分析化學(xué)是大學(xué)本科的主干基礎(chǔ)課

         《分析化學(xué)》是研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的分析方法及理論的一門科學(xué)。《分析化學(xué)》課程的主要任務(wù)是采用各種各樣的方法和手段，得到分析數(shù)據(jù)，鑒定物質(zhì)體系的化學(xué)組成、測定其中的有關(guān)成分的含量和確定體系中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，解決關(guān)于物質(zhì)體系構(gòu)成及其性質(zhì)的問題。學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)，全面、系統(tǒng)地掌握《分析化學(xué)》的基本理論、基本概念和基本計算，同時了解分析化學(xué)前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，了解分析化學(xué)新技術(shù)、新方法在藥學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用和藥學(xué)科學(xué)的進(jìn)展對分析化學(xué)的要求。使學(xué)生初步具備分析問題和解決問題的能力。因而本門課程在藥學(xué)專門人才的培養(yǎng)中具有重要的地位和作用

 

       英文：chemical analysis，分析化學(xué)是大學(xué)本科的主干基礎(chǔ)課，包括“定量化學(xué)分析”理論課、實(shí)驗(yàn)課和“儀器分析”理論課、實(shí)驗(yàn)課。授課對象為化學(xué)類專業(yè)和生物、醫(yī)學(xué)、地學(xué)類專業(yè)的本科生。分析化學(xué)有很強(qiáng)的實(shí)用性，同時又有嚴(yán)密、系統(tǒng)的理論，是理論與實(shí)際密切結(jié)合的學(xué)科。學(xué)習(xí)分析化學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的作風(fēng)，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的技能并初步具備科學(xué)研究的綜合素質(zhì)。分析化學(xué)涉及的內(nèi)容十分廣泛，發(fā)展非常迅速。在講授基本理論的同時，盡量穿插一些運(yùn)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問題的例子，包括藥物、環(huán)境、生物等各個領(lǐng)域中分析化學(xué)的新進(jìn)展，新成果。保持化學(xué)分析理論的系統(tǒng)性并不斷充實(shí)新內(nèi)容，保持儀器分析內(nèi)容的相對穩(wěn)定性并及時融進(jìn)新發(fā)展、新技術(shù)，將經(jīng)典分析化學(xué)與現(xiàn)代分析化學(xué)融合在一起。

　　利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析，稱為化學(xué)分析。化學(xué)分析歷史悠久，是分析化學(xué)的基礎(chǔ)，又稱為經(jīng)典分析。
　　根據(jù)其操作方法的不同，又可將其分為：
　　（1）滴定分析 根據(jù)滴定所消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積以及被測物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)溶液所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系，求出被測物質(zhì)的含量，這種分析被稱為滴定分析。
　　（2）重量分析 根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，將被測組分轉(zhuǎn)化為一種組成固定的沉淀或氣體形式，通過鈍化、干燥、灼燒或吸收劑的吸收等一系列的處理后，精確稱量，求出被測組分的含量，這種分析稱為重量分析。
　　根據(jù)其反應(yīng)類型的不同，又可將其分為：
　　（1）中和反應(yīng)分析法
　　（2）氧化還原反應(yīng)分析法
　　（3）沉淀反應(yīng)分析法
　　（4）絡(luò)合反應(yīng)分析法

       在19世紀(jì)無機(jī)化學(xué)知識逐漸系統(tǒng)化的時候,貝里采烏斯(JönsJakob Berzelius)分析天平的發(fā)明和使用,使測量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)值,這樣任何一個定律都有一個確鑿的事實(shí)證明.貝里采烏斯把測定原子量的很多新方法,新試劑,新儀器引用到分析化學(xué)中來,使定量分析精確度達(dá)到了一個新的高度.而后來人們都尊稱他為分析化學(xué)之父. 在定性分析方面,1829年德國化學(xué)家羅斯(Hoinrich Rose)編寫了一本《分析化學(xué)教程》，首次提出了系統(tǒng)定性分析方法.這與目前通用的分析方法已經(jīng)基本相同了.而到18世紀(jì)末,酸堿滴定的各種形式和原則也基本確定. 而對于分析化學(xué)的一個重要部分光譜分析,則是從牛頓開始的.牛頓從1666年開始研究光譜,并于1672年發(fā)表了他第一篇論文《光和色的新理論》。

