现代仪器分析简化版

1、第一章 紫外-可见分光光度法UV-Vis方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的选择性吸收特性。UV-Vis涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在190-780nmUV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。1.1 紫外-可见吸收光谱一、分子吸收光谱的形成1. 过程：运动的分子外层电子-吸收外来辐射-产生电子能级跃迁-分子吸收谱。2. 能级组成：除了电子能级(Electron energy level)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动(Rotation)能级

2、的跃迁！据量子力学理论，分子的振-转跃迁也是量子化的或者说将产生非连续谱。因此，分子的能量变化DE为各种形式能量变化的总和：其中DEe最大：1-20 eV; DEv次之：0.05-1 eV; DEr最小：<0.05 eV可见，电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大1-2个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，形成所谓的带状光谱。不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收

3、曲线，据吸收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。二、分子吸收光谱跃迁类型有机分子能级跃迁1. 可能的跃迁类型有机分子包括:成键轨道 s、 p ；反键轨道 s*、p* ；非键轨道 n 各轨道能级高低顺序：s< p < n < p* < s*（分子轨道理论计算结果）；可能的跃迁类型：s-s*；s-p*；p-s*；n-s*；p-p*；n-p*s-s*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于真空紫外区；s-p* 和p-s* 跃迁：尽管所需能量比上述s-s* 跃迁能量小，但波长仍处真空紫外区；n-s*：含有孤对电子的分子，如H2

4、O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl (173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)； CH3NH2(215nm)；(CH3)3N(227nm)，可见，大多数波长仍小于200nm，处于近紫外区。以上四种跃迁都与s成键和反键轨道有关（s-s*，s-p*，p-s*和n-s*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，只有p-p* 和n-p* 两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。 2. 几个概念生色团（Chromogenesis group）：分子中含有非键或p键

5、的电子体系，能吸收特征外来辐射时并引起n-p* 和p-p* 跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。助色团（Auxochromous group）：含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。常见助色团助色顺序为：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-红移或蓝移（Redshift or blueshift）：在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向（红移）或短波方向移动（蓝移）的现象。吸收强度即摩

6、尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。促使分子发生红移或蓝移的因素：1）共轭体系的存在-红移2）异构现象：使异构物光谱出现差异。3）空间异构效应-红移4）取代基：红移或蓝移。取代基为含孤对电子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子红移；取代基为斥电子基，如-R，-OCOR，则使分子蓝移。苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移。5）pH值：红移或蓝移。苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和 287nm（p-p共轭）.6）溶剂效应：红移或蓝移。由n-p*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成 H 键的能力增加

7、，发生蓝移；由p-p*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失。1.2 吸收光谱的测量-Lambert-Beer 定律术语、符号 定 义 其它表示方法 辐射能P, P0 吸光度A 透过率T 光程l 吸光系数a 摩尔吸收系数e 1秒内照在1cm2面积上的能量(erg) log(P0/P)或log(I0/I) P0/P或I0/I 待测物液层厚度 A/bc(c, g/L) A/bc(c, mol/L) 光强I0，I 光学密度D；消光值E 透射比，透光度 b, d 吸收系数 摩尔吸光系数 一、几个术语当强度为I0的入射光束

8、(Incident beam) 通过装有均匀待测物的介质时，该光束将被部分吸收，未被吸收的光将透过(Emergent)待测物溶液以及通过散射(Scattering)、反射(Reflection),包括在液面和容器表面的反射)而损失。这种损失有时可达10%，那么，I0=Ie + Is +Ir因此，在样品测量时必须同时采用参比池和参比溶液扣除这些影响。二、Lambert-Beer 定律当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比，即A=kclk 为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。当浓度以 g/100ml 表示时，称 k 为吸光系数，以 E表示，即A=Ecl当浓度以mol

9、/L表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以e 表示，即A=cle 越大，表示方法的灵敏度越高。e 与波长有关，因此，e 常以el表示。三、偏离 L-B 定律的因素样品吸光度 A 与光程 b 总是成正比。但当 b 一定时，A 与 c 并不总是成正比，即偏离 L-B 定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。1. 样品性质影响a）待测物高浓度-吸收质点间隔变小质点间相互作用对特定辐射的吸收能力发生变化-e 变化；b）试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；c）溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；d）胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损

