现 代 分 析测试技术 苏莉 联系电话：13990153120 邮箱：573661735@qq.com 西南科技大学分析测试中心

课程介绍 1、教学目的及要求 2、课程内容及安排 3、考核方式 4、主要参考书

1、教学目的及要求 现代分析测试技术是一门技术性与实用性的课程。它是在具备化学、物理学、结晶学和材料基础知识之后开设的一门重要的专业课。 主要学习用于物质成分分析、结构分析、形貌分析、谱学分析及物化性质测定等常见的现代分析测试技术原理与方法。

系统地了解现代分析测试方法的基本原理、仪器组成、样品制备方法；掌握常见现代分析测试技术所获信息的解释、分析和应用；学会根据不同分析内容要求，准确选择、利用各种分析方法和手段，并得出正确的判断；培养分析、解决问题的能力。

2、课程内容及安排 理论共64学时 理论学习内容 第一部分：化学大类（32学时 苏莉） 第二部分：物理大类（ 32学时 马拥军）

化学类课程内容及安排—团队授课 知识单元 理论学时 授课教师 绪论 2 苏莉 第一章 气相色谱 第二章 高效液相色谱 第三章 原子吸收光谱 第一章 气相色谱 第二章 高效液相色谱 第三章 原子吸收光谱 4 陶杨 第四章 原子发射光谱 张伟 第五章 紫外光谱 高梅 第六章 红外光谱 贾茹 第七章 核磁共振波谱 黄鹤燕 第八章 质谱 索志荣 第九章 多谱综合解析 第十章 其它分析测试方法 郭宝刚 合计 32

3、考核方式 本课程的考核方式为考查，采用结构评分: 总成绩＝平时成绩＋考试成绩 （1）平时成绩：30%（作业+考勤） （2）考试成绩：70%

4、主要参考书 [1] 西南科技大学分析测试中心教研室. 《现代分析测试技 术》，讲义, 2012年. [2] 西南科技大学分析测试中心教研室. 《现代分析测试技术实验指导书》，讲义, 2014年. [3] 祁景玉编. 《现代分析测试技术》，同济大学出版社， 2006年2月. [4] 左演声，陈文哲，梁伟. 《材料现代分析方法》，北京工业大学出版社，2003年. [5] 朱明华编. 《仪器分析》，高等教育出版社，2000年.

绪 论 现代分析测试技术有什么用 ？？？ 现代分析测试技术是进行科研、开发、生产、质量控制的重要手段（眼睛、拐杖）！

现代分析测试技术案例一 原子力显微镜表面纳米加工

利用原子力显微镜的微型导电针尖在干净的硅片表面上刻写，在大气环境下，针尖和表面之间形成半月形水膜，当给针尖和硅之间施加一定的偏压，可以使硅表面针尖接触的区域发生电化学氧化反应。通过程序控制针尖移动，可在硅表面写出各种图案。如右图分析测试中心，整个字体大小约1个多微米。

利用上页的方法，可以在硅表面刻出西南科技大学的校徽，整个校徽大小为10微米，从下图的三维形貌可以看出，刻写得到的字体高度为2nm左右，通过这种方法刻写得到的最小线宽可在几十纳米。

案例2：食品-蛋白质的检测 2007年，美国爆发宠物食品受污染事件。调查表明：掺杂了≤6.6%三聚氰胺的小麦蛋白粉是宠物食品导致中毒的原因。 2008年9月，中国爆发三鹿婴幼儿奶粉受污染事件，导致食用了受污染奶粉的婴幼儿产生肾结石病症，其原因也是奶粉中含有三聚氰胺。 假蛋白原理？ 蛋白质的检测

蛋白质的检测 蛋白质太不容易检测 生化学家们就想出个偷懒的办法：因为蛋白质是含氮的，所以只要测出食品中的含氮量，就可以推算出其中的蛋白质含量。 蛋白质平均含氮量为16％左右，而三聚氰胺的含氮量为66％左右。因此添加过三聚氰胺的奶粉就很难检测出其蛋白质不合格了，这就是三聚氰胺的假蛋白。 认识三聚氰胺