　　從此,觀察和研究光譜的人也越來越多,觀測的技術(shù)也越來越高明.而在1825年英國物理學(xué)家包特(Talbot)制造了一種研究光譜的儀器,對堿金屬火焰進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了元素有特征光譜的現(xiàn)象.后來德國科學(xué)家本生(Bunsen)與基爾霍夫(Kirchhoff)利用本生燈發(fā)現(xiàn)了元素銫和銣.光譜學(xué)作為分析化學(xué)的一個重要分支從此誕生. 進(jìn)入20世紀(jì)之后,隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,新的分析方法--儀器分析產(chǎn)生了,包括吸光光度法,發(fā)射光度法,極譜分析法,放射分析法,紅外光譜,紫外可見光光譜,核磁共振等現(xiàn)代化分析方法.這些分析方法超越了經(jīng)典分析方法的局限,靈敏度可以達(dá)到很高的水平. 目前分析化學(xué)還處于第三次變革,這意味著分析化學(xué)不再局限于測定物質(zhì)的組成和含量,而還要對物質(zhì)的狀態(tài),結(jié)構(gòu),微區(qū),薄層和表面的組成與結(jié)構(gòu)以及化學(xué)行為和生物活性等到做出瞬時的追蹤,無損的和在線監(jiān)測等分析及過程控制.甚至是要求直接觀察原子或分子形態(tài)和排列.

 

 

原子吸收光譜儀是一種檢測元素種類的儀器。通過一些技術(shù)手段使被測樣品原子化，產(chǎn)生大量基態(tài)自由原子，從而吸收由空心陰極燈發(fā)射出的被測元素的特征譜線，通過特征譜線即可分析出元素的種類，完成測量過程。因原子吸收光譜儀的靈敏、準(zhǔn)確、簡便等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于冶金、地質(zhì)、采礦、石油、輕工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品及環(huán)境監(jiān)測等方面的常量及微痕量元素分析。

原子吸收光譜儀原理圖

o        1.采用最新多核嵌入技術(shù)對儀器進(jìn)行全自動控制和數(shù)據(jù)處理，確保可靠性

2.高性能液晶顯示器，顯示參數(shù)及測量數(shù)據(jù)

3.自動調(diào)整負(fù)高雅，燈電流

4.自動轉(zhuǎn)換光譜帶寬，0.1、0.2、1.0、2.0nm(四檔可選)

5.自動控制波長掃描，自動尋峰，國際水平的全波段快速掃描定位，30秒內(nèi)完成

6.自動調(diào)零，可以扣除零點(diǎn)漂移對數(shù)據(jù)的影響

7.自動能量調(diào)節(jié)

8.全方位燃?xì)庑孤┍Ｗo(hù)預(yù)警裝置

9.可選最佳火焰高度及原子化器位置，選擇最佳分析條件

10.可調(diào)燃?xì)饬髁浚�選擇元素分析最佳燃助比

11.可選配氫化物發(fā)生器，石英富集器

12.品質(zhì)卓越的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)懸浮設(shè)計，震動，環(huán)境溫度變化不影響儀器性能。

o        1、光學(xué)系統(tǒng)

波長范圍 190－900nm

單色器 消象差C－T型單色器

光譜帶寬 0.2、0.4 、1.0、2.0nm 四檔自動可選

波長精確度 優(yōu)于±0.25nm

波長重復(fù)性 0.15nm

基線漂移 0.004A/30min

檢測器 高靈敏度、寬光譜范圍光電倍增管

光譜帶寬0.2nm時分開錳雙線（279.5nm和279.8nm）且谷峰能量比< 20%

2、原子化系統(tǒng)

特征濃度( Cu ) 0.025ug/ml/1%

檢出限 ( Cu ) 0.006ug/ml

燃燒器 100mm金屬鈦燃燒器，空冷預(yù)混合型

精密度 RSD≤1%

噴霧器 高效玻璃、全塑、不銹鋼霧化器

霧化室 耐腐蝕材料霧化室

位置調(diào)節(jié) 火焰燃燒器最佳高度及前后位置可調(diào)，一分鐘完成火焰/氫化物換裝

安全保護(hù) 具多種自動安全保護(hù)功能，乙炔漏氣報警、關(guān)閉系統(tǒng)

3、分析方法

測量方法 空氣－乙炔火焰法，氫化物發(fā)生器原子吸收法，富氧－空氣乙炔火焰法

濃度計算方式 標(biāo)準(zhǔn)曲線法（1～3次曲線），自動擬合，標(biāo)準(zhǔn)加入法

重復(fù)測量次數(shù) 1～20次，計算平均值，自動給出標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

