儀器分析重點整理【劉密新第二版】

1、第2章 原子發(fā)射光譜法（AES）原子發(fā)射光譜法：是根據處于激發(fā)態(tài)的待測元素原子回到基態(tài)時發(fā)射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。元素的特征譜線：周期表中每一個元素都能顯示出一系列的光譜線，這些光譜線對元素具有特征性和專一性，稱為元素的特征譜線。激發(fā)電位：原子外層電子由基態(tài)躍遷到高能級所需的能量，以eV表示。第一共振線：由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的能量最小，最容易發(fā)生，強度最大，是該元素最強的譜線。原子線：原子外層電子的躍遷所發(fā)射的譜線，以表示，如 Na()。電離電位：原子受激發(fā)后得到足夠能量而失去電子所需的能量稱為電離電位。離子線：離子的外層電子躍遷稱為離子線，以和表示。原子發(fā)射光譜分析經歷的過程

2、：蒸發(fā)原子化激發(fā)定性分析：由于待測原子結構不同，因此發(fā)射的譜線特征不同。定量分析：由于待測原子濃度不同，因此發(fā)射強度不同。原子發(fā)射光譜的特點：1、具有多元素同時分析的能力； 2、既可以定性也可以定量分析； 3、分析速度快； 4、具有較高的靈敏度和選擇性; 5、檢出限低（ng/ml-pg/ml); 6、儀器相對簡單（與X射線熒光，ICP質譜法相比）缺點：不適合部分非金屬元素如鹵素、惰性氣體元素等分析。自吸(r)：原子在高溫發(fā)射某一波長的輻射，被處在邊緣低溫狀態(tài)的同種原子所吸收的現象。自蝕(R)：當元素含量增大時，自吸現象增加，當達到一定含量時，由于自吸嚴重，譜線中心強度被吸收了，完全消失，好像兩

3、條譜線。【激發(fā)光源】電感耦合等離子體（ICP）：是指由電子、離子、原子、分子所組成的在總體上顯中性的物質狀態(tài)。ICP的工作原理：當有高頻電流通過線圈時，產生軸向磁場，這時若用高頻點火裝置產生火花，形成的載流子（離子與電子）在電磁場作用下，與原子碰撞并使之電離，形成更多的載流子，當載流子多到足以使氣體有足夠的導電率時，在垂直于磁場方向的截面上就會感生出流經閉合圓形路徑的渦流，強大的電流產生高熱又將氣體加熱，瞬間使氣體形成最高溫度可達10000K的穩(wěn)定的等離子炬。感應線圈將能量耦合給等離子體，并維持等離子炬。當載氣載帶試樣氣溶膠通過等離子體時，被后者加熱至6000-7000K，并被原子化和激發(fā)產生

4、發(fā)射光譜。ICP的組成：(1）高頻發(fā)生器和感應圈；（2）炬管和供氣系統(tǒng)；（3）試樣引入系統(tǒng)。ICP的分析特性： 1.趨膚效應：在ICP中，因高頻電流的趨膚效應，電流形成環(huán)狀結構，渦流主要集中在等離子體的表面層內，造成一個環(huán)形加熱區(qū)，其中心是溫度較低的中心通道，氣溶膠順利進入等離子體內。2.溫度高，基體成分多被分解，因此試樣成分的變化對ICP影響很小。3.不需電極，無電極污染，無氰帶影響，加熱方式有良好穩(wěn)定。4.電子密度很高，電離干擾可不與考慮。缺點：1.固體進樣較困難，對氣體和非金屬靈敏度低。2.霧化效率低。3.設備和維持費高。分餾效應：不同物質因沸點不同而導致蒸發(fā)速度不同的效應。趨膚效應：當

5、交流電通過導體時，由于感應作用引起導體截面上的電流分布不均勻，越接近導體表面，電流密度越大，這種現象稱為趨膚效應。基體效應：基體效應指試樣組成對譜線強度的影響。【檢測系統(tǒng)】電荷耦合陣列檢測器（CCD）：CCD是一種新型固體成像器件，它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎上研制而成的模擬集成電路芯片，借助必要的光學和電路系統(tǒng)，它可以將景物圖象通過輸入面空域上逐點的光電信號轉換、儲存和傳輸，在其輸出端產生一視頻信號，并經末端顯示器同步顯示出人眼可見的圖象。在原子發(fā)射光譜中采用CCD的主要優(yōu)點是：1.速度快，35S 檢測70種元素；2.動態(tài)響應范圍和靈敏度達到甚至超過PMT；3.性能穩(wěn)定，耐過度曝光，比PM

