浙江大學無機及分析化學第9章課件

1、2021-6-29第九章 儀器分析法選介1 第九章第九章 儀器分析法選介儀器分析法選介 2021-6-292第九章 儀器分析法選介 9.1 紫外紫外可見分光光度法可見分光光度法 9.2 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 9.3 電勢分析法電勢分析法 9.4 色譜分析法色譜分析法 2021-6-293第九章 儀器分析法選介 1. 掌握電位分析法的基本原理、指示電極和參比 電極的含義。了解各類電極的結(jié)構(gòu)和機理。 2. 掌握測定溶液pH值的方法。掌握直接電位法 測定離子濃度及確定電位滴定終點的方法。 3. 掌握原子吸收光譜分析的基本原理和定量分析 方法。了解原子吸收分光光度計的主要構(gòu)造和 應用范

2、圍。 4. 掌握色譜分離的原理、分類及定性、定量方法。 了解評價分離效率的指標，了解氣相及高效液 相色譜儀的構(gòu)造和各自的應用范圍。 2021-6-294第九章 儀器分析法選介 Instrumental Analysis以被測物質(zhì)的物理及物理以被測物質(zhì)的物理及物理 化學性質(zhì)為基礎的分析方法化學性質(zhì)為基礎的分析方法 從二十世紀中葉開始，儀器分析得到迅速的發(fā)展， 已廣泛應用于現(xiàn)代科學技術(shù)的各個領域。 多屬微量分析，快速靈敏，相對誤差較大，但絕對 誤差不大。 儀器分析法的種類很多。有光譜法、色譜法、電化 學分析法等。 本章只介紹電位分析法，原子吸收分光光度法、氣 相色譜法和液相色譜法這四種常用的儀器分

3、析法。 2021-6-295第九章 儀器分析法選介 9.1 9.1 紫外紫外可見分光光度法可見分光光度法 （Ultraviolet and Visible Spectrophotometry） 9.1.1 概述 9.1.2 光吸收的基本定律 9.1.3 顯色反應及其影響因素 9.1.4 紫外可見分光光度計 9.1.5 紫外可見分光光度測定的方法 9.1.6 分光光度法的誤差和測量條件的選擇 9.1.7 紫外可見分光光度法應用實例 2021-6-296第九章 儀器分析法選介 9.1.1 9.1.1 概述概述 （測定下限可達測定下限可達1010 5 5 1010 6 6mol/L mol/L） （

4、滿足微量組分的測定要求) 2021-6-297第九章 儀器分析法選介 光是一種電磁波。所有電磁波都具有波粒 二象性。光的波長、頻率與光速c的關(guān)系為： 光速在真空中等于2.9979108ms-1。 光子的能量與波長的關(guān)系為： 式中E為光子的能量；h為普朗克常數(shù)，為 6.62610-34JS。 c hc/hE 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì) 2021-6-298第九章 儀器分析法選介 2021-6-299第九章 儀器分析法選介 物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系 單色光單色光(monochromatic light)只具有一種波長的 光。 混合光混合光 由兩種以上波長組成的光。 是由紅、橙、黃、綠

5、、青、藍、紫等各種 色光按一定比例混合而成的。 物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇 性的吸收作用而產(chǎn)生的。例如：硫酸銅溶液因吸 收白光中的黃色光而呈藍色；高錳酸鉀溶液因吸 白光中的綠色光而呈紫色。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸 收的光顏色之間是互補關(guān)系。 2021-6-2910第九章 儀器分析法選介 表表9-2 9-2 物質(zhì)顏色和吸收光顏色的關(guān)系物質(zhì)顏色和吸收光顏色的關(guān)系 物質(zhì)顏色物質(zhì)顏色 吸收光顏色吸收光顏色 吸收光波吸收光波/nm/nm 黃黃綠綠 紫紫 400 400 450450 黃黃 藍藍 450 450 480480 橙橙 綠藍綠藍 480 480 490490 紅紅 藍綠藍綠

6、 490 490 500500 紫紅紫紅 綠綠 500 500 560560 紫紫 黃綠黃綠 560 560 580580 藍藍 黃黃 580 580 600600 綠藍綠藍 橙橙 600 600 650650 藍綠藍綠 紅紅 650 650 760760 白光白光 青藍青藍 青青 綠綠 黃黃 橙橙 紅紅 紫紫 藍藍 2021-6-2911第九章 儀器分析法選介 當一束平行的單色光照射到有色溶液時，光的一部 分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被 器皿表面所反射。設入射光強度為I0，透過光強度 為It，溶液的濃度為c，液層寬度為b，經(jīng)實驗表明 它們之間有下列關(guān)系： (9-1) kcb I

