《仪器分析》课程PPT.ppt

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1、 第一节： 光的性质 第二节： 能级及电子在能级间的跃迁 第三节： 光谱仪器一、光的性质（一、光的性质（P8） 描述波动性的参数：描述波动性的参数： 描述微粒性的参数：描述微粒性的参数：波长（波长（） 能量（能量（E） 频率（频率（）波速（波速（ c ）E = h = h c /例题例题1：对下列单位进行换算：对下列单位进行换算：（1）150pm Z射线的波数（cm1） （2）Li的670.7nm谱线的频率（Hz）（3）3300 cm1波数对应的波长（nm） （4）Na的588.995nm谱线相应的能量（eV）二、能级及电子在能级间的跃迁二、能级及电子在能级间的跃迁 原子光谱：原子光谱： 电子

2、能级跃迁电子能级跃迁 线状光谱线状光谱分子光谱：分子光谱： 电子能级跃迁电子能级跃迁 振动能级跃迁振动能级跃迁 带状光谱带状光谱 转动能级跃迁转动能级跃迁物质发光的几种形式物质发光的几种形式物质散射光的几种形式物质散射光的几种形式例题例题2： 光谱仪一般由几部分组成？它们的作用分别是什么？光谱仪一般由几部分组成？它们的作用分别是什么？参考答案：（1）稳定的光源系统提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生光谱；（2）试样引入系统；（3）波长选择系统（单色器、滤光片）将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带；（4）检测系统是将光辐射信号转换为可量化输出的信号；（5）信号处理或读出系统在显示器上显

3、示转化信号。三、光谱仪三、光谱仪 一、紫外一、紫外-可见吸收光谱法的原理可见吸收光谱法的原理1 1、分子的电子能级和跃迁、分子的电子能级和跃迁2 2、概念、概念（生色团、助色团、红移、蓝移、增色（生色团、助色团、红移、蓝移、增色 效应、减色效应）效应、减色效应）3、吸收带类型、吸收带类型（R带、带、B带、带、K带、带、E带）带） * *，* * ， * *, , * * , ,* *， * *4 4、影响吸收带的因素影响吸收带的因素A. 共轭效应（共轭效应（conjugation effect ) B. 助色效应助色效应C. 溶剂效应（溶剂效应（solvent effect）n* transi

4、tion: blue shift with the increase in solvent polarity* trasnsition: red shift with the increase in the solvent polarity例题例题3：在下列化合物中，哪一个的摩尔吸光系数最大？在下列化合物中，哪一个的摩尔吸光系数最大？（1）乙烯；（）乙烯；（2）1,3,5-已三烯；（已三烯；（3）1,3-丁二烯丁二烯例题例题4：下列化合物中哪一个的下列化合物中哪一个的max 最长？最长？（1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2光源单色器检测器放大器比色皿显示稳压电源钨灯卤素灯或氘灯棱镜或

5、光栅，玻璃或石英玻璃或石英比色皿光电管或光电倍增管对数转换或不转换模拟或数字，微机处理与否二、紫外二、紫外-可见分光光度计可见分光光度计例题例题5：单光束、双光束、双波长分光光度计在光路设计上：单光束、双光束、双波长分光光度计在光路设计上有什么不同？有什么不同？参考答案：（1）单光束分光光度计：经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定；（2）双波长分光光度计：由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（1和2）的单色光，利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池；（3）双光束分光光度计：在单色器的后面放置切光器，将光分为两路强度相

6、同的两部分，分别通过参比和样品溶液测定。三、定性与定量分析应用三、定性与定量分析应用A为吸光度；为吸光度；c溶液的浓度；溶液的浓度； l光程长度光程长度K为吸光系数；当溶液浓度为为吸光系数；当溶液浓度为mol/L 时，时， K称为摩称为摩尔吸光系数，单位为尔吸光系数，单位为L/mol .cm吸光度与透射率的关系：吸光度与透射率的关系：T T值为值为0 0至至100100内的任何值。内的任何值。A A值可以取任意的正数值。值可以取任意的正数值。A = lg(I0/It) = lg(1/T) = lgT = Kcl1 1、朗伯、朗伯- -比尔定律比尔定律1122Ac lc l 2. 2. 多组分普