三聚氰胺 替代品：皮革水解蛋白 三聚氰胺（英文名：Melamine），是一种低毒的有机化工原料。 简称三胺，俗称蜜胺、蛋白精。 动物实验结果表明，其在动物体内代谢很快且不会存留，主要影响泌尿系统。 长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。 三聚氰胺分子模型 三聚氰胺分子结构

三聚氰胺检测方法汇总 国家标准 《原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法》（GB/T 22388-2008） 1.GC-MS法测定动物食品中的三聚氰胺 2.Spectra-Quad实现三聚氰胺含量在线检测 3.超高效液相色谱_电喷雾串联质谱法测定饲料中残留的三聚氰胺 4.反相高效液相色谱法测定饲料中三聚氰胺的含量 5.高效液相色谱-二极管阵列法测定高蛋白食品中的三聚氰胺 6.高效液相色谱法(HPLC)测定饲料中三聚氰胺的含量 7.高效液相色谱-四极杆质谱联用测定饲料中三聚氰胺含量 8.固相萃取与高效液相色谱联用测定宠物食品中三聚氰胺 9.液相色谱串联质谱法(LC-MS MS）分析宠物食品中三聚氰胺 10.液相色谱-串联质谱法测定饲料中三聚氰胺残留

案例3 化妆品中的重金属 2006年9月国家质检总局通报称“日本进口的著名品牌——SK-Ⅱ”系列化妆品在广东检出禁用物质铬，铬含量为0.77mg/kg～2.0mg/kg。（定性+定量） 铬对人体有危害，严重的可导致肺栓塞和肝损害。

案例4：铅中毒事件 2009年，根据陕西凤翔县政府公布的数据，长青镇3个村1016名受检儿童，851人血铅超标。 之后，湖南武冈又曝出大范围儿童铅中毒事件。 而早在2008年12月，江苏省邳州市运河镇新三河村，村里有100多个孩子被检测出血铅水平超标，罪魁祸首是江苏春兴胜科合金有限公司。

含铅量高的食品 含铅量高的食品有松花蛋、爆米花、爆黄豆、爆蚕豆、爆年糕片、罐装食品或饮料等 。 　含铅量高的食品有松花蛋、爆米花、爆黄豆、爆蚕豆、爆年糕片、罐装食品或饮料等 。 现代的生活尤其在城市，想绝对不摄入铅基本不可能，那么，如何帮助身体把铅排出去呢？ 牛奶、豆浆、海产品、猪血、蔬菜、水果及粗粮等，都能不同程度地抑制人体对铅的吸收，并帮助人体将铅排出体外。　

食品中金属元素的检测方法: 原子吸收光谱法、等离子体发射光谱法、阳极溶出伏安电化学法 等

案例5：苏丹红的危害

2005年继在中国销售的肯德基新奥尔良烤翅、新奥尔良烤鸡腿堡检出含有苏丹红后，肯德基香辣鸡腿堡、辣鸡翅、劲爆鸡米花三种产品又被发现“涉红”。而此前，亨氏美味源(广州)食品有限公司生产的辣椒制品被查出含有苏丹红。主要有辣椒油、辣椒酱、辣味酱腌菜、辣味方便食品及其生产原料。质检部门在检查中发现，少数添加剂生产企业以苏丹红冒充食用添加剂辣椒红色素，销售给辣味制品生产企业。

苏丹红”并非食品添加剂，而是一种化学染色剂。苏丹红属于化工染色剂，主要是用于石油、机油和其他的一些工业溶剂中，目的是使其增色，也用于鞋、地板等的增光。

苏丹红G的结构式 它的化学成份中含有一种叫萘的化合物，该物质具有偶氮结构，由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性，对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。

苏丹红检测方法: 食品中苏丹红检测方法主要包括高效液相色谱(HPLC)、液相色谱-质谱(LC-MS)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、薄层层析法等

案例6-假药案件 2006年5月广东有患者因使用齐齐哈尔第二制药有限公司生产的假药亮菌甲素注射液死亡。 2009年1月17日与19日,新疆喀什地区莎车县两名糖尿病患者服用标识为广西平南制药厂生产的“糖脂宁胶囊”(批号为081101)药品后出现疑似低血糖并发症,相继死亡。 台州2005年特大制售假药案涉及全国１３个省市，涉案假药品种35种，为公安部督办案件，国家药监局曾就此案向国务院副总理吴仪作了专题汇报，吴仪要求予以严厉打击。假药品种涉及达克宁、三九皮炎平、康必得等35个品牌，外面的包装和说明等完全和真药相似，但其成分全部为面粉.

