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1、现代仪器分析第一章 现代仪器分析化学分析：滴定分析（酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法）； 重量分析； 仪器分析。 化学信息学：成分分析、结构分析、状态分析、表面分析、微区分析光分析法、光谱法、发射光谱法（火焰光谱法、X荧光光谱法、分子荧光光谱法、分子磷光光谱法、激光拉曼光谱法、原子发射光谱法）、吸收光谱法（原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外可见分光光度法、红外吸收光谱法、核磁共振谱法）、非光谱法（折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、X射线衍射法、电子衍射法）、电化学分析法（电位分析法、电导分析法、电量分析法、电流分析色谱法）、气相色谱法(QC) 、(高压)液相色谱法(HPLC)。其它仪

2、器分析法：质谱法、热分析法（差热分析法、差示扫描量热法、热重量法、测温滴定法）、放射化学分析法第六章 紫外可见分光光度法第一节 光分析法基于检测能量作用于待测物质后产生的辐射讯号或所引起的变化的分析方法非光谱法：以光的波长为特征讯号，通过测量光的某些基本性质(反射、折射、干涉、衍射、偏振等)的变化的分析方法。折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、X射线衍射法、电子衍射法光谱法：以光的吸收、发射和拉曼散射等作用建立的分析方法（原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱、紫外可见分光光度法、红外吸收光谱法、核磁共振波谱法、X荧光光谱法、分子荧光光谱法、分子磷光光谱法、化学发光法、激光拉曼光谱法）。光谱

3、形成与分析过程产生作用能量：光、热；获取分析光信号：被测物质与作用能量相互作用产生光谱信息；检测分析光谱：通过检测器将光谱信号转换为电信号；形成光谱信息：将电信号转变为可视图谱；取证分析光谱：根据图谱特征，确定待测物的结构与组成。电磁波谱的有关参数光谱法分析仪器光谱仪器一般包括五个单元：光源 单色器 样品容器 检测器 读出器件光源 光谱分析中，光源必须具有足够的输出功率和稳定性。由于光源辐射功率的被动与电源 功率的变化成指数关系，因此往往需用稳压电源以保证稳定，或者用参比光束的方法来减少光源输出的波动对测定所产生的影响。光源有连续光源和线光源等。一般连续光源主要用于分子吸收光谱法，线光源用于荧

4、光、原于吸收和Raman光谱法。单色器：光学分析仪器几乎都有单色器。它的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。单色器组成：入射狭缝、出射狭缝、准直镜色散元件色散元件棱镜：是根据光的折射现象进行分光的。构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率，波长短的光折射率大，波长长的光折射率小。因此，平行光经色散后就按被长顺序分解为不同波长的光，经聚焦后在焦面的不同位置上成像，得到按波长展开的光谱。常用的棱镜有考纽棱镜和立特鲁棱镜光栅：分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅(或称闪耀光栅)和凹面反射光栅。光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是多狭缝于涉和单

5、狭缝衍射两者联合作用的结果。多缝干涉决定光谱线出现的位置、单缝衍射决定谱线的强度分布。样品容器：盛放试样的吸收池由光透明的材料制成容器材料：由检测器将光信号转换为电信号(光电转换器)紫外光区可见光区红外光区石英材料硅酸盐玻璃根据不同的波长范围 选用不同材料要求：；必须在一个宽的波长范围内对辐射有响应；低辐射功率时的反应要敏感；对辐射的响应要快；产生的电信号容易放大；噪音要小；更重要的是产生的信号应正比十入射光强度I光检测器硒光电池：光电管(也称真空光电二极管)、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器、热检测器、真空热电偶、热释电检测器读出器件：由检测器将光信号转换为电信号后，可用检流计、

