现代仪器分析
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spContent=随着人类社会的进步和科技的发展,各门学科不断交叉、渗透,各种现代仪器分析方法与技术为化学化工、生命科学、材料科学、食品科学和环境科学等各个科技领域的研究与发展提供了有力的手段与重要的信息,现代仪器分析已成为理、工、农林、生命科学、食品科学、环境科学等专业学生的一门重要的核心课程。
—— 课程团队
课程概述

本课程可适用于化学、化工、材料、生物类、食品质量与安全、食品科学、食品卫生与营养学、植物保护、环境工程、农业资源与环境等相关专业学生的要求。主要讲授光学分析法、分离分析法、质谱分析法及电化学分析法,是以物质的物理性质和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法,利用较特殊的仪器,对物质进行定性分析、定量分析、结构分析和形态分析。

授课目标
掌握常用仪器分析方法的基本原理、特点及简单应用,熟悉几种常见仪器的基本构造和使用方法,理解各仪器分析方法的分析过程,了解当今世界各类分析仪器、分析方法及发展趋势,为学生后续专业课的学习奠定基础,也为他们将来的生产实习、毕业实习、学习深造及就业技能提供必备素质和专项技能。
课程大纲

                                   现代仪器分析

Modern Instrumental Analysis

(学时: 32

 

一、课程简介

本课程可适用于化学、化工、材料、生物类、食品质量与安全、食品科学、食品卫生与营养学、植物保护、环境工程、农业资源与环境等相关专业学生的要求。课程共32学时,2.0学分,为科类基础课或专业选修课。主要讲授光学分析法、分离分析法、质谱分析法及电化学分析法,是以物质的物理性质和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法,利用较特殊的仪器,对物质进行定性分析、定量分析、结构分析和形态分析。

二、课程目标和要求

《现代仪器分析》是根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量的现代分析技术。近年来,越来越多的现代仪器分析新技术、新方法被应用到理、工、农林、生命科学、食品科学等各个领域,《现代仪器分析》也成为理、工、农林、生命科学、食品科学等专业学生的一门重要的核心课程。通过本课程的学习,要求学生掌握常用仪器分析方法的基本原理、特点及简单应用,熟悉几种常见仪器的基本构造和使用方法,理解各仪器分析方法的应用对象及分析过程,了解当今世界各类分析仪器、分析方法及发展趋势,为学生后续专业课的学习奠定基础,也为他们将来的生产实习、毕业实习及就业技能提供必备素质和专项技能。

、与相关课程的联系和分工

    现代仪器分析是在化学分析基础上发展起来的一类分析方法,化学分析是比较经典的基本分析方法,有了这个坚实的基础,才能够进一步学习和掌握现代仪器分析的各种分析方法和操作技术。所以,在学习本课程之前,学生必须具有化学分析的基础知识或包含有化学分析的先修课程,如:普通化学、化学导论,等。现代仪器分析是理、工、农林、生命科学、食品科学等学科进行科学研究的重要手段,学好本课程将使理、工、农林、生命科学、食品科学等专业学生更好地理解和掌握后续的专业课。

四、教学方法和考核形式

(一)教学方法

以授课视频为主要教学材料,同时参考其他仪器分析教材,组织教学内容;以课程在线形式为主要教学手段;以线上自学、线上作业(课程测验)、线上考试相结合作为教学方式。

(二)考核形式

课程成绩由线上成绩综合评定而成。线上成绩由视频观看、课程测验及考试等部分组成,各部分比重为:视频观看40%,课程测验40%,考试20%

五、教学内容和学时分配

             

              学时分配表

章目

学时

第一章   绪   论

2

第二章   光谱分析法导论

1

第三章   原子吸收光谱法

3

第四章   原子发射光谱法

3

第五章   紫外-可见吸收光谱法

3

第六章   红外吸收光谱法

3

第七章   色谱分析法导论

3

第八章   气相色谱法

3

第九章   高效液相色谱法

3

第十章   电化学分析法

2

第十一章 原子质谱法

3

第十二章 分子质谱法

3

合计

32

 