10、失。 2. 仪器因素：包括光源稳定性以及入射光的单色性等。a）入射光的非单色性：不同光对所产生的吸收不同,可导致测定偏差. 当lx=li时，或者说当ex=ei时，有A=exbc, 符合L-B定律；当lxl¹i时，或者说当exe¹i时，则吸光度与浓度是非线性的。二者差别越大，则偏离L-B越大;当ex>ei，测得的吸光度比在“单色光” lx处测得的低，产生负偏离；反之，当ex<ei，则产生正偏离。b）谱带宽度与狭缝宽度: 经分光元件色散所得的“单色光”实际上是有一定波长范围的光谱带(即谱带宽度)。单色光的“纯度”与狭缝宽度有关，狭缝越窄，它所包含的波长范围越小，单色

11、性越好。1.3 紫外-可见光度计仪器组成:由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。一、光源:对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。1.钨及碘钨灯：340-2500nm，多用在可见光区；2. 氢灯和氘灯：160-375nm，多用在紫外区。二、单色器(Mnochromator)与原子吸收光度仪不同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收池的前面！（可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解）三、吸收池(Cell，Container)：用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者适于紫外区和可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。四、检测器：硒光电池

12、、PMT、PDA分光光度计分为单波长和双波长仪器1. 单波长分光光度计:单光束/双光束（空间分隔）/ 双光束（时间分隔）特点:双光束方法因光束几乎同时通过样品池和参比池,因此可消除光源不稳产生的误差。 2. 双波长分光度计:通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差DA。DAB1和DAB2分别为在l1和l2处的背景吸收，当l1和l2 相近时，背景吸收近似相等。二式相减，得这表明，试样溶液浓度与两个波长处的吸光度差成正比。特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。 3、二

13、极管阵列分光光度计 特点：单吸收池，测定速度快4. 分光光度计的校正：当光度计使用一段时间后其波长和吸光度将出现漂移，因此需要对其进行校正。校正方法应参考仪器手册或咨询厂家。1.4 分析条件选择一、仪器测量条件由于光源不稳定性、读数不准等带来的误差。当分析高浓度的样品时，误差更大。当相对误差 Dc/c 最小时，求得T=0.368 或 A=0.434。即当A=0.434 时吸光度读数误差最小！通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0.15-1.00范围内。 二、反应条件选择1.显色剂的选择原则：使配合物吸收系数 e 最大、选择性好、组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长

14、相差大等。2. 显色剂用量：配位数与显色剂用量有关；在形成逐级配合物，其用量更要严格控制。3. 溶液酸度：配位数和水解等与 pH 有关。4. 显色时间、温度、放置时间等。三参比液选择1溶剂参比：试样组成简单、共存组份少（基体干扰少）、显色剂不吸收时，直接采用溶剂（多为蒸馏水）为参比；2.试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时，采用试剂作参比（不加待测物）；3.试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但不与显色剂反应时，可以试样作参比（不能加显色剂）。四、干扰消除1. 控制酸度：配合物稳定性与pH有关，可以通过控制酸度提高反应选择性，副反应减少，而主反应进行完全。2.选择掩蔽剂3.合适

15、测量波长及方法4.干扰物分离5.导数光谱及双波长技术。二、定量分析1. 单组份定量方法：1）标准曲线法（略）2）标准对比法：该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx 该法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律，且cx与cs大致相当时，才可得到准确结果。2. 多组分定量方法：由于吸光度具有加合性，因此可以在同一试样中测定多个组份。设试样中有两组份 X 和 Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：图a)：X,Y 组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。图b)和c) ：X,Y 相互干扰，此

16、时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度 其中，X,Y 组份在波长 l1 和 l2 处的摩尔吸光系数 e 可由已知浓度的 X, Y 纯溶液测得。解上述方程组可求得 cx 及 cy。 3. 双波长法-等吸收点法 当混合物的吸收曲线重迭时，利用双波长法来测定。具体做法：将 a 视为干扰组份，现要测定 b 组份。a) 分别绘制各自的吸收曲线a, b；b) 画一平行于横轴的直线分别交于a组份曲线上两点，并与b组分相交；c) 以交于 a 上一点所对应的波长 l1 为参比波长，另一点对应的为测量波长 l2，并对混合液进行测量，得到A1=A1a + A1b + A1s A2=A2a

