檢驗儀器分析第四章光譜分析相關儀器

第四章光譜分析相關儀器主要內容第一節(jié)概述第二節(jié)紫外-可見分光光度計第三節(jié)分子熒光光譜儀第四節(jié)原子吸收光譜儀第一節(jié)概述本節(jié)要點

1.光分析的基本原理。

2.物質對光的吸收,光吸收曲線。

3.光的基本性質,朗伯-比耳定律。返回目錄學習目標掌握光學分析基本知識，光的吸收定律的應用。熟悉光譜儀器的基本結構和分類。了解光譜分析法的基本分類。第一節(jié)概述返回目錄光的基本性質

光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的最小單位是光量子。

一、光譜分析技術基本原理返回目錄不同波長的光具有不同的能量，波長越短，頻率越高，能量越大。一、光譜分析技術基本原理返回目錄一、光譜分析技術基本原理返回目錄原子或分子吸收與其能級躍遷相對應的能量由低能態(tài)或基態(tài)躍遷至較高能態(tài)，物質對輻射能選擇性吸收而得到的原子或分子吸收光譜稱為吸收光譜。吸收光譜一、光譜分析技術基本原理返回目錄原子或分子吸收與其能級躍遷相對應的能量由低能態(tài)或基態(tài)躍遷至較高能態(tài)，從高能態(tài)躍遷回到基態(tài)或低能態(tài)而產生的光譜稱為發(fā)射光譜。發(fā)射光譜一、光譜分析技術基本原理返回目錄原子核外電子在不同能級間躍遷而產生的光譜稱為原子光譜。是由一條條彼此分離的譜線組成的線狀光譜原子光譜一、光譜分析技術基本原理返回目錄分子能級躍遷產生的光譜稱為分子光譜?？梢越o出物質結構的相關信息。是復雜的帶狀光譜分子光譜分子能級示意圖一、光譜分析技術基本原理返回目錄（一）物質對光的選擇性吸收不同物質的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量差不同，選擇吸收光子的能量不同，所以吸收的波長不同。因此不同物質將選擇性地吸收不同能量的輻射，這是吸收光譜分析的基礎。一、光譜分析技術基本原理返回目錄（二）吸收曲線選擇不同波長的單色光分別通過某一固定濃度的某物質溶液，測量溶液對各單色光的吸光度A。以波長為橫坐標，A為縱坐標作圖，所得A-曲線稱為吸收光譜或吸收曲線

一、光譜分析技術基本原理返回目錄一、光譜分析技術基本原理相同物質不同濃度的吸收曲線返回目錄

在分光光度分析中，應該選用被測溶液吸收光譜的最大吸收波長max作為入射光。一、光譜分析技術基本原理1.在max處進行測定，靈敏度最高2.相同波長下溶液濃度愈大吸光度愈大3.不同濃度的相同物質測得的吸收光譜形狀相似，max均相同返回目錄結論表明（三）朗伯-比耳定律1．透光率和吸光度一、光譜分析技術基本原理返回目錄

透射光強度It與入射光強度I0之比稱為透光率T（或百分透光率T%）

透光率的負對數(shù)稱為吸光度A一、光譜分析技術基本原理返回目錄①T%=100%時，A=0，光完全透過，溶液對光完全不吸收②T%=0時，A=，光完全不透過，溶液對光完全吸收一、光譜分析技術基本原理返回目錄2．朗伯-比耳定律A=kbc

在一定溫度下，當一束平行單色光通過某一有色溶液時，吸光度A與液層厚度和溶液濃度c成正比。一、光譜分析技術基本原理返回目錄（１）摩爾吸光系數(shù)

溶液濃度用物質的量濃度（mol/L），液層厚度的單位為cm時，k用表示，單位（L/ mol·com）

數(shù)值上等于一定溫度下溶液濃度為1mol/L和液層厚度為1cm時溶液的吸光。一、光譜分析技術基本原理返回目錄（2）質量吸光系數(shù)

