《仪器分析》课程辅导教案

1、学习好资料欢迎下载仪器分析课程辅导教案（光学分析和色谱分析）山东大学公共卫生学院卫生检验研究室邵丽华课程简介仪器分析是根据物质的物理和化学性质来获取物质化学组成、含量、结构及相关信息的科学；它是分析化学的重要组成部分。随着科学技术的发展，分析化学已由过去的经典分析方法为主转向以仪器分析方法为主。仪器分析在医学科学和生命科学中，对揭示生命起源、从分子水平上研究生命的过程；临床检验中的配合诊断和治疗疾病；预防医学领域内的环境监测；卫生检验领域的职业中毒检验、营养成分分析等都起着重要作用。仪器分析是卫生检验专业的重要的专业基础课。仪器分析课程的特点是基本理论与实践紧密结合，通过严格的实验训练，培养认

2、真的科学态度及独立进行精密科学实验的技巧，提高分析问题和处理问题的能力，为后继课程的学习以及从事医药卫生和科学研究打下良好的基础。课时安排学时数累计学时数紫外可见分光光度法77原子吸收分光光度法512分子荧光分析法416色谱分析导论420气相色谱法626局效液相色谱法430合30参考书目仪器分析武汉大学化学系编.高等教育出版社出版2001年3月，第1版仪器分析方惠群，于俊生，史坚编.科学出版社出版2002年2月，第1版仪器分析郭永等编.地震出版社出版2001年4月，第1版阅读说明1 .本教案源自现山东大学卫生检验专业和预防医学专业使用教材分析化学，邹学贤主编.人民卫生出版社出版，第1版.教案中

3、如有错漏，请以该教材中内容为准。2 .每章中都备有“基本要点”，共阅读时参考。3 .为便于阅读，教案目录中的各个条目均与相应章节链接，点击目录中想要阅读的条目，即可跳转至相应位置以供阅读（想要返回目录页时，建议使用word工具栏的“返回”符号）。仪器分析教案目录紫外可见分光光度法4光学分析法4电磁波4分子吸收光谱6光的吸收定律10分光光度计13定性及定量分析方法16光度法显色反应条件和测量条件的选择18紫外-可见分光光度法应用21自测题21原子吸收分光光度法23基本原理23原子吸收分光光度计30定量分析方法31原子吸收分光光度法干扰及消除32原子吸收实验技术及应用34自测题36分子荧光分析法3

4、7基本原理38溶液的荧光强度41测量荧光的仪器43应用与示例44自测题45色谱分析导论46色谱法及及分类46色谱流出曲线和术语48色谱分析基本原理50自测题60气相色谱法62概述62气相色谱分离条件的选择63色谱柱65气相色谱检测器67气相色谱定性定量分析71毛细管柱气相色谱法75顶空气相色谱法76气相色谱法的应用77自测题78高效液相色谱法79概述79高效液相色谱仪80色谱分离条件选择84液-固色谱法85化学键合相色谱法86离子交换色谱法87尺寸排阻色谱法88高效液相色谱法的应用89自测题90紫外可见分光光度法7学时基本要点：1 .理解分子吸收光谱的产生及特征；2 .理解光吸收基本定律和应用

5、于紫外可见分光光度法的条件及其偏离因素；3 .了解紫外-可见分光光度计的主要部件及其类型；4 .理解紫外-可见分光光度法的显色反应条件和测量条件的选择；5 .掌握紫外-可见分光光度法的定性分析和定量分析方法及其应用。光学分析法光学分析法一利用辐射与物质间相互作用进行定性、定量的分析方法。尸光谱法光学光谱：原子吸收、紫外可见、荧光分析、原子发射等光学J其它光谱：核磁共振、顺磁共振、X射线荧光等分析法非光谱法：折射法、偏振法、旋光法、园二向色散法、X射线衍射法等电磁波1 .电磁波电磁波：实验证实，电磁波（电磁辐射）是一种以极高速度传播的光量子流。既具有粒子性，也具有波动性。1 .波动性：其特征是每

6、个光子具有一定的波长，可以用波的参数如波长（？）、频率（j、周期（T）、及振幅（A）等来描述。由于在真空中，所有电磁波均以同样的最大速度C”传播，各种辐射在真空中有固定的波长：C一但电磁波在任何介质中的传播速度都比在真空中小，通常用真空中的九”值来标记各种不同的电磁波。波长单位：紫外可见区常用“nm'红外光区常用？”微波区常用“cm”2 .粒子性电磁辐射与物质之间能量的转移用粒子性来解释特征：辐射能是由一颗一颗不连续的粒子流传播的，这种粒子叫光量子，是量子化的（发射或被吸收）。光量子的能量：E=hv式中：hplank常数，其值为6.626M10-34JS光量子能量与波长的关系为：E=h

7、v=h（2）例如：九为200nm的光，一个光量子的能量是:一 c_34E = h- =6.626 102.997925 108_ _9200 10= 9.923 10,9(J)由于光量子能量小（10-19J）,因此定义：1eV（电子伏）=1.6021X10-19J992310一19则上例中E:19=6.2（eV）1.602110一19由（2）式可知：EtEJ,九E即：随着九，辐射波动性变得较明显；随着八J,辐射的粒子性表现的较明显。2 .电磁波电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱。紫外可见分光光度法：是根据物质分子对紫外及可见光谱区光辐射的吸收特征和吸收程度进行定性、定量的分析方法。分

