常用仪器分析方法概论课件

1、12.1 电势分析法12.2 紫外-可见分光光度法12.3 色谱分析法第13章 常用仪器分析方法概论12.1 电势分析法12.2 紫外-可见分光光度法12.3 分析化学的分类化学分析仪器分析 分析化学包括定性分析和定量分析两个部分按其测定原理分类如下：酸碱滴定氧化还原滴定配位滴定沉淀滴定重量分析法容量分析法光谱分析法（UV、IR）电化学分析法色谱分析法（TLC、GC、HPLC）分析化学的分类化学分析仪器分析 分电化学分析(electrochemical analysis) 以被测物质的电学和电化学性质为基础建立的一种分析方法。将待测液构成化学电池的组成部分，通过测量该电池的一些电学特性变化而进

2、行的分析。12.1 电势分析法电化学分析(electrochemical analysis按测量参数可分为 电势分析法、 电导分析法、 库仑分析法、 伏安分析法等。电势分析法 是根据电极电势与溶液中物质的浓度之间的对应关系进行定量分析的方法。分为直接电势法和电势滴定法。按测量参数可分为电势分析法12.1.1 电势法测定溶液的pH参比电极和指示电极1.参比电极(reference electrode) 是在恒温恒压条件下，电极电势值不随溶液中被测定离子的浓度变化而变化的电极。在测定未知电极电势时作参考比较之用。 常用的参比电极有饱和甘汞电极(SCE)和氯化银电极。 12.1.1 电势法测定溶液的

3、pH参比电极和指示电极1.参饱和甘汞电极的组成式： Cl(饱和) |Hg2Cl2(s)，Hg(l) 电极反应： Hg2Cl2(s)+2e 2Hg(1)+2Cl(aq) 电极电势为：298K时，若KCl饱和溶液，则饱和甘汞电极的组成式： 电极反应： 电极电势为：298电极的电势与溶液中某种离子的活度之间存在Nernst方程所描述的函数关系，该电极可作为该离子的指示电极 常见的氢离子指示电极为玻璃电极(glass electrode) 2.指示电极(indicating electrode)电极的电势与溶液中某种离子的活度之间存在Nernst方程所描玻璃电极可表示为： Ag(s),AgCl(s)

4、| HCl(0.10molL-1) | 玻璃膜 | H+(pH待测溶液) 玻璃膜内的氯化银电极称为内参比电极。 (AgCl/Ag) (AgCl/Ag)0.05916 lg Cl因玻璃球膜内的溶液中Cl为常数，故内参比电极的电极电势是一常数 玻璃电极可表示为：玻璃膜内的氯化银电极称为内参比电极。玻璃电极的电极电势()与被测溶液中氢离子的活度的关系符合Nernst方程式 在298K时 (12-1)(12-2)玻璃电极的电极电势()与被测溶液中氢离子的活度的关系符合3.复合电极(combination electrode) 将指示电极和参比电极组装在一起构成的。 测定溶液的pH时，使用的复合电极通常

5、是由玻璃电极与AgCl/Ag电极或玻璃电极与甘汞电极组合而成。 3.复合电极(combination electrode)(-) GE|待测溶液SCE (+)4.电势法测定溶液的pH电池组成：在298K时 电池的电动势 (-) GE|待测溶液SCE (+)4.电势法测定溶液的p在一定条件下，原电池的电动势与被测定溶液的pH呈线性关系，通过测量原电池电动势，就可对溶液中氢离子浓度进行定量 在一定条件下，原电池的电动势与被测定溶液的pH呈线性关系，通由于(12-3)式中的K值不能由理论计算求得。实际应用时，采用标准校正法将K值互相抵消。 首先用已知pH(等于pHs)的标准缓冲溶液，测出Es，然后再

6、测待测溶液，得到Ex，便可求出待测溶液的pH。 两式相减，得： IUPAC已建议式(12-4)为pH的操作定义，通常也称为pH标度 由于(12-3)式中的K值不能由理论计算求得。实际应用时，采离子选择性电极又称膜电极， 是在玻璃电极的基础上发展起来的。一般由敏感膜、内参比电极 和内参比溶液组成。当电极插入溶液时，在电极膜和溶液界面间将发生离子交换以及扩散作用，改变了两相界面原有的电荷分布，形成双电层，产生膜电势。用离子选择性电极测定离子活度：将离子选择性作为指示电极，饱和甘汞电极作为参比电极，插入待测溶液中组成原电池，测出电池电动势，从而计算出指示电极的电极电势，求出待测离子的活度。12.1.

