光學(xué)分析法與元素分析法課件

第三章光學(xué)分析法

光分析方法的分類(lèi)classificationofelectrochemicalanalysis光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見(jiàn)法分子光譜原子光譜紫外-可見(jiàn)分光光度分析(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)

紫外-可見(jiàn)吸收光譜原理吸收光譜的測(cè)量-----Lambert-Beer定律紫外-可見(jiàn)光度計(jì)儀器組成分析條件選擇不同類(lèi)型分光光度法的應(yīng)用

紫外-可見(jiàn)吸收光譜原理一、分子吸收光譜的形成過(guò)程：運(yùn)動(dòng)的分子外層電子--------吸收外來(lái)輻射------產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷-----分子吸收譜。有機(jī)分子能級(jí)躍遷1.可能的躍遷類(lèi)型有機(jī)分子包括:成鍵軌道、；反鍵軌道*、*非鍵軌道n

分子吸收光譜躍遷類(lèi)型各軌道能級(jí)高低順序：n**（分子軌道理論計(jì)算結(jié)果）；可能的躍遷類(lèi)型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*

不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同或者說(shuō)其分子能級(jí)的能量(各種能級(jí)能量總和)或能量間隔各異，因此不同物質(zhì)將選擇性地吸收不同波長(zhǎng)或能量的外來(lái)輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎(chǔ)。

定性分析具體做法是讓不同波長(zhǎng)的光通過(guò)待測(cè)物，經(jīng)待測(cè)物吸收后，測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A為縱坐標(biāo)，輻射波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)作圖，得到該物質(zhì)的吸收光譜或吸收曲線，據(jù)吸收曲線的特性(峰強(qiáng)度、位置及數(shù)目等)研究分子結(jié)構(gòu)。-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機(jī)化合物的分子吸收光譜圖。吸收光譜的測(cè)量-----Lambert-Beer定律當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比，即k為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長(zhǎng)有關(guān)。

當(dāng)濃度以g/L表示時(shí)，稱(chēng)k為吸光系數(shù)，以a表示，即

當(dāng)濃度以mol/L表示時(shí)，稱(chēng)k為摩爾吸光系數(shù)，以表示，即比a更常用。越大，表示方法的靈敏度越高。與波長(zhǎng)有關(guān)，因此，常以表示。儀器紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)一、基本組成

generalprocess光源單色器樣品室檢測(cè)器顯示1.光源

在整個(gè)紫外光區(qū)或可見(jiàn)光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的使用壽命。

可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長(zhǎng)范圍在320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。

2.單色器

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出任一波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。二、分光光度計(jì)的類(lèi)型

typesofspectrometer

1.單光束

簡(jiǎn)單，價(jià)廉，適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束

自動(dòng)記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。3.雙波長(zhǎng)

將不同波長(zhǎng)的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過(guò)同一吸收池而后到達(dá)檢測(cè)器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無(wú)需參比池?！?1～2nm。兩波長(zhǎng)同時(shí)掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。光路圖二、反應(yīng)條件選擇顯色劑的選擇原則：使配合物吸收系數(shù)最大、選擇性好、組成恒定、配合物穩(wěn)定、顯色劑吸收波長(zhǎng)與配合物吸收波長(zhǎng)相差大等。2.顯色劑用量：配位數(shù)與顯色劑用量有關(guān)；在形成逐級(jí)配合物，其用量更要嚴(yán)格控制。3.溶液酸度：配位數(shù)和水解等與pH有關(guān)。4.顯色時(shí)間、溫度、放置時(shí)間等。三、參比液選擇

當(dāng)強(qiáng)度為I0的入射光束(Incidentbeam)通過(guò)裝有均勻待測(cè)物的介質(zhì)時(shí)，該光束將被部分吸收，未被吸收的光將透過(guò)(Emergent)待測(cè)物溶液以及通過(guò)散射(Scattering)、反射(Reflection),包括在液面和容器表面的反射)而損失，這種損失有時(shí)可達(dá)10%，那么，I0=Ie+Is+Ir因此，在樣品測(cè)量時(shí)必須同時(shí)采用參比池和參比溶液扣除這些影響！參比液種類(lèi)1.溶劑參比：試樣組成簡(jiǎn)單、共存組份少（基體干擾少）、顯色劑不吸收時(shí)，直接采用溶劑（多為蒸餾水）為參比；2.試劑參比：當(dāng)顯色劑或其它試劑在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收時(shí)，采用試劑作參比（不加待測(cè)物）；3.試樣參比：如試樣基體在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)時(shí)，可以試樣作參比（不能加顯色劑）。測(cè)定范圍：