8、子吸收光谱一.分子吸收光谱的产生（一）分子能级与电磁波谱分子中包含有原子和电子，分子、原子、电子都是运动着的物质，都具有能量，且都是量子化的。在一定的条件下，分子处于一定的运动状态，物质分子内部运动状态有三种形式：电子运动：电子绕原子核作相对运动；原子运动：分子中原子或原子团在其平衡位置上作相对振动；分子转动：整个分子绕其重心作旋转运动。所以：分子的能量总和为E分子=Ee+Ev+Ej+?（Eo+E平）（3）分子中各种不同运动状态都具有一定的能级。三种能级：电子能级E（基态E1与激发态E2）振动能级V=0,1,2,3?转动能级J=0,1,2,3?当分子吸收一个具有一定能量的光量子时，就有较低的能

9、级基态能级Ei跃迁到较高的能级及激发态能级E2,被吸收光子的能量必须与分子跃迁前后的能量差？E恰好相等，否则不能被吸收E=E2Ei=名光子=hv=AEe+AEv+&Ej转动载迁电子-搬动枭动岷迁、电子谶度毒振动转动麻还图i双原子分子的三种能级跃迁示意图对多数分子对应光子波长紫外、可见区（电子）（中）红外区（振动）（远）红外区（转动）?E约为120eV1.250.06?E约为0.51eV251.25?E约为10-40.05eV1.25cm25?分子的能级跃迁是分子总能量的改变。当发生电子能级跃迁时，则同时伴随有振动能级和转动能级的改变，即电子光谱”一-均改变。因此，分子的电子光谱”是由许

10、多线光谱聚集在一起的带光谱组成的谱带，称为带状光谱由于各种物质分子结构不同T对不同能量的光子有选择性吸收T吸收光子后产生的吸收光谱不同T利用物质的光谱进行物质分析的依据。二.紫外-可见吸收光谱与有机分子结构的关系（一）电子跃迁的类型许多有机化合物能吸收紫外-可见光辐射。有机化合物的紫外-可见吸收光谱主要是由分子中价电子的跃迁而产生的。分子中的价电子有：成键电子：仃电子、冗电子（轨道上能量低）未成键电子：n电子（轨道上能量较低）这三类电子都可能吸收一定的能量跃迁到能级较高的反键轨道上去，见图-3:一（一-I反键ILL苴'反槌L,均N。%t,t1t和成键兀一-I成健。成穗图2分子中价电子跃

11、迁示意图1. 。-*跃迁仃-仃*的能量差大t所需能量高t吸收峰在远紫外<150nm）饱和姓只有仃、。*轨道，只能产生仃-o*跃迁，例如：甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm（<150nm）（因空气中。2对<150nm辐射有吸收，定量分析时要求实验室有真空条件，要求一般难达到）2. n-n*跃迁n-n*能量差较小t所需能量较低t吸收峰紫外区（九200nm左右）不饱和烂类分子中有冗电子，也有n*轨道，能产生n-n*跃迁：CH2=CH2，吸收峰165nm。（吸收系数名大，吸收强度大，属于强吸收）3. n-o*跃迁n-o*能量较低t收峰紫外区（入200nm左右）（与兀-n*

12、接近）含有杂原子团如：-OH,-NH2,-X,-S等的有机物分子中除能产生CT-O*跃迁外，同时能产生n-仃*跃迁，例如：三甲基胺（CH3）3N-的n-cr*吸收峰在227nm,8约为900L/molcm,属于中强吸收。4. n-n*跃迁n-n*能量低T吸收峰在近紫外、可见区（儿200700nm於有杂原子的不饱和基团，如-C=O,-C三N等，例如：丙酮：n-n*跃迁，Kmax280nm左右（同时也可产生n-冗*跃迁），属于弱吸收，w<500L/molcm.各种跃迁所需能量大小次序为：仃-。*>n-。*>n-n*>n-兀*紫外-可见吸收光谱法在有机化合物中应用主要以：冗-

13、冗*、n-冗*为基础。（二）吸收峰的长移和短移长移：吸收峰向长入移动的现象，又称红移；短移：吸收峰向短入移动的现象，又称紫移；增强效应：吸收强度增强的现象；减弱效应：吸收强度减弱的现象。（三）发色团和助色团n-n*、n-兀*跃迁都需要有不饱和的官能团以提供几轨道，因此，轨道的存在是有机化合物在紫外-可见区产生吸收的前提条件。1 .发色团：具有几轨道的不饱和官能团称为发色团。主要有：-C=O,-N=N-,-N=O,-C三C-等。但是，只有简单双键的化合物生色作用很有限，具有时可能仍在远紫外区，若分子中具有单双键交替的共腕大豆键”（离域键）时，如：丁二稀CH2=CHCH=CH2由于大n键中的电子在

14、整个分子平面上运动，活动性增加，使n与n*问的能量差减小，使-n*吸收峰长移，生色作用大大增强。2 .助色团本身不生色”，但能使生色团生色效应增强的官能团一一称为助色团主要有：-OH、ZH2、6H、©、-Br等（具有未成键电子轨道n的饱和官能团）当这些基团单独存在时一般不吸收紫外-可见区的光辐射。但当它们与具有轨道的生色基团相结合时，将使生色团的吸收波长长移（红移），且使吸收强度增强。（助色团至少要有一对与生色团冗电子作用的孤对电子）（四）溶剂效应（溶剂的极性对吸收带的影响）n-n*跃迁：溶剂的极性t长移三.吸收光谱吸收光谱：又称吸收曲线，是以波长（九）为横坐标、吸光度（A）为纵坐标

