仪器分析(完整版)

1、绪论一、什么是仪器分析？仪器分析有哪些特点？（简答，必考题）仪器分析是分析化学的一个重要部分，是以物质的物理或物理化学性质作为基础的一类分析方法，它的显著特征是 以仪器作为分析测量的主要手段 。1、灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的gL级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。2、选择性好。使共存的组分测定时，相互间不很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件,产生干扰。3、操作简便，分析速度快，容易实现自动化。4、相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为 5%,不

2、适用于常量和高含量成分分析。5、需要价格比较昂贵的专用仪器。分析方法r化学分析定性分析 定分祈.車畢法容法（酸WL络合、氧化-还 掠、沉淀零滴定法）仪器分析二、仪器分析的分类光化学分析法，电化学分析法，色谱分析法和其他仪器分析方法。三、仪器分析法的概念仪器分析法是以物质的物理或物理化学性质为基础， 探求这些性质在分析过程中所产生 的分析信号与物质的内在关系，进而对待测物进行定性、定量及结构分析及动态分析的一类 测定方法。四、仪器分析法的主要性能指标精密度，准确度，灵敏度，标准曲线的线性范围，检出限（浓度一相对检出限；质量一 绝对检出限）五、选择分析方法的几种考虑仪器分析方法众多，对一个所要进行

3、分析的对象， 选择何种分析方法可从以下几个方面考虑:1您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物结构剖析？2您对分析结果的准确度要求如何？3您的样品量是多少?4. 您样品中待测物浓度大小范围是多少？5. 可能对待测物产生干扰的组份是什么？6. 样品基体的物理或化学性质如何？7. 您有多少样品，要测定多少目标物？光谱分析法导论一、什么是光谱分析法以测量光与物质相互作用， 引起原子、 分子内部量子化能级之间的跃迁产生的 发射、 吸 收、散射等波长与强度的变化关系为基础 的光学分析法， 称为光谱分析法通过各种光谱 分析仪器来完成分析测定光谱分析仪器基本组成部分： 信号发生系统， 色散系统， 检测

4、系统，信号处理系统等。二、光谱的分类1、按产生光谱的物质类型：原子光谱（线状光谱）、分子光谱（带状光谱） 、固体光谱2、按产生光谱方式：发射光谱、吸收光谱、散射光谱3、按光谱性质和形状：线状光谱、带状光谱、连续光谱三、光谱仪器的组成1、光源 ：要求：强度大（分析灵敏度高） 、稳定（分析重现性好） 按光源性质：连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨灯等 线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯（汞灯、钠蒸气灯 ）、空心阴极灯、激光等。2、单色器 ：是一种把来自光源的复合光分解为单色光，并分离出所需要波段光束的装 置（从连续光源的辐射中选择合适的波长频带） 。单色光具有一定的宽度 （

5、有效带宽） 。有效带宽越小， 分析的灵敏度越高、 选择性越好、 分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。3、样品室 ：光源与试样相互作用的场所；吸收池：紫外 -可见分光光度法：石英比色皿 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片4、检测器5、显示与数据处理二、光的能量E频率u、波长入、波数b的关系E=hu =hc/ 入=hc b不同波长的光（辐射）具有不同的能量，波长越长，频率、波数越低，能量越低三、 透光率：透射光强度与入射光强度之比，用T（%）表示：I四、吸光度入射光与透射光强度之比的对数值，用符号A表示:吸光度与透光率之间的关系为：A = lg-lg TII五、什么是朗伯一比尔定律

6、（Lambert-Beer）？（简答题，必考题）1、其物理意义：一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液时，溶液 的吸光度A与溶液的浓度c和液层厚度I的乘积成正比。2、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；3、朗伯一比尔定律是吸光光度法的定量基础；4、A = KcL（A-吸光度，C-溶液浓度 mol/L, K吸收系数，L液层厚度cm） 六、对的相关说明（易出判断或选择题）1、 必须是在使用 适当波长的单色光为入射光的条件下，吸收定律才成立。单色光越纯， 吸收定律越准确；2、 并非任何浓度的溶液都遵守吸收定律，稀溶液均遵

