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1、仪 器 分 析 2007 INSTRUMENTAL ANALYSIS 上海大学生命科学学院,目录,第一部分 光谱分析 （16章） 20学时 第二部分 电分析化学 （7章） 5学时 第三部分 色谱分析 （810章） 10学时 第四部分 现代仪器分析（1112章）10学时 第五部分 现代生物分析（补充章） 5学时,课时分布,章节 内容 原章节 学时 绪论 第一章 第一章 原子发射光谱 第七章 2 第二章 原子吸收光谱 第八章 3 第三章 分子吸收光谱 第九章 5 第四章 红外吸收光谱 第十章 5 第五章 荧光光谱 补充 5,章节 内容 原章节 学时 第六章 激光拉曼光谱法 补充 3 第七章 电位分
2、析法及其他 第四章 7 第八章 气相色谱法 第二章 5 第九章 高效液相色谱法 第三章 3 第十章 超临界色谱 补充 2 第十一章 核磁共振波谱分析 第十一章 5 第十二章 质谱分析 第十二章 5,教 材 仪器分析 朱明华 参考书 仪器分析教程 北京大学 仪器分析武汉大学化学系 INSTRUMENTAL METHODS OF ANALYSIS SIXTH EDITION Hobart H. Willard et al.,绪 言 INTRODUCTION,1 分析化学的重要组成部分 2 仪器分析的基本内容 3 仪器分析特点 4 发展趋势,1 分析化学的重要组成部分,分析化学 化学分析 仪器分析
3、仪器分析的发展趋势,分析化学 研究物质组成、状态和结构的科学。包括化学分 析和仪器分析。 化学分析 利用化学反应和它的计量关系确定物质组成、 含量的分析方法,仪器分析,利用专门的高精度仪器测量物质的物理及物化性质，确定物质组成、含量、结构状态的一门科学，是分析化学的发展方向。 不仅是重要的分析测试方法而且是强有力的科学研究手段。 建立现代仪器分析方法获得诺贝尔奖的科学家有十多位。,仪器分析的发展 （1）.16-20世纪初 技术-科学 （2）.二战期间 化学分析-仪器分析 （3）.70年代末 经典-智能,一些实际的应用,分子结构的测定 化学位移各向异性的研究 金属离子同位素的应用 动力学核磁研究
4、 质子密度成像 T1T2成像 化学位移成像 其它核的成像 指定部位的高分辨成像 元素的定量分析 有机化合物的结构解析 表面化学 有机化合物中异构体的区分和确定 大分子化学结构的分析,生物膜和脂质的多形性研究 脂质双分子层的脂质分子动态结构 生物膜蛋白质脂质的互相作用 压力作用下血红蛋白质结构的变化 生物体中水的研究 生命组织研究中的应用 生物化学中的应用 在表面活性剂方面的研究 原油的定性鉴定和结构分析 沥青化学结构分析 涂料分析 农药鉴定 食品分析 药品鉴定,仪器分析的基本内容及分类 （按信号分类）,辐射信号 电信号 其他信号 与分离相结合,3 仪器分析特点,优点 快、灵、低、痕、多、无、客
5、 联用、自动、保存、处理、规范 局限性 相对误差大，不利于常量分析 价格昂贵 前处理复杂,4 发展趋势,有什么、有多少-多信息、多维 常量-痕量 组成-形态 总体-微区表面、逐层 宏观-微观 静态-动态 破坏-无损 离线-在线,第一部分 光学分析法 Spectrometric Analysis 原子光谱与分子光谱,光学分析法概要,1 光学分析法 2 光学分析法分类 3 电磁辐射性质 4 光谱学仪器,1 光学分析法,定义 根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的方法 范围： 射线-无线电波 方式： 发射、吸收、散射等,2. 光学分析分类,光谱分析 基于测量辐射的波长与强
6、度，涉及物质能级跃迁及物质含量 根据电磁辐射本质分类：原子光谱与分子光谱 根据辐射能量传递方式：发射光谱、吸收光谱 散射光谱等,非光谱分析 不涉及能级跃迁。利用电磁辐射与物质的相互作用在辐射方向上的改变 可利用折射、反射、色散、散射、干涉衍射、偏振等。如X射线衍射分析等。,3 电磁辐射的性质,波粒二象性 周期T 频率 波长 波数 传播速度v E = h = hc/,4 光谱法仪器,五个基本单元： 光源 单色器 样品容器 检测器 读出器件,原 子 光 谱 Atomic Spectrometry,原子光谱,第一章 原子发射光谱 第二章 原子吸收光谱,第一章 原子发射光谱 Atomic Emissi