15、所描绘的图形。特征：吸收峰曲线上比左右相邻处都高的一处；入max吸收程度最大所对应的九（曲线最大峰处的人）谷曲线上比左右相邻处都低的一处；入min最低谷所对应的九；肩峰介于峰与谷之间，形状像肩的弱吸收峰；末峰吸收在吸收光谱短波长端所呈现的强吸收而不呈峰形的部分。图3吸收曲线示意图定性分析：吸收光谱的特征（形状和九max）定量分析：一般选/max测吸收程度（吸光度A）,光的吸收定律一.Lambert-Beer定律光吸收基本定律“LamberBeer定律”是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度（c）和液层厚度（b）间的关系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外-可见光度法定量的基础。Lamber

16、t定律吸收与液层厚度（b）间的关系Beer定律一一吸收与物质的浓度（c）间的关系“LamberBeer定律”可简述如下：当一束平行的单色光通过含有均匀的吸光物质的吸收池（或气体、固体）时，光的一部分被溶液吸收，一部分透过溶液，一部分被吸收池表面反射；设：入射光强度为I0,吸收光强度为Ia,透过光强度为It,反射光强度为Ir,则它们之问的关系应为：I0=Ia+It+Ir（4）若吸收池的质量和厚度都相同，则Ir基本不变，在具体测定操作时Ir的影响可互相抵消（与吸光物质的C及b无关）(5)上式可简化为：Io=Ia+Itln=K'bcIt实验证明：当一束强度为Io的单色光通过浓度为c、液层厚度

17、为b的溶液时，部分光被溶液中的吸光物质吸收后透过光的强度为It,则它们之间的关系为:k称为透光率，用t%表示。I0-lg£称为吸光度，用A表示I0则A=-lgT=Kbc此即Lambert-Beer定律数学表达式。L-B定律可表述为：当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度（A）与溶液的浓度（C）和厚度（b）的乘积成正比。它是分光光度法定量分析的依据。二.吸光度的加和性设某一波长（九）的辐射通过几个相同厚度的不同溶液C1,C2?cn,其透射光强度分别为I1,I2?In,根据吸光度定义：这一吸光体系的总吸光度为而各溶液的吸光度分别为:A +A2 +(8)AlgLlgjjI1I2In二J

18、I1I2InI1I2InInIn吸光度的和为：A=lg卜=A-A2An（9）In即几个（同厚度）溶液的吸光度等于各分层吸光度之和。如果溶液中同时含有n中吸光物质，只要各组分之间无相互作用（不因共存而改变本身的吸光特性），则：A=K1C1b1+K2C2b2+?KnCnbn=Ai+A2+?+An（10）应用：进行光度分析时，试剂或溶剂有吸收，则可由所测的总吸光度A中扣除，即以试剂或溶剂为空白的依据；测定多组分混合物;校正干扰三.吸光系数Lambert-Beer定律中的比例系数K”的物理意义是：吸光物质在单位浓度、单位厚度时的吸光度。一定条件（T、九及溶剂）下，K是物质的特征常数，是定性的依据。K在

19、标准曲线上为斜率，是定量的依据。常有两种表示方法：1 .摩尔吸光系数（8）：当c用mol/L、b用cm为单位时，用摩尔吸光系数W表示,单位为L/molcmA=名bc（11）6与b及c无关。g一般不超过105数量级，通常：名>104为强吸收；8V102为弱吸收；102>&>104为中强吸收。吸收系数不可能直接用1mol/L浓度的吸光物质测量，一般是由较稀溶液的吸光系数换算得到。2 .吸光系数当c用g/L,b用cm为单位时，K用吸光系数a表示，单位为L/gcmA=abc-（12）名与a之间的关系为：w=M-a（13）8通常多用于研究分子结构a多用于测定含量。四.引起偏离L

20、ambert-Beer定律的因素根据L-B定律，A与c的关系应是一条通过原点的直线，称为标准曲线”。但事实上往往容易发生偏离直线的现象而引起误差，尤其是在高浓度时。导致偏离L-B定律的因素主要有：1 .吸收定律本身的局限性事实上，L-B定律是一个有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。由于在高浓度时（通常C>0.01mol/L）,吸收质点之间的平均距离缩小到一定程度，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，此影响能改变它们对特定辐射的吸收能力，相互影响程度取决于C,因此，此现象可导致A与C线性关系发生偏差。n此外，名=&直-7（n为折射率）、（n2+2）2只有当cW0.01mol/L

21、（低浓度）时，n基本不变，才能用名代替。2 .化学因素溶液中的溶质可因c的改变而有离解、缔合、配位以及与溶剂间的作用等原因而发生偏离L-B定律的现象。例：在水溶液中，Cr(VI)的两种离子存在如下平衡Cr2O42-+H2O?2CrO42-+2H+Cr2O42-、CrO42-有不同的A值，溶液的A值是二种离子的A之和。但由于随着浓度的改变(稀释)或改变溶液的pH值，Cr2O42-/CrO42-会发生变化，使C总与A总的关系偏离直线。消除方法：控制条件。3 .仪器因素(非单色光的影响)L-B定律的重要前提是单色光”，即只有一种波长的光；实际上，真正的单色光却难以得到。由于吸光物质对不同九的光的吸收

