分光光度法以及色谱法

1、关于分光光度法及色谱法第1页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二章 分析数据的处理和分析工作质量保证第一节 误差及其表示方法一、误差的分类（系统误差、随机误差、过失误差）二、准确度与误差分析结果的误差一般用相对误差表示。第2页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、精密度与偏差（绝对偏差、相对偏差、平均偏差）四、精密度和准确度的关系五、平均值的标准偏差总体标准偏差样本标准偏差相对标准偏差第3页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二节 偶然误差的分布特性第三节 分析数据的处理（一）有效数字及计位规则一、有效数字（二）有效数字的修约

2、规则第4页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第三章 紫外可见分光光度法一、电磁辐射与电磁波谱 光具有波粒二象性，即波动性和粒子性。第5页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四光子的能量与波长的关系为：能量J或eVPlanck常数6.62610-34 Js频率，Hz光速2.998 108 m/s波长nm1eV=1.602 10-19 J第6页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四电磁波谱按能量不同可分为：无线电波 11000 m微波 10-31 m红外 0.761000 m可见 400760 nm紫外 10400 nm近紫外200400

3、nm远紫外10200 nmX射线 0.0110 nm本章重点讨论第7页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 在电子能级跃迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的跃迁，使得分子光谱是带状光谱。第8页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（一） 吸收曲线（吸收光谱）四、紫外可见光谱与分子结构的关系第9页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四吸收峰谷肩峰末端吸收第10页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二节 光的吸收定律一、郎伯-比尔（Lambert-Beer ）定律1. 透光度和吸光度第11页，共348页，2022

4、年，5月20日，11点9分，星期四 Lambert-Beer 定律可表述为：在一定条件下，物质的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比，称为光吸收定律，是吸收光谱定量的依据。第12页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 吸收系数 absorptivity a为吸收系数，是指在一定入射光波长下，单位浓度及单位液层厚度时的吸光度。即一般b的单位为cm，a的单位与c的单位有关。第13页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四比吸光系数 specific absorptivity 比吸光系数是指一定波长时，溶液浓度为1%（w/V），厚度为1cm的吸光度，用 表

5、示。第14页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四摩尔吸光系数 molar absorptivity 摩尔吸光系数是指一定波长时，溶液浓度c为1 mol/L，液层厚度b为1cm时的吸光度，用表示。第15页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四解：例：称取1.00mg维生素B12(M=1355)，配成25.00 ml水溶液，吸收池厚度为0.5cm，在361nm波长下测得吸光度为0.414，计算摩尔吸光系数。第16页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四例：用纯氯霉素配制100ml含2.00 mg的溶液，在278nm，用1.00cm的吸收池，测

6、得T=24.3%，求比吸光系数和摩尔吸光系数。第17页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四与物质的本性、溶剂和入射光的波长有关，即第18页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 第三节 紫外可见分光光度计 紫外可见分光光度计一般由五部分构成，即光源、单色器、吸收池、检测器、指示器（信号显示装置）第19页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四一、分光光度计的主要部件1. 光源 钨及碘钨灯：3402500 nm，多用在可见光区； 氢灯和氘灯：160375 nm，多用在紫外区。2. 单色器第20页，共348页，2022年，5月20日，11点9分

7、，星期四3. 吸收池 （比色皿）盛放样品溶液的容器，用玻璃或石英制成，两透光面互相平行，具有精确的光程。紫外区用石英、可见区用玻璃。盛放参比的吸收池和盛放样品的吸收池应匹配，即有相同的厚度与透光性。第21页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四4. 检测器将光信号转变为电信号进行检测。光电管 光电倍增管 光二极管阵列检测器第22页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第四节 分光光度法的定性和定量分析 吸收曲线、max和max，不同的化合物可能有相同的max，但不可能max和max完全相同。第23页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四一、

8、显色反应条件的选择 在可见光区进行测定有很多方便之处。如果待测物本身有色，可直接进行测定；如果待测物无色或颜色较浅，则往往通过显色反应使待测物成为在可见区有吸收的物质。第五节 分析条件的选择第24页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 能与无色物质反应生成有色物质的试剂称为显色剂，生成有色物质的反应称为显色反应，即待测组分显色剂有色化合物显色反应第25页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）显色反应条件的选择 显色反应能否满足上述要求，除选择合适的显色剂外，控制显色反应条件也是非常重要的。因此，必须了解影响显色反应平衡及反应速度的各种因素，并进行严格

