visible二极管阵列检测器在77K时，其噪音下降一半左右；此外，减少带宽，可降低噪音，但同时也会延长响应时间，并降低测定的可靠性。,仪器噪声,19,散粒噪声（,Shot noise,）,它是由电子或其它荷电粒子通过界面（如PN结，光电池或真空管的阴阳极之间）时所产生的噪音，亦属白噪音。,闪变噪声（,Flicker noise,）,闪变噪声存在十分普遍，其大小与频率成反比，尤其在低频时（100Hz），其对测定的影响更大。有时也称之为1/,f,噪声。产生该噪声的机制还不很清楚。采用绕线电阻或金属膜式电阻代替含碳型电阻可显著降低该类噪声。,散粒噪声（Shot noise）,20,环境噪声（,Environmental noise,）,环境噪声来自于周围环境的各个方面。由于仪器的每个部分都可以看作是一个天线，一种可接收各种辐射的接收器。而环境中存在在大量的电磁辐射：交流电线、收音机、TV台、马达电刷、引擎点火系统等。,消除噪声可采用硬件方法（接地和屏幕、差分放大器、模拟滤波、频率调制方法、断续放大或切光器、闭锁装置放大等）、软件方法（总体平均、方脉冲平均、数字滤波等）以及其它方法（噪声数据平滑、谱库比较、谱峰识别技术）。,环境噪声（Environmental noise）,21,动态范围,CDL,LOL,LOQ,浓度，c,响,应,信,号,S,6）动态范围（,Dynamic range,）,CDL=检测限；LOQ(limit of quantitation)定量低限,LOQ=10 sblank,LOL=limt of linear response,线性响应高限。,通常的分析方法，其线性动态范围LOL/LOQ至少要达到2个数量级。,动态范围CDLLOLLOQ浓度，c响6）动态范围（Dynam,22,7）,选择性(selectivity),定义：样品基体中其它组份对测定待测物时的干扰,程度。在分析中，没有哪种测定不受到诸多,因素的干扰，换句话说，分析的过程就是消,除或减少干扰对测定影响的过程，也就是提,高分析选择性的过程。,通常用选择性系数来反应仪器或方法的选择性，但该应用并不多，只是在ISE分析中用到选择性系数。,7）选择性(selectivity),23,4.仪器分析校正方法,所谓校正(,Calibration,)，就是将仪器分析产生的各种信号与待测物浓度联系起来的过程。除重量法和库仑法之外，所有仪器分析方法都要进行“校正”。,校正方法有三：,标准曲线法；,标准加入法；,内标法。,4.仪器分析校正方法,24,1）,标准曲线法,（,Calibration curve，Working curve,Analytical curve,）,具体做法：,准确配制已知待测物浓度的系列:,0,(空白)，,c,1,，c,2,，c,3,，c,4,.；,通过仪器分别测量以上各待测物的响应值,S,0,，S,1,，S,2,，S,3,，S,4,及待测物的响应值,S,x,；,以浓度c对响应信号与S作图得到标准曲线，然后通过测得的,S,x,从下图中求得,c,x,；或者通过最小二乘法获得其线性方程再直接进行计算。,1）标准曲线法（Calibration curve，Wo,25,S,4,40,c,x,标准曲线法的准确性与否与两个因素有关：标准物浓度配制的准确性；标准基体与样品基体的一致性。,0.0,5,20,浓度，,c,S,S,2,S,3,S,1,0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,30,S,x,S440cx 标准曲线法的准确性与否与两个因素,26,2）标准加入法（,Standard addition method,）,具体做法：,将一系列已知量待测物分别加入到几等份的样品中，配制成浓度为,(c,x,+0)，(c,x,+c,1,),(c,x,+c,2,),(c,x,+c,3,),.，得到和样品有相同基体的标准系列(加标，,spiking,)；,通过仪器分别测量以上系列的响应值,S,0,，S,1,，S,2,，S,3,，S,4,；,以浓度,c,对响应信号与,S,作图，再将直线外推与浓度轴相交于一点(下图)，求得样品中待测物浓度,c,x,。,优点：基体(,matrix,)相近，或者说基体干扰相同；,缺点：麻烦，适于小数量的样品分析。,2）标准加入法（Standard addition meth,27,c,x,0.0,0.2,0.0,10,20,30,-10,浓度，,c,S,S,2,S,3,S,4,S,1,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,当样品量很少时，可在一份样品中加标，加一次作一次测量，可得到上述,方法相同的结果；,当觉得上述过程麻烦时，可只加标一次，分别测量样品和加标