分析化学是大学本科的主干基础课

         《分析化学》是研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。《分析化学》课程的主要任务是采用各种各样的方法和手段，得到分析数据，鉴定物质体系的化学组成、测定其中的有关成分的含量和确定体系中物质的结构和形态，解决关于物质体系构成及其性质的问题。学生通过本门课程的学习，全面、系统地掌握《分析化学》的基本理论、基本概念和基本计算，同时了解分析化学前沿领域的发展趋势，了解分析化学新技术、新方法在药学科学中的应用和药学科学的进展对分析化学的要求。使学生初步具备分析问题和解决问题的能力。因而本门课程在药学专门人才的培养中具有重要的地位和作用

 

       英文：chemical analysis，分析化学是大学本科的主干基础课，包括“定量化学分析”理论课、实验课和“仪器分析”理论课、实验课。授课对象为化学类专业和生物、医学、地学类专业的本科生。分析化学有很强的实用性，同时又有严密、系统的理论，是理论与实际密切结合的学科。学习分析化学有利于培养学生严谨的科学态度和实事求是的作风，使学生初步掌握科学研究的技能并初步具备科学研究的综合素质。分析化学涉及的内容十分广泛，发展非常迅速。在讲授基本理论的同时，尽量穿插一些运用基础理论解决实际问题的例子，包括药物、环境、生物等各个领域中分析化学的新进展，新成果。保持化学分析理论的系统性并不断充实新内容，保持仪器分析内容的相对稳定性并及时融进新发展、新技术，将经典分析化学与现代分析化学融合在一起。

　　利用物质的化学反应为基础的分析，称为化学分析。化学分析历史悠久，是分析化学的基础，又称为经典分析。
　　根据其操作方法的不同，又可将其分为：
　　（1）滴定分析 根据滴定所消耗标准溶液的浓度和体积以及被测物质与标准溶液所进行的化学反应计量关系，求出被测物质的含量，这种分析被称为滴定分析。
　　（2）重量分析 根据物质的化学性质，选择合适的化学反应，将被测组分转化为一种组成固定的沉淀或气体形式，通过钝化、干燥、灼烧或吸收剂的吸收等一系列的处理后，精确称量，求出被测组分的含量，这种分析称为重量分析。
　　根据其反应类型的不同，又可将其分为：
　　（1）中和反应分析法
　　（2）氧化还原反应分析法
　　（3）沉淀反应分析法
　　（4）络合反应分析法

       在19世纪无机化学知识逐渐系统化的时候,贝里采乌斯(JönsJakob Berzelius)分析天平的发明和使用,使测量得到的实验数据更加接近真实值,这样任何一个定律都有一个确凿的事实证明.贝里采乌斯把测定原子量的很多新方法,新试剂,新仪器引用到分析化学中来,使定量分析精确度达到了一个新的高度.而后来人们都尊称他为分析化学之父. 在定性分析方面,1829年德国化学家罗斯(Hoinrich Rose)编写了一本《分析化学教程》，首次提出了系统定性分析方法.这与目前通用的分析方法已经基本相同了.而到18世纪末,酸碱滴定的各种形式和原则也基本确定. 而对于分析化学的一个重要部分光谱分析,则是从牛顿开始的.牛顿从1666年开始研究光谱,并于1672年发表了他第一篇论文《光和色的新理论》。

　　从此,观察和研究光谱的人也越来越多,观测的技术也越来越高明.而在1825年英国物理学家包特(Talbot)制造了一种研究光谱的仪器,对碱金属火焰进行研究,发现了元素有特征光谱的现象.后来德国科学家本生(Bunsen)与基尔霍夫(Kirchhoff)利用本生灯发现了元素铯和铷.光谱学作为分析化学的一个重要分支从此诞生. 进入20世纪之后,随着科学技术和工业的发展,新的分析方法--仪器分析产生了,包括吸光光度法,发射光度法,极谱分析法,放射分析法,红外光谱,紫外可见光光谱,核磁共振等现代化分析方法.这些分析方法超越了经典分析方法的局限,灵敏度可以达到很高的水平. 目前分析化学还处于第三次变革,这意味着分析化学不再局限于测定物质的组成和含量,而还要对物质的状态,结构,微区,薄层和表面的组成与结构以及化学行为和生物活性等到做出瞬时的追踪,无损的和在线监测等分析及过程控制.甚至是要求直接观察原子或分子形态和排列.

