作者：赵世芬、闫冬良 主编
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
仪器分析技术试读：
前言
本教材是高等职业教育药学专业“十二五”规划教材之一，以就业为导向、以能力为本位、以岗位需求为原则编写，以培养技能应用型人才为目标编写。主要供高职高专药学、医学检验技术和卫生检验技术等专业的师生使用。
为了充分体现高等卫生职业教育的特色，在选择教材内容时，以应用为目的，以必需和够用为度，把握教材的深度和广度，注重内容的针对性、适用性以及实用性，突出基础理论知识的应用和实践能力的培养，贴近学生、贴近岗位、贴近社会；在确定编写体例时，增加了“重点知识”“知识拓展”和“课堂互动”3个板块以及各种常用分析仪器的彩色插图，既突出了教材主体内容又拓展了知识、增强了教材的直观性，同时提高了学生的参与程度；在撰写文字时，注意言简意赅、通俗易懂，符合高职学生的认知程度。
全书共十三章，主要内容有：仪器分析概论、电化学分析法、光学分析法概论、紫外-可见分光光度法、红外分光光度法、荧光分析法、原子吸收分光光度法、色谱分析法概论、液相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法和核磁共振波谱法以及15个相关实验。在编写中，主要突出以下特点。
1.为突出教材内容的针对性和适用性，主体内容是药学和医学检验技术等专业学生就业工作岗位所需的基本理论、基本知识和基本技能，“知识拓展”则是与之相关的理论和技术，如发展史、相关原理、新技术或实例等，体现了编写原则。
2.为突出教材内容的实用性，每种仪器分析方法在简介基本原理之后，还介绍了此方法所用仪器的基本结构、操作步骤和应用与实例，培养学生基础理论知识的应用能力。
3.为突出对学生岗位能力和实践能力的培养，在十三章后附有15个相关实验的实践指导，其中13个实验是药学和医学检验技术等专业学生就业工作岗位具体完成的工作任务，教师可根据各院校的实际情况进行选做。并在每章教学内容后撰写了与之配套的习题，供教学时边学边练。
本书由赵世芬、闫冬良主编，赵世芬统稿和定稿，闫冬良审稿。其中第一、第七、第十二章由赵世芬编写，第二章由孙李娜和赵世芬编写，第三章和第九章由黄月君编写，第四章由马纪伟编写，第五章和第六章由闫冬良编写，第八章由廖禹东和赵世芬编写，第十章和第十一章由廖禹东和闫冬良编写，第十三章由鲍羽和马纪伟编写。仪器分析技术实践指导由苏冬梅编写。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏，恳请专家和读者批评与指正。编者2015年9月第一章仪器分析概论重点知识
仪器分析及其任务；仪器分析特点；仪器分析分类。
20世纪40年代以后，既由于生产和科学技术发展的需要，又由于物理学、电子学及半导体、原子能工业的发展，分析化学发生了革命性的变革，从传统的化学分析发展为仪器分析。20世纪70年代以后，随着生命科学、材料科学、环境科学、能源科学和医疗卫生等领域的发展，由于生物学、信息科学和计算机技术的引入，使仪器分析进入了一个崭新的境界，向着更高的灵敏度和准确度方向发展，向着更好的选择性和分离手段方向发展，向着更完善可信的形态分析和更小的样品量要求方向发展，向着原位、活体内和实时分析方向发展，向着分析仪器自动化、数字化、智能化及仿生化方向发展。总之，现代科学技术的飞速发展，相邻学科之间的相互渗透，使仪器分析正在成为在化学、生物学、物理学、数学、计算机科学、精密仪器制造科学等学科基础上的多学科交叉结合的学科。第一节 仪器分析的任务和作用一、仪器分析的任务
仪器分析（instrumental analysis）是利用物质的物理或物理化学性质采用特殊仪器进行分析的方法，属于分析科学，是多学科、多技术的交叉与综合的科学，是化学学科的重要组成部分，是研究物质化学组成重要的分析技术。知识拓展技术仪器分析发展变革中，理论的建立起着指导作用，要转化为方法，需要特定的仪器、设备和试剂，而制作和使用仪器或设备，正是通常所说的技术。即仪器分析理论和方法的相互作用，需要中介和桥梁，这就是技术。例如，早在17世纪的牛顿时期，就已初步形成光谱学原理，到18世纪已经发展成熟，利用光谱线特征进行物质鉴定的思想也早已有人提出，但是，直到19世纪中期，才实现了光谱分析。其原因在于，直到这时，才应用光谱学原理制作出了可用于分析的光谱仪。因此，技术是实现和实施方法的保证，仪器分析方法尤其如此，本教材重点突出仪器使用和应用的分析技术。
