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1、现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论第一章第一章绪论绪论第一节第一节第一节第一节 现代分析化学现代分析化学第二节第二节第二节第二节 光分析基础光分析基础第三节第三节吸收光谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱第四节第四节原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱第五节第五节x-射线光谱简介射线光谱简介第六节第六节电子能谱学电子能谱学简介简介第七节第七节电子显微镜简介电子显微镜简介现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 现代分析化学现代分析化学现代分析化学现代分析化学-已远远超出化学学科的领域，已远远超出化学学科的领域，它正把化学与数学，物理学，计算机科学，生物学
2、结它正把化学与数学，物理学，计算机科学，生物学结合起，已经发展成一门多学科为基础的综合性科学。合起，已经发展成一门多学科为基础的综合性科学。1.分析化学已经发展到分析科学阶段分析化学已经发展到分析科学阶段v经典分析化学相关概念经典分析化学相关概念定量分析系统，重量法，容量法，溶液(solution)反应，四大平衡，化学热力学(energetics)。v现代现代分析化学分析化学(advanceanalyticalchemistry)相关概念相关概念化学计量学(metrology)，传感器(sensor)过程控制，自动化(automatization)分析，专家系统，生物技术和生物过程，微型化(m
3、icromation)分析等。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 分析化学(Analytical Chemistry)的发展历史经历了三次具大的变革。1）第一次变革发生在本世纪初，由于物理化学(Physical Chemistry)的发展，为分析技术提供了理论基础，建立了溶液中四大平衡的理论，使分析化学(analytical chemistry)从一门技术发展成为一个学科，这也可以说是分析化学(analytical chemistry)和物理化学(Physical Chemistry)结合的时代。这一时期分析化学(analytical chemistry)的确是化学的一个分
4、支。2）第二次变革发生在第二次世界大战前后直到60年代。物理学，电子学，半导体及原子能工业的发展促进了分析中物理方法的大发展，仪器分析方法的大发展。分析化学(analytical chemistry)突破了以经典化学分析为主的局面，开创了仪器分析的新时代。3）从70年代末到现在，以计算机应用为主要标志的信息时代的来临 ，给 科 学 技 术 的 发 展 带 来 具 大 的 活 力。分 析 化 学(analytical chemistry)正处在第三次变革时期。分析化学(analytical chemistry)已发展到分析科学阶段。分析化学正在成长为一门建立在化学，物理学，数学，计算机科学，精密
5、仪器制造科学等学科以上的综合性的边缘科学。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论学科之间的相互渗透（包括分析方法中不同技学科之间的相互渗透（包括分析方法中不同技术的联用）是分析化学发展的基本规律。术的联用）是分析化学发展的基本规律。工农业生产的发展，新兴科学技术的发展，为分析化学工农业生产的发展，新兴科学技术的发展，为分析化学(analyticalchemistry)提出了一系列难题，促进了分析化提出了一系列难题，促进了分析化学学(analyticalchemistry)的发展也促进了相关学科的发展；的发展也促进了相关学科的发展；另一方面新兴科学技术的发展也为分析化学另一方面新
6、兴科学技术的发展也为分析化学(analyticalchemistry)的发展提供了理论基础和技术条件，使分析化的发展提供了理论基础和技术条件，使分析化学学(analyticalchemistry)的发展成为可能。的发展成为可能。2.分析化学发展的基本规律分析化学发展的基本规律现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论社会社会其它科学技术领域其它科学技术领域社会需要社会需要分析问题分析问题研究与发展研究与发展分析化学分析化学分析化学与社会和其它科学技术领域的关系现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论3.现代分析化学研究的两个方面现代分析化学研究的两个方面分析化学分析化
