仪器分析（董慧茹 ）（第四版）

前言

《仪器分析》作为 “十一五”和“十二五”普通高等教育本科规划教材，一直被用作应用化学、化学、能源化学等专业的专业基础课教材，在培养学生的综合分析技能、科研能力以及培养化学化工领域人才方面都起到了积极作用。另外，仪器分析课程分别获得2008年北京市高等学校精品课程，2009年精品课程，并于 2013年获得精品资源共享课程。

近年来，随着科学技术的快速发展，与仪器分析相关的技术、方法及装置等也取得了长足的进步，为了使本书能与时俱进，满足当下对人才培养不断提高的要求，拓展学生的视野，培养学生的创新意识，本书的再版势在必行。

本次修订是在前三版的基础上，参考了国内外近年来出版的仪器分析教材，根据《仪器分析》教学大纲的新精神及新要求，对各章进行全面调整，对部分内容进行了更新、补充、修改和删减；重点阐述各种仪器分析方法的基本原理、仪器结构、实验方法和技术、实际应用及适用范围，注意归纳和比较，抽取共性，突出内在联系，培养学生自主学习和终身学习的意识，提高学生解决化学、化工、环境等领域相关复杂问题的分析能力。本次修订的特点及主要内容如下：

①对原教材内容做了适当扩充。如增加了X射线荧光光谱法、化学发光分析法、电子显微分析技术、电子能谱法、热分析法、电分析化学法的理论基础、现代极谱分析法与伏安分析法等。修订后的教材，内容更加系统和全面，尤其是波谱分析部分，深入浅出地介绍了各种波谱法的基本原理、谱图与物质结构的关系，谱图的解析及在化学中的应用等，凸显了本书易懂易学且实用的特色，培养学生对波谱学习的兴趣，提高学生运用波谱法综合分析解决实际问题的能力。

②对原书各章的排列顺序做了大幅度调整，对有些习惯性称谓进行了修订，以保持与国内外仪器分析教材相一致。另外，对书中一些比较陈旧的内容做了删减，一些不当之处做了必要的修订，使之更趋完善与合理。

③每章增加了章前兴趣引导和问题导向，明确了学习目标；在正文中补充了概念检查；在章后设置了总结、思考题、课后练习、简答题、计算题和谱图解析等。

为进一步帮助学生对所学知识的理解与运用，作为新形态课程教材，本书还提供了彩图、习题解答等数字资源，正版验证后（一书一码）即可获得（操作提示见封底）。

本次修订工作由杨屹（第三章、第四章）、王志华（第六章、第八章）、董慧茹（章、第二章、第五章、第七章、第九章、第十章、第十一章、第十二章）、洪崧（第十三章）、程斌（第十四章）、胡水（第十五章）完成，全书由董慧茹主编。

本教材的主要仪器图片由安捷伦科技（中国）有限公司提供并授权使用，还有部分图片由 Thermo Fisher Scientific和梅特勒托利多公司提供授权使用，曹建平、程斌、洪崧等老师提供部分图片。此外，北京化工大学柯以侃教授对三版《仪器分析》提出了许多宝贵的意见和修改建议，在此一并致谢！

由于编者水平有限，教材不当之处，恳请读者批评指正。

编者

2022年2月

版前言

物理学和电子学的发展，促进了分析仪器及其分析方法的迅速发展和完善。根据高等学校工科分析化学课程教学指导小组工作会议对《分析化学课程教学基本要求》的精神及近年来仪器分析的新进展，针对现有的仪器分析类教材对一些现代仪器分析方法介绍不多的情况，为适应当前工科教学改革的需要，我们编写了适合工艺类专业（化学工程、化工工艺、高分子化工、精细化工、电化学工程、生物化学工程、高分子材料等）及应用化学专业使用的《仪器分析》教材。

本书共分10章，选材紧密结合石油化学工业实际，既有必要的理论，又重视实际应用，主要内容包括电化学分析法、色谱分析法、光谱分析法和质谱法，除对石油化工系统常用的仪器分析方法的基本原理、仪器结构、实验技术、方法特点及应用范围作了比较系统的阐述外，还有针对性地对一些新技术、新方法作了介绍，语言通俗易懂、深入浅出，注意保持一定的深度和广度。

全书由董慧茹主编，参与本书编写的有李宝瑛（第三章）、杨屹（第五章）、李增和（第六章）、罗云敬（第七章、第二章第五节）、王志华（第八章）、董慧茹（章、第二章、第四章、第九章、第十章）。

