仪器分析实验导论相关基础知识

1、仪器分析实验导论仪器分析实验导论药学院分析化学教研室药学院分析化学教研室仪器分析教学组仪器分析教学组 富富 戈戈Tel:82801590 E-mail:内内 容容u光谱学相关知识光谱学相关知识(基本原理、仪器、分析方法、注意事项基本原理、仪器、分析方法、注意事项)u电化学相关知识电化学相关知识(基本原理、仪器、分析方法、注意事项基本原理、仪器、分析方法、注意事项)u色谱学相关知识色谱学相关知识(基本原理、仪器、分析方法、注意事项基本原理、仪器、分析方法、注意事项)光谱学相关知识紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 基本原理基本原理nLambert-Beer 定律定律nLambert-Beer

2、定律：定律： 吸收光度法吸收光度法基本定律基本定律 物质对单色光物质对单色光吸收吸收的的强弱强弱与吸光物质的与吸光物质的浓度浓度（C）和）和厚度厚度（l ）间关系的定律。）间关系的定律。Beer定律定律 Lambert定律定律Lambert-Beer定律定律数学表达式数学表达式： （推导祥见讲义）（推导祥见讲义）lgII0=E C lLambert-Beer定律定律lgII0=E C lI I0 0： 入射光强入射光强 I I：透过光强透过光强 I I/ /I I0 0 ：透光率透光率（transmitance） E：吸光系数吸光系数（absorptivity） A：吸光度吸光度（absorb

3、tance） A = lgI/I0 = lgT A = lgT = E C l T = 10-A = 10-ECl吸光系数吸光系数n物理意义物理意义： 吸光物质在吸光物质在单位浓度单位浓度及及单位厚度单位厚度时的时的吸光度吸光度。A = E C l前提条件：单色光、溶剂、温度前提条件：单色光、溶剂、温度 给定给定 特性常数（特性常数（ ； ） E 物质吸收能力物质吸收能力 测定灵敏度测定灵敏度 E 定性和定量依据定性和定量依据E1cm1%吸光系数吸光系数n1. 摩尔吸光系数摩尔吸光系数: 、E M C：1mol/L ； l：1cm A值值n2. 百分吸光系数百分吸光系数(比吸光系数比吸光系数)

4、: C：1%（W/V）；）；l：1cm A值值 = 104 105 强吸收强吸收 104 102 中强吸收中强吸收 102 弱吸收弱吸收M10E1cm1%E1cm1%吸光系数计算举例吸光系数计算举例n ; = A/C l = lgT/C l 单位单位 1cmE1cm1%n例例: 氯霉素氯霉素, , M=323.15， =278nm，纯品，纯品100ml，含含2.00mg，l=1.00cm，T=24.3%。C =2.00mg/100ml = 0.002g/100ml = lgT/C l = lg 0.243/(0.002 1)=307E1cm1% = = 307=9920M10E1cm1%323

5、.1510 偏离偏离Beer定律的因素定律的因素A C 直线直线n化学因素化学因素n光学因素光学因素n非单色光非单色光n杂散光杂散光n散射光和反射光散射光和反射光n非平行光非平行光 杂散光杂散光n从分光器得到的单色光中，还有一些从分光器得到的单色光中，还有一些不在谱不在谱带宽范围带宽范围内的与所需波长内的与所需波长相隔较远相隔较远的光。的光。n来源来源 仪器制造过程中难于避免的瑕疵仪器制造过程中难于避免的瑕疵. 仪器的使用保养不善仪器的使用保养不善. 光学元件受到尘染或霉蚀光学元件受到尘染或霉蚀.杂散光影响杂散光影响n可使可使光谱光谱变形变值变形变值n 样品样品不吸收不吸收杂散光杂散光 A 负

