仪器分析期末重点.docx

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仪器分析期末重点

第1章绪论

仪器分析：

一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。

（这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。

）

化学分析：

是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。

测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。

仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方向。

仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析基础上的发展。

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。

化学分析

仪器分析

从原理看

根据化学反应及计量关系

根据物质的物理或物理化学性质、参数及变化规律

从仪器看

主要为简单玻璃仪器

较复杂、特殊的仪器

从操作看

多为手工操作、较繁琐

多为开动仪器开关、操作简单易实现自动化

从试样看

样量多、破坏性分析

样量少、有的非破坏性分析，可现场或在线等分析

从应用看

常量分析、定性、定量

微量、痕量的组分分析，状态、结构等分析

仪器分析与化学分析的区别

获取物质的化学组成、含量和结构信息，通过其他相关学科的知识，了解物质的本质和性质－－认识世界

例如：

人类基因组计划，由于新基因诊断分析仪的发明，使该计划提前一年排出人类23对染色体基因排序草图。

世界上的所有自然科学的发现无不与分析化学相关，如：

美飞船到达火星后首先要对火星进行取样分析；所有自然资源的勘探与开发更是离不开分析化学

工业过程控制、环境检测、食品及医疗等：

利用分析化学的方法控制生产过程、监测工业过程及人类生活对环境的影响、产品质量的测定。

－－改造世界

如：

钢铁生产过程中成分检测及成品成分及物相分析；环境中废水、废气、废渣对环境的危害及监测；医院的常规检验；商品上市前的质量检验（碘盐、茶叶的Pb、Cu及DDT等）

3.仪器分析的特点（与化学分析比较）

灵敏度高，检出限低、选择性好、操作简便，分析速度快，易于实现自动化和智能化。

应用范围广，不但可以作组分及含量的分析，在状态、结构分析上也有广泛的应用。

相对误差较大。

需要价格比较昂贵的专用仪器，并且仪器的工作条件要求较高。

凡是以电磁辐射为测量信号的分析方法均为光分析法。

可分为光谱法和非光谱法。

光谱法则是以光的吸收、发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。

这类方法比较多，是主要的光分析方法。

非光谱法是指那些不以光的波长为特征的信号，仅通过测量电磁幅射的某些基本性质（反射，折射，干涉，衍射，偏振等）。

分类原则：

一般按最后分析过程所观测的性质分类。

光分析法的分类：

原子发射光谱，原子吸收光谱，紫外可见光谱，红外光谱，核磁谱，分子荧光光谱，原子荧光光谱

电化学分析法是根据物质在溶液中的电化学性质建立的一类分析方法。

以电讯号作为计量关系的一类方法,主要有四大类:

电位法、电导法、电解法、极谱法及伏安法。

3.色谱法：

色谱法是以物质在两相（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析的方法。

　　主要有:

气相色谱法和液相色谱法。

4.其它仪器分析方法

①质谱：

根据物质带电粒子的质荷比在电磁场作用下进行定性、定量和结构分析的方法。

②热分析：

依据物质的质量、体积、热导、反应热等性质与温度之间的动态关系来进行分析的方法是热差分析法。

③放射分析：

依据物质的放射性辐射来进行分析的方法同位素稀释法，中子活化分析法。

仪器分析的三次巨大变革：

第一次变革：

20世纪初。

标志工具是：

分析天平的使用。

第二次变革:

20世纪40年代。

标志工具是：

大量电子分析仪器、仪表的使用。

第三次变革:

20世纪80年代至今。

标志工具是：

微型计算机控制的现代智能型分析仪器的大量使用。

仪器分析的发展方向：

微型，高效，自动，智能

2.仪器分析的应用领域

社会：

体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）

化学：

新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；

生命科学：

DNA测序；活体检测；

环境科学：

环境监测；污染物分析；

材料科学：

新材料，结构与性能；

药物：

天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；

外层空间探索：

微型、高效、自动、智能化仪器研制。

标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。

线性范围标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围。

特点：

选择分析方法应有较宽的线性范围。

物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度，用b表示。

灵敏度也就是标准曲线的斜率，斜率越大，

灵敏度就越高。

精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次平行测定所得测定结果的一致程度。

　　精密度常用测定结果得标准偏差s或相对标准偏差

（sr）量度。

四、准确度

试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度。

准确度常用相对误差量度。

五、检出限

某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小质量，称为这种方法对该物质的检出限，以浓度表示的称为相对检出限，以质量表示的称为绝对检出限。

