《儀器分析》課程

1、儀器分析復(fù)習(xí)課第二章：第二章： 光學(xué)分析導(dǎo)論光學(xué)分析導(dǎo)論 第一節(jié)： 光的性質(zhì) 第二節(jié)： 能級及電子在能級間的躍遷 第三節(jié)： 光譜儀器一、光的性質(zhì)（一、光的性質(zhì)（P8） 描述波動性的參數(shù)：描述波動性的參數(shù)： 描述微粒性的參數(shù)：描述微粒性的參數(shù)：波長（波長（） 能量（能量（E） 頻率（頻率（）波速（波速（ c ）E = h = h c /例題例題1：對下列單位進行換算：對下列單位進行換算：（1）150pm Z射線的波數(shù)（cm1） （2）Li的670.7nm譜線的頻率（Hz）（3）3300 cm1波數(shù)對應(yīng)的波長（nm） （4）Na的588.995nm譜線相應(yīng)的能量（eV）二、能級及電子在能級間的躍遷

2、二、能級及電子在能級間的躍遷 原子光譜：原子光譜： 電子能級躍遷電子能級躍遷 線狀光譜線狀光譜分子光譜：分子光譜： 電子能級躍遷電子能級躍遷 振動能級躍遷振動能級躍遷 帶狀光譜帶狀光譜 轉(zhuǎn)動能級躍遷轉(zhuǎn)動能級躍遷物質(zhì)發(fā)光的幾種形式物質(zhì)發(fā)光的幾種形式物質(zhì)散射光的幾種形式物質(zhì)散射光的幾種形式例題例題2： 光譜儀一般由幾部分組成？它們的作用分別是什么？光譜儀一般由幾部分組成？它們的作用分別是什么？參考答案：（1）穩(wěn)定的光源系統(tǒng)提供足夠的能量使試樣蒸發(fā)、原子化、激發(fā)，產(chǎn)生光譜；（2）試樣引入系統(tǒng)；（3）波長選擇系統(tǒng)（單色器、濾光片）將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶；（4）檢測系統(tǒng)是將光輻射信號轉(zhuǎn)換

3、為可量化輸出的信號；（5）信號處理或讀出系統(tǒng)在顯示器上顯示轉(zhuǎn)化信號。三、光譜儀三、光譜儀 第三章 紫外可見吸收光譜法Ultraviolet Visible Spectrophotometer第一節(jié)：紫外-可見吸收光譜法的原理第二節(jié)：紫外-可見分光光度計第三節(jié)：定性與定量分析應(yīng)用一、紫外一、紫外-可見吸收光譜法的原理可見吸收光譜法的原理1 1、分子的電子能級和躍遷、分子的電子能級和躍遷2 2、概念、概念（生色團、助色團、紅移、藍(lán)移、增色（生色團、助色團、紅移、藍(lán)移、增色 效應(yīng)、減色效應(yīng)）效應(yīng)、減色效應(yīng)）3、吸收帶類型、吸收帶類型（R帶、帶、B帶、帶、K帶、帶、E帶）帶） * *，* * ， *

4、*, , * * , ,* *， * *4 4、影響吸收帶的因素影響吸收帶的因素A. 共軛效應(yīng)（共軛效應(yīng)（conjugation effect ) B. 助色效應(yīng)助色效應(yīng)C. 溶劑效應(yīng)（溶劑效應(yīng)（solvent effect）n* transition: blue shift with the increase in solvent polarity* trasnsition: red shift with the increase in the solvent polarity例題例題3：在下列化合物中，哪一個的摩爾吸光系數(shù)最大？在下列化合物中，哪一個的摩爾吸光系數(shù)最大？（1）乙烯；（）乙烯

5、；（2）1,3,5-已三烯；（已三烯；（3）1,3-丁二烯丁二烯例題例題4：下列化合物中哪一個的下列化合物中哪一個的max 最長？最長？（1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2光源單色器檢測器放大器比色皿顯示穩(wěn)壓電源鎢燈鹵素?zé)艋螂疅衾忡R或光柵，玻璃或石英玻璃或石英比色皿光電管或光電倍增管對數(shù)轉(zhuǎn)換或不轉(zhuǎn)換模擬或數(shù)字，微機處理與否二、紫外二、紫外-可見分光光度計可見分光光度計例題例題5：單光束、雙光束、雙波長分光光度計在光路設(shè)計上：單光束、雙光束、雙波長分光光度計在光路設(shè)計上有什么不同？有什么不同？參考答案：（1）單光束分光光度計：經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進

