仪器分析教案

1、仪器分析和化学分析 两者的区别在于:检测能力样品的需求量分析效率使用的广泛性精确度仪器分析方法的分类根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为四大类.学分析法以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法光谱法：依据物质对电 磁辐射的吸收、发射或 拉曼散射非光谱法：电磁波作用 物质之后，引起反射、折射、衍射等基本性质 的变化.电化学分析法依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法.色谱法以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。.其它仪器分析方法包括质谱法、热分析法、放射分析等。第二章紫外-可见吸收光谱法紫外-可见吸收光谱法历史较久远，应用十分广泛，与其它各种仪

2、器分析方法相比，紫外-可见吸收光谱法所用的仪器 简单、价廉，分析操作也比较简单，而且分析速率较快。在有机化合物的定性、定量分析方面，例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检查以及在药物、天然产物化学中应用较多。本章内容：本章主要讨论了紫外-可见吸收光谱的产生、紫外-可见分光光度计仪器原理和结构以及紫外-可见吸收光谱法在有机定性及结构分析中的应用。讲解思路： 让学生首先了解：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸 收光谱。而各种化合物，无机化合物或有机化合物吸收光谱的产生在本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二 者在电子跃迁类型上有一定区别。电子跃迁类型是本

3、章的难点。最后了解利用紫外-可见分光光度计可使物质产生吸收 光谱并对其进行检测。鉴定的方法是本章的重点。光分析法概论内容提要：电磁辐射的波动性和粒子性电磁波谱原重点难点：电磁波谱区一、电磁辐射的性质电磁辐射具有波动性和粒子性。L波动性电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，可以用频率（u ）、波长（入）和波数（6 ）等波参数表征。掌握频、波长、波数的定义及之间的关系。2.微粒性普朗克方程E h h ?c/（2 -3）该方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系起来，二、电磁波谱 按照波长的大小顺序排列可得到电磁波谱，不同的波长属不同的波谱区，对应有不同的光子能量和不同 的能级跃迁。能用于光学分析的是中能辐

4、射区，包括紫外、可见光区和红外区。紫外-可见吸收光谱内容提要：介绍紫外-可见吸收光谱法的基本概念。紫外-可见吸收光谱法是根据溶液中物质的分子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法。也称作紫外和可见吸收光度法，它包括比色分析和紫外-可见分光光度法。不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。无机化合物和有机化合物吸收光谱的产生本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。有机化合物吸收可见光或紫外光，b、无 和n电子就跃迁到高能态，可能产生的跃迁有b-b*、n-b*、无-无*和n一无*。各种跃迁所需要的能量或

5、吸收波长与有机化合物的基团、结构有密切关系，根据此原理进行有机化合物的定性 和结构分析。无机络合物吸收带主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁而产生的。电荷转移跃迁的摩尔吸收系数很大，根据朗伯一 比尔定律，可以建立这些络合物的定量分析方法。重、难点：分子的电子能级和跃迁生色团的共羯作用 d-d 配位场跃迁金属离子影响下的配位体 无一无*跃迁。朗伯比耳定律. Correlation of T and C.朗伯-比尔定律.浓度测量中相对误差与透光率和吸光度的关系. Beer-Lambert 定律在混合物中的表达式5、偏离Beer-Lambert定律的因素紫外可见分光光度计紫外-可见分光光度计主要由光源、

6、单色器、吸收池、检测器及信号显示五部分组成。需讲解每部分的作用与原理。,作用：提供能量激发被测物质分子。光源!中来,鸨灯：适用波长范围320 2500nm、六氢（笊）灯：提供波长 范围180 375nm。单色器：从连续光谱中获得所需单色光吸收池：用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿检测器：检测光信号。常用检测器有光电管和光电倍增管信号显示器：是读数装置。并了解仪器类型及功能，如单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计的工作原理。重难点：双波长分光光度计原理及构造。外可见分光光度法应用内容提要：紫外-可见吸收光谱法用于有机化合物的定性、定量和结构分析。由于有机化合物的紫外-可见吸收光