溶液濃度用質量濃度（g/L）表示，當液層厚度的單位為cm時，k用a表示，單位為L/g·cm（4.8）一、光譜分析技術基本原理返回目錄Lambert-Beer定律應用注意：1）朗伯-比耳定律僅適用于單色光和稀溶液。2）數(shù)值愈大吸光物質對入射光吸收愈強，測定靈敏度愈高。3）在一定波長下吸光度與溶液濃度成正比。一、光譜分析技術基本原理返回目錄二、光譜分析技術的分類波長范圍0.0005～0.1nm0.1～10nm10～200nm200～400nm400～760nm0.76～2.5μm2.5～50μm50～1000μm0.1～100cm1～1000m波譜區(qū)名稱γ射線X射線遠紫外近紫外可見近紅外中紅外遠紅外微波無線電波躍遷類型原子核反應內層電子外層電子外層電子外層電子分子振動分子振動、轉動分子振動、轉動分子轉動、電子自旋原子核自旋光譜類型莫斯鮑爾譜X射線電子能譜真空紫外吸收光譜紫外可見吸收光譜紫外可見吸收光譜紅外吸收光譜、拉曼光譜紅外吸收光譜、拉曼光譜紅外吸收光譜、拉曼光譜電子自旋共振核磁共振返回目錄第二節(jié)紫外-可見分光光度計本節(jié)要點1.紫外可見分光光度計的基本結構。2.紫外可見分光光度計的功能。3.紫外可見分光光度計性能評價指標。4.儀器的使用和維護。返回目錄第二節(jié)紫外-可見分光光度計

學習目標

掌握紫外-可見分光光度計儀器的使用。熟悉紫外-可見分光光度計儀器的基本工

作原理，儀器組成。

了解紫外-可見分光光度計測量條件的選擇。返回目錄一、基本結構和功能光源單色光器吸收池檢測器顯示器及信息處理裝置返回目錄紫外-可見分光光度計結構示意圖一、基本結構和功能返回目錄鹵鎢燈一、基本結構和功能———光源返回目錄氘燈返回目錄一、基本結構和功能———光源單色器工作示意圖一、基本結構和功能———單色器返回目錄單色器部件組合返回目錄一、基本結構和功能———單色器不同厚度的吸收池一、基本結構和功能———吸收池返回目錄光電管工作示意圖一、基本結構和功能———檢測器

返回目錄光電倍增管返回目錄一、基本結構和功能———檢測器

光電二級管陣列工作示意圖返回目錄一、基本結構和功能———檢測器

一、基本結構和功能———信號顯示系統(tǒng)信號顯示系統(tǒng)直讀檢流計電位調節(jié)指零自動記錄數(shù)字顯示計算機系統(tǒng)返回目錄

波長準確度和波長重復性

光度線性范圍和準確度

分辨率

光譜帶寬

雜散光

基線二、性能指標及評價返回目錄

安裝儀器外部環(huán)境

注意防潮

經常檢驗儀器的技術指標

保持機械運動部件活動自如

比色皿的使用和清洗三、使用和維護返回目錄四、

常見故障及排除方法故障現(xiàn)象故障原因及排除方法指示燈不亮，儀器不工作1.電源線接觸不良；接好電源線2.保險絲壞；檢查保險絲，更換新的3.電路故障；整機檢查，并與廠方聯(lián)系不能調零（即0％T）1.光門不能完全關閉；檢修光門蓋2.微電流放大器損壞；放大器輸入端在沒有外界信號時，正反相都應接近于0，對稱性較好，屬正常；如一端遠遠超出

另一端不平衡，放大器壞，更換放大器表4-4紫外-可見分光光度計常見故障現(xiàn)象及排除方法返回目錄四、

常見故障及排除方法故障現(xiàn)象故障原因及排除方法不能調置100％T1.光能量不夠；變換靈敏度開關，滿足此條件，無反應，檢查樣品室內有否光亮，如偏離光電管接收光窗，能量微弱，檢查燈源室及單色器，調整光源，使儀器正常工作2.光源（鎢燈、氘燈）損壞;更換新的3.比色器架沒落位；檢查比色器架子，擺正位置4.光門未完全打開，或單色光偏離；檢修光門使單色光源完全進入接收器測光精度不準1.由于儀器受振動等原因使波長位移；采用干涉濾光片或其它方法進行波長校正2.比色器受污染；使比色器保持清潔3.樣品混濁，配制溶液不準確;應仔細操作每個步驟返回目錄四、

常見故障及排除方法故障現(xiàn)象故障原因及排除方法噪聲指標異常1.預熱時間不夠；需預熱20min2.光源老化；更換光源3.環(huán)境振動過大，空氣流速過大；調換儀器運行環(huán)

境4.樣品室不正；對正樣品室5.電壓低，強磁場；加穩(wěn)壓器，消除干擾。其

他1.程序錯誤；正確操作，關閉其它無關程序，檢查

計算機是否有病毒。2.不明故障原因；與廠家聯(lián)系，說明故障現(xiàn)象返回目錄本節(jié)要點1.熒光分光光度計的結構和功能2.熒光分光光度計的性能評價指標3.熒光分光光度計的使用維護第三節(jié)分子熒光光譜儀返回目錄

