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文档简介

1、1Modern Instrumental Analysis内容提要1. 原子吸收光谱法 基本原理 原子吸收光谱仪 实验方法 原子吸收光谱法的应用 2. 分子荧光分析法 基本原理 荧光定量分析方法 荧光分光光度计 荧光分析法的应用3. 色谱法 色谱法概述 色谱分离的基本原理 色谱仪 色谱定性与定量分析 色谱分析的应用 内容提要教学基本要求 熟悉原子吸收光谱法、分子荧光分析法、色谱法的基本原理及其应用。 了解 原子吸收光谱仪、荧光分光光度计、色谱仪的基本结构;了解原子吸收定量分析方法、荧光定量分析方法、色谱分析的塔板理论及定性与定量分析的基本方法。第一节 原子吸收光谱法p 原子吸收光谱法,全称at

2、omic absorption spectroscopy,简称AAS。p 是基于测量待测元素的基态原子对其特征谱线的吸收程度而建立起来的一种现代仪器分析方法,又称原子吸收分光光度法,简称原子吸收法。 第一节 原子吸收光谱法一、基本原理(一)原子吸收光谱的产生 各种元素的原子结构不同,电子从基态跃迁至第一激发态时,吸收的能量也不同。原子吸收光谱的波长()或频率()由产生跃迁的两能级的能量差(E)所决定: cEhh (14.1) 第一节 原子吸收光谱法(二)原子吸收光谱的测量 当光源辐射出含有与待测元素特征频率相同的光(强度为I0)通过试样蒸气时,被蒸气中待测元素基态原子所吸收,辐射光强度减弱。其

3、透过光的强度I与原子蒸气宽度(L)符合Lambert-Beer定律: cLKvvIIe0(14.2) cLKIITAvv4342. 0lglg0(14.3) A = Kc (14.4) 第一节 原子吸收光谱法二、原子吸收光谱仪1. 光源 广泛使用的是空心阴极灯(hollow cathode lamp) 。2. 原子化器(atomizer) 原子化器的主要作用是有效地将样品中待测元素转变成处于基态的气态原子。它的装置主要包括:喷雾器,雾化器和燃烧器三部分。3. 单色器 常用的是平面光栅单色仪。4. 检测系统 主要由检测器、放大器、对数变换器、指示仪表组成。第一节 原子吸收光谱法原子吸收光谱仪原子

4、吸收光谱仪第一节 原子吸收光谱法三、实验方法(一)定量分析方法(一)定量分析方法 1.标准曲线法 首先配制一系列不同浓度的待测元素的标准溶液,用试剂的空白溶液作参比,在选定的条件下分别测定其吸光度值A。以A为纵坐标,浓度c为横坐标,绘制标准曲线。在相同条件下测定待测样品的吸光度,从标准曲线上查得待测元素的含量。 第一节 原子吸收光谱法2.标准加入法 具体操作如下:分别取等量试样溶液n份(一般45份),除第一份外,其余各份分别按比例加入不同含量待测元素的标准溶液并稀释至相同体积,在相同条件下依次测定吸光度A,作出浓度c与吸光度A的曲线。如果曲线不通过原点,说明试样中含有待测元素,并且其外延线与横

5、坐标相交处到原点的距离,即为试样中待测元素的浓度cx。 标准加入法标准加入法第一节 原子吸收光谱法(二)灵敏度和检出限(二)灵敏度和检出限 1. 灵敏度(sensitivity,S) l灵敏度定义为标准曲线的斜率2. 检出限(detection limit,D)l一般定义为3倍于噪音的标准偏差所对应的待测元素浓度c(或质量m)。 AASScm或3 3cmcgDDAA 或第一节 原子吸收光谱法(三)测定条件的选择(三)测定条件的选择 灯电流选择; 吸收线的选择; 狭缝宽度选择; 原子化条件选择; 进样量的选择等。 第一节 原子吸收光谱法(四)干扰及其消除(四)干扰及其消除 无理干扰; 化学干扰;

6、 电离干扰; 光谱干扰。四、原子吸收光谱法的应用 第一节 原子吸收光谱法 当物质分子吸收光子能量而被激发,然后从激发态的最低振动能级返回到基态能级时所发射出的光称为荧光(fluorescence)。 根据物质的分子吸收光能后发射出荧光光谱的特征和强度,对物质进行定性或定量的分析方法称为分子荧光分析法(molecule fluorescence analysis)。 第二节 分子荧光分析法第二节 分子荧光分析法一、基本原理(一)分子荧光的产生(一)分子荧光的产生 l大多数分子含有偶数个电子,在基态时,电子成对地填充在能量最低的各轨道中,且自旋相反,此时该分子就处在单线态(singlet stat

7、e),用符号S表示;l若分子吸收能量后在跃迁过程中不发生自旋方向的改变,则分子处于激发单线态;倘若在跃迁过程中还伴随着电子自旋方向的改变,则该分子处在激发三线态(triplet state),用符号T表示。 第二节 分子荧光分析法 荧光是从第一电子激发态(S1)的最低能阶轨道(V0)落回基态(S0)轨道上时所释放的辐射能。 常见的辐射跃迁有荧光和磷光等形式,无辐射跃迁有振动驰豫、体系间跨越、内部能量转换以及猝灭等。 第二节 分子荧光分析法荧光与磷光产生示意图荧光与磷光产生示意图第二节 分子荧光分析法(二)荧光的激发光谱和发射光谱二)荧光的激发光谱和发射光谱 激发光谱激发光谱(a)和发射光谱和发