7、谱比 较简单、特征性不强，吸收强度不高，因此应用有一定的局限性。但它能够帮助推断未知物的结构骨架、配合红外光谱 法、核磁共振波谱法和质谱法等进行定性和结构分析，它是一种有用的辅助手段。重点：化合物的鉴定、结构分析事例。有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法。将未知纯化合物的吸收光谱特征， 如吸收峰的数目、位置、相对强度以及吸收峰的形状与已知标准物的吸收光谱进行比较，以此推断未知化合物的骨架。 但大多数有机化合物的紫外-可见光谱比较简单，特征性不明显，而且很多生色团的吸收峰几乎不受分子中其它非吸收 基团的影响，因此，仅利用紫外光谱数据来鉴别未知化合物有较大局限性。结构分析：紫外吸收光谱虽然不能对一

8、种化 合物作出准确鉴定，但对化合物中官能团和共轲体系的推测与确定却非常有效。难点：催化动力学光度法原理。所谓催化动力学分析法是指通过测量反应速率来进行定量分析的方法。许多化学反应 在催化剂存在下，可以加快反应速率，而催化反应速率在一定范围内与催化剂浓度成比例关系，因此以光度法检测催化 反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。但影响该法准确度的因素很多，操作严格，准确测定难度较大。第三章分子荧光分析法本章主要基态分子吸收了一定的能量后，跃迁至激发态再以辐射跃迁形式将能量释放后返回基态，产生分子发光，主要 有荧光分析、磷光分析、化学发光分析。3.1荧光分析的基本原理光效率及影响因素，荧光强度与溶液浓

9、度的关系，荧光仪器及荧光的分析应用。重点、难点：荧光的产生机理一、概述根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量公析。荧光分析法的最大优点是灵敏度高，选择性也较好，应用范围广。二、基本原理.分子荧光的产生处于各激发态不同振动能级上分子，通过无辐射跃迁，释放一部分能量跃回到第一激发态的最低振动能级上，再以 辐射跃迁形式回到基态的各振动能极上，产生分子荧光。.荧光效率及其影响因素荧光效率荧光效率定义为发荧光的分子数目与激发态分子总的比值即一)=SS芸I若以各种跃迁的速率常数来表示，则(51)Kff =Kf K iKf为荧光发射过程中的速率常数(52)Ki非辐射跃迁的速率常数之和荧光与分子结

10、构的关系要具有能够吸收紫外一一可见光的分子结构如共轮体系，无电子的离域性越强，越易被激发而产生荧光。分子的刚性平面结构有利于荧光的产生环境因素对荧光的影响溶剂的极性增加对激发态产生更大的稳定作用，会使荧光强度增强温度也影响到荧光强度对大多数荧光物质，温度 升高，使非辐射跃迁几率增大，荧光效率降低。溶液的pH值影响到荧光物质的存在，也影响荧光效率。.荧光强度与溶液浓度的关系荧光强度1f fIaf (Io I)由于 A= lg |1 = 10 ?A A TOC o 1-5 h z IA( 2.3A)2( 2.3A)33f f Io (1 I ) f I o 2.3A (5 3)2!3!若溶液很稀A

11、-0.1 -4mm-0.1 -4mrrr承H+交换 点位为H+和Na+点位为NS所占有点位为h卡和Na所占有3图1玻璃膜中离子分布图 TOC o 1-5 h z aH 木_E 外 k 外 0.0591g(91)aH#a h+(92)k 内 0.0591g aM式中,aHP aH内为膜外和膜内溶液氢离子活度。a.、a,H内为外水化胶层和内水化胶层中的氢离子活度k外、k内为玻璃外，内膜性质决定常数。若膜内外表面性质相同，则k产N aH.*内aH*夕卜E 膜 E 外 E 内 0.0591g (93)aH小内E内参 E膜E内名EAg0.059 Igaci于是E玻 EAg /AgCl 0.0591g a