9、控制，才能保证分析结果的准确可靠。第26页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1. 显色剂的用量 通常显色反应是可逆的，为了使待测组分完全定量地转变为吸光物质，显色剂必须过量。过量的显色剂可使反应完全，但显色剂用量过大，可能改变吸光物质的组成。所以显色剂的用量应遵守过量、适量、定量。第27页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 溶液的pH值 酸效应，最重要，直接影响显色剂的浓度和生成物的颜色。不少有机显色剂是有机弱酸或弱碱，溶液pH变化，显色剂的存在型体会发生变化，显色剂的颜色以及显色反应的完全程度都会受到影响。第28页，共348页，2022年，5月

10、20日，11点9分，星期四3. 显色时间 有的显色反应瞬间即可完成，即显色后即可测定；有的显色反应进行较慢，需经过一定时间才能完全生成吸光物质；有些情况下，吸光度得到一定值后又会慢慢降低。实际工作中，也应通过测定样品溶液在某波长下的吸光度随时间变化曲线，确定显色反应的最佳时间。第29页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四6. 干扰物的影响及消除方法 （1）干扰物本身有色或与显色剂形成有色化合物，有吸收； （2）在显色条件下，干扰物沉淀； （3）与待测离子生成更稳定的化合物。第30页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四消除方法 （1）控制酸度 M，N，HR

11、 （2）选择性高的显色剂，丁二酮肟 （3）掩蔽（络合、氧还） （4）选择测定波长，一般选择最大吸收波长作为测定波长，为什么？（5）选择适当的参比溶液第31页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、测定条件的选择 测定条件包括测定波长、狭缝宽度、吸光度读数范围和参比溶液。（一）选择测定波长，一般选择最大吸收波长作为测定波长，为什么？第32页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（三）读数范围 A 0.20.7（四）参比溶液第33页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四在分光光度法中，常使用参比溶液（reference solution）或称

12、空白溶液（blank solution），其作用是调节吸光度零点、抵消吸收池和溶剂对入射光的影响、抵消试剂（包括显色剂）或样品基体所引起的干扰。正确选用空白溶液，对提高分析的准确度非常重要。常用的参比有：第34页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四溶剂空白试剂空白、样品空白、平行操作空白第35页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四偏离LB law引起的误差根据Beer定律，当液层厚度一定时，测得的吸光度与吸光物质的浓度之间应为线性关系，且直线过原点。当Ac直线发生弯曲或不通过原点时，则称为偏离Beer定律。造成偏离的原因很多，主要原因如下：第36页，共3

13、48页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1. 待测组分浓度过高2. 待测溶液中发生化学反应3. 单色性不好4. pH值的影响 因此，为了减小测量误差，通常将吸光度控制在0.11.0范围内。第37页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第四章 原子吸收光谱法 当光源辐射出待测元素的特征谱线，通过样品的原子蒸气时，被蒸气中的待测元素的基态原子所吸收，测量基态原子对特征谱线的吸收程度，进行定量分析。第38页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二节 基本原理一、原子吸收光谱的产生第39页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 每种元素

14、的原子都有特定数目的电子围绕原子核运动，每种原子有多种不同能量的运动状态，不同的运动状态对应不同的能级，其中最稳定的状态称为基态。当原子吸收一定频率的辐射时，将从基态跃迁到激发态。第40页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 原子对光的选择性吸收而产生的光谱称为原子吸收光谱（absorption spectrum）。激发态不稳定，可发射出相同频率的辐射回到基态，由此而产生的光谱称为原子发射光谱（emission spectrum）。第41页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 原子有多种激发态，从基态到第一激发态产生的吸收谱线称为共振吸收线，简称共振线。

15、当电子从第一激发态返回基态时，则发射相同频率的光，产生的发射谱线称为共振发射线，也简称共振线（resonance line）。第42页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 由于原子结构不同，不同元素的原子从基态被激发到激发态所需能量不同，因此各种元素的共振线不同，是元素的特征谱线。第43页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，谱线强度最强，是该元素所有谱线中最灵敏的，常作为分析线。对大多数元素来说，共振线就是元素的灵敏线。第44页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四四、积分吸收与峰值吸收系数第45页

