物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。儀器分析就是利用能直接或間接地表征物質(zhì)的各種特性(如物理的、化學(xué)的、生理性質(zhì)等)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,通過(guò)探頭或傳感器、放大器、分析轉(zhuǎn)化器等轉(zhuǎn)變成人可直接感受的已認(rèn)識(shí)的關(guān)于物質(zhì)成分、含量、分布或結(jié)構(gòu)等信息的分析方法。也就是說(shuō),儀器分析是利用各種學(xué)科的基本原理,采用電學(xué)、光學(xué)、精密儀器制造、真空、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)探知物質(zhì)化學(xué)特性的分析方法。因此儀器分析是體現(xiàn)學(xué)科交叉、科學(xué)與技術(shù)高度結(jié)合的一個(gè)綜合性極強(qiáng)的科技分支。
儀器分析的發(fā)展極為迅速,應(yīng)用前景極為廣闊。儀器分析方法種類很多,所用分析儀器也各有特點(diǎn),但從總體來(lái)看,儀器分析法具有以下特點(diǎn):
(1)靈敏度高
大多數(shù)儀器分析法適用于微量、痕量分析。例如,原子吸收分光光度法測(cè)定某些元素的絕對(duì)靈敏度可達(dá)10-14g。電子光譜甚至可達(dá)10-18g,相對(duì)靈敏度可在μg·g-1,ng·g-1乃至更小。
(2)取樣量少
化學(xué)分析法需用10-1~10-4g;儀器分析試樣常在10-2~10-8g。
(3)在低濃度下的分析準(zhǔn)確度較高
含量在10-5%~10-9%范圍內(nèi)的雜質(zhì)測(cè)定,相對(duì)誤差低達(dá)1%~10%。
(4)快速
例如,發(fā)射光譜分析法在1min內(nèi)可同時(shí)測(cè)定水中48個(gè)元素,靈敏度可達(dá)ng·g-1級(jí)。
(5)可進(jìn)行無(wú)損分析
有時(shí)可在不破壞試樣的情況下進(jìn)行測(cè)定,適于考古、文物等特殊領(lǐng)域的分析。有的方法還能進(jìn)行表面或微區(qū)(直徑為μm級(jí))分析,或試樣可回收。
(6)能進(jìn)行多信息或特殊功能的分析
有時(shí)可同時(shí)作定性、定量分析,有時(shí)可同時(shí)測(cè)定材料的組分比和原子的價(jià)態(tài)。放射性分析法還可作痕量雜質(zhì)分析。
(7)專一性強(qiáng)
例如,用單晶X衍射儀可專測(cè)晶體結(jié)構(gòu);用離子選擇性電極可測(cè)指定離子的濃度等。
(8)便于遙測(cè)、遙控、自動(dòng)化
可作即時(shí)、在線分析控制生產(chǎn)過(guò)程、環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。
(9)操作較簡(jiǎn)便
省去了繁多化學(xué)操作過(guò)程。隨自動(dòng)化、程序化程度的提高操作將更趨于簡(jiǎn)化。
(10)儀器設(shè)備較復(fù)雜,價(jià)格較昂貴
由于分析的試樣狀態(tài)、分析目的和要求的不同,所用分析方法和儀器也就不同,儀器分析方法多種多樣。但大體上可歸為4大類:分離分析、成分分析、結(jié)構(gòu)分析和表面分析。分離分析法主要是色譜法,包括紙色譜、柱色譜、有氣相色譜、液相色譜、電色譜等。成分分析法有原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、熒光光譜、磷光光譜以及各種電化學(xué)分析法(包括電位、電導(dǎo)、電量、電泳、伏-安法等)。這些方法偏重于作無(wú)機(jī)物的分析。結(jié)構(gòu)分析法有x-衍射法,各種分光光度法(紫外光、可見光、紅外、拉曼光譜),穆斯鮑爾譜、核磁共振譜、順磁共振譜、質(zhì)譜等。這些方法大多偏重于作有機(jī)物的分析。表面分析有掃描和透射顯微鏡分析法、電子及離子探針?lè)ā呙杷淼里@微鏡、原子力顯微鏡及各種能譜儀(光電子、俄歇電子能譜儀)分析法等。