儀器分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、環(huán)境儀器分析1 現(xiàn)代儀器的類(lèi)系現(xiàn)代儀器的類(lèi)系 1) 分離分析儀器與技術(shù) 2) 鑒定原子的儀器與技術(shù) 3) 鑒定分子的儀器與技術(shù) 4) 表面界面分析儀器與技術(shù) 5) 分析儀器聯(lián)用技術(shù) 6) 核分析儀器與技術(shù) 7) 生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)專(zhuān)用分析儀器2.1 氣相色譜（GC）2.2 液相色譜（HPLC）2.3 超臨界流體色譜（SFC）2.4 尺寸排阻色譜（SEC）2.5 薄層色譜（TLC）2.6 毛細(xì)管電泳（CE）2.7 離子色譜（IC）2 分離分析儀器與技術(shù)分離分析儀器與技術(shù)2.1 氣相色譜（氣相色譜（GC）最常見(jiàn)的分離分析儀器主要用于可揮發(fā)性組分的分析，或衍生化后可揮發(fā)組分的分析，應(yīng)用范圍非常廣?；衔?/p>

2、中約20%的樣品可用GC分離色譜法理論基礎(chǔ)色譜法理論基礎(chǔ)色譜法的基本原理色譜法的基本原理 俄國(guó)植物學(xué)家茨維特（Tsweett）最早創(chuàng)造了色譜，并于1906年他將吸附原理分離植物色素的方法命名為色譜法（chromatography)。 TsweettTsweett色譜分離的基本原理是：色譜分離的基本原理是： 使混合物中各組分在兩相（固定相和流動(dòng)相）間進(jìn)行分配，當(dāng)流動(dòng)相中所含混合物(A、B)經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生相互作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，不同組分(A、B)在固定相中滯留時(shí)間有長(zhǎng)有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。 水果、蔬菜中17種有機(jī)氯，用毛細(xì)管氣相色譜法測(cè)定農(nóng)藥的

3、殘留量用丙酮正己烷混合液, 提取樣品中的有機(jī)氯農(nóng)藥，將提取液濃縮后，經(jīng)過(guò)弗羅里硅土層析柱凈化分析。 組成組成：氣路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)等部分組成（結(jié)構(gòu)示意圖如下）：氣相色譜常用檢測(cè)器氣相色譜常用檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)電子捕獲檢測(cè)器電子捕獲檢測(cè)器(ECD)火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器(FPD)氮磷檢測(cè)器（氮磷檢測(cè)器（NPD）質(zhì)譜檢測(cè)器（質(zhì)譜檢測(cè)器（MSD）定量峰面積百分比法（歸一化法）由于檢測(cè)技術(shù)的影響，在色譜中不常用外標(biāo)法在色譜中用的較多內(nèi)標(biāo)法準(zhǔn)確，但是麻煩在標(biāo)準(zhǔn)方法中用的最多歸一化法100100121niiiiiniiAfAfmmmmc)(% 特點(diǎn)

4、及要求：特點(diǎn)及要求： 歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。外標(biāo)法配制一系列已配制一系列已知濃度的標(biāo)樣知濃度的標(biāo)樣ssiisifAfAmm%100%100%mmfAfAmmCsssiiiisiisAAmmm和測(cè)混勻進(jìn)樣）（含過(guò)程：內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.503.003.504.004.505.005.506.00voltsMinutesMeth

5、ylParabenEthylParabenPropylParabenButylParaben05010015020025001020304050樣品濃度標(biāo)樣峰面積內(nèi)標(biāo)樣峰面積實(shí)際色譜圖實(shí)際色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)曲線在待測(cè)樣品中不存在；在待測(cè)樣品中不存在；與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近；與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近；不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；出峰位置（保留值）應(yīng)位于被測(cè)組分附近；出峰位置（保留值）應(yīng)位于被測(cè)組分附近；濃度（響應(yīng)值）與待測(cè)組分相當(dāng)；濃度（響應(yīng)值）與待測(cè)組分相當(dāng)；其色譜峰與其他色譜峰分離好。其色譜峰與其他色譜峰分離好。內(nèi)標(biāo)物的要求內(nèi)標(biāo)物的要求.)()()()().(siiXiiiXA

