预防医学卫生化学知识点.docx

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预防医学卫生化学知识点

安徽理工大学医学院2007级预防医学卫生化学知识点

卫生化学：

是应用分析化学（特别是仪器分析）的基本原理和实验技术，研究预防医学领域中与健康相关的化学物质的质、量及其变化规律的学科。

系统误差----误差的主要来源

指由分析过程中某些确定的、经常性的因素而引起的误差，又称可测误差。

特点：

重现性、单向性、恒定性、可测性

分类：

1.、方法误差:

溶解损失、终点误差－用其他方法校正

2、仪器误差:

刻度不准、砝码磨损－校准

3、试剂误差:

不纯－空白实验、对照试验

4、操作误差:

刻度观察、颜色判断

随机误差：

指由分析过程中一系列有关因素微小的随机波动而引起的误差，又称偶然误差。

特点：

双向性、不可测性、服从正态分布规律减免方法：

通过增加平行测定次数,降低。

准确度:

测定结果与真值接近的程度，用误差衡量。

准确度的表示方法：

1、绝对误差:

测量值与真值间的差值,用E表示。

E=x-xT

2、相对误差:

绝对误差占真值的百分比,用Er表示。

Er=E/xT=x-xT/xT×100％

Eg：

分析天平称量两物体的质量各为1.6380g和0.1637g，假定两者的真实质量分别为1.6381g和0.1638g，则两者称量的绝对误差分别为：

（1.6380－1.6381）g=－0.0001g

（0.1637－0.1638）g=－0.0001g

两者称量的相对误差分别为：

-0.0001\1.6381*100%=-0.006%-0.0001\0.1638*100%=-0.06

绝对误差相等，相对误差并不一定相同。

精密度:

平行测定结果相互靠近的程度，用偏差衡量。

精密度的表示方法：

1绝对偏差（di）：

测定结果与平均值之差

2平均偏差d：

各偏差值的绝对值的平均值，称为单次测定的平均偏差，又称算术平均偏差。

3相对平均偏差（dr）：

平均偏差与测量平均值的比值

4标准偏差（s）有限次测定时，标准偏差称为样本标准差，以s表示

5相对标准偏差：

6标准偏差比平均偏差能更正确、更灵敏地反映测定值的精密度，能更好地说明数据的分散程度。

准确度与精密度的关系

1、精密度是保证准确度的前提，准确度高一定要精密度高。

2、精密度高，不一定准确度就高。

普朗克（Planch）公式：

分子光谱：

在辐射能的作用下，因分子内能级跃迁而产生的光谱。

产生机理：

ΔE分=ΔEe+ΔEv+ΔEr

【Ee---电子绕原子核做相对运动，产生的动能Ev---原子在其平衡位点做相对振动，产生的振动能Er---分子绕其轴心传动，产生的转动能】

特征：

带状谱当存在转动能级的变化时，相邻谱线间的距离很小，仪器分辨率不高时，便得到一个很宽的谱带。

原子光谱的机理：

ΔE原=ΔEe特征：

线状谱

紫外-可见分光光度法：

研究物质在紫外-可见区的分子吸收光谱的一种分析方法。

一般所指的UV-Vis的测量波长在（200nm-800nm）。

吸收光谱：

将不同波长的单色光依次通过浓度一定的待测物质溶液，以吸光度为纵坐标，以波长为横坐标作图，又称吸收曲线。

特征：

①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。

吸光度最大处,对应的波长称为最大吸收波长λmax。

②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。

而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。

有机化合物的电子跃迁类型

跃迁类型

σ→σ＊

n→σ＊

π→π

n→π＊

ΔΕ

最大

大

小

最小

λmax

真空紫外

大部分真空紫外

近紫外

近紫外、可见

分子类型

饱和烃

杂原子饱和烃

共轭烯烃、芳香化合物

杂原子不饱和烃、杂环化合物

举例

乙烷max=135nm

乙醇

max=185nm

1、3丁二烯

max=217nm

丙酮

max=275nm

应用

溶剂

溶剂

被测物质

被测物质

生色团：

通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。

常为含n→π*和π→π*跃迁的化合物。

（如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C㆔N等不饱和基团。

）

助色团：

有一些基团，本身并不产生吸收峰，但与生色团共存于同一分子时，可引起吸收峰的位移和吸收强度的改变，这些基团称为助色团。

透光度：

为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示：

即T=It/I0ⅹ100%

朗伯－比尔定律：

当一束平行的单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度、液层厚度的乘积成正比。

A=kcl

吸光度具有加和性多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：

摩尔吸光系数：

当c以mol/L为单位，l以cm为单位，κ称为摩尔吸光系数，用ε表示。

A=aεlε的单位为l/mol.cm

ε表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时，溶液的吸光度

摩尔吸光系数的影响因素：

1

2

3

例1浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%，求吸光系数a和摩尔吸光系数ε。

已知M（Cu）=64.0

解已知T=0.501，则A=－lgT=0.300，l=2.0cm,

则根据朗伯—比尔定律A=abc，

而ε=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104（L·mol-1·cm-1）

例2某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？

解:

由A=-lgT=alc可得T=10-alc

当l1=1cm时，T1=10-ac=T当l2=2cm时，T2=10-2ac=T2

偏离朗伯-比尔定律的因素

（一）仪器偏离　　　单色光

Lambert–Beer定律的前提条件之一是入射光为单色光。

实际上难以获得真正意义上的纯单色光。

分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光普通带。

复合光可导致对朗伯-比耳定律的正或负偏离。

（二）浓度的限制　　稀溶液

Beer定律的假定：

所有的吸光质点之间不发生相互作用；只有在稀溶液（C<10-2mol/L）时才基本符合。

当溶液浓度C>10-2mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。

（三）化学偏离恒定的化学环境

溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。

使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。

（四）非均相体系偏离真溶液

光吸收定律的假定：

溶液必须使均相体系。

胶体、乳胶、悬浮物、沉淀等非均相体系产生的光散射会引起对朗伯-比耳定律的偏离。

物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的。

物质的颜色由透过光的波长决定。

例：

硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。

紫外可见分光光度计主要部件与作用

（一）光源：

在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。

（二）单色器：

作用：

从连续光源中分离出所需波长的光束。

主要部件：

狭缝：

出射狭缝和出射狭缝。

色散元件：

棱镜或光栅（关键部件）准直镜：

透镜或凹面镜

（三）吸收池作用：

用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的吸收.（要求：

无色、透明、耐腐蚀）材料：

石英（紫外区）玻璃（可见区）

（四）检测器作用：

检测光信号，并将光信号转变为电信号

常用检测器：

光电管和光电倍增管

（五）显示系统将检测器输出的信号处理转换成透光度和吸光度再显示出来。

暗电流光电管在未受光照射时，由于电极热电子产生的电流。

暗电流越小、检测性能越好。

紫外可见分光光度计的类型（了解）

单光束、双光束、单波长、双波长、可见、紫外-可见

在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。

选择溶剂时注意下列几点：

（1）溶剂应能很好地溶解被测试样，所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。

（2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。

（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。

显色反应：

将被测组分转变成有色化合物的化学反应。

对显色反应的要求：

选择性好所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色，或其它组分干扰少。

灵敏度足够高有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般应有104~105数量级。

有色配合物的组成要恒定反应要定量、生成物稳定。

色差大有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。

△>60nm

显色反应条件的选择

1.显色剂用量

吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况。

选择曲线变化平坦处。

2、溶液的酸度

（1）对被测组分存在状态的影响（如金属离子）

（2）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响

（3）对有色化合物生成速度的影响

3、显色温度：

要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。

4、显色时间：

通过实验确定合适的显色时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。

5、溶剂：

有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。

参比溶液的选择

1溶剂参比

2试剂参比

3试样参比

4平行操作参比

为什么需要使用参比溶液？

答：

使测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。

参比溶液的选择一般遵循以下原则：

1、若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水）作参比溶液。

2、若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用“试剂空白”（不加试样溶液）作参比溶液；

3、若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”（不加显色剂）作参比溶液。

4、平行操作参比：

用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样同时进行，如进行某种药物浓度的检测，取正常人的血样与待测浓度的血样进行平行操作处理。