6、T結實耐用。1）激發(fā)光源作用：提供足夠的能量使樣品蒸發(fā)、解離、原子化、激發(fā)和躍遷。2）分光系統(tǒng)（單色器）作用：將復合光按照不同波長分開。棱鏡分光系統(tǒng)和光柵分光系統(tǒng)（利用光在光柵上的衍射和干涉來分光）。3）進樣裝置4）檢測器（一）定性分析目前常用標準試樣光譜比較法和鐵譜比較法。選擇Fe譜為標準的原因：譜線豐富：在210nm660nm范圍內有數千條譜線；譜線均勻：譜線間距離分配均勻，容易比對；譜線已知：每一條譜線波長都被準確測定，定位準確。（二）半定量分析采用譜線黑度比較法和光譜呈現法。譜線黑度比較法：比較某元素一系列標準的黑度，并與樣品對照。光譜呈現法：同一元素的不同譜線黑度不同，濃度越低，留下

7、的譜線越少。（三）定量分析1、內標法：即選一內標元素，其含量已知。 基本關系式：lgR = blgC + lgA2、標準曲線法：在確定的分析條件下，用三個或三個以上的含有不同濃度的被測元素的標準樣品與試樣溶液在相同條件下激發(fā)光譜，以分析線強度I，或內標分析強度比R或lgR對濃度c或lgc做標準曲線。再由標準曲線求得試樣中待測元素的濃度。3、標準加入法：標準樣品與未知樣品基體匹配有困難時，采用標準加入法進行定量分析，可以得到比校正曲線法更好的分析結果。標準加入法可用來檢查基體純度、估計系統(tǒng)誤差、提高測定靈敏度等。ICP-AES樣品前處理：見PPT。第3章 原子吸收光譜法（AAS）原子吸收光譜法是

8、一種基于待測基態(tài)原子對特征譜線的吸收而建立的分析方法。原子吸收光譜法的特點：1、靈敏度高（火焰法：1 ng/ml，石墨爐100-0.01 pg)； 2、精密度好（火焰法：RSD <1%，石墨爐 3-5%） 3、選擇性高（可測元素達70個，相互干擾很小）缺點：不能進行多元素同時分析。當在一定條件下達到熱平衡后，處在激發(fā)態(tài)和基態(tài)的原子數的比值遵循Boltzman分布：Dopple變寬：由于原子的熱運動而引起的寬: 。壓力變寬：壓力變寬指壓力增大后，原子之間相互碰撞引起的變寬。分為： Lorentz 變寬：指被測元素原子和其它原子碰撞引起的變寬（ <10-3 nm )； Holtsmar

9、t 變寬：指同種原子碰撞引起的變寬。在原子吸收法中可忽略?；娟P系式：原子吸收光譜分析的儀器包括四大部分：光源、原子化器、單色器、檢測器。（一）光源：光源的作用是發(fā)射被測元素的特征共振輻射。（空心陰極燈）對光源的基本要求是：（二）原子化器：原子化器的功能是提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。兩種類型：（三）分光器 作 用將所需要的共振吸收線分離出來 部 件狹 縫、反射鏡、色散元件 要 求能分辨開 Ni 三線（四）檢測系統(tǒng) 作 用 檢測光信號的強度 部 件 光電倍增管 要 求 足夠的光譜靈敏度物理干擾：指試樣在蒸發(fā)和原子化過程中，由于其物理特性如黏度、表面張力、密度等變化引起的原子吸收強度下降的

10、效應。化學干擾：液相或氣相中被測原子與干擾物質間生成熱力學穩(wěn)定的化合物，影響原子化過程。電離干擾：指高溫電離而使基態(tài)原子數減少，引起原子吸收信號下降的現象。被測元素濃度越大，電離干擾越小。 光譜干擾：第4章 紫外-可見分子吸收光譜法（UV-VIS）分子吸收光譜的特點：1 可進行分子的定性和定量分析2 可用于一些物理化學常數的測定（如平衡常數等）3 儀器結構簡單、價格便宜4 應用范圍廣泛（無機離子、有機化合物、生物大分子分析等）（一）有機化合物的吸收光譜生色團：含有p鍵不飽和官能團。助色團：基團本身無色，但能增強生色團顏色。影響紫外-可見光譜的因素：1) 共軛效應：p電子共軛體系增大，波長紅移、