6、ARFCXCXRSIRRFii內(nèi)標(biāo)峰面積樣品峰面積未知組分的濃度標(biāo)樣濃度標(biāo)樣響應(yīng)值內(nèi)標(biāo)樣響應(yīng)值校正因子特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無(wú)需各組份都被檢出、洗脫無(wú)需各組份都被檢出、洗脫 內(nèi)標(biāo)法的準(zhǔn)確性較高，操作條件和進(jìn)樣量的稍許變動(dòng)對(duì)定內(nèi)標(biāo)法的準(zhǔn)確性較高，操作條件和進(jìn)樣量的稍許變動(dòng)對(duì)定量結(jié)果的影響不大。量結(jié)果的影響不大。 每個(gè)試樣的分析，都要進(jìn)行兩次稱(chēng)量，不適合大批量試樣每個(gè)試樣的分析，都要進(jìn)行兩次稱(chēng)量，不適合大批量試樣的快速分析。的快速分析。 內(nèi)標(biāo)法氣相色譜在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用氣相色譜在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用1、有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯、有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯 10、擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)農(nóng)藥、擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)農(nóng)藥2、有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)

7、藥 11、有機(jī)氮類(lèi)農(nóng)藥、有機(jī)氮類(lèi)農(nóng)藥3、多環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴 12、有機(jī)金屬化合物、有機(jī)金屬化合物4、苯系物、苯系物 13、其它類(lèi)化合物、其它類(lèi)化合物5、硝基苯、硝基苯6、苯胺類(lèi)（堿性化合物）、苯胺類(lèi)（堿性化合物）7、苯酚類(lèi)（酸性化合物）、苯酚類(lèi)（酸性化合物）8、醛酮類(lèi)化合物、醛酮類(lèi)化合物9、酞酸酯類(lèi)化合物、酞酸酯類(lèi)化合物2.2 高效液相色譜分析法高效液相色譜分析法特點(diǎn)：高壓、高速、高效、高靈敏度、高自動(dòng)特點(diǎn)：高壓、高速、高效、高靈敏度、高自動(dòng)化。化。分析對(duì)象：分析對(duì)象：溶解后能制成溶液的樣品，不受樣品揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制.分子量大、難氣化、熱穩(wěn)定性差及分子和離子型樣品均可檢測(cè) 用途廣泛，占有

8、機(jī)物的80%高壓輸液系統(tǒng)高壓輸液系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)色譜柱色譜柱檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 附屬系統(tǒng)附屬系統(tǒng) 工作過(guò)程高壓泵將貯液罐的溶劑經(jīng)進(jìn)樣器送入色譜柱中，然后從檢測(cè)器的出口流出。當(dāng)欲分離樣品從進(jìn)樣器進(jìn)入時(shí)，流經(jīng)進(jìn)樣器的流動(dòng)相將其帶入色譜柱中進(jìn)行分離，然后依先后順序進(jìn)入檢測(cè)器。記錄儀將進(jìn)入檢測(cè)器的信號(hào)記錄下來(lái)，得到液相色譜圖。流動(dòng)相：常用的流動(dòng)相是甲醇水，乙腈水色譜柱正相色譜固定液極性 流動(dòng)相極性 極性小的組分先出柱，極性大的組分后出柱, 適于分離極性組分反相色譜固定液極性 流動(dòng)相極性 極性大的組分先出柱，極性小的組分后出柱, 適于分離非極性組分正相柱：多以硅膠為柱填料。根據(jù)外型可分為無(wú)定型和球型兩

