儀器分析全知識點

1、分子光譜的分類分子吸收光譜轉(zhuǎn)動光譜（遠紅外光譜） 振動光譜（紅外光譜） 電子光譜（紫外 -可見光譜） 分子發(fā)射光譜 電子光譜（分子熒光、磷光） 原子光譜的分類 原子吸收光譜 原子發(fā)射光譜 光、電、色 1 色譜法分類 氣相色譜法 高效液相色譜法 電化學分析法分類 電位分析法 電位滴定法 伏安法 3 紫外-可見分光光度法 （紫外 -可見吸收光譜法 ）:物質(zhì)分子對紫外 -可見光的吸收進行定 性、定量及結(jié)構(gòu)分析。紫外 -可見光區(qū)分為 遠紫外 （10200nm）、近紫外 （200360nm） 和可見部分 （360760nm） ； 遠紫外的吸收測量在真空下進行；通常研究近紫外 -可見光 范圍的光譜行為。第

2、 2 章 紫外 - 可見分光光度法4 § 2 1 分子光譜概述 1分子光譜產(chǎn)生 M h =M* 基態(tài)激發(fā)態(tài)E1 E2 分子吸收能量后，電子從一個能級躍遷到另一個能級 分子內(nèi)部電子能級的躍遷而產(chǎn)生的光譜：紫外 -可見光譜5吸收光譜 （吸收曲線 ）: 橫坐標 用波長或頻率表示；物質(zhì)的吸收峰位置對應于分子結(jié)構(gòu)， 是定性依據(jù) 。縱坐標 用光強的參數(shù)表示，如透光率、吸光度、吸光系數(shù)等，是 定量依據(jù) 。 2吸收光譜特征63光吸收定律 ：朗伯 -比爾 （Lambert-Beer）定律 當一束強度為 I0 的平行單色光 照射到 均勻而非散射 的溶液時，光的一部分 （強度為 Ia） 被吸收，一部分 （

3、強度為 It） 透過溶液，一部分 （強度為 Ir）被器皿表面所反射，則I0 = Ia + It + Ir光的反射損失 Ir 主要決定于器皿材料、形狀、大小和溶液性質(zhì)。在相同條件下，這些 因素是固定的，且反射損失的量很小，故 Ir 可忽略不計，則 :I0 = Ia + It 散射：光通過不均勻懸浮顆粒時，部分光束將偏離原來方向而分散到各個方向去 單色光 : 單一頻率(波長)的光7透光度(透光率或透射比) ( T，Transmittance ) ：透過光強度與入射光強度之比 T = I / I0吸光度( A, Absorbance )：物質(zhì)對光的吸收程度，其值為透光度的負對數(shù)： 注： A、T 無單

4、位方便起見 , 透過光強度 It 用 I 表示8人們對光吸收定律認識，經(jīng)歷了較長歷史過程。b 成正比：1760年， Lambert 提出光吸收程度與溶液厚度IA lg II k'b1852年， Beer 提出光吸收程度與吸光物質(zhì)微粒數(shù)目(濃度)成正比：A lg I k''c9兩個定律合并起來叫 Lambert-Beer 定律：A lgabc若 b的單位是 cm；c 的單位是 g ·L-1時， a 為吸光系數(shù)，單位是：若 b 的單位是 cm ； c 的單位是 mol · L-1 時：10e 與 a 的關(guān)系 ： e 為物質(zhì)摩爾質(zhì)量。注： Lambert-

5、Beer 定律不僅適用于 溶液 ，也適用于 均勻的氣體和固體狀態(tài) 的吸光物質(zhì)， 是各類吸收光譜法，如 紅外光譜法和原子吸收光譜法 等的定量分析依據(jù)。11光吸收基本定律 : 朗伯 -比爾定律意義:當一束平行單色光 通過均勻、非散射 溶液時，其吸光度與溶液濃度和液層厚度乘積成正 比.A=lg(I0/It)=kbc12T透光率(透射比) ( Transmittance )A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc13吸光度 A、透光率 T與濃度 c 的關(guān)系14當吸光物質(zhì)濃度為 1mol ·L-1, 液池厚 1cm 時，一定波長的 單色光 通過溶液時的吸光度

6、值。 是物質(zhì)本身決定的，是物質(zhì)吸光能力的量度可作為定性分析的參考和估量定量分析方法的 靈敏度 。 <104低 104105中 >5×105高物理意義：最常用的形式： A bc15非單波長入射光引起的偏離吸收定律僅對單色光的吸收才是正確的 。當入射光是非單色光時，將引起定律的偏離。 消除措施：選擇最大吸收波長。16 吸光物質(zhì)在溶液中發(fā)生化學變化引起偏離 由于吸光物質(zhì)變成了不同的存在形式 , 對原來最大吸收波長光的吸收能力發(fā)生變化， 引 起對吸收定律偏離。消除措施：控制適當?shù)娘@色條件 。對上述反應介質(zhì)的酸度控制，可消除該影響。 配合物不穩(wěn)定也會引起偏離配合物越稀， 解離度越大

7、。 解離產(chǎn)生的離子在最大吸收波長處吸收較小或無吸收， 引起 對吸收定律偏離。消除措施：試液濃縮富集 。17介質(zhì)不均勻引起的偏離Lambert-Beer 定律要求吸光物質(zhì)的溶液均勻。 如果被測液是 膠體溶液、 乳濁液或懸浮物 質(zhì)，當入射光通過溶液時，因 散射 現(xiàn)象而造成損失，使實際測得的吸光度增大，從而偏離 Lambert-Beer 定律。故紫外 -可見吸光光度法一般僅適用于透明溶液。A = lg （I0/It）18與紫外 -可見吸收光譜有關(guān)的電子有 3 種: 形成單鍵的 電子 , 形成雙鍵的 電子以及 未參與成鍵的 n 電子 （孤對電子 ）根據(jù)分子軌道理論，這三種電子的能級高低次序為：（ ）