12、ciaH#0.0591g 也(9 4)aH内和aci为常数 TOC o 1-5 h z E 玻k 0.0591gaH 外(9-5) HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 或 E玻 k 0.059pH（9-6）（三）玻璃电报的特性1、不对称电位：如果玻璃膜两侧溶液的pH相同，则膜电位应等于零，但实际上仍有一微小的电位差存在，这个电位差称为不对称电位。2、碱差：pH 10或钠离子浓度较高的溶液时，测得的pH比实际数值偏低，这种现象称之为碱差（钠差）。3、酸差：pHvs时，vx vs vx则上式，可写成Cx=CSVS(10Es 1)1 vx(二)连接标准

13、加入法将(9 28)改写成(Vx Vs)10Es 10Ks (CxVx SsVs)令10Ks K 得(Vx Vs)10eS K (CxVx CsVs)(931)令 (Vx Vs)10ES 0则 K (CxVx CsVo) =0Cx= CsVo(9 -32)Vx五、测量误差E RT C 市C25 c E 0.0257 C(933)n C相对误差= C 100% = (3900n E )%(934)C当 E + 0.001V, 一价离子相对误差 3.9%,二价离子为 7.8% 第四节电位滴定法电位滴定法是一种利用电位确定终点的分析方法，电位滴定法与直接电位不同，它是以测量电位的变化为基础的方法，不

14、以某一确定的电位值为计算的依据。本节的重点与难点在于掌握判断滴定终点的方法。一、方法原理电位滴定法是根据电池电动势在滴定过程中的变化来确定滴定终点的一种方法，其装置如图9-13二、确定终点的方法L用图解池确定终点E一V曲线法； E/V V曲线法 2E/v2 V曲线法；2.二阶微商内插法确定终点根据表9 6的数据，可以计算加入 21.30ml力口入 21.40ml滴定剂体积/ ml(21.40-21.30)% 2 =27002E/V 2 =280021.30 x21.40270002800：(-2800-2700)=(x-21.30)： (0-2700)x-21.30+27000.1 21.35

15、(ml)5500第六章气相色谱分析法三、气相色谱分离过程及有关术语.气相色谱分离过程A、B两组分组成的混合物，由载气携带进入色谱柱。由于 A、B两组分在固定相和流动相之间的分配系数不同，当 A、B两组分随载气沿柱出口方向不断移动时，就会产生差速迁移而逐渐分离。.气相色谱常用术语色谱峰：组分从色谱柱流出，检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。基线：仅有载气通过色谱柱时，检测响应信号随时间变化的曲线。稳定的基线应该是一条平行于时间坐标的直线。色谱峰高h:色谱峰顶点与基线之间的垂直距离色谱峰区域宽度标准偏差S :它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半半高峰宽 W2：峰高一半处对应的色谱

16、峰宽W2 =2.354 S色谱峰底宽Wb:色谱峰两侧拐点作切线与基线交点间距离wb = 45保留值保留时间tR：组分通过色谱柱所需的时间死时间t0:不被保留的组分从进样到色谱峰最大值出现的时间调整保留时间tR，:扣除死时间后的保留时间tR，=tR-t0保留体积Vr：死体积M:调整保留体积相对保留值rzM = tR?F0B一色谱柱出口载气流量 ml?min 1V0=t 0%Vr/ : V = Vr- V0t R (2)V R(2)Z.1t R (1)Vr(1)第二节 气相色谱理论基础一、塔极理论.分配平衡：用分配系数、分配比来描述组分在给定两相间的分配行为。分配系数K:在一定的温度、压力下，组分

17、在液相和气相之间分配达到平衡时的浓度比K -Ce(12-6)Cg分配比k:在一定的温度、压力下，组分在液相和气相之间分配达到平衡时的质量比(12 -7), mc k mgmeCe ?Ve1X c VekK ?mgCg ?VgVg(12 -8)t R to k t 0(129)色谱保留方程：tRto(1 k)(12-10)VR= VgKVe(12 11).塔板理论将色谱柱假想为一个精微塔，塔内有一系列连续的、相等体积的塔板，每一块塔板的高度称理论塔板高度H。并假设在每一块塔板上被分离组分在气液两相间瞬时达到一次分配平衡，若色谱柱长为L 则：n= n理论塔板数(12 12)根据色谱图可计算出n n