9、種，其顆粒直徑在3-10 m的范圍內(nèi)。另一類(lèi)正相填料是硅膠表面鍵合-CN，-NH2，苯基等官能團(tuán)即所謂的鍵合相硅膠。反相柱：主要是以硅膠為基質(zhì)，在其表面鍵合十八烷基官能團(tuán)(ODS)的非極性填料。也有無(wú)定型和球型之分。常用的其他的反相填料還有鍵合C8、C4、C2、苯基等，其顆粒粒徑在3-10m之間。檢測(cè)系統(tǒng)有兩種基本類(lèi)型的檢測(cè)器：一類(lèi)是溶質(zhì)性檢測(cè)器。它僅對(duì)被分離組分的物理或物理化學(xué)特性有響應(yīng)，如紫外熒光，電化學(xué)檢測(cè)器等。另一類(lèi)是總體檢測(cè)器，它對(duì)試樣和洗脫液總的物理或物理化學(xué)特性有響應(yīng)，如示差析光，介電常數(shù)檢測(cè)器等 。液相色譜在環(huán)境中的應(yīng)用液相色譜在環(huán)境中的應(yīng)用可以用于環(huán)境中多環(huán)芳烴、酞酸酯等的監(jiān)

10、測(cè)，特別是近期藍(lán)藻爆發(fā)后，在藻毒素的監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了很大的作用氣、液色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用氣、液色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用氣相色譜和液相色譜負(fù)責(zé)物質(zhì)分離，而質(zhì)譜儀充當(dāng)檢測(cè)器的作用，有很好的定性定量的作用。質(zhì)譜（MS）原理：將分子或原子轉(zhuǎn)變成帶電荷的粒子，并按質(zhì)量大小順序排列的圖譜。氣氣 質(zhì)質(zhì)2.3 離子色譜離子色譜（IC） 離子色譜儀是以液體為流動(dòng)相，固體填料為固定相，是分析離子的液相色譜。 作用：多組分痕量離子的快速分析 10-9-10-6 特別對(duì)不同價(jià)態(tài)和形態(tài)元素的分析有優(yōu)勢(shì)； 30多種水溶性有機(jī)酸，乳酸等GC難分析； 分析單糖和低聚糖以陰離子形式分析； 其核心為分離拄：填料為磺酸或羧酸聚苯乙烯樹(shù)脂 或季胺

11、鹽化聚苯乙烯樹(shù)脂（陰） 流動(dòng)相： 酸，堿 ，鹽及絡(luò)合劑 檢測(cè)器： 電導(dǎo)檢測(cè)器，光學(xué)檢測(cè)器紫外和熒光葡萄酒中的7種無(wú)機(jī)陰離子 離子色譜在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用1.飲用水中F-、Cl-、SO42-、NO3-2酸雨的監(jiān)測(cè)3.1 原子發(fā)射光譜（AES）3.2 原子吸收光譜（AAS）3.3 X光熒光光譜（XFS）3.4 電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）3.5 中子活化分析儀（NA）3 鑒定原子的儀器與技術(shù)鑒定原子的儀器與技術(shù)3.1 原子吸收光譜原子吸收光譜（AAS） 1 可以用來(lái)做周期表中70多個(gè)元素的定量分析 許多情況下測(cè)定準(zhǔn)確度達(dá)到ppm，極限ppb， 是測(cè)定痕量金屬的有效手段 2 石墨爐電熱原子吸收

12、光譜絕對(duì)靈敏度可以 達(dá)到10-12-10-14 g/g 3 用途：主要是地質(zhì)、材料、醫(yī)藥、冶金、環(huán) 境、化學(xué)等領(lǐng)域樣品的定量分析原子吸收分光光度法基本原理u原子吸收分光光度法是基于空心陰極燈發(fā)射出的待測(cè)元原子吸收分光光度法是基于空心陰極燈發(fā)射出的待測(cè)元素的特征譜線，通過(guò)試樣蒸氣，被蒸氣中待測(cè)元素的基素的特征譜線，通過(guò)試樣蒸氣，被蒸氣中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收，由特征譜線被吸收的程度，來(lái)測(cè)定試樣態(tài)原子所吸收，由特征譜線被吸收的程度，來(lái)測(cè)定試樣中待測(cè)元素含量的方法。中待測(cè)元素含量的方法。 u原子吸收分光光度計(jì)的組成： 由由光源光源、原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)及放大及放