8、< （ ） < （ n ） < （ ） < （ ） 、表示成鍵分子軌道 . n: 非鍵分子軌道 . 、 ：反鍵分子軌道 1電子躍遷類型、能量及所在波長區(qū)§ 2-2 化合物電子光譜的產(chǎn)生19躍遷所需能量次序：> n>> n 有機化合物分子主要有四種類型的躍遷 躍遷； n 躍遷； 躍遷； n 躍遷；受到外來輻射時，處在較低能級的電子躍遷到較高能級。 分子軌道的能級不同，要實現(xiàn)各種不同的躍遷所需要吸收外來輻射的能量也各不相同。20對于有機化合物 , 最有用的 吸收光譜是基于 和 n 躍遷產(chǎn)生的 , 實現(xiàn)這 兩類躍遷所需要的能量相對較小 , 其吸收峰

9、波長一般處于大于 200nm 的近紫外光區(qū) , n 躍遷還可能在可見光區(qū)22生色團 ：能導致化合物在紫外 -可見光區(qū)產(chǎn)生吸收的基團，主要有含不飽和鍵 和 未成對電子 的基團。如 -C=C-、C=O、-N=O、-N=N-、-C=N 等，相應于 與 n躍遷。相同生色團， max 相同，但隨生色團數(shù)目的不同有變， 一般是 隨生色團數(shù)增加而波長 增長 ；不同生色團，有不同的 max，同一化合物中有幾個不同生色團時，吸收光譜上有幾 個吸收峰（但不一定能分開） 。2常用術(shù)語：生（發(fā)）色團、助色團23助色團： 本身無吸收， 但能使生色團吸收強度和波長發(fā)生改變的基團， 通常是含有孤 對電子的基團。如： -OH

10、、 -NH2、-SH、-X（鹵素）等。 孤對電子與生色團中 電子相互作用 使 躍遷能量降低并引起吸收峰位移 .入孤對電子（ lone pair electrons ）或稱孤電子對，指不與其他原子結(jié)合或共享的成對價電 子.24 紅移、藍（紫）移、增色效應和減色效應 由于在化合物中引入取代基、 或改變?nèi)軇?或引入增敏試劑等， 使 最大吸收波長移向長 波方向為紅移；移向短波方向為藍移 。伴隨強度增大或減小為 增色效應或減色效應 。25 3影響紫外可見光譜的因素 躍遷中， 激發(fā)態(tài)極性大于基態(tài)， 當使用 極性大 的溶劑時， 由于溶劑與溶質(zhì)相互 作用，激發(fā)態(tài)比基態(tài) 的能量下降更多， 使得激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間

11、的能量差減小， 導致吸 收光譜 max 紅移 。n 躍遷中，基態(tài) n電子與 極性溶劑形成氫鍵，降低了基態(tài)能量，使得激發(fā)態(tài)與基 態(tài)之間能量差變大，導致吸收光譜 max 藍移 。溶劑極性不同引起吸收光譜紅移或藍移 -溶劑效應（1）溶劑效應26 影響吸收強度和精細結(jié)構(gòu) 極性溶劑使精細結(jié)構(gòu)消失，典型的例子是對稱四嗪在不同溶劑中的吸收光譜 （1）溶劑效應27 溶劑的選擇原則：（a）溶解樣品； （b）在樣品吸收的范圍內(nèi)無吸收； （c）盡量選用非極性溶劑。28（2）空間效應如果一個共軛有機化合物的分子處于同一平面時， 則各個生色團之間的相互作用達到最 大，分子的激發(fā)能降低，吸收較長波長的光，且強度增大。苯乙

12、烯29越大；（ 3） 吸收與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 生色團共軛鏈越長，吸收紅移越多， 助色團越多，紅移越大；30結(jié)構(gòu)示意圖§2-3 紫外 -可見分光光度計1基本組成部件（1）光源紫外 ：氫、氘燈 發(fā)射 160375nm 的連續(xù)光?？梢?：鎢燈或碘鎢燈 發(fā)射 3202500nm 的連續(xù)光。 氙燈適合于紫外和可見部分 ，發(fā)射 250750nm 的連續(xù)光。33（2）單色器 由入射狹縫、準光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光） 、色散元件、聚焦元件和 出射狹縫組成。核心部分 ：色散元件，將復合光色散成單色光 色散元件為棱鏡和光柵。棱鏡有玻璃和石英兩種。玻璃 : 用于 350 3200 nm 波長范圍

13、, 吸收紫外光，只能用于可見光域石英 : 185 4500 nm ，用于紫外和可見光域光柵： 利用光的衍射與干涉作用，用于紫外和可見光域。34（ 3）吸收池 紫外及可見光區(qū)：石英比色皿 可見光區(qū)：光學玻璃比色皿 注意：不能用手拿光學面；放入試樣室時必須用濾紙（或鏡頭紙）吸干外面的溶液；盛 溶液時只裝 2/3。（4）信號接收器 光電管、光電倍增管。（5）讀出裝置 數(shù)字顯示、記錄儀、表頭等。352分光光度計類型 單波長單光束分光光度計 ： 一般分光光度計36 單波長雙光束分光光度計 ：在單色器后采用光束分裂器 將光束分為強度相等的兩個光 束；一束通過參比池，另一束通過樣品池?？梢?消除光源強度變化

14、帶來的誤差 。一般自動記 錄式分光光度計均為雙光束37§ 2-4 分析條件選擇一、儀器測量條件誤差來源 ： 光源不穩(wěn)定、實驗條件偶然變動、讀數(shù)不準確等 選擇適宜的吸光度范圍（ 0.151.00），使測量結(jié)果的誤差盡量減小。通過調(diào)節(jié) 待測溶液濃度 ，選用 適當厚度的吸收池 使 A 落在此區(qū)間內(nèi)。38選擇 最大吸收波長 為入射光波長（最大吸收原則） ，靈敏度最高。 狹縫寬度 直接影響測定靈敏度和校準曲線線性范圍。 狹縫寬度增大，入射光單色性降低，靈敏度降低，校準曲線偏離朗伯-比耳定律。39二、顯色反應與分析條件選擇1 顯色反應2 反應條件確定3 測定中干擾及消除40顯色反應選擇 靈敏度高