7、守吸收定律,浓度过大时，将产 生偏离。3、 吸收定律能够用于那些彼此不相互作用的多组分溶液，它们的吸收光度具有加合性, 即溶液对某一波长光的吸收等于溶液中各个组分对该波长光的吸收之和。4、 吸收定律中的比例系数称为 “吸收系数k”它与很多因素有关，包括入射光的波长、 温度、溶剂性质及吸收物质的性质，与浓度和光透过介质的厚度 无关， 七、摩尔吸收系数的理解1、物理意义：浓度为 1mol/L的溶液，在厚度为1cm的吸收池中，在一定波长下的吸 光度；2、数学表达式：（1）当C=1mol/L L=1cm 时，A=KcL, K称为摩尔吸收系数，用k表示;（2）当C单位为g/L时，A=acl （a吸收系数

8、）八、摩尔吸收系数（K的讨论（易出判断或选择）定性鉴定的参数；1、吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为2、 不随浓度c和光程长度L的改变而改变， 在温度和波长等条件一定时，K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K值是不同的。在最大吸收波长 亦ax处的摩尔吸光系 数，常以Kmax表示。Kmax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、Kmax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。k 105 :超高灵敏；k =（610） X 104 :高灵敏；k 104。1.2选择性好：显

9、色剂仅与被测离子发生显色反应1.3对照性好：显色剂在测定波长处无明显吸收，=?max60nm1.4反应生成的有色化合物组成恒定，稳定。1.5显色条件易于控制，重现性好。红外吸收光谱法主要是定性测量一、红外光谱与紫外光谱的区别1. 起源不同： 紫外光谱一电子光谱红外光谱一振动-转动光谱2. 特征性不同： 红外光谱的特征性比紫外光谱强紫外光谱主要是分 子的n电子或n电子跃迁产生的吸收光谱， 多数紫外光谱较简单， 特征性较差。红外吸收光谱是 振动-转动光谱。每个 官能团都有几种振动形式，在红外区相应产生几个吸 收峰，光谱复杂，特征性强。二、红外光谱的形成及产生条件1、 能量在4000-400cm-1

10、的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只能引起 振动能级与转动能级的跃迁，故红外光谱又称振转光谱；2、 由于振动能级跃迁的同时不可避免地伴随转动能级的变化，故红外光谱也是 带光谱；3、没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收；4、第99页表8-1红外光谱的分区看一下某物质能吸收红外光波，产生红外吸收光谱图, 那么其分子结构中必定（）A.发生偶极矩的净变化，B.含有共辄体系， U含有不饱和键， D具有对称性三、红外光谱对试样的要求（选择题或判断题）1、试样纯度应99%，便于与纯化合物的标准进行对照。多组分试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。2、试样中不应含

11、有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸 收池的盐窗。四、样品的制样方法（固、液、气）1、固体样品的制备（1） 压片法：将12mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，研磨到粒度小于2卩m,在压 片机上压成透明薄片，即可用于测定。（2）糊状法：研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐窗上，进行测试。此法可消除 水峰的干扰。液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究饱和烷烃的红外吸收。2、液体样品的制备液膜法、液体吸收池法、样品滴入压好的Kbr薄片上测试3、气态样品的制备气态样品一般都灌注于气体池内进行测试。色谱分析法导论一、色谱法的优缺点（简答题60%1优点:（1）分离效率高

12、能很好地分离理化性质极为相近的复杂混合物，如有机同系物、异构体、手性异构体；（2）灵敏度高由于使用高灵敏的检测器，可以检测出10-1110-13g的样品组分；（3）分析速度快对某一混合组分的分析，只需几分钟或几十分钟内就可以完成一个分析周期；（4）应用范围广气相色谱适用于沸点低于 400C的各种有机或无机试样的分析，液相色谱适用于高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析，离子色谱法适用于无机离子及有机酸碱的分离分析，三者具有很好的互补性。2、缺点：对被分离组分的定性较为困难。二、色谱图1、色谱图定义：试样各组分经色谱柱分离后，从柱后流出进入检测器，检测器将各组分浓度（或质量）的变化转换为电压（或电

13、流）信号，再由记录仪记录下来。所得的电信号强度随时间变化的曲线，称为流出曲线，即色谱图。2、基线：没有组分仅有流动相进入检测器时，检测到的信号即为基线3、 峰高：色谱峰顶点到基线的距离，h 三、衡量色谱峰宽度的参数1、峰底宽（Wb）:色谱峰两边转 折点所画切线与基线相交截距；拐点 位于0.607h处。如图IJ 间的距离。2、半峰宽（W1/2）:色谱峰高一 半处的宽度，如图 GH间的距离。四、色谱分析中的分配平衡1、分配平衡：在一定温度下组分在流动相和固定相之 间所达到的平衡；2、 分配系数：组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组 分在两相间分配