6、微安表、记录仪、数字显示器或阴极射线显示器显示和记录测定结果。第二节 分子吸收光谱一 分子整体能级二 辐射频率三 分子光谱的类型：跃迁类型能级差（eV）所吸收波长（m）光谱类型转动跃迁0.0050.0525025远红外振动跃迁0.051251.25红外电子跃迁12012.50.06紫外可见四 双原子的分子光谱图Ee Ev Er电子能级Ee(紫外可见光谱 120eV、419kJMol、12.50.06m振动能级Ev(红外光谱) 0.051eV、21 kJMol、251.25m转动能级Er(微波或远红外光谱) 1.0050.05eV、0.042 kJMol、25025m五 光吸收的基本定律Lanm

7、berBeer定律：当一束单色光穿过透明介质时，光强度的降低与入射光的强度、吸收介质的厚度、光路中吸光粒子的数目(浓度)成正比第三节 化合物电子光谱的产生1 跃迁与吸收带类型成键电子 反键*电子：所需能量高，在在真空紫外区(130nm)；成键电子反键*电子：在紫外光区(200nm)； 非键 n 电子反键*电子：所需能量较高，在远紫外和近紫外区(200nm)非键 n 电子反键*电子：在近紫外与可见光区，谱带弱，104。因此应用这类谱带进行定量分析时，可以提高检测的灵敏度。配位场跃迁：在形成配合物后，中心离子原来能量相近的 d 轨道、f 轨道会分裂为几组能量不等的轨道；处于低能级的电子会吸收光能发

8、生的dd、ff跃迁。由于这类跃迁必须在配体的配位场作用下才有可能发生，故称为配位场跃迁。由于选择规则的限制，这类跃迁的摩尔吸光系数小(100)，位于可见光区；主要用于研究配合物的结构；能越大，吸收波长越小COCN-NO2-NH3H2OOH-F-Cl- 溶剂对的电子光谱的影响溶剂极性的改变，会引起吸收带形状、位置的改变： 异丙叉丙酮的溶剂效应正己烷CHCl3CH3OHH2O移动情况*230238237243红移n*329315309305紫移溶剂选择原则：尽量选择低极性溶剂；能很好的溶解被测物，形成的溶液化学与光化学稳定性好；在样品的吸收光谱区无明显吸收。第四节 紫外可见分光光度计 主要组成部件

9、：射源、光源（钨灯、碘钨灯）、光源：低压直流氢/氘放电灯单色器入射狭缝、准直元件、色散元件、聚焦元件、出射狭缝色散元件：玻璃(可见区)、石英(紫外区)质的棱镜或光栅吸收池110cm光敏检测器光电管光电倍增管分光光度计的类型单光束分光光度计双光束分光光度计双波长分光光度计双波长/双光束分光光度计第五节 紫外、可见分光光度计的应用 定性分析有机化合物的定性鉴定与结构分析主要是配合红外、核磁共振谱等鉴定共轭生色团。分析方法1 比较吸收曲线：在与文献相同的测定条件下，比较未知物与已知物的吸收光谱的形状、吸收峰数目和相应的摩尔吸光系数为依据。(Sadtler Standard Spectra(46000

10、种),etc)2 计算最大吸收波长并与实测值比较220800nm210250nm260350nm无吸收峰强峰强峰中等峰并有精细结构弱峰脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇、羧酸、氯代烃、含两个双键的共轭单位含35个双键的共轭单位苯环CO、RNO2、RI、RNNR、RNO、R2CS定量分析依据：朗伯比尔定律单一物质的定量分析多组分分析解联立方程的方法当吸收峰相互干扰时，可通过该方法解决：设在A和B的最大吸收波长 1与2 处，分别测定混合物的吸光度 和，然后通过解下列二元一次方程即可求出各组分的浓度：优点极大的提高了分辨率；能分辨两个和多个完全重叠和以很小波长差相重叠的吸收峰；能够分辨吸光度随波长急剧上升