8、射光谱(b) 固定荧光波长,连续改变激发光波长,以荧光强度对激发光波长作图,可得到激发光谱。激发光谱。 固定激发光波长和强度。连续改变荧光物质发射光的波长,以荧光强度对荧光波长作图,即可得到发射光谱发射光谱。第二节 分子荧光分析法(三)荧光光谱的特征(三)荧光光谱的特征 斯托克斯位移(Stokes shift)与激发光谱相比,荧光光谱的最大发射波长总是出现在更长处。激发与发射之间存在着一定的能量损失(如激发态分子的振动或者部分能量转化为热辐射)是产生斯托克斯位移的主要原因。 荧光发射光谱的形状与激发波长无关 镜像对称规则第二节 分子荧光分析法(四)荧光效率及其影响因素(四)荧光效率及其影响因素

9、 荧光效率(fluorescence efficiency) 又称荧光量子产率(fluorescence quantum yield),指的是激发态分子发射荧光的光子数与基态分子吸收激发光的光子数之比,用F 表示: F吸收激发光的光子数吸收激发光的光子数发射荧光的光子数发射荧光的光子数 第二节 分子荧光分析法(四)荧光效率及其影响因素(四)荧光效率及其影响因素 荧光与分子结构的关系 强荧光物质往往具有如下特征:分子中须具有大的共轭键结构。一般,芳香族化合物能产生荧光。在同样长的共轭分子中,分子的刚性和共平面性越大,荧光效率越高。取代基的影响:一般,给电子取代基能增加分子的电子共轭程度,使荧光加

10、强,而吸电子取代基则减弱分子的电子共轭程度,降低荧光强度。第二节 分子荧光分析法(四)荧光效率及其影响因素(四)荧光效率及其影响因素 环境因素对荧光的影响 分子所处的外界环境,如:温度、溶剂、pH、荧光猝灭剂(能引起荧光强度降低的物质)等都会影响荧光效率,甚至影响分子结构及立体构象,从而影响荧光光谱的形状和强度。 第二节 分子荧光分析法二、荧光定量分析方法(一)荧光强度与荧光物质浓度的关系(一)荧光强度与荧光物质浓度的关系 样品池内溶液的荧光样品池内溶液的荧光根据Lambert-Beer定律可得到: (14.9)cLIKF0303. 2 F = Kc (14.9)1. 标准曲线法 2. 比例法

11、 (二)定量分析方法(二)定量分析方法s0s0 xxcFFFFcxs0 x0sKcKcFFFF (14.11) s0s0 xxcFFFFc (14.12) 第二节 分子荧光分析法第二节 分子荧光分析法三、荧光分光光度计 激发光源 单色器 样品池 检测器第二节 分子荧光分析法四、荧光分析法的应用 (一)无机化合物的荧光分析(一)无机化合物的荧光分析(二)有机化合物的荧光分析(二)有机化合物的荧光分析 第三节 色谱法一、色谱法概述 n术语:固定相;色谱柱;流动相;洗脱液。n分类: 根据流动相:气相色谱;液相色谱;超临界流体色谱法 改变固定相的材料:吸附色谱法,分配色谱法,离子交换色谱法,凝胶色谱法

12、,生物亲和色谱法等 按照固定相的形状:柱色谱法,毛细管色谱法,平板色谱法。 第三节 色谱法二、色谱分离过程和基本术语 (一)色谱分离过程 色谱分离是利用在一定温度下,不同组分在同一种固定相中分配系数的不同来达到分离目的。色谱分离过程示意图色谱分离过程示意图第三节 色谱法(二)色谱图及基本术语(二)色谱图及基本术语 色谱流出曲线色谱流出曲线(二)色谱图及基本术语(二)色谱图及基本术语 1. 基线(base line) 2. 峰面积与峰高 3. 区域宽度(zone width) (1)半峰宽 (2)峰宽 (3)标准差 第三节 色谱法(二)色谱图及基本术语(二)色谱图及基本术语 4. 保留值(ret

13、ention value) (1) 保留时间 (2) 死时间 (3) 调整保留时间 5. 分离度(resolution, R) 2121122)(21)(WWtWWttRRRR (14.14) 第三节 色谱法第三节 色谱法三、塔板理论 色谱柱可看作由许多假想的塔板组成,每个塔板之间的距离称为理论塔板高度(Height equivalent to a theoretical plate;H),在一定柱长(L)中塔板的数目称为理论塔板数(n),则有: 22/1R)(54. 5Wtn (14.17)2R)(16Wtn (14.16)第三节 色谱法三、色谱仪(一)气相色谱仪(一)气相色谱仪 1. 气路系统 2. 进样系统 3. 分离系统 4. 检测系统 5. 记录系统 典型的气相色谱仪示意图典型的气相色谱仪示意图第三节 色谱法三、色谱仪(二)高效液相色谱仪(二)高

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