檢驗(yàn)儀器分析第四章光譜分析相關(guān)儀器

第四章光譜分析相關(guān)儀器主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)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(diǎn)

1.光分析的基本原理。

2.物質(zhì)對(duì)光的吸收,光吸收曲線。

3.光的基本性質(zhì),朗伯-比耳定律。返回目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握光學(xué)分析基本知識(shí)，光的吸收定律的應(yīng)用。熟悉光譜儀器的基本結(jié)構(gòu)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(zhì)

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(shù)基本原理返回目錄不同波長(zhǎng)的光具有不同的能量，波長(zhǎng)越短，頻率越高，能量越大。一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄原子或分子吸收與其能級(jí)躍遷相對(duì)應(yīng)的能量由低能態(tài)或基態(tài)躍遷至較高能態(tài)，物質(zhì)對(duì)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(shù)基本原理返回目錄原子或分子吸收與其能級(jí)躍遷相對(duì)應(yīng)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(chǎn)生的光譜稱為發(fā)射光譜。發(fā)射光譜一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄原子核外電子在不同能級(jí)間躍遷而產(chǎn)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(shù)基本原理返回目錄分子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜稱為分子光譜?？梢越o出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息。是復(fù)雜的帶狀光譜分子光譜分子能級(jí)示意圖一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄（一）物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收不同物質(zhì)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(zhǎng)不同。因此不同物質(zhì)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(chǔ)。一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄（二）吸收曲線選擇不同波長(zhǎng)的單色光分別通過(guò)某一固定濃度的某物質(zhì)溶液，測(cè)量溶液對(duì)各單色光的吸光度A。以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，A為縱坐標(biāo)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(shù)基本原理返回目錄一、光譜分析技術(shù)基本原理相同物質(zhì)不同濃度的吸收曲線返回目錄

在分光光度分析中，應(yīng)該選用被測(cè)溶液吸收光譜的最大吸收波長(zhǎng)max作為入射光。一、光譜分析技術(shù)基本原理1.在max處進(jìn)行測(cè)定，靈敏度最高2.相同波長(zhǎng)下溶液濃度愈大吸光度愈大3.不同濃度的相同物質(zhì)測(cè)得的吸收光譜形狀相似，max均相同返回目錄結(jié)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(shù)基本原理返回目錄

透射光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度I0之比稱為透光率T（或百分透光率T%）

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

在一定溫度下，當(dāng)一束平行單色光通過(guò)某一有色溶液時(shí)，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(shù)基本原理返回目錄（１）摩爾吸光系數(shù)

溶液濃度用物質(zhì)的量濃度（mol/L），液層厚度的單位為cm時(shí)，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(shí)溶液的吸光。一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄（2）質(zhì)量吸光系數(shù)

溶液濃度用質(zhì)量濃度（g/L）表示，當(dāng)液層厚度的單位為cm時(shí)，k用a表示，單位為L(zhǎng)/g·cm（4.8）一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄Lambert-Beer定律應(yīng)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(zhì)對(duì)入射光吸收愈強(qiáng)，測(cè)定靈敏度愈高。3）在一定波長(zhǎng)下吸光度與溶液濃度成正比。一、光譜分析技術(shù)基本原理返回目錄二、光譜分析技術(shù)的分類波長(zhǎng)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(yuǎn)紫外近紫外可見(jiàn)近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外微波無(wú)線電波躍遷類型原子核反應(yīng)內(nèi)層電子外層電子外層電子外層電子分子振動(dòng)分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)、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(jiàn)吸收光譜紫外可見(jiàn)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(jiàn)分光光度計(jì)本節(jié)要點(diǎn)1.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)。2.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的功能。3.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。4.儀器的使用和維護(hù)。返回目錄第二節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)

學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器的使用。熟悉紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器的基本工

作原理，儀器組成。

了解紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量條件的選擇。返回目錄一、基本結(jié)構(gòu)和功能光源單色光器吸收池檢測(cè)器顯示器及信息處理裝置返回目錄紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖一、基本結(jié)構(gòu)和功能返回目錄鹵鎢燈一、基本結(jié)構(gòu)和功能———光源返回目錄氘燈返回目錄一、基本結(jié)構(gòu)和功能———光源單色器工作示意圖一、基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和功能———單色器不同厚度的吸收池一、基本結(jié)構(gòu)和功能———吸收池返回目錄光電管工作示意圖一、基本結(jié)構(gòu)和功能———檢測(cè)器

返回目錄光電倍增管返回目錄一、基本結(jié)構(gòu)和功能———檢測(cè)器

光電二級(jí)管陣列工作示意圖返回目錄一、基本結(jié)構(gòu)和功能———檢測(cè)器

一、基本結(jié)構(gòu)和功能———信號(hào)顯示系統(tǒng)信號(hào)顯示系統(tǒng)直讀檢流計(jì)電位調(diào)節(jié)指零自動(dòng)記錄數(shù)字顯示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)返回目錄