22、能力不同(名不同)，就导致对的偏离。单色光”仅是一种理想情况，即使用棱镜或光栅等所得到的单色光”实际上是有一定波长范围的光谱带，单色光”的纯度与狭逢宽度有关，狭缝越窄，他所包含的波长范围也越窄。4 .其它光学因素(1)散射和反射：浑浊溶液由于散射光和反射光而偏离L-B(2)非平行光分光光度计紫外-可见分光光度计是在紫外可见区可任意选择不同九的光测定吸光度的仪器。一.紫外-可见分光光度计的主要部件1 .光源：提供入射光的装置；(1)鸨灯或碘鸨灯：发射光九范围宽，但紫外区很弱，通常取此九350nm光为可见区光源(2)氢灯或笊灯：气体放电发光光源，发射150400nm的连续光谱，用作紫外区同时配有：

23、稳压电源(稳定I0);光强补偿装置；聚光镜等。2 .单色器：将来自光源的光按波长的长短顺序分散为单色光并能随意调节所需波长光的一种装置。(1)色散元件一一把混合光分散为单色光的元件是单色器的关键部分！)常用的元件有：棱镜由玻璃或石英制成，它对不同九的光有不同的折射率，将复合光分开但：光谱疏密不均长九区密，短九区疏光栅一一由抛光表面密刻许多平行条痕(槽)而制成，利用光的衍射作用和干扰作用使不同Z的光有不同的方向，起到色散作用。(光栅色散后的光谱是均匀分布的)(2)狭缝一一入口狭缝：限制杂散光进入出口狭缝：使色散后所需九的光通过(3)准直镜一一以狭缝为焦点的聚光镜其作用为：将来自于入口狭缝的发散光

24、变成单色光把来自于色散元件的平行光聚集于出口狭缝3 .吸收池：装被测溶液用的无色、透明、耐腐蚀的池皿光学玻璃吸收池一一只能用于可见区石英吸收池一一可用于紫外及可见区。定量分析时：吸收池应配套(同种溶液测定？A<0.5%)4 .检测器：将接受到的光信号转变成电信号的元件。常用的有：(1)光电管一真空管内装有：一个丝状阳极一一用锲制成一个半圆筒状阴极一一金属制成，凹面涂光敏物质。国产光电管：紫敏光电管：用睇、葩做阴极，适用范围200625nm红敏光电管：用银、氧化葩作阴极，适用范围6251000nm(2)光电倍增管：原理与光电管相似，结构上有差异。5.显示器：电表指针、数字显示、荧光屏显示等

25、显示方式：A、T(%)、c等二.分光光度计的类型常见的可见及紫外-可见分光光度计：1 .单波长、单光束分光光度计(721、722、752型等)一个单色器；一种波长的单色光；一束单色光。2 .单波长双光束分光光度计从一个单色器获取一个波长的单色光用切光器分成二束强度相等的单色光实际测量到的吸光度A应为？A(As-Ar)()AAs-Arlgj-0-lgY0=1g3(14)ISIRIS式中消去了I0,即消除了光源不稳定性引起的A值测量误差。3 .双波长分光光度计二个单色器得到二个波长不同的单色光。两束波长不同的单色光(九1、九2)交替地通过同一试样溶液(同一吸收池)后照射到同一光电倍增管上，最后得到

26、的是溶液对垢和九2两束光的吸光度差值?A即A-A2:图4双波长双光束分光光度计以双波长单光束方式工作时的光学系统图若用于测定浑浊样品或背景吸收较大的样品时，可提高测定的选择性，用As表示非待测组分的吸光度(背景吸收)则I0(-1)A,=1g-As(i)=；,ibcAs(i)(15)It(.1)I0(3)A.2=lg-As(2)=；,2bcAs(2)(16)It(.2)一般情况下：由于左与2相差很小，可视为相等(As一般不受儿的影响，或影响甚微)As(1)=As(2)因此，通过吸收池后的光强度差为I0(11)八二幻尸=A、-A-2=(.-.2)bc(17)I0(2)该式表明：试样溶液中被测组分的

27、浓度与两个波长笈和£2处的吸光度差？A成比例，这是双波长法的定量依据。双波长分光光度计不仅可测定多组分混合试样、浑浊试样，而且还可测得导数光谱。定性及定量分析方法1 .定性分析选择合适的溶剂（非极性），使用有足够纯度单色光的分光光度计，在相同的条件下测定相近浓度的待测试样和标准品的溶液的吸收光谱，然后比较二者吸收光谱特征：吸收峰数目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（九）等；分子结构相同的化合物应有完全相同的吸收光谱。2 .定量分析（一）单组分定量分析方法1 .标准曲线法：配制一系列（510）个不同C的标准溶液，在适当人通常为九max下，以适当的空白溶液作参比，分别测定A,然后作A-c曲