仪器分析依据物质的物理性质或物理化学性质，利用物理学、化学、数学等的原理和方法，运用分析仪器技术（硬件）和分析测试技术（软件），完成鉴定物质的化学组成、测定物质中各组分的相对含量以及确定物质的化学结构三项任务。二、仪器分析的作用
仪器分析是在处理和解决实际问题中发挥重要作用的分析技术，具有其他技术不可替代的作用。它不仅对化学学科的发展起着重要作用，而且在国民经济建设、科学研究及医药卫生事业的发展中也发挥着重要的作用。
在国民经济建设中，各行各业利用仪器分析技术进行样品的分析。例如，在地质勘探中，矿样的分析；在工业生产中，从原料的分析，半成品和成品的检验，到新产品的研制，工艺技术的改进和革新；在农业生产中，土壤成分、化肥、农药及农作物生长的研究和分析等，都需用仪器分析工作者提供的分析结果进行工作。因此，各个领域均需要仪器分析的知识和技术，仪器分析技术测试是科技与生产的眼睛，是衡量一个国家经济与科技发展的标志。
科学研究领域更需要仪器分析的方法和技术，无论是化学学科本身的发展，还是其他学科的发展，均需要仪器分析技术的支持。同样，其他学科的发展也促进了仪器分析技术的发展。
在医药卫生事业中，药品检验、新药研究，临床医学检验、临床生化检验，食品卫生检验、食品营养成分分析、食品添加剂分析及有毒成分分析，环境保护中，对水质和大气的监测，“三废”（废水、废气、废渣）的处理和综合利用都需要运用仪器分析的知识和技术。
仪器分析技术是药学和医学检验技术专业学生的专业必修课。通过学习本课程，使学习者掌握仪器分析的基本理论、基本知识和基本技能，逐步树立正确的“量”的概念，培养和形成良好的职业素质和服务态度，为学习专业课程和职业技能奠定良好的基础。第二节 仪器分析特点和方法分类一、仪器分析特点
仪器分析随着科学技术的迅猛发展而快速发展，应用日益广泛，它具有如下特点。
1.测定灵敏度和精密度高
灵敏度是指被测组分浓度或含量改变一个单位所引起的测量信号的变化。若考虑分析时存在噪声等因素，灵敏度实际上就是被测组分-8-9的最低检出限。仪器分析技术检验结果的质量分数可达10或10数量级，测定的灵敏度高，适用于分析微量组分或痕量组分。
精密度是指在一定的条件下对同一试样进行多次平行测定时，所得测定结果之间的符合程度。它表明检验结果的重现性，用偏差表示。仪器分析技术需用精密或较精密的仪器对被测组分进行多次平行测定，检验结果的重复性好，偏差小，测定的精密度高。
2.操作简单，测定自动化程度高
随着计算机技术、电子技术、传感技术和信息技术等现代科技不断发展，分析仪器将测定的被测组分的物理或物理化学参数转换成电信号，再与计算机和自动控制装置相连，使仪器的自动化、程序化和智能化程度越来越高，操作越来越简单，实现了遥测和遥控，可做即时、在线分析，从而可以控制生产过程和自动监测环境等。
3.选择性高，测定速度快
仪器分析技术可用于复杂组分的样品分析，例如，用离子选择性电极可测混合物中指定离子的浓度，无需分离，它的测定速度也越来越快，利用自动进样器，每小时可测定240个血清样品，并同时测出每个样品中钾、钠、钙的含量和pH值。又例如，发射光谱分析法在-91min内可同时测定水中48个元素，测定灵敏度可达10g级。
4.取样量少，可进行无损分析
随着科学技术的飞速发展，分析仪器的取样量越来越少，有些仪-2-8器的进样量，只需数微升。通常仪器分析技术试样量在10～10g或-1-4更少，而化学分析需用10～10g。仪器分析技术有时可在不破坏试样的情况下进行测定，有的方法试样可回收，有的方法能进行表面分析或微区分析。
5.在低浓度下测定的准确度高
准确度是指测量值与真实值接近的程度。它表明测量值的可靠程度，用误差表示。仪器分析技术测定结果的相对误差通常在百分之几左右，如果测量的是微量组分和痕量组分，测定结果的绝对误差小准确度高，如果测量的是常量组分，测定结果的绝对误差大准确度低。
6.大型仪器结构复杂，价格昂贵
随着电子技术、计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善，各种自动检测、自动控制功能的增加，使大型化、自动化分析仪器结构更加紧凑和复杂，价格比较昂贵。