7、 I A 0 lg 朗伯比爾定律 9.1.2 光的吸收基本定律 2021-6-2912第九章 儀器分析法選介 透光度透光度 T T ( Transmittance ) ( Transmittance ) 透光度定義：透光度定義： 0 I I T t T 取值為取值為0.0 % 100.0 % 全部全部吸收吸收 T = 0.0 % 全部透射全部透射T = 100.0 % 入射光入射光 I0透射光透射光 It 2021-6-2913第九章 儀器分析法選介 透光度、吸光度與溶液濃度及液層寬度的關(guān)系 （9-2） A 吸光度 T 透光度 K - 吸光系數(shù)，與入射光波長、溶液的性 質(zhì)及溫度有關(guān)。當c的單位

8、為gL-1，b的單位為 cm時，k以a表示其單位為Lg-1cm-1， 此時式（9-1）變?yōu)?(9-3) abcA kbc T 1 lg I I lgA 0 0 t I I 2021-6-2914第九章 儀器分析法選介 如果濃度c的單位為molL-1，b的單位為cm，這 時k常 用 表 示 。 稱 為 摩 爾 吸 光 系 數(shù) ( m o l a r absorptivity)，其單位為Lmol-1cm-1，它表示吸光 質(zhì)點的濃度為1molL-1，溶液的寬度為1cm時，溶液 對光的吸收能力。 值越大，表示吸光質(zhì)點對某波 長的光吸收能力愈強，故光度測定的靈敏度越高。 值在103以上即可進行分光光度法

9、測定，高靈敏度的 分光光度法可達到105106。式（9-3）可寫成為： A=bc （9-6） 與a的關(guān)系為： = Ma （9-7） 式中M為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 2021-6-2915第九章 儀器分析法選介 abc I I A o lg TI I A o 1 lglg 朗伯朗伯比爾定律的幾種形式比爾定律的幾種形式 bcA 0 I I T A L mol 1 cm -1 b c 物理意義物理意義：一定溫度下，一定波長的單色光通過均勻的、：一定溫度下，一定波長的單色光通過均勻的、 非散射的溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度的非散射的溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度的 乘積成正比。乘積成正比

10、。 2021-6-2916第九章 儀器分析法選介 例9-1 濃度為25.0g/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán) 已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm 處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù) a和摩爾吸光系數(shù)。已知M(Cu)=64.0。 解 : 已知T = 0.501，則A=lgT = 0.300， b = 2.0cm, 則根據(jù)朗伯比爾定律 A=abc， 而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1 =1.92104(Lmol-1cm-1) )1000.5 100 .50 100 .25 14 3 6 Lg L g c（ 11 -2- 14 .L.g1

11、03.00 1000. 50 . 2 300. 0 cm Lgcmbc A a 2021-6-2917第九章 儀器分析法選介 例例9-29-2 某有色溶液，當用1cm比色皿時，其透 光度為T，若改用2cm比色皿，則透光度應為多 少？ 解解: : 由A= -lgT = abc可得 T =10-abc 當b1=1cm時，T1=10-ac=T 當b2=2cm時，T2=10-2ac=T2 2021-6-2918第九章 儀器分析法選介 定量分析時，通 常液層厚度是相同的 ，按照比爾定律，濃 度與吸光度之間的關(guān) 系應該是一條通過直 角坐標原點的直線。 但在實際工作中，往 往會偏離線性而發(fā)生 彎曲，見圖中的

12、虛線 。 偏離朗伯一比爾定律的原因 C A 標準工作曲線圖標準工作曲線圖 正誤差正誤差 負誤差負誤差 2021-6-2919第九章 儀器分析法選介 單色光不純所引起的偏離 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成 立，但在實際工作中，即使質(zhì)量較好的分光光度計 所得的入射光，仍然具有一定波長范圍的波帶寬度。 在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系， 因而導致了對朗伯一比爾定律的偏離。所得入射光 的波長范圍越窄，即“單色光”越純，則偏離越小。 2021-6-2920第九章 儀器分析法選介 由于溶液本身的原因所引起的偏離 吸光系數(shù)k與溶液的折光 指數(shù)n有關(guān)。溶液濃度在 0.01molL-1或更

13、低時，n基本 上是一個常數(shù)，濃度過高會 偏離朗伯-比爾定律。 朗伯-比爾定律是建立在 均勻、非散射的溶液這個基 礎上的。如果介質(zhì)不均勻， 呈膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)， 則入射光除了被吸收外，還 會有反射、散射的損失，因 而實際測得的吸光度增大， 導致對朗伯-比爾定律的偏離 2021-6-2921第九章 儀器分析法選介 溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu) 及化學變化引起的偏離及化學變化引起的偏離 有色化合物的離解是偏離朗伯比爾定律的主 要化學因素。例如，顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色 配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡： Fe(SCN)3 Fe3+3SCN 溶液稀釋時，上述平衡