18、 5.54(区)216(上)2w y2w b实际塔板数 neffneff 5.54(-tR)216(S_)2HeffW y 2W b(12 13)(12 14)、速率理论这是荷兰学者范第姆特于 1956年提出的色谱过程动力学理论。H A BU Cu(12-15)A、B、C为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项系数.涡流扩散项A 组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起色谱峰变宽A=2入 dP.分扩散项B4： 组分在色谱柱内运动，存在浓度梯度，引起色谱峰变宽B=2t Dg.传质阻力项C/ 包括气相传质和液相传质CgClO01R2 9 d2 ?(2 R) Dg22? R，业3(1

19、 R)2 Di.载气流速U对H影响H=A+ B/ Cu微分后(12 -20)Hmin A2VBC(12-21)三、色谱基本分离方程1.分离度R相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比tR (2) t R(1 )2(t R(2) t R(1)1 .、(w b(1) W b(2)W b (1) w b(2)2.谱基本分离方程式设相邻两色谱峰峰底宽度相等即 w b (1) w b(2)RtR(2)tR(1)t R(2) t R(1)tR(2)tR(1)1 z.2 (w b(1)w b(2)w b(2)wb(2)，n eff t R (2) t R(1)4tR(2)将式12 14）代入

20、式Rneff2,1142,1(12 24)第三节气相色谱法二、气相色谱仪.气路系统：它是载气连续运行的密闭管路系统，结与路系统的要求是密封性好流速稳定。一般用皂膜流量计测得柱后载气流量F。.进样系统：将试样快速而定量的加到色谱柱头上.分离系统：主要是在色谱柱内完成试样的分离，有填充柱和毛细管柱两种.温度控制系统：对气化室，色谱柱和检测器部件的温度进行设定和控制。.检测记录系统主要是检测器和记录仪组成，检测器是将组分的浓度或质量大小转变成电信号，常见的有四种检测器。（1）导检测器（TCD）它由金属池体和装入池体内两个完全结称孔道内的热敏元件所组成，是基于被分离组分与载气的导热系数不同进行检测。是

21、一种非破坏检测器，对各种物质都有响应。 火焰电离检测器（FID）主要有离子室、火焰喷嘴极化电极和吸集极构成，根据含碳有机化合物在氢火焰中发生电离原理进行检测。对有机化合物有高的灵敏度。 子捕获检测器（ECD）由两个电极和筒状的0放射源（63Ni）组成，带电负性组分进入电离室后，捕获低能量的自由电，使基始电流下降，电流下降值与进入检测器的电负性组分含量成正比。火焰光度检测器（FPD）主要对含硫、磷化合物有选择性响应，硫的检测波长 394n,磷的检测波长526nm三、气相色谱流动相和固定相L流动相（载气） 常用的载气有氢、氮、瀛、氮等惰性气体。一般用热导检测器时，使用氢、氮气体，其它检测器使 用氮

22、气，作为载气的气体要求纯度高。.固体固定相固体固定相是表面有一定活性的固体吸附剂，如活性炭、硅胶、氧化铝分子筛等，不同的分析对象选用不 同的吸附剂。.液体固定相由固定液和载体组成。固定液均匀的涂布在载体表面。载体：要求比表面积大，化学稳定性和热稳定性好，颗粒均匀，有一定的机械强度。固定液：高沸点有机液体，要求有适当的溶解性能，选择性好，挥发性小，热稳定性好，化学稳定性好等。四、定性与定量分析L试样的预处理化学衍生化，通过合适的化学反应，改变组分的色谱的分离性质，将极性过强，挥发性过低或稳定性不好的物质转化成稳定性好和易挥发的衍生物。裂解色谱技术：将一些难挥发的固体试样在裂解器中裂解成低分子碎片后，再由载气带入色谱柱进行分析。.定性分析 色谱法主要利用保留值定性，但在很多情况下，仍需借助其它手段。（1）用保留值与书籍物质对照定性，包括以下方法：利用保留时间定性利用峰高增量定性利用双色谱系统定性利用保留值经验规律定性据文