现代仪器分析综述

现代仪器分析综述

李艳

摘要：本文报道了分析化学重要分支的现代仪器分析在高科技中的地位和作用,指出高科技发展有力的促进分析化学产生质的飞跃,分析化学是高科技发展的基础和伴侣。

Abstract: This paper describes the positions and roles of modem instrumental analysis as a major part of analytical chemistryand high-tech development. 关键词：现代仪器分析；电化学分析法；

Keywords: Modern instrumental analysis; Electrochemical analysis;

现代仪器分析为现代分析化学奠定了雄厚的学科理论基础——信息理论, 使现代仪器分析已经成为分析化学极其重要的组成部分，现代仪器分析所采用的分析仪器是化学、光学、电学、磁学、机械及计算机科学等现代科学综合发展的产物，仪器本身就是科学技术水平的标志。若能充分利用现代仪器分析方法和技术, 就能更加全面、准确地认识物质世界, 进一步促进科学技术向纵深发展。

1、现代分析仪器的发展及发展趋向

现代仪器分析是在化学分析的基础上逐步发展起来的一类分析方法，现代分析仪器对科技领域的发展起着关键作用,一方面科技领域对分析仪器不断提出更高的要求,另一方面随着科学技术的飞速发展,新材料、新器件不断涌现又大大推动了分析仪器的快速更新,同时为仪器分析中老方法的不断更新、新方法的不断建立提供了物质和技术基础,大大地促进了现代仪器分析的快速发展。现代分析仪器的发展趋向主要有以下特点: 向多功能化、自动化和智能化方向发展，向专用型和微型化方向发展，向多维分析仪器方向发展，向联用分析仪器方向发展。仪器分析的最主要的功能是人类五官感触的延伸，人类智慧利用了光、电和磁的物理特性通过物理和化学手段将微小的物理量放大，而获得感知小型化集成化（芯片）、多功能化（联用技术）和高稳定、高灵敏度检测是仪器分析发展的最高境界。20 世纪 70 年代中期首先出现了二维气相色谱技术,70 年代后期迅速发展了二维质谱技术和二维核磁共振波谱技术。二维气相色谱技术可使

用一种流动相在两根串联的色谱柱上对组成复杂的样品实现完全分离:二维质谱技术可同时提供强的碎片离子峰和强的分子离子峰,从而获得完整的结构信息;

二维核磁共振波谱技术可提供固体物质、生物大分子的三维结构,显示原子核在样品中分布的立体图像。由上述分析仪器的发展和发展趋向 ,可知现代分析仪器是一种高科技产品,它综合采用了各种技术的最新成果,在不断创新与自身发展的同时,又为各个科技领域的研究和发展提供有力的手段和重要的信息。

2、现代仪器分析的内容和分类

现代仪器分析方法内容丰富，种类繁多，每种方法都有相对独立的物理及物理化学原理，现已有三四十种，新的方法还在不断地出现。为了便于学习和掌握，根据测量原理和信号特点，大致分为电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法，光化学分析法和其他仪器分析法几类。

2.1 电化学分析法

利用物质的电学及电化学性质分析化学质来进行分析的一类方法。1800年意大利物理学家伏打(A. Volta)制造了伏打堆电池，出现了电源。1834年法拉第(M. Faraday) 发表了“关于电的实验研究”提出“电解质”、“电极”、“阳极”、“阴极”、“离子”、“阴、阳离子”等概念。1864年Gibbs首次利用电解法测定铜，用称量方法测定沉积物的重量。1908年H. J. S. Sand使用控制电位方法进行了电解分析。1942年A. Hickling研制成功三电极恒电位仪。上世纪50年代后普遍应用运算发大电路，恒电位仪、恒电流仪和积分仪成型。为控制电位电解和库仑分析提供方便。 库仑分析的种类恒电位库仑法，控制电位电解，积分电流，记录时间，恒电流库仑法（库仑滴定），使用恒电流源和指示终点的方法。电位分析法是基本而经典的分析方法，利用指示电极和参比电极与试液组成的电池，根据电池电动势的变化进行分析的方法。伏安法和极谱分析法是使用电极电解被测溶液，根据电流-电压极化曲线进行分析的方法。