14、向右，離解度增大。 所以當溶液體積增大一倍時，F(xiàn)e(SCN)3的濃度不 止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離 朗伯比爾定律。 2021-6-2922第九章 儀器分析法選介 9.1.3 9.1.3 顯色反應及其影響因素顯色反應及其影響因素 2021-6-2923第九章 儀器分析法選介 顯色反應的要求： 選擇性好 所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與 其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。 靈敏度要足夠高 有色化合物有大的摩爾吸光系 數(shù)，一般應有104-105數(shù)量級。 有色配合物的組成要恒定 顯色劑與被測物質(zhì)的 反應要定量進行，生成有色配合物的組成要恒定。 生成的有色配合物穩(wěn)定性好 即要求配合物

15、有較 大的穩(wěn)定常數(shù)，有色配合物不易受外界環(huán)境條件 的影響，亦不受溶液中其它化學因素的影響。有 較好的重現(xiàn)性，結(jié)果才準確。 色差大 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要 大，這樣試劑空白小，顯色時顏色變化才明顯。 2021-6-2924第九章 儀器分析法選介 影響顯色反應的因素影響顯色反應的因素 顯色劑的用量顯色劑的用量 顯色反應一般可表示為： M + R MR 有色配合物MR的穩(wěn)定常數(shù)越大，顯色劑R的用 量越多，越有利于顯色反應的進行。但有時過多 的顯色劑反而對測定不利。在實際工作中，常根 據(jù)實驗結(jié)果來確定顯色劑的用量。 c(R) 2021-6-2925第九章 儀器分析法選介 溶液的酸度溶液的酸

16、度 許多顯色劑都是有機弱酸或有機弱堿，溶液 的酸度會直接影響顯色劑的解離程度。對某些能 形成逐級配合物的顯色反應，產(chǎn)物的組成會隨介 質(zhì)酸度的改變而改變，從而影響溶液的顏色。另 外，某些金屬離子會隨著溶液酸度的降低而發(fā)生 水解，甚至產(chǎn)生沉淀，使穩(wěn)定性較低的有色配合 物的解離。 pH pH1pH80C）的條件下使用時，Ag-AgCl 電極的電位較甘汞電極穩(wěn)定。 25C時，內(nèi)充飽和KCl 溶液的Ag-AgCl 電極的電 位值為0.199V。 2021-6-2992第九章 儀器分析法選介 9.3.2 9.3.2 離子選擇性電極離子選擇性電極 ISE 2021-6-2993第九章 儀器分析法選介 1.1

17、. 離子選擇性電極和膜電位離子選擇性電極和膜電位 2021-6-2994第九章 儀器分析法選介 2. 2. pHpH玻璃電極玻璃電極 pH玻璃電極是對溶液中的對溶液中的H+ 離子活度具有選擇性響應離子活度具有選擇性響應的電 極，它主要用于測量溶液的酸 度。 組成見圖(由玻璃膜，內(nèi)部溶液， 內(nèi)參比電極組成)。 2021-6-2995第九章 儀器分析法選介 復合式復合式pH玻璃電極示意圖玻璃電極示意圖 新型玻璃電極多為復合型，將 指示電極和參比電極二合一，外加 長腳護套，玻璃泡不易破損。 1玻璃膜； 2.多孔陶瓷； 3.加液口； 4.內(nèi)參比電極； 5.外參比電極； 6.外參比電極的參比溶液。 20

18、21-6-2996第九章 儀器分析法選介 玻璃電極的膜結(jié)構(gòu)玻璃電極的膜結(jié)構(gòu) 電極的球泡形玻璃膜厚 0.030.1mm，組成特殊(Na2O， 22 % ；CaO，6 % ；SiO2，72 %) 玻璃電極的特殊內(nèi)部結(jié) 構(gòu)使玻璃膜有選擇性響應。 在摻有Na2O的硅氧網(wǎng)絡 結(jié)構(gòu)形成部分荷負電的硅-氧 骨架，可與帶正電荷的Na+ 離 子形成離子鍵 2021-6-2997第九章 儀器分析法選介 玻璃電極膜電位的形成玻璃電極膜電位的形成 pH玻璃電極需水化水化后才能使用。水化層中的Na+與溶 液中H+發(fā)生離子交換。 SiO-Na+ (表面) + H+(溶液) SiO-H+(表面) + Na+（溶液） 插入待

19、測試樣后，因膜外表 面水化層中的H+離子活度 與待測溶液中H+離子活度 不同，在兩相界面上因H+離 子擴散遷移而建立起相間電 位。 2021-6-2998第九章 儀器分析法選介 內(nèi) 試 膜=試 -內(nèi) 若待測液H+ 離子活度 較大，溶液中H+ 向玻璃膜 外表面水化層擴散，在玻 璃外表面和溶液界面形成 雙電層，產(chǎn)生相間電位。 同理，在玻璃內(nèi)表面也 形成相應的相電位。 在膜兩側(cè)形成了膜電位： 2021-6-2999第九章 儀器分析法選介 00HH HH lnln RTRT zFF ，試，試 試試試 ，外 ，外 H H0 ln ，內(nèi) ，內(nèi) 內(nèi)內(nèi) F RT 外表面的相間電位符合Nernst方程： 同理，