結(jié)果打印 參數(shù)打印，數(shù)據(jù)結(jié)果打印，圖形打印，匯總報告

軟件環(huán)境 Windows 98/2000/XP

4、基本從參數(shù)

AC 220V/50Hz

功率 150W

重量 70kg

體積 1000mm（長）×350mm（寬）×390mm（高）

工作環(huán)境溫度 10～35℃

工作環(huán)境濕度 ≤80%

 將復(fù)色光分解為光譜，并進(jìn)行記錄的精密光學(xué)儀器。在可見光和紫外光區(qū)域，過去常用照相法記錄光譜，故也稱攝譜儀。在紅外區(qū)域，一般用光敏或熱敏元件逐點(diǎn)記錄，故有紅外分光計的名稱。現(xiàn)在在各個波段均采用光電接收和記錄的方法，比較直接、靈敏，稱為“光電記錄光譜儀”。為了得到更多的光譜線，可以把被分析物質(zhì)放在等離子體火焰中激發(fā)，在光譜儀中除采用光電接收方法外，還配有專用計算機(jī)，計算物質(zhì)中各元素含量。可以在數(shù)秒種內(nèi)從顯示器的熒光屏讀出結(jié)果。這種儀器稱為“等離子體光電直讀光譜儀”簡稱ICP光譜儀。
    ICP光譜儀是當(dāng)前光譜分析中最迅速最靈敏的一種儀器。光譜儀是上述各種儀器的總稱。雖然各種光譜儀的形式各異，但均有三大主要部分：一是激光光譜的光源；二是光譜儀系統(tǒng)，使不同波長的光聚焦在儀器上的特定位置。三是用置于焦點(diǎn)上的探測器來量光的強(qiáng)度。近代的光譜儀大都采用微型計算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
     ICP光譜法是上世紀(jì)60年代提出、70年代迅速發(fā)展起來的一種分析方法，它的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用是與其克服了經(jīng)典光源和原子化器的局限性分不開的，與經(jīng)典光譜法相比它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1. 因?yàn)镮CP光源具有良好的原子化、激發(fā)和電離能力，所以它具有很好的檢出限。對于多數(shù)元素，其檢出限一般為0.1～100ng/L。
2. 因?yàn)镮CP光源具有良好的穩(wěn)定性，所以它具有很好的精密度，當(dāng)分析物含量不是很低即明顯高于檢出限時，其RSD一般可在1%以下，好時可在0.5%以下。
3. 因?yàn)镮CP發(fā)射光譜法受樣品基體的影響很小，所以參比樣品無須進(jìn)行嚴(yán)格的基體匹配，同時在一般情況下亦可不用內(nèi)標(biāo)，也不必采用添加劑，因此它具有良好的準(zhǔn)確度。這是ICP光譜法最主要的優(yōu)點(diǎn)之一。
4. ICP發(fā)射光譜法的分析校正曲線具有很寬的線性范圍，在一般場合為5個數(shù)量級，好時可達(dá)6個數(shù)量級。
5. ICP發(fā)射光譜法具有同時或順序多元素測定能力，特別是固體成像檢測器的開發(fā)和使用及全譜直讀光譜儀的商品化更增強(qiáng)了它的多元素同時分析的能力。
6. 由于ICP發(fā)射光譜法在一般情況下無須進(jìn)行基體匹配且分析校正曲線具有很寬的線性范圍，所以它操作簡便易于掌握，特別是對于液體樣品的分析。
      ICP發(fā)射光譜法除具有上述主要優(yōu)點(diǎn)外目前尚有一些局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1. 對于固體樣品一般需預(yù)先轉(zhuǎn)化為溶液，而這一過程往往使檢出限變壞。
2. 因?yàn)楣ぷ鲿r需要消耗大量Ar氣，所以運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。
3. 因目前的儀器價格尚比較高，所以前期投入比較大。
4. ICP 發(fā)射光譜法如果不與其他技術(shù)聯(lián)用，它測出的只是樣品中元素的總量，不能進(jìn)行價態(tài)分析

 

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀原理

2011-09-21

1、ICP-AES分析性能特點(diǎn)
等離子體（Plasma）在近代物理學(xué)中是一個很普通的概念，是一種在一定程度上被電離（電離度大于0.1%）的氣體，其中電子和陽離子的濃度處于平衡狀態(tài)，宏觀上呈電中性的物質(zhì)。