水源污染事件 广州主要水源污染，鱼变红 江苏沭阳引用水源污染，20万城区人口面临断水 矿区水源污染，消防车送水 广东韶关引用水源遭融雪剂污染

身边的故事 2008.5.12后，唐家山堰塞湖

2009年3月12日，四川省煤团地质局137地质队在位于涪城区龙门镇清霞村2组进行成绵乐铁路客运专线涪江3号特大桥地质勘测钻探时，将埋于地下1.8米深、直径45厘米的兰成渝输油管道钻破，造成柴油泄漏。

现代分析测试技术应用领域 1、社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证） 2、化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法 3、生命科学：DNA测序；活体检测； 4、环境科学：环境监测；污染物分析； 5、材料科学：新材料，结构与性能； 6、药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究； 7、外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制

现代分析测试技术的产生 现代分析测试技术的历史发展概况 近期重大突破与发明 现代分析测试技术的分类 现代分析测试技术的应用领域 发展趋势展望

一、现代分析测试技术的概念 现代分析测试技术是利用现代分析测试仪器通过测量物质的物理、化学和物理化学性质来确定（研究）物质的组成、状态和结构的一种科学分析方法。 与常规的化学分析比较，较为先进、方便，所以又称为现代仪器分析、现代分析测试方法等。

现代分析测试技术的历史发展概况 现代分析测试技术的三次巨大变革 分析天平的发明 溶液理论的建立 这是第一次革命

第二次巨大变革 第二次世界大战前后的科学技术 物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础 极谱，Heyrovsky J。 核磁共振（NMR），B loch F ，PurcellE M。 极谱，Heyrovsky J。 气相色谱，Martin A T P ，Synge R L M

尤其微型计算机的发展，给仪器分析带来全新的革命。 第三次变革 计算机的发明 尤其微型计算机的发展，给仪器分析带来全新的革命。

分析仪器与计算机 热、光、电新技术 新型材料、电子器件 多媒体计算机 分析仪器 操作 分 析 对 象 控制 信号 实 施 检 测 数据库 信息 数 据 处 理 方法 描述 报 告 结 果 判断 多媒体计算机 人工智能 专家系统 最优化技术 自动化技术 分析仪器与计算机

新近重大突破和发明 飞秒光谱法 原子吸收的重大突破 库仑阵列电极 多道毛细管电泳

飞秒相干光谱法Femtosecond spectroscopy Ahmed H. Zewail 教授1946年出生于埃及，1967毕业于埃及亚历山大大学,获学士学位，1969年在该校获得硕士学位，同年赴美国宾夕法尼亚大学化学系攻读博士学位，1974年获博士学位。现为加州理工学院化学物理系和物理系教授。 1999年Ahmed H. Zewail 教授被授予诺贝尔化学奖，表彰他在飞秒化学领域的杰出贡献。采用超短脉冲激光以飞秒的时间尺度实时观察分子运动并目击分子的诞生，给化学和相关学科带来了革命性的变化。 Ahmed.H.Zewail 1999年化学Nobel奖得者

连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国)

连 续 光 源 原 子 吸 收 光 谱 仪 2004 年4 月，德国耶拿分析仪器股份公司（Analytik Jena AG）成功地设计和生产出了连续光源原子吸收光谱仪contrAA ，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！ 高聚焦短弧氙灯

库仑阵列电极（CoulArray） 它是穿透式多孔石墨碳电极有多个串联在一起，作液相色谱电化学检测器的工作电极使用，定量基础是库仑定律。

多道毛细管电泳装置示意图

仪器分析的分类 质谱分析法 电化学分析法 光分析法 仪器分析 热分析法 色谱分析法 分析仪器联用技术

1.光分析方法 分子光谱 原子光谱 紫外可见法 原子吸收法 红外法 光分析法 核磁法 原子发射法 荧光法

光谱法依据物质与光波相互作用后,引起能级跃迁产生辐 光学分析法 光学分析法是根据物质与光波相互作用产生的辐射信号的变化来进行分析的一类仪器分析法。 通常根据辐射信号变化是否与能级跃迁有关将光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。 光谱法依据物质与光波相互作用后,引起能级跃迁产生辐 射信号变化进行分析。测量辐射波长可以进行物质的定性分析,测量辐射强度可以进行物质的定量分析。从辐射作用的本质上将光谱法分为原子光谱和分子光谱两类。从辐射能量传 递的方式上又将光谱法分为发射光谱、吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等。

