光譜分析技術(shù)分類和相關(guān)儀器

1、光譜分析技術(shù)分類和相關(guān)儀器內(nèi) 容 提 要光譜分析技術(shù)基礎(chǔ)理論與光譜技術(shù)分類 紫外-可見分光光度計(jì) 熒光光譜儀 原子光譜分析儀 光譜分析（Spectral Analysis）：指所有對(duì)物質(zhì)發(fā)射輻射能的能譜分析或?qū)椛淠芘c物質(zhì)相互作用引起的能譜改變的分析。光譜分析法：基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射及電磁輻射與物質(zhì)的相互作用而建立起來的分析方法。常用光譜分析儀器紫外-可見分光光度計(jì)原子吸收分光光度計(jì)紅外光譜儀原子發(fā)射光譜儀熒光分析儀原子熒光分析儀等本章目錄第一節(jié) 光譜分析技術(shù)基礎(chǔ)理論與分類第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)第三節(jié) 熒光光譜儀第四節(jié) 原子光譜分析儀第一節(jié) 光譜分析技術(shù)基礎(chǔ)理論與分類吸收光譜（abso

2、rption spectrum）即物質(zhì)對(duì)不同波長光的吸收程度不同而產(chǎn)生的光譜。發(fā)射光譜是由物質(zhì)分子或原子吸收了外來的能量后發(fā)生分子或原子間的能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的光譜。一、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論光的波粒二象性：微粒性 波動(dòng)性 E 為光子的能量；為光波的頻率（Hz）；h為普朗克常數(shù)（）；c為光速（2.9977108ms）；為光波的波長 S2S1S0S3E2E0E1E3h一、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論物質(zhì)的吸收光譜:在連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜被稱作吸收光譜,包括分子吸收光譜和原子吸收光譜。吸收光譜取決于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。一、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論朗伯-比爾定律： I0：入射光強(qiáng)度 C:溶液濃度

3、 b:液層厚度 I:透射光強(qiáng)度 T:透光度 A:吸光度 k:吸光系數(shù)bI0I一、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論朗伯-比爾定律的適用條件： 1.入射光為單色光。波長范圍越大，單色光純度越低，偏離越大； 2.溶液中鄰近分子的存在并不改變每一給定分子的特性，即分子間互不干擾。 3.適用于分子吸收和原子吸收。一、光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論發(fā)射光譜:物質(zhì)所發(fā)射的光被光譜儀器分解而成的光譜。發(fā)射光譜分析方法就是根據(jù)每種元素特有的線光譜來識(shí)別或檢查各種元素。 發(fā)射光譜線狀光譜由原子或離子被激 發(fā)而發(fā)射 帶狀光譜由分子被激發(fā)而發(fā)射 連續(xù)光譜由炙熱的固體或液 體所發(fā)射 二、光譜分析技術(shù)的分類 分子吸收法: 可見與紫外分光光

4、度法、紅外光譜法 分子光譜 分子發(fā)射法: 分子熒光光度法光譜技術(shù) 原子吸收法：原子吸收法 原子光譜 原子發(fā)射法：發(fā)射光譜分析法、原子熒光法等 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì) 分光光度計(jì):能從含有各種波長的混合光中將每一單色光分離出來并測量其強(qiáng)度的儀器。分析精密度高測量范圍廣分析速度快樣品用量少射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 見 光 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)根據(jù)使用的波長范圍不同分為紫外光區(qū)、可見光區(qū)、紅外光區(qū)以及萬用（全波段）分光光度計(jì)等。第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)紫外-可見分光

5、光度計(jì)：工作波段在200nm800nm的分光光度計(jì)。其中：200nm400nm為紫外光區(qū)。400nm800nm為可見光區(qū)。屬于分子吸收光譜儀。721 可見分光光度計(jì) 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)722系列 可見分光光度計(jì) 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)SP-756P紫外可見分光光度計(jì) 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)TENSOR系列紅外光譜儀 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)示意圖 光源（light source）：提供入射光的裝置。 要求: 1.能在所需波長范圍的光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射連續(xù)光譜；

6、2.有足夠的輻射強(qiáng)度并能長時(shí)間穩(wěn)定。常用的光源有熱輻射燈（鎢燈、鹵鎢燈等），氣體放電燈（氫燈、氘燈及氙燈等），金屬弧燈（各種汞燈）等。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理幾種常見光源比較光源波長范圍(nm) 特 點(diǎn)鎢燈3202500鎢絲易蒸發(fā)，壽命短。用于可見光區(qū)鹵鎢燈3202500加入鹵素使用壽命延長，穩(wěn)定性好氫燈185375用于紫外區(qū)氘燈185375發(fā)光強(qiáng)度比氫燈高35倍汞燈254734用于紫外或熒光分析儀一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理單色器（Monochromator）：是將來自光源的復(fù)合光分解為單色光并分離出所需波段光束的裝置。入射狹縫：限制雜散光進(jìn)入；色散元件：

