《仪器分析》教案docxWord下载.docx
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在介绍电磁辐射基础上重点讲解能级跃迁图。
本章计划学吋为1学时。
第一节电磁辐射的性质
」、电磁辐射的性质
电磁辐射具有波动性和粒子性。
1・波动性
电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，可以用频率3）、波长（入）和波数（§
）等波参数表征。
掌握频、波长、波数的定义及之间的关系。
2•微粒性
普朗克方程E=hu=h・%（1-1）
该方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系起来，
:
、电磁波谱
按照波长的人小顺序排列可得到电磁波谱，不同的波长属不同的波谱区，对应有不同的光子能量和不同的能级跃迁。
能用于光学分析的是屮能辐射区，包括紫外、可见光区和红外区。
第四节原子光谱和分子光谱
原子光谱项、原子光谱能收图及原子光谱选择定则，分子光谱能收分子吸收
光谱和分子发光光谱
重点、难点：
原子光谱项、分子光谱能及跃迁图
-—-、片｛.了1匕谱《
原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁
1・核外电子的运动状态
原子接到电子的运动状态可以用主量数口、角量子数12、磁量子数m和白旋量子数s来描述。
2•光谱项
原子的能量状态需要用n.L.S.J四个量子数为参数的光谱项来表征。
N为主量子数，L—总轨道角量子数，S—总H旋量子数，J—内量子数
原子能级光谱项用十曲l表示
光谱支项用严+l表示
3•原子能级图
把原子可能存在的光谱项及能级跃迁用图解的方式表示出来就得到原子能级图。
谱线波长取决于两能级的能量差，不同能级之间跃迁产牛的原子光谱是波长确定，相互分隔的谱线，所以原子光谱是线状光谱。
4•光谱选择定则
只有符合光谱选择定则的跃迁才是允许的：
AL=±
1,As=O,AJ=O,±
1
5•原子光谱
⑴原子发射光谱：
处于激发态原子不稳定，半返冋基态或较低能态时而发射出特征谱线。
⑵原子吸收光谱：
半光辐射通过基态原子蒸气吋，原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射，原子基态跃迁到较高能态。
⑶原子荧光光谱：
气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁到激发态，再通过辐射跃回到基态或较低的能态产生的二次光辐射。
三、分子光谱
1•分子光谱
分子光谱产生于分子能级的跃迁，分子能级屮的电子能级，分子的振动能级以及转动能级。
2•分子吸收光谱和分子发光光谱。
⑴分子吸收光谱：
分子对辐射的选择性吸收由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分子光谱。
如紫外——可见吸收光谱，红外吸收光谱。
⑵分子发光光谱
光致发光：
荧光、磷光
•电致发光
化学发光
⑶拉曼光谱：
入射光子与溶液屮试样分子间的非弹性碰播，发生能量交换，产生与入射光频率不同的散射光。
第二章原子发射光谱分析法
本章地位：
原子发射光谱分析法在发现新元素和推动原子结构理论的建立方面曾做出过重要贡献，在各种无机材料的定性、半定量及定量分析方面也曾发挥过重要作用。
近20年來，由于新型光源、色散仪和检测技术的飞速发展，原子发射光谱分析法得到更广泛的应用。
学习屮应使同学们了解本章知识理论及应用在光分析法屮的重要地位。
本章内容：
本章主要讲述原子发射光谱法的基本原理、基本仪器以及光谱定性、半定量及定量分析的方法和应用。
讲解思路：
首先介绍原子发射光谱的产生、元素的原子和离子所产生的原子线和离子线都是该元素的特征光谱。
谱线的波长X和强度I是本法对物质进行定性分析和定量分析的依据。
之后详细介绍原子产生特征光谱的机理以及影响谱线强度的定义这是本章的重点内容。
介绍原子发射光谱仪器时首先介绍三部分框架，再介绍每部分的具体构成和重点元件，如TCP光源和光栅色散原理。
最后介绍原子发射光谱的定性、半定量及定量分析方法，其屮摄谱法屮的乳剂特性曲线，及定量分析屮的内标法原理是本章的重难点。
课时分配：
6学时。
第一节基本原理
主要介绍原子发/光谱的产生，物质受到外界能量的作用，基态原子被激发到激发态，激发态很不稳定，在10円吋间内，返回到基态，所受能量以光辐射形式释放产生原子发射光谱。
x=—=—X——元素的特征波长£
、El分别为高能级和低能级
E2-EiAE
能量
谱线的强度
影响谱线强度的因素，从丄式可知主要有4种因素一一进行分析。
重点：
谱线的波长和强度是两个重要的参数。
讲授、挂图。
第二节分析仪器