电池图解表示式：

1）左边的电极进行氧化反应，右边的电极进行还原反应

2）电极界面和不相混合的两种溶液界面，使用单竖线 “|”，两种溶液通过盐桥连接，消除液接电位，用双虚线“ ”

3）电解质位于两电极之间

Zn|ZnSO4 (1mol·L-1) CuSO4 (1mol·L-1) |Cu

4）气体或均相的电极反应，反应物本身不能直接作为电极，需用惰性材料为电极

5）电池中的溶液应注明浓度，对气体则标明压力、温度，无注明的为标准状态

Zn|Zn 2+ (0.1mol·L-1) H+ (1mol·L-1) |H2(101325Pa), Pt

另外可利用氧化-还原反应区分阳极和阴极，阳极：发生氧化反应的电极，阴极：发生还原反应的电极。利用电极的正负程度进行正负极区分，正极：两电极系统中电位较正的电极，负极：两电极系统中电位较负的电极。

电动势符号判断规则：

如果右边的电极是电池的正极，电动势为正

E电池 = 右 - 左

如对Zn|Zn 2+ Cu 2+ |Cu

E电池 = Cu2+ ,Cu- Zn2+|Zn > 0

电极电位的测定：

人为规定标准氢电极(Standard Hydrogen Electrode, SHE)电位为零

规定SHE作为负极与待测电极组成电池

SHE 待测电极

如果待测电极上的实际反应为还原反应，待测极为正极，SHE为负极 E电池 = 待测电极- SHE > 0

相反地E电池 < 0

电 极 分 类：

1）第一类电极：金属和该金属离子溶液组成的电极体系，电位由金属离子活度决定

2）第二类电极金属及其难溶盐（或络离子）组成的电极体系，间接反映了与该金属形成难溶盐（或络合离子）的阴离子活度。如：银电极；

如银离子与CN-形成的络合物电极；

3）第三类电极：金属与两种具有共同阴离子的难溶盐或难离解的络离子组成的电极体系。

Ag2C2O4, CaC2O4, Ca2+|Ag

银电极电位可以由下式确定：

4）零电极，利用铂，金等惰性金属材料为电极，指示同时存在于溶液中的氧化态和还原态活度的比值，及用于一些气体参加的电极反应。电极本身不参加电极反应，只作为电子传递电子和传导电流。

Fe3+, Fe2+ | Pt

H+ | H2, Pt

5）膜电极，具有敏感膜且能产生膜电位的电极。膜电位产生于被分隔两边不同成分的溶液，测量体系为：

参比电极1|溶液1|膜|溶液2|参比电极2

不存在直接的电子的传递与转移，膜电位产生于离子在膜与溶液两界面上扩散而产生。

2.2 色谱分析法

色谱法是各种分离技术中效率最高和应用最广的一种方法，是利用样品中共存组分在两相（流动相和固定相）中溶解能力、亲和能力、渗透能力、吸附和解吸能力、迁移速率等分配比的差异而进行分离和分析。

色谱法是利用样品中各种组分在固定相与流动相中受到的作用力不同，在流动相的推动下使被分离的组分与固定相发生反复多次的吸附（或溶解）、解吸（或挥发）过程，这样就使那些在同一固定相上吸附（或分配）系数只有微小差别的组分，在固定相上的移动速度产生了很大的差别，从而达到了各个组分的完全分离，最后按顺序进入检测仪器获得分析。色谱分离的作用力可以是吸附力

