《儀器分析》課程

1、儀器分析復習課,第二章： 光學分析導論,第一節(jié)： 光的性質 第二節(jié)： 能級及電子在能級間的躍遷 第三節(jié)： 光譜儀器,一、光的性質（P8） 描述波動性的參數(shù)： 描述微粒性的參數(shù)：波長（λ） 能量（E） 頻率（ν）波速（ c ）,E = hυ = h c /λ,例題1：對下列單位進行換算：（1）150pm Z射線的波數(shù)（cm－1）

2、 （2）Li的670.7nm譜線的頻率（Hz）（3）3300 cm－1波數(shù)對應的波長（nm） （4）Na的588.995nm譜線相應的能量（eV）,二、能級及電子在能級間的躍遷 原子光譜： 電子能級躍遷 —— 線狀光譜分子光譜： 電子能級躍遷 振動能級躍遷 —— 帶狀光譜 轉動能級躍遷物質發(fā)光的幾種形式

3、物質散射光的幾種形式,,例題2： 光譜儀一般由幾部分組成？它們的作用分別是什么？參考答案：（1）穩(wěn)定的光源系統(tǒng)—提供足夠的能量使試樣蒸發(fā)、原子化、激發(fā)，產生光譜；（2）試樣引入系統(tǒng)；（3）波長選擇系統(tǒng)（單色器、濾光片）—將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶；（4）檢測系統(tǒng)—是將光輻射信號轉換為可量化輸出的信號；（5）信號處理或讀出系統(tǒng)—在顯示器上顯示轉化信號。,三、光譜儀,第三章 紫外可見吸收光譜法Ultravi

4、olet Visible Spectrophotometer,第一節(jié)：紫外-可見吸收光譜法的原理第二節(jié)：紫外-可見分光光度計第三節(jié)：定性與定量分析應用,一、紫外-可見吸收光譜法的原理,1、分子的電子能級和躍遷2、概念（生色團、助色團、紅移、藍移、增色 效應、減色效應）3、吸收帶類型（R帶、B帶、K帶、E帶）,σ →σ*，σ→π* ， π→σ*, π→π* ,ｎ→σ*， ｎ→π*,4、

5、影響吸收帶的因素,A. 共軛效應（conjugation effect ),B. 助色效應,C. 溶劑效應（solvent effect）,n→π* transition: blue shift with the increase in solvent polarity,π→π* trasnsition: red shift with the increase in the solvent

6、polarity,例題3：在下列化合物中，哪一個的摩爾吸光系數(shù)最大？（1）乙烯；（2）1,3,5-已三烯；（3）1,3-丁二烯例題4：下列化合物中哪一個的λmax 最長？（1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2,光源,單色器,檢測器,放大器,比色皿,顯示,穩(wěn)壓電源,,,,,,,,,,,,,鎢燈鹵素燈或氘燈,棱鏡或光柵，玻璃或石英,玻璃或石英比色皿,光電管或光電倍增管,對數(shù)轉換或不轉換,模擬或數(shù)字，微機處理與否,二、紫

7、外-可見分光光度計,例題5：單光束、雙光束、雙波長分光光度計在光路設計上有什么不同？參考答案：（1）單光束分光光度計：經單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進行吸光度的測定；（2）雙波長分光光度計：由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經過兩個單色器，得到兩束不同波長（λ1和λ2）的單色光，利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池；（3）雙光束分光光度計：在單色器的后面放置切光器，將光分為兩路強度相同的兩

8、部分，分別通過參比和樣品溶液測定。,三、定性與定量分析應用,A＝ Kcl 或A=εclA為吸光度；c溶液的濃度； l光程長度K為吸光系數(shù)；當溶液濃度為mol/L 時， K稱為摩爾吸光系數(shù)，單位為L/mol .cm吸光度與透射率的關系：T值為0％至100％內的任何值。A值可以取任意的正數(shù)值。,,A = lg(I0/It) = lg(1/T) = —lgT = Kcl,1、朗伯-比爾定律,2. 多組分普通的分光光度法,?(nm

9、) 510 656?Co 3.64×104 1.24×103?Ni 5.52×103 1.75×104,將0.376g土壤樣品溶解后定容至50ml，取25ml試液進行處理，以除去干擾元素，顯色后定容至50m