6、行吸光度的測定；（2）雙波長分光光度計：由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個單色器，得到兩束不同波長（1和2）的單色光，利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池；（3）雙光束分光光度計：在單色器的后面放置切光器，將光分為兩路強度相同的兩部分，分別通過參比和樣品溶液測定。三、定性與定量分析應(yīng)用三、定性與定量分析應(yīng)用A為吸光度；為吸光度；c溶液的濃度；溶液的濃度； l光程長度光程長度K為吸光系數(shù)；當(dāng)溶液濃度為為吸光系數(shù)；當(dāng)溶液濃度為mol/L 時，時， K稱為摩稱為摩爾吸光系數(shù)，單位為爾吸光系數(shù)，單位為L/mol .cm吸光度與透射率的關(guān)系：吸光度與透射率的關(guān)系：T T值為值為0 0

7、至至100100內(nèi)的任何值。內(nèi)的任何值。A A值可以取任意的正數(shù)值。值可以取任意的正數(shù)值。A = lg(I0/It) = lg(1/T) = lgT = Kcl1 1、朗伯、朗伯- -比爾定律比爾定律1122Ac lc l 2. 2. 多組分普通的分光光度法多組分普通的分光光度法 (nm) 510 656 Co 3.64104 1.24103 Ni 5.52103 1.75104NiCoNiCocccc43341075. 11024. 1374. 01052. 51064. 3467. 0 將將0.376g0.376g土壤樣品溶解后定容至土壤樣品溶解后定容至50ml50ml，取，取25ml25

8、ml試液進行處理，以除去試液進行處理，以除去干擾元素，顯色后定容至干擾元素，顯色后定容至50ml50ml，用，用1cm1cm吸收池在吸收池在510nm510nm處和處和656nm656nm處分別處分別測得吸光度為測得吸光度為0.4670.467和和0.3740.374，計算土壤樣品中鈷和鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。，計算土壤樣品中鈷和鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第四章 原子吸收分光光度法第二節(jié)：基本原理第三節(jié)：AAS分光光度計第四節(jié)：分析技術(shù)第五節(jié)：干擾和消除一一. 基本原理基本原理例例6：原子譜線變寬的主要因素有哪些？對原子吸：原子譜線變寬的主要因素有哪些？對原子吸收光譜分析有什么影響？收光譜分析有什么影響？其主要因素

9、影響分別如下：其主要因素影響分別如下： 自然寬度自然寬度 多普勒變寬多普勒變寬 洛侖茲變寬洛侖茲變寬 霍爾茲馬克變寬霍爾茲馬克變寬 場致變寬場致變寬 自吸變寬自吸變寬銳線光源原子化器單色器檢測器計算機工作站例例7： 畫出原子吸收分光光度計的結(jié)構(gòu)框圖，并簡畫出原子吸收分光光度計的結(jié)構(gòu)框圖，并簡要敘述各部分的作用。要敘述各部分的作用。參考答案：結(jié)構(gòu)框圖如下所示：參考答案：結(jié)構(gòu)框圖如下所示：二二. 分光光度計分光光度計三、分析方法評價三、分析方法評價1 1、靈敏度、靈敏度 （1 1）特征濃度）特征濃度c c0 0=c=cx x0.0044/A0.0044/A（2 2）特征質(zhì)量）特征質(zhì)量m m0 0=