17、 + A2b + A2s若两波长处的背景吸收相同，即A1s= A2s二式相减，得，DA=(A2a- A1a)+( A2b- A1b)由于 a 组份在两波长处的吸光度相等，因此，DA=( A2b- A1b)=(e2b-e1b)lcb从中可求出cb 同理，可求出ca. 3. 系数倍率法：同3。但若其中一干扰组份 b 在测量波长范围内无吸收峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。具体做法：同前法可得到下式，A1=A1a + A1b（1） A2 =A2a + A2b（2）K=E1b/E2b，(K-系数)（2）式乘以常数K并相减，得到，DA =K(A2a+A2b)- (A1a+A1b)=(KA2b-A1b

18、)+(KA2a-A1a)=(KE2a-E1a)lca因此，差示信号只与 ca 有关，从而求出 ca。同样可求出cb。经转换得：KA2-A1=kc，A1/A2=K+k(C/A2)5、多波长线性回归法 根据比尔定律，对于某2组分体系有：A=E1C1L+E2C2L当L=1cm时，经变换得：A/E2=(E1/E2)C1+C2其中： A/E2、E1/E2是波长的函数，而C1、C2是常数，对多个不同波长下的A/E2、E1/E2值进行线性回归，即可求得C1、C26、多组分含量测定线性最最小二乘分光光度法线性最最小二乘分光光度法基于吸收值的线性叠加原理。设在各波长下，样品吸收值与样品中各组分浓度间存在线性关系

19、A=E1C1+E2C2+EnCn（1）在波长i下，对已知n个组分的p个标准样品，有： Ai1=Ei1C11+Ei2C12+EinC1n Ai2=Ei1C21+Ei2C22+EinC2n 。 Aip=Ei1Cp1+Ei2Cp2+EinCpn应用多元线性回归可得到波长i下的各组分的吸收系数Ein的估计值，仿此，可得到m个波长下的全部系数估计值。即得到一组回归方程。（2）在上述各选定波长处，测定待测样品的吸收值，将其带入上述回归方程组中，再用多元线性回归解析出样品中各组分的浓度。（3）一般：标准样品数>测定波长数>组分数7. 导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。

20、导数光谱是解决干扰物质与被测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提高 光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理： 已知 对波长求一阶导数，得可见，一阶导数信号与浓度成正比。同样可得到二阶、三阶.n 阶导数信号亦与浓度成正比。导数光谱的特点：1、峰形特点2、特征性增加 吸收峰数为：导数阶数+1，即 n+1 3、可消除干扰：高一阶的导数，可消除低一阶的干扰。4、分辨率提高：随导数阶数的增加，峰形越来越尖锐，峰变窄，因而导数光谱法分辨率高5、灵敏度提高3）导数峰高测量方法正切法：相邻峰(极大或极小)切线中点至相邻峰切线(极小或极大)的距离d；峰谷法：两相邻峰值(极大或极小)间的距离p1或p2；峰

21、零法：极值峰至零线间的距离。7. 配合物组成和稳定常数测定1）摩尔比法(饱和法)设配合物的显色反应为：具体做法：固定cM，增加cR，并测定一系列MRn的吸光度A，以cR/cM比值对A作图，得如图所示曲线。其中，曲线拐点处对应的值为配合比 n。设MRn 的电离度为a，则 2）等摩尔连续变化法(Job法)具体做法：保持cR+cM=c 恒定，但改变cM与cR的相对比例，若以cM/c对吸光度A作图，当达最大吸光度时cM/cR之比即为配位比。由两曲线外推的交点所对应的cM/c亦可得出配位比。若比值为0.5，则配位比n为1:1；若比值为0.33，则配位比n为1:2或者n=(1-cM/c)/(cM/c)；设

22、cM/c=f，则 因此该法适于离解度小、配合比低的配合物组成测定。8. 弱酸离解常数的测定 设有一元弱酸HB，其离解反应如下若测出B-和HB，即可求出Ka。测定时，配制三份不同pH值的溶液。一份为强碱性，一份为强酸性，分别在B-和HB的最大吸收波长处测定吸光度，求出各自的摩尔吸光系数。第三份为已知pH值的缓冲溶液，分别在B-和HB的最大吸收波长处测得总吸光度，解联立方程求得B-和HB，然后按前式求出pKa或Ka。第五节 紫外-可见分子吸收光谱的发展1、光声光谱 不仅可用于液体样品、也可用于固体样品2.长光程紫外-可见光度计第二章 红外光谱实验技术一、仪器类型与结构1.两种类型：色散型 干涉型（