28、线同条件下测定试样溶液吸光度Ax,查找对应的Cx。2 .直接比较法：已知试样溶液基本组成，配制相同基体、相近浓度的标准溶液，分别测定吸光度A标、A样根据L-A定律：A标=K b c标A样=K b c样贝uC样=MC标（18）A示（二）多组分定量分析混合组分的吸收光谱相互重叠的情况不同，测定方法也不相同，常见混合组分吸收光谱相干扰情况有以下三种：（1）（2）（3）图5混合组分吸收光谱的三种相干情况示意图1 .第一种情况：各种吸光物质吸收曲线不相互重叠或很少重叠，则可分别在九1及22处测定a及b组分的c；2 .第二种情况部分重叠：先在人1处测得Ca，冉在入2处测得混合组分的吸光度Aa+b,根据吸收

29、定律加和性：b(.2)=Aa(z).k)=；a(,2)bca.；b(bCb即可求得Cbo应先求得飙2),与Ea("),并使用相同b3.第三种情况：两吸收曲线互相重叠，但服从L-B定律(1)解方程组法：若试样中需要测定两种组分，则选定两个波长九1及K2,测得试液的吸光度为A1和A2,则可解方程组求得组分a、b的浓度Ca、Cb：/A1=，bCa+%6Cb(在九1处)A2='bCa+'b'Cb(在九2处)(19)如果混合物含有n个组分，可不经分离，在n个适当波长处进行n次测量，获得n个吸光度值，然后解n个联立方程以求得各组分的浓度。(2)等吸光度双波长(消去)法吸收

30、光谱重叠的d、e两组分共存，现设法把一种组分(a)的吸光度消去。方法如下：240260280300320340A(nm：图6二组分混合物吸收光谱用作图法选择兀、%(双波长分光光度法)选取两个适当的波长入1和入2,A=A2-A1=A2dA2e-A1d-A1e二AdAe使8id二改d,而=|"-4尽可能大，则用这两个波长九1和九2测得混合物溶液吸光度之差？A应只与Q成正比（而与Cd无关），直接测得Ce:因为8；=8；所以AAd=（&；一d）b'Cd=0若用1cm吸收池A=Ae（2e-1e）ce-；ece=Kce若需测定另一组分d时，也可用同样方法，选择另一个Ki'

31、和£2'，先消去的e的干扰，直接求cd光度法显色反应条件和测量条件的选择一.影响显色反应的因素及反应条件的选择（一）显色反应的选择1 .选择性好：干扰少或易排除；2 .灵敏度高（S）:尤其是对低含量组分，一般选择3104105L/molcm3 .有色化合物稳定、组成恒定4 .有色化合物与显色剂的颜色差别大（二）影响显色反应的因素及反应条件1 .显色剂的用量M+R?MR待测组分显色剂有色化合物在被测组分一定及其它实验条件不变的情况下，分别测得加入不同量显色剂测得A值，作A-cr曲线，常见以下二种情况：因此，合适的CR通过实验确定2 .溶液的酸度对金属离子存在状态的影响防止水解，

32、防止沉淀生成(2)对显色剂浓度的影响H2R2H+ + R2-pKaH2R+ HR2H+ R2-6.912.4适宜的pH通过实验确定：做A- pH曲线（其它条件并不变），从中找出A较对显色剂颜色的影响pKa大且基本不变的某pH范围。3 .显色时间：各种显色反应得速度不同，反应完全所需时间不同；有些有色化合物在定的时间内稳定。选择方法：作A-t（min）曲线，选择在A较大且稳定的时间内进行。4 .显色温度：显色反应一般在室温下进行，但反应速度太慢或常温下不易进行的显色反应需要升温或降温。选择方法：作A-T（C）曲线，选择在A较大的时间内进行。5 .溶剂：实验确定选择合适的溶剂（常为有机溶剂），提高

33、反应的灵敏度及加快反应速度。二.分光光度法测量误差及实验条件的选择（一）测量误差及A范围的选择任何一台分光光度计都有光度误差？T%,但给定的一台分光光度计，？T基本上是一常数，一般为±0.002±0.01,但在不同T时同样的？T对应的？A则不同，所以引起的？C/C（浓度的相对误差）就不同。由L-B定律得：c=-Ar=-"lg（20）KKdc_lgedTclgTTlgedT将此式微分得：dc7KT浓度相对误差为:c lge T 0.434 Tc-IgT TT - IgT 不(21)设当？T=±0.01时，不同T%时所对应的？c/c可从相关表查得：当T%=3

34、6.8%即A=0.434时，？c/c最小；当T%在15-65%之间即A在0.20.8范围内，？c/c较小。实际测定时：可通过控制溶液的c及b使A在0.20.8范围内。（二）测量波长选择一般根据吸收光谱选择九max测定一一灵敏度高、A随波长变化小若有干扰，根据吸收大，干扰小”原则选择九。如：3,3'-二氨基联苯（DAB）和Se形成配合物Se-DAB的最大吸收波长在340nm波长处，DAB也有很强的吸收，在这种情况下，分析波长应选用次大吸收波长420nm,否则测量误差较大。3.狭缝宽度理论上，定性分析采用最小的狭缝宽度，在定量分析中，为避免狭缝太小，出射光太弱而引起信噪比降低，可以将狭缝开

35、大一点。通过测定A随狭缝宽度的变化规律，可选择出合适的狭缝宽度。狭缝宽度在某个范围内，A值恒定，狭缝宽度增大至一定程度时A减小，因此：合适的狭缝宽度是在吸光度不减小时的最大狭缝宽度。（三）空白溶液的选择空白溶液是用来调节工作零点即A=0,T%=100%的溶液，以消除溶液中其它基体组分以及吸收池和溶剂对入射光的反射和吸收所带来的误差。根据情况不同，常用空白溶液有如下选择：1 .溶剂空白：当溶液中只有待测组分在测定波长下有吸收，而其它组分无吸收时一用纯溶剂作空白；2 .试剂空白：如果显色剂或其它试剂有吸收，而待测试样溶液无吸收一则用不加待测组分的其它试剂作空白；3 .试样空白：如果试样基体有吸收，