15、，一般 >104 選擇性好顯色劑在測定波長處無明顯吸收。對照性好 , 顯色劑與有色配合物 反應生成的有色化合物組成恒定，穩(wěn)定。顯色條件易于控制，重現(xiàn)性好。M + nR = MRn（R: 顯色劑 ）41反應條件確定（1）顯色劑用量M + nR = MRn顯色劑用量通過實驗確定，作 A隨顯色劑濃度變化曲線，選恒定 A 值時的顯色劑用量。 （2）溶液酸度影響最佳酸度通過實驗確定， 固定溶液中待測組分與顯色劑濃度， 改變 pH值，測定 A與 pH 關(guān)系，找出最適宜 pH 范圍。（R: 顯色劑 ）（3）其它問題 顯色反應時間、溫度、放置時間對配合物穩(wěn)定性的影響。三、參比溶液的選擇用參比溶液調(diào)節(jié)透射

16、比為 100（A=0），以消除溶液中其它成分以及吸收池和溶劑對光 的吸收所帶來誤差431、溶劑參比當試樣溶液組成簡單、 共存其它組分很少且對測定波長的光幾乎沒有吸收時， 采用溶劑 參比，可消除溶劑、吸收池影響2、試劑參比如顯色劑或其它試劑在測定波長有吸收， 按顯色反應相同條件， 只是不加試樣， 同樣加 入試劑和溶劑為參比。可消除試劑中組分產(chǎn)生吸收的影響3、試樣參比如試樣在測定波長有吸收， 可按與顯色反應相同的條件以試樣作為參比 （只是不加顯色 劑）。要求顯色劑在該測定波長處無吸收44平行操作溶液參比用不含被測組分的試樣， 在相同條件下與被測試樣同樣進行處理， 得到平行操作參比溶 液45四、干擾

17、及消除方法 控制酸度、選擇適當?shù)难诒蝿?、選擇適當?shù)臏y定波長、分離等。46§25 紫外 -可見分光光度法應用定性、定量、結(jié)構(gòu)分析及物理常數(shù)測定1定性分析在極性溶劑中， 物質(zhì)吸收如果紅移， 則物質(zhì)具有 電子， 由躍遷產(chǎn)生；如果吸 收紫移，則物質(zhì)含有 n 電子，由 n躍遷產(chǎn)生。 （溶劑化作用 ）47溶劑對分子軌道能量的影響使得 E'-*< E-* 躍遷的吸收紅移；E' -*< E- *躍遷的吸收紅移；E' n-*>En-*n躍遷的吸收紫移；E'n-* > E n- *n 躍遷的吸收紫移。48比較吸收光譜 在相同測量條件下，測定未知物的

18、吸收光譜與所推斷化合物的標準物吸收光譜直接比 較。如吸收光譜形狀完全一致( max，吸收峰數(shù)目、位置及 等)?？沙醪秸J為是同一化 合物。兩種定性方法49 經(jīng)驗規(guī)則計算 max623 定量分析( 1) 單組分分析 ：標準曲線法或標準對比法標準曲線法 ：配制 一系列不同含量的標準溶液 ，以 不含被測組分的空白溶液為參比 ，在 相同條件下測定標準溶液的吸光度。繪制 標準曲線 。在相同條件下測定 未知試樣的吸光度 ， 從標準曲線上找到與之對應的未知試樣的濃度。建立一個方法時，首先要確定符合朗伯-比爾定律的濃度范圍，即 線性范圍 ，定量測定一般在線性范圍內(nèi)進行。63標準對比法 ：在相同條件下測定試樣溶液

19、和某一濃度的標準溶液的吸光度 Ax和 AS, 由 標準溶液的濃度 cs 可計算出試樣中被測物濃度 cx該方法較簡單，但只有在測定的濃度范圍內(nèi)溶液完全遵守 Lambert-Beer 定律，且 cs 和 cx 很接近時，才能得到準確的結(jié)果。64( 2) 多組分分析 ：根據(jù) A 具有加和性，在同一試樣中可測定兩個以上組分。假如試樣中含x, y 兩種組分，在一定條件下將它們轉(zhuǎn)化為有色化合物，分別繪制吸收光譜，出現(xiàn)三種情況(a): 兩組分互不干擾(b) : 組分 x 對組分 y 的測定有干擾(c) : 兩組分相互干擾第 3 章 紅外光譜法3.1 概述3.2 基本原理1. 產(chǎn)生紅外吸收的條件2. 分子振動

20、3. 譜帶強度4. 基團頻率5. 影響基團頻率的因素3.3 紅外光譜儀器3.4 試樣制備3.5 應用簡介13.1 概述1. 定義：紅外光譜又稱 分子振動轉(zhuǎn)動光譜 ，屬 分子吸收光譜 。樣品受到頻率連續(xù)變化 的紅外光照射時，分子吸收某些頻率的輻射， 分子振動或轉(zhuǎn)動運動引起偶極矩 （ ， 正、 負電荷中心間的距離 d 和電荷中心所帶電量 q 的乘積） 的凈變化 ，分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基 態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應于這些吸收區(qū)域的透射光強減弱，記錄百分透光率T%對波數(shù)或波長的曲線，即為紅外光譜。主要用于化合物鑒定及分子結(jié)構(gòu)表征，亦可用于定量分析。2紅外光譜表示方法：紅外光譜以 波長）或 T （波數(shù)）來表示

21、，下圖為苯酚的紅外光譜。T（%）用 T%來表示吸光強度，光的性質(zhì)用波長或波數(shù)表示；紫外 -可見吸收光譜，以吸光度為縱坐標，以波長為橫坐標。紅外吸收光譜表示方法與 紫外 -可見吸收光譜表示方法不同，紅外吸收光譜橫坐標為波數(shù)（波長倒數(shù)），縱坐標為透光度。3 倍頻吸收：分子吸收一定波長的紅外光后，從基態(tài)躍遷到第二激發(fā)態(tài)甚至第三激發(fā)態(tài)43. 紅外光譜特點1）紅外吸收只有振 -轉(zhuǎn)躍遷，紅外光波長長，能量低；2）應用范圍廣：除單原子分子及同核分子外（Ne, He, O2, H2），幾乎所有有機物在紅外光區(qū)均有吸收；3）分子結(jié)構(gòu)更為精細的表征：通過 IR 譜的波數(shù)位置、波峰數(shù)目及強度確定分子基團、 分子結(jié)構(gòu)