23、付立叶变换红外光谱仪）光源干涉仪样品室检测器计算机检测器：三甘氨酸硫酸酯（TGS）及氘化三甘氨酸硫酸酯（DTGS）温热电检测器，响应速度快可达10-6秒。 低温（液氮）碲镉汞检测器（MCT）：极快的相应速度，很高的灵敏度。由于是量子型检测器，由HgTe和Cd-Te二种半导体混合物制成。在常温时电子的随机效应使输出产生噪声。所以在液氮温度中工作。2. 优点：灵敏度高，检出限可达10-910-12g；分辨本领高，波数精度可达0.01cm-1；测定精度高，重复性可达0.1%；扫描速度快，适于对快速反应过程的追踪，也便于和色谱法联用。 3. 仪器维护与简单故障排除：保持干燥洁净、室温维持1-25C 二

24、、制样方法1、对样品的要求：(1) 试样应该是单一组分的纯物质，纯度应>98%，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。(3) 试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%-80%范围内。2、各种物相样品制样方法气体样品a 样品前处理:除去空气：冷聚样品时，用泵抽去样品管间的空气；除去水分：干燥剂或分子筛；除去CO2：利用CO2与气样间冰点的差异，用冷冻法去除。b 气体吸收池透红外材料作窗体；另：

25、长程气体池：光程1-10；体积：>2L; 测定量大，浓度稀的气体样品，例:环保分析的大气试样等。c 注意事项：样品的化学性质; 腐蚀性、剧毒气体，注意排放；注意气体样品的压力：表征样品多少，且与IR的峰形有关；一般特征样品压力在300mmHg；注意去除混杂在气体样中的空气或其它气体成分。 固体样品的制备：a.压片法: 将1-2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，研磨到粒度小于2m，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。b.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。c.薄膜法：高

26、分子试样加热熔融涂制或压制成膜；高分子试样溶于低沸点溶剂涂渍于盐片挥发除溶剂 。固体样品：溶液制样法a 溶剂的选用和处理：要求在4000400cm1区光谱简单，沸点低。常用：CCl4、CHCl3、CS2、己烷、环己烷、C2H4Cl2、C2H2Cl2（二氯二烯）b浓度：520左右吸收池厚度：0.1mm左右的较薄吸收池得清晰的红外图谱（浓度较大）溶剂与样品间无相互作用；<5%时，用0.250.4mm厚的液池；常用0.2mm厚度10浓度；饱和浓度的溶液不宜注入密封液池；c装样：用被选溶剂灌洗样品池湿润性清洗；清洗：在第一次抽出溶液时不可抽得很干，且应立即注入溶剂再行清洗，以防固体样品在薄池中析

27、出，不易再度溶解。最后用干燥气体最后吹干溶剂蒸气。糊状法：a 制样法：固体样品加入石蜡油，研磨，至呈均匀糊状。b 样品用量及糊液稠度能涂开；尽量少加分散剂，通常：1020mg样品半滴约10mg液体分散剂c分散剂的选用和要求：沸点较高。化学性质稳定，能长期使用和保存。在需用的波长范围内应无吸收峰或吸收很弱。具有一定的粘度和较高的折射率，易与固体样品相混呈糊状物。常用分散剂：石蜡油（长碳链正构烷烃），适用于除CH吸收区之外的一切范围。氟油或全氟煤油、氟氯油：不含C-H键，存在C-F、C-CL及C-C键，适用于40001300cm1之间红外摄谱制样。六氯丁二烯：无CH吸收的分散剂d 样品粒度的散射影

28、响：粒度大将引起光散射，能量损失，使红外光谱基线倾斜。粒度<2um,目测：磨细的样品在玛瑙研钵的四周是否形成反射可见光的光泽表面。e优点：对样品十分有利的保护环境，干燥研磨油质分散剂包裹样品颗粒窗户夹在糊液两侧有利于羟基或氨基的鉴评。压片法：a固体样品加入KBr研磨混匀，加到模具上，加压，抽气。b用量：样品：KBr=1：501：200，压片厚度：0.51mm之间，太薄易产生干涉波纹，影响指纹峰的测定c分散剂的处理和选用：常用KBr和KCl（NaCl晶格能高，不易压成片子）。KBr和KCl若潮解，则先烘干再粉碎，过200目筛，110140烘4860h，减压干燥最好。d 熔融成膜法：熔点较低