36、而显色剂或其它试剂无吸收一则用不加显色剂的试样溶液作空白；4 .平行操作空白：用溶剂代替试样溶液，以与试样完全相同的分析步骤进行平行操作，用所得的溶液作空白紫外-可见分光光度法应用*酸碱指示剂离解常数的测定分光光度法可以测定酸碱离解常数，若为一元弱酸，在溶液中的离解反应为:HB?H+B-KaH BHBB-pKa=pH-lgHB若测出B-和HB,就可算出Kao测定时，配制出三份不同pH的HB溶液，一份为强碱性溶液，另一份为强酸性溶液，分别在B-和HB的吸收峰波长处测定吸光度，由此计算出B-和HB的摩尔吸光系数。第三份为已知pH值的缓冲液，其pH值在pKa附近，在测得B-和HB的总吸光度后用双组分

37、测定的方法算出B-和HB的浓度，即可计算出弱酸的离解常数。,pH=pKa-lgHB可知，当B-和HB相等时：pKa=pH若以pH为横坐标，以某波长处测得的不同pH时的A为纵坐标作图，得一条S形曲线，该曲线的中点所对应的pH即为pK值。自测题1 .什么是分光光度中的吸收曲线？制作吸收曲线的目的是什么？2 .什么是分光光度中的校准曲线？为什么一般不以透光度对浓度来制作校准曲线？3 .试比较通常的分光光度法与双波长分光光度法的差别，并说明其理由。4 .影响显色反应的条件有那些？怎样选择适宜的显色条件？5 .浓度为1.02X10-4moi/L的酸碱指示剂HIn（Ka=1.42X105）水溶液，取2份，

38、分别用等容的0.2mol/LNaOH与HCl0.2mol/L稀释后，用1.0cm吸收池在430nm处测得吸-5光度为1.51僦性披），与0.032（酸性减）。计算此指小剂的纯水溶减浓度分别为2X10、4X10-5、12x10-5mol/L时在430nm处的吸光度。6 .已知：Zn2+与螯合剂Q2-生成的配阴离子ZnQ22-在480nm有最大吸收。当螯合剂的浓度超过阳离子20倍以上时，可以认为Zn2+全部生成ZnQ22-0Zn2+或Q2-对480nm的光都不吸收。现有含Zn2+2.30X10-4moi/L与含Q2-9.60X10-3mol/L的溶液，用1.00cm吸收池于480nm处测得吸光度为

39、0.690。同样条件下，只把螯合剂浓度改变为5.00X10-4moi/L,测得的吸光度为0.540。计算ZnQ22-的稳定常数。7 .某指示剂HIn的离解常数是5.4X10-7,HIn的入max是485nm,In-的入max=625nm,今制成5.4X10-4mol/L溶液用1.00cm的吸收池在酸性与碱性下测得吸光度如下：吸光度（A）主要PH485nm625nm存在形式1.000.4540.176HIn13.000.0520.823In-问:（a）指示剂浓度不变而H+浓度为5.4x10-7mol/L时，在485nm与625nm处的吸光度将是多少？（b）指示剂浓度不变，改变溶液的pH值，在62

40、5nm处的吸光度是0.298求溶液的H+浓度原子吸收分光光度法5学时基本要点：1. 了解影响原子吸收谱线轮廓的因素；2. 理解火焰原子化和高温石墨炉原子化法的基本过程；3. 了解原子吸收分光光度计主要部件及类型；4. 了解原子吸收分光光度法干扰及其抑制方法；5. 掌握原子吸收分光光度法的定量分析方法及实验条件选择原则。原子吸收分光光度法：根据物质产生的原子蒸气中待测元素的基态原子对光源特征辐射谱线吸收程度进行定量的分析方法。原子吸收分光光度法”的特点：(1)灵敏度高：其检出限可达10-9g/ml(某些元素可更高)；(2)选择性好：分析不同元素时，选用不同元素灯，提高分析的选择性；(3)具有较高

41、的精密度和准确度：试样处理简单。基本原理一.原子吸收光谱的产生及共振线在一般情况下，原子处于能量最低状态(最稳定态)，称为基态(Eo=0)。当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上，原子的这种运动状态称为激发态。处于激发态的电子很不稳定，一般在极短的时间(10-8-107S)便跃回基态(或较低的激发态)，此时，原子以电磁波的形式放出能量：E=En-Eo=h=hc(1)A.,较高激发态的能级E3£i-I-能量以辎射 形式放出 （共振线）"一L最低激发态的能级Lj,受热能或光能而/激发F即能量吸收Eg-基态能级图1原子光谱的发射和吸收示意图共振发射线：

42、原子外层电子由第一激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振发射线；共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的一定波长的谱线称为共振吸收线；共振线：共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。由于第一激发态与基态之间跃迁所需能量最低，最容易发生，大多数元素吸收也最强；因为不同元素的原子结构和外层电子排布各不相同，所以共振线”也就不同，各有特征，又称特征谱线”，选作分析线”。二.原子吸收值与原子浓度的关系图2 基态原子对光的吸收（一）吸收线轮廓及变宽若将一束不同频率，强度为Io的平行光通过厚度为1cm的原子蒸气时，一部分光被吸收，ILIoe*'lI0A=lg0=0.434KJ（2）I

