現代分析測試方法概述主要內容1.分析科學與測試技術的發展2.分析測試方法的分類3.光譜分析的基本原理4.分析測試方法的選擇5.分析測試在材料科學研究中的作用分析科學與測試技術的發展1.1分析化學的誕生拉瓦錫（A.L.Lavoisier)(1743~1794)為化學引進了極為重要的定量測量觀念和方法，從而誕生了分析化學。

分析化學是研究獲得物質化學組成，結構信息，分析方法及相關理論的科學。1.2分析化學的發展階段一：16世紀～20世紀40年代前，化學分析占主導地位，儀器分析種類少和精度低。分析化學的發展經歷了三個發展階段，發生了三次變革。第一次變革：

20世紀初，溶液中四大反應平衡理論的形成，為化學分析的發展奠定了理論基礎。標志著分析化學由一門操作技術變成一門科學。階段二：

20世紀40年代～80年代，儀器分析獲得大發展。

為什么出現在這一時期？一系列重大科學發現，為儀器分析的建立和發展奠定了理論基礎。（1）BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振測定方法；諾貝爾化學獎1952年；

（2）MartinAJP和SyngeRLM；建立了氣相色譜分析法；諾貝爾化學獎1952年；

（3）HeyrovskyJ，建立極譜分析法，諾貝爾化學獎1959年第二次變革：物理學和化學的許多重大發現，推動了儀器分析的發展，成為分析化學的第二次變革。階段三：八十年代初至今（1）計算機控制的分析數據采集與處理：

實現分析過程的連續、快速、實時、智能；

（2）化學計量學：利用數學、統計學的方法設計選擇最

佳分析條件，獲得最大程度的化學信息。（3）各種聯用技術得到快速發展。第三次變革：分析化學開始突破原來化學的范疇，發展成為一門新興學科——分析科學。生命科學

環境科學

材料科學

激光技術

光纖技術

仿生技術

生物技術納米技術芯片技術

微電子技術

計算機技術

分析化學分析科學綜合性學科1.3分析科學的形成分析科學化學分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學分析光譜分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導、電位、電解、庫侖極譜、伏安發射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紅外、核磁、質譜1.由分析對象來看

有機物分析無機物分析生物活性物質2.由分析對象的數量級來看4.由分析自動化程度來看常量微量痕量手工操作儀器自動全自動智能化儀器3.由分析對象的結構尺度來看納米尺度微米尺度分子水平與分析科學有關的諾貝爾獎項分析科學研究的主要內容發展高精密度、高靈敏度、高空間分辨率的高效儀器和測試方法；提高選擇性；擴展時空多維信息，建立包括信息學和數學在內的解釋大量數據流的高通量測量方法；微型化及微環境的表征與測定；形態分析及表征；生物大分子及生物活性物質的表征與測定；非破壞性檢測技術；發展有毒物質的非接觸分析方法和遙測技術；發展具有極端復雜性和異質性的化學和生物混合物的高效分離分析方法。分析科學未來的發展方向和面臨的任務