29、的固体样品，二块窗片置于红外灯下，样品数粒于一块窗片的晶面上，待熔化时，合上窗片，将样品架稍热后，装上窗片得测。 液体样品的制备 A. 液膜法: 对沸点较高的液体，直接滴在两块盐片之间，形成没有气泡的毛细厚度液膜，然后用夹具固定，放入仪器光路中进行测试。控制液膜厚度的方法：在二晶面间垫衬某种惰性垫片，如：锡纸、铅箔、铝箔、聚四氟乙烯薄膜、聚酯、聚乙烯等塑料薄膜。不适用样品- 易挥发样品；粘度很大，无法展开成膜的粘胶类样品；毒性大，腐蚀性样品：将样品装入聚乙烯袋中，再关在二块晶体之间。B. 液体吸收池法: 对于低沸点液体样品和定量分析，要用固定密封液体池。制样时液体池倾斜放置，样品从下

30、口注入，直至液体被充满为止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入口和出口，进行测试。C. 涂片法：粘度大的液体样品直接涂于溴化钾片上。加热加压法：同液膜法，需置红外灯下烘烤。溶液涂膜法：少量粘液样品低沸点溶剂溶液单块窗片置红外灯下烘热，加23滴溶液，慢慢挥发溶剂呈膜可反复多次注意涂膜面积，稍大于入射光照射面积。溶液浓度不宜太浓，且应少量滴加，多次操作，否则会出现表面结膜，而膜内溶剂无法溢出。溶剂的挥发应在通风柜内的红外灯下进行。防止溶剂挥发太快而使窗片上凝结水分。D. 蒸气态制样：多用于GC/IR联用技术液体样品气体气体吸收池E. 全反射法制样：有些在红外区有极强吸收的低沸点液体样品，由于过载强峰，

31、即使用最薄的密封液体吸收池，也无法得到强峰的准确波数值。全反射棱镜材料：KRS5或锗单晶。 聚合物：A粘稠液体：液膜法：低粘度的聚合物液体样品；溶剂挥发成膜法：粘度较大的聚合物液体样品；加热加压液膜法：粘度大的具有聚合物液体性质的样品；全反射法；溶液法。B 膜片状样品：透过法：50um以下厚度的高聚物膜片样品，直接测定。镜反射法：高分子材料以较薄的涂层涂覆在金属表面入射光透入样品膜层，在背衬面以一定角度反射，再次穿出膜层到达检测器。全反射法：厚的膜片、不透明膜片或涂层等。4、 特殊实验技术.全反射法：主要应用于聚合物领域原理：入射光多次透入样品层的结构；有梯形、棱形；反射次数：12次25次；材

32、料：KRS-5晶体，硒化锌、锗。操作：样品与棱镜紧密贴合；应注意：KR55晶体有毒且质地柔软、易擦毛和变形。全反射光谱的峰形频率与透过光谱一致，但峰的强度分布与透过光谱有明显差异，即高波数段峰的强度减弱，低波数处峰强度与透过光谱一致。衰减全反射（ATR）：入射光进入样品，在样品有吸收的频率范围内，含被部分吸收而强度衰减，在样品无吸收的频率范围内会被全部反射。对整个频率范围，由于样品的选择性吸收，使ATR中的入射光被部分衰减，除穿透深度外，其衰减程度与样品的吸收系数有关，还与多次内反射中的光接触样品的次数有关。这种衰减程度在全反射光谱上就是它的吸收强度。b.漫反射法A.原理： 光照射到疏松的固态

33、样品表面分为镜反射光（样品表面）、漫射（样品表面）或在微粒间辗转反射逐渐衰减或散射（穿入内层再折回） 这些接触样品微粒表面后被漫射后散射出来的光具有吸收衰减特性，产生反射光谱。 B.制样：粒度：样品<10m；粒度大，则镜反射，峰强，峰宽浓度：不稀释，吸收太强，谱峰无法识别，一般10左右 微量样品：微量杯 溶解样品滴加在平铺于样品杯中的KBr粉末上，挥尽溶剂，刮平表面三、联用技术GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）、LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）GC-FTIR系统：GC单元、接口、FTIR单元。 接口：光管、冷冻捕集HPLC-FTIR系统：不很成熟。接口：流动池法：差谱。流动相去

34、除法：物理或化学方法将流动相去除。第三章 安捷伦电感耦合等离子体质谱ICP-MS全称电感耦合等离子体质谱 可分析几乎地球上所有元素，它将ICP的高温（8000）电离特性与四级杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成的一种新型的最强有力的元素分析、同位素分析和形态分析技术。该技术提供极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、分析精密度高、分析速度快及可提供同位素信息等分析特性。最初用于地质科学研究。ICP（电感耦合等离子体）：质谱的高温离子源，样品蒸发、离解、原子化、电离等过程。MS（质谱）：四级杆快速扫描质谱仪、通过高速顺序扫描分离测定所有元素、高速双通道模式检测器对四级杆分离后的离