7、將復(fù)合光分解為 單色光，有棱鏡和光柵兩種；準(zhǔn)直鏡：將來自色散元件的 平行光束聚集在出射狹縫上；出射狹縫：將固定波長范圍 的光射出單色器，可以限制 通帶寬度。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理吸收池（absorption cell）：是用來盛放被測溶液的器件。在可見光區(qū)常用無色光學(xué)玻璃或塑料制作；在紫外區(qū)需用能透紫外線的石英或熔凝石英制作。同一套吸收池的厚度、透光面的透射、反射、折射應(yīng)嚴(yán)格保持一致。指紋、油污及池壁上的沉淀物都會(huì)影響吸收池的透光性能。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理通過改進(jìn)吸收池的幾何形狀，可提高“光程/體積比”，即盡可能延長單位體積的光程。常用的有： 微型

8、吸收池（Microdrill absorption cell） ：“光程/體積比”提高了近10倍。 多光路吸收池（Multipie-path absorption cell）：在吸收池壁上裝有反射鏡，使光線在溶液中經(jīng)多次反射后才離開吸收池，大大增加了有效光程，提高了測定的靈敏度。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理檢測器：把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。對(duì)檢測器的要求： 1.產(chǎn)生的電信號(hào)與照射到它上面的光強(qiáng)有恒定的函數(shù)關(guān)系； 2.波長響應(yīng)范圍大； 3.靈敏度高； 4.響應(yīng)速度快，一般要求小于10-8s； 5.產(chǎn)生的電信號(hào)易于檢測、放大，噪聲低。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理檢

9、測器工作原理 光照射在某些金屬表面，會(huì)有光電子從金屬表面逸出，這種光電效應(yīng)稱為外光電效應(yīng)。利用外光電效應(yīng)可以制成光電管和光電倍增管。光深入到物體內(nèi)部，將物體內(nèi)部原子中的一部分束縛電子激發(fā)成自由電子，但這些電子并不逸出物體，而是留在物體內(nèi)部從而使物體導(dǎo)電性增強(qiáng)，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。利用內(nèi)光電效應(yīng)可制成光敏電阻、光敏二極管以及光電池。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理幾種常用檢測器比較檢測器 工 作 原 理 特 點(diǎn)光電管外光電效應(yīng)簡單,靈敏度低光電倍增管外光電效應(yīng)與多級(jí)二次發(fā)射體相結(jié)合靈敏度比光電管高200多倍光電二極管陣列外光電效應(yīng)，由一行光敏區(qū)和二行讀出寄存器構(gòu)成可同時(shí)檢測多個(gè)波長的光強(qiáng)

10、度。壽命長、光譜響應(yīng)范圍寬、可靠性高、讀出速度快光電池內(nèi)光電效應(yīng)結(jié)實(shí)、便宜、使用方便。但產(chǎn)生的電流大小不穩(wěn)定電荷耦合器件模擬集成電路芯片能同時(shí)多譜線檢測，極大地提高分析速度一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理信號(hào)顯示系統(tǒng): 是把放大的信號(hào)以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示或記錄下來的裝置。一、紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理信號(hào)顯示裝置直讀檢流計(jì)電位調(diào)節(jié)指零裝置自動(dòng)記錄和數(shù)字顯示裝置二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素 單色性不純的影響 雜散光的影響 吸收池的影響 電壓、檢測器負(fù)高壓波動(dòng)的影響 其它因素的影響（一）單色性不純的影響光的吸收定律只是在入射光為單色光的條件下成立，而通常所指的單色光是指有一

11、定譜帶寬度的光譜。由于單色器的類型和質(zhì)量不同，得到的單色光純度不同，加上使用中狹縫寬度調(diào)節(jié)不當(dāng)，都可造成入射光的單色性不純。從而使儀器讀數(shù)不準(zhǔn)，造成測量誤差。二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素（二）雜散光的影響：有兩種兩種原因引起的雜散光： 1. 儀器中光學(xué)、機(jī)械零件的反射和散射等原因使所采用的測定波長的光偏離正常光路，在不通過樣品的情況下直接照射到單色器。這種雜散光波長與測定波長相同； 2. 由儀器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作缺陷引起。如不必要的反射面、光束孔徑不匹配、光學(xué)元件表面的擦痕、光學(xué)系統(tǒng)的像差、不均勻色散以及由于機(jī)械零部件加工不良、位置錯(cuò)移、儀器內(nèi)壁防眩黑漆脫落等。二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素