6、偏离负偏离(分析常见分析常见)n 样品样品吸收吸收杂散光杂散光 A 正偏离正偏离紫外末端吸收处，杂散光影响大。紫外末端吸收处，杂散光影响大。n仪器性能检查仪器性能检查： KCl 1% 水溶液（水溶液（200nm）杂散光应）杂散光应 1% 合格合格 NaI 1%水溶液（水溶液（220nm）杂散光应杂散光应 0.5% 合格合格 NaNO2 5%水溶液（水溶液（340nm）杂散光应）杂散光应 0.8% 合格合格 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计：是在紫外：是在紫外-可见光区可可见光区可任意选择不同波长任意选择不同波长的的光光测定吸光度测定吸光度的仪器。的仪

7、器。n光路光路： 光源光源 单色器单色器 吸收池吸收池 检测器检测器 讯号处理及显示器讯号处理及显示器 分光光度计的校正分光光度计的校正 n1. 波长的校正波长的校正:n氢灯或氘灯的氢灯或氘灯的原子谱线原子谱线: 486.13nm(F线线)和和656.28nm(C线线)n稀土玻璃稀土玻璃(镨钕玻璃、钬玻璃镨钕玻璃、钬玻璃) 特征吸收峰特征吸收峰n元素元素辐射辐射强谱线（汞灯强谱线（汞灯546.1nm 强绿色谱线）强绿色谱线）n苯蒸气紫外区苯蒸气紫外区特征吸收峰特征吸收峰n2. 吸光度的校正吸光度的校正: 祥见讲义n3. 吸收池的校正吸收池的校正: 祥见讲义 定量分析方法定量分析方法n单组分样品

8、的定量方法单组分样品的定量方法n吸收系数法吸收系数法n标准曲线法标准曲线法n对照法对照法n多组分样品的定量方法多组分样品的定量方法n双波长法双波长法n系数倍率法系数倍率法n三波长法三波长法n导数光谱法导数光谱法n 标准曲线法标准曲线法绝对法绝对法 A 必须准确必须准确 会在一定范围内变化会在一定范围内变化 A C 会产生比较大误差会产生比较大误差 A = EC l = KC A KC 线性线性 光电比色法光电比色法n可见分光光度法对于能吸收可见分光光度法对于能吸收可见光可见光的的有色有色溶液溶液的测定方法，通常称为的测定方法，通常称为光电比色法光电比色法。n不吸收可见光不吸收可见光 有色物质有

9、色物质n显色反应及其条件显色反应及其条件n测定方法测定方法络合反应氧化、缩合 测定方法测定方法nA Cn配制一系列浓度不同的标准溶液配制一系列浓度不同的标准溶液 C1、C2、C3 A1、A2、A3 标准曲线、工作曲线标准曲线、工作曲线 明显的直线关系明显的直线关系 线性回归方程线性回归方程注意事项注意事项u仪器正确使用方法仪器正确使用方法（仪器正确操作规程）（仪器正确操作规程）u吸光系数正确计算方法吸光系数正确计算方法（百分吸光系数）（百分吸光系数）u比色杯正确使用方法比色杯正确使用方法u溶液配制正确方法溶液配制正确方法（吸量管、容量瓶）（吸量管、容量瓶）电化学相关知识电化学相关知识电位分析法

10、电位分析法电位分析法电位分析法potentiometryu是以测量是以测量电池电动势电池电动势为基础的分析方法为基础的分析方法。u直接电位法直接电位法：direct potentionmetry 是通过测量原电是通过测量原电池的电动势池的电动势直接求算直接求算有关离子活（浓）度的方法，有关离子活（浓）度的方法，用于溶液用于溶液pH的测定的测定。u电位滴定法电位滴定法：potentiometric titration是通过测量滴是通过测量滴定过程中定过程中电池电动势电池电动势的的变化变化来确定终点的一种滴来确定终点的一种滴定分析方法定分析方法。电位法测定示意图电位法测定示意图饱和甘汞电极饱和甘汞

11、电极-最常用最常用的一种参比电极的一种参比电极standard calomel electrode, SCE u金属金属-金属难溶盐电极金属难溶盐电极u汞汞-甘汞甘汞（Hg2Cl2 ） 饱和KCl溶液组成u饱和甘汞电极的结构饱和甘汞电极的结构：（参见教材P151图8-4）饱和甘汞电极饱和甘汞电极u 表示为表示为：Hg|Hg2Cl2|KCl u电极反应电极反应：Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl-u电极电位电极电位： （25）ClHgClHgalg059. 00/22ClClg059. 00或或 甘汞电极的电位uT一定，一定， 与与CKCl有关，有关， CKCl一定，一定， 一定。一定。