原了发射光谱法所用仪器通常包括激发光源、分光系统、及检测系统三部分。
激发光源主要有直流电弧、低爪交流电弧、高丿*电容火花及新型光源ICPo
齐种光源有其不同的性能（激发温度、蒸发温度、热性质、强度、稳定性等）可供各类试样选择。
相比之下,ICP由于热稳定性好,基体效应小，检出限低，线性范围宽而被公认为最具活力、前途广阔的激发光源。
分光系统屮主要是分光元件，现代仪器多用光栅作分光元件，需介绍光栅分光原理、分光性能（色散率、分辨率）
检测系统有摄谱法、光电直读法，分别介绍各口的原理和性能。
重、难点:
TCP光源的结构、原理、分析性能是匝点,平面反射闪耀光栅的分光原理及结论也较重要。
摄谱法屮的感光板的乳剂特性曲线及光电光谱法屮屯丿玉与谱线强度的关系较难理解，详细介绍。
第三节分析方法
在原子光谱分析屮，根据谱线的波长进行定性分析，根据谱线的强度进行定量分析。
主要介绍定性及半定量分析方法。
首先介绍光谱定量分析的基本原理，导出定量分析基本关系式IFC,取对数lgI=blgC+lga
这是光谱定量分析的基本公式。
此种方法为绝对强度法，实验屮不可能保证a为一常数，所以一般分析时不用谱线的绝对强度而用和对强度。
引出内标法定量分析原理。
测定分析线对的强度比R~lgC作校正曲线，所求的元素含量消除了实验条件的影响。
内标法的使用必须注意分析线对的正确选择。
重难点：
（1）内标法定量分析原理
（2）摄谱法：
分析线对的黑度差AS与试样屮被测元素含量的对数值lgC成线性关系
AS=rblgC+rlgA
（3）光电直读光谱法：
测量分析线对积分电容器的充电电床就可直接求出被测元素含量。
lg^-=blgC+lgA
U2
讲授、挂图
第三章原子吸收与原子荧光光谱法
本章内容在仪器分析课程屮是较为重要的一章内容，由于该分析方法具有灵敏
度高、抗干扰能力强、精密度高、选择性好、仪器简单、操作方便等特点。
自
20世纪60年代以后，原子吸收光谱分析法得到迅速发展，应用极为普及，所以有关本方法的理论课程也非常重要。
主要介绍原子吸收光谱法的基本原理、基本仪器装置、定量分析方法，并简介原子荧光光谱法。
在本章Z前已分别介绍了紫外一可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、原子发射光谱法等多种光谱法，所以需先将原子吸收光谱法与其它光谱法作大致比较，找出相同点与不同点。
再介绍原子吸收光谱法的特点。
原子吸收光谱的原理是本章的难点，里而涉及到一些较难的概念，如吸收线的轮廓与变宽、积分吸收测量法、峰值吸收测量法等需重点讲解。
原子吸收光谱仪首先介绍框架图，再介绍各部分功能与原理、原子吸收光谱法的干扰虽比发射光谱少但仍存在有时甚至较严重，所以，需介绍干扰效应的类型、本质及消除方法。
原子吸收光谱定量分析方法小，灵敏度和检测限两项评价指标是难点，应适为举例介绍。
学时分配：
5学时
第一节原子吸收光谱法的基本原理
首先介绍原子吸收线的产生。
半基态原子吸收了一定辐射能后，基态原子被
激发跃迁到不同的较高能态，产生不同的原子吸收线。
原子吸收光谱分析法是基于元素的基态原子蒸气对同种元素的原子特征谱线的共振吸收作用来进行定量分析的。
无论是原子发射线还是原子吸收线都不是一条严格的儿何线，谱线有…定的轮廓，在…定条件彫响下，谱线会变宽。
介绍谱线变宽因素。
吸收线变宽主婆受△.）和4X影响，锐线光源发射线变宽受厶几和F1吸变宽的影响。
在分析屮，谱线的变宽往往会导致原子吸收分析的灵敏度下降，所以要求控制外界条件影响。
对发射线尤其要保证是锐线光源，以使吸收完全。
重、难点：
（1）基态原子数与原子化温度服从波兹曼公式卫二©
e唱关键在于N（）的产生
NoPo
（2）积分吸收与No的关系fkvdv=^-Nof
mC
（3）峰值吸收与被测定元素含量的关系
峰值测量可依据A=lg—Iv=IveKvLA=KCL
Iv
第二节原子吸收光谱法的仪器装置
内容提耍:
原子吸收光谱仪主要由锐线光源、原子化器、分光系统、检测系统和电源同步
调制系统五部分组成。
产生原理
（1）光源——空心阴极灯Lt锐线光源——影响因素特点
（2）
/火焰：
喷雾器、雾化室、燃烧器、火焰腰薦盂常鲁原子化器无火焰：
石墨管、炉体、电源。
测定过程：
干燥、灰化、
\原子化、除残。
⑶单色器佬蠶且旦狭缝宽度
授课方式:
在AAS屮以单色器的通带表示狭缝宽度。
通带——光线通过出射狭缝的谱带宽度。
（4）检测系统：
包括光电倍增长、检波放大器、读数装置
注意介绍：
放大器采用和空心阴极灯同频率的脉冲或方波调制光源，以避免火焰发射产生的直流信号对测定的干扰。
光谱通带的概念和作用
第三节原子吸收光谱定量分析
原子吸收光谱定量分析方法有标准曲线法和标准加入法。
元素的特征浓度G、特征质量（叫）和检出限（D）是评价原子吸收光谱分析仪器和分析方法的重要指标。