22、；4）定量分析；5）固、液、氣態(tài)樣品均可測定，且用量少、不破壞樣品；6）分析速度快。7）與色譜等聯(lián)用具有強大的定性功能。3.2 基本原理1. 產(chǎn)生紅外吸收的條件 分子吸收輻射產(chǎn)生振動能級（同時伴隨轉(zhuǎn)動能級）躍遷必須滿足兩個條件： 條件一： 輻射光子的能量應與振動躍遷所需能量相等。7條件二： 輻射與物質(zhì)之間必須有耦合作用（相互作用） ，導致分子偶極矩的改變。8當一定頻率的紅外光照射分子時， 如分子中某基團的振動頻率和它一致， 二者產(chǎn)生共振， 光能通過分子偶極矩的變化而傳遞給分子， 該基團就吸收一定頻率的紅外光， 產(chǎn)生振動躍遷。 如二者不一致，該基團就不會吸收紅外光。采用連續(xù)改變頻率的紅外光照射試

23、樣， 由于該試樣對不同頻率的紅外光的吸收與否， 使 通過試樣的紅外光在一些波長范圍內(nèi)變?nèi)酰ū晃?，峰較高） ，在另一些范圍內(nèi)較強（峰較 低，不吸收） 。用 T%來表示吸光強度，光的性質(zhì)用波長或波數(shù)表示；10 影響振動頻率或波數(shù)的因素 為化學鍵力常數(shù) k 和相對原子質(zhì)量 。k 大， Ar '越小，吸收峰出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū) 。 -1）kC=C（1667cm-1）kC-C（1429cm-1）（三種碳碳鍵原子質(zhì)量相同）Ar'- C （1430cm-1） Ar '-N C（1330cm-1） Ar '-O C（1280cm-1） （力常數(shù)相近）判斷紅外光譜中化學鍵的吸收峰位置

24、！112）多原子分子 多原子分子的振動復雜（原子多、化學鍵多、空間結(jié)構(gòu)復雜） ，可分解為多個簡單 的基本振動。12設(shè)非線性分子 由n 個原子組成，振動形式有 3n-6種。13線性分子 CO2 對于線性分子 ，振動形式有 3n-5 種。14理論上， 多原子分子的振動數(shù)應與 譜峰數(shù)相同 ，但實際上，譜峰數(shù)常常少于理論計算 出的振動數(shù)，這是因為：a）偶極矩變化的振動，不產(chǎn)生紅外吸收 , 如 CO2；b）譜線簡并（振動形式不同，但其頻率相同） ；c）儀器分辨率或靈敏度不夠，有些譜峰觀察不到。153. 譜帶強度 分子對稱度高，振動偶極矩小，產(chǎn)生的譜帶就弱；反之則強。說明： 1）吸收峰強度與分子偶極距變化

25、的平方成正比。而偶極距變化主要由化學鍵兩 端原子間的電負性差 （對稱性）所決定； 2）強度比 UV-vis強度小 2-3 個數(shù)量級；163.3 紅外光譜的特征性，基團頻率 紅外光譜的特征性 復雜分子中有許多原子基團（化學鍵） ，各個原子基團在分子被激發(fā)后，都會產(chǎn)生特征 的振動。不同分子中同一類型基團的振動頻率是非常相近的， 都在一較窄的頻率區(qū)間出現(xiàn)吸收譜 帶。172. 基團頻率區(qū)常見的化學基團在 4000 670 cm-1 （2.5 15）范圍內(nèi)有特征基團頻率。常將該波數(shù)范圍分為幾個區(qū)。18苯環(huán)上的 C-H 鍵 4000250019（ 2）叁鍵及累積雙鍵區(qū)（ 25002000 cm-1） 雙鍵

26、，苯環(huán)衍生物 20001650基團頻率主要由化學鍵的力常數(shù)決定。 但分子結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境因素也對其頻率有一定的 影響。1）電子效應 ：引起化學鍵電子分布不均勻的效應。 誘導效應 （Induction effect） ：取代基電負性靜電誘導電 子分布改變 k 增加特征頻率增加（移向高波數(shù)） 。共軛效應 （Conjugated effect） ：電子云密度均化鍵長變長 k 降低特征頻率減小（移向低波數(shù)） 。中介效應 （Mesomeric effect） ：孤對電子與多重鍵相連產(chǎn)生 的 p- 共軛，結(jié)果類似于共軛效應。當誘導與共軛兩種效應同時存在時， 振動頻率的位移和程度取決于它們的凈效 應。3.4

27、影響基團頻率位移的因素242）氫鍵效應 （X-H） 形成氫鍵使電子云密度平均化 （締合態(tài)） ，使體系能量下降， 基團伸縮振動頻 率降低，其強度增加但峰形變寬。如羧酸 -1 ， -H=3550cm-1）;-1 ， -H=3250-2500cm-1）如乙醇： CH3CH2OH（40cm-1 ）（CH3CH2OH）2（-1 ）（CH3CH2OH）n（-1 ）3） 振動耦合 （ Coupling） 當兩個振動頻率相同或相近的基團相鄰并由同一原子相連時， 兩個振動相互作用 （微擾）產(chǎn)生共振，譜帶一分為二 （高頻和低頻 ）。如羧酸酐分裂為（ 、s1760cm-1）25費米共振空間效應266）物質(zhì)狀態(tài)及制樣

28、方法 通常，物質(zhì)由固態(tài)向氣態(tài)變化，其波數(shù)將增加。7）溶劑效應 極性基團的伸縮振動頻率通常隨溶劑極性增加而降低。因此紅外光譜通常需在非極性溶劑中測量。27一、紅外光譜對有機化合物的定性分析具有鮮明的特征性。 因為每一化合物都具有特異 的紅外吸收光譜，其譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強度均隨化合物及其聚集態(tài)的不同而不同。 因此根據(jù)化合物的光譜，就可以像辨認人的指紋一樣，確定該化合物或其官能團是否存在。3.5 紅外光譜定性分析28分類：大致可分為 官能團定性和結(jié)構(gòu)分析 兩方面 :官能團定性 ：根據(jù)化合物紅外光譜的特征基團頻率來確定物質(zhì)含有哪些基團， 從而確定 該化合物的類別。結(jié)構(gòu)分析 （結(jié)構(gòu)剖析 ）：根據(jù)