7、通的分光光度法多组分普通的分光光度法 (nm) 510 656 Co 3.64104 1.24103 Ni 5.52103 1.75104NiCoNiCocccc43341075. 11024. 1374. 01052. 51064. 3467. 0 将将0.376g0.376g土壤样品溶解后定容至土壤样品溶解后定容至50ml50ml，取，取25ml25ml试液进行处理，以除去试液进行处理，以除去干扰元素，显色后定容至干扰元素，显色后定容至50ml50ml，用，用1cm1cm吸收池在吸收池在510nm510nm处和处和656nm656nm处分别处分别测得吸光度为测得吸光度为0.4670.467

8、和和0.3740.374，计算土壤样品中钴和镍的质量分数。，计算土壤样品中钴和镍的质量分数。一一. 基本原理基本原理例例6：原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸：原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸收光谱分析有什么影响？收光谱分析有什么影响？其主要因素影响分别如下：其主要因素影响分别如下： 自然宽度自然宽度 多普勒变宽多普勒变宽 洛仑兹变宽洛仑兹变宽 霍尔兹马克变宽霍尔兹马克变宽 场致变宽场致变宽 自吸变宽自吸变宽锐线光源原子化器单色器检测器计算机工作站例例7： 画出原子吸收分光光度计的结构框图，并简画出原子吸收分光光度计的结构框图，并简要叙述各部分的作用。要叙述各部分的作用。参考答案：结

9、构框图如下所示：参考答案：结构框图如下所示：二二. 分光光度计分光光度计三、分析方法评价三、分析方法评价1 1、灵敏度、灵敏度 （1 1）特征浓度）特征浓度c c0 0=c=cx x0.0044/A0.0044/A（2 2）特征质量）特征质量m m0 0=c=cx xV Vx x0.0044/A0.0044/A吸光度在吸光度在0.15-0.80.15-0.8范围内，灵敏度较好。范围内，灵敏度较好。P71 P71 第第8-108-10题题四、干扰及其消除四、干扰及其消除 干扰主要表现在二个方面干扰主要表现在二个方面A.A.其它谱线干扰分析线其它谱线干扰分析线, ,如光谱干扰和背景干扰如光谱干扰和

10、背景干扰B.B.干扰待测元素的原子化程度干扰待测元素的原子化程度, ,如如化学干扰、电离化学干扰、电离干扰和物理干扰。干扰和物理干扰。第五章第五章 红外光谱法红外光谱法Infrared absorption spectroscopy第二节：红外产生的原理和条件第三节：红外光谱仪第四节：定性与定量分析一一. . 红外光谱区的划分红外光谱区的划分A. 近红外区近红外区 0.78 - 2.5 um (780 nm 2500 nm)B. 中红外区中红外区 2.5 25 um（4000cm-1400cm-1）C. 远红外区远红外区 25 - 1000 m中红外光谱分为：中红外光谱分为：基团频率区（官能团

11、区）基团频率区（官能团区）和和指纹区。指纹区。二、红外吸收产生的原理与条件条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。（刚好满足振动跃迁）需能量相等。（刚好满足振动跃迁）条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用（偶极矩发生变化）（偶极矩发生变化）对于由对于由N个原子组成的分子：个原子组成的分子：3N=平动自由度平动自由度+转动自由度转动自由度+振动自由度振动自由度由由N个原子组成的分子：个原子组成的分子：平动自由度平动自由度=3振动自由度振动自由度= 3N-平动自由度平动自由度-转动自由度转动自由度由由N个原子组成的线形分

12、子：个原子组成的线形分子：转动自由度转动自由度=2由由N个原子组成的非线形分子：个原子组成的非线形分子：转动自由度转动自由度=3线线 形形 分分 子：子：振动自由度振动自由度= 3N-5非线形分子：非线形分子：振动自由度振动自由度= 3N-6三. 振动自由度的计算 例例11：苯的简谐振动的自由度为：苯的简谐振动的自由度为30；再考虑到倍；再考虑到倍频、组频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的频、组频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的红外吸收峰应该非常多。红外吸收峰应该非常多。 实际上大多数红外吸收光实际上大多数红外吸收光谱图上的吸收峰数目小于理论数目。为什么？谱图上的吸收峰数目小于理论数

13、目。为什么？存在没有偶极矩变化的振动模式存在没有偶极矩变化的振动模式存在能量简并态的振动模式存在能量简并态的振动模式仪器的分辨率分辨不出的振动模式仪器的分辨率分辨不出的振动模式振动吸收的强度小，检测不到振动吸收的强度小，检测不到某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。光谱解析步骤光谱解析步骤l（1 1）收集样品的有关资料和数据收集样品的有关资料和数据：了解了解试样来源；试样来源；测定试样的物理常数如测定试样的物理常数如熔点、沸点、折光率、旋光率等，熔点、沸点、折光率、旋光率等，作为定性分析的旁证；作为定性分析的旁证；l（2 2）根据分子式，计算未知物