psX0.0044T-1/［少、
Cc=2（pg•mL/I%）
A
psvx0.0044z、
me=（g/1%）
psx3ci
D=（jig•mL）
mx3b
（g）
第四节原子荧光光谱法
指导学牛了解原子荧光光谱法的基木原理、仪器装置以及定量分析方法。
第四章紫外、可见吸收与分子荧光光谱法
第一节紫外、可见吸收光谱法概述
介绍紫外一可见吸收光谱法的基本概念。
紫外一可见吸收光谱法是根据溶液屮物质的分子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法。
也称作紫外和可见吸收光度法，它包括比色分析和紫外一可见分光光度法。
第二节有机物与无机物的紫外、可见吸收光谱
不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。
无机化合物和有机化合物吸收光谱的产生木质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。
有机化合物吸收可见光或紫外光，O、兀和门电子就跃迁到高能态，可能产生的跃迁有ofO*、O*、Jifn*和n->
JT*。
各种跃迁所需要的能量或吸收波长与有机化合物的基团、结构有密切关系，根据此原理进行有机化合物的定性和结构分析。
无机络合物吸收带主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁而产生的。
电荷转移跃迁的摩尔吸收系数很大，根据朗们一比尔定律，可以建立这些络合物的定量分析方法。
分了的电了能级和跃迁
生色团的共轨作用
d-d配位场跃迁
金展离子影响下的配位体H一31*跃迁。
讲授，使用挂图。
第三节紫外、可见吸收光谱法的应用
内容提耍：
紫外一可见吸收光谱法用于有机化合物的定性、定量和结构分析。
由于有机化合物的紫外一可见吸收光谱比较简单、特征性不强，吸收强度不高，因此应用有一定的局限性。
但它能够帮助推断未知物的结构骨架、配合红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等进行定性和结构分析，它是一种有用的辅助手段。
化合物的鉴定、结构分析事例。
有机化合物的鉴定，一•般采用光谱比较法。
将未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数H、位置、相对强度以及吸收峰的形状与已知标准物的吸收光谱进行比较，以此推断未知化合物的骨架。
但大多数有机化合物的紫外一可见光谱比较简单，特征性不明显，而且很多生色团的吸收峰儿乎不受分子屮其它非吸收基团的影响，因此，仅利用紫外光谱数据来鉴别未知化合物有较大局限性。
结构分析：
紫外吸收光谱虽然不能对一•种化合物作出准确鉴定，但对化合物中官能团和共觇体系的推测与确定却非常有效。
难点：
催化动力学光度法原理。
所谓催化动力学分析法是指通过测量反应速率来进行定量分析的方法。
许多化学反应在催化剂存在下，可以加快反应速率，而催化反应速率在一•定范围内与催化剂浓度成比例关系，因此以光度法检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。
但影响该法准确度的因素很多，操作严格，准确测定难度较大。
讲授，配合实验事例。
第三节分子荧光光谱法
荧光产生原理，荧光效率及影响因素，荧光强度与溶液浓度的关系，荧光仪器及荧光的分析应用。
荧光的产生机理
一、概述
根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量公析。
荧光分析法的最大优点是灵敏度高，选择性也较好，应用范围广。
二、基本原理
1•分子荧光的产生
处于各激发态不同振动能级上分了，通过无辐射跃迁，释放-部分能量跃冋到第…激发态的最低振动能级上，再以辐射跃迁形式回到基态的各振动能极上，产生分子荧光。
2•荧光效率及其影响因素
⑴荧光效率
荧光效率定义为发荧光的分子数H与激发态分子总的比值即
—K,
若以各种跃迁的速率常数来表示，则
（4—2）
心为荧光发射过程屮的速率常数工心非辐射跃迁的速率常数Z和
⑵荧光与分子结构的关系
要具有能够吸收紫外——可见光的分子结构如共轮体系，兀电子的离域性越强，越易被激发而产生荧光。
分了的刚性平面结构有利于荧光的产牛
⑶环境因素对荧光的影响
溶剂的极性增加对激发态产生更大的稳定作用，会使荧光强度增强温度也影响到荧光强度对大多数荧光物质，温度升高，使非辐射跃迁儿率增大，荧光效率降低。
溶液的pH值影响到荧光物质的存在，也影响荧光效率。
3•荧光强度与溶液浓度的关系
荧光强度If=（PfIa=<
Pfdo-D
由于A=l^¥
I=Io*Aa
.•.If=<
prI0（l-rA）=<
pfI02.3A-「2；
?