第一章  绪论(2学时)

1. 目的要求:通过本章的教学,使学生初步了解仪器分析的产生、特点、发展、类型及其性能指标,了解现代仪器分析方法的发展趋势及其在科学研究中的应用,了解仪器分析试样的前处理过程。

2. 重点难点:(重点)现代仪器分析的特点、类型、性能指标及仪器分析试样的前处理过程

(难点)仪器分析方法的主要评价指标仪器分析试样的前处理过程

3. 要点

第一节  分析化学发展和仪器分析的地位

(1) 经典分析化学

(2) 仪器分析的产生

(3) 仪器分析的特点

(4) 分析化学向分析科学发展

(5) 仪器分析的发展趋势

(6) 分析化学发展中的创新成就

第二节  仪器分析方法的类型

(1) 光学分析法

(2) 电分析化学法

(3) 分离分析法

(4) 其他仪器分析方法

第三节  分析仪器

(1) 分析仪器的类型

(2) 分析仪器的性能指标

第四节  仪器分析试样的处理

(1) 试样的采集及制备

(2) 试样的提取及消解

(3) 试样的纯化

(4) 试样的浓缩与衍生

第二章  光谱分析法导论(1学时

1. 目的要求:通过本章的教学,使学生了解电磁辐射的性质和光学分析法的涵义掌握光谱产生的一般机理及光的吸收定律,了解光谱分析法的类型及光谱仪器的一般构成。

2. 重点难点:(重点)电磁辐射的性质、电磁辐射与物质的相互作用及光谱仪器基本结构

(难点)电磁辐射与物质的相互作用

3. 要点

第一节  电磁辐射的性质

(1) 电磁辐射的性质的波动性

(2) 电磁辐射的微粒性

(3) 电磁波谱

(4) 电磁辐射与物质的相互作用

第二节  光学分析法

(1) 非光谱法

(2) 光谱法

第三节  光谱分析仪器

(1) 光谱分析仪器原理和基本结构

(2) 光源系统

(3) 波长选择系统

(4) 试样引入系统

(5) 检测系统

(6) 信号处理和读出系统

第三章  原子吸收光谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章的教学,使学生掌握原子吸收光谱分析法的基本原理,理解原子吸收光谱仪的仪器组成及各部件的功能,了解原子吸收光谱分析中的各种干扰及其消除技术。

2. 重点难点:(重点)原子吸收光谱分析法的基本原理及原子吸收分光光度计

(难点)原子吸收光谱分析中的各种干扰及其消除技术

3. 要点

第一节  原子吸收光谱法

(1) 原子吸收光谱的产生

(2) 原子吸收谱线的轮廓

(3) 积分吸收与峰值吸收

(4) 原子吸收光谱法的特点

第二节  原子吸收分光光度计

(1) 仪器结构与工作原理

(2) 原子化系统

(3) 原子吸收分光光度计的性能指标

第三节  干扰及其消除

(1) 物理干扰及其消除方法

(2) 化学干扰及其消除方法

(3) 电离干扰及其消除方法

(4) 光谱干扰及其消除方法

(5) 背景的吸收与校正

第四节  原子吸收光谱法分析

(1) 仪器操作条件的选择

(2) 火焰原子化法最佳条件选择

(3) 石墨炉原子化法最佳条件选择

(4) 原子吸收光谱定量分析方法

第四章  原子发射光谱法(3学时)