14、达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为色谱柱（固定相）U f I f*气相（移湖0）（固定相）3、标准偏差（；）:拐点间距离的 一半，即0.607倍峰高处色谱峰宽度 的一半。EF的一半。5色诺柱5分配系数，用K表示，即:K组分在固定相中的浓度_ Cs-组分在流动相中的浓度-Cm3、保留值（色谱法的定性参数）：从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔;五、考点（重要内容、选择题）1、分配系数是色谱分离的依据。不同组分的分配系数的差异，是实现色谱分离的先决条件,分配系数相差越大，越容易实现分离。！ ！（配系数小，较早流出色谱柱，分配系数大的组分流出时间较长）2、根据色谱峰的个数，可以判断样品

15、中所含组份的最少个数.（色谱分析中定量分析的参数是峰面积，定性分析的参数是保留时间）5、色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据.6、 色谱峰两峰间的距离，是评价固定相（和流动相）选择是否合适的依据。7、 例题：组分 A、B在某气液色谱柱上 K分别为495, 467,哪个先出峰？ （467,小的先 出峰）六、塔板理论（选择题的计算题）1、半经验理论：将色谱柱比作蒸馏塔， 把一根连续的色谱柱设想成是由许多小段组成。在每一小段内，一部分空间被固定相占据，另一部分空间被流动相占据。组分随流动相进入色谱柱后，就在两相间进行分配。2、考点：塔板理论的特点和不足（猜测：易出判断题）（1）当色

16、谱柱长度一定时，塔板数n越大（塔板高度H越小），被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄，越能分开；（2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量 柱效能的指标时，应指明测定物质。（3） 柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该 色谱柱的塔板数多大，都无法分离。（4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指 出影响柱效的因素及提高柱效的途径。塔板理论的假设:（1）在每一个小段内，平衡可以迅速达到;（2）将载气看作成脉动（间歇过程；（3）试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；（4）每次分配

17、的分配系数相同。理论塔板高度使组分在柱内两相间达到一次平衡分配 所需的柱长：理论塔板数松组分流过色谱柱时在两相间进行平衡分 配的次数；色谱柱长* Z；则三者的关系为： 口 =丄或H =丄H n3、计算题（选择题必考）n有效二 5.亘)W/2(t但)2W/2t1600L54 1005.9( s)100016000.6 3( mr)例：已知一根长1m的色谱柱的n有效为1600块，组分A在该柱上的调整保留时间为 100s，试求A峰的半峰宽及有效塔板高度。气相色谱法一、简述说明气相色谱分析的基本原理（简答题）根据两相间分配原理而使混合物中各组分分离，利用各组分物理化学性质的不同，在流动相流经固定相时，

18、由于各组分在两相间的吸附、分配或其它亲和力的差异而产生不同速度 的移动，最终达到分离的目的。二、 气相色谱仪的基本设备包括哪几部分？各有什么作用？（选择题）1、部分：气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录及数据处理系统以及温度 控制系统；2、气相色谱仪具有一个让载气连续运行管路密闭的气路系统，获得纯净的、流速稳定的载气；3、进样系统：包括气化室和进样器，其作用是将液体或固体试样在进入色谱柱前瞬间气 化，然后快速定量地转入到色谱柱中；4、分离系统：包括填充柱和毛细管柱，分离样品，色谱仪的核心部件；5、检测系统：按分离的各组分特性和含量转变成易于记录的电信号的装置，色谱仪的 关键部分；6、记

19、录及数据处理系统：对色谱数据进行记录和自动处理，对色谱参数进行控制；7、 温度控制系统：温度是色谱分离的控制温度。最重要的选择参数设置原则：根据待测试样各组分沸点设置柱温，低于色谱柱最高使用温度20-50G温控方式：恒温、程序升温三、气、液相色谱的特点比较1、20%勺有机物可用气相色谱测，大部分用液相色谱;2、气相色谱液相色谱适用范围易挥发、热稳定的化合物，不能对 腐蚀性能和反应性能较强的物质 （气、液、固可以气化的皆可）不易挥发、热不稳定但具有一定溶解性化合物，不适合气体流动相作用运载样品，不影响色谱分离运载样品，参与影响色谱分离，起主要作用分析样品破坏样品，不能回收不破坏样品，能回收四、气

