中国石油大学(北京)仪器分析复习资料

1、紫外可见吸收光谱光学分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号或电磁辐射与物质相互作用后产生 辐射信号的变化而建立起来的一类分析方法。它是仪器分析的重要分支。电磁辐射包括的波长范围？极短的丫射线到无线电波的所有电磁波谱范围，不只局限于光学光谱区。 电磁辐射与物质的相互作用方式？发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等等。各种相互作用的方式均可建立起对应的分析方法。光学分析法的类型极多，在定性分析、定量分析、尤其是化学结构分析等方面起着极其重 要的作用。许多新技术、新方法不断涌现。一、 电磁辐射的性质电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.99792 X010cms-1）通过空间，而

2、不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光以及X-射线和丫射线等。电磁辐射的二象性：波动性和微粒性。表明光的波长越短，或者说频率越大，光的能量越高。例：使分子或原子中的价电子激发跃迁所需的能量为120eV，计算出该能量范围相应的电磁波的波长？-=1. 吸收当原子、分子或离子吸收光子的能量与它们的基态能量和激发态能量之差满足时，将从 基态跃迁至激发态，这过程称为吸收。若将测得的吸收强度对入射光的波长或波数作图，得到该物质的吸收光谱。 对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结构。根据吸收光谱原理建立的分析方法称为吸收光谱法。当物质吸收能量后从基态跃迁至激发态

3、，激发态是不稳定的，大约经10-8S后将从激发态跃迁回至基态，此时若以光的形式释发出能量，这过程称为发射。 试样的激发形式：用适当波长的光激发等。2光学分析法分类光学分析法光谱法电子碰撞引起的电激发; 电弧或火焰的热激发；厂非光憎法有折射法、偏振送、光灘扌法，干機法、舒射法、旋光法和 圆二电性法等厂发射朮喑法有原子发射光晋法（AES1 、焉孑荧光分析 法（AFS）、分子荧光和儀光分析法tMFSs MPS）、化嗥发生分析法和瀏线光谱法、或扌 线荧光分析法等I吒憎法喙收光厝法一有廳子吸收此惜法（AAS）.紫夕可见吸收 光借法（网一WS）、红外进诰法 血）、核 磁辛振渡厝吿（NK1R）、电子自旋甚振

4、波谱法 1ESF0 、想弄堡尔厝法和対扌絃魔收光厝注等是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法A依据于辐射作用的物质对象不同，光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。B依据于物质与辐射相互作用的性质，一般分为发射光谱法、吸收光谱法、拉曼散射光 谱法三种类型。光谱分析法的特点及其局限性特点：1）分析速度快可同时测定多种元素或多种化合物。如原子发射光谱，它可在12分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果（2 ）操作简便有些样品直接分析。例如毒剂报警、大气污染检测等，可采用分子光谱遥

5、测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。不需标样，用标准谱图进行定性分析是其十分突出的优点。3 ）选择性好可测定化学性质很相近的元素和化合物。例如采用光谱分析法测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，由于它们的谱线可以分开 而不受干扰，因而测定十分方便。（4）灵敏度较高可利用光谱法进行痕量分析，相对灵敏度可达到10-6 %，绝对灵敏度可达 n 10-11 g。5）样品破坏小，可用于文物考查及刑事侦察等方面。（6）随着新技术的采用（如等离子体光源的应用），定量分析范围宽，高低含量不同的元素 可同时测定，此外还可进行微区分析。2. 局限性光谱定量分析是建立在相对比较的基础上，需有一

6、套标准样品为基准，标准样品的组成和结构形态与被分析的样品基本一致，这是比较困难的。有些方法，如红外光谱法，灵敏度较差，定量分析的准确度较低。狭缝宽度的选择原则定性分析：选择较窄的狭缝宽度 一提高分辨率，减少其它谱线的干扰，提高选择性 定量分析：选择较宽的狭缝宽度 一增加照亮狭缝的亮度，提高分析的灵敏度； 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通过条件优化确定最佳狭缝宽度。与发射光谱分析相比， 原子吸收光谱因谱线数少, 当减小缝宽。吸光光度法（吸收光谱法）红外吸收光谱法：吸收光波长范围2.5紫外吸光光度法：吸收光波长范围200析。可见吸光光度法：吸收光波长范围4001、光的互补可采用较宽的狭缝

7、。 但当背景大时，可适 主要用于有机化合物结构鉴定。（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分，主要用于有色物质的定量分析。两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为互补色光。 很多溶液为什么会有不同的颜色？实验证明：溶液的颜色是由于溶液中的有色物质吸收了某一波长的光所造成的。 如KMnO4溶液呈现紫色，因KMnO4吸收绿色光。溶液的透光度越大，说明对光的吸收越小，浓度低；反之，透光度越小，溶液对光的吸收越大，浓度高。吸光度A是用来衡量溶液中吸光物质对单色光入的吸收程度，A值越大，其吸收程度越大；反之亦然同一种物质对不同波长光的吸光度不同。收波长入max不同浓度的同一种物质，其吸收曲线