12、 25C时不同KCl浓度的甘汞电极电位名称名称 0.1mol/L 甘汞电极甘汞电极 标准甘汞电极标准甘汞电极 饱和甘汞电极（饱和甘汞电极（SCE） CKCl（mol/L） 0.1 1.0 饱和饱和 （ V） 0.3337 0.2801 0.2412银-氯化银电极silver-silver chloride electrode u特点特点： 此电极体积小，此电极体积小， 多制作成一些多制作成一些 电极的电极的内参比内参比 电极电极（如玻璃（如玻璃 电极、离子选电极、离子选 择性电极等），择性电极等）， 且高温下适用且高温下适用 （80以上）。以上）。银银-氯化银电极氯化银电极参比电极的基本要求参

13、比电极的基本要求 u电极电位稳定。电极电位稳定。u重现性好。重现性好。u装置简单、方便耐用。装置简单、方便耐用。盐盐 桥桥salt bridgeu沟通沟通两个半电池、两个半电池、消除消除液接电位、保持电荷液接电位、保持电荷平平衡衡、使反应顺利进行的一种装置。、使反应顺利进行的一种装置。uU 内充内充高浓度高浓度KCl（或（或NH4Cl） K+Cl-扩散速率几乎相等，形成的液接电位极小扩散速率几乎相等，形成的液接电位极小（12mv），方向相反，相互抵消。），方向相反，相互抵消。直接电位法直接电位法direct potentiometryu选择合适的指示电极与参比电极，浸入待选择合适的指示电极与参

14、比电极，浸入待测溶液中组成电池，通过测量测溶液中组成电池，通过测量原电池原电池的的电电动势动势，根据，根据Nernst方程方程直接求出待测组分直接求出待测组分活（活（浓浓）度的方法。）度的方法。u （25）u溶液溶液pH的测定的测定u其他离子浓度的测定其他离子浓度的测定nnMMananFRTlg059. 0lg303. 200溶液溶液pH的测定的测定upH玻璃电极u测定原理和方法u复合pH电极pH玻璃电极玻璃电极-膜电极膜电极 pH glass-sleeved electrodeu电极构造电极构造upH玻璃电极响应机制玻璃电极响应机制upH玻璃电极的性能玻璃电极的性能电极构造电极构造u玻璃膜球

15、玻璃膜球：敏感的玻璃膜：敏感的玻璃膜 是电极对是电极对H+、K+、Na+ 等离子产生选择性响应的等离子产生选择性响应的 关键部分，其关键部分，其组成组成对电极对电极 性质有很大的影响。制造性质有很大的影响。制造 pH玻璃电极的玻璃电极的玻璃组成玻璃组成为为 21.4%Na2O、6.4% CaO、 72.2%SiO2。电极构造电极构造u内参比溶液内参比溶液：KCl缓冲溶液缓冲溶液uAg-AgCl电极电极：内参比电极内参比电极u电极导线电极导线：由于玻璃电极内阻很高，故：由于玻璃电极内阻很高，故导线及电极引出线都要高度绝缘，并装有导线及电极引出线都要高度绝缘，并装有屏蔽隔离罩，以防漏电和静电干扰。

16、屏蔽隔离罩，以防漏电和静电干扰。 pH玻璃电极响应机制玻璃电极响应机制u玻璃结构玻璃结构：制造：制造pH玻璃电极的玻璃的载体玻璃电极的玻璃的载体是由固定的带是由固定的带负电荷负电荷的的硅硅和和氧氧组成的骨架，组成的骨架，在骨架的网络上有在骨架的网络上有体积较小体积较小而而活动能力较活动能力较强强的的阳离子阳离子，主要是，主要是钠离子钠离子。pH玻璃电极响应机制玻璃电极响应机制u玻璃膜对玻璃膜对H+的选择性的选择性：在玻璃体内，：在玻璃体内，阳离阳离子子起着起着导电导电作用。当玻璃膜与溶液接触时，作用。当玻璃膜与溶液接触时，溶液中的溶液中的H+能进入网络，能进入网络，取代取代Na+。溶液中。溶液

