常用仪器分析方法概论

《常用仪器分析方法概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用仪器分析方法概论（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、常用仪器分析方法概论常用仪器分析方法概论第十三章第十三章第一节 仪器分析简介仪器分析法是通过测定物质的光、电、 热、磁等物理化学性质来确定其化学组 成、含量和化学结构的分析方法。常量分析、半微量和微量分析仪器分析的特点（与化学分析比较） 灵敏度高，检出限量可降低：样品用量由化学 分析的mL、mg级降低到g、L级，甚至更低。 适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。 选择性好：仪器分析方法可以通过选择或调整 测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不 产生干扰。 操作简便，分析速度快，容易实现自动化。 相对误差较大：化学分析一般用于常量和高含 量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几 。多数仪器分析相

2、对误差较大，一般为5%，不 适用于常量和高含量成分分析。 需要价格比较昂贵的专用仪器。仪器分析与化学分析关系 不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分 析的基本理论； 不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离 及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成分析 的全过程。 仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高 灵敏度； 有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于 涉及大量的有机试剂和配合物化学等理论，所 以在不少书籍中，把它列入化学分析。仪器分析是在化学分析基础上的发展 应该指出，仪器分析本身不是一门独立的 学科，而是多种仪器方法的组合。这些仪 器方法在化学学科中极其重要，已不单纯 地应用于分析的目的

3、，而是广泛地应用于 研究和解决各种化学理论和实际问题。因 此，将它们称为“化学分析中的仪器方法” 更为确切。仪器分析与化学分析关系发展中的仪器分析 20世纪4050年代兴起的材料科学，60 70年代发展起来的环境科学都促进了分 析化学学科的发展。80年代以来，生命科 学的发展也促进分析化学一次巨大的发展 。如生命科学研究的进展，需要对多肽、 蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对 生物药物分析，对超微量生物活性物质， 如单个细胞内神经传递物质的分析以及对 生物活体进行分析。 计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪 器的智能化，加快了数据处理的速度。它 使许多以往难以完成的任务，如实验室的 自动化，

4、图谱的快速检索，复杂的数学统 计可轻而易举地完成。信息时代的到来， 给仪器分析带来了新的发展。信息科学主 要是信息的采集和处理。信息的采集和变 换主要依赖于各类的传感器。这又带动仪 器分析中传感器的发展，出现了光导纤维 的化学传感器和各种生物传感器。发展中的仪器分析 联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展 方向。将几种方法结合，特别是分离方法（如 色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、 核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合 。1.气相色谱质谱法（GC-MS）2.气相色谱质谱法质谱法（GC-MS-MS）3.气相色谱原子发射光谱法（GC-AED）4.液相色谱质谱法（LC-MS）发展中的仪器

5、分析Lab-on-a-chip : smaller, cleaner, cheaper, faster第二节第二节 光度分析法光度分析法光度分析基本原理光学分析法光谱法非光谱法：旋光法、折射法作用物：分子光谱、原子光谱波长：X-射线光谱、紫外、红 外光谱等。转换方向：吸收光谱、发射光谱一、紫外可见分光光度法一、紫外可见分光光度法 Ultraviolet and visible Ultraviolet and visible SpectrophotometrySpectrophotometry 电磁波谱和光谱紫外线X-射线红外线微波无线电波伽玛射线红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 400nm 760n

6、m 可 见 光可见光10-3 nm103 m光的性质与物质的颜色单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单 色光按一定的强度比例混 合得到白光，那么就称这 两种单色光为互补色光， 这种现象称为光的互补。 单色光、复合光、光的互补紫绿蓝黄青蓝橙红青白光 溶液对光的吸收溶液的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光溶液用不同波长的单色光作入射光，按波长由短到长的顺 序依次通过同一溶液，测得与各波长相对应的吸光度 A ，以A为纵坐标，波长为横坐标作图，所得曲线即 为该溶液的吸收曲线（吸收光谱） 吸收光谱中与吸收峰值相对应的波长称为最大吸收波

7、长， max max=515 nmA480 520 560nm 吸收曲线KMnO4溶液的光吸收曲线(cKMnO4: a105： 超高灵敏= (610）104 ：高灵敏= (26）104 ：中等灵敏 2104：不灵敏（6）在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。例题 有一含铁浓度为1mg/L的溶液，以邻二氮菲法测定铁，比色皿厚度为2cm ， 在508nm测得吸光度为0.380，计算摩尔吸光系数。解：铁的原子量为55.85,则 CFe=1.010-3/55.85=1.810-5 molL-1 =A/bc = 0.380 / 21.810-5= 1.1104 L