7.工作环境要求高，使用者素质要求高
分析仪器的高精密度、分辨率、自动化和智能化，以及其中某些关键器件的特殊性质，决定了它对工作环境要求高。分析工作者要有良好的职业道德，掌握各种分析仪器的基本原理、基本结构、性能用途、操作方法和日常维护以及分析检验结果的数据处理，并应具备一定的电子电工学基础和英语基础等。
此外，试样进入仪器前，一般需要用化学分析方法对试样进行处理、杂质的分离及方法准确度的验证。因此，化学分析与仪器分析是相辅相成的两种分析方法，它们互相配合缺一不可。二、仪器分析方法分类
1.按分析任务不同分类
仪器分析按分析任务不同分为定性分析法、定量分析法和结构分析法，它们的任务分别是鉴定物质的化学组成、测定物质中各组分的相对含量和确定物质的化学结构。
2.按分析原理不同分类
仪器分析按分析原理不同主要分为电化学分析法、光学分析法、色谱分析法和质谱法。具体分类见表1-1。表1-1 仪器分析方法分类（赵世芬）习题一、填空题
1.仪器分析是利用物质的________或________性质采用________进行分析的方法。
2.仪器分析按分析任务不同分为________、________和________，它们的任务分别是________、________以及________。
3.仪器分析的主要特点有________、________、________、________、________、________、________。
4.仪器分析按分析原理不同主要分为________、________、________和________。二、单项选择题
1.下列哪一项不是仪器分析的特点？（ ）
A.灵敏度高
B.精密度高
C.准确度高
D.样品用量少
E.分析速度快
2.仪器分析按分析原理不同主要分为4种方法，但是不包括（ ）。
A.电化学分析法
B.光学分析法
C.色谱分析法
D.核磁共振波谱法
E.质谱法三、简答题
1.仪器分析的任务是什么？
2.仪器分析的特点有哪些？
3.仪器分析方法如何分类？分别有哪些方法？第二章电化学分析法6重点知识
原电池的构成；标准状态；能斯特方程式；指示电极；参比电极；离子选择性电极；甘汞电极、银-氯化银电极和pH玻璃电极的构造、电极电位和使用注意事项；直接电位法测定溶液pH值的原理；酸度计的结构和使用注意事项；电位滴定法；永停滴定法定义和分类；可逆电对；不可逆电对。
电化学分析法（electrochemical analysis）又称电分析化学法，它是应用电化学原理和实验技术建立起来的一类分析方法。1922年海洛夫斯基（J.Heyrovsky）创立了极谱分析学，为电化学分析法的发展奠定了基础。电化学分析法与其他仪器分析技术相比，具有如下独特的优点。
1.测定范围广-8-3
电化学分析法通常可以测定10～10mol/L浓度范围的物质；也++-可以快速测定含量较高的物质。例如，血液中的K、Na、Cl等离子浓度；还可以快速测定痕量组分，如血液中药物代谢产物。
2.取样量少，可进行无损分析
电化学分析法测量时，试样用量少，体积可小至微升，甚至是-1510L。微升级的试样用量结合低检出限的分析方法，可以分析-1810mol的物质。还可以进行在线分析，例如将微型电化学传感器内置于人体的血管中，直接监测血流中pH值和pO值的变化。2
3.操作简单快速，测定自动化程度高
在其他仪器分析技术测量中，需要将分析信号转换成电信号，而电化学分析法可以直接测量电信号，测定简单快速，仪器便于自动化。
根据测量方法的不同，电化学分析法可分为四大类：一是电位分析法，包括直接电位法和电位滴定法等；二是电导法，包括电导分析法和电导滴定法等；三是伏安分析法，包括极谱法、溶出法和永停滴定法等；四是电量分析法，包括电重量法、库仑法和库仑滴定法等。其中，直接电位法、电位滴定法和永停滴定法在药学和医学检验技术专业中应用较多。
电位分析法是通过测量原电池的电动势求得待测组分含量的分析方法。测定时，将待测物质制备成溶液，与参比电极和指示电极组成原电池，测量原电池电动势，由于原电池电动势和溶液中待测离子活度（或浓度）之间符合能斯特方程式，通过计算求出待测离子活度（或浓度），从而求得待测物质的含量。
永停滴定法是将两个铂电极插入待测溶液中组成电解池，根据滴定过程中两个铂电极之间电流变化确定滴定终点的电流滴定法。第一节 基本原理