7、学分析方法分析方法分析对象分析对象具体的分析技术都包括两个部分：测定对象和测定方法。任何具体的分析技术都包括两个部分：测定对象和测定方法。任何具体的分析手段都是为对象服务的，每有对象就谈不上方法；具体的分析手段都是为对象服务的，每有对象就谈不上方法；没有方法对象的含量也无从可知。所以对象和方法是相互依存没有方法对象的含量也无从可知。所以对象和方法是相互依存的关系；它们又是相互矛盾的，任何一个具体的分析工作都是的关系；它们又是相互矛盾的，任何一个具体的分析工作都是对象和方法的矛盾的统一。对象和方法共存与分析工作的每个对象和方法的矛盾的统一。对象和方法共存与分析工作的每个方面，方面，对象和方法的矛
8、盾是分析化学发展的动力，对象和方法的矛盾是分析化学发展的动力，生产实践和生产实践和科学试验的发展不断向分析化学提出新的课题，分析化学也不科学试验的发展不断向分析化学提出新的课题，分析化学也不断吸取当代科学技术的最新成就来完善解决这些难题的手段，断吸取当代科学技术的最新成就来完善解决这些难题的手段，进而促进了分析化学的快速发展。进而促进了分析化学的快速发展。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论举例举例：（1）矿石和水分析的发展使分析化学从容量矿石和水分析的发展使分析化学从容量分析过渡到光谱分析分析过渡到光谱分析（2）原子能科学的发展带动了离子交换分离原子能科学的发展带动了离子交
9、换分离法的发展法的发展（3）复杂物质分析的需求使仪器分析向智能复杂物质分析的需求使仪器分析向智能化发展（二恶英分析）化发展（二恶英分析）DD可以有可以有75个家庭成员个家庭成员人体暴露到二恶英中的允许值为人体暴露到二恶英中的允许值为:0.000000000001g/kgday（1 10-12g/kgday）目前利用色谱目前利用色谱-质谱联用技术检测二恶英。质谱联用技术检测二恶英。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论4.现代分析化学发展趋势现代分析化学发展趋势 现代分析化学(advanceanalyticalchemistry)的任务以不仅限于测定物质的组成和含量，而是要对物质
10、的形态(configuration)（氧化还原态，络合态，晶态），结构（空间分布），微区，薄层，及活性等作出实时追踪（real time）,在线监测(on-line)等分析及过程控制。分析化学发展方向（见图）-高灵敏度（达原子级、分子级）、高选择性（复杂体系分析）、智能化（专家系统）、自动化（计算机技术）、联用化（不同分析方法的联用）并向实时、在线的动态分析方向纵身发展。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 分析化学分析化学主要发展趋向主要发展趋向化学计量学在线分析实时分析原位分析活体分析教育定性传感器固定化接口自动化微型化新原理新技术新仪器分离技术联用技术仪器和计算机其它科
11、技领域生物分析环境分析过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论高灵敏度(达分子级)高选择性(复杂体系)快速自动智能化生物和环境分析在线实时原位分析活体、无损分析过程分析新仪器、传感器现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论（2）智能化和小型化）智能化和小型化随着微电子技术及计算机技术在仪器分析的应用更加随着微电子技术及计算机技术在仪器分析的应用更加广泛和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐成为常规广泛和深入，智能化的仪器分析方法将逐渐成为常规分析的重要手段。分析的重要手段。（1）高灵敏度和高选择性高灵
12、敏度和高选择性随着技术的发展及科学技术及经济发展的需要，许多随着技术的发展及科学技术及经济发展的需要，许多高灵敏度、高选择性的分析方法将逐步建立。高灵敏度、高选择性的分析方法将逐步建立。（3）应用范围将日以扩大）应用范围将日以扩大仪器分析除了应用于成分分析外，将在更大程度上仪器分析除了应用于成分分析外，将在更大程度上应用于物质的结构分析、状态和价态分析、表面分应用于物质的结构分析、状态和价态分析、表面分析及微区分析等，而且在许多学科的研究工作中将析及微区分析等，而且在许多学科的研究工作中将得到愈来愈广泛的应用。得到愈来愈广泛的应用。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论（4）与
13、生物医学相结合）与生物医学相结合生命科学是生命科学是21世纪最为热门的研究领域之一。将仪世纪最为热门的研究领域之一。将仪器分析中各种新方法应用于生命过程的研究；生物医器分析中各种新方法应用于生命过程的研究；生物医学中的酶催化反应、免疫反应等技术和成果也将进一学中的酶催化反应、免疫反应等技术和成果也将进一步应用于仪器分析，开拓出新的研究领域和方法。步应用于仪器分析，开拓出新的研究领域和方法。（5）自动检测或遥控分析）自动检测或遥控分析仪器分析将在各种工业流程及特殊环境中的自动在仪器分析将在各种工业流程及特殊环境中的自动在线监控或遥控监测中发挥重大的作用。在这一领域线监控或遥控监测中发挥重大的作用