14、的不饱和度根据分子式，计算未知物的不饱和度当当U U=0=0时，分子是饱和的，应链状烃及其不含双键的衍生物。时，分子是饱和的，应链状烃及其不含双键的衍生物。当当U U=1=1时，可能有一个双键或脂环；时，可能有一个双键或脂环；当当U U=2=2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键；时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键；当当U U4 4时，可能含有苯环等。时，可能含有苯环等。 653214SPNOHCnnnnnn651342231nn2nnnU 214OHCnnn2nnnU1341 l试推断化合物C8H7N的结构第一节 色谱法概述第二节 色谱分离过程第三节 色谱学的重要参数第四节 色

15、谱学理论基础第六章第六章 色谱分析导论色谱分析导论1、按流动相及固定相的状态分类、按流动相及固定相的状态分类2、按固定相形状分类、按固定相形状分类3、按色谱过程的物理化学机理分类、按色谱过程的物理化学机理分类一、色谱法的分类一、色谱法的分类吸附色谱：吸附色谱：吸附力吸附力的不同的不同(2)(2)分配色谱：分配色谱：利用组分在液相中的利用组分在液相中的溶解度溶解度不同，不同，(3)(3)离子交换色谱：离子交换色谱：利用利用离子离子交换原理进行分离交换原理进行分离 (4)(4)排阻色谱排阻色谱: : 利用利用分子大小分子大小不同而进行分离的色谱。不同而进行分离的色谱。二、色谱图中一些重要参数1.基

16、线基线 （操作条件稳定后，无样品通过时的响应信号。）操作条件稳定后，无样品通过时的响应信号。）2.保留时间保留时间（死时间（死时间t0 、保留时间、保留时间tR、调整保留时间、调整保留时间tR ）3.峰宽峰宽（半峰宽、峰底宽、标准偏差）半峰宽、峰底宽、标准偏差）三、色谱分离中的一些重要参数1、相对保留值、相对保留值relative retention () 亦称选择性因亦称选择性因 t R2/ t R12、容量因子、容量因子capacity factor (k) 容量因子亦称容量比，分配比或质量分配比。是指容量因子亦称容量比，分配比或质量分配比。是指平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比。平衡

17、时，组分在固定相和流动相中的质量比。k ws/wm= CsVs/CmVm=tR/t03、塔板数、塔板数number of plates（N） 组分在柱中固定相和流动相中反复分配平行的次组分在柱中固定相和流动相中反复分配平行的次数。数。N越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显著，柱效越高。作用力越显著，柱效越高。 N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)24、分离度、分离度resolution （R） 分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。144. 0040. 0024. 02080. 02m

18、inBCAHscmCBuopt/77. 0040. 0024. 0例例12：若用：若用He为载气，为载气，Van Deemeter 方程中，方程中，A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s试求：试求：（1 1）最小塔板高度）最小塔板高度（2 2）最佳线速）最佳线速例例13：一色谱柱的效率相当于：一色谱柱的效率相当于4.2103个理论塔板数，对个理论塔板数，对于十八烷和于十八烷和2-甲基十七烷的保留时间分别为甲基十七烷的保留时间分别为15.05和和14.82min。试问：。试问：（1）该柱能将这个化合物分离到什么程度？）该柱能将这个化合物分离到什么程度？（2）若保留时间不变，

19、分离度要达到）若保留时间不变，分离度要达到1.0，需要理论塔板，需要理论塔板数多少？数多少？（3）在分离度为）在分离度为1.0时，若塔板高度为时，若塔板高度为0.10mm,应采用多应采用多少柱长？少柱长？l塔板理论塔板理论l速率理论速率理论第七章第七章 气相色谱气相色谱Gas Chromatography第一节：气相色谱仪第二节：检测器第三节：填充柱气相色谱第四节：毛细管柱气相色谱第一节、气相色谱仪的组成第一节、气相色谱仪的组成六大系统组成：气路系统； 进样系统；分离系统；检测系统；记录和数据处理系统；温度控制系统。 例例14：什么是程序升温，为什么采用程序升温？对色谱仪：什么是程序升温，为什