11、时所掩盖的吸收峰；能够确认宽阔吸收带的最大吸收波长。其它方面应用纯度检查化合物无吸收、杂质有吸收；化合物有吸收；有机化合物结构推断第二章 气相色谱法 概述色谱分析是一种物质分离技术特点：高分离效能，高检测性能，快的分析速度分离原理 使混合物中各组分在两相(固定相和流动相)间进行分配。当流动相中所含的混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异；因此，在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出 气相色谱分析的理论基础色谱方法分类 气相色谱仪的组成与分析流程载气系统：气源，气体净化，

12、气体流速控制与测量进样系统：进样器，气化室色谱柱：固定相，流动相检测器：热导池检测器TCD，氢火焰离子化检测器FID记录系统：放大器，记录仪，数据处理系统色谱流出曲线及有关术语流出曲线(即色谱图)以色谱电信号(与组份浓度呈正相关关系)为纵坐标、流出时间为横坐标所得的组份及浓度随时间变化的曲线色谱流出曲线的作用：1、根据色谱峰位置可进行定性分析2、根据色谱峰面积可进行定量分析3、根据色谱峰位置与宽度可对色谱柱分离效果进行评价色谱常用术语基线：只有载气通过检测器时响应信号的记录线，基线漂移：基线随时间定向缓慢变化，基线噪声：由各种因素引起的基线不规则起伏保留值：试样中各组份在色谱柱中滞留时间的数值

13、。它取决于组分在两相间的分配平衡，为一热力学量以时间表示：保留时间tR：指待测组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需时间死时间tM：指不与固定相作用的气体（如空气、甲烷）的保留时间 调整保留时间tR：指扣除了死时间的保留时间(组份多滞留的时间)：tR=tR-tM ；固定相一定，在确定的实验条件下，任何物质都有一定的保留时间，它是色谱定性的基本参数以流出气体体积表示保留体积VR：指将组分带出色谱柱所需载气的体积。它与保留时间的关系为：VR=tRF0.式中F0为色谱柱出口处载气流速，以mL/Min计死体积VM：指色谱柱内除了填充物固定相以外的空隙体积、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总

14、和。它和死体积间的关系为：VM=tMF0调整保留体积VR：指扣除死体积后的保留体积：VR=VRVM，或VR=tRF0相对保留值r21：指组分2与另一组分1的调整保留值之比。相对保留值只与柱温及固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关，它表示了色谱柱对这两种组分的选择性： r21相差越大，分离越好。 r21 1，不能分离区域宽度标准偏差 0.607倍峰高处峰宽度的一半半峰宽Y1/2 峰高一半处的峰宽峰底宽Y 峰与基线转折处的切线在基线上的截距 气相色谱分析的理论基础一、气相色谱分析的基本原理气相色谱种类：按固定相类型可分为气固色谱与气液色谱气固色谱固定相是多孔性的具有较大表面积的固体吸附剂，其分离

15、原理是基于固体吸附剂对试样中各组份的吸附能力的不同气固色谱的色谱柱为填充柱，柱内填装固定相气液色谱固定相是由担体（用来支持固定液的多孔性固体物质）表面涂固定液（高沸点有机物）所组成。气液色谱的分离主要试剂与固定液对试样中各组份的溶解度的不同。气液色谱的色谱柱为毛细管柱或填充柱，前者在毛细管内壁涂敷固定液，后者在柱内涂敷固定液色谱分离原理试样气体由载气携带进入色谱柱与固定相接触时很快被固定相溶解或吸附。随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组份有从固定相中挥发或脱附下来，挥发会脱附下来的组份随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。随着载气的流动，溶解（吸附）与挥发（或脱附）反复交替进行显然，由于

16、试样中各种组分的性质的差异，固定相对它们的溶解或吸附能力也将不同，易被溶解或吸附的组份，其挥发或脱附也将较为困难，随载气移动的速度必定比不易溶解或吸附的组份慢，在色谱柱内停留的时间长；反之，不易溶解或吸附的组份随载气移动的速度较快，在色谱柱内停留的时间短。所以，经过一段时间间隔后，性质不同的组分便被彼此分离开来分配系数K、分配比k与滞留因子Rs分配系数 组分在色谱柱内的固定相和流动相间发生的吸附、脱附或溶解、挥发的过程称为分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）的比值，称为分配系数，用K表示。为一热力学量在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在两相中