 

 

原子吸收光谱仪是一种检测元素种类的仪器。通过一些技术手段使被测样品原子化，产生大量基态自由原子，从而吸收由空心阴极灯发射出的被测元素的特征谱线，通过特征谱线即可分析出元素的种类，完成测量过程。因原子吸收光谱仪的灵敏、准确、简便等特点，现已广泛用于冶金、地质、采矿、石油、轻工、农业、医药、卫生、食品及环境监测等方面的常量及微痕量元素分析。

原子吸收光谱仪原理图

o        1.采用最新多核嵌入技术对仪器进行全自动控制和数据处理，确保可靠性

2.高性能液晶显示器，显示参数及测量数据

3.自动调整负高雅，灯电流

4.自动转换光谱带宽，0.1、0.2、1.0、2.0nm(四档可选)

5.自动控制波长扫描，自动寻峰，国际水平的全波段快速扫描定位，30秒内完成

6.自动调零，可以扣除零点漂移对数据的影响

7.自动能量调节

8.全方位燃气泄漏保护预警装置

9.可选最佳火焰高度及原子化器位置，选择最佳分析条件

10.可调燃气流量，选择元素分析最佳燃助比

11.可选配氢化物发生器，石英富集器

12.品质卓越的光学系统，光学系统悬浮设计，震动，环境温度变化不影响仪器性能。

o        1、光学系统

波长范围 190－900nm

单色器 消象差C－T型单色器

光谱带宽 0.2、0.4 、1.0、2.0nm 四档自动可选

波长精确度 优于±0.25nm

波长重复性 0.15nm

基线漂移 0.004A/30min

检测器 高灵敏度、宽光谱范围光电倍增管

光谱带宽0.2nm时分开锰双线（279.5nm和279.8nm）且谷峰能量比< 20%

2、原子化系统

特征浓度( Cu ) 0.025ug/ml/1%

检出限 ( Cu ) 0.006ug/ml

燃烧器 100mm金属钛燃烧器，空冷预混合型

精密度 RSD≤1%

喷雾器 高效玻璃、全塑、不锈钢雾化器

雾化室 耐腐蚀材料雾化室

位置调节 火焰燃烧器最佳高度及前后位置可调，一分钟完成火焰/氢化物换装

安全保护 具多种自动安全保护功能，乙炔漏气报警、关闭系统

3、分析方法

测量方法 空气－乙炔火焰法，氢化物发生器原子吸收法，富氧－空气乙炔火焰法

浓度计算方式 标准曲线法（1～3次曲线），自动拟合，标准加入法

重复测量次数 1～20次，计算平均值，自动给出标准偏差和相对标准偏差

结果打印 参数打印，数据结果打印，图形打印，汇总报告

软件环境 Windows 98/2000/XP

4、基本从参数

AC 220V/50Hz

功率 150W

重量 70kg

体积 1000mm（长）×350mm（宽）×390mm（高）

工作环境温度 10～35℃

工作环境湿度 ≤80%