11、吸收增強；2) 取代基影響：能夠引起p電子永久性轉移的取代基使波長紅移（助色團）；3) 溶劑影響：一般情況下分子的激發(fā)態(tài)極性大于基態(tài)，因此溶劑極性增大有利于激發(fā)態(tài)穩(wěn)定，能量降低，波長紅移。（2） 無機化合物的吸收光譜電荷遷移躍遷光譜：輻射下，分子中原定域在金屬M軌道上 的電荷轉移到配位體L的軌道，或按相反方向轉移，所產生的吸收光譜稱為電荷遷移躍遷光譜。d-d 電子躍遷：絕大多數過渡金屬離子都具有未充滿的 d 軌道，按照晶體場理論，當它們在溶液中與水或其它配體生成配合物時，受配體配位場的影響，原來能量相同的 d軌道發(fā)生能級分裂，產生 d-d 電子躍遷。（配體配位場越強，d 軌道分裂能越大，吸收波

12、長越短。）s® s*躍遷：多為飽和烴(能量很大，波長很短一般小于150nm)n® s* 躍遷：含有未共用電子對（n電子）原子的飽和化合物都可發(fā)生（波長150-250nm）p ® p* 和 n® p*：含有不飽和鍵的有機分子易發(fā)生這類躍遷(有機化合物的紫外-可見吸收光譜分析多以這兩類躍遷為基礎)（波長大于200nm）吸收定律（朗伯-比爾定律）：偏離beer定率的主要因素：（1）beer定率本身局限（2）化學因素（3）儀器因素（光學因素）Beer定律只適合單色光：（1） 紫外-可見分光光度計：1、 光源：鎢絲燈、鹵鎢燈、氫燈和氘燈、氙燈2、 單色器：光柵棱鏡

13、3、 樣品室：石英 玻璃（石英池用于紫外可見光區(qū)的測量，玻璃池只能用于可見區(qū)）4、 檢測器：光電被增管 CCD單光束儀器的缺點： 1 操作麻煩2 不能進行吸收光譜的自動掃描3 光源不穩(wěn)定性影響測量精密度雙光束儀器的特點和不足：1 測量方便，不需要更換吸收池2 補償了儀器不穩(wěn)定性的影響3 實現了快速自動吸收光譜掃描4 不能消除試液的背景成分吸收干擾定性分析：1、與標準物質、標準譜圖對比；同一物質有相同吸收光譜圖，反之不一定是同一物質。2、吸收波長和摩爾系數：不同基團化合物可能有相同的max值，但max有明顯差別；如樣品與標準物質的吸收波長和摩爾系數都相同，可認定樣品與標準物質為同一種物質。定量分

14、析：1、 吸光系數法：A = ecl（如吸光系數已知，直接通過beer定律求得）2、 標準對照法：3、 標準曲線法：配制一系列不同濃度的標準溶液，在同一條件下分別測定吸光度， 然后以吸光度A為縱坐標，濃度C為橫坐標繪制A-C關系曲線。第5章 紅外吸收光譜法高波數段： 4000-1300cm-1（官能團區(qū)）低波數段： 1300cm-1以下（指紋區(qū)）紅外光譜的特點：（紅外光譜主要用于定性分析，但也可用于定量分析）。1 每種化合物均有紅外吸收，有機化合物的紅外光譜能提供豐富的結構信息2 任何氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)樣品均可進行紅外光譜測定，這3 是其它儀器分析方法難以做到的4 常規(guī)紅外光譜儀器結構簡單，價格

15、不貴5 樣品用量少，可達微克量級定性: 紅外光譜最重要的應用是中紅外區(qū)有機化合物的結構鑒定。通過與標準譜圖比較，可以確定化合物的結構；對于未知樣品，通過官能團、順反異構、取代基位置、氫鍵結合以及絡合物的形成等結構信息可以推測結構。定量: 近年來紅外光譜的定量分析應用也有不少報道,尤其是近紅外、遠紅外區(qū)的研究報告在增加。如近紅外區(qū)用于含有與C，N，O等原子相連基團化合物的定量；遠紅外區(qū)用于無機化合物研究等。非直線型分子：分子繞其重心的轉動有3個自由度，分子重心的平移運動又需要3個自由度，因此剩余的3n-6個自由度是分子的基本振動數。直線型分子：沿其鍵軸方向的轉動不可能發(fā)生，轉動只需要兩個自由度，