29、化合物的紅外光譜并結(jié)合其它實驗資料 （如相對分子質(zhì)量， 物理常數(shù)，紫外光譜，核磁共振波譜，質(zhì)譜等）來推斷有關(guān)化合物的化學結(jié)構(gòu)。291. 試樣的分離和精制：用各種分離手段提純試樣，以得到單一的純物質(zhì)；2. 了解與試樣性質(zhì)有關(guān)的其它方面的資料：試樣來源、元素分析值、相對分子質(zhì)量、熔點、 沸點、溶解度、有關(guān)的化學性質(zhì)、以及紫外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜等；計算不飽和度， 估計分子結(jié)構(gòu)式中是否有雙鍵、 叁鍵及芳香環(huán)， 并可驗證光譜解析結(jié)果 合理性 .不飽和度 U：有機分子中碳原子的飽和程度 .二、定性分析的一般過程：30n1, n3和 n4 分別為分子式中一價，三價和四價原子的數(shù)目 . 通常規(guī)定雙鍵（ C

30、C 、C O 等）和飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)的不飽和度為 1，叁鍵（ CC 、 C N 等）的不飽和度為 2，苯環(huán)不飽和度為 4（可理解為一個環(huán)加三個雙鍵） ，鏈狀飽和烴 的不飽和度為零 .U = 1n4（n3 n1）/2323. 譜圖的解析 ：測得試樣的紅外光譜后，要對圖譜進行解析；先從各個區(qū)域的特征頻率入手，發(fā)現(xiàn)某基團 再根據(jù)指紋區(qū)進一步核證該基團及其與其它基團的結(jié)合方式 再根據(jù)元素分析數(shù)據(jù)等確定其結(jié)構(gòu)；最后用標準譜圖進一步驗證334. 和標準譜圖進行對照 可用純物質(zhì)在相同的制樣方法和實驗條件下測得； 最方便還是查閱標準譜圖集，最常用的標準譜圖集是薩特勒（Sadtler）紅外譜圖集5. 計算機紅外光譜

31、譜庫及其檢索系統(tǒng)6. 確定分子的結(jié)構(gòu)34 定量分析是根據(jù)物質(zhì)組分的吸收峰強度來進行的，依據(jù)是朗伯 -比爾定律 .各種氣體、液體和固態(tài)物質(zhì)均可用紅外光譜進行定量分析 . 紅外光譜圖中吸收帶很多，因此定量分析時 , 特征吸收譜帶的選擇尤為重要 .3.6 紅外光譜定量分析35 除應考慮選 較大的之外，還應注意幾點：1. 譜帶的峰形應有較好的 對稱性 ;2. 其他組分 在所選擇特征譜帶區(qū)不產(chǎn)生干擾 ;3. 溶劑或介質(zhì) 在所選擇特征譜帶區(qū)域應無吸收或基本沒有吸收；4. 特征譜帶不應在對 二氧化碳、水、 蒸氣 有強吸收的區(qū)域 .缺點 : 與紫外吸收光譜相比，紅外光譜的靈敏度較低，加上紫外吸光光度法的儀器較

32、簡 單、普遍，因此只要有可能，采用紫外吸收光譜法進行定量分析較方便。36 紅外吸收光譜儀主要部件有 ：光源、樣品池、單色器、檢測器、放大記錄系統(tǒng) 根據(jù)紅外吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理不同可分為：色散型紅外吸收光譜儀 （棱鏡、光柵） 傅立葉變換紅外吸收光譜儀 （ FT-IR）1. 光源 常的紅外光源有 Nernst 燈和硅碳棒。氧化鋯、氧化釔、氧化釷382. 吸收池 紅外吸收池使用可透過紅外光的材料制成窗片；不同的樣品狀態(tài)（固、液、氣態(tài)） 使用不同的樣品池，固態(tài)樣品可與晶體混合壓片制成?？赏高^紅外光的材料393. 單色器由色散元件、準直鏡和狹縫構(gòu)成。狹縫越窄， 分辨率越高， 但光源到達檢測器的能量

33、輸出減少， 這在紅外光譜分析 中尤為突出。通常采取 程序增減狹縫寬度 的辦法，即隨輻射能量降低，狹縫寬度自動增加， 保持到達檢測器的輻射能量的恒定。4. 檢測器及記錄儀紅外光能量低， 因此常用熱電偶、 測熱輻射計、 熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器等。40 幾種紅外檢測器413.8 試樣制備一、對試樣的要求1）試樣應為“純物質(zhì)” （98%），通常在分析前，樣品需要純化；2）試樣不含水 （水可產(chǎn)生紅外吸收且可侵蝕鹽窗 ）；3）試樣濃度或厚度適當，以使T 在合適范圍。二、制樣方法液體或溶液試樣1）沸點低、易揮發(fā)樣品：采用封閉液體池。液層厚度：0.011 mm。2）高沸點樣品：液膜法 （夾于兩鹽片之間 ）

34、。3）固體樣品可溶于 CS2或 CCl4 等無強吸收的溶劑中。42固體試樣1）壓片法 ：12mg 試樣+200mg KBr干燥處理研細： 粒度小 于 （散射小） 混合壓成透明薄片直接測定；2）石蠟糊法 ：試樣磨細與液體石蠟混合夾于鹽片間；（石蠟為高碳數(shù)飽和烷烴，因此該法不適于研究飽和烷烴）。3）薄膜法 ： 高分子試樣加熱熔融涂制或壓制成膜； 聚合物試樣溶于低沸點溶劑涂漬于鹽片揮發(fā)除溶劑原子吸收光譜法(Atomic absorption spectrometry, AAS)21.1 原子吸收光譜法概述原子吸收光譜法 ：基于物質(zhì)所產(chǎn)生的 原子蒸氣中基態(tài)原子對特定譜線吸收 來進行定量分 析的方法由于