17、中的阴离子受带负电荷的硅氧载体排斥，不的阴离子受带负电荷的硅氧载体排斥，不能进入网络；而高价的阳离子因体积或电能进入网络；而高价的阳离子因体积或电荷与网络点位不相配，也不能进入网络。荷与网络点位不相配，也不能进入网络。也就是说也就是说只有只有H+能进入网络能进入网络，因此，因此，玻璃玻璃膜对膜对H+有着很高的有着很高的选择性选择性和和敏感度敏感度。pH玻璃电极膜电位的产生玻璃电极膜电位的产生 H+H+干玻璃干玻璃10-1mm外外(H，外，外) 外外(H+，试，试)水化层水化层试液试液10-410-5mm内内(H+，内，内)水化层水化层10-410-5 mm a内内(H+)内参比溶液内参比溶液内

18、外 内外膜低低高高 H+高高 H+pH玻璃电极膜电位的产生玻璃电极膜电位的产生u （外部溶液）u （内部溶液） 外外外aaFRTKlg303. 21内内内aaFRTKlg303. 22pH玻璃电极的膜电位玻璃电极的膜电位 u假设假设玻璃膜内外两个表面的物理性能相同，则K1=K2；表面的点位全由H+占据，则a外外= a内内。内外膜内内外外aaFRTKaaFRTKlg303. 2lg303. 221外内外膜aFRTKaaFRTlg303. 2lg303. 2玻璃电极的电极电位玻璃电极的电极电位 u（电极常数电极常数： ）u （25） pH线性线性关系（关系（pH玻璃电极作为测定溶液玻璃电极作为测定

19、溶液pH指示指示电极的理论依据）电极的理论依据） 外外膜内参玻aFRTKaFRTKAgAgCllg303. 2lg303. 2/KKAgAgCl/pHKaFRTKH059. 0lg303. 2玻pH玻璃电极的性能玻璃电极的性能u转换系数转换系数u碱差和酸差碱差和酸差u不对称电位不对称电位u电池的内阻电池的内阻u使用温度使用温度转换系数转换系数电极系数电极系数-Su （25）uS值相当于玻璃电极的曲线的值相当于玻璃电极的曲线的斜率斜率。当玻璃电极。当玻璃电极使用时间太长而老化，使用时间太长而老化，S10Cx)，体积为，体积为VS(Vs1.5c内标物为高纯度标准物质，或含量已知物质d内标校正曲线法

20、标标样样标样标样isisiisisiiiCAAAACAAAACC)()()()(特点：不必测出校正因子，可消除某些操作条件（进样量的重复性、保留时间的漂移等）的影响bAAkCsii)/(定量分析定量分析b0注意事项注意事项uFID检测器使用（氢气）u气密性u苯、甲苯毒性u进样器使用u气体发生器u大型仪器，严格按照操作规程，在教师指导下进行试验。高效液相色谱法高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography)HPLC是在经典液相色谱法基础上，引入了气相色谱理论和实验技术，于20世纪60年代末70年代初发展起来的一种分离分析技术。 HPLC以高压泵高压泵输送流动相加快了分析速度快；采用了高效固定相提高分离效率；使用高灵敏度检测器提高了检测灵敏度。与气相色谱法相比，HPLC不受试样挥发性和热稳定性限制，扩大了样品测试范围；流动相选择范围扩大，提高了分离的选择性；一般在室温下进行分离，不需要高柱温；流出组分易收集；更易于联用技术的实现。输液系统输液系统输液系统输液系统输液系统输液系统进样装置进样装置进样装置进样装置进样装置进样装置色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱检测器检测器检测器检测器检测器检测器数据记录处理系统数据记录处理系统数据记录处理系统数据记录处理系统数据记录处理系统数据记录处理系统一般流程和色谱系统组成