化学电池是一种电化学反应器，由两个电极、电解质溶液和外电路三部分组成。电化学反应是氧化还原反应，发生在电极和电解质溶液界面间。化学电池分为原电池和电解池。将化学能转变为电能的装置称为原电池，即电极反应能够自发进行；将电能转变为化学能的装置，称为电解池，即电极反应不能自发进行，只有在两极上施加一定的外加电压，电极反应才会发生。一、原电池与电极电位（一）原电池的构成
将锌片插入硫酸锌溶液中构成锌电极，将铜片插入硫酸铜溶液中构成铜电极，用盐桥连接两种溶液，构成了铜-锌原电池。用导线连接锌片和铜片，并在导线中间串联一个检流计，检流计指针发生偏转，如图2-1所示，说明导线间有电流通过。图2-1 铜-锌原电池装置示意图
图2-1所示的装置中，锌电极发生氧化反应，称为电极反应或半电池反应，是原电池的负极。
铜电极发生氧化反应，也称为电极反应或半电池反应，是原电池的正极。
电子沿导线由锌片定向转移到铜片，产生了电流，整个铜-锌原电池发生了氧化还原反应，称为原电池反应。
因此，铜-锌原电池由锌电极和铜电极组成，其原电池反应由锌电极反应和铜电极反应组成，电极通常也称电对或半电池。
课堂互动
原电池由什么构成？发生什么化学反应？（二）原电池的表示方法
原电池常用原电池符号表示，如铜-锌原电池可表示为：2+2+（-）Zn|Zn（c）‖Cu（c）|Cu（+）12
习惯上把负极写在左边，用“（-）”表示；正极写在右边，用“（+）”表示。“|”表示电极和溶液接触界面，“‖”表示盐桥；当同溶液中存在多种组分时，用“，”隔开。c、c表示溶液的浓度（严12格为活度）。如有气体，则应注明温度和分压，若不注明，默认为是5298.15K（25℃）及1.013×10Pa（即1个标准大气压）。
课堂互动
试将下列化学反应设计成原电池，并写出电极反应和原电池符号。（三）原电池的电动势
铜-锌原电池中有电流产生，表明构成原电池的两个电极之间存在电位差。用φ表示正极的电极电位，φ表示负极的电极电（+）（-）位，两个电极之间的电极电位差，称为原电池的电动势，用E表示，则：E=φ-φ（2-1）（+）（-）
金属与溶液之间产生的稳定电位称为电极电位，用符号表2+示。例如，铜-锌原电池中锌片和Zn溶液构成1个电极，电极电位用2+表示；铜片和Cu溶液构成1个电极，电极电位用表示。由金属活动顺序表可知，铜-锌原电池的铜电极为正极，锌电极为负极，原电池的电动势为。
电极电位的大小主要取决于电极的本性，温度、介质和其他离子活度（或浓度）等外界因素对电极电位也有影响。目前，无法测定单个电极的电极电位绝对值，因此，须选1个电极作为比较的标准，其他电极与之比较，从而求得各个电极的相对电极电位。按照IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）的建议，国际上统一用标准氢电极作为测量各电极的电极电位的标准。在标准状态下，将某电极与标准氢电极组成原电池，测定其原电池电动势，根据公式（2-1），求得该电极的电极电位，此电极电位称为该电极的标准电极电位。所谓标准状态，是指规定条件下的状态，即温度为298.15K，组成电极的相关离子活度（或浓度）均为1mol/L，气体的分压为1.013×510Pa（用符号表示），固体和液体的纯物质活度（或浓度）为1。
标准电极电位用符号表示。IUPAC规定，在298.15K时，标准氢电极的电极电位为零，即。2知识拓展测定锌电极的标准电极电位测定锌电极的标准电极电位时，在标准状态下将锌电极与标准氢电极组成原电池，由金属活动顺序表可知，锌电极为负极，标准氢电极为正极，原电池符号表示如下：2++5（-）Zn|Zn（1mol/L）‖H（1mol/L），H（1.013×10Pa）|2Pt（+）测得原电池电动势E为0.763V。据公式（2-1）
各电极的标准电极电位可查阅化学手册，本书附录2列出了常见电极在水溶液中的标准电极电位。（四）电极电位
标准电极电位是在标准状态下测定的，如果条件（主要是离子浓度和温度）改变时，电极电位也发生改变，可用能斯特（Nernst）方程式计算其电极电位。
对于电极反应，则有：