12、（三）吸收池的影響由于吸收池的質(zhì)量不好或使用保管不善，吸收池不配套，透光面被污染上油污、指紋、沉淀，吸收池與光路不垂直等原因都可影響撿測結(jié)果的準(zhǔn)確性。二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素（四）電壓、檢測器負(fù)高壓波動(dòng)的影響如果儀器電源電壓波動(dòng)過大，超過了儀器的穩(wěn)壓范圍或穩(wěn)壓器質(zhì)量不好，都可引起光源電壓、檢測器負(fù)高壓波動(dòng)，造成光源光強(qiáng)波動(dòng)和檢測器噪聲增大，使撿測結(jié)果準(zhǔn)確度降低。二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素（五）其它因素的影響吸光度讀數(shù)刻度誤差、儀器安裝環(huán)境（如振動(dòng)、溫度變化）、化學(xué)因素（如熒光、溶劑效應(yīng)等）等也可影響撿測結(jié)果的準(zhǔn)確度。二、影響分光光度法準(zhǔn)確性的因素三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型按其光學(xué)

13、系統(tǒng)分可分為 單波長分光光度計(jì) 單光束單波長分光光度計(jì) 雙光束單波長分光光度計(jì) 雙波長分光光度計(jì) 單波長單光束分光光度計(jì)特點(diǎn) 單光束光路，從光源到試樣至接收器只有一個(gè)光通道； 儀器只有一個(gè)色散元件，工作波長范圍較窄； 通常采用直接接收放大顯示的簡單電子系統(tǒng)，用電表或數(shù)字顯示； 結(jié)構(gòu)簡單、附件少、功能范圍小，不能做特殊試樣如渾濁樣品、不透明樣品等的測定。 檢測準(zhǔn)確性不夠穩(wěn)定，不能用于精密分析。 三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型單波長單光束分光光度計(jì)0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型721型分光光度計(jì)光路圖三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型751型分光光度計(jì)光路圖三、

14、紫外-可見分光光度計(jì)的類型單波長雙光束分光光度計(jì)在出射狹縫和樣品吸收池之間增加了一個(gè)光束分裂器或斬波器，用一定的頻率將一個(gè)光束交替分成兩路，使一路經(jīng)過參比溶液，另一路經(jīng)過樣品溶液，然后由一個(gè)檢測器交替接收或由兩個(gè)匹配器分別接收兩路信號(hào)。 三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型單波長雙光束分光光度計(jì)特點(diǎn)1.從光源到檢測器有試樣光路和參考光路兩條通路；2.采用兩個(gè)光柵或棱鏡加光柵的雙單色器，能有效地提高分辨率和降低雜散光；3.可以自動(dòng)進(jìn)行波長掃描、自動(dòng)記錄光譜曲線，也可以外接計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行；4.可裝備各種附件，功能范圍寬。 三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型比值光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)光束分裂器

15、單波長雙光束分光光度計(jì)三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型雙波長分光光度計(jì)工作原理將從同一光源發(fā)出的光分為兩束，分別經(jīng)兩個(gè)單色器分光后得到兩束不同波長（1，2）的單色光，經(jīng)斬光器使兩束光以一定頻率交替照射同一樣品，測定兩個(gè)波長下的吸光度差值（A=A1-A2），將A用于計(jì)算結(jié)果。三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型雙波長分光光度計(jì)波長選擇原則1.被測物在一個(gè)波長上有最大吸收峰， 在另一個(gè)波長上沒有吸收或很少吸收；2.非被測物在兩個(gè)波長上的吸收相同。三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型雙波長分光光度計(jì)優(yōu)點(diǎn)只要1、2選擇適當(dāng)，A就是消除了非特征性吸收干擾的吸光度值。將A用于計(jì)算結(jié)果能較好的解決由于非特征吸收信號(hào)（如試