20、-液色谱的固定相1、固定相：在化学惰性的固体颗粒 （载体或担体）表面，涂上一层高沸点有机化合物 （固定液）液膜；2、在气-液色谱柱内，被测物质中各组分的分离是基于各组分在固定液中溶解度的不同；3、载体：用来支撑形成一层均匀的固定液薄膜，化学惰性物质；4、固定液：高沸点有机物，均匀地涂在载体表面，呈液膜状态，操作温度下为液体；五、气一固色谱的固定相1吸附剂：石墨化碳黑、硅胶、氧化铝2、 分子筛：4A、5A、13X（数字表孔径10-10 m,字母表类型）3、高分子多孔微球：苯乙烯 /乙基乙烯苯与二乙烯苯交联共聚六、考点：高柱效原子发射光谱法（ AES）优点二冋二少一广高选择性:能分离性质极为相近的

21、物质 高灵敏度：可分析lO-lOg的物质 高柱效：H-10M06分离效能高；短时间内能同时分离和测定极为负载的混合物。样品用量少 分析时间少 应用范围广:bp. 500C)M40020%有机物热稳定需有对照品七、补充：金属离子测定的方法有哪些？简要说明原理及优缺点。（简答题）1、方法：原子吸收光谱法、原子发射光谱法、紫外一可见吸收光谱法；2、原理及有缺点，详见本章节资料；八、测有机物的方法： 紫外一可见吸收光谱法、色谱法;一、原子发射光谱法1、定义：根据待测元素的激发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度，对元素进行定 性和定量测定的分析方法；2、原子发射光谱仪主要由激发源、分光系统和检测系统三部

22、分组成；二、原子发射光谱法的特点1. 多元素同时检出能力一个样品一经激发， 样品中各元素都各自发射出其特征谱线， 可以进行分别检测而同时 测定多种元素；2. 分析速度快试样多数不需经过化学处理 就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多 元素同时测定， 若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定；3、选择性好每种元素因其原子结构不同， 发射各自不同的特征光谱， 对于分析一些化学性质极为相 似的元素具有特别重要的意义；4、检出限低（灵敏度高）5、 准确度较高：标准曲线的线性范围宽，可达46个数量级。可同时测定高、中、低 含量的不同元素。因此 ICP AES已广泛应用于各

23、个领域之中。6、式样用量少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。三、原子发射光谱是怎样产生的？（必考点）原子发射光谱的产生是由于 原子外层电子在不同能级间（高能级向低能级）的跃迁 , 多 余能量以电磁辐射的形式发射出去，从而得到发射光谱，原子发射光谱为线状光谱；四、光谱的定性分析1、根据光谱图中是否有某元素的特征谱线 （一般是最后线 ） 出现来判断样品中是否含有 某种元素。2、定性分析：标准试样光谱比较法和 铁光谱法3、元素的分析线与最后线 进行定性分析时，只须检出几条谱线即可。 分析线：进行定性分析或定量分析的特征谱线。灵敏线：具有一定强度、能标记某元素存在的特征谱线

24、。是容易激发的谱线。 最后线：指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。在定性分析中，待测元素谱线容易被基体的谱线和临近的较强谱线所干扰或重叠，一般要根据该元素两条以上不受干扰的最后线与灵敏线来判定，以避免由于其他谱线的干扰而判断错误。4、铁光谱法目前最通用的方法，是采用 铁的光谱作为波长的标尺 ，来判断其他元素的谱线。 特点：谱线多，在210660nm范围内有几千条谱线。谱线间距离都很近，在上述波长范围内谱线均匀分布，且对每一条谱线波长已精确测量。原子吸收光谱法（AAS一、原子吸收光谱法定义原子吸收光谱法是基于被测元素 基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收进行元 素定量

25、分析的方法。二、原子吸收光谱法的缺点1、目前大多数仪器都不能同时进行多元素的测定。因为每测一个元素都需要与之对应 的空心阴极灯。2、标准曲线线性范围窄，多数为两个数量级。3、 原子化温度比较低，对于一些易形成稳定化合物的元素，如W, Ta , Zr，稀土等非 金属元素，原子化效率低，检出能力差，结果不能令人满意。三、光源一一空气阴极灯（HCL）j-I II丄1 1 :1ij111、光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。2、空心阴极灯 Hollow cathode lamps （HCL） 是符合上述要求的理想光源，目前应用最广范。3、AAS法测什么元素，就要用什么元素的空心阴极灯。换灯麻烦，所以该方法 不适于用来进行元素定性分析（ 要知道什么元素才能换对应的灯）4、 构造：待测元素的纯金属作灯的阴极、灯内充有惰性气体（Ar或Ne）5、 选用灯电流