7、2 离子选择性电极离子选择性电极又称膜电极， 是在玻璃电极的基础上发展起来的 流通式离子选择性电极 测量全血、血浆、血清、尿 自动二点校准、冲洗、检测 离子选择性电极构造简单、操作方便、价格低廉。样品可不经分离直接测定，广泛应用于工农业产生和环境监测等方面。离子选择性电极在临床医学检验中常用于测定体液样品中的钾、钠、钙、氯等离子。附图即为临床检验使用的SLD 907、928钾钠分析仪 流通式离子选择性电极 离子选择性电极构造简 12.2 紫外-可见分光光度法 紫外-可见分光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择吸收的特性而建立的分析方法。 12.2.1光度分析的基本原理 12.2.2紫外-可见

8、分光光度计 13.2.3分光光度法的测定及条件选择 12.2 紫外-可见分光光度法 紫外-光是一种电磁波，人眼所能感觉到的光称为可见光。射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 见 光12.2.1光度分析的基本原理1.光的性质与物质的颜色光是一种电磁波，人眼所能感觉到的光称为可见光。射线x射线波动性粒子性 E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉E：光子的能量（J, 焦耳） ：光子的频率（Hz, 赫兹） ：光子的波长（cm）c：光速（2.99791010 cm.s-1）h：Plank常数（6.625

9、610-34 J.s 焦耳. 秒）光的波粒二象性光电效应波动性粒子性 E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉E：单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。单色光、复合光、光的互补蓝黄紫黄绿绿蓝橙红蓝绿紫红绿单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若物质对光的吸收物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光物质对光的吸收物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光(1)物质的颜色:当光束照射在物质上时,光与物质会发生相互作用.溶液的

10、颜色是溶液中物质对光选择性吸收引起的,由透过光波长所决定.例如Cu2+溶液以及Fe3+溶液.物质的颜色与颜色的互补关系:(1)物质的颜色:溶液的颜色是溶液中物质对光选择性吸收引起的白光青蓝红黄绿紫靛橙按一定的强度比例能组成白光的两种色光(2)颜色的互补关系:白光青蓝红黄绿紫靛橙按一定的强度比例能组成白光的两种色光(2选择性吸收: 同一物质对不同波长光表现出不同吸收能力的性质选择性吸收的表征: 测量有色溶液对每一光的吸收程度(即吸光度A),作A曲线,即为吸收光谱(或吸收曲线)。 最大吸收波长max: 吸收曲线中吸光度最大处对应的波长. 吸收光谱描述了物质对不同波长光的吸收能力选择性吸收: 选择性

11、吸收的表征: 最大吸收波定量分析的依据: 同一物质, c, A,尤其在max处选择测量波长的依据:max处A随c变化的幅度最大,测定最灵敏.定性和结构分析的依据:不同物质的吸收曲线形状和max一般也不同.吸收曲线的作用:定量分析的依据: 同一物质, c, A,尤其在定性分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收ABA在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。AC增大定性分析与定量分析的基础定性分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收ABA在一定的实Io Ia+ It溶液对光吸收程度: A = lg(Io/It) = lg(1/T) = Kbc 式中: T 称为透光率, T = It /

12、Io; A 即吸光度(以前称E:消光度, 或D:光密度) ; b 为液层厚度,通常以cm为单位; K 是与吸光物质性质、溶剂以及温度等有关的常数(1)Lambert-Beer定律:入射光 I0透射光 It2. Lambert-Beer定律Io Ia+ It溶液对光吸收程度: 式中: T 称为当溶液组成量度取c( molL-1)，b取cm时，吸收系数以 表示，称为摩尔吸光系数，单位为Lmol-1cm-1. A= bc （12-12a） 在数值上等于浓度为1molL-1的吸光组分在光程为1cm时的吸光度.(2) 摩尔吸光系数与比吸光系数:当溶液组成量度取(1g/100mL),b取1cm时,吸收系数