本书承柯以侃教授在百忙中审阅，并提出许多宝贵意见，编写过程中还得到北京化工大学化新教材建设基金的资助，在此一并表示衷心的感谢。

由于编者水平有限和时间仓促，书中错误和疏漏之处，恳请读者批评指正。

编者

1999年9月

第二版前言

《仪器分析》版自2000年3月问世以来已历经9年，重印了5次。该书曾于2002年获第六届石油和化学工业优秀教材二等奖；本书第二版在 2006年被 评为“普通高等教育‘十一五’规划教材”立项出版。本书除被北京化工大学用作化学化工类专业本科生基础课教材及应用化学专业的专业基础课教材外，还被许多兄弟院校用作教材或教学参考书。结合使用本教材进行教学的一些体会，并吸收兄弟院校对本书提出的宝贵意见和建议，我们对版作了修订。根据原作者的意见及授权，这次修订工作主要由杨屹（第五章、第六章）、王志华（第七章、第八章）和董慧茹（章、第二章、第三章、第四章、第九章、第十章）完成，全书仍由董慧茹主编，柯以侃主审。

这次修订主要进行了下述两方面工作。

①对原书的内容做了必要的扩充。如增加了离子对色谱、高效毛细管电泳、原子质谱、导数分光光度法、漫反射紫外-可见光谱法、二维相关红外光谱法和二维核磁共振谱等新内容；在质谱一章对一些新型离子源（如快原子轰击源、电喷雾电离源、大气压化学电离源、大气压光致电离源、基质辅助激光解吸电离源）和新的联用技术（毛细管电泳-质谱联用）进行了介绍。为了保持本书简明这一特点，增加的内容也力求精练。

②对原书的一些不当之处做了删减、修订和适当的调整。如对色谱分析法、原子发射光谱法、原子吸收及原子荧光光谱法等章节中的部分内容进行了调整和改编；对紫外-可见分光光度法一章中的一些陈旧内容（如光电比色法等）进行了删除，使之更趋合理。另外，对例题和习题做了重新审定，增删了部分例题和习题。

本书的版与第二版均由赵玉清担任责任编辑，对她为此所付出的辛勤劳动，在此表示衷心的感谢。由于我们的水平有限，这次修订仍难免有不能令人满意的地方，不当之处，恳请读者批评指正。

编者

2009年12月

第三版前言

《仪器分析》版于2000年3月出版，第二版于2010年6月出版，两个版本共印刷了9次，共计27000余册，在全国200多家书店销售，被50多所高校选作教学用书或教学参考书。

本书曾获第六届石油和化学工业优秀教材二等奖，被列为普通高等教育“十一五”规划教材，2014年被评为“十二五”普通高等教育本科规划教材。仪器分析课程分别被评为2008年北京市高等学校精品课程、2009年精品课程，并于2013年被评为精品资源共享课程。

教材从2000年9月至今，一直被用作北京化工大学应用化学专业本科生的专业基础课教材，本校化学工程与工艺、制药工程、环境工程、能源工程等专业本科生的基础课教材。经过17年的教学实践，教材受到了授课教师和学生的好评，收到了良好的教学效果。根据我们使用教材进行教学的体会，并结合兄弟院校提出的宝贵意见和建议，现对第二版教材进行修订。第三版修订主要进行了以下两方面的工作。

①对第二版的内容做了适当的扩充。如增加了分子发光光谱法、衰减全反射傅里叶变换红外光谱法、激光拉曼光谱法、色谱-质谱/质谱联用技术、软电离源质谱的解析等新内容。在核磁共振光谱一章增加了13C门控去偶和反转门控去偶技术；在质谱一章的仪器部分增加了离子阱质量分析器与傅里叶变换离子回旋共振质量分析器；在色谱-质谱联用部分介绍了一些新型接口技术（如电喷雾接口、大气压化学电离接口）；在色谱一章的仪器部分介绍了蒸发光散射检测器等。

