第1章 现代仪器分析测试技术理论基础
　　仪器分析是分析化学学科的一个重要分支，在化学、化工、材料、环境、生物、制药等行业显示出越来越重要的作用。20世纪初仪器分析出现，之后它不断丰富分析化学的内涵，使分析化学的内容、分析能力、测试范围等发生了一系列重大的变化。现代分析仪器的更新换代，仪器分析的新方法、新技术的不断创新与应用，引起分析化学内容和发展方向的根本性变化，使其面临更加深刻而广泛的变革。
　　1.1 分析化学的内涵及发展
　　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。其主要任务是鉴定物质的化学组成、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构(化学结构、晶体结构、空间分布)和存在形态(价态、配位态、结晶态)及其与物质性质之间的关系等。具体而言，分为以下几部分：
　　(1)定性分析——分析确定物质的化学组成；
　　(2)定量分析——测量试样中各组分的相对含量；
　　(3)结构与形态分析——分析表征物质的化学结构、形态、能态等；
　　(4)动态分析——表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征。
　　分析化学的发展经历了三个重要阶段：①20世纪以前，分析化学基本是许多定性和定量分析检测方法的技术总汇。20世纪初期，化学平衡(弱酸弱碱的解离平衡、沉淀溶解平衡、配合物的生成与解离平衡以及氧化还原平衡)理论的建立，使得分析检测技术成为分析化学学科，这是分析化学发展史上的第一个里程碑，我们现在称之为经典分析化学。此后，各种经典方法不断得到改善和补充，可对元素与组成进行常量分析。②生产与科研发展的需要对分析化学提出了更高的要求，如对样品中的微量与痕量组分的测定，对分析的准确度、精确度、分析速度、分析方法的灵敏度的要求不断提高。20世纪中期，依据物质化学反应和物理特性，逐步创立与发展了新分析方法，这些方法采用了电子学、光学、电化学等仪器设备，因此称为仪器分析。分析方法有分光光度法、电化学分析法、色层分析法。这是分析化学的第二个里程碑。③20世纪70年代以后，分析化学已不限于测定样品的组成与含量，而是以提高分析准确度、检测下限为发展重点。并且打破了化学学科的界限，利用化学、数学、物理、生物等其他学科所有可以利用的理论、方法、技术，对待测样品的元素组成、化学成分、结构、形态、分布等性质进行全面分析。由于这些非化学方法的建立，认为分析化学不再是化学的一个分支，而是形成了一门新的学科——分析科学。这是分析化学史上的第三个里程碑。现在各种新仪器、新技术、新方法不断出现，仪器的功能更加强大，自动化程度更高，使用也更加方便。
　　1.2 现代分析仪器概述
　　1.2.1 仪器分析的基本概念
　　仪器分析(instrumental analysis)与化学分析(chemical analysis)是分析化学(analytical chemistry)的两种分析方法。仪器分析就是利用能直接或间接地表征物质的各种特性(如物理性质、化学性质、生理性质等)的实验现象，通过探头或传感器、放大器、信号读出装置等转变成人可直接感受的、已认识的关于物质成分、含量、分布或结构等信息的分析方法。也就是说，仪器分析是利用各种学科的基本原理，采用电学、光学、精密仪器制造、真空、计算机等先进技术探知物质化学特性的分析方法。因此仪器分析是体现学科交叉、科学与技术高度结合的一个综合性极强的科技分支。这类方法通常是测量光、电、磁、声、热等物理量而得到分析结果，而测量这些物理量，一般要使用比较复杂或特殊的仪器设备，故称为“仪器分析”。
　　仪器分析所包括的分析方法很多，目前有数十种之多。每一种分析方法所依据的原理不同，所测量的物理量不同，操作过程及应用情况也不同。仪器分析大致可以分为光谱分析、色谱分析、电化学分析、核磁共振波谱分析、质谱分析、能谱分析、X射线分析、电镜分析、热分析及其他仪器分析。
　　1.2.2 仪器分析的基本特点
　　仪器分析与化学分析既有共同之处，也有其自身的特殊性。
　　(1)灵敏度高。仪器分析的分析对象一般是半微量(0.01～0.1 g)、微量(0.1～10 mg)、超微量(＜0.1 mg)组分的分析，灵敏度高；而化学分析一般是半微量(0.01～0.1 g)、常量(＞0.1 g)组分的分析，准确度高。大多数仪器分析适用于微量、痕量分析。例如，原子吸收分光光度法测定某些元素的绝对灵敏度可达10–14 g，电子光谱甚至可达10–18 g。