35、在 儀器結(jié)構(gòu)及操作 上與紫外 -可見分光光度法相似，又稱為原子吸收分光光度法與紫外 -可見分光光度法區(qū)別 ：均為吸收光譜， UV-vis 是分子光譜 （分子吸收能量，電子 從一個能級躍遷到另一個能級 ）， AAS是原子光譜3一、歷史原子吸收光譜法是基于待測基態(tài)原子對特征譜線吸收而建立的分析方法。 經(jīng)歷了 3 個發(fā) 展階段：1. 原子吸收現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)1802 年 Wollaston 發(fā)現(xiàn)太陽光譜的暗線；41859 年 Kirchhoff 和 Bunson 解釋了太陽連續(xù)光譜中暗線產(chǎn)生原因5暗線是由于大氣層中鈉原子對太陽光選擇性吸收的結(jié)果62、空心陰極燈發(fā)明1955年Walsh發(fā)表了一篇論文 “ Ap

36、plication of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry ” , 解決了原子吸收光譜的光源問題， 50 年代末 PE （Perkin Elmer） 和 Varian 公司 推出了原子吸收商品儀器。83、電熱原子化技術(shù)的提出1959 年里沃夫提出電熱原子化技術(shù) （非火焰原子化 ），大大提高了原子吸收的靈敏度9二、分類 火焰原子吸收光譜法和非火焰原子吸收光譜法 ?；鹧嬖踊^程 ： 通過燃氣和助燃氣的混合氣體，將液體試樣霧化并帶入火焰中進行原子化。10非火焰原子化過程 ：電熱原子化和低溫原子化電熱原子化 ：微量注射器將

37、L 級樣品注入被加熱的石墨管中，在低溫下 干燥，然后在 較高溫度下 灰化，接著將溫度突然上升到 2000 3000，試樣在幾秒內(nèi) 原子化 。冷原子化 ：僅用于汞。將試液中 Hg2+用 SnCl2 或鹽酸羥胺還原為金屬汞，用空氣流將 汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體吸收管中進行原子吸收測量。11三、原子吸收光譜法特點1、靈敏度高（火焰法： 1 ng/mL）2、準確度好（火焰法： RSD <1%，非火焰法 3-5%）3、選擇性高（可測元素達 70 個，相互干擾很?。┤秉c： 不能多元素同時分析 ，不適合測定難熔元素 ，如 W、Nb、Ta、Zr、Hf 、稀土及非 金屬元素13一、吸收光譜二、定量基礎(chǔ)1

38、.2 原子吸收基本原理14一、吸收光譜1. 原子的能級與躍遷原子蒸氣中 基態(tài)原子吸收一定頻率的光 ，外層電子從基態(tài) 第一激發(fā)態(tài) , 產(chǎn)生原子吸 收光譜2. 吸收光譜中元素的特征譜線1 ）各種元素：基態(tài)第一激發(fā)態(tài)最易發(fā)生，最靈敏具有特征性 。2）利用特征譜線進行定量分析。153. 吸收光譜形狀一束強度為 I0 平行光通過厚度為 L的原子蒸氣，一部分光被吸收，一部分光透過（假 定原子蒸氣中原子密度一定） ：kv: 基態(tài)原子對頻率為 v 的光的吸收系數(shù)朗伯定律16吸收系數(shù) kv 對頻率 v 作圖，所得曲線為吸收線輪廓（原子吸收光譜）吸收系數(shù) kv 隨光源的輻射頻率而改變 （由于物質(zhì)的原子對光的吸收具

39、有選擇性，對不 同頻率的光，原子對光的吸收也不同）17 吸收線輪廓參數(shù)： 中心頻率 v （峰值頻率） ：吸收系數(shù)極大值（ K0）所對應頻率 半寬度（ V ）：吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓上兩點間頻率距離18 原子結(jié)構(gòu)較分子結(jié)構(gòu)簡單，理論上應產(chǎn)生 線狀吸收光譜線 （線無寬度） 。但原子吸收 光譜線并不是嚴格幾何意義上的線， 而是 有相當窄頻率范圍 （具有一定寬度， 約 10-3nm ）19 吸收峰變寬原因： 自然寬度 ：沒有外界影響，譜線仍有一定寬度稱為自然寬度。它與激發(fā)態(tài)原子平均壽 命有關(guān)， 平均壽命愈長，譜線寬度愈窄 。（ 10-5 nm）20物理學中多普勒變寬效應： 無規(guī)則熱運動的發(fā)光原

40、子 運動方向背離檢測器 ，則檢測器接 受的光的頻率較靜止原子所發(fā)的光的頻率 低。反之， 發(fā)光原子 向著檢測器運動 ，檢測器接受 光的頻率較靜止原子所發(fā)的光的頻率 高 。多普勒變寬（熱變寬）在原子吸收光譜中， 氣態(tài)原子處于無規(guī)則熱運動中， 對檢測器具有 不同的運動速度分量 使檢測器接受到很多頻率稍有不同的吸收，于是譜線變寬 。21 多普勒寬度隨溫度升高，待測金屬原子相對原子質(zhì)量降低而變寬。 22壓力變寬 ：勞倫茲變寬和赫魯茲馬克變寬。 由于原子相互碰撞導致激發(fā)態(tài)原子平均壽命縮短，引起譜線變寬。 勞倫茲變寬： 待測元素原子和其他粒子碰撞引起的變寬 。變寬可達 10-3 nm。 赫魯茲馬克變寬： 同

41、種原子碰撞 。23自吸變寬 ：由自吸現(xiàn)象引起的譜線變寬稱為自吸變寬。 光源空心陰極燈發(fā)射的共振線被 燈內(nèi)同種基態(tài)原子吸收產(chǎn)生自吸現(xiàn)象，使譜線變寬。 燈電流愈大，自吸變寬愈嚴重 。244. 原子吸收光譜的測量（光源問題） 不能使用連續(xù)光源！25銳線光源 :（1） 發(fā)射線半寬度遠小于待測原子吸收線半寬度 （空心陰極燈）（2） 發(fā)射線與吸收線中心頻率 v0 一致 （測定時需使用一個與待測元素同種元素制成的 銳線光源 ）26 原子吸收的定量依據(jù)：A=kN0LN0: 原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原子數(shù) L：原子蒸氣的寬度。實際分析中測定的是試樣中待測元素的濃度 c, c 與原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原子數(shù) 成