16、樣的渾濁、吸收池與空氣界面以及吸收池與溶液界面的折射差別等）影響而帶來的誤差，結(jié)果更準(zhǔn)確。三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型雙波長分光光度計(jì)三、紫外-可見分光光度計(jì)的類型 四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(一)波長準(zhǔn)確度和波長重復(fù)性 (二)光度準(zhǔn)確度 (三)光度線性范圍 (四)分辨率 (五)光譜帶寬(六)雜散光 (七)基線穩(wěn)定度(八)基線平直度(一)波長準(zhǔn)確度和波長重復(fù)性波長準(zhǔn)確度是指儀器波長指示器上所示波長值與儀器此時(shí)實(shí)際輸出的波長值之間的符合程度。波長重復(fù)性是指在對(duì)同一個(gè)吸收帶或發(fā)射線進(jìn)行多次測量時(shí)，峰值波長測量結(jié)果的一致程度。波長誤差來源于色散元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差、波長度盤的刻劃誤差、

17、狹縫中心位置偏移和裝校誤差等。而波長重復(fù)性則取決于上述各種機(jī)構(gòu)中間隙的穩(wěn)定性。 四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(二)光度準(zhǔn)確度光度準(zhǔn)確度是指儀器在吸收峰上讀出的透射率或吸光度與已知真實(shí)透射率或吸光度之間的偏差。該偏差越小，光度準(zhǔn)確度越高。光度準(zhǔn)確度測試方法主要有標(biāo)準(zhǔn)溶液法和濾光片法。標(biāo)準(zhǔn)溶液多采用酸性重鉻酸鉀溶液。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(三)光度線性范圍指儀器光度測量系統(tǒng)對(duì)于照射到接收器上的輻射功率與系統(tǒng)的測定值之間符合線性關(guān)系的功率范圍，即儀器的最佳工作范圍。檢測方法溶液稀釋法：配制適當(dāng)濃度的溶液，按照一定的倍數(shù)逐步稀釋，分別測定其吸光度，根據(jù)測得的吸光度計(jì)算吸光系數(shù)，以

18、吸光度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的吸光系數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制吸光系數(shù)-吸光度曲線，曲線的平坦區(qū)域即為儀器的線性范圍。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(四)分辨率指儀器對(duì)于緊密相鄰的峰可分辨的最小波長間隔，此間隔越小分辨率越高。它是分光光度計(jì)質(zhì)量的綜合反映。單色器輸出的單色光的光譜純度、強(qiáng)度以及檢測器的光譜靈敏度等是影響儀器分辨率的主要因素。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(五)光譜帶寬光譜帶寬（Spectral band width）是指從單色器射出的單色光最大強(qiáng)度的1/2處的譜帶寬度。它與狹縫寬度、分光元件、準(zhǔn)直鏡的焦距有關(guān)，可以認(rèn)為是單色器的線色散率的倒數(shù)與狹縫寬度的乘積。測量方法：測量鈉雙線（、

19、）的寬度。由于元素?zé)糇V線本身的寬度大大小于單色器的寬度，故測得的光譜帶寬可以認(rèn)為就是單色器的光譜帶寬。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(六)雜散光除所需波長單色光以外其余所有的光都是雜散光，是測量過程中的主要誤差來源，會(huì)嚴(yán)重影響檢測準(zhǔn)確度。可用截止濾光器測定雜散光：截止濾光器對(duì)邊緣波長或某一波長的光可全部吸收，而對(duì)其它波長的光卻有很高的透光率，因此測定某種截止濾光器在邊緣波長或某一波長的透光率，即表示雜散光的強(qiáng)度。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(七)基線穩(wěn)定度是指在不放置樣品的情況下，掃描100%T或0%T時(shí)讀數(shù)偏離的程度，是儀器噪聲水平的綜合反映。一般取最大的峰縫之間的值作為絕對(duì)噪

20、聲水平。如果基線穩(wěn)定度差，光度準(zhǔn)確度就低。四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)(八)基線平直度是指在不放置樣品的情況下，掃描100%T或0%T時(shí)基線傾斜或彎曲的程度。在高吸收時(shí)，0%線的平直度對(duì)讀數(shù)的影響大；在低吸收時(shí)，100%線的平直度對(duì)讀數(shù)的影響大。基線平直度不好，可使樣品吸收光譜中各吸收峰間的比值發(fā)生變化，給定性分析造成困難。 四、紫外-可見分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)五、紫外-可見分光光度計(jì)常見故障及排除方法 分光光度計(jì)常見故障包括光路、電路故障。根據(jù)故障不同應(yīng)采取不同的排除措施。接通電源后，指示燈不亮，儀器不工作，可能是電路故障；讀數(shù)表不能調(diào)零（即0T）和不能置100T則可能是光路故障或微