17、的质量比。为一热力学量分配比越大，保留时间越长；分配比为零，保留时间为死时间相比：流动相与固定相体积比，它反映各种色谱柱柱型及其结构的主要特性填充柱：635 毛细管柱：501500 滞留因子Rs 组分与载气在色谱柱内的流速之比在一定温度下，各物质在两相间的分配系数不相同分配系数小的组分，分配在气相中的浓度较大，随载气移动快，在色谱柱内停留的时间短分配系数大的组分，分配在气相中的浓度较小，随载气移动慢，在色谱柱内停留的时间长因此经过足够多次的分配后，组分便得以彼此分离为使试样中的各组份的一分离，必须使各组份在流动相和固定相间具有不同的分配系数在一定温度下，分配系数只与固定相和组份的性质有关。当试

18、样一定时，组分的分配系数主要取决于固定相的性质若各组分在固定相和流动相间的分配系数相同，则它们在柱内的保留时间相同，色谱峰将重叠；反之，各组分的分配系数差别愈大，各组份分离的可能性也愈大 色谱分离条件的选择色谱分离的基本理论色谱分离包含两个内容组分在柱内的分配情况：与组分的分配系数、各种物质的分子结构和性质有关；为热力学因素组分在柱内的运动情况：与各种组分在流动相和固定相间的传质阻力有关；为动力学因素塔板理论-柱效能指标：把色谱分离过程比拟作蒸馏工程，直接引用处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱分离过程，即把连续的色谱过程看作许多小段平衡过程的重复若色谱柱长为L，塔板间距离（亦称理论塔板高

19、度）为H，色谱柱的理论塔板数为n，则显然，在一定长度的色谱柱内，塔板高度H越小，塔板数n越大，组分被分配的次数越多，则柱效能越高但由于死时间tM（或VM）包含在tR(VR)中，而tM并不参加柱内的分配，所以理论塔板数、理论塔板高度并不能真实反映色谱柱分离的好坏。为了真实地反映柱效能的高低，应该用有效塔板数或有效塔板高度作衡量柱效能的指标（1）色谱柱的有效塔板数越多，表示组分在色谱柱内达到平衡的次数越多，柱效越高，所得的色谱峰越窄，对分离有利 ;（2）如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱柱为它们提供的有效塔板数有多大，此两组分仍无法分离;（3）由于不同物质在同一色谱柱上分配系数

20、不同，所以同一色谱柱对不同物质的柱效能也不同，因此在用塔板数或塔板高度表示柱效能时，必须说明是对什么物质而言。摩尔质量大的载气可使B值变小，有利于分离载气流速愈小，保留时间愈长，分子扩散项的影响也愈大，从而成为色谱峰扩散的主要因素Cu项即传质阻力项 气相传质阻力Cg：试样从气相移动到固定相表面所遇到的阻力。对填充柱液相传质阻力CL：试样从气液界面移动到液相内部，然后又返回到气液界面的过程中所遇到的阻力色谱柱效能：两峰距离：表示色谱柱的选择性 峰的宽度：表示色谱柱效能分离度：既能反映柱效率又能反映选择性的指标，它定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值：R之越大，表明相邻

21、两组分分离越好： R1：两峰有部分重叠；R1：分离程度可达98；R=1.5：分离程度可达99.7。通常以R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。对分离较差，峰底宽度难于测量，则用下式表示分离度分离度与柱效的关系分离度与塔板数的平方根成正比，故增加柱长可改进分离度；但增加柱长会延长分析时间，使色谱峰变宽；一般在达到分离时应尽可能使用较短的色谱柱分离度与容量比的关系k值的增加会对分离有利。但当k大于10时，对R的改进不明显。一般控制1k10，则即可得到大的R值，也可使分离时间不致过长，色谱峰不至于太宽改变k的方法是：改变柱温：影响分配系数，改变相比：即改变固定相的量及柱的死体积(采用细颗粒的固定