仪测量条件的选择

（一）控制适宜的吸光度范围

在T=36.8%（A=0.434）时，浓度测定的相对误差最小。

在实际测定时，常将吸光度控制在0.2~0.7（T=20%~65%）之间。

（二）入射光波长的选择

测量的入射光波长：

最大吸收波长λmax。

若干扰物在λmax处也有吸收，在干扰最小的条件下选择吸光度最大的波长

（三）狭缝宽度

兼顾灵敏度与单色性的好坏，狭缝宽度大约为吸收峰半宽度的十分之一。

测量条件的选择：

1测量波长的选择

2吸光度读数范围

3参比溶液的选择（作用及原因）

v某显色剂在PH：

1-6时呈黄色，6-12时呈橙色，

>13时呈红色，该显色剂与金属离子配位后呈红色，

则该显色反应的PH为（）

A.弱酸中B.弱碱中C.任意PHD.强酸强碱中

单组份定量方法

如果在一个试样中只要测定一种组分，且在选定的测量波长下，试样中其它组分对该组分不干扰，这种单组分的定量分析较简单。

一般有标准对照法和标准曲线法两种。

1、校准曲线法（标准曲线法）

配制一系列不同浓度的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液作参比，测定标准系列溶液的吸光度，绘制吸光度－浓度曲线，称为校正曲线。

2、标准对照法

在相同条件下，平行测定试样溶液和某一浓度Cs（应与试液浓度接近）的标准溶液的吸光度Ax和As则由Cs可计算试样溶液中被测物质的浓度Cx。

v根据分子受激时所吸收能源及辐射光的机理不同

分为以下几类：

（荧光—荧光分析法；磷光—磷光分析法）

光致发光：

以光源来激发而发光

热发光：

以热能来激发而发光

电致发光：

以电能来激发而发光—原子发射光谱法

生物发光：

以生物体释放的能量激发而发光

化学发光：

以化学反应能激发而发光—化学发光分析法

三重态与单重态：

1、单重态分子具有抗磁性，激发态的平均寿命约为10-8，E高

2、三重态分子具有顺磁性，激发态的平均寿命约为10-4~1S，E低

去激发过程（P69）：

当分子吸收一定能量后，处于激发态的分子不稳定，其电子以辐射跃迁或无辐射跃迁释放出多余的能量回到基态的过程。

非辐射能量传递过程：

1、振动弛豫：

同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。

发生振动弛豫的时间10-12s。

2、内转换：

同多重态电子能级中,等能级间的无辐射能级交换。

通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。

3、外转换：

激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。

4、系间跨越：

不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。

改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。

辐射能量传递过程：

1、荧光发射：

电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S1→S0跃迁），发射波长为‘2的荧光；10-7～10-9s。

由图可见，发射荧光的能量比分子吸收的能量小。

2、磷光发射：

电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态（T1→S0跃迁）；电子由S0进入T1的可能过程：

（S0→T1禁阻跃迁）S0→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→T1发光速度很慢：

10-4～100s。

光照停止后，可持续一段时间。

激发光谱和荧光光谱（P71）

激发光谱与发射光谱的关系

a.Stokes位移

激发光谱与发射光谱之间的波长差值。

发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。

b.发射光谱的波长与激发波长无关

电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量（如能级图2,1），产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光（如‘2）。