　　(2)样品用量少。化学分析需用试样在10–4～10–1 g；仪器分析试样常在10–8～g。
　　(3)仪器分析在低浓度下的分析准确度较高。含量在10–11～10–7范围内的杂质测定，相对误差低达1%～10%。
　　(4)方便、快速。例如，发射光谱分析在1 min内可同时测定水中48种元素。
　　(5)可进行无损分析。有时可在不破坏试样的情况下进行测定，适于考古、文物等特殊领域的分析。有的方法还能进行表面或微区分析，试样可回收。
　　(6)能进行多信息或特殊功能的分析。有时可同时做定性、定量分析，有时可同时测定材料的组分比和原子的价态。
　　(7)专一性强。例如，用单晶 X射线衍射仪可专测晶体结构；用离子选择性电极可测指定离子的浓度等。
　　(8)便于遥测、遥控、自动化。可做即时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控制。
　　(9)操作较简便。省去了烦琐的化学操作过程。随自动化、程序化程度的提高，操作将更趋于简化。
　　(10)仪器设备较复杂，价格较昂贵。
　　1.2.3 分析方法的分类
　　按照检测原理的不同大致可分为色谱、光谱、电化学、质谱、能谱、微观形貌显微技术、热分析等(表1-1)。
　　表1-1 仪器分析方法分类
　　1.3 仪器分析的基本原理与仪器构成
　　分析仪器一般由信号发生器、信号检测器、信号处理器和信号读出装置四个基本部分组成。
　　(1)信号发生器使样品产生信号，信号源可以是样品本身，如气相色谱仪、液相色谱仪测试时所使用的样品；也可以是样品和辅助装置，如核磁共振仪测试时的样品和射频发生器产生的微波辐射，又如透射电镜测试时的样品和电子束等。
　　(2)信号检测器又称传感器，它是将某种类型的信号转变成可以测定的电信号的器件，是非电信号实现电测不可或缺的部件，如气相色谱仪中的氢焰检测器、热导检测器；又如凝胶色谱中的视差检测器、多角度激光光散射检测器等。
　　(3)信号处理器是一个放大器，是将微弱的电信号放大，便于读出的装置。
　　(4)信号读出装置将信号处理器放大的信号显示出来，如表针、显示器、打印机、记录仪等或用计算机处理。
　　1.4 仪器分析发展趋势
　　分析化学的发展与现代科技的发展是分不开的，现代科技对分析化学的要求越来越高，同时又不断地向分析化学输入新理论、新方法和新技术，相互促进，不断前进。为了适应科学发展，仪器分析随之呈现以下发展趋势：
　　(1)方法创新。进一步提高仪器分析方法的灵敏度、选择性和准确性。各种选择性检测技术和多组分同时分析技术等是当前仪器分析研究的重要课题。
　　(2)分析仪器智能化。微型计算机在分析中不仅可以运算分析结果，而且可以储存分析方法和标准数据，控制仪器的全部操作，实现分析操作自动化和智能化。
　　(3)新型动态分析检测和非破坏性检测。离线的分析检测不能瞬时、直接、准确地反映生产实际和生命环境的情景实况。运用先进的技术和分析原理，研究并建立有效而实用的实时、在线和高灵敏度、高选择性的新型动态分析检测和非破坏性检测，将是21世纪仪器分析发展的主流。目前，生物传感器和酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、细胞传感器等不断涌现；纳米传感器的出现也为活体分析带来了机遇。
　　(4)多种方法的联合使用。仪器分析多种方法的联合使用可以使每种方法的优点得以发挥，每种方法的缺点得以弥补。联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向，如气相色谱-质谱、液相色谱-质谱、热分析-质谱、热分析-红外光谱、液相色谱-电感耦合等离子体光谱-质谱(HPLC-ICP-MS)联用等。
　　(5)扩展时空多维信息。随着环境科学、宇宙科学、能源科学、生命科学、临床化学、生物医学等学科的兴起，现代仪器分析的发展已不局限于将待测组分分离出来进行表征和测量，而是成为一门为物质提供尽可能多的化学信息的科学。随着人们对客观物质认识的深入，某些过去所不甚熟悉的领域(如多维、不稳定和边界条件等)也逐渐提到日程上来。采用现代核磁共振光谱、质谱、红外光谱等分析方法，可提供有机物分子的精细结构、空间排列构成及瞬态变化等信息，为人们对化学反应历程及生命的认识提供了重要基础。