16、，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 峰值吸收 1955年，Walsh指出，在温度不太高时，当发射线和吸收线满足以下两个条件，即:即采用“锐线光源”，发射线半宽度远远小于吸收线的谱线。第46页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四当e a时，发射线很窄，发射线的轮廓可认为是一个矩形，则在发射线的范围内各波长的吸收系数近似相等，即KK0，因此可以“峰值吸收”代替“积分吸收”。采用峰值吸收法测量吸收值。第47页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3. 基态原子数与总原子数的关系 待测元素在进行原子化时，其中必有一部分原子吸收了较多的能量

17、而处于激发态，据热力学原理，当在一定温度下处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数之比服从 Boltzmann 分配定律：第48页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四尽管原子的激发电位和温度 T 使 Nj /N0 值有数量级的变化，但Nj /N0值本身都很小。或者说，处于激发态的原子数远远小于处于基态的原子数！实际工作中，T 通常小于3000 K、波长小于 600 nm，故对大多数元素来说Nj /N0均小于1，Nj与N0相比可忽略不计，N0可认为就是原子总数。第49页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四4. 原子吸收值与浓度的关系第50页，共348页，

18、2022年，5月20日，11点9分，星期四当一束频率为，强度为 I0 的共振辐射通过厚度为 l 的原子蒸汽时，其中一部分光被吸收，使该入射光的光强降低为 I ，原子蒸汽lhI0 I 第51页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四根据吸收定律得 由于N0c，l在一定的仪器中是确定的，所以第52页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第三节 原子吸收分光光度计 原子吸收分光光度计类型很多，其基本结构相同，主要由光源、原子化系统（类似于吸收池）、分光系统、检测系统和显示系统五部分组成。第53页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四一、光源空心阴极

19、灯第54页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、原子化系统 原子化系统是原子吸收分光光度计的核心部分。其作用是将试样中的待测元素转变为基态原子蒸气，使其对光源发出的特征辐射产生吸收，相当于UVVis的吸收池。第55页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 原子化法有火焰原子化法、无火焰原子化法和化学原子化法。第56页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1. 组成 由三部分组成： a）雾化器； b）雾化室 c）燃烧器（一）火焰原子化法第57页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1）化学计量性火焰；2）富燃性火焰；3）

20、贫燃性火焰：按燃气与助燃气的比例分为三类具不同性质的火焰第58页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二） 石墨炉原子化法原子化过程可分为干燥、灰化、原子化和净化四个阶段。2. 原子化过程及原子化条件的选择第59页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3. 化学原子化法 也称低温原子化法，是通过化学反应，使试样中的待测元素转变成原子蒸气，或先生成易于逸出的氢化物，然后再进一步转化为原子蒸气。第60页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四如测定Hg含量，是通过亚锡离子的还原作用，产生Hg原子蒸气进行测定，这种方法称为冷原子吸收法，并且有专门

21、的冷原子测汞仪。第61页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四另一种化学原子化法称为氢化物原子化法。对于一些元素如As、Sb、Si、Se、Ge、Sn、Pb等，用常规火焰法分析时，背景吸收严重，信噪比低，且这些元素在原子化过程中易挥发损失。而这些元素的氢化物是挥发性的，且容易解离，因此常以氢化物原子化法测定这些元素。第62页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、分光系统 必须注意： 在原子吸收光度计中，单色器通常位于原子化器之后，这样可分掉火焰的杂散光并防止光电管疲劳。第63页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四四、检测器： 使用光倍增

22、管并可直接得到测定的吸收度信号。第64页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第四节 干扰及其消除一、基体干扰（matrix interference）来源：基体干扰，又称物理干扰，由于溶液的粘度、表面张力等物理因素，影响溶液的输送速度、雾化效率及原子化效率。第65页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四消除：可通过配制与试样溶液具有相似物理性质的标准溶液，消除干扰。也可通过适当稀释溶液，减少干扰。在基体性质不清楚或比较复杂时，使用标准加入法能较好地消除基体干扰第66页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、化学干扰（chemical i

23、nterference）来源：待测元素与共存的其他物质发生化学反应生成难挥发的化合物所引起的干扰，主要影响原子化效率，通常使测定结果偏低。如用空气/乙炔火焰测定Ca时，溶液中若存在磷酸根会生成难于原子化的磷酸钙，使结果偏低。第67页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四消除：1. 加入释放剂：释放剂的作用是与干扰组分形成更稳定或更难挥发的化合物，使待测元素释放出来。如 对Ca2+的干扰加入La(III)、Sr(II)释放Ca2+；第68页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 加入保护剂（配合剂）: 对Ca2+的干扰加入EDTACaY(稳定但易破坏) 。