尸-（-2評...（4-3）
若溶液很稀A<
0.05,
贝I」If=2.3（p,IuA=2.3（pfIokbc
当条件一定时If=KC（4-5）
丄式为荧光定量分析的基本关系式
荧光猝天：
荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。
三、荧光分析仪器
由光源、单色器、液池、检测器和记录系统五部分组成。
1・光源：
一般由高压汞灯或氤弧灯提供。
2•单色器：
起分光作用，一般为光栅。
3•检测器：
采用光电倍增管。
四、荧光分析法的应用
1•无机化合物分析
大多数无机化合物不产生荧光，只有与一些有机化合物形成有荧光的络合物才能对其进行测定。
2•有机化合物的分析
结一些芳香族化合物基因，具有较强的荧光，可以直接进行分析测定，因此在生物化学、医药、环境、食品等领域有广泛的应用。
第五章电分析化学导论
本章是电分析化学的基础知识，主要介绍电分析化学的分类、化学电池、电极电位与液体接界电位，电极的种类名称，膜电极等有关电分析化学的基本概念和基础知识。
本章的计划学时数为2学时。
第一节电分析化学方法分类、特点极应用
根据所量的电参量的不同，电分析化学方法可分为三类：
第一类：
在某些特定条件下，通过待试液的浓度与化学电池屮某些电参量的关系进行定量分析，如电导、电位、库仑极谱及伏安分析
第二类：
通过某一电参量的变化來指示终点的电容量分析好电位滴定
第三类：
通过电极反应把被测物质，转变为金属或其它形式的搓化物，用重量法测定基会量。
内容提要:
原电池、电解池、电池的表示方法
电池的表示方法
一、原电池
能口发的将本身的化学能变成电能，这种化学电池称为原电池。
以铜锌原电池为例
锌电极、负极（阳极）：
ZnTZf+2e氧化反应
铜电极、正极（阴极）：
C/+2eTCu还原反应
、电解池
实现某种电化学反应的能虽由外电源供给则这种化学电池称为电解池仍以铜电极和锌电极为例。
铜电极、正极（阳极）：
CuTC/+2e氧化反应
应注意：
阳极、阴极是对实际发生的反应而言，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；
正极、负极是对电荷的流向i佃言，电子流出为负极，电子流入为止极。
三、电池的表示方法
规定：
1・发牛氧化反应的一极（阳极）写在左边，发牛还原反应的写在右边。
2•电池组成的每•个接界面用单竖线“|”隔开，两种溶液通过盐桥连接，用双竖线“II”表示。
3•电解质溶液位于两电极之间，并应注明浓度，如有气体应注明压力、温度
电池电动势E电池=E；
c—E左
1.电极电位与液体接界电位
电极电位定义、液体接界电位的产牛、电极极化的形成
液体接界电位的产生
一、电极电位
电极电位的产牛是由于金属与溶液交界面发牛了电荷交换的结果，在金属与溶液之间产生了一定的电位差，这种电位差就是电极电位。
单个电极的屯位值FI前尚无法测定，它与标准电极组成电池，规定氢标准电极屯位为零，测得的电池电动势即为待测电极的电极电位。
P„IL（101325Pa）|H+（a=l）II待测电极
二、液体接界电位
在不同电解质或浓度不同的同种电解质溶液界而Z间，由于离子扩散通过界而的速率不同，在两液体界而Z间有微小的电位差产生，这种电位差称为液体接界电位。
由于"
和C1-的扩散速度儿乎相等，所以在两个溶液界面之间使用盐桥可以减小液接电位。
三、极化和过电位
极化是指电流通过电极与溶液的界血时，电极电位偏离平衡电位的现象。
1•浓差极化：
电解过程屮电极表而溶液的浓度与主体溶液存在岸别，这种由于浓度斧别
引起的极化叫浓差极化。
减小电流密度，强化机械搅拌可减小浓差极化。
2•电化学极化