②对第二版的一些不当之处做了必要的删减、修订和适当的调整，使之更趋完善与合理。另外，对例题和习题做了重新审定，增加了部分例题和习题。

第三版修订工作主要由杨屹（第五章、第六章）、王志华（第七章、第八章）和董慧茹（章、第二章、第三章、第四章、第九章、第十章、第十一章）完成，全书由董慧茹主编。

由于我们的水平有限，这次修订仍会有些不能令人满意的地方，不当之处，恳请读者批评指正。

编者

2016年1月

本书是“十二五”普通高等教育本科规划教材。全书共分十五章，内容包括光谱分析法（原子发射、原子吸收及原子荧光、X射线荧光、紫外-可见吸收光谱、分子发光光谱、红外与拉曼光谱、核磁共振光谱）、质谱分析法、电分析化学法（电位、电导、电解与库仑、伏安与极谱）、色谱分析法（气相色谱、高效液相色谱、高效毛细管电泳、色谱 -质谱联用）、电子显微分析技术、电子能谱法和热分析法等。介绍了这些常用分析方法的基本原理、仪器结构、方法特点及应用范围等。本书可作为高等理工院校化学、应用化学、石油化工、材料、制药、能源及环境工程等专业的仪器分析课程教材，也可供其他相关专业师生、有关的科技及分析工作者参考。

本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。全书共分十五章，内容包括光谱分析法（原子发射、原子吸收及原子荧光、X射线荧光、紫外-可见吸收光谱、分子发光光谱、红外与拉曼光谱、核磁共振光谱）、质谱分析法、电分析化学法（电位、电导、电解与库仑、伏安与极谱）、色谱分析法（气相色谱、高效液相色谱、高效毛细管电泳、色谱 -质谱联用）、电子显微分析技术、电子能谱法和热分析法等。介绍了这些常用分析方法的基本原理、仪器结构、方法特点及应用范围等。本书可作为高等理工院校化学、应用化学、石油化工、材料、制药、能源及环境工程等专业的仪器分析课程教材，也可供其他相关专业师生、有关的科技及分析工作者参考。

董慧茹，北京化工大学教授，先后讲授《分析化学》（32学时）、《工业分析》（32学时）、《仪器分析》（64学时）和《复杂物质剖析》（24学时）等本科课程和《群论在分子光谱中的应用》（40学时）的研究生课程。