14、。在这一领域中各种新型的化学及生物传感器及流动注射分析技中各种新型的化学及生物传感器及流动注射分析技术将是十分重要的。术将是十分重要的。（6 6）仪器分析中各种方法的联用技术仪器分析中各种方法的联用技术仪器分析中各种方法有其自身的一些特点，将仪器仪器分析中各种方法有其自身的一些特点，将仪器分析中各种方法的联用，将进一步发挥各种方法的分析中各种方法的联用，将进一步发挥各种方法的效能解决复杂的分析问题。效能解决复杂的分析问题。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 常见的联用技术常见的联用技术还有：还有：HPLC-NMRICP-MSGC-FTIR-MS，HPLC（CE）-ICP-M
15、S等等现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论5.现代分析化学技术分类现代分析化学技术分类 现代分析化学技术现代分析化学技术 结构分析（定性）结构分析（定性）紫外光谱紫外光谱红外光谱红外光谱核磁共振波谱核磁共振波谱质谱质谱分子荧光光谱分子荧光光谱分子荧光光谱分子荧光光谱激光拉曼光谱激光拉曼光谱激光拉曼光谱激光拉曼光谱电子顺磁共振谱电子顺磁共振谱MssbauerMssbauer谱谱射线光电子能谱射线光电子能谱射线多晶衍射分析射线多晶衍射分析X X射线单晶衍射分析射线单晶衍射分析射线射线荧光光谱荧光光谱荧光光谱荧光光谱状态分析（形态，表面）状态分析（形态，表面）阳极溶出伏安法阳极溶出
16、伏安法射线光电子能谱射线光电子能谱电子能谱电子能谱扫描电镜扫描电镜射线衍射射线衍射热分析热分析比表面分析和粒度分析比表面分析和粒度分析成分分析（定量）成分分析（定量）气相色谱气相色谱液相色谱液相色谱薄层色谱薄层色谱毛细管电泳毛细管电泳SFCSFC超临界流体色谱超临界流体色谱元素自动分析仪元素自动分析仪原子吸收光谱原子吸收光谱原子荧光光谱原子荧光光谱原子发射光谱原子发射光谱电感偶合等离子体电感偶合等离子体紫外紫外-可见光谱可见光谱现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论第二节第二节光分析基础光分析基础(1)光分析法：光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作基于电磁辐射能量与待测物
17、质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；立起来的分析方法；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；(2)相互作用方式：相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；干涉、衍射等；光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；等方面具有其他方法不可区代的地位；1.光分析法及其特点光分析法及其特点现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 (3)三个基本过程：能源提供能
18、量；能源提供能量；能量与被测物之间的相互作用；能量与被测物之间的相互作用；产生信号产生信号。(4)(4)光分析法光分析法基本特点：基本特点：所有光分析法均包含三个基本过程；所有光分析法均包含三个基本过程；选择性测量选择性测量,不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；涉及大量光学元器件涉及大量光学元器件。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论2.2.电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射（光或电磁波）：以接近光速（真空中为光速）电磁辐射（光或电磁波）：以接近光速（真空中为光速）沿沿波前方向传播的交变磁场和电场波前方向传播的交变磁场和电场1)电
19、磁辐射电磁辐射现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论光是一种电磁波，光具有波粒二象性。光是一种电磁波，光具有波粒二象性。C C /c：光速；：光速；：波长；：波长；：频率；：频率；：波数：波数；E=h=h c/E：能量；：能量；h：普朗克常数：普朗克常数光的波动性：光的波动性：光的粒子性：光的粒子性：2)2)光的波粒二象性光的波粒二象性周期T：相邻两个波峰或波谷通过空间某一点所需要的时间间隔称为周期，单位为s秒。波长：相邻两个波峰或波谷的直线距离，单位为米（m）、厘米（cm）、微米（m）、纳米（nm）和埃（）。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论三三.光学分析