42、正比，A=k'c29 原子吸收光譜儀主要部件 原子吸收分光光度計與紫外可見分光光度計在儀器結(jié)構(gòu)上的不同點： （1）采用銳線光源（2）分光系統(tǒng)在火焰與檢測器之間。30二、光源1. 光源應滿足如下要求 ； （1）能發(fā)射待測元素的共振線；（ 2）能發(fā)射銳線（發(fā)射線半寬度遠小于吸收線半寬度， 發(fā)射線與吸收線中心頻率一致） （ 3）輻射光強度大，穩(wěn)定性好。共振線 ：原子中最外層電子從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài) （第一激發(fā)態(tài)） 時要吸收一 定頻率的光，當它躍遷回基態(tài)時，則發(fā)射同樣頻率的光（譜線） ，該譜線稱為共振線。322. 空心陰極燈原理 施加適當電壓時，電子將從空心陰極內(nèi)壁流向陽極 ;與充入的

43、惰性氣體碰撞使之電離， 產(chǎn)生載氣正離子， 載氣正離子在電場作用下， 向陰 極內(nèi)壁猛烈轟擊。使陰極表面待測金屬元素原子濺射出來 （原子從晶格中被轟擊出來） ， 濺射出來的金 屬原子與電子、惰性氣體原子及離子等撞碰而被激發(fā)，發(fā)射相應元素的特征共振譜線 。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈33優(yōu)缺點： （1）輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。 （2）每測一種元素需更換相應的燈。34三、原子化器1. 功能 ：提供能量 , 使試樣干燥、蒸發(fā)并原子化。2. 原子化方法 ： 火焰原子化：常用預混合型原子化器 非火焰原子化：常用管式石墨爐原子化器。353、火焰原子化器 ： 火焰原子化法是由化

44、學火焰提供能量，使被測元素原子化。（1）預混合型原子化器 分為噴霧器、霧化室與燃燒器36噴霧器 ：將試樣霧化，提供細小的霧滴。霧滴越小，火焰中生成的基態(tài)原子越多。霧化室 ：使氣溶膠的霧粒更小、更均勻，并與燃氣、助燃氣均勻混合后進入燃燒器。霧 化室中裝有 撞擊球 ，使氣溶膠霧粒更小。 擾流器 對較大霧滴有阻擋作用， 使其沿室壁流入廢 液管排出。燃燒器 ：產(chǎn)生火焰，使進入火焰的試樣氣溶膠蒸發(fā)和原子化。37（2）火焰 試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原）等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。火焰溫度選擇 ：（ a）保證待測元素充分離解為基態(tài)原子前提下，盡量采用低溫火焰 ；（b）火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類

45、型，常用乙炔 -空氣 ，最高溫度 2500K，能測 35種元素。38火焰類型：化學計量火焰 ：燃氣與助燃氣之比與化學反應計量關(guān)系相近 ，又稱中性火焰。 溫度高， 干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。富燃火焰 ：燃氣大于化學計量的火焰。燃燒不完全，溫度略低于化學計量火焰， 具有 還原性 ，測定較易形成難解離氧化物的元素 Mo 、Cr，稀土等。貧燃火焰 ：助燃氣大于化學計量的火焰。 火焰溫度低，氧化性強 ，適用于測定易解離、 易電離元素，如 堿金屬 。404. 非火焰原子化器 （石墨爐原子化器） 工作原理：大電流通過石墨管產(chǎn)生高熱、高溫，使試樣原子化。41 石墨爐原子化器原子化過程 干燥 ：溫度稍高于溶劑

46、沸點， 目的是除去溶劑， 以免溶劑存在導致灰化和原子化過程飛 濺?；一?：除掉易揮發(fā)的基體和有機物原子化 ：高溫使試樣原子化。溫度可達 2500-3000 。凈化 ：一個樣品測定結(jié)束后，用比原子化階段稍高的溫度加熱，除去樣品殘渣，凈化石 墨爐43石墨爐原子化法優(yōu)缺點優(yōu)點 ：原子化程度高，試樣用量少（ 1-100L），可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，檢 測限 10-12 g/L 。缺點 ：化學干擾較多，重現(xiàn)性差，裝置復雜。44 光源發(fā)出的共振線通過被測試樣的原子蒸氣，并投射到單色器的狹縫上。 共振線 共振線 ：電子從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）時要吸收一定頻率的光， 當它躍遷回基態(tài)時，

47、則發(fā)射同樣頻率的光（譜線） ，該譜線稱為共振線。45四、單色器1. 將光源發(fā)出的共振線（通過原子蒸氣后）與鄰近譜線分開，使共振線投射到單色器 的狹縫上單色器置于原子化器后邊：防止非吸收譜線干擾進入檢測器共振線46四、單色器2. 組件 ： 色散元件（棱鏡、光柵） ，凹凸鏡、狹縫等。47五、檢測系統(tǒng) 主要由檢測器、放大器、對數(shù)變換器、顯示記錄裝置組成。1. 檢測器 將單色器分出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。2. 放大器 將光電倍增管輸出的較弱信號，經(jīng)電子線路進一步放大。3. 對數(shù)變換器 光強度與吸光度之間的轉(zhuǎn)換4. 顯示、記錄48一、光譜干擾二、物理干擾三、化學干擾四、背景干擾6.4 干擾及其抑制49 一

48、、與光源有關(guān)的光譜干擾1、 與共振線相鄰的是待測元素的譜線 （與光源有關(guān)）鎳的共振線附近有多條鎳的發(fā)射線， 這些譜線不被鎳的原子蒸氣所吸收。 減小狹縫寬度 消除干擾。502、與共振線相鄰的是非待測元素的譜線 （與光源有關(guān)） 該干擾是由空心陰極燈的陰極材料不純所致。 選用具有 合適惰性氣體， 純度較高的單元 素等，可避免干擾。513、光譜線重疊干擾 選用元素的其它譜線或分離干擾元素 光源： 發(fā)射待測元素的共振線52二、物理干擾試樣與標準溶液 物理性質(zhì) 差異產(chǎn)生的干擾。如粘度、表面張力或溶液密度等變化，影 響試樣的霧化、蒸發(fā)等，從而影響吸光度測定消除辦法 ： 配制與被測試樣組成相近的標準溶液或采用