8、形状相似 而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和 可作为物质定性分析的依据之一吸光度最大处对应的波长称为最大吸入max不变;入maX则不同。不同浓度的同一种物质， 在某一定波长下吸光度A有差异，在入max处吸光度A的差异最大。在入max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。可作为物质定量分析的依据。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。&是吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；不随浓度c和液层厚度b的改变而改变；在温度和波长等条件一定时，&仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关;同一吸光物质在不同波长下的&值是不同的。在最大吸收波长入max处的摩尔吸光系数，常以& ma

9、x表示& max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。& ma越大了表明什么？&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。当 c = 1mol L-1 , b = 1cm 时，A = &值是物质吸光能力与测定灵敏度的度量；& max越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。& 105超高灵敏；C= A/ & b =0.01/105=107 mol/L& =(&10) 104& 104= -7 mol/L不灵敏。C= A/ & b =0.01/104= 106 mol/L吸光度具有加和性，是进行多组分光度分析

10、的理论基础第三章紫外-可见吸收光谱法 紫外-可见吸收光谱是分子光谱。 分子光谱是带状光谱。分子有三种运动方式形成化学键的电子云形状变化(价电子的运动)化学键振动分子沿某一轴转动对应有三种能级电子能级(Electron energy level) E (基态 E1与激发态 E2)振动能级(Vibration energy level) V= 0 , 1, 2, 3 ?转动能级 (Rotation energy level) J = 0 , 1, 2, 3 ?吸收光谱主要处于紫外及可见光区(200-78Onm)紫外-可见光谱(UV-vis ),也称电子光谱。电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大1

11、2个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，观察到的分子光谱是由若干谱带所组成，形成所谓的带状光谱。分子光谱 又称为带状光谱。用紫外（可见）光照射有机分子，分子吸收紫外（可见）光后，从电子能级基态跃迁到激发 态，得到紫外（可见）吸收光谱用红外光照射有机分子，分子从振动能级基态跃迁到激发态，可产生红外吸收光谱一、有机化合物中电子跃迁的类型有机化合物的紫外-可见吸收光谱是由于构成分子的原子的外层价电子跃迁所产生的。有机化合物分子中有三种价电子：键电子（单键）、 键电子（双键）和n电子（又称p电子，它是氧、氮、硫及卤素等杂原子上的未成键的孤对电子）成键分子轨道能级低，反键分子轨道能级高；

12、n电子是非键电子，无对应的成键轨道及反键轨道。1. 生色团（Chromophore） p272 :分子中能吸收紫外一可见光的结构单元，成为生色团（亦称发色团）含有非键或 键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起-和n- 跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元。-C=C-、 C= CC=0、-COOH、 -COOR、C=S、-N=N-、S=O、 -ONO2、-NO2、-C=O、-C=NR2. 助色团（auxochrome） p271 :是一种能使生色团的吸收峰向长波方向位移并增强其吸收强度的官能团，一般是含有未共享电子 （孤对电子）的杂原子基团，-OH、-OR、-NH2、-NR2、-SH、-SR、 -

13、CI、-Br 等这些基团中的 n电子能与生色团中的n电子相互作用（可能产生pn共轭），使n n*跃迁能量降低，跃迁几率变大。P271 表 9-2 CH4 6 Onm2. 反应的酸度 显色剂用量可通过实验选择，在固定金属离子浓度的情况下，作吸光度随显色剂浓度的变化曲介质的酸度往往是显色反应的一个重要条件，酸度的影响因素很多。女口： Fe（川）与水杨酸的配合物随介质 pH值的不同而变化线，选取吸光度恒定时的显色剂用量。 通过实验来选择显色反应的适宜酸度固定溶液中待测组分和显色剂的浓度,改变溶液（通常用缓冲溶液控制）的酸度（pH），分别测定在不同 pH溶液的吸光度 A，绘制 ApH曲线，从中找出最适

14、宜的 pH范围。3. 显色的时间由于各种显色反应的速度不同，控制一定的显色时间是必要的，尤其是对一些反应速度较 慢的反应体系4. 反应的温度有的显色反应受温度影响很大，需要进行反应温度的选择和控制进行热力学参数的测定、动力学方面的研究等特殊工作时，反应温度的控制尤为重要三、参比溶液的选择测量吸光度时，先要用参比溶液调节透射比为100% ?消除溶液中其他成分以及吸收池和溶剂对光的反射和吸收所带来的误差。根据试样溶液的性质，选择合适组分的参比溶液是很重要的。1. 溶剂参比、2试剂参比、3试样参比、4.平行操作溶液参比1. 溶剂参比试样溶液的组成较为简单，共存的其他组分很少且对测定波长的光几乎没有吸