（吸附

色谱）、溶解能力（分配色谱）、离子交换能力（离子交换色谱）和渗透能力（凝胶色谱）。在分配色谱中，用于描述某一组分对流动相和固定相的作用力的参数是分配系数。某一组分的分配系数K是指在一定温度下，该组分在固定相和流动相中分配达到平衡时，组分在固定相和流动相中的浓度CS 和CM之比，因此也称为浓度分配比。以K表示如下式：K=CM ∕CS ,式中，CS为每毫升固定相中溶解溶质的量；CM 为1ml毫升流动相中溶解溶质的量。分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因，各种类型的色谱分析都可以类似地定义分配系数。分配系数取决于组分和两相的热力学性质，柱温是影响分配系数的重要参数，分配系数与柱温成反比。目前色谱法已广泛应用于许多领域，成为十分重要的分离分析手段。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。可完成这种分离检测的仪器称为色谱仪。

2.3 光化学分析法

凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光学分析法。从红外到紫外的各种光谱，就是光谱分析所要研究和利用的范围。1802年，英国化学家沃拉斯通发现，在太阳的连续光谱上有许多黑的谱线。1814年，德国物理学家弗朗荷费在重复牛顿和沃拉斯通实验的基础上，改进了实验设备，进一步研究各种灯光(如油灯、酒精灯、蜡烛等)和太阳的光谱，探明太阳连续谱中的黑线是太阳外围大气层吸收太阳辐射的结果。后来约在1858—1859年间，德国化学家本生和物理教授基尔霍夫一起研究了纯元素的光谱，取得了一系列重要成果．他们发现太购太阳内含有很多的金属元素，发现了铷和铯两种元素，他们的重大的成果中，最有价值的是发现每种元索都产生自己特有的谱线，这些谱线都有固定的位置．例如，把含钠、钾等盐类混在一起，放在火焰中燃烧时，通过分光镜观察，可以看到黄、紫、红、蓝等不同颜色的谱线，也就是说，它们在不同的波长处出现谱线。如果只把含钠的盐放在火焰上燃烧，则只在黄色的位置出现谱线；同样地，如果只是单独地把钾盐、成锂盐放在火焰上燃烧，则只在紫色的位置、或红色的位置、位置出现谱线这些有意义的发现，奠定了一种新的化学分析方法——光谱分析法的基础。基尔霍夫和本生被公认为这种新方法的创始人。因此光谱法

是依据物质对电磁辐射的吸收、发射或拉曼散射等作用建立的光学分析法。属于这类方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱射线荧光法、紫外和可见吸收光谱法、红外光谱法、荧光法、磷光法、法、化学发光法、拉曼光谱法、核磁共振波谱法和电子能谱法等。

光学原子光谱是基于原子外层电子能级的跃迁。光谱线的波长是定性分析的基础，光谱线强度是定量分析的依据。以光分析方法定性、定量测定物质中元素的存在和含量，主要有光学光谱、X射线光谱、质谱法。在光学光谱法中，通过所谓的原子化过程，将待测元素转化为气态原子或简单离子，然后测定蒸气中原子的紫外、可见吸收、发射或荧光光谱。在质谱法中，也要将试样原子化，不过气态原子需要进一步转变为正离子，再按照它们的质荷比不同进行分离，最后通过计算被分离的离子获得定量数据。在X射线光谱法中，由于大多数元素的射线光谱在很大程度上与它们在试样中的化学状态无关，故不需要通过原子化，即能直接测定试样的荧光、吸收或发射光谱。

以原子和分子的光谱学为基础建立起来的一大类分析方法称为光谱分析法，即利用待测物质受到光的作用后，产生光信号或光信号的变化，检测和处理这些信号，从而获得待测物质定性和定量信息的分析方法。光谱分析法是现代仪器分析中应用最广泛的一类分析方法，在组分的定量或定性分析中，有的已成为常规的分析方法，在结构分析的四谱（红外光谱、核磁谱13C和1H及质谱）中光谱分析法占了三谱，是结构分析共振的谱和中不可缺少的分析工具。目前，光谱学已经拓宽到物质与其他能量形式间的相互作用。光谱学和光谱方法则涉及用光电子换能器或其他电子仪器测定辐射强度，应用最广的光谱学方法仍是那些以电磁辐射为基础，容易被人们认识的各种能量形式的光和辐射热，射线、而X射线、γ射线以及微波和射频辐射则稍为逊色。