幾乎所有的無(wú)機(jī)元素和在紫外及可見(jiàn)光區(qū)有特征吸收的有機(jī)物或有機(jī)化合物都能用紫外/可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行測(cè)定。具體應(yīng)用一、定性分析二、純度檢查三、定量分析四、固體樣品的分析三.定量分析

依據(jù)：朗伯-比耳定律

吸光度：A=bc當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比。

定量分析方法

1、絕對(duì)法

基于朗伯-比爾定律A=ebC

，當(dāng)某一物質(zhì)在一定波長(zhǎng)下e為一常數(shù)，比色皿的光程也是已知，也是一個(gè)常數(shù)，只要在吸收系數(shù)指定的波長(zhǎng)處測(cè)定樣品溶液的吸光度值(A值)，然后由下式求得該樣品溶液的濃度或含量：

C

=A/

e

b

2、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法

在同樣條件下，在選定的波長(zhǎng)處，分別測(cè)定已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值A(chǔ)標(biāo)和樣品溶液的吸光度值A(chǔ)樣，然后由下式求得樣品溶液的濃度或含量：

C樣

=A樣A標(biāo)

C標(biāo)3、標(biāo)準(zhǔn)曲線法（最常用的定量分析方法）所配置的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度應(yīng)在0.11.5Abs范圍內(nèi)，吸收測(cè)定的精密度可達(dá)0.5%。4.多組分定量方法由于吸光度具有加合性，因此可以在同一試樣中測(cè)定多個(gè)組份。設(shè)試樣中有兩組份X和Y，將其顯色后，分別繪制吸收曲線，會(huì)出現(xiàn)如圖所示的三種情況：

圖a)：X,Y組份最大吸收波長(zhǎng)不重迭，相互不干擾，可以按兩個(gè)單一組份處理。圖b)和c)：X,Y相互干擾，此時(shí)可通過(guò)解聯(lián)立方程組求得X和Y的濃度：其中，X,Y組份在波長(zhǎng)1和2處的摩爾吸光系數(shù)可由已知濃度的X,Y純?nèi)芤簻y(cè)得。解上述方程組可求得cx及cy。四、固體樣品的分析

固體樣品分析的配件主要有：積分球、鏡面反射裝置、固體樣品支架、凝膠掃描裝置及凝膠薄膜支架等。

積分球是利用固體樣品的正反射（入射光按以法線為中心的對(duì)稱(chēng)角度反射，稱(chēng)鏡面反射）或漫反射（入射光向各方向反射）的特性進(jìn)行分析的裝置。

鏡面反射裝置主要用于半導(dǎo)體、光學(xué)材料的反射率測(cè)試。

固體樣品支架、凝膠掃描裝置及凝膠薄膜支架用于光學(xué)玻璃、電泳膠條等的測(cè)定。

積分球、鏡面反射裝置是利用光的反射原理進(jìn)行定性、定量測(cè)定。如配備有透射樣品池架，也可進(jìn)行樣品溶液的透射測(cè)定。如配備大內(nèi)徑積分球（Φ150mm）可測(cè)定粉狀、紙、布料及溶液等樣品的反射透射光譜，同時(shí)最適合于色彩分析。

迷彩服基片基準(zhǔn)片（BaSO4）、基底粉體樣品粉體槽漫反射：可測(cè)定粉狀、紙、布料及溶液等樣品的反射透射光譜（還可進(jìn)行面料的防紫外性能測(cè)定）鏡面反射裝置主要用于半導(dǎo)體、光學(xué)材料的反射率測(cè)試。還可以利用光的干涉原理測(cè)定膜的厚度。5度角鏡面反射裝置薄膜支架化學(xué)發(fā)光分析法

化學(xué)反應(yīng)中，產(chǎn)物分子吸收了反應(yīng)過(guò)程中釋放的化學(xué)能而被激發(fā)，在返回基態(tài)時(shí)發(fā)出光輻射稱(chēng)為化學(xué)發(fā)光，根據(jù)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的總發(fā)光強(qiáng)度來(lái)確定物質(zhì)含量的方法稱(chēng)為化學(xué)發(fā)光分析法。(chemiluminescenceanalysis)1.分子熒光分析的理論基礎(chǔ)

分子熒光也稱(chēng)紫外-可見(jiàn)光熒光，即利用某些物質(zhì)受到紫外-可見(jiàn)光照射后，發(fā)射出比吸收的紫外-可見(jiàn)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)或相等的紫外-可見(jiàn)熒光。通過(guò)測(cè)定物質(zhì)分子產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱(chēng)為分子熒光分析。