1. 目的要求:掌握原子发射光谱分析基本原理了解光谱仪的原理、类型熟悉等离子体发射光谱仪的各部分组成和作用掌握原子发射光谱的定性、定量方法及其应用。 

2. 重点难点:(重点)原子发射光谱的产生原子发射光谱的基本原理、谱线强度及其影响因素、原子发射光谱仪器、光谱分析方法

(难点)干扰及消除方法

3. 要点

第一节   

第二节  基本原理

(1) 原子发射光谱的产生

(2) 原子能级与能级图

(3) 谱线强度

(4) 谱线的自吸与自蚀

第三节  原子发射光谱仪器

(1) 光源

(2) 试样引入激发光源方式

(3) 试样的蒸发与光谱的激发

(4) 分光仪

(5) 检测器

(6) 光谱仪类型

第四节  干扰及消除方法

(1) 光谱干扰

(2) 非光谱干扰

第五节  光谱分析方法

(1) 光谱定性分析

(2) 光谱半定量分析

(3) 光谱定量分析

第五章  紫外-可见吸收光谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章的教学,使学生了解紫外-可见吸收光谱的产生及影响因素,掌握紫外-可见分光光度计分类、组成、结构,掌握紫外-可见吸收光谱分析法定性、定量分析方法及其应用

2. 重点难点:(重点)紫外-可见吸收光谱的产生及影响因素、紫外-可见分光光度计的组成及各部件功能

(难点)紫外-可见吸收光谱分析法定性、定量分析方法及其应用

3. 要点

第一节  紫外-可见吸收光谱

(1) 有机化合物的紫外-可见吸收光谱

(2) 无机化合物的紫外-可见吸收光谱

(3) 常用术语

(4) 影响紫外-可见吸收光谱的因素

第二节  紫外-可见分光光度计

(1) 仪器的基本构造

(2) 仪器类型

  紫外-可见吸收光谱法的应用

(1) 定性分析

(2) 结构分析

(3) 定量分析

第六章  红外吸收光谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章的教学,使学生掌握红外吸收光谱的基本原理及红外吸收的必要条件,了解红外吸收光谱的影响因素,熟悉主要有机化合物在特征区和指纹区的特征吸收带,熟悉红外光谱仪的基本结构,熟悉红外光谱法中的试样制备以及应用。

2. 重点难点:(重点)红外吸收光谱的基本原理、红外吸收的必要条件、红外吸收光谱仪及红外吸收光谱的影响因素

(难点)主要有机化合物在特征区和指纹区的特征吸收带

3. 要点

第一节   

(1) 红外光区的划分及应用

(2) 红外吸收光谱的特点

(3) 红外吸收光谱图的表示方法

第二节  基本原理

(1) 产生红外吸收的条件

(2) 双原子分子的振动

(3) 多原子分子的振动

(4) 基团频率和特征吸收峰

(5) 吸收谱带的强度

(6) 影响基团频率的因素

第三节  红外光谱仪

(1) 色散型红外分光光度计

(2) 傅里叶变换红外光谱仪

第四节  红外光谱法中的试样制备

(1) 对试样的要求

(2) 制样的方法

第五节  红外光谱法的应用

(1) 定性分析

(2) 定量分析

第七章  色谱法导论(3学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生了解色谱法的分类、色谱流出曲线、色谱法基础知识、基本概念和有关术语,理解分离度的含义,了解色谱法的动力学基础理论,掌握色谱基本的定性和定量分析方法

2. 重点难点:(重点)色谱法的分类、色谱流出曲线、色谱法基础知识、色谱法基本概念、色谱法有关术语和分离度

(难点)色谱法的动力学基础理论、色谱基本的定性和定量分析方法

3. 要点

第一节   

(1) 分离科学的形成

(2) 分离与色谱法

(3) 分离方法分类

(4) 色谱法分类

(5) 色谱法与其他分离、分析方法比较

第二节  色谱法基础知识、基本概念和术语

(1) 色谱分离和相应基础理论范畴

(2) 分布平衡

(3) 色谱流动相流速

(4) 色谱图

(5) 保留值

第三节  溶质分布谱带展宽-色谱动力学基础理论

(1) 色谱过程的理论处理类型

(2) 塔板理论

(3) 速率理论

(4) 柱外谱带展宽效应

第四节  组分分离-基本分离方程

(1) 分离度

(2) 分离方程

(3) 分离速度及影响因素

(4) 色谱柱峰容量

第五节  色谱方法选择和分离操作条件优化

(1) 色谱方法选择

(2) 分离操作条件优化

第六节  色谱定性分析

(1) 保留值定性

(2) 选择性检测响应定性

(3) 色谱-结构分析仪器联用

第七节  色谱定量分析

(1) 定量依据

(2) 定量方法

第八章  气相色谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生了解气相色谱法的优点和适用范围,掌握气相色谱分析仪器各部分的组成和作用,了解常用检测器的分类及应用范围,了解气相色谱法的固定相、操作条件的选择及应用,掌握毛细管气相色谱的特点、类型及柱效评价。

