现代测试分析技术(复习重点)

现代测试分析技术(复习重点)现代测试分析技术(复习重点)现代测试分析技术(复习重点)现代测试分析技术(复习重点)编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:基础知识一、常见分析方法的英文缩写GR:重量法VOL容量法POL极谱法COL比色法ISE离子选择性电极AES原子发射光谱AAS原子吸收光谱AFS原子荧光法GFAAS石墨炉原子吸收光谱ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱NAA种子活化分析ICP-MS电感耦合等离子体质谱HR-ICP-MS高分辨电感耦合等离子体质谱MC-ICP-MS多接受高分辨电感耦合等离子体质谱TEM透射电镜TIMS热电离质谱EPMA电子探针分析SEM扫描电镜AEM分析电镜SIMS二次离子探针质谱LA-ICP-MS激光溶蚀电感耦合等离子质谱SHRIMP高灵敏度高分辨率电子探针EDS能谱IR红外光谱GC气相色谱IC离子色谱GC-MS色质连用仪GC-IR色红连用仪HPLC高效液相色谱二、名词解释基准物质能用于直接配置或标定标准溶液的物质标准溶液已知待测元素准确浓度的用来作参比的溶液。作为待测组分标尺，也用来检验仪器的正常与否。标准参考物质（管理样）经多个实验室测试测得的各种成分含量由权威部门认可的样品，用来检验测试过程的正确性和数据的可靠性。系统误差(定误差)测试结果整体偏高或整体偏低的规律性误差，可校正。随机误差测试结果有可能偏高也有可能偏低的无规律性误差，不可校正。信噪比仪器测定样品时出现的信号与仪器本身出现的噪声信号之间的比值。常量分析待测含量》%微量分析待测含量《%微区分析测定颗粒样品局部（测定区域常为um级）样品空白为样品测试过程中试剂和仪器本身产生的信号，用来检查测试过程是否受其他因素污染内标法和外标法将已知含量组分加入到待测样品中的方法叫做内标法,单独配制的标准溶液进行测定叫外标法准确度：指测试值与真实值接近的程度，用误差来表示，绝对误差是测试结果与真实值之间的差值，相对误差是绝对误差与真实值的比值，精密度：重复样或平行样测定（同一样品几次测定）结果之间互相接近的程度，利用偏差来表示，绝对偏差是个别测定结果与测定结果平均值之间的差值，相对偏差是绝对偏差与测定结果平均值之间的比值。再现性：不同分析者在不同条件下所得数据的精密度。重复性：同一分析者在相同条件下所得数据的精密度。灵敏度：仪器最小可检测出的量大小，一般定信噪比>=3为仪器的检出限简项分析：只对样品中某个成分或部分元素含量分析全分析：对样品中各个成分(含量>%)进行分析外检分析：将部分已测样品送到其他实验室做对比数据，以控制测试数据质量仲裁分析：指不同单位对分析结果有争议时，请权威单位进行裁判的分析例行分析：一般化学实验室的日常分析计量认证（CMC）：计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量，计量认证是政府计量行政主管部门对分析测量机构用于计量的检定计量认证实验室（有资质的实验室）：计量法规定，政府部门计量认证合格的实验室重点实验室：具有一定科研能力的科研团队和具有先进科研设备的研究基地，由学术委员会实验室工作人员组成定性分析：鉴定样品的组成，目的是要知道有什么定量分析：测定含量目的是要知道有多少半定量分析：误差较大的定量分析，估计含量结构分析：研究物质结构类型无机分析鉴定组成和测定含量有机分析官能团的分析和结构鉴定化学分析法：以物质的化学反应为基础的分析方法。特点：适用于常量分析、准确高，常作为基准方法、仪器简单、分析速度慢，耗费试剂和人工、样品消耗量大消除系统误差的方法：对照试验、空白试验、仪器校准、分析结果校正。定量分析一般过程：取样→试样预处理（分解、分离及干扰消除）→测定→计算→出报告【采样程序】第一步：采样间隔大，样品稀，区域上有代表性，具有探索和初步了解性质。第二步：采样时在室内研究基础上，目的性质更强的深入采样或补充修正样品，以便深化专题研究。【送样程序】样品要使用同一编号。送样单上要认真填写采样地点、年代、层位、产状、野外定名和岩性描述等项内容。