Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques（化學分析：現代儀器方法與技術）

引用

Rouessac, F., & Rouessac, A. (2022). Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques (3rd ed.; J. Towey, Trans.). Wiley.

章節概要

第3版約620頁，共22章，由John Towey從法文譯成英文，並附有輔助網站。出版社表示本書講述20多種分離方法與光譜方法的原理與實務，同時「避免技術上的複雜與理論上的深度」。從公開的第1章可以看出全書的模式：簡短的引言、一份學習目標清單、附有插圖與計算範例的編號小節，最後是章末習題，解答緊接在後。全書依方法而非依分析問題編排：先談分離方法，再談光譜方法，接著是元素分析、電化學與輔助性主題。

第1章：層析法概論

這是各分離方法章節的基礎。本章介紹層析圖以及理想高斯峰與實際峰的差異，接著展開板理論、能斯特分配係數、管柱效率、滯留參數、選擇性與解析度。移動相速度的影響透過van Deemter方程式、Golay方程式與Knox方程式討論，隨後是條件最佳化與層析技術的分類。本章最後談外部標準法、內部標準法與內部正規化法定量，包括相對感應因子的計算，並簡介層析軟體。

第2–7章：氣相層析法、高效液相層析法、離子層析法、薄層層析法、超臨界流體層析法、粒徑排除層析法

這六章將第1章的內容應用到主要的層析技術，每章都從原理講到儀器。依索引所示，手性固定相在氣相層析與液相層析兩章中都有討論，氮磷偵測器等偵測器出現在第2章。出版社將超臨界流體層析列為本版修訂的主題之一。

第8章：高效毛細管電泳

談毛細管中的電泳分離，本章在這一版也有修訂；索引顯示毛細管電層析與區帶電泳都在這裡。

第9–11章：紫外–可見光吸收光譜法、紅外光譜與拉曼光譜法、螢光與化學發光光譜法

分子光譜。第9章包括利用線性迴歸、從吸光度測量進行定量分析。第10章把中紅外與近紅外方法、衰減全反射與化學影像，和拉曼散射放在一起討論。第11章探討螢光及其應用，並兼及化學發光。

第12–14章：X射線螢光光譜法、原子吸收光譜法、原子發射光譜法

以光譜法進行元素分析：X射線螢光（包括能量分散式儀器）、伴隨基質效應的原子吸收，以及原子發射；索引顯示原子發射一章包括感應耦合電漿光源與雷射誘發崩潰光譜。

第15章：核磁共振光譜法

將NMR作為分析方法來介紹，內容延伸到耦合自旋系統、COSY脈衝序列，並有一節觸及磁振造影。

第16章：質譜法

約50頁，是全書最長的一章：包括電灑與MALDI在內的游離方法，四極柱、離子阱與飛行時間等質量分析器，串聯質譜以及ICP-MS。

第17–18章：同位素分析與標記方法、專用分析儀

第17章討論同位素稀釋與加速器質譜等以同位素為基礎的方法。第18章彙整前面各章無法歸類的專用儀器：有機元素分析、總氮（包括凱氏氮）與總有機碳分析儀、測定水分的卡爾費雪法，以及離子遷移率光譜。

第19–20章：電位分析法與離子分析法、伏安分析法

電化學分析。第19章談電位測量與離子選擇性測量，包括玻璃電極。第20章談直流極譜與脈衝極譜、剝除伏安法以及安培式感測器，包括以酵素為基礎的生物感測器。

第21–22章：樣品前處理、基本統計參數

全書以出版社稱為簡明概述的兩個短章作結：樣品前處理策略（索引中有頂空法與微波反應器），以及報告結果所需的統計學，包括Student係數與線性迴歸。

核心概念

第1章：層析法概論

• 板理論與管柱效率：把管柱視為一連串平衡階段的模型，由此得出理論板數與板高。
• 解析度與選擇性：衡量相鄰兩峰分開得多完全，以及管柱對它們的滯留差異有多大。
• van Deemter、Golay與Knox方程式：描述移動相速度與譜帶變寬之關係的方程式，用來選擇操作條件。
• 外部標準法、內部標準法與內部正規化法：將峰面積換算成濃度的三種方法。

第2–8章：分離技術

• 手性固定相：能分離鏡像異構物的管柱填充材料。
• 毛細管電泳：在細毛細管內的電場中，依遷移率不同分離帶電物種的方法。

第9–16章：光譜與質譜方法

• 衰減全反射：只量測樣品表面薄層的一種紅外取樣技術。
• 感應耦合電漿：一種高溫源，既作為原子發射的激發源，也作為質譜的離子源。
• 串聯質譜：兩段式質量分析，第二段分析第一段所選離子的碎片。