20、法波谱光学分析法波谱3.3.电磁波谱与现代分析化学方法电磁波谱与现代分析化学方法波谱区波谱区波谱区波谱区 -射线射线射线射线波长波长波长波长5140pm5140pm跃迁类型跃迁类型跃迁类型跃迁类型核能级核能级核能级核能级X-X-射线射线射线射线远紫外光远紫外光远紫外光远紫外光1010-3-310nm10nm10200nm10200nm原子内层电子原子内层电子原子内层电子原子内层电子莫斯鲍尔光谱法莫斯鲍尔光谱法莫斯鲍尔光谱法莫斯鲍尔光谱法:-射线射线射线射线原子核原子核原子核原子核 -射线吸射线吸射线吸射线吸收收收收X-X-射线吸收射线吸收射线吸收射线吸收光谱法光谱法光谱法光谱法:X-X-射线射
21、线射线射线/放射源放射源放射源放射源原子内层电子（原子内层电子（原子内层电子（原子内层电子（n10)n10)X-X-射线吸收射线吸收射线吸收射线吸收X-X-荧光荧光荧光荧光光谱法光谱法光谱法光谱法:X-X-射线射线射线射线原子内层电子原子内层电子原子内层电子原子内层电子 特征特征特征特征X-X-射线发射射线发射射线发射射线发射远紫外光远紫外光远紫外光远紫外光-真空紫外区。此部分光谱会被空气吸真空紫外区。此部分光谱会被空气吸真空紫外区。此部分光谱会被空气吸真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收收收收原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱原
22、子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱分子光谱：紫外分子光谱：紫外分子光谱：紫外分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光可见吸收光谱、分子荧光可见吸收光谱、分子荧光可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光磷光光谱、化学发光磷光光谱、化学发光磷光光谱、化学发光近紫外光近紫外光近紫外光近紫外光可见光可见光可见光可见光200400nm200400nm400750nm400750nm原子外层电子原子外层电子原子外层电子原子外层电子/分子成键电子分子成键电子分子成键电子分子成键电子现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论波谱区波谱
23、区波谱区波谱区近红外光近红外光近红外光近红外光中红外光中红外光中红外光中红外光波长波长波长波长0.752.50.752.5 mm2.5502.550 mm跃迁类型跃迁类型分子振动分子振动远红外光远红外光远红外光远红外光微波微波微波微波射频射频射频射频501990501990 mm0.1100cm0.1100cm1100m1100m分子转动分子转动电子、核自旋电子、核自旋近红外光谱区近红外光谱区近红外光谱区近红外光谱区:配位化学的研究对象配位化学的研究对象配位化学的研究对象配位化学的研究对象红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法:红外光红外光红外光红外光分子分子分子分子吸收吸收
24、吸收吸收远红外光谱区远红外光谱区远红外光谱区远红外光谱区电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法:微波微波微波微波分子未成对电子分子未成对电子分子未成对电子分子未成对电子吸收吸收吸收吸收核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法:射频射频射频射频原子核自旋原子核自旋原子核自旋原子核自旋吸收吸收吸收吸收现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论4.4.光与物质相互作用光与物质相互作用1)光与物质相互作用形式作用形式作用形式吸吸收收发发射射散散射射折折射射反反射射干干涉涉衍衍射射偏偏振振吸吸收收光光谱谱发发射射光光谱谱折折射射法法散散射射法
25、法干干涉涉法法衍衍射射法法偏偏振振法法现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论2)吸收基态激发态h3)发射激发态h吸收激发基态发光现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论5.5.光分析分类光分析分类1)光谱法光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；原子光谱、分子光谱原子光谱、分子光谱(1)原子光谱（线性光谱）：原子光谱（线性光谱）：最常见的三种最常见的三种基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸
26、收光谱（AAS）；）；原子发射光谱（原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（AFS）；）；基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）；）；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 (2)(2)分子光谱（带状光谱）分子光谱（带状光谱）基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振-转能级跃迁；转能级跃迁；紫外光谱法（紫外光谱法（UV）；）；红外光谱法（红外光谱法（IR）；）；分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）；）；分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）；）；
27、核磁共振（核磁共振（NMR）顺磁共振波谱（顺磁共振波谱（EPR）；）；2)非光谱法：非光谱法：不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光
28、光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论第三节第三节吸收光谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱1、吸吸收收光光谱谱法法当当物物质质吸吸收收的的光光能能等等于于该该物物质质两两能能级级跃迁所需的能量时，即跃迁所需的能量时，即E=hE=h时，就产生吸收光谱。时，就产生吸收光谱。I0I1或2E1=h1=hc/1E2=h2=hc/2基态基态激发态激发态 1 2A=hc/E现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论2、发射光谱法、发射光谱法（1）用用热热能能激激发发发发光光用用火火焰焰、电电弧弧或或电电火火花花等等热热能能使使物质激发，当跃迁回
29、至低能态或基态时产生发射光谱。物质激发，当跃迁回至低能态或基态时产生发射光谱。样品样品火火焰焰、电电弧弧等等激发激发发发射射辐辐射射EE2121=h=h2121=hc/hc/21EE2 2=h=h2 2=hc/hc/2EE1 1=h=h1 1=hc/hc/1 1激发激发发射发射 1 2 2121I=hc/E现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论（2）光光致致发发光光物物质质吸吸收收光光能能跃跃迁迁至至激激发发态态，当当跃跃迁迁回回至低能态或基态时产生发射光谱。至低能态或基态时产生发射光谱。I I0 0I IL L激发激发发射辐射发射辐射EE2121=h=h2121=hc/hc/
30、2121EE2 2=h=h2 2=hc/hc/2 2 EE1 1=h=h1 1=hc/hc/1 1激发激发发射发射 1 2 21IL=hc/E现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论第四节第四节原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱原原子子光光谱谱原原子子的的外外层层电电子子在在不不同同能能级级间间跃跃迁迁吸吸收收或或发射光量子时产生的光谱发射光量子时产生的光谱原原子子光光谱谱分分析析法法（AS）是是分分析析化化学学中中最最常常用用的的原原素素成成份份分分析析法法，主要抱括：主要抱括：原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES原子吸收光谱法（原子吸
31、收光谱法（AAS）原子荧光光谱法（原子荧光光谱法（AFS）原子质谱法（原子质谱法（AMS），），ICP-AMS，MIP-AMSX射线荧光光谱法（射线荧光光谱法（XRF）前前4种种方方法法仅仅涉涉及及到到原原子子外外层层电电子子的的跃跃迁迁和和电电离离，而而后后一一种种方方法法涉涉及原子内层电子的跃迁。及原子内层电子的跃迁。ICP-电感藕合等离子体电感藕合等离子体;MIP-微波等离子体微波等离子体1、原子光谱、原子光谱现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论光源光源1）空心阴极灯2）无极放电灯1)原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AAS）光源光源光源光源原子化器原子化器原子化器原子化