21、電流放大器損壞。需根據(jù)具體情況采取不同的處理方法。第三節(jié) 熒光光譜儀某些物質(zhì)吸收光能量后，可發(fā)射波長與激發(fā)光波長相同或不同的光，當(dāng)激發(fā)光源停止照射試樣，再發(fā)射過程立即停止，這種再發(fā)射的光稱為熒光（fluorescence）。包括分子熒光和原子熒光。熒光分析法：通過測定物質(zhì)分子產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性與定量分析的方法。熒光光譜儀：采用熒光分析法來測量的儀器。熒光產(chǎn)生機(jī)制物質(zhì)的分子吸收了照射光的能量后，處于基態(tài)最低能級(jí)的分子被激發(fā)到第一電子激發(fā)態(tài)和其它電子激發(fā)態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)。到達(dá)激發(fā)態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)的分子，和周圍的分子（如溶劑分子）碰撞，并把部分能量以熱能的形式傳給周圍的分子，自己降落到單線

22、第二電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。然后，由此最低振動(dòng)能級(jí)向基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)躍遷，同時(shí)以發(fā)光的形式釋放出其能量。這種光即為熒光。第三節(jié) 熒光光譜儀熒光分析的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（可達(dá)10-12g數(shù)量級(jí)）；選擇性強(qiáng)，有利于分析復(fù)雜的多組分混合物；用樣量少、特異性好、操作簡便。缺點(diǎn)：對(duì)溫度、pH值等因素變化比較敏感；應(yīng)用范圍較窄，只能用來測量發(fā)熒光的物質(zhì)，或與某些試劑作用后發(fā)熒光的物質(zhì)。第三節(jié) 熒光光譜儀（一）激發(fā)光譜和熒光光譜任何發(fā)射熒光的物質(zhì)都具有兩個(gè)特征光譜，即激發(fā)光譜（excitation spectrum）和熒光光譜(fluorescence spectrum)。它們是熒光分析中定性和定量的基

23、礎(chǔ)。一、熒光分析的基本原理 激發(fā)光譜：將激發(fā)光的光源用單色器分光，連續(xù)改變激發(fā)光波長，固定熒光發(fā)射波長，測定不同波長的激發(fā)光照射下，物質(zhì)溶液發(fā)射的熒光強(qiáng)度的變化。以激發(fā)光波長為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖， 即可得到熒光物質(zhì) 的激發(fā)光譜。從激 發(fā)光譜圖上可找到 發(fā)生熒光強(qiáng)度最強(qiáng) 的激發(fā)波長ex。一、熒光分析的基本原理熒光光譜：用ex作激發(fā)光源，并固定強(qiáng)度，讓物質(zhì)發(fā)射的熒光通過單色器分光，測定不同波長的熒光強(qiáng)度。以熒光波長為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖，便得熒光光譜。熒光光譜中熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的波長為 em 。熒光物質(zhì)的ex和em 是鑒定物質(zhì)的根據(jù)，也 是定量測定中所選用的 最靈敏的波長。一、熒光分

24、析的基本原理（二）物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和熒光的關(guān)系強(qiáng)熒光物質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上具有如下特征： 具有大的共軛- 雙鍵結(jié)構(gòu)，共軛體系越大，越容易產(chǎn)生熒光。 具有剛性平面結(jié)構(gòu)。熒光量子產(chǎn)率高的熒光物質(zhì)，其分子多為平面構(gòu)型，并具有一定的剛性。 具有最低的單線電子激發(fā)態(tài)S1為- 型。 若取代基團(tuán)為給電子取代基，熒光強(qiáng)度增加。一、熒光分析的基本原理二、熒光光譜儀 熒光光譜儀的工作原理熒光物質(zhì)所發(fā)出的熒光強(qiáng)度在激發(fā)光的頻率、強(qiáng)度以及液層厚度不變時(shí)與溶液的濃度成正比。由此可以通過測定熒光強(qiáng)度來求出該物質(zhì)的含量。熒光分析法所測量的是待測物質(zhì)所發(fā)射的熒光強(qiáng)弱，而不是物質(zhì)對(duì)光譜的吸收強(qiáng)弱，屬于發(fā)射光譜分析，熒光光度計(jì)和熒光分光