13、大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)五個(gè)主要組成部分。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)五個(gè)主要組成部分。 其示意圖如下：其示意圖如下：放 大 器數(shù) 據(jù) 處 理穩(wěn) 壓 電 源單 色 器光 源分 光 系 統(tǒng)高 壓 電 源檢 測(cè) 器檢 測(cè) 系 統(tǒng)原 子 化 系 統(tǒng)廢 液燃 氣助 燃 氣試 液(1) 基態(tài)原子的產(chǎn)生 在進(jìn)行原子吸收分析時(shí)，首先應(yīng)使待測(cè)元素由化合物在進(jìn)行原子吸收分析時(shí)，首先應(yīng)使待測(cè)元素由化合物狀態(tài)變成基態(tài)原子，使其原子化。原子化方法有：化學(xué)法、狀態(tài)變成基態(tài)原子，使其原子化。原子化方法有：化學(xué)法、火焰法、電熱法等?；鹧娣ā㈦姛岱ǖ?。 (2) 共振線與吸收線 其核外電子排布處于最低能級(jí)、最穩(wěn)定的原子稱(chēng)其核外電子排布處于最低能級(jí)、最穩(wěn)

14、定的原子稱(chēng)基態(tài)原子。基態(tài)原子的最外層電子因受外界能量激發(fā)而躍遷到基態(tài)原子的最外層電子因受外界能量激發(fā)而躍遷到較高能級(jí)上，便使原子處于較高能級(jí)上，便使原子處于激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子很處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，在短時(shí)間內(nèi)（約不穩(wěn)定，在短時(shí)間內(nèi)（約10-3s10-3s），躍遷到較高能級(jí)的電），躍遷到較高能級(jí)的電子又返回到低能級(jí)狀態(tài)，同時(shí)釋放一定的能量。子又返回到低能級(jí)狀態(tài)，同時(shí)釋放一定的能量。 原子受外界能量激發(fā)，其最外層電子可能躍遷到不同原子受外界能量激發(fā)，其最外層電子可能躍遷到不同能級(jí)，因而可能有不同的激發(fā)態(tài)。能級(jí)，因而可能有不同的激發(fā)態(tài)。 電子由基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)躍遷吸收譜線稱(chēng)共振吸收線。電子

15、由基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)躍遷吸收譜線稱(chēng)共振吸收線。共振線是元素所有譜線中最靈敏的譜線，原子吸收分析就共振線是元素所有譜線中最靈敏的譜線，原子吸收分析就是利用處于基態(tài)的待測(cè)原子蒸氣，對(duì)從光源發(fā)射出的待測(cè)是利用處于基態(tài)的待測(cè)原子蒸氣，對(duì)從光源發(fā)射出的待測(cè)元素的共振線的吸收而進(jìn)行定量分析。元素的共振線的吸收而進(jìn)行定量分析。 (3) 火焰中的基態(tài)原子濃度與定量分析依據(jù) 對(duì)于原子吸收值的測(cè)量，在實(shí)際工作中，是以一定光強(qiáng)對(duì)于原子吸收值的測(cè)量，在實(shí)際工作中，是以一定光強(qiáng)的單色光的單色光I0I0通過(guò)原子蒸氣，然后測(cè)出被吸收后的光強(qiáng)通過(guò)原子蒸氣，然后測(cè)出被吸收后的光強(qiáng)I I，吸，吸收過(guò)程符合朗伯收過(guò)程符合朗伯比耳定律