16、分子基本振動數為3n-5?；菊駝佑址Q簡正振動。  紅外光譜用于定量分析遠遠不如紫外-可見光譜法。其原因是：主要缺點：1、光源強度弱，測量精度低；2、光譜通帶寬，吸收線窄，偏離吸收定律；3、紅外吸收池光程短，紅外吸收弱，靈敏度低；4、樣品吸收峰多，難找到不受干擾的吸收峰。（1）光源Nernst燈炭化硅棒涂有稀土化合物的Ni-Cr螺旋燈絲（2）單色器可采用棱鏡和光柵（3）檢測器熱檢測器熱電偶等光檢測器InSb、InAs、PbSe等半導體材料（受光照射后導電性變化而產生信號）（4） 吸收池譜圖解析順序 ：（1）根據質譜、元素分析結果得到分子式。（2）由分子式計算不飽和度U。U=四價元素數

17、 -（一價元素數/2）+（三價元素數/2）+ 1如苯，U=6-6/2+1=4 （3）可以先觀察官能團區(qū)，找出存在的官能團，再看指紋區(qū)。如果是芳香族化合物，應定出苯環(huán)取代位置。 根據官能團及化學合理性，拼湊可能的結構。 （4）進一步的確認需與標樣、標準譜圖對照及結合其它儀器分析手段得出的結論。（5）標準紅外譜圖集最常見的是薩特勒(Sadtler)紅外譜圖集。目前已建立有紅外譜圖的數據庫方便檢索。第6章 色譜分析法色譜法：是一種重要的分離分析方法，它是根據組分在兩相中作用能力不同而達到分離目的的。色譜流出曲線：指樣品注入色譜柱后，信號隨時間變化的曲線。（1）基線：無組分通過色譜柱時，檢測器的噪音隨

18、時間變化的曲線。（2）峰寬：峰底寬Wb 峰半寬W1/2標準偏差s（3）峰高：色譜峰最高點與基線之間的距離稱為色譜峰高，用h表示。第7章 質譜分析法（MS）質譜法:是一種按照離子的質核比（m/z）大小對離子進行分離和測定的方法。質譜法的主要作用是：（1）準確測定物質的分子量（2）根據碎片特征進行化合物的結構分析分析時，首先將分子離子化，然后利用離子在電場或磁場中運動的性質，把離子按質核比大小排列成譜，此即為質譜。質譜儀的組成:進樣系統(tǒng)(inlet system)、離子源(ion source)、質量分析器（mass analyzer）、檢測器（detecter）、真空系統(tǒng)（Vacuum syst

19、em）。1、樣品引入系統(tǒng)氣體直接導入或用氣相色譜進樣液體加熱汽化或霧化進樣固體用直接進樣探頭2、離子源(ion source) 主要作用是使分析物的分子離子化1) 電子電離源(electron ionization，EI)2) 化學電離源(chemical ionization，CI)3) 快原子轟擊(fast atom bombardment，FAB)4) 電噴霧源(electronspray ionization，ESI)5) 大氣壓化學電離（atmospheric pressure chemical ionization，APCI)6) 基質輔助激光解吸電離（matrix assiste

20、d laser Desorption ionization，MALDI)電噴霧源特點：1) .適用于強極性，大分子量的樣品分析如肽，蛋白質，糖等2) 產生的離子帶有多電荷3) 主要用于液相色譜質譜聯(lián)用儀基質輔助激光解吸電離特點：生物大分子特別是蛋白質分子量的測定.3、 質量分析器(mass analyzer)1) 單聚焦分析器（single focusing mass analyzer）2) 雙聚焦分析器（double focusing mass analyzer）3) 四極桿分析器 (quadrupole analyzer)4) 離子阱分析器 (Ion trap)5) 飛行時間分析器(time of flight）6) 富立葉變換離子回旋共振（Fourier tranform ion cyclotron resonance）離子阱分析器 (Ion trap)特點：1) 結構簡單2) 靈敏度高3) 適于小型聯(lián)用儀器（GC-MS）飛行時間分析器(time of flight）特點：1) 儀器結構簡單,不需要磁場、電場等；2) 掃描速度快，可在10-5 s內觀察到整段圖譜；3) 無聚焦狹縫，靈敏度很高；4) 可用于大分子的分析（幾十萬原子量單位），在生命科學中用途很廣；4、 真空系