 将复色光分解为光谱，并进行记录的精密光学仪器。在可见光和紫外光区域，过去常用照相法记录光谱，故也称摄谱仪。在红外区域，一般用光敏或热敏元件逐点记录，故有红外分光计的名称。现在在各个波段均采用光电接收和记录的方法，比较直接、灵敏，称为“光电记录光谱仪”。为了得到更多的光谱线，可以把被分析物质放在等离子体火焰中激发，在光谱仪中除采用光电接收方法外，还配有专用计算机，计算物质中各元素含量。可以在数秒种内从显示器的荧光屏读出结果。这种仪器称为“等离子体光电直读光谱仪”简称ICP光谱仪。
    ICP光谱仪是当前光谱分析中最迅速最灵敏的一种仪器。光谱仪是上述各种仪器的总称。虽然各种光谱仪的形式各异，但均有三大主要部分：一是激光光谱的光源；二是光谱仪系统，使不同波长的光聚焦在仪器上的特定位置。三是用置于焦点上的探测器来量光的强度。近代的光谱仪大都采用微型计算机处理实验结果。
     ICP光谱法是上世纪60年代提出、70年代迅速发展起来的一种分析方法，它的迅速发展和广泛应用是与其克服了经典光源和原子化器的局限性分不开的，与经典光谱法相比它具有如下优点：
1. 因为ICP光源具有良好的原子化、激发和电离能力，所以它具有很好的检出限。对于多数元素，其检出限一般为0.1～100ng/L。
2. 因为ICP光源具有良好的稳定性，所以它具有很好的精密度，当分析物含量不是很低即明显高于检出限时，其RSD一般可在1%以下，好时可在0.5%以下。
3. 因为ICP发射光谱法受样品基体的影响很小，所以参比样品无须进行严格的基体匹配，同时在一般情况下亦可不用内标，也不必采用添加剂，因此它具有良好的准确度。这是ICP光谱法最主要的优点之一。
4. ICP发射光谱法的分析校正曲线具有很宽的线性范围，在一般场合为5个数量级，好时可达6个数量级。
5. ICP发射光谱法具有同时或顺序多元素测定能力，特别是固体成像检测器的开发和使用及全谱直读光谱仪的商品化更增强了它的多元素同时分析的能力。
6. 由于ICP发射光谱法在一般情况下无须进行基体匹配且分析校正曲线具有很宽的线性范围，所以它操作简便易于掌握，特别是对于液体样品的分析。
      ICP发射光谱法除具有上述主要优点外目前尚有一些局限性，主要体现在以下几个方面：
1. 对于固体样品一般需预先转化为溶液，而这一过程往往使检出限变坏。
2. 因为工作时需要消耗大量Ar气，所以运转费用高。
3. 因目前的仪器价格尚比较高，所以前期投入比较大。
4. ICP 发射光谱法如果不与其他技术联用，它测出的只是样品中元素的总量，不能进行价态分析

 

电感耦合等离子体发射光谱仪原理

2011-09-21

1、ICP-AES分析性能特点
等离子体（Plasma）在近代物理学中是一个很普通的概念，是一种在一定程度上被电离（电离度大于0.1%）的气体，其中电子和阳离子的浓度处于平衡状态，宏观上呈电中性的物质。