15、收以及显色 剂没有吸收时， 这样可消除溶剂、吸收池等因素的影响。2. 试剂参比显色剂或其他试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，只是不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液；这种参比溶液可消除试剂中的组分产生吸收的影响。3. 试样参比试样基体在测定波长有吸收，而与显色剂不起显色反应时可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加显色剂。这种参比溶液适用于试样中有较多的共存组分，加入的显色剂量不大，且显色剂在测定波 长无吸收的情况。4. 平行操作溶液参比用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样同样进行处理，由此得到平行操作参比溶液。紫外-可见分光光度法的应用是一种广泛应用的定量分析方法、

16、也是定性分析和结构分析的一种手段可测定某些化合物的物理化学参数，例如摩尔质量、配合物的配合比和稳定常数、以及酸、碱的离解常数等。一、定性分析（物质鉴定、结构分析）无机元素应用少、有机化和物定性鉴定应用有局限性独到之处：能测定分子中的共轭程度， 判断生色团和助色团的种类、位置和数目、确定几何异构、互变1.物质鉴定异构和氢键强度等，一种辅助鉴定工具。利用吸收光谱的曲线形状、吸收峰位置、Imax及e max进行定性分析（1）比较吸收光谱曲线法（2）计算不饱和有机化合物最大吸收波长的经验规则2结构分析：(1) 官能团的鉴定(2) 异构体的判断顺反异构体的确定互变异构体的确定3. 化合物纯度检查(1)比

17、较吸收光谱曲线法标准物质比较法 、标准谱图比较法A、标准物质比较法相同测量条件下，测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线。尽量保持光谱的精细结构，采用非极性溶剂吸收光谱采用IgA对I作图，便于比较分析(消除浓度不同影响) 尽量要用其它方法进行证实，如红外光谱等B、利用标准谱图或光谱数据比较顺反异构体的确定 反式异构体的最大吸收峰波长一般总比顺式异构体的波长长，吸收强度也较大。 由于反式异构体的空间位阻效应小，分子的平面性能较好，共轭效应强，受的束缚力较小，激发能较小，故吸收波长Imax较长，据此可判别二者。相对含量随溶剂的极性而变，在水中，酮式占优势，只有一个弱吸收带(R带)在正已烷中，烯

18、醇式占绝对优势，其吸收光谱在245 nm处，增加一个强吸收带 K带。红外可见吸收光谱利用物质对不同波长红外光的吸收程度进行研究物质分子的组成和结构的方法，称为红外吸收光谱法，常以IR表示。具有测定方法简便、迅速、所需试样量少，得到的信息量大的优点，仪器价格相对便宜红外光谱主要用于有机和无机物的定性和定量分析 红外光谱功能鉴定有机物官能团根据特征吸收峰的位置和强度可鉴定有机物分子所含的化学键和官能团，推断化合物属于饱和或不饱和， 是脂肪族还是芳香族，是否含有双键、叁键、羟基(-0H)、氨基(NH、NH2) 或羰基(C=0)等。推断分子结构根据存在的化学键和官能团以及其它结构信息，通过与标准谱图的

19、对比推断分子结 构，进行定性分析。定量分析红外光谱适用于一些异构体和特殊体系的定量分析，它们的红外光谱尤其是指纹区的 光谱各有特征，因此可利用各自特征吸收峰的强度定量。鉴定无机化合物红外光谱能鉴定有机物，也是鉴定无机物很好的手段之一，例如络合物的研究，地矿 科学的研究也普遍采用红外光谱。分子的振动能量 转动能量，发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱是一种分子吸收光谱远红外光区吸收带(25 1000 m)主要是分子的骨架弯曲振动及无机化合物重原子之间的振动，金属有机化合物、金属络合物的伸

20、缩和变角振动等，主要用于研究分子结构及气体的纯转动光谱。各类化合物在远红外区的吸收规律不如中红外区成熟。中红外光区吸收带(2.5 25 m )基频振动是红外光谱中吸收最强的振动中红外光区是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带。最适于进行红外光谱的定性和定量分析。中红外区发展成熟、完善，应用极为广泛(对有机分析最重要) 大部分有机化合物的分子吸收在中红外光区。除色谱仪外，红外光谱仪是用的最多的仪器中红外光谱法又简称为红外光谱法是鉴定化合物和测定分子结构的用效方法之一。红外吸收光谱法特点：1. 谱图特征性强；530个峰，除旋光异构体、高聚物外凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光