25、光度計(jì)屬于發(fā)射光譜儀器。熒光光譜儀分類熒光光度計(jì)（fluorophotometer）熒光分光光度計(jì)（fluorospectrophotometer） 二者的區(qū)別在于熒光光度計(jì)采用濾光片做單色器，結(jié)構(gòu)較簡單，功能也較差，而熒光分光光度計(jì)采用棱鏡或光柵為色散元件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，功能較強(qiáng)，但價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熒光光度計(jì)。二、熒光光譜儀Fluoscence熒光分光光度計(jì)二、熒光光譜儀FP-6500熒光分光光度計(jì)二、熒光光譜儀Jasco熒光光譜儀二、熒光光譜儀ARL 9800 系列 X射線熒光光譜儀 二、熒光光譜儀熒光光譜儀的主要結(jié)構(gòu)激光光源：激發(fā)樣品中熒光分子產(chǎn)生熒光。常用汞弧燈、氫弧燈及氘燈等。單色器：分離

26、出所需要的單色光。儀器有兩個(gè)單色器，一是激發(fā)單色器，用于選擇激發(fā)光波長；二是發(fā)射單色器，用于選擇發(fā)射到檢測器上的熒光波長。樣品池：放置測試樣品，用石英做成。檢測器：接受光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。記錄顯示系統(tǒng)：檢測器出來的電信號(hào)經(jīng)過放大器放大后，由記錄儀記錄下來，并可數(shù)字顯示和打印。 二、熒光光譜儀0.208光源激發(fā)單色器吸收池檢測放大系統(tǒng)熒光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)射單色器二、熒光光譜儀二、熒光光譜儀熒光分光光度計(jì)光路圖二、熒光光譜儀熒光光譜儀的使用與維護(hù)嚴(yán)格按照儀器規(guī)定的操作步驟進(jìn)行操作。一旦儀器出了故障，特別是光學(xué)部件的故障，必須請(qǐng)專門人員進(jìn)行檢修。在使用過程中應(yīng)注意以下問題： 1.電源：電壓，

27、電流，電源的穩(wěn)定須符合儀器的規(guī)定。 2.光源：啟動(dòng)后需預(yù)熱20min，燈及其窗口須保持清潔。 3.單色器：應(yīng)注意防潮、防塵、防污和防機(jī)械損傷。 4.光電倍增管：加高壓時(shí)切不可受外來光線直接照射。 5.樣品池：使用時(shí)應(yīng)同一個(gè)方向插放，不能經(jīng)常磨擦。 6.防止眼睛損傷：操作者不能直視光源，以免紫外線損傷眼睛。二、熒光光譜儀三、熒光光譜儀的應(yīng)用常規(guī)分析（如定性和定量分析、化學(xué)表征、色譜流出物的檢測等）；獲得分子信息（如測量分子內(nèi)間距、決定鍵合平衡、研究結(jié)構(gòu)變化等）；醫(yī)藥研究（如研究膜結(jié)構(gòu)和功能、確定抗體的形態(tài)、研究生物分子的異質(zhì)性、評(píng)價(jià)藥物的相互作用、確定酶的活性和反應(yīng)、熒光免疫分析、監(jiān)測體內(nèi)化學(xué)過

28、程等）；環(huán)境監(jiān)測（如水和空氣中污染物的鑒別和計(jì)量等）。第四節(jié) 原子光譜分析儀 優(yōu)點(diǎn):分析速度快、操作簡便、選擇性好、靈敏度高、測定范圍廣、試劑用量少等，可同時(shí)測定多種元素，不必進(jìn)行復(fù)雜的分離處理。缺點(diǎn):測定多個(gè)不同元素時(shí)需更換元素?zé)?，有些元素的測定靈敏度還有待提高。原子光譜分析儀器原子吸收光譜儀原子發(fā)射光譜儀原子熒光光譜儀一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectroscopy，AAS) 基本原理：從空心陰極燈或光源中發(fā)射出一束特定波長的入射光，在原子化器中待測元素的基態(tài)原子蒸汽對(duì)其產(chǎn)生吸收，通過測定吸收特定波長的光量大小，可求出待測元素的含

29、量。原子吸收光譜法優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、精確高；選擇性好、干擾少；速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；可測元素多、范圍廣；結(jié)構(gòu)簡單、成本低。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 原子吸收光譜儀（atomic absorption spectrometer）：采用原子吸收光譜法進(jìn)行測量的儀器，又稱原子吸收分光光度儀，是20世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)并逐漸發(fā)展起來的一種新型儀器。結(jié)構(gòu)原理與普通分光光度計(jì)相似，只是用銳線光源代替了連續(xù)光源，用原子化器代替通常的吸收池。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀工作原理光源發(fā)生相應(yīng)待測元素特征波長的射線穿過火焰，把試樣的溶液以細(xì)粒子流的形式噴射到火焰上，部分射線被吸收。吸收的強(qiáng)度