方法的灵敏度越高，精密度越好，检出限就越低。

检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标，它是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。

第2章光分析法导论

光学分析方法：

利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。

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取代的地位；

电磁辐射（电磁波）：

以接近光速（真空中为光速）传播的能量；以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量。

c=λν=ν/σ

E=hν=hc/λ

c：

光速；λ：

波长；ν：

频率；σ：

波数；

E：

能量；h：

普朗克常数

电磁辐射具有波动性和粒子性；

（一）光的波动性

　　电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。

与其它波如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。

　　频率：

为空间某点的电场每秒钟达到正极大值的次数

　　周期：

两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所需的时间间隔叫做辐射的周期

波长:

电磁辐射转播的速度v=

波数:

是1cm内波的数目=1/

（二）光的粒子性

当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时,就会发生能量跃迁。

此时,电磁辐射不仅具有波的特征,而且具有粒子性,最著名的例子是光电效应现象的发现。

1）光电效应

现象：

1887，HeinrichHetz（在光照时，两间隙间更易发生火花放电现象）

解释：

1905，Einstein理论，E=h

证明：

1916，Millikan（真空光电管）

2） 能态量子理论

物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差E可用h表示。

　　两个重要推论：

　　物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。

当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差;反之亦是成立的,即E=E1-E0=h

辐射能的特性

（1）吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能并从低能级跃迁到高能级；

（2）发射将吸收的能量以光的形式释放出；

（3）散射丁铎尔散射、瑞利散射、拉曼散射；

（4）折射折射是光在两种介质中的传播速度不同；

（5）反射

（6）干涉干涉现象；

（7）衍射光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；

（8）偏振只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。

丁达尔散射（Tyndall）：

　大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生的散射现象，此时散射光极强（与λ2成反比），可以肉眼观察到。

瑞利散射（Rayleigh）：

（弹性碰撞，方向改变，但λ不变）

当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。

散射光强与光的波长的λ４、散射粒子的大小和极化率成反比。

拉曼散射（Raman）：

（非弹性碰撞，方向及波长均改变）

光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。

分子极化率越大，Raman散射越强。

电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增大，频率和光量子的能量逐渐减小。

（量变→质变）

a.高能辐射区

b.光学光谱区

c.低能辐射区

微波区射频区

波谱区

光学分析涉及所有波谱区，但用得最多的还是光学光谱区，它是光学分析最重要的光谱区域。

朗伯-比尔定律透光度T=It/I0吸光度A=-lgT

透光率定义：

光吸收的基本定律

朗伯定律（1760年）：

光吸收与溶液层厚度成正比

比尔定律（1852年）：

光吸收与溶液浓度成正比

摩尔吸光系数（）的讨论

1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数；

2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。

在温度和波长等条件一定时,ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；

3）同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。

在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。

εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。

4）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。

ε>105：

超高灵敏；

ε=（6～10）×104：

高灵敏；

ε<2×104：

不灵敏。

5）ε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。

Lambert-Beerlaw的适用条件

1）单色光:

应选用max处或肩峰处测定

2）吸光质点形式不变：

离解、络合、缔合会破坏线性关系，应控制条件（酸度、浓度、介质等）

3）稀溶液：

浓度增大，分子之间作用增强

（一）光谱法——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；

产生光谱的物质类型不同:

原子光谱、分子光谱、固体光谱

光谱的性质和形状：

线光谱、带光谱、连续光谱

产生光谱的物质类型不同：

发射光谱、吸收光谱、散射光谱

原子光谱（线性光谱）：

最常见的三种

基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱

原子发射光谱、原子荧光光谱；

基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱

基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；

分子光谱（带状光谱）：

基于分子中电子能级、振-转能级跃迁；

紫外光谱法（UV）；

红外光谱法（IR）；

分子荧光光谱法（MFS）；

分子磷光光谱法；

核磁共振与顺磁共振波谱；

连续光谱：

固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。

通常产生背景干扰。

温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快！

另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。

（二）非光谱法：

不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；

光谱仪器通常包括五个基本单元：

光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理

光分析法仪器的基本单元

1.光源[对光源的要求：

强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。

]

依据方法不同，采用不同的光源：

火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：

连续光源：

在