波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和波長(zhǎng)重復(fù)性

光度線性范圍和準(zhǔn)確度

分辨率

光譜帶寬

雜散光

基線二、性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)返回目錄

安裝儀器外部環(huán)境

注意防潮

經(jīng)常檢驗(yàn)儀器的技術(shù)指標(biāo)

保持機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件活動(dòng)自如

比色皿的使用和清洗三、使用和維護(hù)返回目錄四、

常見(jiàn)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(xiǎn)絲壞；檢查保險(xiǎn)絲，更換新的3.電路故障；整機(jī)檢查，并與廠方聯(lián)系不能調(diào)零（即0％T）1.光門不能完全關(guān)閉；檢修光門蓋2.微電流放大器損壞；放大器輸入端在沒(méi)有外界信號(hào)時(shí)，正反相都應(yīng)接近于0，對(duì)稱性較好，屬正常；如一端遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出

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

常見(jiàn)故障及排除方法故障現(xiàn)象故障原因及排除方法不能調(diào)置100％T1.光能量不夠；變換靈敏度開(kāi)關(guān)，滿足此條件，無(wú)反應(yīng)，檢查樣品室內(nèi)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(diào)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(méi)落位；檢查比色器架子，擺正位置4.光門未完全打開(kāi)，或單色光偏離；檢修光門使單色光源完全進(jìn)入接收器測(cè)光精度不準(zhǔn)1.由于儀器受振動(dòng)等原因使波長(zhǎng)位移；采用干涉濾光片或其它方法進(jìn)行波長(zhǎng)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(zhǔn)確;應(yīng)仔細(xì)操作每個(gè)步驟返回目錄四、

常見(jiàn)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(biāo)異常1.預(yù)熱時(shí)間不夠；需預(yù)熱20min2.光源老化；更換光源3.環(huán)境振動(dòng)過(guò)大，空氣流速過(guò)大；調(diào)換儀器運(yùn)行環(huán)

境4.樣品室不正；對(duì)正樣品室5.電壓低，強(qiáng)磁場(chǎng)；加穩(wěn)壓器，消除干擾。其

他1.程序錯(cuò)誤；正確操作，關(guān)閉其它無(wú)關(guān)程序，檢查

計(jì)算機(jī)是否有病毒。2.不明故障原因；與廠家聯(lián)系，說(shuō)明故障現(xiàn)象返回目錄本節(jié)要點(diǎn)1.熒光分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能2.熒光分光光度計(jì)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)3.熒光分光光度計(jì)的使用維護(hù)第三節(jié)分子熒光光譜儀返回目錄

學(xué)習(xí)目標(biāo)

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(chǎn)生的基本原理返回目錄

熒光物質(zhì)常用紫外光或波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光激發(fā)而產(chǎn)生熒光。如果將激發(fā)光的光源用單色器分光，測(cè)定不同波長(zhǎng)激發(fā)光照射下熒光強(qiáng)度的變化，以激發(fā)波長(zhǎng)（λ）為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（IF）為縱坐標(biāo)作圖，便可得到熒光物質(zhì)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(zhǎng)和強(qiáng)度，讓物質(zhì)發(fā)射的熒光通過(guò)單色器，然后測(cè)定不同波長(zhǎng)的熒光強(qiáng)度。以熒光的波長(zhǎng)（λ）作橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度（IF）為縱坐標(biāo)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(zhì)的最大激發(fā)波長(zhǎng)（λex）和最大熒光波長(zhǎng)（λem）是鑒定物質(zhì)的根據(jù)和定量測(cè)定時(shí)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(zhì)都有芳香環(huán)或雜環(huán)當(dāng)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(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。

剛性的不飽和的平面結(jié)構(gòu)具有較高的熒

光效率，并使熒光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移

動(dòng)。取代基為給電子取代基，常使熒光強(qiáng)度

增加。一、

原理——物質(zhì)結(jié)構(gòu)和熒光強(qiáng)度的關(guān)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(jié)構(gòu)對(duì)熒光效率的影響

一、

原理——物質(zhì)結(jié)構(gòu)和熒光強(qiáng)度的關(guān)系返回目錄熒光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖二、基本結(jié)構(gòu)與功能返回目錄熒光分光光度計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)與功能返回目錄高壓汞燈示意圖二、基本結(jié)構(gòu)與功能——激發(fā)光源返回目錄高壓汞燈二、基本結(jié)構(gòu)與功能——激發(fā)光源返回目錄氙燈示意圖二、基本結(jié)構(gòu)與功能——激發(fā)光源返回目錄使用前后的氙燈二、基本結(jié)構(gòu)與功能——激發(fā)光源返回目錄

高能閃爍光源

管內(nèi)氣壓在100Pa以下，由高壓電脈沖激發(fā)產(chǎn)生光脈沖，在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出很強(qiáng)的光。光譜分布與日光接近，色溫6000K，亮度高，壽命可達(dá)1000h。二、基本結(jié)構(gòu)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(gè)單色器，一是激發(fā)單色器，用于選擇激發(fā)光波長(zhǎng)；二是發(fā)射單色器，用于選擇發(fā)射到檢測(cè)器上的熒光波長(zhǎng)。二、基本結(jié)構(gòu)與功能——單色器返回目錄光柵二、基本結(jié)構(gòu)與功能——單色器返回目錄光柵分光原理二、基本結(jié)構(gòu)與功能——單色器返回目錄各種石英樣品池二、基本結(jié)構(gòu)與功能——樣品池返回目錄檢測(cè)器一般有兩支紅敏光電倍增管。作用：分別用于樣品信號(hào)的測(cè)量和參比信號(hào)。