13、以 表示,称为比吸光系数,单位为mLg-1cm-1;当溶液组成量度取c( molL-1)，b取cm时，吸收系数例题:每升含铁3.00mg的标准溶液,处理后以邻菲罗啉显色,以2.0cm的比色皿在510 nm波长下测得吸光度为1.20.求其摩尔吸光系数.解:已知:MFe = 55.85; c(Fe3+) = 3.00 10-3 /55.85 = 5.37 10-5 molL-1 = A/bc = 1.20/(2.0 5.37 10-5) = 1.1 10-4 Lmol-1cm-1.例题:每升含铁3.00mg的标准溶液,处理后以邻菲罗啉显色,同一吸光组分,不同或不同溶剂中, 不同;不同吸光组分,一定

14、和确定的溶剂中,也 不相同.max处的摩尔吸光系数常以 max表示. max表明吸光物质最大限度的吸光能力,也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度.定性与结构分析的参数;估量定量方法的灵敏度.(3)摩尔吸光系数的意义:同一吸光组分,不同或不同溶剂中, 不同;max处的摩尔当一束平行的单色光通过均匀的、非散射的吸光溶液时,溶液对光的吸收程度与吸光组分的浓度以及液程厚度的乘积成正比.即: A = bc = (6 10)104:高灵敏度; = 104 5104:中等灵敏度; 2104:低灵敏度. 105:超高灵敏度;(4)Lambert-Beer定律的意义:当一束平行的单色光通过均匀的、非散射

15、的吸光溶液时,溶液对光的在紫外和可见光区比较溶液对一定波长单色光的吸收程度.0.575光源单色器吸收池检测器显示器(1)方法原理:基本组成(2)仪器:12.2.2紫外-可见分光光度计在紫外和可见光区比较溶液对一定波长单色光的吸收程度.0.57紫外-可见分光光度计组件光 源单色器样品池检测器信号输出氢灯，氘灯，185 350nm；卤钨灯，250 2000nm基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定作用：将复合光色散成单色光棱镜光栅玻璃，350 2500nm, 石英，185 4500nm平面透射光栅， 反射光栅玻璃，光学玻璃，石英作用：将光信号转换为电信号，并放大光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄

16、像管表头、记录仪、屏幕、数字显示分光光度计的仪器简介紫外-可见分光光度计组件光 源单色器样品池检测器信号输出氢常用仪器分析方法概论1.分光度法的测定方法(1)标准曲线法:固定b时: A = Kc(2)直接比较法: 先配置一与待测液浓度相近的标准溶液，测出在其max处的As,则： As=kcs, Ax=kcx As/Ax=cs/cx cx=csAx/As12.2.3分光度法的测定方法及条件选择1.分光度法的测定方法(1)标准曲线法:(2)直接比较法:1 显色剂M(待测组分) MR(有色化合物)显色: 将待测组分转变为有色物质的过程显色剂：使待测组分形成有色化合物的试剂2.显色反应及显色条件的选择

17、（1）显色反应:（2）显色反应的选择: 选择性好:一定条件下显色反应的专一性.灵敏度高：一般选择高灵敏度(max6104) 的显色反应.生成的有色物质组成恒定、稳定性好.显色剂在测定波长处尽量无吸收,或与有色物质的对比度尽可能大. 造成偏离的主要原因： 重要的因素是单色光纯度差，Lambert-Beer定律仅适用于单色光。溶液中吸光物质的不稳定，溶液浓度改变、发生解离、缔合、溶剂化及组成改变都可以导致溶液吸光度改变。Beer定律通常只适用于稀溶液。光的散射、折射，溶液微胶体、有悬浮物、物质产生荧光等因素均可导致误差。 实际工作中,特别是在浓度较高时, A与c之间不成线性的现象.3.分光光度法误