2.分析測試方法的分類

分析測試方法電化學分析法光譜分析法色譜分析法熱分析法顯微分析法質譜分析法電化學分析法的分類電化學分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫侖分析法極譜與伏安分析法電導分析法色譜分析方法的分類色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法凝膠滲透色譜法離子色譜法超臨界色譜法光譜分析法的分類光譜分析法光折射法光衍射法光發射法光散射法光偏轉法光吸收法質譜分析法的分類有機質譜質譜分析無機質譜生物質譜同位素質譜熱分析法分類熱重分析熱分析熱機械分析差熱分析差示掃描量熱分析顯微分析法分類掃描電鏡顯微分析掃描探針顯微鏡電子探針透射電鏡分析方法的聯用技術氣相色譜－質譜聯用液相色譜－質譜聯用液相色譜－核磁聯用熱重－紅外聯用原子發射光譜－質譜聯用3.光譜分析概述3.1光的基本性質光是一種電、磁場相互垂直，并垂直于傳播方向作周期變化的電磁波。同時是一種以極大的速度（真空中為2.99792×1010cm·s-1）通過空間，而不需要以任何物質作為傳播媒介的能量形式。光具有波粒二象性。3.2光的波動性光是一種電磁波，描述光波的參數主要有：波長（λ,單位：nm、μm、cm）、頻率（υ，單位：Hz，s-1），傳播速度（c，單位：cm/s):頻率的另一種表示方法是用波數(σ,單位：cm-1)，即在1cm長度內波的數目:光的波動性——光的散射粒子散射：當介質粒子（如在乳濁液、懸浮液、膠體溶液中）的大小與光的波長差不多時，在偏離入射角的方向能探測到散射光，對可見光甚至用肉眼也能看到。散射光的強度與入射光波長的平方成反比。分子散射：

瑞利散射：當樣品分子比光波長小很多時，發生Rayleigh散射。光子與樣品分子產生彈性碰撞，只改變傳播方向而沒有能量交換。散射光強與波長的四次方成反比I∝λ－4。

拉曼散射：光子與樣品分子產生非彈性碰撞，有能量交換，產生與入射光不同波長的散射光（Raman散射）。這種散射與物質分子的振動和轉動能級有關，故可以表征分子結構。基于光散射的分析方法激光光散射法（測膠體粒子大小及其分布，分析聚合物的絕對分子量，研究高分子與溶劑之間的相互作用情況）小角X射線散射法（表征材料的形態結構）激光拉曼光譜法（研究物質分子結構和材料微結構，可進行未知物的無損鑒定。）光的波動性——光的衍射ADCBd12hd3ab’Bragg的衍射條件2dsinθ=nλ基于光衍射的分析方法多晶X射線衍射儀（分析材料的晶體結構，測量結晶度和晶粒取向度等）單晶X射線衍射儀（通過測定單晶的晶體結構，了解晶體中原子的三維空間排列，獲得有關鍵長、鍵角、分子構型等結構信息）光的波動性——光的偏振平面偏振光振動方向保持不變振幅發生周期性變化園偏振光振幅保持不變，而方向周期變化，電場矢量繞傳播方向螺旋前進基于光偏振的分析方法圓二色譜法Plane(linearly)polarizedlightRightandLefthandcircularlypolarizedlightOpticallyActiveSamplePreferentialabsorptionoflefthandpolarizedChiralEx=E0x

cos[ωt-(2l/λ)n+φ0]

3.3光的微粒性光電效應、光壓現象。光子動能：

P=h/λ=hν/c

光子能量：

E=hν=hc/λ

光的微粒性——光的吸收

光作用于物質后，物質選擇性地接受一定波長（頻率）的光的能量，從低能態躍遷至高能態(激發態)，這種現象稱為光的吸收；基于這種現象建立起來的分析方法稱為吸收光譜法。以能量（吸光度或透過率）為縱坐標，波長（或頻率）為橫坐標的曲線為吸收光譜圖（或吸收曲線）。基于光吸收的分析方法原子吸收光譜法（測元素含量）；紫外－可見光譜法（UV－Vis）（分析化合物結構及其含量）；紅外光譜法（IR）（分析有機化合物中基團）核磁共振波譜法（NMR）（分析有機化合物結構）。電子自旋共振波譜法（EPR）（分析單電子化合物的結構）吸收光譜對應的能量躍遷光的微粒性——光的發射

處于高能態（激發態）的物質不穩定，通過約10-8s釋放能量返回基態，若以發射光子的形式放出能量，則得到發射光譜。吸收或發射產生的條件是：①物質與光子發生碰撞；②E光子=△EM*/M；③E光子與物質的△EM*/M是量子化的；④吸收與發射分別產生吸收或發射光譜。基于光發射的分析方法原子發射光譜法（分析元素含量）；原子熒光光譜法（分析元素含量）；分子熒光光譜法（分析化合物的含量）；3.4光譜分析法的基本原理