49、標準加入法。53三、化學干擾1. 被測元素原子與共存組分發(fā)生化學反應生成穩(wěn)定化合物， 影響被測元素原子化效率。 是主要干擾源。542. 化學干擾的抑制 通過在標準溶液和試樣中加入某些試劑來抑制或減少化學干擾：（ 1） 釋放劑 與干擾元素生成比待測元素更穩(wěn)定化合物使待測元素釋放出來。 例：鍶和鑭可有效消除磷酸根對測定鈣的干擾（ 2） 保護劑 與待測元素形成穩(wěn)定絡合物，防止干擾物質(zhì)與其作用。例：加入 EDTA，生成 EDTA-Ca，避免磷酸根與鈣作用。55（ 3）選擇合適原子化方法 提高原子化溫度 ,化學干擾會減小。 如在高溫火焰中 ,磷酸根 不干擾鈣的測定。采用高溫火焰或提高石墨爐原子化溫度 ,

50、可使難解離化合物分解。（ 4）基體改進劑測定海水中 Cd, 為了使 Cd 在背景信號出現(xiàn)前原子化，加入 EDTA來降低原子化溫度， 消除干擾56四、背景干擾 背景干擾是一種光譜干擾 （分子吸收與光散射 ）1. 分子吸收與光散射 分子吸收 : 原子化過程中生成的氣態(tài)分子對輻射的吸收。57散射 ：光在介質(zhì)中傳播時，因為介質(zhì)中存在的不均勻性（如懸浮微粒 ），部分光束將偏 離原來方向而分散傳播（即光向四面八方散開 ）。光散射 : 原子化過程中產(chǎn)生的微小固體顆粒使光發(fā)生散射，造成透過光強度減小，吸收 值增大59 一、分析條件選擇（一）靈敏度（校正曲線的斜率）1. 靈敏度（ S）測定值（吸光度）增量（ A

51、）與待測元素濃度增量（ c）比值： S=A/ cS大 , 即靈敏度高 , 表示濃度改變很小 , 測定值變化很大60 影響靈敏度因素： 待測元素本身性質(zhì) ：如難熔元素靈敏度比普通元素靈敏度低得多。測定儀器性能 ： 與單色器分辨率、光源特性、檢測器靈敏度等有關(guān)。實驗因素影響 ：如霧化器霧化效率等612. 特征濃度 ：產(chǎn)生 1%吸收或 0.0044 吸光度值時溶液中待測元素質(zhì)量濃度 （mg.mL-1/1%） 或質(zhì)量分數(shù) （mg.g-1/1%）.C0 = CX × 0.0044 / A（-1）C0：特征濃度 ；CX表示待測元素濃度； A 為多次測量吸光度值。例如， 1mg.g-1 的鎂溶液，

52、測得其吸光度為0.55，則鎂的特征濃度為：633. 特征質(zhì)量 ：產(chǎn)生 1%吸收或 0.0044 吸光度值時溶液中待測元素質(zhì)量（ g/1%）, 在石墨 爐原子化法中應用較為普遍。m0 = mx ×0.0044/A （Pg 或 ng） m0：特征質(zhì)量 ； mX表示待測元素質(zhì)量； A 為多次測量吸光度值。64（二）檢出限 （ detection limit）能檢出的待測元素最小濃度或最小質(zhì)量。 用空白溶液或接近于空白的標準溶液， 經(jīng)若干 次（ 10-20 次）重復測定所得吸光度標準偏差的 3倍求得。cDL=3 S/ ：標準偏差 S：靈敏度，即工作曲線斜率。65（三）測定條件選擇1分析線一般

53、選待測元素的共振線 （空心陰極燈發(fā)射的待測元素共振線， 特征譜線或靈敏線） 作 為分析線原子吸收分析就是利用處于基態(tài)的待測原子蒸氣對從光源輻射的共振線的吸收來進行 分析的。662空心陰極燈電流在保證穩(wěn)定和合適光強輸出情況下，盡量選較低燈電流673、原子化條件火焰原子化法：（1）火焰選擇：對于低溫、中溫火焰，可用 乙炔 -空氣火焰 。在火焰中易生成難解離化 合物及難熔氧化物的元素， 使用乙炔 -氧化亞氮高溫火焰 （還原性火焰 ）。68 （2）燃燒器高度： 調(diào)節(jié)燃燒器高度，使測量光束從自由原子濃度最大區(qū)域通過，可得到較高靈敏度。69 石墨爐原子化法： 干燥： 105-125 。 灰化：選擇能除掉試

54、樣中其他成分而被測元素不損失情況下，盡可能高的溫度。 原子化：選擇達到原子吸收最大 A 值時的最低溫度 凈化：溫度高于原子化溫度，消除試樣殘留物產(chǎn)生的記憶效應。704、進樣量 ： 過小，信號弱。過大，對火焰產(chǎn)生冷卻效應 ；在石墨爐原子化法中，進樣量大會使除殘 困難。71 二、定量分析方法（一）標準曲線法（二）標準加入法 配制與試樣組成一致的標準樣品遇到困難時，采用標準加入法。72取若干份體積相同 被測試液 （ cX），依次按比例加入不同量 被測元素 的標準溶液（ c0）， 稀釋到相同體積。定容后濃度依次為：cX ， cX +c0 ， cX +2c0 ， cX +3c0 ， cX +4 c0 （稀釋后的濃度 ） 分別測得吸光度為： AX，A1，A2， A3，A4。以 A 對加入量 作圖得一直線，圖中 cX 點為待測元素濃度1一、色譜法的定義及用途 定義：色譜法 （chromatography） ，是一種物理或物理化學的分離分析方法。 原理：利用物質(zhì)在固定相和流動相中的分配系數(shù)不同，使混合物各組分分離。2、以前學過的分離方法有：1. 沉淀法 : 利用物質(zhì)溶解度不同而進行分離2. 蒸餾法 : 利用有機物沸點差異進行分離3. 萃取法 : 利用組分在水相和有機相（互不相溶）中分配系數(shù)不同而分離。3色譜法用途 用途：是多組分