2. 电分析化学方法 电导分析法 电位分析法 电解分析法 电化学分析法 库仑分析法 电泳分析法 极谱与伏安分析法

电化学分析法 电化学分析法是根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。依据测量的参数,电分析化学法可分为电位分析、伏安分析、极谱分析、库仑分析、电导分析等。 电化学生物传感器、化学修饰电极、超微电极等是电分析化学十分活跃的研究领域。

3. 色谱分析法 超临界色谱法 薄层色谱法 气相色谱法 色谱分析法 激光色谱法 液相色谱法 电色谱法

色谱分析法 色谱分析法是根据物质与两相(固定相和流动相)相互作用力的差异而进行混合物分离和分析的方法，特别适合于结构和性质十分相似的化合物的快速高效分离分析。 根据流动相和固定相的使用可分为气相色谱、液相色谱、薄层色谱、纸色谱、离子色谱等。 复杂样品组成-结构-功能的多模式多柱色谱以及联用技术的多维分析是色谱分析法研究的焦点。

4. 其它仪器分析方法 ① 质谱 ② 热分析③ 放射分析等 4. 其它仪器分析方法 ① 质谱 ② 热分析③ 放射分析等 热分析法 质谱分析法 放射分析 其他分析法

其他分析技术 质谱分析法是根据离子或分子离子的质量与电荷的比值(质荷比)来进行分析的,质谱与色谱技术、光谱技术、生物技术的联用成为分析仪器自动化、微型化、特征化、传感化和仿生化的趋势。 热分析法是通过测定物质的质量、体积、热导或反应热与温度之间的变化关系来进行分析的方法。热分析法可用于成分分析、热力学分析和化学反应机理研究。

现代仪器分析特点 1、分析灵敏度高 ——10-9级和10-12级 ；10-9g和10-12g 2、分析速度快 ——批量分析，自动分析 3、分析所需试样量少 ——微克或微升 4、分析用途广泛 ，能适应各种不同的要求等 5、价格一般来说比较昂贵

现代分析测试技术的发展趋势

一、分析仪器的微型化和智能化 随着分子计算机、DNA计算机、光子计算机、量子计算机等的不断推出，计算机也将越来越微型化。计算机（电脑）与人脑的结合将不再是一个梦、带有植入式电脑的人的智能将大大超过不带电脑的“自然人”。

二、分析仪器的大众化、个性化和日用品化，贵重仪器的网络化 随着经济全球化和全球网络化，大型实验室的数量将减少，但其资源（特别是其精密贵重仪器）将得到更充分的发挥。因为它可以面向全世界为所有“网民”服务，实际上，现在就已有人在建立利用全球主要实验室资源的“网络实验室”了。

三、建立和发展虚拟仪器概念 由电子测量仪器新发展中出现的虚拟仪器概念已经逐步被更多领域所接受，对实现“柔性”分析检测系统具有明显的推动作用。利用现有的计算机，加上适当设计的仪器硬件和专门的应用软件，构成虚拟仪器，使其既具有传统仪器的基本功能、又能由用户根据自己的需求变化随时定义，实现多种多样的应用要求。虚拟仪器不但灵活可变、功能强大，而且作用方便，便于技术升级更新，价格也低廉（尤其仪器系统的使用维护费用低）。

分析仪器的主要应用领域正向着生物医学领域转移 分析仪器在保障人类健康生活、监控病人病情、预防灾害发生等方面也都起着重大的作用。 没有新型DNA分析仪的进一步发展，人类也很难在防病、治病特别是在防治癌症和各种遗传病方面对现有基因图谱加以利用。

主要发展趋向 生物芯片 微型化 新技术 生物分析 化学计量学 自动化 新原理 新仪器 环境分析 在线分析 现代仪器分析 过程分析 原位分析 表面分析 实时分析 大分子表征 活体分析 化学图象 接口 无损分析 教育 传感器 分离技术 单细胞分析 定性 固定化 仪器和计算机 联用技术 单分子单聚集体分析 其它科技领域