2. 重点难点:(重点)气相色谱法的适用范围、气相色谱仪的组成及各部件功能、气相色谱的检测器、气相色谱法的固定相、操作条件的选择及应用、毛细管气相色谱的特点、类型及柱效评价

(难点)气相色谱的检测器、气相色谱法的固定相、操作条件的选择及应用

3. 要点

第一节   

第二节  气相色谱仪

(1) 填充柱气相色谱仪

(2) 毛细管气相色谱仪

(3) 制备型气相色谱仪

第三节  气相色谱检测器

(1) 检测器的分类

(2) 检测器的主要性能指标

(3) 热导检测器

(4) 氢火焰离子化检测器

(5) 电子捕获检测器

(6) 火焰光度检测器

(7) 氮磷检测器

(8) 气相色谱-质谱联用

第四节  气相色谱固定相

(1) 固体固定相

(2) 载体

(3) 液体固定相

第五节  毛细管气相色谱

(1) 毛细管柱的特点和类型

(2) 毛细管柱的速率理论方程

(3) 毛细管柱的制备

(4) 毛细管柱的评价

第六节  气相色谱分离条件的选择

(1) 固定液及其含量的选择

(2) 载体及其粒度的选择

(3) 柱长和内径的选择

(4) 气相色谱操作条件选择

第七节  气相色谱分析的应用

(1) 环境中有机污染物的分析

(2) 食品

(3) 生物、医学

(4) 石油化工

第九章 高效液相色谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生了解高效液相色谱法的优点和适用范围了解高效液相色谱仪的基本结构和原理掌握高效液相色谱法固定相、流动相、分离模式和液液分配色谱的类型和原理了解高效液相色谱法操作条件的选择原则。

2. 重点难点:(重点)高效液相色谱法的适用范围、高效液相色谱仪的组成及各部件功能、高效液相色谱法的固定相、流动相、分离模式及操作条件的选择

(难点)高效液相色谱法的固定相、流动相、分离模式及操作条件的选择

3. 要点

第一节   

(1) 高效液相色谱法的产生和发展

(2) 高效液相色谱法的特点及与其他色谱法比较

(3) 高效液相色谱法分类和正反相色谱体系

第二节  高效液相色谱仪

(1) 流动相储器和溶剂处理系统

(2) 高压泵系统

(3) 进样系统

(4) 高效液相色谱柱

(5) 液相色谱检测器

第三节  高效液相色谱固定相和流动相

(1) 高效液相色谱固定相

(2) 高效液相色谱流动相

第四节  吸附色谱

(1) 液固吸附色谱固定相

(2) 吸附色谱分离机理

(3) 分离条件优化和应用

第五节  分配色谱

第六节  离子交换色谱

第七节  体积排阻色谱

第十章  电分析化学2学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生掌握电化学分析法的基本原理、电化学分析法的分类、电极分类及组成电化学电池的重要概念掌握电位分析法的基本原理和种类;理解pH玻璃膜电极的产生和pH值的测定原理