21、谱。2. 重复性好(仪器不同，重复性都好)谱图数据多、全面可对照标准谱图3. 应用样品范围广气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定4. 样品用量少(1mg,卩g(FTR可放大100倍)5价格适中是否所有物质都能产生红外吸收？为什么近红外 NIR适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析？而远红外主要用于研究分子的骨架弯曲振动及无机化合物重原子之间的振动，金属有机化合物、金属络合物的伸缩和变角振动？在分子中，原子的运动方式有三种，即平动、转动和振动用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振动能级和转动能级产生跃迁。吸收能量后在振动运动状态发生改变的同时必然伴随着若干转

22、动能量的变化，故红外光谱亦称为振-转光谱。只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的能量之差时(AE =hu这个能量才能被分子吸收产生红外光谱。每种简正振动都有其特定的振动频率实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数。 原因：(1 )没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；(2) 相同频率的振动吸收重叠，即简并；(3) 仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；(4 )有些吸收带落在仪器检测范围之外。物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。同一官能团的振动频率出现在某一范围内。通常把这种能代表基团存在

23、、并有较高强度吸收峰的位置称为该基团特征频率，对应的吸收峰则称为特征吸收峰 如何区分醛、酮类化合物？利用C-H伸缩振动吸收区：2820和2720特征吸收，2720极易识别！电负性大的基团或原子吸电子能力较强取代基的电负性不同，通过静电诱导作用，引起分子中电子分布的变化， 改变了键力常数。 诱导效应（I效应）共轭效应（C效应）中介效应（M 效应）共轭效应（C效应使共轭体系中电子云密度平均化，原来的双键略有伸长，力常数变小，红 移。同一基团，若I和M效应同时存在，则振动频率最后位移的方向？当I效应大于M效应时，振动频率向高波数移动，反之，振动频率向低波数移动。实验条件很重要！同一物质的不同状态，由

24、于分子间相互作用力不同，所得到光谱往往不同红外谱图解析 p307广泛用于有机化合物的定性鉴定和结构分析。谱图的解析是根据谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确认分子中所含的基团或键，进而推定分子的结构。各官能团的特征吸收是解析谱图的基础1. 了解试样的有关信息解析谱图需结合相对分子质量、元素分析值、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等实验资料2、确定未知物的不饱和度是表示有机化合物中 C原子的饱和程度不饱和度 U的经验公式为：U=1+ n4+（n3-n1）/2式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价、三价和一价元素原子的数目。二价原子如S、O等不参加计算。电位

25、分析法电分析化学是根据物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分析的方法，以电导、电位、电流和电量等电化学参数与被测物质含量之间的关系作为计量的基础。 电分析方法特点： 分析检测限低；元素形态分析：如 Ce（III）及Ce（IV）分析产生电信号，可直接测定。仪器简单、便宜；多数情况可以得到化合物的活度而不只是浓度，如在生理学研究中，Ca2+或 K+的活度大小比其浓度大小更有意义；可得到许多有用的信息：界面电荷转移的化学计量学和速率；传质速率；吸附或化学吸附特性；化学反应的速率常数和平衡常数测定等电位分析法利用电极电位与溶液中待测物质离子的活度（或浓度）的关系进行分析的一种电化学分 析法。实质是通

26、过在零电流条件下测定两电极间的电势差。电位滴定法（与一般的滴定分析法的差别？）准确度比指示剂滴定法高，更适合于较稀浓度的溶液的滴定可用于指示剂法难进行的滴定，如极弱酸、碱的滴定，络合物稳定常数较小的滴定，浑浊、 有色溶液的滴定等。可较好地应用于非水滴定。1、如果要测定 H+离子，应该用什么电极？2、如果要测定药物或蛋白质，应该用什么电极？1.ISE的电位选择性系数可用于估计（）A.电极的检测限 B.共存离子的干扰C.二者均有2电位法测得的是（）A物质游离离子的量；B物质的总量；C二者之和3. CI-选择性电极与CI-浓度呈能斯特响应，其电极电位随试液中CI-浓度（）A增加而增加；B增加而减小；C无变化C测定值小于实际值电位值测定误差，每1mV将产生约的浓度相对误差。5用pH玻璃电极测定pH为14的试液，pH测定值与试液实际 pH为14的关系是 A相等B测定值大于实际值 对于一价离子的电极B. %, D. 2%。（ ）A. %,C. %,答案：B在直接电位法中，通常要向测量体系中加入。（总离子强度调节剂/TISAB）硫酸铵溶疋宓 二王内奪+ Em丿例 用缬氨霉素作为中性载体制作的钾电极，对铵离子的电位 选择性系数为2X10-2，以银一氯化银