30、與試樣的濃度成正比，通過測量吸收量并將其與標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行對(duì)比，即可確定待測物質(zhì)濃度。不同元素外層電子結(jié)構(gòu)不同，其原子的吸收光譜也不同，因此測量原子吸收光譜也可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀的種類單光束型：儀器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，維護(hù)方便，應(yīng)用比較普遍，但不能克服光源燈不穩(wěn)定帶來的零漂 。雙光束型：儀器構(gòu)造比較復(fù)雜，能夠克服零漂，而且速度也較快，但價(jià)格也較昂貴。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀主要部件（1）光源系統(tǒng)（2）原子化器（3）分光系統(tǒng) （4）檢測系統(tǒng) （1）光源系統(tǒng)：發(fā)射被測元素的特征共振輻射?；疽螅?光譜純

31、度高，只發(fā)射待測元素光譜，不含雜質(zhì)元素輻射； 發(fā)射較窄的譜線。發(fā)射的共振線強(qiáng)度高且穩(wěn)定，背景?。?穩(wěn)定性好，30分鐘內(nèi)漂移不超過1； 起輝電壓低； 結(jié)構(gòu)牢固可靠，使用方便； 有較長的壽命，價(jià)格便宜。常用類型：空心陰極燈 蒸氣放電燈 無極放電燈一、原子吸收法和原子吸收光譜儀（2）原子化器：提供能量將液態(tài)試樣中的待測元素干燥蒸發(fā)使之轉(zhuǎn)變成原子態(tài)的蒸氣。常用類型：火焰原子化器 無火焰原子化器一、原子吸收法和原子吸收光譜儀火焰原子化器常用的是預(yù)混合型原子化器，具有簡單、快速、對(duì)大多數(shù)元素有較高的靈敏度和檢測極限的優(yōu)點(diǎn)，使用最廣泛。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 無火焰原子化器常用的是石墨爐原子化器。其

32、電極插入樣品時(shí)觸點(diǎn)時(shí)好時(shí)壞、重復(fù)性差、設(shè)備復(fù)雜、不易掌握，但與火焰原子化器相比具有較高的原子化效率、靈敏度和檢測極限。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 （3）分光系統(tǒng)：將所需要的共振吸收線分離出來。組成：入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件關(guān)鍵部件：色散元件，可以是棱鏡或衍射光柵。只要能將共振線與鄰近線分開到一定程度即可，不要求過高的線色散率。要保證既要將譜線分開，又要有一定的出射光強(qiáng)度。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀（4）檢測系統(tǒng) ：組成：檢測器（光電倍增管）、同步檢波放大器、對(duì)數(shù)變換器、指示儀表等。作用：將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后再經(jīng)同步檢波放大器放大，同時(shí)把接收到的非被測信號(hào)濾掉。放大

33、了的被測信號(hào)進(jìn)入對(duì)數(shù)變換器進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，變成線性信號(hào)，在指示儀表上顯示出來。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀光電倍增管AA5800原子吸收分光光度計(jì)一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 ZEEnit650高級(jí)石墨爐原子吸收光譜儀 一、原子吸收法和原子吸收光譜儀 一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖原子吸收光譜儀分光系統(tǒng)示意圖一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)特征濃度：指產(chǎn)生1吸收或吸光度時(shí)所對(duì)應(yīng)的被測元素的濃度或質(zhì)量。特征濃度S值越小，表示原子吸收光譜儀對(duì)某個(gè)元素在一定條件下的分析靈敏度越高。特征濃度不能用來表征某儀器對(duì)某元素能被檢出所需要的最小濃度，但可

34、以用于估算較適宜的濃度測量范圍及取樣量。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀檢出限：表示在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，被測元素溶液能給出的測量信號(hào)3倍于標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度（單位：mg/L）。無火焰光譜儀器中常用絕對(duì)檢出限表示，單位為g。檢出限既反映儀器的質(zhì)量和穩(wěn)定性，也反映儀器對(duì)某元素在一定條件下的檢出能力。檢出限比特征濃度有更明確的意義。檢出限越低，說明儀器性能越好，對(duì)元素的檢出能力越強(qiáng)。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀常見故障及處理方法原子吸收光譜儀在工作過程中常見的故障有：沒有吸收、靈敏度低、重現(xiàn)性差、表頭回零差、儀器噪音大、曲線彎曲、分析結(jié)果誤差大和廢液不暢通等，要根據(jù)具體情況作出不同