24、 含氧酸中Mg 和Al 形成MgAl2O使A急剧下降加8-羟基喹啉作保护剂。第69页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3. 加入缓冲剂: 在试样中加入过量的干扰成分（称缓冲剂）也可消除化学干扰，因为当干扰成分高到一定量时，干扰值趋于稳定。如测钛时加入高于200 mg/L的铝即可准确测定钛。第70页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、电离干扰来源：高温导致原子电离，从而使基态原子数减少，吸光度下降。消除：加入消电离剂（主要为碱金属元素），产生大电子，从而抑制待测原子的电离。如大量KCl 的加入可抑制Ca的电离，K K + e Ca+ e Ca第71页

25、，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第五章 分子荧光分析法第一节 基本原理 一、荧光的产生 第72页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四分子吸收能量后，从基态最低振动能级跃迁到第一电子激发态或更高电子激发态的不同振动能级（这一过程速度很快，大约10-15 s），成为激发单重态分子。激发态分子不稳定，可以通过以下几种途径释放能量返回基态。 第73页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1. 振动驰豫2. 内转换 第74页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3. 荧光 较高激发态分子经无辐射跃迁降至第一电子激发单重态的最

26、低振动能级后，仍不稳定，停留较短时间后（约10-8 s，称作荧光寿命），以光辐射形式放出能量，回到基态各振动能级，这时所发射的光称为荧光。当然也可以无辐射跃迁形式返回基态。 第75页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、激发光谱和荧光光谱（一）荧光的检测 光源发出的紫外可见光通过激发单色器分出不同波长的激发光，照射到样品溶液上，激发样品产生荧光。样品发出的荧光为宽带光谱，需通过发射单色器分光后再进入检测器，检测不同发射波长下的荧光强度F。由于激发光不可能完全被吸收，可透过溶液，为了防止透射光对荧光测定的干扰，常在与激发光垂直的方向检测荧光（因荧光是向各个方向发射的）。 第

27、76页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）激发光谱与荧光光谱的形成 任何荧光物质，都具有两种特征光谱，即激发光谱(excitation spectrum)和荧光发射光谱(fluorescence emission spectrum)。 第77页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（三）荧光光谱与激发光谱的关系 1. 荧光光谱形状与激发光波长无关 由于荧光是分子从第一电子激发态的最低振动能级返回到基态的各振动能级时释放的光辐射，与分子被激发至哪一个电子激发态无关。 第78页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 荧光光谱比激发光

28、谱波长为长 由于分子吸收激发光被激发至较高激发态后，先经无辐射跃迁（振动驰豫、内转换）损失掉一部分能量，到达第一电子激发态的最低振动能级，再由此发出荧光。因此，荧光发射能量比激发光能量低，荧光光谱波长比激发光波长长。 第79页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3.镜像对称 对于高度对称的有机分子，其荧光光谱与吸收光谱呈镜像对称关系。第80页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、影响荧光产生及荧光强度的因素（一）物质产生荧光的必要条件 能够发射荧光的物质都应同时具备两个条件：1. 物质分子必须有强的紫外吸收（有*跃迁）； 2. 物质具有较高的荧光效率。

29、荧光效率也称荧光量子产率，用f 表示。 第81页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）影响荧光及其强度的因素。跃迁类型：如上所述，物质必须在紫外可见区有强吸收和高荧光效率才能产生荧光。具有* 跃迁的分子才有强吸收。* 跃迁的大。第82页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四共轭效应：大多数能产生荧光的物质都含有芳香环或杂环，具有共轭的* 跃迁。其共轭程度愈大，荧光效率也愈大，且最大激发和发射波长都向长波长方向移动，如苯、萘、蒽三种物质。第83页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四刚性平面结构：当荧光分子共轭程度相同时，分子的刚性和共

30、平面性越大，荧光效率越大。 第84页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四pH值：溶液的酸度（pH值）对荧光物质的影响可以分两个方面： 1若荧光物质本身是弱酸或弱碱时，溶液pH值改变，物质分子和其离子间的平衡也随之发生变化，而不同形体具有其各自特定的荧光光谱和荧光效率。例如苯胺 第85页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 对于金属离子与有机试剂生成的荧光配合物，溶液pH值的改变会影响配合物的组成，从而影响它们的荧光性质。例如Ga3+离子与邻-二羟基偶氮苯，在pH34的溶液中形成1:1配合物，能产生荧光。而在pH67的溶液中，则形成12的配合物，不产生