对需重点研究或系统鉴定的岩矿鉴定样品，必须附有相应的采样图（地质平面图、剖面图、素描图及水系分析图）样品必须有代表性岩矿鉴定样品的块体体积一般不小于30cm×6cm×9cm(小口径岩芯标本不小于岩芯直径的二分之一，长度不小于6cm)岩组分析样品应在野外采集定向标本，并在标本上标明产状原始重砂样品，原始重量或体积要准确人工重砂原始重量应根据研究目的、地质情况和有用矿物含量多少等因素确定，一般以5-10kg为宜矿石选冶实验所需的岩矿鉴定样品，选取有代表性的标本X射线分析、差热分析、红外光谱分析样品，根据不同测试的目的对样品的具体要求送样电子探针测试样品，送样单位应按测试单位的要求制备一定规格的光片或光薄片（不加盖片）热电系数测定样品影视新鲜单晶体硫化物和氧化物矿物晶体形态测定样品应保持晶体形态完整【试样分解方法】酸溶法样品加HClHFHNO3HclO4加热溶解各种金属阳离子混合溶液可测定NaKCaMgNiCoMnTiCr等各种金属阳离子（2）熔融分解法Na2O2+Na2CO3熔融（铂坩埚）、水提取、HCl酸化、在经过一系列沉淀过滤分离过程，分别测定SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3TiO2等。﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌第二章经典分析方法1、重量法分为沉淀滴定和称重法。经过化学反应及一系列步骤，将试样中的待测组分转化为一种具有固定化学组成的物质，再经过称量该物质的重量，从而计算出待测组分的百分含量。2、容量法是根据指示剂的颜色变化指示滴定终点,然后目测标准溶液消耗体积,计算分析结果。（1）酸碱滴定法（2）沉淀滴定法：Cl-、Br-、I-、CN-、SCN-等离子滴定（3）络合滴定法：利用形成稳定络合物的络合反应分析金属离子。（4）氧化还原滴定法：基于溶液中氧化剂与还原剂之间的电子转换的反应来进行滴定的方法。【滴定度】：1ml标准溶液相对于被测溶液的质量百分比。X射线分析技术X射线的特征：是一种电磁波，具有波粒二象性；其衍射、偏振、光速和具有一定波长与频率为其波动性；其吸收气体电离产生磷光与荧光和一定的能量与动量等特征为其微粒性；波长范围为—50nm。X射线荧光光谱原理莫赛来理：各系谱线波长随原子序数的增加而变短1λ=KRR-电得伯常数（R〉）X射线衍射原理布拉格方程：2dSinθ=nλ应用：1物相定性分析：将试样的衍射谱线与标准卡片对照，以确定样品组成及晶体结构2定量分析：试样各项的衍射谱线强度与各项的含量相关3点阵常数的精确测定4残余应力的分析5亚晶块的大小和显微畸变的测定6多晶结构和单晶位相的测定第四章微束分析技术微束分析技术：利用直径在微米级的微束（电子束、离子束、和激发光束等）来激发样品，然后借助相应的探测系统和信息处理系统收集和处理被激发微区所产生的各种信息，如特征X射线、二次电子、二次离子、背散射电子、俄歇电子、透射电子、吸收电子以及阴极荧光等，用以研究微区的化学成分，表面形貌和结构特征等。电子探针仪是用来非原位破坏性分析微笑样品化学成分的分析仪器。原理：由莫塞莱定律可知，各种元素的特征X射线都具有各自确定的波长，并满足一下关系λ=k(2-σ)2电子探针样品要求及制备【要求】固态样品；试样尺寸大于X射线扩展范围；在电子辐射及低压（真空）环境中性质稳定。【试样制备】1、使用光片和两面抛光的薄片或超薄片；2、块状或粉末状样品表面需粘结固定在金属样品台上；3、在对样品做探针分析之前初步鉴定和认真对微区或矿物圈定电子探针分析测试技术特点：【优势】1小：分析区域小于1um；2高：绝对灵敏度高；3广：分析元素范围广；4不：a、不用分选单矿物；b、不污染样品；c、不破坏样品；d、不受样品类型控制。5多：一机多能；可以观察二次电子像（SEI），背散射电子像（BSE）以及阴极荧光样（CL）。6快：制样简单，分析速度快，结果直观。【应用】1、对新、杂、细微矿物的研究a对已有矿物重新认识；b发现新矿物2、矿物的地球化学、晶体化学研究3、矿物的地质年代学研究4、在岩石学中的应用5、在矿物学中的应用6、在金属材料、机械学、法学鉴定、生物学、醇应用。