10、c=cx xV Vx x0.0044/A0.0044/A吸光度在吸光度在0.15-0.80.15-0.8范圍內(nèi)，靈敏度較好。范圍內(nèi)，靈敏度較好。P71 P71 第第8-108-10題題四、干擾及其消除四、干擾及其消除 干擾主要表現(xiàn)在二個方面干擾主要表現(xiàn)在二個方面A.A.其它譜線干擾分析線其它譜線干擾分析線, ,如光譜干擾和背景干擾如光譜干擾和背景干擾B.B.干擾待測元素的原子化程度干擾待測元素的原子化程度, ,如如化學(xué)干擾、電離化學(xué)干擾、電離干擾和物理干擾。干擾和物理干擾。第五章第五章 紅外光譜法紅外光譜法Infrared absorption spectroscopy第二節(jié)：紅外產(chǎn)生的原理和

11、條件第三節(jié)：紅外光譜儀第四節(jié)：定性與定量分析一一. . 紅外光譜區(qū)的劃分紅外光譜區(qū)的劃分A. 近紅外區(qū)近紅外區(qū) 0.78 - 2.5 um (780 nm 2500 nm)B. 中紅外區(qū)中紅外區(qū) 2.5 25 um（4000cm-1400cm-1）C. 遠(yuǎn)紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū) 25 - 1000 m中紅外光譜分為：中紅外光譜分為：基團頻率區(qū)（官能團區(qū)）基團頻率區(qū)（官能團區(qū)）和和指紋區(qū)。指紋區(qū)。二、紅外吸收產(chǎn)生的原理與條件條件一：輻射光子的能量應(yīng)與振動躍遷所條件一：輻射光子的能量應(yīng)與振動躍遷所需能量相等。（剛好滿足振動躍遷）需能量相等。（剛好滿足振動躍遷）條件二：輻射與物質(zhì)之間必須有耦合作用條件二：輻

12、射與物質(zhì)之間必須有耦合作用（偶極矩發(fā)生變化）（偶極矩發(fā)生變化）對于由對于由N個原子組成的分子：個原子組成的分子：3N=平動自由度平動自由度+轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)動自由度+振動自由度振動自由度由由N個原子組成的分子：個原子組成的分子：平動自由度平動自由度=3振動自由度振動自由度= 3N-平動自由度平動自由度-轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)動自由度由由N個原子組成的線形分子：個原子組成的線形分子：轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)動自由度=2由由N個原子組成的非線形分子：個原子組成的非線形分子：轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)動自由度=3線線 形形 分分 子：子：振動自由度振動自由度= 3N-5非線形分子：非線形分子：振動自由度振動自由度= 3N-6三. 振動自由

13、度的計算 例例11：苯的簡諧振動的自由度為：苯的簡諧振動的自由度為30；再考慮到倍；再考慮到倍頻、組頻、差頻、振動的耦合與費米共振等，產(chǎn)生的頻、組頻、差頻、振動的耦合與費米共振等，產(chǎn)生的紅外吸收峰應(yīng)該非常多。紅外吸收峰應(yīng)該非常多。 實際上大多數(shù)紅外吸收光實際上大多數(shù)紅外吸收光譜圖上的吸收峰數(shù)目小于理論數(shù)目。為什么？譜圖上的吸收峰數(shù)目小于理論數(shù)目。為什么？存在沒有偶極矩變化的振動模式存在沒有偶極矩變化的振動模式存在能量簡并態(tài)的振動模式存在能量簡并態(tài)的振動模式儀器的分辨率分辨不出的振動模式儀器的分辨率分辨不出的振動模式振動吸收的強度小，檢測不到振動吸收的強度小，檢測不到某些振動模式所吸收的能量不在

14、中紅外光譜區(qū)。某些振動模式所吸收的能量不在中紅外光譜區(qū)。光譜解析步驟光譜解析步驟l（1 1）收集樣品的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)收集樣品的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)：了解了解試樣來源；試樣來源；測定試樣的物理常數(shù)如測定試樣的物理常數(shù)如熔點、沸點、折光率、旋光率等，熔點、沸點、折光率、旋光率等，作為定性分析的旁證；作為定性分析的旁證；l（2 2）根據(jù)分子式，計算未知物的不飽和度根據(jù)分子式，計算未知物的不飽和度當(dāng)當(dāng)U U=0=0時，分子是飽和的，應(yīng)鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物。時，分子是飽和的，應(yīng)鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物。當(dāng)當(dāng)U U=1=1時，可能有一個雙鍵或脂環(huán)；時，可能有一個雙鍵或脂環(huán)；當(dāng)當(dāng)U U=2=2時，可能有兩