32、器光学系统光学系统光学系统光学系统检测与处理检测与处理检测与处理检测与处理现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论原子化器原子化器1）预混合火焰原子化器2）石墨炉电热原子化器3）氢化物发生原子化器4）冷原子发生原子化器1)原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AAS）光源光源光源光源原子化器原子化器原子化器原子化器光学系统光学系统光学系统光学系统检测与处理检测与处理检测与处理检测与处理现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论1)原子吸光谱法（原子吸光谱法（AAS）光学系统光学系统棱镜和光栅光源光源光源光源原子化器原子化器原子化器原子化器光学系统光学系统光学系统光学系统检测
33、与处理检测与处理检测与处理检测与处理现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论光源光源原子化器原子化器光学系统光学系统检测与处理检测与处理1)原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AAS）检测与处理检测与处理光电倍增管检测器（光电倍增管检测器（PMT）光电二极管阵列检测器光电二极管阵列检测器（PDA）现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES激发光源激发光源1）直流电弧。2）交流电弧。3）电火花光源4）直流等离子体喷焰（DCP）5）电感藕合等离子体（ICP）6）微波感生等离子体（MIP）现代分析化
34、学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论光学系统光学系统棱镜和光栅分光系统棱镜和光栅分光系统2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论检测与处理检测与处理照相感应板光电倍增管检测器（PMT）光电二极管阵列检测器（PDA）电荷藕合器件（CCD）电荷注入器件（CID）2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论(1)电感藕合等离子体（电感藕合等离子体（ICP）光谱仪光谱仪vICP摄谱仪摄谱仪vICP单色器单色器v顺
35、序等离子体光谱仪顺序等离子体光谱仪v多通道多通道ICP光谱仪光谱仪v综合型综合型ICP光谱仪光谱仪v中阶梯光栅中阶梯光栅ICP光谱仪光谱仪2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES（ICP）光谱仪的类型光谱仪的类型:现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论ICP光谱分析的特点光谱分析的特点:v可以测定可以测定72个元素，多数有较好的检出限。个元素，多数有较好的检出限。v精密度好，在分析物浓度为检出限精密度好，在分析物浓度为检出限50-100倍时，谱线倍时，谱线强度的标准偏差强度的标准偏差 1%。v动态范围宽，标准曲线的线性范围可达动态范围宽，
36、标准曲线的线性范围可达105-106。v基体效应比较低，较易建立分析方法。基体效应比较低，较易建立分析方法。v可进行多元素同时测定。可进行多元素同时测定。2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论(2)微波等离子体（微波等离子体（MIP）光谱仪光谱仪vMIP光源激发能量很高，能激发ICP光源不易激发的元素。v载气用量很低，工作气体消耗量很少。v电源功率低，节省电能。MIP测定非金属的检出限测定非金属的检出限MIP光谱仪主要用于测定光谱仪主要用于测定F，Cl，Br，C，H，N，O，S等非金属元素，测定金属
37、元素等非金属元素，测定金属元素的灵敏度比的灵敏度比ICP光源差。此外，光源差。此外，作为气相色谱及液相色谱的检作为气相色谱及液相色谱的检测器，用于测定有机化合物的测器，用于测定有机化合物的原子比，用以对有机物进行定原子比，用以对有机物进行定量及定性分析。量及定性分析。2)原子发射光谱法（原子发射光谱法（AES），），ICP-AES，MIP-AES现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论3)原子质谱法（原子质谱法（AMS），），ICP-AMS，MIP-AMS质量质量分析器分析器四极杆质量分析器四极杆质量分析器双聚焦扇形质量分析器双聚焦扇形质量分析器离子阱质量分析器离子阱质量分析器飞
38、行时间质量分析器飞行时间质量分析器样品样品引入引入系统系统气动雾化法（液体）气动雾化法（液体）激光烧蚀法（固体）激光烧蚀法（固体）悬浮雾化法（固体）悬浮雾化法（固体）在线样品处理在线样品处理流动注射（流动注射（FI）在线富集）在线富集色谱法与色谱法与AS的联用的联用微波在线消解微波在线消解现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论v分分子子光光谱谱(moleculespectrum)通通过过分分子子内内部部运运动动，化化合合物物(compound)吸吸收收或或发发射射光光量量子子(photons)时产生的光谱时产生的光谱(spectrum)。2、分子光谱、分子光谱原子光谱为线状光谱