31、荧光。 第86页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 散射光（scattering light）当一束光照射在被测溶液上，其中一部分光被吸收后发出荧光，一部分光透过溶液，还有一小部分光则由于光子与溶剂分子的相互碰撞，使光子的运动方向发生改变而向不同方向散射，称为散射光。 第87页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四1. 瑞利（Reyleigh）散射光光子和物质分子发生弹性碰撞，不发生能量的交换，只是光子运动方向发生改变，其波长和激发光相同，这种散射光称为瑞利散射光。它的强度与波长的四次方成反比，即波长越短，瑞利散射光越强。但因瑞利散射光波长与激发光波长相

32、同，只要选择适当的荧光测定波长或选用滤光片即可消除其影响。 第88页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 拉曼（Raman）散射光光子和溶剂分子发生非弹性碰撞，在运动方向发生改变的同时，光子与溶剂分子还发生能量的交换，使光子能量减小或者增加，光的波长增长或变短，这两种散射光均称为拉曼（散射）光。其中波长较长的拉曼光因其波长与物质的荧光波长相接近, 故对测定的干扰较大。第89页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四由于拉曼光波长随激发光波长的改变而改变, 而荧光物质的荧光波长与激发光波长无关, 故通过选择适当的激发光波长，就可以将二者区分开。 第90页，

33、共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四320nm320nm448nm350nm448nm350nm400nm360nm激发320nm硫酸奎宁激发350nm硫酸奎宁散射光谱散射光谱第91页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二节 定性定量分析一、荧光强度与溶液浓度的关系第92页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 分光光度法是测定物质对光的吸收程度；荧光分析法是测定物质吸收了一定频率的光之后，物质本身所发射的荧光强度。当溶液中的荧光物质被入射光激发后，可以在各个方向观察到荧光，由于激发光一部分可透过溶液，所以在透射光方向观察荧光是不适宜的

34、，一般是在与透射光垂直的方向观察荧光。第93页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 测定荧光强度时，要选择两个不同的波长：一个是物质吸收的光，即激发光的波长；另一个是被激发物质发射的光，即荧光的波长。 溶液的荧光强度与该溶液对光的吸收程度以及溶液中荧光物质的荧光效率有关。第94页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四根据Beer定律所以第95页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 由于溶液的荧光强度与溶液对光的吸收程度及荧光效率成正比，即第96页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第97页，共348页，2022年，5

35、月20日，11点9分，星期四当abc0.05（即溶液很稀）时，对于一定的荧光物质，当测定条件固定时，第98页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四即对一定的荧光物质的稀溶液（abc0.05），在一定的温度下，当激发光的波长、强度和液层厚度都固定后，其荧光强度与该溶液的浓度成正比。这是荧光分析定量的基础。第99页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第三节 仪器一、仪器的构造及原理第100页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四仪器类型很多，基本结构相似，一般包括五部分：激发光源、单色器、样品池、检测器和记录显示部分。1. 光源 能发射紫外到

36、可见区波长的光、强度大、稳定。常用的有溴钨灯、高压汞灯、氙灯。第101页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 单色器 两个单色器3. 样品池 通常用石英制成4. 检测器 光电倍增管第102页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第一节 基本原理一、化学电池（Chemical cell） 化学电池（electrochemical cell）是实现电能和化学能相互转化的装置。第六章 电位分析法第103页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 化学电池分原电池和电解池两种。其中，能自发地将化学能转变为电能的称为原电池；与此相反，将电能转变为

37、化学能的称为电解池。第104页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四而不论是原电池还是电解池，电化学规定发生还原反应的电极为阴极（cathode） ，发生氧化反应的电极为阳极（anode） 。第105页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 原电池表示方法 为了便于描述，常用符号来表示原电池，并作如下规定： 第106页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（1）负极（发生氧化反应的电极）写在左侧，正极（发生还原反应的电极）写在右侧；（2）用化学式表示电池中各物质的组成并注明其状态，气体要注明压力，溶液要注明浓度；（3）用单竖线“|”表示

38、能产生电位差的两相界面，双竖线“|”表示盐桥。第107页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四IUPAC 规定以标准氢电极（standard hydrogen electrode，SHE）作为标准。 标准氢电极的电极组成：Pt（镀铂黑）|H2（101.325kPa），H+（a=1 mol/L） 第108页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四电极反应为：（铂电极只起导体的作用，不参于电极反应） 并且规定：在任何温度下标准氢电极的电极电位都为零。 第109页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四实际工作中，并不采用SHE作为标准电极去测定其它