15、個雙鍵和脂環(huán)，也可能有一個叁鍵；時，可能有兩個雙鍵和脂環(huán)，也可能有一個叁鍵；當(dāng)當(dāng)U U4 4時，可能含有苯環(huán)等。時，可能含有苯環(huán)等。 653214SPNOHCnnnnnn651342231nn2nnnU 214OHCnnn2nnnU1341 l試推斷化合物C8H7N的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 色譜法概述第二節(jié) 色譜分離過程第三節(jié) 色譜學(xué)的重要參數(shù)第四節(jié) 色譜學(xué)理論基礎(chǔ)第六章第六章 色譜分析導(dǎo)論色譜分析導(dǎo)論1、按流動相及固定相的狀態(tài)分類、按流動相及固定相的狀態(tài)分類2、按固定相形狀分類、按固定相形狀分類3、按色譜過程的物理化學(xué)機理分類、按色譜過程的物理化學(xué)機理分類一、色譜法的分類一、色譜法的分類吸附色譜：吸附色

16、譜：吸附力吸附力的不同的不同(2)(2)分配色譜：分配色譜：利用組分在液相中的利用組分在液相中的溶解度溶解度不同，不同，(3)(3)離子交換色譜：離子交換色譜：利用利用離子離子交換原理進行分離交換原理進行分離 (4)(4)排阻色譜排阻色譜: : 利用利用分子大小分子大小不同而進行分離的色譜。不同而進行分離的色譜。二、色譜圖中一些重要參數(shù)1.基線基線 （操作條件穩(wěn)定后，無樣品通過時的響應(yīng)信號。）操作條件穩(wěn)定后，無樣品通過時的響應(yīng)信號。）2.保留時間保留時間（死時間（死時間t0 、保留時間、保留時間tR、調(diào)整保留時間、調(diào)整保留時間tR ）3.峰寬峰寬（半峰寬、峰底寬、標(biāo)準(zhǔn)偏差）半峰寬、峰底寬、標(biāo)準(zhǔn)

17、偏差）三、色譜分離中的一些重要參數(shù)1、相對保留值、相對保留值relative retention () 亦稱選擇性因亦稱選擇性因 t R2/ t R12、容量因子、容量因子capacity factor (k) 容量因子亦稱容量比，分配比或質(zhì)量分配比。是指容量因子亦稱容量比，分配比或質(zhì)量分配比。是指平衡時，組分在固定相和流動相中的質(zhì)量比。平衡時，組分在固定相和流動相中的質(zhì)量比。k ws/wm= CsVs/CmVm=tR/t03、塔板數(shù)、塔板數(shù)number of plates（N） 組分在柱中固定相和流動相中反復(fù)分配平行的次組分在柱中固定相和流動相中反復(fù)分配平行的次數(shù)。數(shù)。N越大，平衡次數(shù)越多，

18、組分與固定相的相互越大，平衡次數(shù)越多，組分與固定相的相互作用力越顯著，柱效越高。作用力越顯著，柱效越高。 N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)24、分離度、分離度resolution （R） 分離度亦稱分辨率。是指相鄰兩個峰的分離程度。分離度亦稱分辨率。是指相鄰兩個峰的分離程度。144. 0040. 0024. 02080. 02minBCAHscmCBuopt/77. 0040. 0024. 0例例12：若用：若用He為載氣，為載氣，Van Deemeter 方程中，方程中，A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s試求：試求：（1 1）最小塔板高度）最小塔板高度

19、（2 2）最佳線速）最佳線速例例13：一色譜柱的效率相當(dāng)于：一色譜柱的效率相當(dāng)于4.2103個理論塔板數(shù)，對個理論塔板數(shù)，對于十八烷和于十八烷和2-甲基十七烷的保留時間分別為甲基十七烷的保留時間分別為15.05和和14.82min。試問：。試問：（1）該柱能將這個化合物分離到什么程度？）該柱能將這個化合物分離到什么程度？（2）若保留時間不變，分離度要達(dá)到）若保留時間不變，分離度要達(dá)到1.0，需要理論塔板，需要理論塔板數(shù)多少？數(shù)多少？（3）在分離度為）在分離度為1.0時，若塔板高度為時，若塔板高度為0.10mm,應(yīng)采用多應(yīng)采用多少柱長？少柱長？l塔板理論塔板理論l速率理論速率理論第七章第七章 氣