35、子进行检测。电感耦合高频等离子体是目前原子发射光谱法中使用的新型光源，是指高频电能通过电感耦合到离子体所得到的外观上类似火焰的高频放电光源。这种光源工作温度高，又是在惰性气体条件下，几乎任何元素都不能再呈化合物状态存在，原子化条件良好，谱线强度大，背景小；同时光源稳定，分析结果再现性好，准确度高。氩的第一电离能高于绝大多数元素的第一电离能（除He/F/Ne外），且低于大多数元素的第二电离能（除Ca/Sr/Ba等），故大多数元素在氩气等离子体环境中只能电离成单电荷电荷，进而易由质谱仪器分离并检测。Agilent 7500系列ICP-MS系统操作过程：1高速氩气将液体样品雾化2大颗粒碰撞沉积，小颗

36、粒进入高温等离子体3样品颗粒解离，电离成正离子4提取透镜使离子通过样品锥进入真空系统5真空门阀在不采样时关闭以维持质谱仪的高真空度，有利于系统维护6二代离子透镜对离子进行聚焦和偏转，使之与光子、中性粒子分离，有最高的离子通过效率7双曲面四级杆，离子按荷质比进行分离进入检测器8双通道模式，9个数量级线性动态范围的检测器，快速检测。ICP炬管位置由步进电机控制三维可调、快速准确，拆卸、安装简单快速便于清洗更换。等离子体部分独立位于仪器主体部分，等离子气由排气管道直接排出。电感耦合等离子体形成：石英同心炬管、辅助气、载气、等离子气、RF工作线圈（内通循环水）射频电压诱导氩离子和电子快速震荡产生热量，

37、载气将样品气溶胶载到等离子体中心进而样品发生干燥、去溶剂、解离、原子化和电离等过程（中心温度-6800K）ICP离子源原理：气溶胶干燥、离子蒸发与解离、解离成单原子且电离（在采样锥口处样品以正离子形态存在，正离子浓度最高而多原子离子干扰浓度最低。Agilent 7500系列ICP-MS系统优化设计均围绕着离子产生与测定的高效率和降低干扰物浓度。ICP离子源中的物质1） 已电离的待测元素：As+，Pb+，Hg+，Cd+，Cu+，Zn+，Fe+，Ca+，K+。2） 主体：Ar原子（>99.99%）3） 未电离的样品基体：Cl,NaCl(H2O)n,Son,Pon,CaO,Ca(OH)n,Fe

38、O,Fe(OH)n,.这些成分会沉积在采样锥、截取锥、第一级提透镜、第二集提取透镜（以上部件在真空腔外）、聚焦透镜、偏转透镜、偏置透镜、预四级杆、四级杆、检测器上（按先后顺序依次减少），是实际样品分析时使仪器不稳定的主要因素，也是仪器污染的主要原因。4） 已电离的样品基体：Ar+，ArO+，ArH+，ArC+，ArCl+,ArAr+,(Ar基分子离子)CaO+,CaOH+,Son+,POn+,NOH+,ClO+.(样品基体产生)，这些成分因分子量与待测元素如Fe,Ca,K,As,Se,P,V,Zn,Cu等的原子量相同，是测定这些元素的干扰：注意：加大进样量提高灵敏度的后果是同时加大仪器受污染程

39、度。要获得更多已电离的待测元素，较高的等离子体中心通道温度很重要。等离子体温度越高，元素的电离效率就越高就会形成更多的待测离子。许多元素的电离度主要取决于等离子体的温度，若等离子体能量不够高，基体水平的变化就会引起轻微的温度变化，从而影响灵敏度。如何保证较高的电离效率？1ICP发生器射频效率（27.12MHz）2较小的进样流量（<0.4mL/min）3半导体控温装置控制雾化室温度以除去大量水汽利于样品集体的解离4较大的炬管中心通道（2.5mm）使样品通过ICP中心的线速度较小，样品在ICP高温区的停留时间较长进而提高样品基体的解离效率。四级杆原理：其由四根精密加工的双曲面杆平行对称排列而