现代仪器分析方法的评价指标 定量分析是现代仪器分析的主要任务之一。 一般用精密度、准确度、检出限、灵敏度、标准曲线的线性及线性范围等项指标进行评价。

分析方法的选择性是指该方法不受样品中所含其他物质干扰的程度。 1. 选择性(selectivity) 分析方法的选择性是指该方法不受样品中所含其他物质干扰的程度。 没有一个分析方法能完全避免其他组分干扰，因而提高选择性是分析测试工作者追求的目标之一。

2. 标准曲线 定量分析普遍使用的方法是标准曲线法。 标准曲线是根据被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系建立的曲线。 如何绘制标准曲线？ 依据标准系列的浓度(或含量)和其相应的响应信号测量值来绘制的。 表征量：一元线性回归方程、相关系数

3. 灵敏度 物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度，用S表示。 或 式中：dc和dm分别为被测物质的浓度和质量的变化量，dx为响应信号的变化量。 灵敏度也就是标准曲线的斜率。标准曲线的斜率越大，方法的灵敏度就越高。许多方法的灵敏度随实验条件而变化。 仪器校准灵敏度随选用的标准物和测定条件不同，测定的灵敏度不一致。给出灵敏度数据时，一般应提供测定条件和样品。

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！ 10 20 30 40 50 60 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 S c S2=k2c+Sblank-2 S1=k1c+Sblank-1 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！

4. 精密度 精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。 精密度常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差(sr)量度。 式中：n为测定次数，xi为第i次测定值

例：高效液相色谱法测定附子中乌头碱：取供试品溶液，连续进样6次，乌头碱峰面积积分值(A)分别为：253. 08，252. 14，251

5. 准确度 试样含量的测定值与试样含量的真实值(或标准值)相符合的程度称为准确度。 准确度常用相对误差量度。 式中：x为试样含量的测定值， u为试样含量的真值或标准值。

测量正确度(trueness)和准确度(accuracy) 正确度定义为由大量测试结果得到的平均值与真值间的一致程度。 它是系统误差的总和,可能由一个或多个系统误差引起 准确度定义为测试结果与真值间的一致程度。 它由随机误差分量和系统误差分量组成。

注：准确度与正确度的差别： （1）对任何一次观测值,都可以提其准确度,而正确度是相对于大量测试结果而言。 （2）当准确度的定义用于一组测试结果时,它由随机误差分量和系统误差分量组成。而正确度只由系统误差分量组成,不包含随机误差分量。

正确度高, 但精密度低 真值 随机误差大 精密度高, 但正确度低 准确度高! 系统误差大

6. 检出限 某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为这种方法对该物质的检出限 。 检出限表明被测物质的最小浓度或最小质量的响应信号可以与空白信号相区别。 S——方法的灵敏度；Sb——空白信号的标准偏差 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，它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。

7、分辨率(resolution) 仪器鉴别由两相近组分产生信号的能力。 不同类型仪器分辨率指标各不相同：光谱仪器指将波长相近两谱线(或谱峰)分开的能力;质谱仪器指分辨两相邻质量组分质谱峰的分辨能力。 需要指出的是目前国内外关于各种分析仪器性能及指标尚无统一认识和标准，有些性能含义仍存在一定争议。

现代分析测试技术的发展趋势

我们要努力啊！ 我国分析仪器经过半个世纪的努力，取得了不少成绩，两弹一星的成功，就是我国科学家在仪器研制方面具有很高水平的最好说明。中国科学家聪明、勤奋、爱祖国、爱科学，数十年如一日默默奉献者大有人在。但是，另一方面我们又不能不遗憾地看到，直到最近，国产仪器所占市场的份额仍只有1／5左右，出口创汇甚微，具有完全自主知识产权的分析仪器很少。高档仪器则几乎完全被外国垄断。迄今我国分析仪器与国外的差距还很大，而且还有扩大的趋势。一定要树立科学仪器（包括分析仪器）的创新是知识创新的前提和基础的牢固思想，把发展国产仪器作为国家战略。

END 2017/3/20