2. 重点难点:(重点)电化学分析法的基本原理及分类、电位分析法的基本原理和种类、pH玻璃膜电极的产生和pH值的测定原理

(难点)pH玻璃膜电极的产生和pH值的测定原理

3. 要点

第一节  电化学分析法基础知识

(1) 电分析化学方法的定义、分类和特点

(2) 电化学池

(3) 电极电位

(4) 电池的图解表达式

第二节  电化学电池中的电极系统

(1) 工作电极、参比电极、辅助电极与对电极

(2) 二电极与三电极系统

第三节  电位分析法指示电极的分类

(1) 第一类电极

(2) 第二类电极

(3) 第三类电极

(4) 零类电极

(5) 膜电极

第四节  电位分析法

(1) pH玻璃膜电极电势的产生

(2) pH的测量

第五节  电位滴定法

(1) 滴定终点的确定

(2) 滴定反应类型及指示电极的选择

第十二章  原子质谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生理解质谱法的分类、发展史、原子质谱法的基本原理;了解原子质谱仪的组成和主要性能指标;掌握电感耦合等离子体质谱法的基本装置、干扰、消除方法及应用。

2. 重点难点:(重点)原子质谱法的基本原理原子质谱仪的组成和主要性能指标电感耦合等离子体质谱法的基本装置、干扰、消除方法及应用

(难点)电感耦合等离子体质谱法的干扰及消除方法

3. 要点

第一节  概论

(1) 质谱法发展简史

(2) 质谱法分类

第二节  基本原理

(1) 原子质谱法基本过程

(2) 质谱法中的相对原子质量和质荷比

第三节  质谱仪器

(1) 质谱仪器的基本组成

(2) 分析系统

(3) 质谱仪器的主要性能指标

第四节  电感耦合等离子体质谱法

(1) 基本装置

(2) 干扰及消除

(3) 应用

第十三章  分子质谱法(3学时)

1. 目的要求:通过本章教学,使学生掌握分子质谱及其联用分析法的基本原理了解质谱仪及其联用分析仪主要部件的功能和质谱图中离子峰的主要类型,了解分子质谱解析的一般步骤和应用。

2. 重点难点:(重点)分子质谱及其联用分析法的基本原理分子质谱的表示、质谱联用分析仪的原理和接口、分子离子峰的主要类型分子质谱解析的一般步骤

(难点)质谱联用分析仪的原理和接口、分子质谱解析一般步骤

3. 要点

第一节  概论

(1) 分子质谱范畴

(2) 分子质谱与原子质谱比较

(3) 分子质谱表示法

第二节  质谱法的基本原理

第三节  质谱仪器

(1) 分子质谱仪器基本结构

(2) 进样系统

(3) 离子源

(4) 质量分析器

(5) 检测器、放大器和记录仪

(6) 真空系统

第四节  分子质谱离子类型

(1) 分子离子

(2) 同位素离子

(3) 碎片离子

(4) 重排离子

(5) 亚稳离子

第五节  分子质谱基本操作技术

(1) 磁扫描技术

(2) 加速电压选择

(3) 影响分辨率和灵敏度操作条件

(4) 进样技术

第六节  分子质谱法的应用

(1) 化合物的定性分析

(2) 新化合物的结构鉴定

(3) 分子质谱定量分析

(4) 分子质谱分析的应用

第七节  气相色谱质谱联用(GC-MS)

第八节  高效液相色谱质谱联用(HPLC-MS)

第九节  毛细管电泳-质谱联用(CE-MS)

第十节  质谱-质谱联用(MS-MS)

预备知识

化学

证书要求

本课程没有证书

参考资料

1.武汉大学主编.分析化学(第五版)(). 北京: 高等教育出版社, 2006授课教材)

2.苏志平主编. 分析化学(第五版)()同步辅导及习题全解. 北京: 中国水利水电出版社, 2011

3.刘约权主编. 现代仪器分析(第二版). 北京: 高等教育出版社, 2006

4.吴谋成主编. 仪器分析. 北京: 科学出版社, 2003

5.严衍禄主编. 现代仪器分析. 北京: 北京农业大学出版社, 2000

6.方惠群, 于俊生, 史坚编著. 仪器分析. 北京: 科学出版社, 2002

7.刘约权, 李贵深编著. 实验化学(第二版)(下册). 北京: 高等教育出版社, 2005

8.汪尔康主编. 21世纪的分析化学. 北京: 科学出版社, 1999

9.赵藻潘主编. 仪器分析. 北京: 科学出版社, 1990