电化学极化是由于电极反应速率较慢引起的，这种因电极反应迟缓所引起的极化现象称为电化学极化。
一、根据电极纽成分类
根据组成体系和作用机理，可以分成五类：
：
1•第一类电极
由该金屈浸入全有该金属离子的溶液组成,如Ag+/Ag
2•第二类电极：
由金属，该金属的难溶盐的阴离（组成。
如AgCl/AgHg2Cl2/Hg
3•第三类电极
金属与两种具有共同阴离了的难溶盐组成。
如HglHg2C2O4ICaC2O4ICa2+
4•零类电极
Il闻性金属与全有nJ溶性的氧化和还原物质的溶液组成的电极。
如PtIFe2\Fe3+
5•膜电极
具有敛威膜并能产生膜电位的电极。
如各种离子选择性电极
二、根据电极所起的作用分类
1・指示电极和工作电极
在电化不测量过程屮，溶液主体浓度不发生变化的电极称为指示电极。
如有较人电流通过，溶液主体浓度发生显蓍变化的电极称为工作电极。
2•参比电极
在电化学测量过程屮，具有恒定电位的电极称为参比电极。
3•辅助电极或对电极
辅助电极（对电极）与工作电极形成通路，它只提供电子传递的场所。
4•极化电极和去极化电极
电解过程小，插入试样电极的电位完全随外加电爪的变化而变化，这类电极称为极化电极，半电极电位不随外加电压而变化，这类电极称为去极化电极。
第六章电位分析法
第一节离子选择性电极电位法基本原理
电位分析法是根据测量到的电极电位、由能斯特方程式求得被测物质的浓度，电位分析法通常分为直接电位法和电位滴定法，本章主要内容如下1・离子选择性电极的分类及响应机理,2.离子选择性电极的性能参数,3•测定离子活（浓）度的方法，4电位滴定法，要掌握的重点，难点和知识要点是，电位法测定溶液pH值的原理，pH玻璃电极的特性及对溶液pH测定的影响，F选择电极的结构，其响应电位与测定液屮氟离子活度乞问的关系，膜电极的响应没有绝对的专一性，而只有相对的选择性，在表达电极电位与各组分的浓度关系吋可用下述方程式表示：
E=k±
2・3（）3R「igQ+切管+如誉十…）,直接法校止曲线法和标nF
准加入法是离子选择电极的常用定量分析方法，了解这些方法的各自特点，掌握定量分析的操作，电位滴定反应的类型及其指示电极的选择，本章以讲授为主，学时为5。
第二节离子选择性电极的类型及响应机理
本节主要介绍离子选择电极的分类及pH玻璃电极的结构、响应机理、特性及pH的测定、晶体膜电极主要介绍了F「电极的结构及F电极的电位、测F的条件，简介了液膜电极、气敏电极酶电极。
本节重点在于pH玻璃电极的响应机理,pH的测定；
F选择电极的结构及其浓度检测。
难点在于pll膜电位的形成及其公式的推导。
本节采用授课方式。
一、离子选择性电极的分类
二、玻璃电极
（一）玻璃电极的构造
它包括pll敏感膜、内参比电极（AgCl/Ag）内参比液带屏蔽的导线组成，玻璃电极的核心部分是玻璃敏感膜。
（二）玻璃电极的响应原理
纯的Si。
制成的石英玻璃由于没有可供离子交换用的电荷质点，不能完成传导电荷的任务，因此石英玻璃对氢离子没有响应。
然而在石英玻璃屮加入碱金属的氧化物（如N/0）,将引起硅氧键断裂形成荷电的硅氧交换点位，当玻璃电极浸泡在水屮，溶液屮的氢离子可进入玻璃膜与钠离子交换血占据钠离子的点位，交换反应为：
H++Na+GllNa，+H，Gl
此交换反应的平衡常数很大，由于氢离子取代了钠离子的点位，玻璃膜表面形成了一个类似硅酸结构—Si-OH）的水化胶层。
图1显示了玻璃膜表面与内部离子的分布情况。
内部溶液表］
水化胶层
干玻璃层
外部溶液表
而点位被H'
J
TO血一
1"
mipf
—0.1mm
1向点位被H+
交换
X.
点位为R和Na*
点位为NJ所占有
—►
点位为F-
升级会员 