　　总之，仪器分析正在向快速、准确、灵敏及适应特殊分析的方向迅速发展。
　　第2章 有机元素分析
　　2.1 概述
　　有机元素通常是指在有机化合物中分布较广和较为常见的元素，如碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等元素。通过测定有机化合物中各有机元素的含量，可确定化合物中各元素的组成比例，进而得到该化合物的实验式。
　　有机元素分析*早出现在19世纪30年代，利比希(Justus von Liebig)首先建立燃烧方法测定样品中碳和氢两种元素的含量：先将样品充分燃烧，使碳和氢分别转化为二氧化碳和水蒸气，然后分别以氢氧化钾溶液和氧化钙吸收，根据各吸收管的质量变化分别计算出碳和氢的含量。
　　目前，元素的一般分析法有化学法、光谱法、能谱法等，其中化学法是*经典的分析方法。传统的化学元素分析方法具有分析时间长、工作量大等不足。随着科学技术的不断发展，自动化技术和计算机控制技术日趋成熟，元素分析自动化应运而生。有机元素分析的自动化仪器*早出现于20世纪60年代，后经不断改进，配备了微型计算机和微处理器进行条件控制和数据处理，方法简便迅速，逐渐成为元素分析的主要方法。目前，有机元素分析常用检测方法主要有示差热导法、反应气相色谱法、电量法和电导法等。
　　2.2 仪器构成及原理
　　2.2.1 仪器基本构成
　　有机元素分析的工作原理是普雷格尔(F. Pregl)测碳、氢的方法与杜马(J. B. A. Dumas)测氮的方法。在分解样品时通过一定量的氧气助燃，以氦气为载气，将燃烧气体带过燃烧管和还原管，两管内分别装有氧化剂和还原铜，并填充银丝以去除干扰物质(如卤素等)，*后从还原管流出的气体除氦气以外只有二氧化碳、水和氮气。通过一定体积的容器并混匀，再由载气带此气体通过高氯酸镁以去除水分。在吸收管前后各有一个热导池检测器，由二者响应信号之差给出水的含量。除去水分后的气体再通入烧碱石棉吸收管中，由吸收管前后热导池信号之差再求出二氧化碳含量。*后一组热导池则测量纯氦气与含氮的载气的信号差，得出氮的含量。
　　氧/硫分析仪是现代的测碳、氢、氮的仪器，在换用燃烧热解管后可测定氧或硫。测定氧时，其前处理方法与经典法相似。将样品在高温管内热解，由氦气将热解产物携带通过涂有镍或铂的活性炭填充床，使氧全部转化成一氧化碳，混合气体通过分子筛柱，将各组分分离，通过热导池检测器检测一氧化碳气体而进行定量分析。另一种方法是使热解气体通过氧化铜柱，将一氧化碳转化成二氧化碳，用烧碱石棉吸收后由热导示差的信号测定，或者利用库仑分析法测定。测定硫时，在热解管内填充氧化钨等氧化剂，并可通过氧气帮助氧化，硫则通常被氧化成二氧化硫，生成的二氧化硫可用多种仪器方法测定。例如，可通过分子筛柱用气相色谱法测量；也可通过氧化银吸收管，由吸收前后热导差示响应求出含量；也可通过库仑滴定法，将二氧化硫吸收氧化成硫酸，吸收液的 pH将改变，电解产生氢氧银离子，将与质子中和，使 pH再恢复至原来数值，由电量求得硫含量。
　　整个实验流程如图2-1所示。

目录
第二版修订说明
第一版序
第一版前言
上册
第1章 现代仪器分析测试技术理论基础 1
1.1 分析化学的内涵及发展 1
1.2 现代分析仪器概述 2
1.2.1 仪器分析的基本概念 2
1.2.2 仪器分析的基本特点 2
1.2.3 分析方法的分类 3
1.3 仪器分析的基本原理与仪器构成 3
1.4 仪器分析发展趋势 4
第2章 有机元素分析 5
2.1 概述 5
2.2 仪器构成及原理 5
2.2.1 仪器基本构成 5
2.2.2 工作原理 8
2.3 实验步骤 8
2.3.1 样品制备 8
2.3.2 测试操作 9
2.3.3 仪器操作注意事项及维护 10
2.3.4 实验影响因素及其排除方法 10
2.4 应用 11
2.4.1 纤维素中C、N、O测定 11
2.4.2 样品中H、O测定 11
2.5 思考题 15
第3章 原子吸收光谱分析 16
3.1 概述 16
3.2 仪器构成及原理 16
3.2.1 仪器基本构成 16
3.2.2 工作原理 17
3.2.3 原子吸收光谱的产生 18
3.2.4 原子吸收谱线轮廓及变宽 19
3.2.5 原子吸收光谱分析的特点 20