16、，即比耳定律，即： 式中式中:K:K為吸收系數(shù)，為吸收系數(shù)，N N為自由原子總數(shù)（近似于基態(tài)原子數(shù)為自由原子總數(shù)（近似于基態(tài)原子數(shù)N0N0）,L,L為吸收層厚度。為吸收層厚度。 吸光度吸光度 試樣中待測(cè)元素的濃度與火焰中基態(tài)原子的濃度成正比。試樣中待測(cè)元素的濃度與火焰中基態(tài)原子的濃度成正比。所以在一定的濃度范圍內(nèi)和一定的火焰寬度，吸光度與試樣所以在一定的濃度范圍內(nèi)和一定的火焰寬度，吸光度與試樣中待測(cè)元素濃度的關(guān)系可表示為中待測(cè)元素濃度的關(guān)系可表示為：該式就是原子吸光光譜法定量分析的依據(jù)。該式就是原子吸光光譜法定量分析的依據(jù)。 LKNIIA004343. 0lg KNLeII0CKA定量分析方法

17、定量分析方法（1 1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 繪制A-C工作曲線（見(jiàn)下圖） AxACxC（2 2）標(biāo)準(zhǔn)加入法）標(biāo)準(zhǔn)加入法 取若干（不少于4份）體積相同的試樣溶液，從第二份開(kāi)始依次遞增地加入不同等分量的待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液（如分別加入10g、20g、30g）。然后用蒸餾水稀釋至相同體積后搖勻。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下依次測(cè)得各溶液的吸光度為AX、A1、 A2 、A3。以吸光度A為縱坐標(biāo)，以加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（或體積，絕對(duì)含量）為橫坐標(biāo)，作出A-C曲線，外延曲線與橫坐標(biāo)相交于一點(diǎn)，此點(diǎn)與原點(diǎn)的距離，即為所測(cè)試樣溶液中，待測(cè)元素的含量（工作曲線如下）： CCx246A 原子吸收光譜法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用原子吸

18、收光譜法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用金屬污染物的測(cè)定：可測(cè)定的元素有60-70種，目前測(cè)定水和廢水中的主要金屬元素有：Ag, Cd, Ag, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, Zn, Be, Hg, K, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, Zn, Be, Hg, K, Na, Ca, MgNa, Ca, Mg 等。等。 (1)Cu,Pb,Zn,Cd的測(cè)定（GB7475-87）； (2)Ca、Mg的測(cè)定 ； (3)水質(zhì)、硫酸鹽的測(cè)定（GB13196-91）； (4)大氣塵粒中金屬元素的測(cè)定； (5)大氣降水中Na、K的測(cè)定，原子吸收分光光度法， GB13

19、580.12-92； (6)GB13580.13-93大氣降水中Ca、Mg的測(cè)定，原子吸收分光光度法； (7)GB/T15263-94環(huán)境空氣中鉛的測(cè)定，火焰原子吸收分光光度法。 3.4 電感耦合電感耦合-等離子質(zhì)譜儀等離子質(zhì)譜儀（ICPMS）原理： 等離子體是一種高密度電子的離子化氣體(通常為氬氣)，因含有正、負(fù) 電荷，極易與磁場(chǎng)作用，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化，則等離子產(chǎn)生感應(yīng)耦合產(chǎn)生高 溫焰炬(9000-10000k)。 樣品溶液經(jīng)過(guò)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)入高溫等離子體被蒸發(fā)、分解和電離，大部分成為一價(jià)正離子，經(jīng)取樣錐和截取錐進(jìn)入真空質(zhì)譜系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)離子鏡聚焦，進(jìn)入四級(jí)桿按質(zhì)荷比分離，被檢測(cè)器記錄.Angilent 7500 系列系列ICPMS儀器及主要部件儀器及主要部件 ICPMS原理示意圖原理示意圖 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)系離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)系統(tǒng)、統(tǒng)、 真空系統(tǒng)組成。真空系統(tǒng)組成。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)多數(shù)元素在ICP中主要是形成一價(jià)離子，ICP離子源使樣