22、相，填充紧密且均匀)分离度与柱选择性的关系：是色谱柱选择性的量度， 越大，色谱柱选择性越好，分离效果越好通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大的差别分离操作条件的选择载气及其流速的选择载气选择在曲线的最低处H最小，柱效能最高，为最佳流速，但分析速度较慢，在实际工作中，往往使流速稍高于最佳流速当载气流速小时，分子扩散项的影响是主要的，应选用摩尔质量大的气体（如N2、Ar）；当载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，应选用摩尔质量较小的气体（如H2、He），可减小传质阻力，提高柱效载气的选择还应考虑检测器的种类，这将在后面讨论。载气流速：对于内径为34mm的色谱柱，N2的流量一般为2030mL/m

23、in，H2的流量一般为4090mL/min，具体选择应通过试验决定柱温的选择提高柱温会使分配系数差别变小，不利于分离；但柱温太低会降低组分的扩散速率，使色谱峰变宽，降低柱效，延长分析时间。选择柱温同时还必须考虑固定液的使用温度对高沸点(300400)混合物：柱温低于平均沸点100200，并采用低固定相色谱柱(510%)、高灵敏度检测器对中沸点(200300)混合物：柱温低于平均沸点100，含1015固定相的色谱柱对气体混合物：柱温在平均沸点以上，含1525固定相的色谱柱对沸程较宽的试样，可采用程序升温(线形或非线形)固定液性质和用量固定液量越大，所容许的进样量越多，但色谱柱效能越低，分析时间越

24、长一般：固定液：担体在5：10025：100担体的性质和粒度：担体表面积越大、表面和孔径分布均匀，固定液涂覆均匀，液相传质越快，柱效较高；担体粒度太细，阻力增加，对操作不利；一般对36mm内径色谱柱，使用6080目的担体进样时间和进样量一般在1秒内完成，越快越好；进样时间长，会导致色谱峰变宽进样量适当；进样太多，分离不好；太少，不能检出。最大容许进样量应使峰面积或峰高与进样量成线形关系的范围内。 液体试样：0.15L 气体试样：0.110mL气化温度 气化温度高对分离有利 比柱温高3070 固定相及其选择气固色谱固定相，具有一定活性的固体吸附剂特点：品种有限；性能与制备和活化条件密切相关；易形

25、成拖尾峰品种：非极性活性炭；极性Al2O3；氢键型硅胶；分子筛；高分子多孔微球；石磨化碳黑；碳多孔小球等等气液色谱固定相担体 组成：为一种化学惰性、多孔性固态颗粒 作用：提供大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布 要求：表面为化学惰性，无吸附性或吸附性较弱，更不能与被测物质起化学反应；多孔性；热稳定性和机械性能；粒度均匀、细小以提高柱效，常用的有6080目、80100目分类：硅藻土型：红色担体、白色担体 ；非硅藻土型 ：氟担体、玻璃微球、高分子多孔微球预处理：酸洗、碱洗：除去铁等金属氧化物杂质及表面的氧化铝等酸性作用点；硅烷化担体的选择原则：当固定液质量分数大于5时，可选用硅藻土型(白色或红色)担体；当固定液质量分数小于5时，应选用处理过的担体；对于高沸点组分，可选用玻璃微球担体；对于强腐蚀性组分，可选用氟担体固定液要求：挥发性小；热稳定性好；对试样中各组分有适当的溶解能力；有高的选择性；化学稳定性好组成：高沸点有机化合物；固定液的极性及其选择方法相对极性：以，氧二丙晴为100，角鲨烷为0，分为+1、+2、+3、+4、+5共五级。麦氏常数：依分子间作用力定向力、诱导力、色散力、氢键力，选用五种化合物苯(电子给予体)、乙醇(质子给予体)、甲