學習目標

掌握分子熒光激發(fā)光譜、發(fā)射光譜，熒光光譜儀的使用

熟悉熒光光譜儀的基本原理，儀器組成

了解分子熒光的影響因素第三節(jié)分子熒光光譜儀返回目錄一、

熒光產生的基本原理返回目錄

熒光物質常用紫外光或波長較短的可見光激發(fā)而產生熒光。如果將激發(fā)光的光源用單色器分光，測定不同波長激發(fā)光照射下熒光強度的變化，以激發(fā)波長（λ）為橫坐標，熒光強度（IF）為縱坐標作圖，便可得到熒光物質的激發(fā)光譜。一、

原理——熒光激發(fā)光譜返回目錄維生素B2的熒光激發(fā)譜圖返回目錄一、

原理——熒光激發(fā)光譜

固定激發(fā)光波長和強度，讓物質發(fā)射的熒光通過單色器，然后測定不同波長的熒光強度。以熒光的波長（λ）作橫坐標，熒光強度（IF）為縱坐標作圖，得到的是熒光發(fā)射光譜，也稱熒光光譜。一、

原理——熒光發(fā)射光譜返回目錄維生素B2的熒光發(fā)射光譜圖返回目錄一、

原理——熒光發(fā)射光譜硫酸奎寧的激發(fā)光譜及熒光光譜

…激發(fā)光譜?熒光光譜返回目錄一、

原理——熒光發(fā)射光譜蒽的激發(fā)光譜及熒光光譜…激發(fā)光譜?熒光光譜返回目錄一、

原理——熒光發(fā)射光譜熒光物質的最大激發(fā)波長（λex）和最大熒光波長（λem）是鑒定物質的根據(jù)和定量測定時最靈敏的條件。返回目錄一、

原理——熒光發(fā)射光譜

大部分熒光物質都有芳香環(huán)或雜環(huán)當π電子的共軛程度越大，就越容易被激發(fā)，分子的熒光效率越大，其熒光光譜也將向長波長方向移動。

剛性的不飽和的平面結構具有較高的熒

光效率，并使熒光波長向長波長方向移

動。取代基為給電子取代基，常使熒光強度

增加。一、

原理——物質結構和熒光強度的關系返回目錄化合物ΦFλ/nm苯0.07283聯(lián)苯0.183161，3，5，-三苯基苯0.27355蒽0.364029-苯基蒽0.494199-乙烯基蒽0.76432表4-3共軛結構對熒光效率的影響

一、

原理——物質結構和熒光強度的關系返回目錄熒光光度計的結構示意圖二、基本結構與功能返回目錄熒光分光光度計內部結構二、基本結構與功能返回目錄高壓汞燈示意圖二、基本結構與功能——激發(fā)光源返回目錄高壓汞燈二、基本結構與功能——激發(fā)光源返回目錄氙燈示意圖二、基本結構與功能——激發(fā)光源返回目錄使用前后的氙燈二、基本結構與功能——激發(fā)光源返回目錄

高能閃爍光源

管內氣壓在100Pa以下，由高壓電脈沖激發(fā)產生光脈沖，在極短的時間內發(fā)出很強的光。光譜分布與日光接近，色溫6000K，亮度高，壽命可達1000h。二、基本結構與功能——激發(fā)光源返回目錄

采用光柵作為單色器，分離出所需要的單色光。儀器中具有兩個單色器，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。二、基本結構與功能——單色器返回目錄光柵二、基本結構與功能——單色器返回目錄光柵分光原理二、基本結構與功能——單色器返回目錄各種石英樣品池二、基本結構與功能——樣品池返回目錄檢測器一般有兩支紅敏光電倍增管。作用：分別用于樣品信號的測量和參比信號。

二、基本結構與功能——檢測器返回目錄光電倍增管二、基本結構與功能——檢測器返回目錄二、基本結構與功能——信號顯示系統(tǒng)返回目錄

減少了測量所需的樣品體積（0.5ml，10mm液池），同時，由于檢測到的樣品體積比垂直狹縫大得多，同等條件下，靈敏度高出5～30倍二、基本結構與功能——水平狹縫返回目錄

牛津低溫冷阱電熱恒溫水浴液池內精確測溫的溫度探頭偏振附件多孔板附件二、基本結構與功能——各種測量附件返回目錄

波長準確度

雜散光

光譜帶寬

基線

噪聲三、性能指標及評價返回目錄四、使用維護及影響因素開機參數(shù)設置打開主機、pc電源、進入WINDOWS界面，開啟工作站，連接主機，儀器初始化自檢結束后，即可開始工作進入菜單，設置實驗所需的參數(shù)將待測樣品放入石英比色皿或固體樣品架按已設定的參數(shù)和程序，按開始鍵儀器自動完成檢測根據(jù)實驗所得結果進行分析，獲得相關信息，產生報告樣本裝載樣本測定結果查詢傳送關機退出工作站，關掉pc電源和主機電源返回目錄使用維護的部件電源光源單色器光電倍增管吸收池四、使用維護及影響因素返回目錄