電感耦合等離子體（ICP）是由高頻電流經(jīng)感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻電磁場，使工作氣體形成等離子體，并呈現(xiàn)火焰狀放電（等離子體焰炬），達(dá)到10000K的高溫，是一個具有良好的蒸發(fā)－原子化－激發(fā)－電離性能的光譜光源。而且由于這種等離子體焰炬呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有利于從等離子體中心通道進(jìn)樣并維持火焰的穩(wěn)定；較低的載氣流速（低于1L/min）便可穿透ICP，使樣品在中心通道停留時間達(dá)2～3ms，可完全蒸發(fā)、原子化；ICP環(huán)狀結(jié)構(gòu)的中心通道的高溫，高于任何火焰或電弧火花的溫度，是原子、離子的最佳激發(fā)溫度，分析物在中心通道內(nèi)被間接加熱，對ICP放電性質(zhì)影響小；ICP光源又是一種光薄的光源，自吸現(xiàn)象小，且系無電極放電，無電極沾污。這些特點(diǎn)使ICP光源具有優(yōu)異的分析性能，符合于一個理想分析方法的要求。
一個理想的分析方法，應(yīng)該是：可以多組分同時測定；測定范要圍寬（低含量與高含量成分能同測定）；具有高的靈敏度和好的精確度；可以適用于不同狀態(tài)的樣品的分析；操作要簡便與易于掌握。ICP-AES分析方法便具有這些優(yōu)異的分析特性：
⑴ ICP-AES法首先是一種發(fā)射光譜分析方法，可以多元素同時測定。
發(fā)射光譜分析方法只要將待測原子處于激發(fā)狀態(tài)，便可同時發(fā)射出各自特征譜線同時進(jìn)行測定。ICP-AES儀器，不論是多道直讀還是單道掃描儀器，均可以在同一試樣溶液中同時測定大量元素（30～50個，甚至更多）。已有文獻(xiàn)報導(dǎo)的分析元素可達(dá)78個[4]，即除He、Ne、Ar、Kr、Xe惰性氣體外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法測定的報告。當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用上，并非所有元素都能方便地使用ICP-AES法進(jìn)行測定，仍有些元素用ICP-AES法測定，不如采用其它分析方法更為有效。盡管如此，ICP-AES法仍是元素分析最為有效的方法。
⑵ ICP光源是一種光薄的光源，自吸現(xiàn)象小，所以ICP-AES法校正曲線的線性范圍可達(dá)5~6個數(shù)量級,有的儀器甚至可以達(dá)到7～8個數(shù)量級，即可以同時測定0.00n%～n0%的含量。在大多數(shù)情況下，元素濃度與測量信號呈簡單的線性。既可測低濃度成分（低于mg/L），又可同時測高濃度成分（幾百或數(shù)千mg/L）。是充分發(fā)揮ICP-AES多元素同時測定能力的一個非常有價值的分析特性。
⑶ ICP-AES法具有較高的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)能力，且系無電極放電，無電極沾污。由于等離子體光源的異常高溫（炎炬高達(dá)1萬度，樣品區(qū)也在6000℃以上），可以避免一般分析方法的化學(xué)干擾、基體干擾，與其它光譜分析方法相比，干擾水平比較低。等離子體焰炬比一般化學(xué)火焰具有更高的溫度，能使一般化學(xué)火焰難以激發(fā)的元素原子化、激發(fā)，所以有利于難激發(fā)元素的測定。并且在Ar氣氛中不易生成難熔的金屬氧化物，從而使基體效應(yīng)和共存元素的影響變得不明顯。很多可直接測定，使分析操作變得簡單，實(shí)用。
⑷ ICP-AES法具有溶液進(jìn)樣分析方法的穩(wěn)定性和測量精度，其分析精度可與濕式化學(xué)法相比。且檢出限非常好，很多元素的檢出限低于1mg/L，如表1所列。現(xiàn)代的ICP-AES儀器，其測定精度RSD可在1%以下，有的儀器短期精度在0.4%RSD。同時ICP溶液分析方法可以采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校正，具有可溯源性，已經(jīng)被很多標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值所采用，被ISO列為標(biāo)準(zhǔn)分析方法。
⑸ ICP-AES法采用相應(yīng)的進(jìn)樣技術(shù)可以對固、液、氣態(tài)樣品直接進(jìn)行分析。
當(dāng)今ICP-AES儀器的發(fā)展趨勢是精確、簡捷、易用，且具有極高的分析速度。更加注重實(shí)際工作的需求及效率，使用者無需在儀器的調(diào)整上耗費(fèi)時間和精力，從而能夠把更多的精力放在分析測定工作上，使ICP成為一個易操作、通用性的實(shí)用工具。而且儀器更具多樣化的適配能力，可根據(jù)實(shí)際工作需要選擇不同的配置，例如在同一臺儀器上可實(shí)現(xiàn)垂直觀測、水平觀測、雙向觀測，全波段覆蓋、分段掃描，無機(jī)、有機(jī)樣品、油樣分析，自動進(jìn)樣器、超聲霧化器、氫化物發(fā)生器、流動注射進(jìn)樣、固體進(jìn)樣等多種配置形式，并可根據(jù)需求隨時升級，真正做到了一機(jī)多能，高效易用。新型的ICP商品儀器，綜合了前幾代儀器的優(yōu)點(diǎn)，對儀器的結(jié)構(gòu)、控制和軟件功能等方面進(jìn)行調(diào)整、推出新一代的ICP儀器。由于高集成固體檢測器的普遍使用，高配置計算機(jī)的引入，使儀器在結(jié)構(gòu)上更加緊湊、功能更加完善，并在控制的可靠性、數(shù)據(jù)通用性上都有了質(zhì)的飛躍。
2、ICP-AES分析的進(jìn)樣技術(shù)
ICP-AES法可以對固、液、氣態(tài)樣品直接進(jìn)行分析。進(jìn)樣技術(shù)有液體霧化進(jìn)樣、氣體直接進(jìn)樣、固體超微粒氣溶膠進(jìn)樣。
對于液體樣品分析的優(yōu)越性是明顯的，對于固體樣品的分析，所需樣品前處理也很少，只需將樣品加以溶解制成一定濃度的溶液即可。通過溶解制成溶液再行分析，不僅可以消除樣品結(jié)構(gòu)干擾和非均勻性，同時也有利于標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備。分析速度快：多道儀器可同時測定30～50個元素，單道掃描儀器10分鐘內(nèi)也可測定15個以上元素。而且已可實(shí)現(xiàn)全譜自動測定。可測定的元素之多，大概比任何類似的分析方法都要多，可以肯定目前還沒有一種同時分析方法可以與之相匹敵。
   ICP-AES法的應(yīng)用中，儀器的操作使用要簡單得多，而樣品的預(yù)處理卻是十分重要和關(guān)鍵。
表1.1   各元素ICP-AES分析法的檢出限（L.D. mg∕L）