式（2-2）中φ为电极的电极电位；为电极的标准电极Ox/Red电位；R为气体常数［8.314J/（mol·K）］；T为热力学温度［T=（t+273.15）K］；n为电极反应中得失电子数；F为法拉第常数（9.6484×10C/mol）；a为氧化型反应一方各物质活度（或浓度）幂的乘积；Oxa为还原型反应一方各物质活度（或浓度）幂的乘积。活度（或浓Red度）的幂指数为它们各自在电极反应中的化学计量数。固体和液体的纯物质活度（或浓度）为1；气体物质，以气体分压与标准压力的比值代入相应的活度（或浓度）项进行计算。
当温度为298.15K时，将自然对数换成常用对数，各常数代入式（2-2），能斯特方程式可简化为：
课堂互动2+
已知，在298.15K时，试计算Zn浓度为0.00100mol/L时锌电极的电极电位。二、参比电极和指示电极
电位分析法使用的化学电池是原电池，由两种性能不同的电极组成，其中电极电位已知并恒定的电极，称为参比电极，即电极电位不受溶液中待测离子活度（或浓度）的影响；电极电位随溶液中待测离子活度（或浓度）的变化而变化的电极，称为指示电极。（一）参比电极
对参比电极的要求是：①电极电位已知并稳定；②可逆性好；③重现性好；④装置简单，方便耐用。
最精确的参比电极是标准氢电极，也是最早使用的参比电极，其他电极的电极电位是与标准氢电极比较后确定的，故将标准氢电极称为一级参比电极，其他参比电极称为二级参比电极。因标准氢电极制作和使用均不方便，故实际测量中很少用。常用的参比电极有甘汞电极和银-氯化银电极。
1.甘汞电极
甘汞电极（calomel electrode）由金属汞、甘汞（HgCl）和KCl22溶液组成，结构如图2-2所示。它的半电池符号是：图2-2 甘汞电极结构示意图Hg，HgCl（s）|KCl（xmol/L）22
电极反应为：
在298.15K时，其电极电位为：-
由式（2-4）可知，甘汞电极的电极电位取决于溶液中Cl活度，-当Cl活度恒定时，甘汞电极的电极电位是定值。298.15K时，三种不同浓度KCl溶液，甘汞电极的电极电位见表2-1。表2-1 甘汞电极的电极电位
在电位分析法中最为常用的是饱和甘汞电极（英文缩写为SCE），其构造简单，电极电位稳定，保存和使用方便。
2.银-氯化银电极
银-氯化银电极（silver/silver chloride electrode）英文缩写为SSE，由金属银、氯化银和KCl溶液组成，结构如图2-3所示。它的半电池符号是：图2-3 银-氯化银电极结构示意图Ag，AgCl（s）|KCl（xmol/L）电极反应为：在298.15K时，其电极电位为：-
由式（2-5）可知，银-氯化银电极的电极电位取决于溶液中Cl活-度，当Cl活度恒定时，银-氯化银电极的电极电位是定值。298.15K时，三种不同浓度KCl溶液，银-氯化银电极的电极电位见表2-2。表2-2 银-氯化银电极的电极电位
银-氯化银电极结构简单，可制成很小的体积，所以常作为玻璃电极和其他离子选择性电极的内参比电极。
课堂互动
请你比较一下，当甘汞电极和银-氯化银电极中的KCl溶液活度相同时，其电极电位是否相同。（二）指示电极
指示电极应符合以下要求：①电极电位与有关离子活度间的关系符合能斯特方程式；②响应快，重现性好；③结构简单，使用方便。指示电极的种类很多，主要包括金属基电极和离子选择性电极。
1.金属基电极
金属基电极（metallic electrode）是一类基于电子交换反应（即氧化还原反应）的电极，常用的有三类。（1）第一类电极 第一类电极也称活性金属电极或金属-金属离子电极，它是由金属插入该金属离子溶液中构成的电极。例如，银电n+极、锌电极和铜电极。第一类电极的电极符号为M|M，电极反应为：在298.15K时，其电极电位为：n+由式（2-6）可知，第一类电极的电极电位取决于溶液中M活度，故可用第一类电极测定金属离子活度。（2）第二类电极 第二类电极也称金属-金属难溶盐电极，它是由金属、该金属难溶盐及该难溶盐阴离子溶液构成的电极，例如，甘m-汞电极和银-氯化银电极。第二类电极的电极符号为M，MX|X，mn其电极电位取决于溶液中难溶盐阴离子的活度，故可用第二类电极测定难溶盐阴离子活度。（3）零类电极 零类电极也称惰性金属电极，它是由惰性金属插入有可溶性氧化态和还原态电对的溶液中构成的电极。例如，Pt|3+2+m+（m-n）+Fe，Fe电极。零类电极的电极符号为Pt|M，M，电极反应为：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]