20、么采用程序升温？对色谱仪有何特殊要求？有何特殊要求？ 解：在色谱分离过程中，按一定的加热速度使柱温随解：在色谱分离过程中，按一定的加热速度使柱温随时间呈线性或非线性增加，使混合物中各组分能在最佳温时间呈线性或非线性增加，使混合物中各组分能在最佳温度下洗出色谱柱，这种方法称为程序升温气相色谱。对于度下洗出色谱柱，这种方法称为程序升温气相色谱。对于宽沸程的混合物，由于低沸点组分因柱温太高使色谱峰窄，宽沸程的混合物，由于低沸点组分因柱温太高使色谱峰窄，互相重叠，而高沸点组分又因柱温太低，洗出峰很慢，峰互相重叠，而高沸点组分又因柱温太低，洗出峰很慢，峰形宽且平，有些甚至不出峰，对于这类样品特别适宜用程

21、形宽且平，有些甚至不出峰，对于这类样品特别适宜用程序升温分析。它改变的是柱温，需要温控精度高，同时随序升温分析。它改变的是柱温，需要温控精度高，同时随着温度升高，柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为着温度升高，柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为保持载气流量恒定，需要在稳压阀后接稳流阀。保持载气流量恒定，需要在稳压阀后接稳流阀。检测器：（一）热导池检测器（一）热导池检测器 (Thermal conductivity detector, TCD)（二）氢火焰离子化检测器（二）氢火焰离子化检测器 （Flame ionization detector , FID）（三）电子捕获检测器（三）电子捕

22、获检测器 (Electron capture detector ECD) 载体载体 第三节：填充柱气相色谱第三节：填充柱气相色谱 固体固定相固体固定相 液体固定相液体固定相固定液固定液第四节：毛细管气相色谱第四节：毛细管气相色谱毛细管气相色谱与填充柱气相色谱仪的比较毛细管气相色谱与填充柱气相色谱仪的比较P253一、概述二、HPLC的类型及类型的选择三、HPLC仪器共同点：共同点：色谱的基本理论一致色谱的基本理论一致定性和定量原理一样定性和定量原理一样不同点：不同点：流动相的差异流动相的差异 液体（多）液体（多）载气（少）载气（少） 固定相的差异固定相的差异使用范围使用范围 HPLC:80%GC

23、:20%HPLC:80%GC:20%仪器的差异仪器的差异一、一、HPLC与与GC的比较的比较（一）流（一）流动相动相输送系统输送系统（二）进样系统（二）进样系统（三）色谱分离系统（三）色谱分离系统（四）检测系统（四）检测系统（五）数据记录处理系统（五）数据记录处理系统三、三、 HPLC仪器仪器流程及主要部件流程及主要部件3. 解：相同点：缩短分析时间，提高柱效，改善峰形，使各组分得到良解：相同点：缩短分析时间，提高柱效，改善峰形，使各组分得到良好的分离，避免漏检和误检并提高定量的准确度。好的分离，避免漏检和误检并提高定量的准确度。不同点：程序升温改变的是柱温，需要温控精度高，同时随着温度升高，

24、不同点：程序升温改变的是柱温，需要温控精度高，同时随着温度升高，柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为保持载气流量恒定，需要在柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为保持载气流量恒定，需要在稳压阀后接稳流阀。当流动相和固定相没有发生变化时，分配比的变化稳压阀后接稳流阀。当流动相和固定相没有发生变化时，分配比的变化是通过温度变化引起的。梯度洗脱通过改变流动相组成增强或减弱洗脱是通过温度变化引起的。梯度洗脱通过改变流动相组成增强或减弱洗脱能力，需要梯度设置将多种溶剂按一定比例混合后进行梯度洗脱或采用能力，需要梯度设置将多种溶剂按一定比例混合后进行梯度洗脱或采用多泵系统，一般柱温保持恒定。同时，进行梯度洗脱之后更换流动相需多泵系统，一般柱温保持恒定。同时，进行梯度洗脱之后更换流动相需要较长平衡时间，因为要使多孔固定相微孔内外成分达到一致。程序升要较长平衡时间，因为要使多孔固定相微孔内外成分达到一致。程序升温后的降温可以比较快速达到。温后的降温可以比较快速达到。 梯度洗脱与气相色谱的程序升温十分相似，两者的目的相同，不同梯度洗脱与气相色谱的程序升温十分相似，两者的目的相同，不同的是程序升温是通过程序改变柱温，而液相色谱是通过改变流动相的组的是程序升温是通过程序改变柱温，而液相色谱是通过改变流动相的组成、极性、成、极性、PH来达到改变来达到改变k的目的。的目的。