分析儀器
正文
測定物質的組成、結構和某些物理特性的儀器。物質分析包括定性分析、定量分析、結構分析和某些物理特性的分析。不同物質在各種物理和化學性質上都存在質的和量的差異，顏色、氣味、導熱係數、吸收光能的波長和磁性的不同等。分析儀器正是利用這些特點來完成定性分析和結構分析的。例如，紅外分光光度計就是利用不同物質吸收紅外線輻射能時對波長有選擇性來實現定性分析的。但是，大多數物質在各種物理和化學特性上往往沒有質的不同，只有量的差異，而且這種差異往往並不十分顯著，這就無法辨認某些物質。因此，利用分析儀器來進行定性分析，首先必須充分地認識待分析物質以及與其共存的其他物質的各種物理和化學特性，以待分析物質與其他物質的質的不同或量的顯著差異作為選用或製造分析儀器的依據。用分析儀器進行定量分析，是以物質存在量與轉換成的某種物理量（如電量、熱量等）之間具有一定的函式關係為依據的。例如紅外分光光度計是根據待測物質量的差別，吸收特定波長的輻射能不同，將所吸收的輻射能轉換成熱能，或進一步轉換成電量，而存在量的多少與轉換成的電量變化之間具有一定的關係。通過對電量的測量就可以確定待測物質的存在量。
基本組成
分析儀器的套用領域十分廣泛，有的用於生產過程分析，有的用於環境監測，還有許多用於各個學科和企業部門的實驗室。為了適應不同的需要，分析儀器的結構比較龐雜。各種用途和種類不同的分析儀器的結構，大體上都可以歸納為圖中的幾個基本構成部分，但某些具體儀器可能只具有其中幾個部分。現代許多分析儀器已配有微處理器或微型計算機，其功能更為完備，尤其是儀器本身的自動化程度大為提高。 取樣系統 取樣系統的任務是將一定量的、能真實代表待分析對象的樣品取出並送入各個測量環節。取樣系統可包括：能耐各種介質腐蝕、高溫、高壓、低溫和低壓等各種條件的取樣管、取樣器；抽吸或增壓、減壓裝置；以及除去有害或對分析有干擾的雜質的一系列過濾器和反應器等。
樣品調節系統 它對取得的樣品流進行適當的處理，使其壓力、溫度和流量等參數符合分離系統和檢測系統的要求。因此，它可能包括壓力、溫度和流量等參數的比較簡易的調節裝置。
分離系統 在大型分析儀器或各種譜儀中，為了實現多組分分析或樣品的全分析，往往都採取先分離後檢測的辦法，即利用物理或化學主法分離，分析樣品中的各種組分。例如，色譜儀中的色譜柱、質譜儀中的質量分析器等就是最典型的分離系統。
檢測系統 檢測系統是分析儀器的核心，它將各種成分量、結構量和物性量轉換成為易於測量的各種電量（如電阻、電容、電流、電壓和頻率等）。在分析儀器中,上述各種量往往不能直接轉換成易於測量的電量,一般須經過中間轉換，如先轉換成溫度、壓力或光通量等，而後再轉換為電量。由成分量或結構量的變化所引起的轉換量的變化十分微小,如轉換為溫度時可以低達10℃的變化量，並要求精確定量。因此，分析儀器的檢測器結構往往比較複雜，對工藝、材料的要求也較高。
信號處理和顯示系統 這一系統的任務是將檢測器的輸出信號加以處理，而後顯示。
條件補償系統 分析儀器往往對被測對象的介質條件和環境條件，如環境氣氛、溫度、壓力和電源參數等十分敏感。為了保證精確度，對這些條件都有較高的要求。為了降低這些要求，在儀器內部往往設計有對各種條件波動進行補償的裝置，以消除或降低條件波動對測量造成的影響。
電源 在分析儀器中，幾乎都有對電源穩定的要求（包括電壓、電流及頻率）。
用途 分析儀器廣泛套用於工業生產過程監控、環境保護、生物化學和醫療、空間探索和軍事等各個領域，是現代科學研究中一種重要的技術手段。
① 工業生產過程監控：化工、石油、冶金、熱電站、食品、製藥等許多工業生產部門，為提高產品產量和質量、降低生產成本、節約原料和能源消耗、消除或減少污染，常需對原料、燃料、中間產物、最終產品、排放的廢水和廢氣等的化學成分和特性進行連續、自動監測和控制。因此,必須配備各種自動分析儀器,即過程分析儀器。例如，鍋爐運行時使用氧分析器測量煙道的氧含量，並根據測量結果控制燃燒，以提高熱效率。又如用過程質譜計監視分析氧氣頂吹煉鋼轉爐的尾氣，以提高鋼坯的生產效率。
② 環境監測：監測的目的是確定危害人類和其他生物成長的有害物質及其存在量。根據監測的結果，可對環境進行相應的治理。
③ 生物化學和醫療：生物化學和醫療是分析儀器套用的重要方面，包括臨床診斷、病情監護、新藥研究、藥物和藥效檢測以及生物和生理過程的研究等。
分類 分析儀器主要有以下兩種分類方法：①根據所套用的物理和化學原理分類，可以分為電化學式、熱學式等10類（見表）。其中利用電化學原理的電化學式分析儀器，又可分為電導式、電位式和電解式等。②根據所施加的能量形式分類，有光能式、熱能式和電磁場式等。