43、透射光的强度1V仍服从朗伯-比尔定律：式中：Kv基态原子对频率为的光的吸收系数，它是光源辐射频率的y函数由于外界条件及本身的影响，造成对原子吸收的微扰，使其吸收不可能仅仅对应于一条细线，即原子吸收线并不是一条严格的几何线（单色九），而是具有一定的宽度、轮廓，即透射光的强度表现为一个相似于下图的频率分布：图4原子吸收线的轮廓图吸收系数KVKo:峰值吸收系数或中心吸收系数（最大吸收系数）前：中心频率，最大吸收系数Ko所对应的波长；？v：吸收线的半宽度，Ko/2处吸收线上两点间的距离;K邛:积分吸收，吸收线下的总面积。引起谱线变宽的主要因素有:?E ,可由下1 .自然宽度：在无外界条件影响下的谱线宽

44、度谓之根据量子力学的Heisenberg测不准原理，能级的能量有不确定量式估算:T一激发态原子的寿命，当T为有限值时，则能级能量的不确定量？E为有限值，此能级不是一条直线，而是一个带"。T越小，宽度越宽。但对共振线而言，其宽度一般<10-5nm,可忽略不计。2 .多普勒（Doppler）宽度：由于原子无规则运动而引起的变宽当火焰中基态原子向光源方向运动时，由于Doppler效应而使光源辐射的波长慎增大（筋变短），基态原子将吸收较长的波长；反之亦反。因此，原子的无规则运动就使该吸收谱线变宽。当处于热力学平衡时，Doppler变宽可用下式表示：2。，2(ln2)RT6T-d0.71

45、610、0：Dc.AA即？加与T的平方根成正比，与相对分子量A的平方根成反比。对多数谱线:vd:10310-4nm?YD比自然变宽大12个数量级，是谱线变宽的主要原因3 .劳伦兹（Lorentz）变宽：原子与其它外来粒子（如气体分子、原子、离子）间的相互作用（如碰撞）引起的变宽。L =2NA二2p111()二 RT A M(5)式中：P一气体压力，M气体相对分子量；N。一阿伏加德罗常数；仃2一为原子和分子间碰撞的有效截面。劳伦兹宽度与多普勒宽度有相近的数量级，大约为10-310-4nmo实验结果表明：对于温度在10003000K,常压下，吸收线的轮廓主要受Doppler和Lorentz变宽影响

46、，两者具有相同的数量级，约为0.001-0.005nm。采用火焰原子化装置时，？vl是主要的;采用无火焰原子化装置时，？vd是主要的。（二）吸收值的测量峰值吸收系数K0与积分吸收积分吸收就是将原子吸收线轮廓所包含的吸收系数进行积分（即吸收曲线下的总面积）。根据经典的爱因斯坦理论，积分吸收与基态原子数的关系为：二e2.Kd=fN。（6）mc式中：e电子电荷；m电子质量；c光速；N0一单位体积原子蒸气中能够吸收波长九十?九范围辐射光的基态原子数;f一振子强度（每个原子中能够吸收或发射特定频率光的平均电子数，f与能级间跃迁概率有关，反映吸收谱线的强度）2在一定条件下，史f为常数，则：mcKd=kN0

47、即积分吸收与单位体积原子蒸气中能够吸收辐射的基态原子数成正比，这是原子吸收光谱分析的理论依据。若能测得积分吸收值，则可求得待测元素的浓度。但要测量出半宽度？V只有0.0010.005nm的原子吸收线轮廓的积分值（吸收值），所需单色器的分辨率高达50万的光谱仪，这实际上是很难达到的。若采用连续光源时，把半宽度如此窄的原子吸收轮廓叠加在半宽度很宽的光源发射线上，实际被吸收的能量相对于发射线的总能量来说及其微小，在这种条件下要准确记录信噪比十分困难。1955年，澳大利亚物理学家A.Walsh提出以锐线光源为激发光源，用测量峰值吸收系数（K。）的方法代替吸收系数积分值卜口九的方法成功地解决了这一吸收测

48、量的难题。锐线光源一一发射线的半宽度比吸收线的半宽度窄的多的光源且当其发射线中心频率或波长与吸收线中心频率或波长相一致时，可以认为在发射线半宽度的范围内Kv为常数，并等于中心频率？v处的吸收系数K0（峰值吸收K0可准确测得）。理想的锐线光源一一空心阴极灯：用一个与待测元素相同的纯金属制成。由于灯内是低电压，压力变宽基本消除；灯电流仅几毫安，温度很低，热变宽也很小。在确定的实验条件下，用空心阴极灯进行峰值吸收K0测量时，也遵守Lamber-Beer定律：A=lgh=0.434K0l（7）L峰值吸收系数K0与谱线宽度有关，若仅考虑多普勒宽度？vd:学习好资料欢迎下载K0=2一 D 、lg2 Of二