分析元素	Ag	Al	As	Au	B	Ba	Be	Bi	Ca	Cd	Ce	Co	Cr	Cu	Dy	Er	Eu
L.D.-80*1	6.6	22	50	16	4.5	1.2	0.25	21	0.18	2.4	50	5.0	4.0	2.3	10	9.4	2.5
L.D.-99*2	0.3	0.2	0.9	0.6	0.3	0.04	0.05	2.6	0.02	0.09	2.0	0.2	0.2	0.2	1.0	0.7	0.2
分析元素	Fe	Ga	Gd	Ge	Hf	Hg	Ho	In	Ir	K	La	Li	Lu	Mg	Mn	Mo	Na
L.D.-80*1	1.7	21	14	17	11	25	5.4	59	25	60	9.4	1.8	0.94	0.14	1.3	7.4	29
L.D.-99*2	0.2	4	0.9	6.0	3.3	0.5	0.4	9	5	0.2	1	0.2	0.2	0.01	0.04	0.2	0.5
分析元素	Nb	Nd	Ni	Os	P	Pb	Pd	Pr	Pt	Re	Rh	Ru	S	Sb	Sc	Se	Si
L.D.-80*1	39	47	9.4	0.34	73	40	40	36	28	57	40	28	-	17	-	70	9
L.D.-99*2	5	2	0.3	0.13	1.5	1.5	3	2	4.7	3.3	5	6	9	2.0	0.09	1.5	1.5
分析元素	Sm	Sn	Sr	Ta	Tb	Te	Th	Ti	Tl	Tm	U	V	W	Y	Yb	Zn	Zr
L.D.-80*1	40	25	0.4	24	22	39	61	3.5	39	4.9	240	4.6	28	3.2	1.7	1.7	6.6
L.D.-99*2