【区别】能谱波谱快慢分辨率低分辨率高半定量定量便宜昂贵扫描电子显微镜原理同电子探针。特点：1、样品尺寸适应性大；2、样品种类适应性：扫描电镜观察的样品种类，除了气体外，可以说无所不包、无所不能。当然，像放射性样品需要加屏蔽，带磁的样品需要去磁处理。3、样品制备适应性大：扫描电镜的一个突出功能就是许多样品稍加处理就可以直接进行各种观察和分析。4、扫描电镜的景深大，放大倍数连续可调，必要时可不破坏原试样进行大面积的连续观察，分辨率钨灯丝发射为3nm左右。5、扫描电镜补技能做表面形貌分析，配上能谱或者波谱还能做表面成分分析，配上背散射电子衍射还可以做表层晶体学位向分析等。﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌第五章原子光谱分析技术及应用一、原子吸收光谱法（AAS）：是一种基于待测基态原子对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。特点：1、精密度高。将样品转为试液，与基体元素分离，减少了对分析的干扰。2、检出线低。石墨炉原子吸收光谱的检出线为g，适于环境样品中痕量元素及超纯物质中杂质成分的测定。3、选择性好。4、性形工作量大。5、测定元素种类多。6、分析速度快。7、（缺点）每次只能测定一种元素，不同元素需要换不同的元素灯。【原理】（1）原子能级和原子光谱的产生•某一谱线的出现可判定某元素是否存在，是定性光谱分析的基础。•试样中某元素含量高，基态原子多，激发跃迁几率大，谱线会减弱，故谱线的强弱判定元素的含量，是定量光谱分析的基础，（2）原子的激发高温价电子稳定轨道（E0）进入能量较高轨道（E1）称激发态原子。（3）各族元素的光谱特征碱金属：易电离，一次电离后剩一个闭合层壳，成为惰性气体。二、发射光谱分析特点：多元素同时分析：是一种高效快速的测试方法，一次同时分析30多种元素，适宜大批样品多元素分析。检测下限低：属痕量元素分析方法，可检出10-8-10-9，对大多数元素光谱分析下限接近元素地区元素背景值，普通化学分析难以实现。选择性好：应用光学元件把不同元素的谱线分开，元素间干扰较化学分析少，减少复杂的化学预分离可把化学元素相似的元素根据光谱不同谱线将其分离测定。受基体成分影响大：元素的种类和含量相同，但物质基本含量的两样品，若不进行特殊处理，测定值可能差别很大，采用与基体成分相似的标样矫正，以提高精确度，将试样转入溶液光谱测定可改善分析精度。（缺点）对非金属元素难以测定：S、Sc、P及卤素元素激发点位较高，分析线在远紫外段，光谱分析难以测定。地球化学样品分析重要和广泛的分析技术，现已将分析下限由痕量提高到超痕量，定性与定量分析兼备，激发光源由火焰、电弧改进为等离子体和激光光源，测定元素由20多种发展到现在的70余种。原子发射光谱的缺点：该方法仍然是一种相对分析法，配制一套标准试样要求极高，对于复杂基体的标样制备更加困难。原子发射光谱法只能用于元素分析，不能确定这些元素在试样中存在的化合物状态和结构。射谱法的准确度不高。光谱仪器价格比较昂贵，ICP光谱分析仪运转费用高，普及推广较困难。原子发射光谱分析使用的激发光源有：火焰、电弧、火花、激光、等离子体（是高温气态分子、原子、离子及电子组成的混合总体）﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌第六章紫外-可见光光谱法及其应用可见光区：400-750nm紫外光区（主要利用）：近紫外区200-400nm远紫外区紫外-可见吸收光谱法属于光分析方法。基于物质光学性质而建立起来的分析方法称为光化学分析法。光分析法是基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后，有所产生的辐射信号来确定物质组成或结构的分析方法。特点：1、（与其他仪器分析方法的区别）不涉及混合物的分离，但可进行选择性测量。