10、l，用1cm吸收池在510nm處和656nm處分別測得吸光度為0.467和0.374，計算土壤樣品中鈷和鎳的質量分數(shù)。,第四章 原子吸收分光光度法第二節(jié)：基本原理第三節(jié)：AAS分光光度計第四節(jié)：分析技術第五節(jié)：干擾和消除,一. 基本原理,例6：原子譜線變寬的主要因素有哪些？對原子吸收光譜分析有什么影響？其主要因素影響分別如下：① 自然寬度② 多普勒變寬③ 洛侖茲變寬④ 霍爾茲馬克變寬⑤ 場致變寬⑥ 自吸變寬

11、,銳線光源,,原子化器,,單色器,,檢測器,,計算機工作站,例7： 畫出原子吸收分光光度計的結構框圖，并簡要敘述各部分的作用。參考答案：結構框圖如下所示：,二. 分光光度計,,,,三、分析方法評價1、靈敏度 （1）特征濃度c0=cx×0.0044/A（2）特征質量m0=cx×Vx×0.0044/A吸光度在0.15-0.8范圍內，靈敏度較好。P71 第8-10題,四、干擾及其消除

12、,干擾主要表現(xiàn)在二個方面A.其它譜線干擾分析線,如光譜干擾和背景干擾B.干擾待測元素的原子化程度,如化學干擾、電離干擾和物理干擾。,,第五章 紅外光譜法Infrared absorption spectroscopy,第二節(jié)：紅外產生的原理和條件第三節(jié)：紅外光譜儀第四節(jié)：定性與定量分析,一. 紅外光譜區(qū)的劃分,A. 近紅外區(qū) 0.78 - 2.5 um (780 nm – 2500 nm),B. 中紅外區(qū) 2.5

13、 – 25 um（4000cm-1~400cm-1）,C. 遠紅外區(qū) 25 - 1000 μm,中紅外光譜分為：基團頻率區(qū)（官能團區(qū)）和指紋區(qū)。,二、紅外吸收產生的原理與條件,條件一：輻射光子的能量應與振動躍遷所需能量相等。（剛好滿足振動躍遷）,條件二：輻射與物質之間必須有耦合作用（偶極矩發(fā)生變化）,對于由N個原子組成的分子：,3N=平動自由度+轉動自由度+振動自由度,由N個原子組成的分子：平動自由度=3,振動自由度= 3N-平動自

14、由度-轉動自由度,由N個原子組成的線形分子：轉動自由度=2,由N個原子組成的非線形分子：轉動自由度=3,線 形 分 子：振動自由度= 3N-5,非線形分子：振動自由度= 3N-6,三. 振動自由度的計算,例11：苯的簡諧振動的自由度為30；再考慮到倍頻、組頻、差頻、振動的耦合與費米共振等，產生的紅外吸收峰應該非常多。 實際上大多數(shù)紅外吸收光譜圖上的吸收峰數(shù)目小于理論數(shù)目。為什么？,存在沒有偶極矩變化的振動模式存在能量簡并態(tài)的振動模式

15、儀器的分辨率分辨不出的振動模式振動吸收的強度小，檢測不到某些振動模式所吸收的能量不在中紅外光譜區(qū)。,光譜解析步驟,（1）收集樣品的有關資料和數(shù)據(jù)：了解試樣來源；測定試樣的物理常數(shù)如熔點、沸點、折光率、旋光率等，作為定性分析的旁證；（2）根據(jù)分子式，計算未知物的不飽和度當U=0時，分子是飽和的，應鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物。當U=1時，可能有一個雙鍵或脂環(huán)；當U=2時，可能有兩個雙鍵和脂環(huán)，也可能有一個叁鍵；當U≥

16、4時，可能含有苯環(huán)等。,注意：二價的O、S不參與計算,試推斷化合物C8H7N的結構,第一節(jié) 色譜法概述第二節(jié) 色譜分離過程第三節(jié) 色譜學的重要參數(shù)第四節(jié) 色譜學理論基礎,第六章 色譜分析導論,1、按流動相及固定相的狀態(tài)分類,2、按固定相形狀分類,3、按色譜過程的物理化學機理分類,一、色譜法的分類,吸附色譜：吸附力的不同(2)分配色譜：利用組分在液相中的溶解度不同，(3)離子交換色譜：利用離子交換原理進行分離 (4)排阻色

17、譜: 利用分子大小不同而進行分離的色譜。,二、色譜圖中一些重要參數(shù),1.基線 （操作條件穩(wěn)定后，無樣品通過時的響應信號。）2.保留時間（死時間t0 、保留時間tR、調整保留時間tR’ ）3.峰寬（半峰寬、峰底寬、標準偏差）,三、色譜分離中的一些重要參數(shù),1、相對保留值relative retention (α) 亦稱選擇性因 α＝ t ' R2/ t ' R1