40、成。在特定的电压下，只有特定质量数的离子才能稳定的沿轨道穿过四级杆。故通过快速扫描、变换电压的方式，不同质量数的离子可以在不同的时间内稳定并穿过四级杆到达检测器。EM检测器：电子倍增器 好的真空意味着更低的噪音，更好的峰度灵敏度和峰形第四章 气相色谱1 气相色谱仪器：气路系统、进样系统、柱分离系统、温控系统、各类检测器2 毛细管色谱简介：毛细管分类及特点 气固色谱固定相（吸附剂）、气液色谱固定相（载体+固定液）3 进样系统4 检测器5 定性分析：保留时间、经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用定性6 定量分析：校正因子、归一化法、外标法、内标法一、概述气相色谱过程：待测物样品被被蒸发为气体并注

41、入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，只起运载蒸汽样品的作用，也称载气）将待测物样品蒸汽带入柱内分离。其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的吸附-脱附（气固色谱）和分配（气液色谱）来实现的。因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的分离。由于活性（或极性）分子在这些吸附剂上的半永久性滞留(吸附-脱附过程为非线性的)，导致色谱峰严重拖尾，因此气固色谱应用十分有限。只适于较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。气液色谱：通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配

42、原理实现分离。三、柱分离系统 1. 简介柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱(或毛细管柱)。柱材料：金属、玻璃、融熔石英、Teflon等填充柱：多为U形或螺旋形，内径24 mm，长13m，内填固定相；开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.10.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径1030cm的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可达106)、分析速度快、样品用量小。柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小±0.x。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间20-30min)；对宽沸

43、程的样品，应使用程序升温方法。2. 毛细管柱(开管柱、开口柱)1) 分类填充型：先在玻璃管内填充疏松载体，再拉制成毛细管，最后再涂渍固定液。开管型：按固定液涂渍方法不同，可分为涂壁开管柱、载体涂渍开管柱、多孔层开管柱以上开管柱玻璃材料已被外涂聚酰亚胺保护层的熔融石英管(含金属氧化合物 少、管壁更薄，因而不与待测物作用、柔韧性好、强度高、更易弯曲）所取代。此外，现在也发展了一种大口径开管柱可容许更大样品量（类似于填充柱），尽管柱效低些，但大大高于填充柱。2) 毛细管柱特点：(i) 渗透性好：可使用较长的色谱柱；(ii) 相比率大：分配快，有利于提高柱效；加上保留因子k小，渗透性好，因而分析速度快

44、；(iii) 柱容量小：因而进样量小。需采用分流技术并使用更高灵敏度的检测器；(iv) 总柱效高：尽管毛细管柱效比填充柱大，但仍处于同一数量级。但毛细管柱长很大，因而总柱效高。3. 毛细管气相色谱仪器毛细管气相色谱仪器与填充柱色谱仪类似。只是在进样口增加了分流/不分流装置，以及在柱后增加了一个尾气吹扫气路。前者解决了柱容量小的问题，后者减少了柱与检测器连结处的死体积过大的问题。四、气源作用：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，

45、可除去水、氧气以及其它杂质。压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填充柱：10-50 psi；对开口毛细柱：1-25 psi)；第二级，柱头压力指示；流量及压力控制：早期的仪器在柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确，通常在柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变（EPC）。五、进样系统常以微量注射器穿过隔垫将液体样品注入气化室，汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50。（通常气体可通过六通阀进样，重现性较好）进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。一般柱分离进样体积

46、在十分之几至20mL，对毛细管柱分离，体积约为10-3 mL，此时应采用分流进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导致分离变差(拖尾)。进样口类型：分流/部分流毛细管柱进样口，填充柱进样口，冷柱上进样口，程序升温气化进样口。1、分流/不分流进样口及填充柱进样口功能1)操作温度范围：最高气化温度350420，常用2502)载气压力和流量设定范围：常见仪器载气压力范围：0100psi，流量范围：0200ml·min-13)死体积 0.21ml。气化室死体积小，样品初始谱带窄，柱外效应小，但死体积太小，会因样品气化后体积膨胀引起压力的剧烈波动，严重时会引起样品“倒灌”，反而增加柱外效应。4