章　绪论 001

节　仪器分析的内容及方法 001

一、光学分析法 003

二、质谱分析法 003

三、电分析化学法 003

四、色谱分析法 004

第二节　仪器分析的特点及局限性 005

第三节　仪器分析的发展趋势 005

总结 006

思考题 006

课后练习 007

第二章　光谱分析法导论 009

节　电磁波的性质 009

一、电磁波的波动性 009

二、电磁波的微粒性 010

三、电磁波谱 011

第二节　原子光谱和分子光谱 011

一、原子光谱 012

二、分子光谱 012

第三节　发射光谱和吸收光谱 013

一、发射光谱 013

二、吸收光谱 014

第四节　光谱分析法分类及特点 014

总结 016

思考题 016

课后练习 016

计算题 016

第三章　原子发射光谱法 019

节　概述 020

一、发射光谱的分类及分析过程 020

二、原子发射光谱法发展概况 021

三、原子发射光谱法的特点 021

第二节　原子发射光谱法的基本理论 022

一、原子发射光谱的产生 022

二、谱线强度及其影响因素 024

第三节　原子发射光谱仪器 025

一、激发光源 025

二、分光系统 028

三、光谱记录及检测系统 031

四、光谱仪类型 033

第四节　原子发射光谱分析及应用 035

一、光谱定性分析 035

二、光谱半定量分析 037

三、光谱定量分析 037

四、应用 040

第五节　原子质谱法简介 041

一、基本原理 041

二、质谱仪 041

三、电感耦合等离子体质谱法 041

总结 043

思考题 044

课后练习 044

计算题 045

第四章　原子吸收及原子荧光光谱法 047

节　概述 048

第二节　原子吸收光谱法的基本理论 049

一、共振线和吸收线 049

二、谱线轮廓和变宽因素 049

三、基态原子和激发态原子的玻耳兹曼分布 051

四、原子吸收与原子浓度的关系 052

第三节　原子吸收分光光度计 053

一、仪器主要部件的结构及工作原理 054

二、原子吸收分光光度计的主要类型 058

第四节　干扰及其消除方法 059

一、物理干扰 059

二、化学干扰 060

三、光谱干扰 061

四、电离干扰 062

第五节　定量分析方法及应用 062

一、原子吸收分析的灵敏度和检出限 062

二、测量条件的选择 064

三、定量分析方法 066

四、应用 067

第六节　原子荧光光谱法简介 067

一、原子荧光光谱法的基本原理 068

二、原子荧光光谱分析仪器 070

三、原子荧光光谱法的应用 070

总结 071

思考题 071

课后练习 072

计算题 072

第五章　X 射线荧光光谱法 075

节　基本原理 076

一、X 射线的产生与X 射线谱 076

二、X 射线荧光的产生及X 射线荧光光谱 078

三、X 射线的散射、吸收及衍射 079

第二节　X 射线荧光光谱分析方法 080

一、定性分析 080

二、定量分析 081

第三节　X 射线荧光光谱仪 083

一、波长色散型X 射线荧光光谱仪 083

二、能量色散型X 射线荧光光谱仪 083

三、X 射线荧光光谱仪的主要组成部分 084

第四节　X射线荧光光谱法的特点及应用 086

一、X 射线荧光光谱法的特点 086

二、X 射线荧光光谱法的应用 086

总结 086

思考题 087

课后练习 087

计算题 087

第六章　紫外-可见吸收光谱法 089

节　概述 090

一、紫外-可见吸收光谱法分类 090

二、光辐射的选择吸收 091

三、紫外-可见吸收光谱法的特点 091

第二节　紫外吸收光谱 091

一、无机化合物的紫外吸收光谱 091

二、有机化合物的紫外吸收光谱 092

第三节　光的吸收定律 099

一、朗伯-比尔定律 099

二、吸光度的加和性 100

三、偏离比尔定律的原因 101

第四节　紫外-可见分光光度计 102

一、仪器的分类 102

二、仪器的主要组成部件 102

三、仪器的主要类型 104

第五节　显色反应及显色条件的选择 105

一、显色反应的类型 105

二、显色条件的选择 106

三、显色剂 107

第六节　吸光度测量条件的选择 108

一、吸光度测量范围的选择 108

二、入射光波长的选择 109

三、参比溶液的选择 109

第七节　紫光-可见吸收光谱的定量方法 110

一、单组分的测定 110

二、高含量组分的测定 110

三、多组分的同时测定 111

四、双波长吸收光谱法 111

五、导数吸收光谱法 112

第八节　漫反射紫外-可见光谱法简介 113

一、漫反射紫外-可见光谱法的基本原理 113

二、漫反射装置——积分球 114

三、测试方法 115

四、制样技术 116

五、影响漫反射光谱测定的主要因素 116

六、漫反射紫外-可见光谱法的应用 116

总结 118

思考题 119

课后练习 119

简答题 120

计算题 120

第七章　分子发光光谱法 123

节　分子荧光和分子磷光光谱法 124

一、分子荧光和分子磷光光谱法的基本原理 124

二、分子荧光和分子磷光光谱仪 130

三、分子荧光和分子磷光光谱法的应用 131

第二节　化学发光分析法 132

一、化学发光分析法的基本原理 132

二、化学发光反应的类型 133

三、化学发光分析仪 134

四、化学发光分析法的特点及应用 135

总结 135

思考题 136

课后练习 136

简答题 136

第八章　红外光谱法 139

节　概述 140

第二节　红外光谱法的基本原理 141

一、红外光谱的形成及产生条件 141

二、分子振动频率的计算公式 141

三、简正振动和振动类型 143

第三节　红外谱图的峰数、峰位与峰强 144

一、振动自由度与峰数 144

二、红外光谱的吸收强度及影响因素 144

三、特征基团吸收频率的分区及影响基团频率的因素 145

第四节　各类化合物的特征基团频率 148

一、烃类化合物 148

二、酚和醇 151

三、醚 151

四、羰基化合物 151

五、含氮化合物 155

六、有机卤化物 158

七、含P、S、Si 和B 的化合物 158

八、高分子化合物 160

九、无机化合物 160

第五节　红外光谱图解析 161

一、谱图解析步骤 161

二、谱图解析实例 163

第六节　红外光谱仪 167

一、色散型红外光谱仪 167

二、傅里叶变换红外光谱仪 168

第七节　试样的处理与制备 169

一、红外光谱法对试样的要求 169

二、制样方法 170

第八节　红外光谱法的应用 170

一、定性分析 170

二、定量分析 171

第九节　衰减全反射傅里叶变换红外光谱法简介 172

一、衰减全反射傅里叶变换红外光谱法的基本原理 172

二、衰减全反射的光路设置以及样品采集方法 175

三、衰减全反射傅里叶变换红外光谱法的特点 176

四、衰减全反射傅里叶变换红外光谱法的应用 176