c.镜像规则

通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一样）成镜像对称关系。

荧光强度的影响因素

荧光的产生与分子结构的关系

1.分子产生荧光必须具备的条件

（1）具有合适的结构；

（2）具有一定的荧光量子产率（）：

。

2.化合物的结构与荧光

（1）共轭体系——有较强的荧光

v具有共轭体系的芳环或杂环化合物，电子共轭程度越大，越易产生荧光;环越多，共轭程度越大，产生荧光波长越长，发射的荧光强度越强

（2）刚性平面结构—较稳定的平面结构

具有强荧光的分子多数有刚性平面结构

（3）金属螯合物的荧光

v大多数无机盐类金属离子，不能产生荧光，但某些螯合物都能产生很强的荧光，可用于痕量金属离子的测定

v不少有机配体是弱荧光体或不发荧光，但与Mn+形成螯合物后变为平面构型，就会使荧光加强或产生荧光

v例：

8-羟基喹啉为弱荧光体，与Mn+—Al3+、Mg2+形成螯合物后，能形成刚性结构，荧光加强

（4）取代基的类型

v——取代基对荧光物质的荧光特征和强度也有很大影响。

分成三类：

A.增强荧光的取代基——有-OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2等给电子基团

v由于基团的n电子（孤对电子）的电子云与苯环上的轨道平行，共享了共轭电子，扩大了共轭体系，使荧光波长长移，荧光强度增强

B.减弱荧光的取代基——-COOH、-NO2、-COOR、-NO、-SH等吸电子基团,使荧光波长短移，荧光强度减弱

v芳环上被F、Cl、Br、I取代后，使系间窜跃加强，磷光增强，荧光减弱。

其荧光强度随卤素原子量增加而减弱，磷光相应增强，这种效应为重原子效应。

C.影响不明显的取代基——-NH3+、-R、-SO3H等

强荧光的有机化合物具备下特征:

①具有大的共轭π键结构；

②具有刚性的平面结构；

③具有最低的单重电子激发态为S1为π*→π型；

④取代基团为给电子取代基。

v一般情况，有机芳香族化合物及金属离子配合物是最强最有用的荧光体。

环境对荧光、磷光的影响

1.溶剂的影响

同一荧光物质在不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质一般来说，溶剂的极性增强，荧光波长长移，荧光强度增大。

2.温度的影响——低温下测定，提高灵敏度

因为辐射跃迁的速率基本不随温度变，而非辐射跃迁随温度升高显著增大。

大多数荧光物质都随溶液温度升高荧光效率下降，荧光强度减弱。

温度对磷光影响更大

3.pH的影响

v大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物的荧光性质受溶液pH的影响很大

v共轭酸碱对是具有不同荧光性质的两种型体，具有各自的荧光效率和荧光波长

v但两个苯环相连的化合物，又表现出相反的性质，分子形式无荧光，离子化后显荧光

4、荧光熄灭的影响

荧光熄灭：

荧光物质，溶剂，溶质分子间相互作用使荧光强

度降低或与浓度不呈线性关系的现象为荧光熄灭。

荧光强度与荧光物质浓度的关系

当A﹤0.05时，当激发光波长和强度一定时。

If=KC

原子吸收分光光度法：

通过测量样品蒸气中基态原子对特征谱线吸收程度建立的定量分析方法。

共振吸收线：

原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线。

共振发射线：

原子外层电子从第一激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线。

共振线：

共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。

谱线轮廓（P81）:

谱线变宽原因：

1）自然宽度：

没有外界影响时，谱线的固有宽度。

2）多普勒变宽（热变宽）：

由于原子在空间作无规则运动引起的谱线变宽。

3）压力（碰撞）变宽：

辐射原子与其他粒子相互作用而产生的谱线变宽。

劳伦兹变宽：

被测原子与其他粒子相互碰撞。

赫尔兹马克变宽：

同种原子之间相互碰撞。

4）场致变宽：

在外电场或磁场作用下，能引起能级的分裂，从而导致谱线变宽。

塞曼变宽：

由于磁场的影响使谱线变宽。

5）自吸变宽：

由自吸现象（共振线被灯内同种基态原子所吸收）而引起的谱线变宽。

主要影响因素：

多普勒变宽和压力变宽。

峰值吸收代替积分吸收的必要条件：

£1）发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致。

£2）发射线的半宽度远小于吸收线的半宽（1/5~1/10）。

原子吸收分光光度计结构

一、光源

种类：

空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯。

原子化器：

（一）火焰原子化法

几种常用火焰

（二）石墨炉原子化法

操作流程：

a）进样程：

0~100lb）干燥程序溶剂的沸点20~60s

c）灰化程序（分离干扰元素）100~20000C0.5~5min

d）原子化程序2000~30000C5~10s

e）高温除残程序30000C3~5s

电离干扰（ionizationinterference）:

是由于被侧元素在原子

化过程中发生电离，使参与吸收的基态原子数量减少而造成的

吸光度下降的现象。

化学干扰（chemicalinterference）:

是指被测元素在溶液或原子化过程中和其他组份之间发生化学反应而影响被测元素化合物解离和原子化。

定量分析方法

一、标准曲线法：

绘制A—C曲线。

适于快速、大批简单、相似样品分析

二、标准加入法：

又称直线外推法。

适于基体复杂试样

测定条件的选择

1、分析线：

通常选元素的共振线作分析线

2、狭缝宽度：

影响通带宽度与检测器接受的辐射能量。

W=DS，没有干扰情况下，尽量增加W，增强辐射能。

3、灯电流：

决定空心阴极灯的发射特性

4、原子化条件：

火焰原子化器、石墨炉原子化器

分子荧光（P100）：

液体接界电位：

在两种不同离子的溶液或两种不同浓度的溶液接触界面上，存在着微小的电位差，称之为液体接界电位。

用Ψj表示。

原因：

各种离子具有不同的迁移速率而引起。

消除方法：

盐桥

盐桥：

在U型管中装满用饱和KCl或NH4Cl溶液和琼胶作成的冻胶。

电池的电动势：

E=E+-E-=E右–E左（无液体接界电位）

E=E+-E-+Ψj（有液体接界电位）

人为规定标准氢电极（StandardHydrogenElectrode,SHE）电位为零。

能斯特方程

T=298K时：

（n=电子得失数）

例：

已知φӨ（Fe3+/Fe2+）=0.771v.求298K时[Fe3+]=1.0mol·L-1,[Fe2+]=1.0×10-3mol·L-1时的电极电势φ.

解:

φ（Fe3+/Fe2+）=φӨ（Fe3+/Fe2+）+0.0592lg[Fe3+]/[Fe2+]

=0.771v+0.0592lg（1.0×103）

=0.771v+0.178

=0.949v

参比电极：

指示电极：

PH玻璃电极

1.基本构造:

核心部分是玻璃膜，是在SiO2基质中加入Na2O和少量CaO烧制而成，呈球泡型。

球泡内充内参比溶液（含有与待测离子相同的离子），再插入一根AgCl-Ag电极作内参比电极。

2、PH玻璃电极的性能

①酸差：

测定溶液酸度太大（pH<1）时,电位值偏离线性

关系，产生误差；pH增高

②“碱差”或“钠差”：

pH>10或Na+浓度较高时产生误差，

主要是Na+参与相界面上的交换所致pH降低；

③不对称电位：

膜两侧α1=a2时，则：

φ膜=0，但实际

上φ膜≠0此电位称为不对称电位.

3、产生的原因:

玻璃膜内、外表面含钠量、表面张力以及机械和化学损伤的细微差异所引起的。

长时间浸泡后（24小时）恒定（1～30mV）

离子选择性电极的主要类型

选择性系数Kij：

Kij称之为电极的选择性系数，其意义为：

在相同的测定条件下，待测离子和干扰离子产生相同电位时待测离子的活度αi与干扰离子活度αj的比值:

通常Kij<<1,Kij值越小,表明电极的选择性越高。

Kij不仅能用评价离子选择性电极的灵敏度，还能用来估计干扰离子存在时产生的测定误差

响应时间:

是指参比电极与离子选择电极一起接触到试液起直到电极电位值达到稳定值的95%所需的时间。

将离子选择性电极（指示电极）和参比电极插入试液可以组成测定各种离子活度的电池，电池电动势为：

气相色谱仪的结构

载气系统（carriergassystem）

进样系统（sampleinjectionsystem）

色谱柱系统（columnsystem）

检测系统（detectionsystem）

记录系统（datasystem）

检测器类型：

1.浓度型检测器：

测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测信号值与组分的浓度成正比。

2.质量型检测器：

测量的是载气中通过检测器的速度变化，检测信号值与单位时间内进入组分的质量成正比。

（热导检测器：

无机、有机物质的检测.火焰离子化检测器：

有机物质的检测.电子捕获检测器：

电负性元素的测量.火焰光度检测器：

含硫、磷物质的测量,）

对固定液的要求：

1、在操作温度下蒸气压要低；

2、稳定性好；

3、对被分离组分的选择性要高；

4、对试样中各组分有足够的溶解能力。

固定液的分类

化学分类：

依据结构分类

烃类、硅氧烷类、聚醇、聚酯

相对极性Px分类：

β,β'-氧二丙腈：

P=100角鲨烷：

P=0

其余：

Px=0---100分为5级

0—200或1非和弱极性角鲨烷、甲基硅胶

21—402中等极性DNP、OV-17

41—603中等极性氰基硅橡胶

61—804极性聚乙二醇

81—1005极性β,β'-氧二丙腈

固定液的选择——相似性原则

固定液的要求：