分析儀器周昌震、李樹田編著：《分析儀器》，機械工業出版社，北京，1980。
威拉德等著，李樹田譯：《儀器分析法》，機械工業出版社， 北京，1982。(H.H.Willard and others，Instrumental Methods of Analysis，D.Van Nostrand Co.,New York,1974.)配圖
相關連線
舉例說明
金屬多元素分析儀 金屬材料分析儀器
HX金屬材料元素分析系統是國內一款新型的綜合性分析儀，一台
金屬元素分析儀器儀器可滿足碳鋼、合金鋼、不鏽鋼、灰鐵、球鐵、耐熱鋼、瑪鋼、耐磨鋼與鑄鐵等材料中的C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg、稀土總量、Co等元素含量的檢測，建立了功能強大的資料庫，用於分析結果數據及工作曲線的儲存和查詢，其數據的修改和曲線的增刪方便。採用品牌電腦微機控制,並配備了電子天平，全中文選單式操作,台式印表機列印結果。
一、主要技術參數：
氣體容量法測碳、碘量法測硫
1、測量範圍：C：0.02-6.00%（需改變稱樣量）S：0.003-2.00%
2、測量時間：45秒左右（不含取樣稱樣時間）
3、測量精度：符合GB223.69-97、GB223.68-97標準
光電比色分析法
1、量程範圍：0-1.999A吸光度值，0-99.99%濃度值
2、測量精度：符合GB223-88標準
3、可測元素：矽、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鈦等
二、主要特點：
1、該系統由PC機控制，可完成絕大多數金屬材料中元素的含量測定，系統程式的編制採用目前時尚的可視化程式語言，因此系統的功能強大，界面友好。
2、系統在分析過程中，零點和滿度自動跟蹤，並由PC機進行輔助定標，保證了測量精度。系統的操作簡單快捷。
3、電子天平和系統在線上，實現了分析過程的不定量稱樣，提高了系統的分析速度。
4、系統建立了功能強大的資料庫，用於分析結果數據及工作曲線的儲存和查詢，其數據的修改和曲線的增刪均十分方便。
分析儀器的維護
隨著對檢驗、檢測技術要求的不斷提高，一些實驗室引進了大量的先進的大型分析儀器和檢測設備，這些儀器和設備不但給我們提供了科學、準確的檢測數據，而且還為我們節省了大量的人力和物力資源。然而這些大型分析儀器對環境和操作者的要求是十分嚴格的，稍有不慎就會造成嚴重的後果。因此對分析儀器的維護和保養是十分重要的。(1)正確使用。操作人員應認真閱讀儀器操作說明書，熟悉儀器性能，掌握正確的使用方法。要嚴格按照操作規程開、關儀器，使儀器始終保持在良好運行狀態。要重視配套設備和設施的使用和維護檢查，比如氣體發生器、鋼瓶、電源、水源系統等，避免儀器在工作狀態發生斷氣、斷電、斷水情況。
(2)環境要求。精密儀器對環境有很高的要求。首先要有一個整潔的實驗室，若儀器或周圍環境積滿了灰塵，一旦灰塵進入儀器的光路系統，必然會影響到儀器的靈敏度。灰塵還常常會造成零部件間的接觸不良或電氣絕緣性能變差而影響到儀器的正常使用。因此說，清潔工作看似普通，卻是儀器維護保養中的一件不可或缺的重要工作。
環境的溫、濕度對儀器的影響很大。由於電子元器件特別是積體電路要求在合適的溫度範圍內工作，因此，為保證儀器的精度和延長其使用壽命，應讓儀器始終處於符合要求的環境溫度中。儀器對於環境濕度的要求也應給予足夠的重視，潮濕的環境極易造成器件的生鏽以致損壞，造成故障。潮濕的環境還容易使儀器的絕緣性能變差，產生不安全的因素。平時可以利用空調機的去濕功能來控制實驗室的濕度，必要時應專門配備去濕機。對儀器內放置的乾燥劑一定要定期檢查，一旦失效要及時更換。
值得一提的另一點是儀器的防腐蝕問題。分析儀器是與化學物質打交道的，常易造成化學物品殘留在儀器上的情況。此外，許多揮發性的化學物質一旦接近精密儀器，就可能對儀器產生腐蝕作用。時間長了，無形之中就會損壞某些零部件。所以，要維護好儀器就應該做到每次使用完畢及時做好清潔維護工作，不讓化學物品殘留在儀器上，有些化學溶劑肉眼不易察覺，但會侵蝕印刷線路板，必須引起注意。要確保精密儀器遠離腐蝕源，平時應注意做好環境監察工作。防震也是儀器對環境的基本要求之一。精密儀器應安放在堅實穩固的實驗台或基座上。