色谱法的基本原理是混合物中各组分在互不相溶的固定相和流动相之间的分配；而每一种形式的色谱分离的物理化学过程可以是不同的。主要包括：气相色谱、薄层色谱、纸色谱、高效液相色谱、离子色谱、超临界流体色谱和高效毛细管电泳等分析方法。

高效液相色谱流程图：

色谱法的流出曲线及有关术语：

1）基线

当色谱柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值

稳定的基线应该是一条水平直线

2）峰高

色谱峰顶点与基线之间的垂直距离 h

3) 保留值

a 死时间tM

不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间为死时间

b 保留时间tR

试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间

c 调整保留时间

tR’=tR-tM

对应于组分在固定相中停留的总时间

d 死体积、保留体积、调整保留体积

e 相对保留值---定性分析

它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定相的性质有关.

4) 色谱峰的区域宽度

组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力学因素. a 标准偏差

b 半峰宽 峰高一半处对应的色谱峰的宽度

c 基线宽度 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距

2.4质谱法：

质谱法（是根据物质带电粒子的质荷比（质量与电荷的比值）在电磁场作用下进行定性、定量和结构分析的方法，它是研究有机化合物结构的有力工具。样品在真空条件下受电子流的“轰击”或强电场的作用，电离成离子，同时发生某些化学键有规律的断裂，生成具有不同质量的带正电荷的离子，这些离子按质荷比m∕z（离子质量与其所带电荷数之比）的大小被分离、收集并记录，形成质谱图，根据质谱图提供的信息可以进行有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。

质谱仪主要性能指标:质量测定范围：能够分析样品的相对原子（分子）质量范围，对gas范围2—100，有机质谱几十到几千。分辨本领：两个相等强度的相邻峰，峰谷不大于其峰高10%时，两峰已经分开。

R = m1/(m2-m1) = m1/⊿ m

分析本领由下面这些因素决定：离子通道半径 加速器和收集器的狭缝宽度离子源。

部 件: 质谱仪主要由高真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器

进样系统，扩散法适用于气体或挥发性液体。直接插入探针法适用于低挥发度样品，对易分解样品，通常使用衍生法转化为稳定化合物后分析。

离子源或电离室，将试样中的原子、分子电离成离子，其性能影响质谱仪的灵敏度和分辨率本领。电子轰击源（Electron Ionization, EI）：电加热La或W，2000℃ 其能量为10-70ev。高速电子与分子发生碰撞，若电子能量大于试样品分子的电离电位，将引致：M+e-(高速)→M ＋. +2e（低速）

M：偶数电子有机化合物 M＋. 带奇数电子的阳离子

能量>70ev时，还发生进一步键的断裂，形成各种低质量碎片的正离子与中性自由基。

质量分离器，将离子室产生的离子按质荷比的大小分开

两种方式扫描：

①固定加速电压，改变磁场强度H。

②固定磁场强度，改变加速电压V。

电扫描分辨率低，只适用于离子能量分散较小的离子源，电子轰击，化学电离。

离子检测器，改变入口狭缝的宽度，可以改变仪器的分辨本领。适用于低加速电压，加速电压>1KV时，将产生二次电子甚至二次离子，使峰形畸变。双接收器，可以检测M1、M2两束离子流，可以同时检测两种成分，以减少系统不稳造成的误差。