39、，原子光谱为线状光谱，10-4nm分子光谱为带状光谱；分子光谱为带状光谱；50nm为什么分子光谱为带状光谱？为什么分子光谱为带状光谱？现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论原子光谱图原子光谱图分子光谱图分子光谱图现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论紫外光谱法（紫外光谱法（UV）；）；红外光谱法（红外光谱法（IR）；）；分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）；）；分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）；）；核磁共振（核磁共振（NMR）顺磁共振波谱（顺磁共振波谱（EPR）；）；有机波谱分析法有机波谱分析法是分析化学中最常用的是分析化学中最常用的有机结构分析方法
40、，主要抱括：有机结构分析方法，主要抱括：其中紫外光谱法（其中紫外光谱法（UV）、红外光谱法（）、红外光谱法（IR）、核、核磁共振波谱法（磁共振波谱法（NMR）和质谱和质谱(MS)合称为四大谱合称为四大谱.随着现代仪器分析的不断发展和普遍使用随着现代仪器分析的不断发展和普遍使用,四种光谱分析方四种光谱分析方法相互配合法相互配合,形成了一套有机结构鉴定的完整方法形成了一套有机结构鉴定的完整方法.现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论四大谱分析方法的特点四大谱分析方法的特点:样品用量少样品用量少-仅需毫克级仅需毫克级,甚至微克级纯样甚至微克级纯样分析方法多为非破坏性过程分析方法多为非
41、破坏性过程-可直接得到可靠可直接得到可靠的结构信的结构信 息息,并能回收贵重样品并能回收贵重样品操作简便操作简便,分析速度快分析速度快,易于实现自动化易于实现自动化灵敏度高，检出限低灵敏度高，检出限低选择性好选择性好价格一般来说比教昂贵价格一般来说比教昂贵就是讨论谱图解析-即如何利用四大谱谱图间接地证明或推断有机化合物分子结构的方法.本课程的重点:现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论1)1)光波谱的产生光波谱的产生光波谱的产生光波谱的产生 价电子(valence electron)运动v分子运动分子运动分子振动分子振动(vibration)分子转动分子转动(rotation)
42、EJ EV Ee 跃迁跃迁 基态基态激发态激发态转动能级 振动能级 电子能级 吸收能量E 吸收光谱吸收光谱转动光谱 振动光谱 电子光谱现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论v双原子分子能级图(Energy Level Diagram)现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论v势能曲线图(Potential Energy Graph)MM*现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论vFranck-condon原理(1)垂直跃迁(vertical transition)(2)电子能级(energy level)跃迁(transition)的同时伴有振动能级
43、和转动能级(energy level)的变化(3)振动能级(energy level)跃迁(transition)的同时伴有转动能级(energy level)的变化现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论例如：紫外光谱1 23 （0 0）0 （0 4）吸收峰强度 吸收峰位置 A 光波谱峰三大要素光波谱峰三大要素：谱峰位置谱峰位置谱峰强度谱峰强度谱峰形状谱峰形状Franck-condon原理原理-从理论上解释了电子光谱从理论上解释了电子光谱的谱峰形状和强度分布的实质。的谱峰形状和强度分布的实质。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论分析方法分析内容紫外可见红外光谱
44、核磁共振有机质谱分子荧光拉曼光谱电子顺磁气相色谱结构分析分子量分子式官能团饱和化合物不饱和化合物脂环化合物芳香化合物杂环化合物异构体立体结构合成高分子生物高分子反应中间体定量分析适应性检测极限10-710-710-710-1210-910-710-1010-710-13样品形态SolG、L、S、SolSolG、L、SSolG、L、S、SolSolG、L、Sol常规用量10-4mol/lmg10mgg10-4mol/lmg10-4mol/lg2)几种光波谱分析方法的比较几种光波谱分析方法的比较现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论3)Lamber-beer定律IoIi ATA吸光