35、處理。 一、原子吸收法和原子吸收光譜儀二、原子發(fā)射光譜儀 原子發(fā)射光譜法：是根據(jù)處于激發(fā)態(tài)的待測元素原子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射的特征譜線對(duì)待測元素進(jìn)行分析的方法。由于待測元素原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)不同，因此發(fā)射譜線的特征不同，據(jù)此可對(duì)樣品進(jìn)行定性分析；根據(jù)待測元素原子的濃度不同，因此發(fā)射強(qiáng)度不同，可實(shí)現(xiàn)元素的定量檢測。原子發(fā)射光譜分析特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 可同時(shí)測定一個(gè)樣品中的多種元素； 分析速度快； 檢出限低，可達(dá)ng/mL級(jí)； 準(zhǔn)確度較高，相對(duì)誤差可達(dá)l以下； 試樣消耗少； ICP光源校準(zhǔn)曲線線性范圍寬，可達(dá) 46個(gè)數(shù)量級(jí)。二、原子發(fā)射光譜儀缺點(diǎn)： 高含量分析的準(zhǔn)確度較差； 常見的非金屬元素如氧、硫、氮、鹵素等譜線

36、在遠(yuǎn)紫外區(qū)一般的光譜儀尚無法檢測； 還有些非金屬元素，如P、Se、Te等，由于其激發(fā)電位高，靈敏度較低。二、原子發(fā)射光譜儀常用激發(fā)方式：火花式與ICP兩種火花式：激發(fā)源是高壓電火花源，它提供單變或振蕩電流脈沖。該方法能進(jìn)行固體樣品的多元素分析；電感耦合等離子體（ICP）式：等離子體是由無線電波或在微波范圍內(nèi)的電磁波在惰性氣體（氬氣）中進(jìn)行無極或單極感應(yīng)放電所產(chǎn)生。該方法可進(jìn)行溶液元素分析。二、原子發(fā)射光譜儀原子發(fā)射光譜儀：利用試樣中原子或離子所發(fā)射的特征譜線的波長或強(qiáng)度來檢測元素的存在和含量的儀器。常用類型： 1.火焰光度計(jì)和火焰分光光度計(jì) 2.攝譜儀和光電直讀光譜儀 3.激光顯微發(fā)射光譜儀

37、二、原子發(fā)射光譜儀6400A 火焰光度計(jì) 二、原子發(fā)射光譜儀攝譜儀：是用光柵或棱鏡做色散元件，采用照相方式用感光板記錄試樣光譜的原子發(fā)射光譜儀器?？梢园言嚇拥淖V線拍攝長期保存?zhèn)洳?。攝譜儀聚光性強(qiáng)，有利于提高靈敏度。 類型：棱鏡攝譜儀、光柵攝譜儀構(gòu)成：光源、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)二、原子發(fā)射光譜儀二、原子發(fā)射光譜儀棱鏡攝譜儀光柵攝譜儀攝譜儀的激發(fā)光源基本功能：提供使試樣中被測元素原子化和原子激發(fā)發(fā)光所需要的能量。要求：靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景小，結(jié)構(gòu)簡單，操作安全。常用激發(fā)光源：電弧光源、電火花光源、電感耦合高頻等離子體光源（ICP光源）等。二、原子發(fā)射光譜儀光 源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度（K）放電穩(wěn)定

38、性應(yīng)用范圍直流電弧高40007000稍差定性分析，礦物、純物質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量分析交流電弧中40007000較好試樣中低含量組分的定量分析電火化低瞬間10000好金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析ICP很高60008000 最好溶液的定量分析幾種光源的比較二、原子發(fā)射光譜儀攝譜儀的光學(xué)系統(tǒng)作用：把樣品被蒸發(fā)和激發(fā)產(chǎn)生的輻射光進(jìn)行分光。組成：照明系統(tǒng)、準(zhǔn)光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和投影系統(tǒng)。 二、原子發(fā)射光譜儀照明系統(tǒng)：指光源到狹縫之間的部分，由透鏡組組成。作用是把光源的光聚焦于狹縫上，使盡可能多的光進(jìn)入狹縫；讓光源不同部位發(fā)出的光均勻地照射到狹縫各個(gè)部位；并使光源電極頭所發(fā)射出的連續(xù)光譜不進(jìn)入狹縫。準(zhǔn)光系統(tǒng)：由狹縫和準(zhǔn)直鏡構(gòu)成，作用是將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐蛊涞竭_(dá)分光元件的第一入射面的各點(diǎn)時(shí)，入射角度都相同。又稱為準(zhǔn)