系统组成，如图所示：

质谱仪的离子源、质量分析器及检测器必须处于高真空状态，其中离子源真空度达到10-3 -10-5Pa，质量分析器中的真空度达到10-6Pa。若真空度过低，会造成离子源灯丝损坏、分析本底增高、副反应过多使谱图更复杂、干扰离子源的调节、加速电压放电等问题。一般质谱仪都采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵以获得更高的真空度。进样系统的目的是高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低。目前常用的进样装置有：间歇式进样系统、直接探针进样、色谱进样系统、高频电感耦合等离子体进样系统。一般质谱仪都配有前两种进样系统以适应不同的样品需要。间歇式进样系统可用于气体、液体和中等蒸气压的固体样品的进样。通过可拆卸的试样管将少量固体或液体试样引入试样贮存器中，并通过进样系统的低压（通常1.3-0.13Pa）和贮存器的加热装置使试样保持气态，如下图所示。由于进样系统的压强比离子源的压强大，样品离子可通过分子漏隙（图中的小孔）以分子流的形式渗透进高真空的离子源中。

间歇进样系统示意图

对于那些在间歇式进样系统的条件下无法变成气体的固体、热敏性固体及非挥发性液体试样，可用探针将其直接引入到离子源中。探针是一直径为6mm，长25cm的不锈钢杆，其末端有盛放样品的石英毛细管或小黄金坩埚，然后将其插入电离室，探针上的加热丝使其升温挥发，可使电离室中样品的蒸气压达到10-4Pa左右。直接进样法使质谱法的应用范围迅速扩大，使许多少量且复杂的有机化合物、有机金属化合物可以进行有效的分析，如糖、低摩尔质量聚合物等都可以获得质谱。离子源离子源的作用是将欲分析的样品电离，得到带有样品信息的离子。不同样品在离子化时，需要的能量和条件都不同，需要采用不同的离子源。常用的离子源有电子轰击离子源、化学电离源、场电离源、高频火花电离源、激光电离源、光电离源、热离子源、大气压化学电离源等。离子源中得到的离子一般是单电荷离子，有时也有少量的多电荷离子。

在离子源中生成，经加速电压加速后的各种离子在质量分析器中按其质荷比（m\z）的大小进行分离并加以聚焦，从而得到质谱图。质量分析器有单聚焦和双聚焦磁质量分析器、飞行时间分析器、四极滤质器、离子阱分析器、离子回旋共振分析器等。

2.5 仪器联用技术

将两种或两种以上仪器分析方法结合起来的技术称为仪器联用技术。常见的仪器联用技术有气相色谱--质谱、液相色谱--质谱、气相色谱--傅里叶变换红质谱、毛细管电泳--质谱等，其主要问题是解决仪器之间的外光谱、质谱接口及相关信息的获取与贮存问题。早在20世纪60年代就开始了气相色谱--质谱联用技术的研究，并出现了早期的气相色谱--质谱联用仪。在70年代末，已经达到很高的水平，近年来又有长足进展，并且已经相当普及，目前已成为一种重要的分析仪

器。下面以气相色谱质谱联用技术为例，介绍仪器联用技术的发展。

气相色谱--质谱联用仪主要由三部分组成：色谱部分、质谱部分和数据处理系统。气相色谱仪对样品中的各个组分进行分离，起着样品制备的作用。色谱部分和一般的色谱仪基本相同，包括进样系统、柱箱、汽化室和载气系统，但不再安装色谱检测器，而是利用质谱仪作为色谱的检测器。在色谱部分，混合样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。色谱仪常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此色谱仪到质谱仪之间需经过种接口装置-分子分离器，将色谱载气去除，使被测组分进入质谱仪。气相色谱质谱联用中的质谱仪部分可以是磁式质谱仪、四极质谱仪，也可以是飞行时间质谱仪和离子阱。目前使用最多的是四极质谱仪。离子源主要是电子轰击离子源和化学离子源。气相色谱质谱联用中的另外一个组成部分是数据处理系统，现在其主要操作都由计算机控制进行，这些操作包括利用标准样品校准质谱仪，设置色谱和质谱的工作条件，数据的收集和处理以及库检索等。这样，一个混合物样品进入色谱仪中，在合适的色谱条件下，被分离成单一组分并逐一进入质谱仪，经离子源电离得到具有样品信息的离子，再经分析器、检测器即得每个化合物的质谱图和质谱的检索结果等，同时根据色谱图还可以进行定量分析。