39、电极的电极电位。因为氢电极的装置和纯化比较复杂，而且对外界条件十分敏感，所以使用很不方便。为此，往往采用一些结构比较简单、电位值稳定的电极来代替。第110页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、能斯特（Nernst）方程 电极电位的大小不仅与组成电极的物质本性有关，还与组成电极的溶液活度（浓度）以及温度等因素有关。表示电极电位与组成电极的物质及其活度、温度等关系的公式称为能斯特方程。 第111页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四对任一给定电极，其电极反应可写为如下通式： 第112页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 通常，工作时

40、的温度为 25（T273.1525），将所有的常数代入公式，并将自然对数换算成常用对数，则25时Nernst方程变为： 第113页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四由式看出，电极电位的大小由电极的本性及参与电极反应的氧化态与还原态的活度决定。 第114页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四四、液接电位和盐桥 1. 液接电位的产生 当组成不同或组成相同但浓度不同的两种溶液相接触时，离子将由于浓度差的作用迁越两溶液的接界面而相互扩散。若正负离子的扩散速率不等，则在两溶液的界面上形成一定的电位差，称为液接电位（liquid junction potentia

41、l）或扩散电位。以两个浓度不同的盐酸溶液的接界为例 第115页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 液接电位通常可达3040（mV），往往难以准确计算和测量。所以，在实际工作中要设法将液接电位减小到可以忽略的地步，最常用的办法就是在两个溶液之间连接上一个称作“盐桥”的中间溶液。 第116页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第二节 直接电位法一、电位分析法原理 电位分析法的测定原理是将两支电极插入待测溶液，组成一个原电池，测定该电池的电动势。其中一支电极是参比电极，其电极电位是准确、已知不变的。而另一支电极的电极电位随溶液中待测离子浓度的变化而变化，并且

42、符合能斯特方程，称为指示电极。 第117页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四电池电动势的变化反映了指示电极的电极电位变化，即反映了待测离子浓度的变化。电池电动势与待测离子活度的对数成线性关系。这就是电位分析法定量测定的依据。 第118页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、参比电极 参比电极（reference electrode）是指在温度、压力一定的条件下，其电极电位准确已知，且不随待测溶液中离子浓度的改变而改变的电极。要求参比电极的结构简单、使用方便，电极电位的重现性和稳定性好。SHE是最准确的参比电极，但由于它使用起来不方便，所以一般不用。常

43、用的参比电极是饱和甘汞电极和银氯化银电极。 第119页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）银/氯化银电极 第120页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四三、指示电极离子选择性电极 指示电极（indicate electrode）是指电极电位随待测离子活度（浓度）的变化而变化，并且符合能斯特方程的电极。这一特性也称为电极对待测离子呈能斯特响应。按其电极电位产生机理的不同，指示电极分为两大类：基于电子交换的氧化还原电极和基于离子交换的离子选择性电极（ion-selective electrode ISE）。 第121页，共348页，2022年，5月20

44、日，11点9分，星期四 基于电子交换的氧化还原电极如前面介绍的铜电极、锌电极及甘汞电极等都属此类。它的电极电位随溶液中Cu2+、Zn2+等离子活度的改变而改变，其电极表面都发生了氧化还原反应。但这类电极作为指示电极却不常用，原因是此类电极容易受溶液中共存的氧化、还原物质的干扰，电位值不稳定，重现性差。 第122页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 具有普遍实用价值的指示电极是离子选择性电极。离子选择性电极的特点是都有一个敏感膜，故也称（薄）膜电极。不同电活性物质组成的敏感膜对不同的离子产生选择性响应。其电极电位形成是基于电极膜上的离子交换。 第123页，共348页，202

45、2年，5月20日，11点9分，星期四（一）离子选择性电极的结构 离子选择性电极的结构如图。它是将敏感膜用粘接剂封装在电极管的一端，管内装有电极内充液和内参比电极。对于不同的待测离子，离子选择性电极敏感膜的组成和性质不同，一般电极膜上都含有待响应的离子。 123离子选择性电极的结构1. 内参比电极 2. 内充液 3. 敏感膜第124页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）离子选择性电极的电极电位 离子选择性电极的电极电位ISE主要由两部分组成：内参比电极电位和膜电位 内参比电极的作用是将膜电位导出。第125页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四pH玻璃