8、mol -1cm-1 分光光度计的构成分光光度计的构成0.575光源单色器样品吸收池检测器指示器光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。u 热光源：钨灯，碘钨灯(3502500nm)可见光 u 气体放电光源：氢灯，氘灯(150400nm)紫外区单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜:玻璃3503200nm, 石英1854000nm光栅:波长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便入口狭缝准直透镜色散元件 （棱镜）聚焦透镜出口狭缝白光红紫12800600500400光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽 度等间距条痕(600、1200、2400条/mm )。波

9、 长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象 而分光.M1M2出 射 狭 缝光屏透 镜平面透 射光栅光栅衍射示意图吸收池：(比色皿)用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池紫外区：石英池检测器：利用光电效应，将光信号转换成 电信号。光电管 光电倍增管指示器：低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录（1）按波长类别和光束类别分类 分光光度计的类型(2) 按工作波长范围分类可见分光光度计紫外及可见分光光度计近红外、红外分光光度计721型751型（一）测定条件的选择测量方法分光光度法的误差偏离朗伯-比尔定律仪器测量误差谱带宽度过大（单色光纯度

10、小）、待测 组分浓度过高、化学反应的影响、pH值 的影响、杂质的影响、光散射的影响光电池灵敏性差、光源不稳定、读数不准等1、显色剂的选择条件u 选择性好 u 灵敏度高 u 生成的化学物质有确定的组成和稳定的化学性质 u 显色剂在测定波长处无明显吸收 u 显色反应条件易于控制，重现性好 显色反应显色反应2、影响显色反应的因素u 显色剂的用量选择曲线变化平坦处作为显色条件。吸光度A与显色剂用量cR关系曲线cRcRcRAAAu 控制溶液的酸度在相同实验条件下，分别测定不同pH值 条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光 度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。pHA吸光度与pH关系曲线u 控制显色温度和

11、时间显色反应一般在室温下进行，有的反应 需加热，应通过实验找出适宜的温度范围。实际工作中，作 A t 曲线和A T 曲线， 寻找适宜反应时间和反应温度。AtATl分析条件的选择1、波长的选择一般应该选择max为入射光波长。但如 果max处有共存组分干扰时，则应考虑选择 灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。无干扰，选择 max有干扰AA2、控制适当的吸光度范围不同的透光度读数，产生的误差大小不同：lgT =bc微分：dlgT = 0.434dlnT = 0.434T -1 dT =b dc两式相除得：dc/c = （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得：c/c =（0.434 /

12、 TlgT）T 浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪 器的透光度误差T 有关，而且与其透光度读 数 T 的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？最佳读数范围与最佳值设 T =1%，则可绘出溶液浓度相对误差c/c与其 透光度T 的关系曲线。如图所示：当T =1%，T 在20%65%之间时，浓度相对 误差较小，最佳读数范围。 用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=2065% (吸光度 A =0.700.20) 可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：Tmin36.8%, Amin0.4343、选择适当的参比溶液内含溶剂、显色剂以及其他进 行显色反应必要的试剂测定吸光度值并归零测定

13、实例：铁含量的计算1标准曲线的绘制吸取250mg/L铁标准溶液0.00、2.0、4.0、8.0、 16.00ml，分别注入50ml容量瓶中，加盐酸羟胺，加邻二氮 菲，定容，测定吸光度，绘制标准曲线。2样品的测定试样经处理，配成在具有线性关系范围内的质量浓度 ，取1.00ml试样溶液，加盐酸羟胺，加邻二氮菲，定容， 测定吸光度。3铁含量的计算从测定的吸光度值，在标准曲线上找出样品的质量浓 度，根据样品溶液稀释的倍数，求出样品中铁的含量。example这就是空白 溶液！测定实例1：紫外吸收法测定蛋白质含量: 由于蛋白质中酪氨酸，色氨酸和苯丙氨酸 含有共轭双键，多数蛋白质在280nm波长处 有最大吸

14、收，一定范围内，蛋白质溶液的光 吸收值与其含量成正比，可用于测定蛋白质 的含量。 准确性较差（1）若蛋白不含酪氨酸，色 氨酸和苯丙氨酸，则无法检测； （2）若样品不纯，含有嘌呤、嘧啶等吸 收紫外光的物质，会出现干扰example在260nm波长处进行校正。 A280/A260 大约为 2时，核酸含量可忽略Akta explorer高压层析系统紫外在线检测应 用 实 例Folin-phenol法（Lowry法）测定蛋白质含量操作简便，迅速，不需特殊仪器设备，灵敏度高 ，较紫外吸收法灵敏10-20倍， SummaryLambert-Beer定律：A = kbc可见光与光的互补紫外-可见分光光度计的结构