气相色谱--质谱联用在分析检测和研究的许多领域中起着越来越重要的作用，特别是在许多有机化合物日常检测工作中成为一种必备的工具。例如石油、食品、化工、环保、药物研究、残留检验、兴奋剂检测等诸多方面，GC-MS联用技术均得到了广泛的应用。

2.6 毛细管电泳

毛细管电泳（capillaey electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳毛细管电泳，是20世纪80年代以来发展最快的分析技术。毛细管电泳是以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，根据离子或荷电粒子的淌度和分配系数的不同，进行高效、快速分离的一种新技术，是经典电泳技术与现代微柱分离相结合的产物。溶液中荷电粒子在电场作用下的泳动现象。

高效毛细管电泳相对于经典的区带电泳具有许多优点：

1）分离操作时间短。分离是在内径很小（10--200μm）的石英毛细管中进行的，毛细管具有良好的散热效能，沿管壁截面的温度梯度小，分布均匀。分析过程中，

在毛细管两端加上高至30kv的电压，分离毛细管的纵向电场强度可达400V∕cm，因而分离操作可以在很短的时间内（一般小于30min，最快可在数秒钟）完成。

2）柱效高。高效毛细管电泳理论塔板数达到每米几十万至几百万，最高可达到107∕m的数量级。

3）可使用在柱检测法，缩短分析时间。

4）检测限可达10-13--10-15mol。使用激光诱导荧光法检测，可达10-19-- 10-21mol。

5）取量少，进样所需的体积可小到1μl，消耗体积在1-50 nl之间，缓冲溶液只需几毫升。由于试剂、溶液用量都很少，又通常使用水溶液，所以操作简便、洁净、环境污染小。

2.7 热分析法

热分析法是依据物质的质量、体积、热导、反应热等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法。热分析法可用于成分分析，但更多地用于热力学、动力学和化学反应机理等方面的研究。热重法、差热分析法以及示差扫描量热法等是主要的热分析方法。

2.8 放射分析法

放射分析法是依据物质的放射性辐射来进行分析的方法。它包括同位素稀释法、中子活化分析法等。

3 分析仪器

3.1 分析仪器的分类

现代分析仪器的种类十分庞杂，应用原理都不近相同，为了方便区分现有仪器类别，根据仪器的工作原理以及应用范围，可将分析仪器分为以下几类：

1）电化学分析仪器：根据氧化还原电极电位鉴别样品的阴、阳离子的形态含量和活度．如电位滴定仪、pH计、极谱仪等。

2）热学式分析仪器：根据热力学平衡原理，测定物质热交换量．如热分析仪等。

3）磁学式分析仪器：利用原子核在磁场作用下产生共振吸收定性、定量鉴定物质的结构组成。如核磁共振波谱仪。

4）光学式分析仪器：利用物质对光吸收的选择性和发射光的特殊性分析物质的结构及组成。如紫外--可见光分光光度计、荧光光度计、火馅光度计及原子吸

收分光光度计等。

5） 射线式分析仪器：根振X射线穿透性的原理，测定物质的结构及组成，如X射线分析仪。

6） 色谱类分折仪器：利用各物质组分在流动相和固定相之间交换、分配、吸附等作用的差异，达到分离鉴定的目的．如薄层色谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪等。

7）电子光学和离子光学式分析仪器：在特定的物理环境中通过对被电离物质荷质比的分析，来鉴定物质的结构组成．如电子探针仪、质谱仪。

8） 物性测定仪器：根据物理特性及方法，检测物质的组成和性质．如温度测定仪、水分测定仪、粘度计、比重仪等。

9）其它专用型和多用型仪器：利用化学测定方法，通过仪器完成各阶段的测定步骤。如蛋白质含量测定仪、脂肪含量测定仪、流动注射仪。

从分析仪器功能来看，一是为了确定物质中的结构与组成；二是利用相关技术对物质中各组成实行分离(如色谱技术)．有的兼有两种功能，对一些复杂的物质分析常需要多种技术相结合．如色谱—质谱联机、色谱--红外联机、毛细管电泳--质谱联机。