46、电极的选择性：任何一种离子选择性电极都不是只对一种离子有响应的专属电极，pH玻璃电极也是如此。它不仅能响应H+，还能对Na+、K+、NH4+等离子有响应，只是响应的程度不同而已。pH玻璃电极对各种阳离子的响应顺序是：H+Na+K+NH4+。pH玻璃电极对H+的响应是Na+的109倍。 第126页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四通常情况下Na+、K+等离子不对H+测定产生干扰，但当待测溶液的pH值较大时（如pH9），H+活度很低，溶液中若有Na+、K+共存，尤其是Na+浓度较大时（如1 mol/L），就会对H+的测定产生误差。即电极除对H+有响应外，对Na+也有响应，致使

47、测定的结果比实际的pH值偏低，也就是产生所谓的“钠差”或“碱差”。第127页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四pH玻璃电极在测定pH1的试液时，测定值比实际pH值偏高，称为“酸差”。因此一般pH玻璃电极的测定范围是pH19。第128页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四pH玻璃电极使用注意：（1）使用前pH玻璃电极需在蒸馏水中浸泡24小时以上，以使玻璃膜表面活化。暂时不用时可浸泡于蒸馏水中。（2）一般pH玻璃电极的使用范围是pH19，锂玻璃电极可达pH114。（3）电极膜特别薄，使用、存放时要十分小心。电极安装时要比参比电极略高一些，以免擦伤或碰碎。第

48、129页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（4）不能测定含F-的溶液和具有脱水性的溶液。（5）不对称电位：当玻璃膜内、外溶液的H+活度相同时，应有膜=0。实际上总有一个小电位，称之为不对称电位。可能与玻璃膜内外两个表面上的张力不同有关，用已知pH值的标准缓冲溶液进行定位校正，可消除其影响。 第130页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2. 氟离子选择性电极 氟离子选择性电极（fluoride electrode）是对F-呈能斯特响应的电极，它属于晶体膜电极。它的电极膜是由难溶的氟化镧（LaF3）单晶制成，在其中掺杂少量EuF3，以减小电极内阻，增大膜

49、的导电性。电极结构如图。第131页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四氟离子选择性电极的选择性较高，如1000倍的其它卤素离子、NO3-、HCO3-、PO43-等离子都不干扰F-的测定。但由于一些化学反应的影响， F-电极在使用时要注意控制实验条件，如测定要求在pH=57的酸度范围内进行，因溶液pH值太小时，F-离子与H+间有如下反应： 第132页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四溶液pH值太大时，OH-离子又与LaF3发生如下反应： 第133页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四此外，若溶液中共存有Al3+、Fe3+等离子时，又会

50、与F-发生配合反应，使F-的浓度降低，干扰的测定，所以测定F-时需加入一些配合剂如柠檬酸钠，以掩蔽上述金属离子，将F-释放出来。 第134页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 直接电位分析法就是将参比电极和离子选择性电极插入待测溶液中，测定该电池的电动势。电池电动势随溶液中待测离子活度的变化而变化，并且符合能斯特方程。 第135页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 由于K包含了 以及液接电位、不对称电位等，所以无法计算出它的数值，而且不是同一对电极，K也不相同，无法根据电池电动势直接计算出离子活度ai。实际工作中常采用以下方法： 第136页，共348

51、页，2022年，5月20日，11点9分，星期四这里存在一个问题：标准溶液系列是按浓度进行配制的，并且实际工作中要求测定的也是试液中待测离子的浓度，而能斯特方程中是电池电动势与离子活度a的关系。如何解决这一问题？ 第137页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四已知活度与浓度的关系为ai=ci， 是活度系数，它与溶液的离子强度I有关，当I一定时， 也一定。那么在标准系列和试样溶液中都加入一定量的浓度较大、但不干扰测定的惰性电解质溶液，使两者的离子强度都大大增加，并且主要由加入的电解质溶液来决定，则两者的活度系数一定、且相等。Nernst公式可进一步改写为： 第138页，共348

52、页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第139页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四把这种浓度较大、但不干扰测定的惰性电解质溶液叫作离子强度调节剂。 第140页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四有时加入的离子强度调节剂除了包含高浓度的惰性电解质外，还含有pH缓冲剂和消除干扰的掩蔽剂。如测定F-离子时，加入的总离子强度调节缓冲剂（total ion strength adjustment buffer，TISAB）的成分包含有NaCl、HAcNaAc和柠檬酸钠。它们的作用分别是： 第141页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四