49、 mc峰值吸收系数Ko与单位体积原子蒸气中待测元素的基态原子数A=0.434 1g2JI2二 eflNo mc（8）No成正比。（9）在一定条件下，上式中括号内的参数为定值，则(10)此式表明：在一定条件下，当使用锐线光源时，吸光度A与单位体积原子蒸气中待测A=K'N0元素的基态原子数No成正比。（三）基态原子数（No）与待测元素原子总数（N）的关系在进行原子吸收测定时，试液应在高温下挥发并解离成原子蒸气原子化过程，其中有一部分基态原子进一步被激发成激发态原子，在一定温度下，处于热力学平衡时，激发态原子数Nj与基态原子数No之比服从波尔兹曼分布定律：(11)NPGLeVNjGo式中：G

50、j、Go分别代表激发态和基态原子的统计权重（表示能级的问并度，即相同能量能级的状态的数目）Ej是激发态能量；K波尔兹曼常数（1.83<io-23J/K）T一热力学温度在原子光谱中，一定波长谱线的Gj/Go和Ej都已知，不同T的Nj/No可用上式求出。当<3000K时，者B很小，不超过1%,即基态原子数No比Nj大的多，占总原子数的99%以上，通常情况下可忽略不计，则NoN若控制条件是进入火焰的试样保持一个恒定的比例，则A与溶液中待测元素的浓度成正比，因此，在一定浓度范围内：(12)此式说明：在一定实验条件下，通过测定基态原子（No）,的吸光度（A）,就可求得试样中待测元素的浓度（c

51、）,此即为原子吸收分光光度法定量基础一.仪器的主要部件（一）光源：提供待测元素的特征谱线一一共振线基本要求：辐射的共振线宽度明显小于吸收线宽度一锐线光源（？ve<2>d0-3nm）共振辐射强度足够大稳定性好，背景吸收小1 .空白阴极灯：低压气体放电管（Ne、Ar）一个阳极：鸨棒（末端焊有钛丝或包片），一个空心圆柱形阴极：待测元素一个带有石英窗的玻璃管，管内充入低压惰性气体此种空心阴极灯中元素在阴极中可多次激发和溅射，激发效率高，谱线强度大，发射强度与灯电流有关（电流增大，发射强度增大；但过大，谱线变宽）2 .多元素空心阴极灯：发射强度弱3 .无极放电灯：强度高。但制备困难，价格高。

52、（二）原子化器：将待测试样转变成基态原子（原子蒸气）的装置。1 .火焰原子化法原子化装置包括：雾化器和燃烧器（1）雾化器：使试液雾化，其性能对测定精密度、灵敏度和化学干扰等都有影响。因此，要求雾化器喷雾稳定、雾滴微细均匀和雾化效率高。（2）燃烧器：试液雾化后进入预混和室（雾化室），与燃气（如乙快、丙烷等）在室内充分（均匀）混合。最低的雾滴进入火焰中，较大的雾滴凝结在比上，经下方废液管排出。燃烧器喷口一般做成狭缝式，这种形状即可获得原子蒸气较长的吸收光程，又可防止回火。火焰原子化法比较简单，易操作，重现性好。但原子化效率较低，一般为1030%,试样雾滴在火焰中的停留时间短，约为10-4s,且原子

53、蒸气在火焰中又被大量气流所稀释，限制了测定灵敏度的提高。2 .无火焰原子化法电热高温石墨炉原子化法原子化效率高，可得到比火焰大数百倍的原子化蒸气浓度。绝对灵敏度可达10-910-13g,一般比火焰原子化法提高几个数量级。特点：液体和固体都可直接进样；试样用量一般很少；但精密度差，相对偏差约为412%（加样量少）。石墨炉原子化过程一般需要经四部程序升温完成：干燥：在低温（溶剂沸点）下蒸发掉样品中溶剂灰化：在较高温度下除去低沸点无机物及有机物，减少基体干扰高温原子化：使以各种形式存在的分析物挥发并离解为中性原子净化：升至更高的温度，除去石墨管中的残留分析物，以减少和避免记忆效应。3 .低温原子化法

54、（化学原子化法）（1）冷原子吸收测汞法将试液中的Hg离子用SnCl2还原为Hg,在室温下，用水将汞蒸气引入气体吸收管中测定其吸光度。（2）氢化物原子化法对和等元素，将其还原成相应的氢化物，然后引入加热的石英吸收管内，使氢化物分解成气态原子，并测定其吸光度。（三）分光系统：将待测元素的特征谱线与邻近谱线分开。基本组成与紫外可见分光光计单色器相同。（四）检测系统：将光信号转变成电信号一光电倍增管”（五）显色系统：记录器、数字直读装置、电子计算机程序控制等二.原子吸收分光光度计的类型（一）单光束原子吸收分光光度计结构简单、价廉；但易受光源强度变化影响，灯预热时间长，分析速度慢。（二）双光束原子分光光度计一束光通过火焰，一束光不通过火焰，直接经单色器此类仪器可消除光源强度变化及检测器灵敏度变动影响。（三）双波道或多波道原子分光光度计使用两种或多种空心阴极灯，使光辐射同时通过原子蒸气而被吸收，然后再分别引到不同分光和检测系统，测定各元素的吸光度值。此类仪器准确度高，可采用内标法，并可同时测定两种以上元素。但装置复杂，仪器价格昂贵。定量分析方法1 .标准曲线法配制与试样溶液相同或相近基体的含有不同浓度的待测元素的标准溶液，分别测定A样，作A-c曲线，测定试样溶液的A,从标准曲线上查得c样。适