45、度吸光度T=透光率透光率T%百分透光率百分透光率k比例系数吸光系数摩尔吸光系数由浓度 C 的单位而定a=A/bc(l/g.cm)=A/bc(l/mol.cm)C(g/l)C(mol/lK以a表示k以 表示现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论紫外光谱或红外光谱T%吸光度A乙苯UV（甲醇）IR谱图（液膜）3)乙苯的四大谱谱图现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论乙苯H1NMR谱图（CD3CL）乙苯MS谱图现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论（1）揭开研究微观世界序幕的三大发现揭开研究微观世界序幕的三大发现 电子的发现电子的发现德国物理学家德国物理
46、学家普普鲁克克于于1858年年利用利用盖斯勒放盖斯勒放电管管研究气体放研究气体放电时发现了了对着阴极的管壁上着阴极的管壁上出出现了美了美丽的的绿色光色光辉。18761876年德国物理学家年德国物理学家哥哥尔德斯坦德斯坦证实这种种绿色光色光辉是由阴极上是由阴极上所所产生的某种射生的某种射线射到玻璃上射到玻璃上产生的，他把生的，他把这种射种射线命名命名为 “阴极射阴极射线”。n实验证明一切荷明一切荷电物物质都只能都只能带有有e的整数倍的的整数倍的电量。量。n阴极射阴极射线粒子所粒子所带的的电量量e是是电荷的最小荷的最小单位。位。电子的发现再一次否定了原子不可分的观念。电子的发现再一次否定了原子不可
47、分的观念。第五节第五节x-射线光谱简介射线光谱简介1.X-射线基础射线基础现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论德国维尔茨堡大学校长、物理学家伦琴德国维尔茨堡大学校长、物理学家伦琴我终于发现了一种光，我不知道是什么光，无以名之，我终于发现了一种光，我不知道是什么光，无以名之，就把它叫做就把它叫做X X光吧。光吧。X-X-射线的发现射线的发现1895年12月28日伦琴写出了一篇论文论一种新的射线，文章详细总结了新射线的性质：X射射线是由高速是由高速电子撞子撞击物体物体时产生，从本生，从本质上它和可上它和可见光光一一样，是一种，是一种电磁波，它的波磁波，它的波长约为：0.0010.
48、01(nm)现代物理学是从现代物理学是从18951895年德国物理学家伦琴发现年德国物理学家伦琴发现X X射线开始的。射线开始的。伦琴拍摄的第一张X线片现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论18961896年，法国物理学家年，法国物理学家贝克勒尔贝克勒尔在对一种荧光物质（硫酸钾铀）在对一种荧光物质（硫酸钾铀）进行研究时发现了天然放射线。进行研究时发现了天然放射线。贝克勒尔射线贝克勒尔射线放射性的发现放射性的发现居里夫人发现了放射性元素居里夫人发现了放射性元素“镭镭”和和“钋钋”。19101910年完成了她年完成了她的名著论放射性。的名著论放射性。天然放射性核素能够自发地放出各种
49、射线,从而衰变为另一种核素。射线：射线：带两个正两个正电荷的氦核荷的氦核粒子流；粒子流；射射线：带负电荷的高速荷的高速电子流；子流；射射线：从原子核内放出来的从原子核内放出来的电磁波，它磁波，它实际上是上是一束能量极高的光子流，它的波一束能量极高的光子流，它的波长比比X射射线还要短，要短，穿透本穿透本领比比X射射线更更强。现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论（2）X 射线的衍射射线的衍射-KAX射线射线X X 射线管射线管+K 阴极，阴极，A 阳极阳极(钼、钨、铜等金属钼、钨、铜等金属)，A K间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。伦
50、琴伦琴X射线的产生射线的产生现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑 劳厄实验是为了实现劳厄实验是为了实现X X射线的衍射而设计的。晶射线的衍射而设计的。晶体相当于三维光栅，衍射图样（劳厄斑）证实了体相当于三维光栅，衍射图样（劳厄斑）证实了X射射线的波动性。线的波动性。劳厄劳厄劳厄实验劳厄实验现代分析化学技术现代分析化学技术第一章第一章 绪论绪论 dd d dsin 12晶面晶面ACB 衍射中心衍射中心:掠射角掠射角d:d:晶面间距晶面间距(晶晶格常数）格常数）点间散射光的干涉点间散射光的干涉每个原子都是散射子波的子波源。每个原子都是散射