20、相色譜氣相色譜Gas Chromatography第一節(jié)：氣相色譜儀第二節(jié)：檢測器第三節(jié)：填充柱氣相色譜第四節(jié)：毛細(xì)管柱氣相色譜第一節(jié)、氣相色譜儀的組成第一節(jié)、氣相色譜儀的組成六大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)； 進樣系統(tǒng)；分離系統(tǒng)；檢測系統(tǒng)；記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；溫度控制系統(tǒng)。 例例14：什么是程序升溫，為什么采用程序升溫？對色譜儀：什么是程序升溫，為什么采用程序升溫？對色譜儀有何特殊要求？有何特殊要求？ 解：在色譜分離過程中，按一定的加熱速度使柱溫隨解：在色譜分離過程中，按一定的加熱速度使柱溫隨時間呈線性或非線性增加，使混合物中各組分能在最佳溫時間呈線性或非線性增加，使混合物中各組分能在最佳溫度下洗出色

21、譜柱，這種方法稱為程序升溫氣相色譜。對于度下洗出色譜柱，這種方法稱為程序升溫氣相色譜。對于寬沸程的混合物，由于低沸點組分因柱溫太高使色譜峰窄，寬沸程的混合物，由于低沸點組分因柱溫太高使色譜峰窄，互相重疊，而高沸點組分又因柱溫太低，洗出峰很慢，峰互相重疊，而高沸點組分又因柱溫太低，洗出峰很慢，峰形寬且平，有些甚至不出峰，對于這類樣品特別適宜用程形寬且平，有些甚至不出峰，對于這類樣品特別適宜用程序升溫分析。它改變的是柱溫，需要溫控精度高，同時隨序升溫分析。它改變的是柱溫，需要溫控精度高，同時隨著溫度升高，柱內(nèi)阻力不斷增大，載氣流量不斷變化。為著溫度升高，柱內(nèi)阻力不斷增大，載氣流量不斷變化。為保持載

22、氣流量恒定，需要在穩(wěn)壓閥后接穩(wěn)流閥。保持載氣流量恒定，需要在穩(wěn)壓閥后接穩(wěn)流閥。檢測器：（一）熱導(dǎo)池檢測器（一）熱導(dǎo)池檢測器 (Thermal conductivity detector, TCD)（二）氫火焰離子化檢測器（二）氫火焰離子化檢測器 （Flame ionization detector , FID）（三）電子捕獲檢測器（三）電子捕獲檢測器 (Electron capture detector ECD) 載體載體 第三節(jié)：填充柱氣相色譜第三節(jié)：填充柱氣相色譜 固體固定相固體固定相 液體固定相液體固定相固定液固定液第四節(jié)：毛細(xì)管氣相色譜第四節(jié)：毛細(xì)管氣相色譜毛細(xì)管氣相色譜與填充柱氣相色

23、譜儀的比較毛細(xì)管氣相色譜與填充柱氣相色譜儀的比較P253高效液相色譜（高效液相色譜（HPLC）一、概述二、HPLC的類型及類型的選擇三、HPLC儀器共同點：共同點：色譜的基本理論一致色譜的基本理論一致定性和定量原理一樣定性和定量原理一樣不同點：不同點：流動相的差異流動相的差異 液體（多）液體（多）載氣（少）載氣（少） 固定相的差異固定相的差異使用范圍使用范圍 HPLC:80%GC:20%HPLC:80%GC:20%儀器的差異儀器的差異一、一、HPLC與與GC的比較的比較（一）流（一）流動相動相輸送系統(tǒng)輸送系統(tǒng)（二）進樣系統(tǒng)（二）進樣系統(tǒng)（三）色譜分離系統(tǒng)（三）色譜分離系統(tǒng)（四）檢測系統(tǒng)（四）檢測系統(tǒng)（五）數(shù)據(jù)