(3)電源要求。大型精密儀器對電源的要求較高，良好的供電對於儀器的精度和穩定性極為重要。來自電網的浪涌電壓及瞬變脈衝對儀器危害極大，會破壞掃描電鏡和計算機工作，造成信號圖像畸變，還會干擾前置放大器、微電流放大器等組件工作。儘管儀器一般自身都具有電源穩壓功能，還是應保證供電電源的電壓穩定、波形失真小和具有正確良好的接地等。大型儀器應做到單獨深埋接地並具有良好的抗干擾措施，比如採用隔離變壓器等以保證儀器的靈敏度和可靠性。不穩定的電源會引起氣相色譜儀、液相色譜儀和極諾儀等工作時基線不穩定，測試難以得到正確的結果。
(4)定期通電。在儀器較長期的停用期間，維護保養工作同樣重要，切不可輕視。這期間應做到每周1至2次開機通電，既防潮又能使儀器始終保持在工作狀態，不致於在長期停機後儀器的性能指標發生明顯的變化。這一點對儀器來說很有益處。
(5)定期校驗。分析儀器用於剖析、測試和檢驗樣品，是分析人員的主要工具，它能起到人眼無法起到的作用，把物質的微觀世界充分展現在人們眼前。儀器所提供的數據，往往要用於質控、法律、醫療、貿易等場合。應力求檢測結果的準確可靠。要做到這一點，除了正確的分析方法，儀器本身符合要求也是必要的前提。因此，應當按照國家計量檢定規程或儀器說明書提供的方法和標準(圖譜)對儀器定期進行自行校驗和委託有資質單位校驗，使儀器始終處於計量受控狀態，保證量值的準確可靠。
(6)做好記錄。應該認真做好儀器的工作記錄，內容包括儀器狀態、開機或維修時間、操作維修人員、工作內容及其他值得記錄備查的內容。這一方面可為將來的統計工作提供充分的數據，另一方面也可掌握某些需定期更換的零部件的使用情況，有助於辨別是正常消耗還是故障。對大型分析儀器的維護和保養不僅能使儀器始終保持良好的運行狀態，檢測結果科學、準確、可靠、及時，還能夠延長儀器的使用壽命。
未來需求
據了解，中國線上分析儀表起步較早，在上世紀五六十年代就有一批國企、軍工背景的儀表廠商提供各種類型的線上分析儀表。隨著工業生產自動化水平的提升以及生產流程安全高效運行要求不斷提高，線上氣體分析儀器在工業過程控制中得到了越來越多的套用。300億：工業過程分析儀需求量巨大
業內專家指出，我國的線上分析儀器，近幾年一直保持迅速的增長趨勢，為我國石油、化工、電力等大型化和整體裝備的提升，以及對節能降耗、治污減排、安全生產都做出了重要貢獻。但與工業已開發國家相比，工業過程分析儀器行業在我國的套用水平仍較低。隨著我國國民經濟和第二產業的迅速發展，特別是水泥、冶金、石油化工等行業產業升級和固定資產投資持續增長，必然帶來我國的工業過程分析儀器的大發展和廣闊的市場前景。
“十二五”期間，工業過程分析儀器仍將保持15%增長率，預計2011-2015年市場總規模可達300億元以上。
從國家產業政策來看，傳統重工業整合趨勢明顯。國家不斷出台政策推進行業兼併重組，提升產業集中度。從短期看，產業調整政策對傳統重工業的過程氣體分析市場可能產生一定的負面影響，尤其對小型企業影響更為明顯。隨著中國產業升級的不斷提高，中國工業技術水平的不斷提高和節能減排政策的推行，未來3-5年，線上氣體分析儀表市場將獲得較高的增長。
新趨勢：由工業生產擴散至環保
除傳統工業市場外，過程氣體分析儀器在天然氣、生物製藥、航空航天、污水處理等環保以及生物沼氣、生物制油、垃圾填埋等新能源行業發展前景良好。
“十二五”是我國環境保護事業充滿希望的五年，也將是環境監測事業大有作為的五年，監測事業站在新的歷史起點上，面臨著難得的發展機遇。根據規劃，“十二五”期間，環境監測的目標將是全面構建覆蓋環境監測各監測技術手段、實現環境監測全程式質量管理為目標的質量管理體系，確保環境監測數據的“代表性、準確性、精密性、可比性和完整性”。而實現以上精密、準確、完整、可靠等方面的數據測量必將對線上分析儀表形成巨大的需求。
研究表明，預測2013年前後國內環境監測儀器的運營規模大約為：空氣線上自動監測系統約3000套以上;水質連續自動監測系統約800-1000套左右;污水線上自動監測系統約15000套左右;煙氣線上自動監測系統13000套左右。各類環境監測儀器的市場規模將持續增長，伴隨而來的是對環境監測設施運營服務需求的不斷增長。
據調查，目前在中國工業過程分析儀的市場上，國外品牌占領著國內的高端過程分析儀器和環境監測市場，如西門子、ABB、賽默飛世爾、美國哈希、日本橫河等;國內企業則主要占有中低端過程分析儀器和環境監測市場，這些企業主要包括聚光科技、雪迪龍、天融、河北先河、重慶川儀等。也有一些企業開始加大研發力度，提高技術實力，盯緊高端分析儀器市場。