2.熒光分析可用于物質(zhì)的定性或定量分析。定性分析：依據(jù)不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)所發(fā)射的熒光波長(zhǎng)不同；定量分析：同種物質(zhì)的稀溶液，其產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與濃度呈線性關(guān)系。3.特點(diǎn)(4)應(yīng)用不夠廣泛。(3)取樣量少，操作簡(jiǎn)單；(2)選擇性強(qiáng)；(1)靈敏度高；4.應(yīng)用熒光分析方法在有機(jī)化合物及其它領(lǐng)域中的應(yīng)用也很廣泛。在一般的有機(jī)物和生物化學(xué)物質(zhì)方面包括100多類(lèi)物質(zhì)分析，例如，腺嘌呤、氨茴酸、芳香多環(huán)碳?xì)浠衔?、半光氨酸、胍、吲哚、萘酚、蛋白質(zhì)、水楊酸及尿酸等；在醫(yī)藥試劑分析方面，有50多類(lèi)可用熒光方法進(jìn)行分析，例如，腎上腺素、烷基嗎啡、氯奎、青霉素、普魯卡因、利血平及本巴比妥等；還包括甾類(lèi)化合物和酶、輔酶等；在植物制品方面包括葉綠素、蘿芙藤螺旋生物堿、黃烷酮類(lèi)及魚(yú)藤酮類(lèi)等；還包括維他命及維他命制品等，以及食品和天然產(chǎn)品的分析。熒光分析方法較高的靈敏度和選擇性使得它在這些領(lǐng)域成為一種特別有用的分析工具。一、維生素A的測(cè)定

維生素A存在于動(dòng)物性脂肪中，主要來(lái)源于肝臟、魚(yú)肝油、蛋類(lèi)、乳類(lèi)等動(dòng)物性食品中。植物性食品中不含VA，但在深色果蔬中含有胡蘿卜素，它在人體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)閂A，故稱(chēng)為VA原。

維生素A的測(cè)定常用的方法有三氯化銻比色法、紫外分光光度法、熒光分析法、液相色譜法。

二、比色法測(cè)定VA的含量（GB/T5009.82—2003中第二法）

（一）原理在氯仿溶液中，VA與三氯化銻可生成藍(lán)色可溶性絡(luò)合物，在620nm波長(zhǎng)處有最大吸收峰，其吸光度與VA的含量在一定的范圍內(nèi)成正比，故可比色測(cè)定。三氯化銻比色法適用于樣品中含VA高的樣品，方法簡(jiǎn)便、快速、結(jié)果準(zhǔn)確，但是對(duì)維生素A含量低的樣品，如每克樣品中含5～10μg維生素A時(shí)，這時(shí)樣品由于受其脂溶性物質(zhì)的干擾，不應(yīng)用比色法測(cè)定。

元素分析法元素分析法-----元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定現(xiàn)在,人們常借助____________來(lái)確定有機(jī)物的組成元素分析儀元素分析儀德國(guó)元素VarioEL儀器功能及特點(diǎn)：元素分析儀是一種快速、精確、用途廣泛的檢測(cè)C、H、N、S、O的全自動(dòng)儀器。普遍用于分析一些燃燒性可控制、非劇烈性化學(xué)物質(zhì)（固體或液體樣品）中五種元素的含量。

經(jīng)高精度天平稱(chēng)量的樣品經(jīng)過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器注入到石英燃燒管內(nèi)，在1150℃高溫中充分燃燒分解，樣品中的碳、氫、氮、硫元素，經(jīng)催化氧化-還原后，分別轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水蒸氣、氮氧化物、二氧化硫的形式，混合氣體在以氦氣為載氣的作用下進(jìn)入吸附—解吸附柱，通過(guò)吸附和解吸附作用將氣體和燃燒產(chǎn)生的干擾檢測(cè)的一些氣體組分分離開(kāi)。分離后的氣體隨載氣一起進(jìn)入熱導(dǎo)池檢測(cè)器中進(jìn)行檢測(cè)，然后，在與元素分析儀相連的計(jì)算機(jī)上，根據(jù)內(nèi)存中標(biāo)準(zhǔn)樣品的校正曲線自動(dòng)轉(zhuǎn)化為待測(cè)樣品中碳、氫、氮、硫元素的質(zhì)量含量和百分含量。應(yīng)用領(lǐng)域及主要應(yīng)用方向：元素分析儀應(yīng)用石油土壤地質(zhì)材料環(huán)污堆肥燃煤炭化工藥物種子1.碳?xì)涞趿虻亩繙y(cè)定（1）精細(xì)化工產(chǎn)品的分析:藥物、肥料、金屬有機(jī)化合物、催化劑；（2）合成材料的分析:高分子材料、塑料、碳纖維；（3）材料的分析:橡膠、皮革、建筑和絕緣材料；（4）煤、油產(chǎn)品的分析:從無(wú)煙煤至煙煤的各種煤、難燃燒物質(zhì)，如石墨和焦炭，原油、苯