18、差的来源（1）偏离朗伯-比耳定律:造成偏离的主要原因： 实际工作中,特别是在浓度较高（2）仪器测量误差： 由于光电管灵敏度差、光电流测量不准、光源不稳定及读数不准等原因使测得的透光度T与真实值差T,从而引起浓度误差c。由Lambert-Beer定律可推出浓度的相对误差（2）仪器测量误差：式中:c/c为浓度测量值的相对误差; T为透光度测量的绝对误差 一般分光光度计的T约为0.2%2%.假定T为1%,可得到浓度测量的相对误差c/c与其透光度T 的关系曲线。用该仪器测定时应尽量使溶液透光度值控制在T = 2065(吸光度A = 0.700.20).式中:c/c为浓度测量值的相对误差; 一般分光光

19、应尽量使溶液透光度值控制在 吸光度A = 0.700.20. 一般是以“最大吸收原则”选择测量波长.即选择max为入射光波长. （1）入射光波长选择:若max处有共存组分干扰,或吸收峰太尖锐等, 则采取“吸收最大,干扰最小”的原则选择测量波长.（2）控制适当的吸光度范围:4.吸光度测量条件的选择 （3）选择合适的参比溶液:参比溶液的作用:抵消有色溶液中非待测组分的吸收、散射等. 除此之外,还能抵消比色皿对入射光的吸收、反射. 选择原则:使测得的吸光度真正反映待测溶液吸光强度.参比溶液的选择: 若试液、显色剂等在测定波长处均无吸收,用纯溶剂(水)作参比溶液（3）选择合适的参比溶液:参比溶液的作用

20、:抵消有色溶液中非待若试液在测定波长处有吸收,而显色剂等无吸收,则用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液;若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收,则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂,作为参比溶液.若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收,而试液本身无吸收,用“试剂空白” (不加试样溶液)作参比溶液;若试液在测定波长处有吸收,而显色剂等无吸收,则用“试样空白12.3 色谱分析法12.3.1 色谱分析的基本概念12.3.2 色谱分析的基本原理12.3.3 气相色谱和高效液相色谱12.3 色谱分析法12.3.1 色谱分析的基本概念叶绿素的石油醚溶液概 述石油醚CaCO3Chr

21、omatographyCaCO3 固定相 stationary phase石油醚 流动相 mobile phase12.3.1 色谱分析的基本概念1905年【俄植】M.G. 茨维特 叶绿素的概 述石油醚CaCO3Chromatography展开示意图展开示意图气相色谱液相色谱超临界流体色谱毛细管电泳气-固色谱气-液色谱液-固色谱液-液色谱流动相：气体、液体、 超临界流体固定相：液体、固体色谱分离法的分类（按流动相与固定相聚集态分类）气相色谱液相色谱超临界流体色谱毛细管电泳气-固色谱气-液色谱Exclusion chromatographyGel-permeation chromatograph

22、y吸附色谱排阻色谱（凝胶色谱）分配色谱离子交换色谱吸附能力的差异分子尺寸的大小不同两相中分配系数的不同亲和力的差异Adsorption chromatographyPartition chromatographyIon-exchange chromatography亲和色谱特异性亲和力Affinity chromatography色谱分离法的分类（原理）Exclusion chromatography吸附色谱排阻色谱的特点 先分离、后检测，分离效能高，分析速度快，对混合样品中各组分可以同时得到定性、定量分析的结果。色谱法应用广泛 石油、化学、化工、生化、医药、农业、环境等领域。色谱的特点色谱法

23、应用广泛以吸附柱色谱为例进行讨论物质A物质B固定相：如Al2O3，柱顶倾入样品(A、B)，顶部加入洗脱剂（流动相） A、B两组分随流动相的流动而向下移动。A、B在两相不断进行着的溶解、吸附、再溶解、再吸附过程中，由于在两相吸附能力的差异，达到分离。AB12.3.2 色谱分析的基本原理以吸附柱色谱为例进行讨论物质A物质B固定相：如Al2O3，柱色谱法定性分析基础保留时间tR色谱法定量分析基础峰高、峰面积定量分析方法外标法内标法色谱法定性分析基础保留时间tR色谱法定量分析基础峰高(1)外标法 (external standard method) 色谱定量分析中最通用的方法之一。在一定的条件下，组分的含量越高，对应的峰面积(Ai)越大，因此可以用该组分的标准品做出峰面积对浓度的标准曲线来进行定量分析。计算公式为： 式中：xi表示试样中被测组分i的含量；Ei为标准溶液中i组