2、涉及大量光学元器件3、灵敏度高、化学选择性好、用途广一、紫外-可见光吸收光谱概述紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）法师基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析测定的一种仪器分析方法，其波长范围为200-800nm。广泛应用于有机和无机化合物的定量分析中。特点：仪器普及、操作简便且灵敏度高。紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子吸收光子跃迁产生。各种化合物的紫外-可见吸收光谱的特征就是分子中电子在各种能级贱跃迁的内在规律的体现，因此可作为化合物结构分析的辅助工具。二、吸收定律：（计算）当一束平行的单色光照射到一定浓度的均匀溶液时，入射光被溶液吸收的程度与溶液的浓度c和厚度的l的关系为A=-lgT=-lgI/I0=kcl式中：A-吸光度或光密度；I0、I-分别为入射光和透射光的强度；T=I/I0-透光率；k-吸光系数。三、应用【定性分析】紫外-可见吸收光谱可用于物质的鉴定及结构分析，主要是有机化合物尤其是含有共轭体系的有机化合物的分析。一般配合红外光谱、核磁共振波谱、质谱及其他化学、物理化学方法，来进行定性鉴定和结构分析。【定量分析】单组分可使用吸光系数法（绝对法）实际应用中，采用标准曲线法（校正曲线法）多组分含有两种吸光组合的混合物，其吸收峰互相干扰情况有三种：不重叠（不分离，选择适当的入射波长，按单一组分的测定方法进行测定）、部分重叠、完全重叠。四、紫外光可见分光光度法原理朗伯-比尔定律：A=lg(Io/It)=εbc1或A=lg(Io/It)=abc2式中：A吸光度；描述溶液对光的吸收程度b-液层厚度（光程长度），通常以cm为单位c1、c2-溶液的摩尔浓度，mol‧L-1c2单位g‧L-1ε-摩尔吸光系数，单位L‧mol-1‧cm-1吸光系数，单位L‧g-1‧cm-1a=ε/m(m为摩尔质量)；ε的物理意义：物质的量浓度为1mol‧L-1，厚度为1cm的溶液吸光度，ε越大，吸光越强，灵敏度高。定律成立前提：1、X射光为单色光；2、吸收发生在均质介质中；3、吸收过程中，吸收物质不发生作用测量偏离因素：1、仪器因素（单色光的差别）2、介质因素（非均质相）3、化学因素（物质相互作用）﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌第七章红外线光谱分析红外线吸收光谱是一种分子吸收光谱原理：当样品收到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动、转动、运动引起偶极距的边变化，产生分析振动和转动，能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波长或波数的关系曲线，就得到红外光谱，然后根据物质的特征吸收风峰位量、数目、相对强度和形状（峰宽）参数，可以判断物质基因，确定分析结构。红外光谱法的一般特点*紫外可见光用于研究不饱和有机物，特别是共轭体系的有机化合物；而红外则研究震动中伴随有偶极距变化的化合物*红外光谱分析特性强，气固液都可用，且用量少，分析速度快，不破坏样品。能定性定量分析，常用于鉴定分子结构*特征性强，测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便，能分析各种状态的试样，分析灵敏度低，定量分析误差较大*对样品的要求：纯度大于98%不应含水，试样浓度和厚度要适当*可用于定量分析，干扰较大，*可用于有机化合物进行结构分析，适用于所有化合物研究4．红外光谱的应用*定性分析：由已知物的鉴定；未知物结构测定，几种标准谱图*定量分析：通过对特征吸收谱带强度的测量来求组分含量；（朗伯—比尔定律）。不受样品状态限制，可用标准曲线法、求解联方程法定量分析*中红外区有机化合物的结构鉴定，通过与标准谱图比较，可以确定化合物结构；对于未知样品通过官能团.顺反异构.取代基位置、氢键结合以及络合物的形成，等结构信息推测结构第八章质谱分析技术及其应用【质谱分析】基本原理：在质谱仪中，使所研究的被测样品（气体和固体的蒸汽）中的元素经激发产生带正电荷的离子，M→M+，M为待测物分子，M+为分子离子或母体离子所形成