47、)惰性：气化室内壁应有足够惰性，不对样品发生吸附或化学反应或对样品分解起催化作用。所以，气化室不锈钢套管中要插入一个石英或玻璃管(衬管)。5)隔垫吹扫功能：隔垫的影响：硅橡胶材料残留溶剂低分子齐聚物进入色谱柱，引起“鬼峰” ，气化室高温使其部分降解隔垫吹扫的作用：隔垫排出物被排出，温度较气化温度低，防止隔垫老化6)分流进样（split）为什么采用分流进样？作用：小部分被载气带入色谱柱，大部分被放空，在进样量（进样体积）一定时，减少进入毛细管柱的样品量，防止柱柱超载及污染。分流比：放空部分:进入色谱柱部分=分流出口流量：柱流量=分流比（一般10 : 1 200:1） 易出现的问题：分流歧视在一定

48、分流比条件下，不同样品组分的实际分流比是不同的，从而造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，影响定量结果的准确度。原因：各组分在载气中的扩散速度不同，各组分极性不同，沸点不同，气化速度不同，分流比较大时易出现 。解决方法：快速气化，包括采用较高气化温度和选用合适的衬管 ，在样品浓度和柱容量允许情况下，分流比尽量小一些。7）不分流进样 （splitless）：适用于低浓度样品，可提高灵敏度，消除分流歧视，但由于溶剂效应会引起初始谱带变宽。2. 冷柱上进样（COC）：样品直接注入处于室温或低于室温的色谱柱，逐步升高温度使组分依次气化通过色谱柱分离优点：消除歧化效应避免样品分解，准确度，精密度

49、高。缺点：要求进样体积小，否则会超载操作复杂：对起始柱温、溶剂性质、进样速度有严格的要求。3程序升温气化进样（PTV）：将气体或液体样品，注入处于低温的进样口衬管内，按设定程序升高进样口温度。 缺点：PTV进样口结构复杂，操作技术要求更高一些；价格贵一些。4进样口结构：（图）六、 检测器 气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的几种检测器：1. 热导检测器(Thermal conductivity detector, TCD);2. 氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector, FID);3. 电子捕获检测器(Electron capture detector, EC

50、D);4. 火焰光度检测器(Flame photometric detector, FPD);5. 氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(Thermionic detector, TID);根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的量成正比。1. 热导检测器(TCD)原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt, Au, W, 半导体）时，其电阻将发生变化，将引起电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信

51、号，从而实现其检测功能。构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheatstone 电桥。工作过程：1）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，AB两端无电压信号输出；2）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。特点：对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。影响TCD灵敏度的因素：1）桥电流 i：i 增加热敏元件温度增加元

52、件与池体间温差增加气体热传导增加灵敏度增加。但 i 过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在100200 mA之间(N2作载气，100150 mA；H2作载气，150200 mA)。2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。3）载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，则灵敏度越高。通常选择热导系数大的H2和Ar作载气。用N2作载气，热导系数较大的试样(如甲烷)可出现倒峰。4）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数r大（随温度改变，阻值改变大，或者说热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量

53、的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。2. 火焰离子化检测器（FID）又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。原理：含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的给分。结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极(极化极，此图中为火焰顶端)和收集极。工作过程：来自色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（10-12 A）。火焰离子化机理：有关机理并不十分清楚

54、，但通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与O2作用产生正离子，再与水作用生成H3O+。以苯为例： 3O2 6H2OC6H66CH 6CHO+6e 6CO+6H3O+影响FID灵敏度的因素：1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2 = 1:11:1.5；当以He为载气时，则氦气流速= 1/3H2+10mL。2）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air = 1:10。3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择1

55、00300V的极化电压。4）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约 50oC(防止固定液流失及基线漂移)FID特点：1）灵敏度高(10-13g/s)；2）线性范围宽(107数量级)；3）噪声低；4）耐用且易于使用；5）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控制流速恒定！6）对无机物、永久性气体和水基本无响应（不足？），因此FID特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、N和S的氧化物污染的有机物分析。7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。8）样品受到破坏。3. 电子捕获检测器(ECD)

56、ECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。原理及工作过程：从色谱柱流出的载气(N2或Ar)被ECD内腔中的b放射源电离，形成次级离子和电子(此时b电子减速)，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流(基流)。当含较大电负性有机物被载气带入ECD内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。ECD 特点：1）对如卤素基、过氧基、醌基、硝基等含电负性的功能团的分子具有极高的选择性和灵敏度；但对含酰胺基和羟基的化合物以及烃类物质不灵敏。2）与FID相比，ECD对样的破坏不大；3）线性范围为两个数量级，相对FID来说，这不算大;4）要求载气纯度要高(>99.99%)，否则杂质会降低基流；需脱氧4. 火焰光度检测器（FPD）FPD对含S、P化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于SO2、H2S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。FPD结构：喷