影響因素溫度溶劑溶液的pH

猝滅劑四、使用維護及影響因素返回目錄第四節(jié)原子吸收光譜儀返回目錄本節(jié)要點1.原子吸收光譜儀的基本結構和功能2.原子吸收光譜儀的性能指標3.原子吸收光譜儀的影響因素及校正第四節(jié)原子吸收光譜儀返回目錄第四節(jié)原子吸收光譜儀

學習目標掌握原子吸收分光光度計的使用熟悉原子吸收分光光度法的工作原理，儀器組成了解非火焰及火焰原子化器的結構、工作流程返回目錄原子吸收的產生示意圖一、工作原理返回目錄原子吸收分光光度法（atomicabsorptionspectrophotometry,AAS）是基于氣態(tài)的基態(tài)原子在某特定波長光的輻射下，原子外層電子對光的吸收這一現(xiàn)象建立起來的一種光譜分析方法。一、工作原理返回目錄

試樣進行預處理；然后進入原子化器，試樣中被測元素在高溫下發(fā)生離解而轉變成氣態(tài)原子狀態(tài)并吸收由光源輻射出來的譜線，最后通過分光系統(tǒng)由檢測器對獲得的光譜強度進行檢測，從而得到被測元素的含量。一、工作原理返回目錄共振線：從基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)最容易發(fā)生，這時產生的吸收線稱為共振吸收線，簡稱共振線。共振線就是所謂的元素的特征譜線。一、工作原理返回目錄二、基本結構和功能返回目錄光源原子化器分光系統(tǒng)檢測器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（一）光源空心陰極燈的結構示意圖返回目錄空心陰極燈（一）光源返回目錄空心陰極燈（一）光源返回目錄無極放電燈工作示意圖（一）光源返回目錄無極放電燈（一）光源返回目錄復合空心陰極燈（一）光源返回目錄預混合型火焰原子化器的結構示意圖（二）原子化器——火焰原子化器返回目錄火焰燃燒過程示意圖（二）原子化器返回目錄區(qū)火焰原子化工作示意圖（二）原子化器返回目錄火焰原子化器火焰溫度分區(qū)（二）原子化器返回目錄石墨爐加熱示意圖（二）原子化器——電熱原子化法返回目錄石墨爐原子化器示意圖（二）原子化器返回目錄石墨爐構造（二）原子化器返回目錄石墨管（二）原子化器返回目錄石墨爐原子化器升溫過程（二）原子化器返回目錄石墨爐升溫過程可分為干燥、熱解、原子化及除殘4個階段干燥時溫度一般僅110℃左右熱解階段的溫度在102～103℃原子化溫度一般在1500～3000℃之間，5～10秒除殘溫度約3500℃（二）原子化器返回目錄

低溫原子化技術氫化物用惰性氣體載帶，導入電熱石英T形管原子化器中，在低于1000℃條件下可解離為自由原子。（二）原子化器返回目錄（三）

分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)色散元件（光柵等）反射鏡狹縫返回目錄（四）

檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)檢測器放大器對數(shù)變換器指示儀表返回目錄原子吸收分光光度計結構示意圖二、基本結構和功能返回目錄靈敏度校準曲線A=f(c)的斜率，S=dA/dc，表示被測元素濃度或含量改變一個單位時所引起的測量信號吸光度的變化量。三、性能指標返回目錄特征濃度在作出校準曲線后，從吸光度為0.1的地方查得對應的質量濃度值[ρ(mg/L)]，則Sˊ值即為該濃度值(ρ)和0.0044的乘積。三、性能指標返回目錄火焰原子吸收法中，其表達式為：

（4-12）在石墨爐原子吸收法中，其表達式為：

（4-13）式中：C為被測元素含量，V為進樣體積，A為吸光度。三、性能指標返回目錄檢出限在選定的實驗條件下，被測元素溶液能給出的測量信號3倍于標準偏差(σ)時所對應的濃度，單位用mg/L表示DC＝(C/A)3σDm＝(g/A)3σ三、性能指標返回目錄基體干擾及消除

指試樣在轉移、蒸發(fā)和原子化過程中由于試樣物理特性的變化引起吸光度下降的效應。

配制與被測試樣相似組成的標準試樣，或采用標準加入法和加入基體改進劑都可消除基體干擾。四、使用與維護返回目錄電離干擾及消除

由于被測元素在原子化過程中發(fā)生電離，使參與吸收的基態(tài)原子數(shù)量減少而造成吸光率下降的現(xiàn)象。

在標準和分析試樣溶液中均加入過量的易電離元素用以