3.3 原子吸收分析方法 20
3.3.1 火焰原子化法 20
3.3.2 石墨炉原子化法 27
3.3.3 氢化物发生原子化法 31
3.4 实验步骤 35
3.4.1 样品制备 35
3.4.2 测试操作 37
3.4.3 数据分析 37
3.4.4 仪器操作注意事项及维护 38
3.5 思考题 39
第4章 电感耦合等离子体质谱分析 40
4.1 概述 40
4.2 仪器构成及原理 40
4.2.1 仪器基本构成 40
4.2.2 工作原理 43
4.3 实验步骤 43
4.3.1 样品制备 43
4.3.2 测试操作 44
4.4 应用 45
第5章 色谱分析方法概述 47
5.1 色谱法的发展简史 47
5.2 色谱法的分类和特点 49
5.2.1 色谱法的分类 49
5.2.2 色谱法的特点 51
5.3 色谱法的比较 51
5.3.1 适用的样品 52
5.3.2 分析速度 53
5.3.3 灵敏度 53
5.4 色谱法的选择和应用 53
5.4.1 样品的前处理和衍生化 54
5.4.2 根据样品状态选择色谱方法 54
5.4.3 根据分析目的选择色谱法 55
5.5 色谱法的发展趋势 56
5.5.1 新型固定相和检测器的研究 56
5.5.2 色谱新技术的研究 57
第6章 气相色谱分析 58
6.1 概述 58
6.2 仪器构成及原理 58
6.2.1 仪器基本构成 58
6.2.2 工作原理 65
6.3 实验技术 78
6.3.1 色谱柱分离条件的选择 78
6.3.2 色谱柱操作条件的选择 80
6.4 实验步骤 81
6.4.1 样品制备 81
6.4.2 测试操作 81
6.4.3 仪器操作注意事项及维护 96
6.5 结果分析 96
6.5.1 定性分析 96
6.5.2 定量分析 100
6.6 思考题 104
第7章 高效液相色谱分析 106
7.1 概述 106
7.2 仪器构成及原理 106
7.2.1 仪器基本构成 106
7.2.2 工作原理 113
7.3 高效液相色谱法的类型 117
7.3.1 液-固吸附色谱法 117
7.3.2 液-液分配色谱法 117
7.3.3 化学键合相色谱法 118
7.3.4 离子交换色谱法 119
7.3.5 凝胶色谱法 120
7.4 实验技术 120
7.4.1 分离方式的选择 120
7.4.2 流动相选择与处理 121
7.4.3 流动相洗脱方式 121
7.4.4 衍生化技术 121
7.4.5 实验结果分析 122
7.5 实验步骤 129
7.5.1 样品制备 129
7.5.2 测试操作 129
7.5.3 仪器操作注意事项及维护 138
7.6 应用 138
7.6.1 生物化学和生物工程分析 139
7.6.2 医药研究 139
7.6.3 食品分析 139
7.6.4 环境污染分析 139
7.6.5 精细化工分析 139
7.7 思考题 140
第8章 离子色谱分析 141
8.1 概述 141
8.2 仪器构成及原理 142
8.2.1 仪器基本构成 142
8.2.2 工作原理 147
8.2.3 离子色谱的特点 152
8.3 实验步骤 154
8.3.1 样品制备 154
8.3.2 测试操作 156
8.3.3 数据处理 158
8.3.4 仪器操作注意事项及维护 158
8.4 应用 162
8.4.1 结果分析理论基础 162
8.4.2 分析实例 162
8.5 思考题 163
第9章 凝胶色谱分析 164
9.1 概述 164
9.2 仪器构成及原理 165
9.2.1 仪器基本构成 165
9.2.2 工作原理 167
9.3 实验技术 173
9.3.1 溶剂的选择 173
9.3.2 激光光散射与凝胶色谱仪联用 180
9.4 实验步骤 181
9.4.1 样品的制备和处理 181
9.4.2 色谱分析条件 181
9.4.3 测试操作 181
9.4.4 仪器操作注意事项及维护 182
9.5 应用 182
9.5.1 高分子聚合物特性 182
9.5.2 蛋白质及其聚合体 184
9.5.3 分支 184
9.5.4 动力学/反应速率 185
9.5.5 低分子量的测定 186
9.6 思考题 188
第10章 有机质谱分析 189
10.1 概述 189
10.2 仪器构成及原理 189
10.2.1 进样系统 190