53、（1）NaCl用来调节和控制溶液的离子强度；（2）HAcNaAc用以调节并控制溶液的pH值；（3）柠檬酸钠的作用是与溶液中共存的Fe3+、Al3+等离子配合，掩蔽其干扰；第142页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（4）离子强度调节剂可使液接电位稳定，缩短电极响应时间。 第143页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）比较法 当分析的试样数量不多时，为避免绘制标准曲线的麻烦，可采用标准比较法。具体方法是：测量一个已知浓度cs的标准溶液的电池电动势s，再测量试样溶液cx的电池电动势Ex， 第144页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星

54、期四 由于在两溶液中都分别加入离子强度调节剂，则第145页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四若待测离子为阴离子时，则令 第146页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 电极斜率未知时，先可测量两个标准溶液的电池电动势，用以求出电极斜率 S。 第147页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 例如直接电位法测定溶液的pH。将pH玻璃电极和饱和甘汞电极以及待测离子溶液组成原电池：pH玻璃电极饱和甘汞电极电池电动势为第148页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四由pH值的定义式 第149页，共348页，2022年，5月2

55、0日，11点9分，星期四 实际上用两次测量法，即先用已知pH值的标准缓冲溶液与玻璃电极和甘汞电极组成测量电池，测电动势第150页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四再将两电极插入待溶液测定，得电动势第151页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四当测量条件相同时，K值相同，所以这就是IUPAC建议的pH实用定义。第152页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 实际上，测定pH值时，无需按上式进行计算，酸度计上直接给出pH值刻度。测定时，首先将电极插入pHs标准溶液中，用仪器上的“定位”旋钮将指针调节至其所对应的pHs值，然后测定未知试样

56、，仪器给出的即是试样溶液的pHx值。 第153页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四 为减小误差，定位用的标准溶液与试样溶液的 pH 应尽量接近，即测定不同 pH 范围的试样溶液，选用不同的pH标准溶液定位。 第154页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第九章 液相色谱法 第155页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四第一节 色谱法概述 最早创建色谱分离方法的是俄国植物学家茨维特（Tswett）。1903年他把植物的石油醚提取液倒入装有碳酸钙固体小颗粒的玻璃管中，然后用纯净的石油醚淋洗。经过一段时间后，在柱管上形成不同颜色的色带，茨

57、维特称之为“色谱”，进而将这种分离技术称为色谱法。第156页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四通过萃取各个色带中的组分，分离得到浸取液中叶绿素和其它色素。后来，用色谱分析的物质已极少为有色物质，但色谱一词仍沿用至今。利用色谱分离技术，再结合适当的检测手段，对多组分混合物进行分析测定的方法叫色谱分析法。第157页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四将上述实验中盛装碳酸钙固体颗粒的玻璃管叫色谱柱（column），碳酸钙固体颗粒称为固定相（stationary phase），淋洗用的石油醚叫流动相（mobile phase）。 第158页，共348页，202

58、2年，5月20日，11点9分，星期四一、色谱法分类 （一）按流动相和固定相的物理状态分类 气相色谱法（gas chromatography，GC）液相色谱法（liquid chromatography，LC）超临界流体色谱法（supercritical fluid chromatography，SFC）第159页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四气固色谱（GSC）： 固定相为固体吸附剂。 气相色谱气液色谱（GLC）： 固定相为液体（涂布在担体或毛细管壁上）。第160页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四液固色谱（LSC）： 固定相为固体吸附剂。 液相色

59、谱液液色谱（LLC）： 固定相为液体（涂布在担体上）。第161页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（二）按分离机理分类 1吸附色谱2分配色谱3离子交换色谱4空间排阻色谱第162页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（三）按固定相的形状分类 1柱色谱2平面色谱第163页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四二、色谱分离及原理 （二）色谱分离过程及原理 色谱分离过程是不同物质分子在相对运动的两相之间多次分配平衡而得到分离的过程。第164页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四（三）色谱法的几个基本参数 1分布系数（dis

60、tribution coefficient）或分配系数（partition coefficient）K 指色谱过程中，组分在相对运动的固定相（s）与流动相（m）中达到分布平衡时的浓度之比。即： 第165页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四2分配比（partition ratio）k ，又称为容量因子（capacity factor），定义为组分在两相分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的物质的量或质量之比，即： 第166页，共348页，2022年，5月20日，11点9分，星期四3. 保留值（retention） 是色谱柱内各组分分子与固定相之间作用力的反映。通常可用组分流