18、2、容量因子capacity factor (k') 容量因子亦稱容量比，分配比或質量分配比。是指平衡時，組分在固定相和流動相中的質量比。,k' ＝ws/wm= CsVs/CmVm=tR’/t0,3、塔板數(shù)number of plates（N） 組分在柱中固定相和流動相中反復分配平行的次數(shù)。N越大，平衡次數(shù)越多，組分與固定相的相互作用力越顯著，柱效越高。

19、 N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)24、分離度resolution （R） 分離度亦稱分辨率。是指相鄰兩個峰的分離程度。,,,例12：若用He為載氣，Van Deemeter 方程中，A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s試求：（1）最小塔板高度（2）最佳線速,例13：一色譜柱的效率相當于4.2×103個理論塔板數(shù)，對于十八烷和2-甲基十七烷的保留時間分別為15

20、.05和14.82min。試問：（1）該柱能將這個化合物分離到什么程度？（2）若保留時間不變，分離度要達到1.0，需要理論塔板數(shù)多少？（3）在分離度為1.0時，若塔板高度為0.10mm,應采用多少柱長？,四、色譜學基礎理論,塔板理論速率理論,第七章 氣相色譜Gas Chromatography,第一節(jié)：氣相色譜儀第二節(jié)：檢測器第三節(jié)：填充柱氣相色譜第四節(jié)：毛細管柱氣相色譜,第一節(jié)、氣相色譜儀的組成,六大系統(tǒng)組成：氣

21、路系統(tǒng)； 進樣系統(tǒng)；分離系統(tǒng)；檢測系統(tǒng)；記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；溫度控制系統(tǒng)。,例14：什么是程序升溫，為什么采用程序升溫？對色譜儀有何特殊要求？ 解：在色譜分離過程中，按一定的加熱速度使柱溫隨時間呈線性或非線性增加，使混合物中各組分能在最佳溫度下洗出色譜柱，這種方法稱為程序升溫氣相色譜。對于寬沸程的混合物，由于低沸點組分因柱溫太高使色譜峰窄，互相重疊，而高沸點組分又因柱溫太低，洗出峰很慢，峰形寬且平，有些甚至不出峰

22、，對于這類樣品特別適宜用程序升溫分析。它改變的是柱溫，需要溫控精度高，同時隨著溫度升高，柱內阻力不斷增大，載氣流量不斷變化。為保持載氣流量恒定，需要在穩(wěn)壓閥后接穩(wěn)流閥。,檢測器：（一）熱導池檢測器 (Thermal conductivity detector, TCD)（二）氫火焰離子化檢測器 （Flame ionization detector , FID）（三）電子捕獲檢測器

23、 (Electron capture detector ECD),,載體,,第三節(jié)：填充柱氣相色譜 固體固定相 液體固定相,固定液,,第四節(jié)：毛細管氣相色譜,毛細管氣相色譜與填充柱氣相色譜儀的比較P253,高效液相色譜（HPLC）,一、概述二、HPLC的類型及類型的選擇三、HPLC儀器

24、,共同點：色譜的基本理論一致定性和定量原理一樣不同點：流動相的差異[液體（多）——載氣（少）]固定相的差異使用范圍 [HPLC:80%——GC:20%]儀器的差異,一、HPLC與GC的比較,（一）流動相輸送系統(tǒng)（二）進樣系統(tǒng)（三）色譜分離系統(tǒng)（四）檢測系統(tǒng)（五）數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng),三、 HPLC儀器,流程及主要部件,3. 解：相同點：縮短分析時間，提高柱效，改善峰形，使各組分得到良好的分離，避免漏檢和誤檢

25、并提高定量的準確度。不同點：程序升溫改變的是柱溫，需要溫控精度高，同時隨著溫度升高，柱內阻力不斷增大，載氣流量不斷變化。為保持載氣流量恒定，需要在穩(wěn)壓閥后接穩(wěn)流閥。當流動相和固定相沒有發(fā)生變化時，分配比的變化是通過溫度變化引起的。梯度洗脫通過改變流動相組成增強或減弱洗脫能力，需要梯度設置將多種溶劑按一定比例混合后進行梯度洗脫或采用多泵系統(tǒng)，一般柱溫保持恒定。同時，進行梯度洗脫之后更換流動相需要較長平衡時間，因為要使多孔固定相微孔內外成