10.2.2 电离方式和离子源 190
10.2.3 质量分析器 195
10.2.4 离子检测器和记录器 202
10.2.5 质谱仪的主要性能指标 203
10.2.6 质谱数据的表示 204
10.3 串联质谱及联用技术 204
10.3.1 串联质谱 204
10.3.2 联用技术 205
10.3.3 质谱法测定分子结构原理 206
10.3.4 几类有机化合物的质谱 223
10.4 应用 234
10.4.1 分子量的测定 235
10.4.2 分子式的确定 235
10.4.3 结构鉴定 237
10.4.4 质谱联用技术分析 237
10.4.5 定量分析 239
10.4.6 生物大分子分析 240
第11章 气相色谱-质谱联用技术 251
11.1 概述 251
11.2 仪器构成及原理 251
11.2.1 仪器基本构成 251
11.2.2 质谱仪简介 253
11.2.3 工作原理 261
11.3 实验技术 261
11.3.1 实验方法的选择 261
11.3.2 实验条件的选择 262
11.3.3 结果分析 263
11.4 实验步骤 264
11.4.1 样品制备方法的一般要求 264
11.4.2 测试操作 264
11.4.3 仪器操作注意事项及维护 265
11.5 应用 265
11.6 思考题 266
第12章 液相色谱-质谱联用技术 267
12.1 概述 267
12.2 仪器构成及原理 268
12.2.1 仪器基本构成 268
12.2.2 工作原理 291
12.2.3 液相色谱-质谱联用技术特点 292
12.3 实验技术 293
12.3.1 影响质谱出峰及分析物检测灵敏度的因素 293
12.3.2 接口选择 293
12.3.3 正、负离子模式的选择 294
12.3.4 流动相和流量的选择 294
12.3.5 辅助气体流量和温度的选择 295
12.3.6 系统背景的消除 295
12.3.7 柱后补偿技术 296
12.4 实验步骤 296
12.4.1 样品制备 296
12.4.2 测试操作 297
12.4.3 仪器操作注意事项及维护 299
12.5 应用 299
12.5.1 定性分析 299
12.5.2 定量分析 303
12.6 思考题 305
参考文献 306
下册
第13章 紫外-可见光谱分析 307
13.1 概述 307
13.2 仪器构成及原理 308
13.2.1 仪器基本构成 308
13.2.2 紫外-可见光谱基本原理 310
13.2.3 工作原理 315
13.3 实验技术 316
13.3.1 结构分析 316
13.3.2 定量分析 316
13.3.3 比色皿的使用方法 319
13.3.4 溶剂效应 319
13.4 实验步骤 320
13.4.1 紫外-可见分光光度计的使用 320
13.4.2 仪器的操作步骤 321
13.4.3 样品测试的一般步骤 323
13.4.4 仪器操作注意事项及维护 330
13.5 应用 330
13.5.1 定性分析 330
13.5.2 结构分析 331
13.5.3 定量测定 332
13.5.4 氢键强度测定 332
13.5.5 纯度检查 333
13.6 思考题 333
第14章 红外光谱分析 334
14.1 概述 334
14.2 仪器构成及原理 335
14.2.1 仪器基本构成 335
14.2.2 工作原理 335
14.3 实验步骤 339
14.3.1 实验方法的选择 339
14.3.2 实验条件的选择 339
14.3.3 红外光谱样品制备方法及一般要求 348
14.3.4 样品测试的一般步骤 353
14.3.5 仪器操作注意事项及维护 354
14.3.6 实验结果解析 354
14.4 应用 357
14.4.1 物证鉴定 357
14.4.2 食品掺假检测 358
14.4.3 胃镜样品的在体临床诊断 359
14.4.4 宝玉石检测 359
14.4.5 活体癌变细胞鉴别 360
14.5 思考题 360
第15章 拉曼光谱分析 361
15.1 概述 361
15.2 仪器构成及原理 362
15.2.1 仪器基本构成 362
15.2.2 工作原理 364
15.2.3 拉曼光谱法的特点 368
15.3 实验步骤 369
15.3.1 测试操作 369<