电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电（等离子体焰炬），达到10000K的高温，是一个具有良好的蒸发－原子化－激发－电离性能的光谱光源。而且由于这种等离子体焰炬呈环状结构，有利于从等离子体中心通道进样并维持火焰的稳定；较低的载气流速（低于1L/min）便可穿透ICP，使样品在中心通道停留时间达2～3ms，可完全蒸发、原子化；ICP环状结构的中心通道的高温，高于任何火焰或电弧火花的温度，是原子、离子的最佳激发温度，分析物在中心通道内被间接加热，对ICP放电性质影响小；ICP光源又是一种光薄的光源，自吸现象小，且系无电极放电，无电极沾污。这些特点使ICP光源具有优异的分析性能，符合于一个理想分析方法的要求。
一个理想的分析方法，应该是：可以多组分同时测定；测定范要围宽（低含量与高含量成分能同测定）；具有高的灵敏度和好的精确度；可以适用于不同状态的样品的分析；操作要简便与易于掌握。ICP-AES分析方法便具有这些优异的分析特性：
⑴ ICP-AES法首先是一种发射光谱分析方法，可以多元素同时测定。
发射光谱分析方法只要将待测原子处于激发状态，便可同时发射出各自特征谱线同时进行测定。ICP-AES仪器，不论是多道直读还是单道扫描仪器，均可以在同一试样溶液中同时测定大量元素（30～50个，甚至更多）。已有文献报导的分析元素可达78个[4]，即除He、Ne、Ar、Kr、Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法测定的报告。当然实际应用上，并非所有元素都能方便地使用ICP-AES法进行测定，仍有些元素用ICP-AES法测定，不如采用其它分析方法更为有效。尽管如此，ICP-AES法仍是元素分析最为有效的方法。
⑵ ICP光源是一种光薄的光源，自吸现象小，所以ICP-AES法校正曲线的线性范围可达5~6个数量级,有的仪器甚至可以达到7～8个数量级，即可以同时测定0.00n%～n0%的含量。在大多数情况下，元素浓度与测量信号呈简单的线性。既可测低浓度成分（低于mg/L），又可同时测高浓度成分（几百或数千mg/L）。是充分发挥ICP-AES多元素同时测定能力的一个非常有价值的分析特性。
⑶ ICP-AES法具有较高的蒸发、原子化和激发能力，且系无电极放电，无电极沾污。由于等离子体光源的异常高温（炎炬高达1万度，样品区也在6000℃以上），可以避免一般分析方法的化学干扰、基体干扰，与其它光谱分析方法相比，干扰水平比较低。等离子体焰炬比一般化学火焰具有更高的温度，能使一般化学火焰难以激发的元素原子化、激发，所以有利于难激发元素的测定。并且在Ar气氛中不易生成难熔的金属氧化物，从而使基体效应和共存元素的影响变得不明显。很多可直接测定，使分析操作变得简单，实用。
⑷ ICP-AES法具有溶液进样分析方法的稳定性和测量精度，其分析精度可与湿式化学法相比。且检出限非常好，很多元素的检出限低于1mg/L，如表1所列。现代的ICP-AES仪器，其测定精度RSD可在1%以下，有的仪器短期精度在0.4%RSD。同时ICP溶液分析方法可以采用标准物质进行校正，具有可溯源性，已经被很多标准物质的定值所采用，被ISO列为标准分析方法。
⑸ ICP-AES法采用相应的进样技术可以对固、液、气态样品直接进行分析。
当今ICP-AES仪器的发展趋势是精确、简捷、易用，且具有极高的分析速度。更加注重实际工作的需求及效率，使用者无需在仪器的调整上耗费时间和精力，从而能够把更多的精力放在分析测定工作上，使ICP成为一个易操作、通用性的实用工具。而且仪器更具多样化的适配能力，可根据实际工作需要选择不同的配置，例如在同一台仪器上可实现垂直观测、水平观测、双向观测，全波段覆盖、分段扫描，无机、有机样品、油样分析，自动进样器、超声雾化器、氢化物发生器、流动注射进样、固体进样等多种配置形式，并可根据需求随时升级，真正做到了一机多能，高效易用。新型的ICP商品仪器，综合了前几代仪器的优点，对仪器的结构、控制和软件功能等方面进行调整、推出新一代的ICP仪器。由于高集成固体检测器的普遍使用，高配置计算机的引入，使仪器在结构上更加紧凑、功能更加完善，并在控制的可靠性、数据通用性上都有了质的飞跃。
2、ICP-AES分析的进样技术
ICP-AES法可以对固、液、气态样品直接进行分析。进样技术有液体雾化进样、气体直接进样、固体超微粒气溶胶进样。
对于液体样品分析的优越性是明显的，对于固体样品的分析，所需样品前处理也很少，只需将样品加以溶解制成一定浓度的溶液即可。通过溶解制成溶液再行分析，不仅可以消除样品结构干扰和非均匀性，同时也有利于标准样品的制备。分析速度快：多道仪器可同时测定30～50个元素，单道扫描仪器10分钟内也可测定15个以上元素。而且已可实现全谱自动测定。可测定的元素之多，大概比任何类似的分析方法都要多，可以肯定目前还没有一种同时分析方法可以与之相匹敌。
   ICP-AES法的应用中，仪器的操作使用要简单得多，而样品的预处理却是十分重要和关键。
表1.1   各元素ICP-AES分析法的检出限（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