第17–22章：元素分析、電化學與輔助方法

• 同位素稀釋：加入已知量的同位素標記形式待測物來定量的方法。
• 卡爾費雪滴定：專門測定水分的方法。
• 剝除伏安法：先把待測物濃縮在電極上，再以電化學方式剝除並量測。
• Student係數：由少數幾次量測求平均值信賴區間時所用的係數。

評析

優點

• 一冊涵蓋廣泛。 二十二章涵蓋分離方法、分子與原子光譜、NMR、質譜、同位素方法、專用分析儀與電化學。出版社列出的讀者包括化工與農業食品產業、醫學檢驗實驗室和環境科學領域，而書中介紹卡爾費雪滴定儀、總有機碳分析儀這類實用儀器，正反映了這個讀者群。
• 入門門檻低。 出版社表示本書不預設讀者具備此領域的背景，每章藉由示意圖與商用儀器照片、而非理論，來說明一種方法及其儀器的基本概念。
• 便於學習的結構。 公開的樣章以明確的學習目標開頭，以習題作結，解答緊接在後，讀者不必另備解答本即可核對。出版社引用的一篇第2版書評（International Journal of Environmental and Analytical Chemistry）稱本書是認識眾多技術不可或缺的入門書。
• 儀器內容有更新。 第3版修訂了超臨界流體層析、毛細管電泳、微型化感測器、自動分析儀，以及數位化與運算能力的角色等內容。

局限

• 刻意少談理論。 由於刻意避開理論深度，光譜的物理基礎、滴定背後的平衡化學與伏安法背後的電極動力學都只簡略帶過。想了解儀器為何如此運作、或需要設計分析方法的學生，還需要一本理論性更強的教科書。
• 幾乎沒有傳統濕式化學。 除了第18章中的卡爾費雪法與凱氏法之外，目錄中沒有重量分析、滴定分析或溶液平衡的章節，而這些是大多數第一門分析化學課程都會涵蓋的內容。
• 統計與品質管制放在最後。 基礎統計與樣品前處理被壓縮在最後兩個短章，而不是在開頭介紹，因此讀者應及早查閱。

在課程中的定位

本書是逐一介紹儀器的概覽，與本課程中定量性較強的幾本書自然互補。David Harvey的 Analytical Chemistry 2.1 是一本為第一門分析化學課程所寫的開放教科書，Daniel Harris的 Exploring Chemical Analysis 也講授Rouessac略過的平衡化學、滴定與統計；兩者都可作為第一門課程的主教科書，Rouessac則作為查閱各種儀器用途的參考書。Harris與Lucy的 Quantitative Chemical Analysis 涵蓋與 Exploring Chemical Analysis 相同的範圍，但更為深入。

在儀器分析課程中，Skoog、Holler與Crouch的 Principles of Instrumental Analysis 是標準的高年級教科書，說明Rouessac刻意淡化的物理原理與儀器設計；先讀Rouessac的相關章節取得概觀，再讀Skoog的對應章節會更容易。Bard、Faulkner與White的 Electrochemical Methods 是對Rouessac第19–20章內容的研究所層級說明，應放在更後面的階段。

如何使用本書

出版社設定的讀者是修習儀器分析入門課程的大學部學生、需要了解現有技術與儀器的化學、藥學、生物化學與環境科學系學生，以及產業界的技術人員。本書不要求讀者事先了解分析方法，具備普通化學基礎即可開始。

實用的閱讀計畫：

• 從第1、21、22章開始。 層析法概論是後面六章的基礎；樣品前處理與統計這兩個短章雖然放在最後，卻是任何定量工作都需要的。
• 分離方法： 第2章與第3章（氣相層析與液相層析）是核心，第4–8章可依實驗課所用技術選讀。
• 光譜方法： 第9、10、13、14、16章涵蓋教學實驗中最常遇到的方法；第11、12、15章補充螢光、X射線螢光與NMR。
• 電化學與專用方法： 第18–20章依課程或實驗需要閱讀；第17章對多數第一門課程而言可以不讀。

章末習題應先作答再看緊接在後的解答，並把每章開頭的學習目標當作檢查清單。在實驗室使用某台儀器之前先讀相應章節，可以迅速了解其組成與限制。至於方法背後的理論，儀器方面可用Skoog補充，平衡與計算方面可用Harvey或Harris補充。