3.2 分析仪器的组成

分析仪器的作用是把通常不能被人直接检测和理解的信号转变成可以被人检测和理解的形式，是被研究体系向分析工作者提供准确、可靠信息的一种装置或设备。不同的分析仪器，不管它们的复杂程度如何，一般都含有四个基本组件：信号发生器、输入换能器或检测器、信号处理器和输出换能器。如图所示：

检测器是将某种类型的信号转变为可测定信号的装置，如光电倍增管（将光信号变换成便于测定的电流信号，热电偶可以把辐射热信号转变为电压，离子选择性膜电极则将离子的活度转换为电位信号等。通常是将微弱的电信号通过电子线路加以放大、微分、积分或指数增加，使之便于读出或记录

信号处理器（读出器件）将信号处理器放大的信号显示出来，它可以（是表针、记录仪、打印机、数显、示波器或计算机显示器。较高档的仪器通常装备有功能较齐全的全程工作站，通过多媒体软件，对整个分析过程进行程序，自动化程度较高。

3.3 分析仪器的主要性能参数

1）精密度：精密度是指平行测定数据间相互吻合的程度，它是表征随机误差大小的物理量。按照国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的有关规定，精密度通常用相对标准偏差（RSD）来度量：

相对标准偏差与浓度有关，浓度低时相对标准偏差大，浓度高时相对标准偏差小。

2）灵敏度：仪器或方法的灵敏度是指被测组分在低浓度区，当浓度改变一个单位时所引起测定信号的改变量。灵敏度受两个因素限制：校正曲线的斜率和测量设备的重现性或精密度。在相同精密度的两个方法中，校正曲线斜率较大的方法较灵敏，两种方法校正曲线的斜率相等时，精密度好的灵敏度高。根据IUPAC的规定，灵敏度的定量定义是校正灵敏度，它是指在测定浓度范围中校正曲线的斜率。各种方法的灵敏度可以通过测量一系列的标准溶液来求得，用下式表示：

式中，S是测定信号；c是分析物的浓度；Sbl 是空白时仪器的信号，即直线在 y轴上的截距；m是直线的斜率。当有这种校正曲线时，校正灵敏度与浓度 c无关，而等于m。校正灵敏度是一种性能指标，并不能作为单个测定时的精密度。

3）线性范围：是指从定量测定的最低 浓度扩展到校正曲线偏离线性浓度的范围。在实际应用中，分析方法的线性范围至少应有两个数量级，有些方法的线

性范围可达5-6个数量级。线性范围越宽，样品测定的浓度适用性越强。

4）选择性与准确度：选择性是指该方法不受试样基体所含的其他物质干扰的程度。。

5）检出限：是指能以适当的置信度被检出的组分的最低浓度或最小质量，它是由最小检测信号值推导出的。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。

20世纪70年代以来，计算机科学、微电子学、生物化学的最新成就，利用物质一切可以利用的光、电、热、声、磁等性质建立了表征物质组成、结构、表面和微区特性，价态和形态特征的新方法和新技术，开拓了一系列分析科学分析科学新领域。当代21世纪是能源科学、材料科学、生命科学、环境科学和信息科学发展的时代，而解决这些问题的关键手段之一是分析化学，特别是分析化学中的仪器分析。通过本课程的教学，基本掌握常见仪器分析的各类方法，其内容涵盖光、电、色、质、及某些新技术的应用，要求对这些方法的基本原理、仪器设备及基本结构、方法特点及应用能较深入地理解和掌握，初步具有根据分析对象选择合适的分析方法及解决相应问题的能力。总之,随着现代科学技术的迅猛发展,现代仪器分析方法已综合采用了多种学科的最新原理和技术成就。了解这些可从更深广的层面上理解现代仪器分析方法,以便将来从研究原子、分子信息的探测和识别规律上获得飞跃和发展。

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