7、on Spectrometry AES,第一章 原子发射光谱 Atomic Emission Spectrometry AES,1 基本概念 2 基本原理 3 仪器 4 分析方法,1 基本概念,物质、原子、原子核 基态、激发态、活化 原子激发电位、电子伏特 电离、一级电离、二级电离、电离电位,离子激发电位 去活化、辐射跃迁、无辐射跃迁 原子能级的不连续性、量子化 线光谱、明线光谱 原子线、离子线,2 基本原理,原子发射光谱： 某些原子化器不仅将试样转变成原子和简单的元素离子，而且将其部分由基态激发到较高电子能级，激发态物质通过紫外和可见光区的辐射，迅速释放能量（完成弛豫），返回基态。这样产生的
8、光谱（谱线的组合）称为原子发射光谱。,原子发射光谱分析法： 利用原子发射谱线的波长（横坐标）与强度（黑度）进行元素定性与定量的分析方法,原子发射光谱过程,M*（受激态原子） 吸收发射 （原子线） 蒸发 解离 MRMRM + R 固体试样 气态分子 气态原子（基态） 电离 M+（离子） 吸收 发射 （离子线） M+ *（受激态离子）,原子发射光谱谱图示意,3. 仪器,原子发射光谱系统主要由光源、分光系统（光谱仪）与观测系统组成 摄谱仪映谱仪测微光度计整体 光源（发射谱线）单色器分光 检测干板摄谱映谱仪测微光度计测谱线黑度,3.1 光源,作用：对试样的蒸发和激发提供能量 将试样中的组分蒸发离解为气
9、态原子（离 子）； 使气态原子（离子）激发，去活化时产生特征光谱； 根据测定的要求与目的以及不同试样的性质，确定光源,3.2 Inductive Coupled High Frequency Plasma,电感耦合高频等离子体（ICP) 气体处在高度电离状态，其所形成的空间电荷密度大致相等，整个气体呈电中性。等离子体是指包含有分子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。,电感耦合高频等离子体,电感耦合高频等离子体（ICP)特性： 高分析灵敏度 扩展了线性范围 减少碱金属元素干扰 无电极放电 耗样量较少 光谱背景减少,3.3 （分光系统）光谱仪,分类 看谱镜 摄谱仪 光电式,摄谱仪（光栅上，
10、棱镜下）,观测系统 映谱仪与测微光度计,映谱仪：放大干板光谱，寻找并 确定特征谱线的位置 测微光度计：测量谱线的黑度值,黑度值 S=lg1/T=lgIO/I 相当与吸光值A （在紫外可见光谱中详述）,4 分析方法,4.1 定性分析 4.2 定量分析 4.3 半定量分析 4.4 光电直读等离子体发射光谱仪 4.5 原子发射光谱仪的特点与应用,4.1 定性分析,4.1.1 光谱定性分析基本概念 谱线组（特征谱线） ； 分析线 、灵敏线（最后线）; 、线 共振线、第一共振线、最灵敏线,4.1.2 定性依据 元素的特征谱线是光谱定性的依据。一般以灵敏线为分析线。 灵敏线指激发电位低，跃迁概率大的谱线，
11、一般是主共振线,自 吸 现 象,4.1.2 光谱定性步骤 样品预处理 摄谱 对照谱线： 标准光谱比较法。 用铁光谱作比较。,4.2 光谱定量分析 干板感光层乳剂特型 谱线强度 I 曝光时间 t 曝光量 H H=I t 黑度 S S =lg(1/T) 透过率 T,4.2 定量分析,赛博罗马金经验公式法 I = a cb b为自吸常数，无自吸 1，有自吸 1 受实验条件影响，a值很难保持常数，I 谱线绝对强度，很难测定。,赛博罗马金经验公式 I = a cb 两边取对数 lgI = blgc + lga 即lgI与lgc呈线性关系，由于C较大时，自吸系数b 1, 使两端发生弯曲。,内标定量法 1
12、I1/I2=a1c1b1/a2c2b2 =acb R = I1/I2 lg R = lg I1/I2 = b lgc+lga,2. 谱线的黑度与曝光量的对数成线 性关系 S1 =1lgH1 -i1 S2 =2lgH2 -i2,3 S = S1- S2 1lgH1 -i1 2lgH2i2 谱线靠近时 1 =2, i1 =i2 S = lg(H1/H2) lg(I1/I2)= lg R S = b lgc+ lga 证明谱线黑度值之差与元素浓度呈线性关系,三标准试样法 S = b lgc+ lga 为了省去求、b、 lga值，可采用标准作曲线法，至少三标准试样法，求出回归方程。,4.3 半定量分析,采用谱线强度比较法 将待测元素与标准系列在同一条件下摄在同一块干板上，在映谱仪上比较谱线黑度，定出浓度范围 谱线呈现法 谱线强度比较法 均呈线对法,4.4 光电直读等离子体发射光谱仪,4.5 原子发射光谱仪的特点与应用,