二、基本結(jié)構(gòu)與功能——檢測(cè)器返回目錄光電倍增管二、基本結(jié)構(gòu)與功能——檢測(cè)器返回目錄二、基本結(jié)構(gòu)與功能——信號(hào)顯示系統(tǒng)返回目錄

減少了測(cè)量所需的樣品體積（0.5ml，10mm液池），同時(shí)，由于檢測(cè)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(jié)構(gòu)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(nèi)精確測(cè)溫的溫度探頭偏振附件多孔板附件二、基本結(jié)構(gòu)與功能——各種測(cè)量附件返回目錄

波長(zhǎng)準(zhǔn)確度

雜散光

光譜帶寬

基線

噪聲三、性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)返回目錄四、使用維護(hù)及影響因素開(kāi)機(jī)參數(shù)設(shè)置打開(kāi)主機(jī)、pc電源、進(jìn)入WINDOWS界面，開(kāi)啟工作站，連接主機(jī)，儀器初始化自檢結(jié)束后，即可開(kāi)始工作進(jìn)入菜單，設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需的參數(shù)將待測(cè)樣品放入石英比色皿或固體樣品架按已設(shè)定的參數(shù)和程序，按開(kāi)始鍵儀器自動(dòng)完成檢測(cè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行分析，獲得相關(guān)信息，產(chǎn)生報(bào)告樣本裝載樣本測(cè)定結(jié)果查詢傳送關(guān)機(jī)退出工作站，關(guān)掉pc電源和主機(jī)電源返回目錄使用維護(hù)的部件電源光源單色器光電倍增管吸收池四、使用維護(hù)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(hù)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(diǎn)1.原子吸收光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和功能2.原子吸收光譜儀的性能指標(biāo)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(xué)習(xí)目標(biāo)掌握原子吸收分光光度計(jì)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(jié)構(gòu)、工作流程返回目錄原子吸收的產(chǎn)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(zhǎng)光的輻射下，原子外層電子對(duì)光的吸收這一現(xiàn)象建立起來(lái)的一種光譜分析方法。一、工作原理返回目錄

試樣進(jìn)行預(yù)處理；然后進(jìn)入原子化器，試樣中被測(cè)元素在高溫下發(fā)生離解而轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子狀態(tài)并吸收由光源輻射出來(lái)的譜線，最后通過(guò)分光系統(tǒng)由檢測(cè)器對(duì)獲得的光譜強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)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(shí)產(chǎn)生的吸收線稱為共振吸收線，簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)和功能返回目錄光源原子化器分光系統(tǒng)檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（一）光源空心陰極燈的結(jié)構(gòu)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(wú)極放電燈工作示意圖（一）光源返回目錄無(wú)極放電燈（一）光源返回目錄復(fù)合空心陰極燈（一）光源返回目錄預(yù)混合型火焰原子化器的結(jié)構(gòu)示意圖（二）原子化器——火焰原子化器返回目錄火焰燃燒過(guò)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(gòu)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(guò)程（二）原子化器返回目錄石墨爐升溫過(guò)程可分為干燥、熱解、原子化及除殘4個(gè)階段干燥時(shí)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(shù)氫化物用惰性氣體載帶，導(dǎo)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(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)器放大器對(duì)數(shù)變換器指示儀表返回目錄原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖二、基本結(jié)構(gòu)和功能返回目錄靈敏度校準(zhǔn)曲線A=f(c)的斜率，S=dA/dc，表示被測(cè)元素濃度或含量改變一個(gè)單位時(shí)所引起的測(cè)量信號(hào)吸光度的變化量。三、性能指標(biāo)返回目錄特征濃度在作出校準(zhǔn)曲線后，從吸光度為0.1的地方查得對(duì)應(yīng)的質(zhì)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(biāo)返回目錄火焰原子吸收法中，其表達(dá)式為：

（4-12）在石墨爐原子吸收法中，其表達(dá)式為：

（4-13）式中：C為被測(cè)元素含量，V為進(jìn)樣體積，A為吸光度。三、性能指標(biāo)返回目錄檢出限在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，被測(cè)元素溶液能給出的測(cè)量信號(hào)3倍于標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度，單位用mg/L表示DC＝(C/A)3σDm＝(g/A)3σ三、性能指標(biāo)返回目錄基體干擾及消除

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

配制與被測(cè)試樣相似組成的標(biāo)準(zhǔn)試樣，或采用標(biāo)準(zhǔn)加入法和加入基體改進(jìn)劑都可消除基體干擾。四、使用與維護(hù)返回目錄電離干擾及消除

由于被測(cè)元素在原子化過(guò)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(biāo)準(zhǔn)和分析試樣溶液中均加入過(guò)量的易電離元素用以