根據光或其它能量作用于被分析物后，以其產生的光信號或光性質的變化為基礎而建立起來的分析方法。光譜分析方法涉及到三個問題：

①能源提供能量（包括光能）；②能量與物質的相互作用產生光信號；③光信號的檢測。3.5光譜分析法的分類3.6光譜分析儀器的構成光譜分析儀器的五大部分光源（連續光源，不連續光源，單色光源）試樣系統（樣品池等）分光系統（波長選擇器）（濾光和單色器。濾光片為有色玻璃或夾層玻璃片等；單色器有棱鏡和光柵單色器等）檢測系統（光電轉換檢測器，熱電轉換檢測器等）信號顯示系統（數字顯示裝置，檢流計等）4.分析測試方法的選擇4.1明確分析測試目的，選擇分析測試方法定性分析定量分析結構分析無機物定性和定量分析原子發射光譜法原子吸收光譜法X射線衍射法X射線熒光光譜法同位素質譜法離子色譜法純有機物結構分析元素分析法（測C、H、N、O、S元素含量）紫外－可見光譜法紅外光譜法有機質譜法核磁共振波譜法有機混合物成分定性及定量分析氣相色譜法液相色譜法氣相色譜－質譜聯用法液相色譜－質譜聯用法紫外－可見光譜法聚集態結構分析透射電子顯微鏡法X射線衍射法小角X射線散射法固體核磁共振波譜法紅外光譜法拉曼光譜法表面結構分析掃描電鏡法掃描探針顯微鏡法電子探針法能譜分析法表面成分分析

指樣品表面深度為一定范圍內的成分與結構信息分析，如表面污染物分析、材料表面變質分析、表面化學處理研究、催化劑制備工藝、催化劑活性、中毒原因分析等。電子能譜法X射線能譜法輝光放電光譜法紅外光譜法拉曼光譜法微區分析對樣品表面直徑在100μm以下的微小區域的成分和結構進行分析。掃描電鏡－能譜法顯微紅外光譜法顯微拉曼光譜法4.2了解儀器性能參數，選擇分析測試方法精密度（Precision）是指多次重復測定同一量時各測定值之間彼此符合的程度，表示測定過程中隨機誤差的大小。準確度（Accuracy）是指在一定條件下多次測定的平均值與真值相符合的程度。測試結果的準確度和精密度精密度高，但準確度不高。精密度和準確度都不高。精密度和準確度都高。靈敏度（Sensitivity）反映了儀器或方法識別微小濃度或含量變化的能力，也就是說，當濃度或含量有微小變化時，儀器或方法均可以覺察出來。檢測限（DetectionLimit,DL）能產生一個確證在試樣中存在被測組分的分析信號所需要的該組分的最小含量或最小濃度。一些分析方法的絕對檢出限和相對檢出限分辨率（Resolution）：

又稱分辨力和分辨本領，是指儀器能區分開最鄰近所示量值的能力。穩定性（Stability）是指在規定的工作條件下，儀器保持其計量特性不變的能力。在檢驗儀器的穩定性時，主要是指儀器響應值隨時間的變化特性。穩定性可用噪聲（noise）和漂移（drift）兩個參數來表征。噪聲與漂移噪聲是由于未知的偶然因素所引起的分析信號的隨機波動，干擾有用分析信號的檢測。在零含量（濃度）時產生的噪聲，稱為基線噪聲，它使檢出限變差。漂移是指分析信號朝某一定的方向緩慢變化的現象。基線朝一個方向變化稱為基線漂移。漂移表示了系統誤差的影響。線性范圍（LinearRange）線性范圍CDLLOLLOQ濃度，c響應信號SCDL=檢測限；LOQ(l