20、玻璃膜的內(nèi)表面也存在著因H+離子的擴散遷 移而建立起相間電位： 2021-6-29100第九章 儀器分析法選介 ，內(nèi) ，試 膜相 H H ln F RT ，試 膜相 H ln F RT K 膜相 膜相 膜 通常玻璃膜內(nèi)、外表面結(jié)構(gòu)及相關(guān)因素完全一致， 玻璃膜內(nèi)、外膜表面相間電位的代數(shù)和 為： 因玻璃泡內(nèi)裝溶液的H+離子活度是固定的，則： 忽略擴散電位， 可看成整個玻璃膜的膜電位 。 2021-6-29101第九章 儀器分析法選介 AgCl/AgAgCl/AgH H ln ln RT K F RT K F 玻璃膜，試 ，試 試玻璃 pH 303. 2 F RT K 0.059pHK 試玻璃 因玻

21、璃電極的電位是通過電極內(nèi)部的Ag-AgCl內(nèi)參比 電極測量的，故整個pH玻璃電極的電極電位為： 2021-6-29102第九章 儀器分析法選介 pH大時為“堿差堿差”：除 H+外還響應K+、Na+離子， 所測pH值低于低于實際值。 pH小時為“酸差酸差”：水 分子的質(zhì)子化使其活度小 于1，所測pH值高于高于實際 值。 因電極玻璃膜響應H+離子的非專屬性非專屬性，在pH很大或 很小時會出現(xiàn)較大的偏差： 2021-6-29103第九章 儀器分析法選介 改變玻璃膜的成分，可改變使玻璃電極測定的選擇 性，成為測定其它陽離子的選擇性電極。 如，將玻璃膜的成分改為：Na2O，11 %， Al2O3， 18

22、 %， SiO2，71 %，即可將玻璃電極改性為測定鈉 的選擇性電極。 2021-6-29104第九章 儀器分析法選介 3.3. 氟離子選擇性電極氟離子選擇性電極 敏感膜：（氟化鑭單晶）： 摻有EuF2 的LaF3單晶切片； 內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極（管 內(nèi)） 內(nèi)參比溶液：0.1 mol/L NaCl + 0.1 mol/L NaF 混合溶 液 F-用來控制膜內(nèi)表面的電位， Cl-用以固定內(nèi)參比電極的電 位。 2021-6-29105第九章 儀器分析法選介 電極膜電位的產(chǎn)生電極膜電位的產(chǎn)生 當電極浸入含F(xiàn)-待測試液時，溶液中的F-離子將 與單晶膜上的F-離子發(fā)生交換。 若試樣溶液中F-大

23、大，溶液中的F-離子遷移進入晶 體膜的空穴中； 若試樣溶液中F-小小，晶體表面的F-離子轉(zhuǎn)移到溶 液，在膜晶格中留下F-點位的空穴。 從而在膜和溶液相界面上形成了雙電層，產(chǎn)生膜形成了雙電層，產(chǎn)生膜 電位電位。 2021-6-29106第九章 儀器分析法選介 電極膜電位的表示電極膜電位的表示 ，試 F ，試 膜 F ln F RT K ，試 氟電極 F ln F RT K 膜電位的大小與試樣溶液中F-活度關(guān)系符合能斯特 方程： 與pH電極類似，結(jié)合內(nèi)參比電極的電位，氟離子 電極在活度為 的F-離子試液中的電極電位為： 因此可以通過測量氟離子選擇性電極的電位，測定通過測量氟離子選擇性電極的電位，測

24、定 試樣溶液中試樣溶液中F-離子的活度離子的活度。 2021-6-29107第九章 儀器分析法選介 氟電極的應用范圍氟電極的應用范圍 測定F-離子的濃度范圍一般在110-5 molL-1 之間 測定時溶液酸度應控制在pH56之間 pH6，膜表面LaF3水解生成La(OH)3，沉淀會 使膜表面性質(zhì)變化，且又增大了電極表面附近的 試樣溶液中F-濃度，干擾F-濃度的測定。 2021-6-29108第九章 儀器分析法選介 直接電勢法直接電勢法(direct potentiometry)通過測 量指示電極的電極電位，并根據(jù)電位與待測離子 間的能斯特關(guān)系，求得待測離子的活(濃)度的方 法。 經(jīng)儀器適當?shù)碾?/p>

25、路轉(zhuǎn)換，直接電位法可直接 求出樣品溶液的pH值值及相關(guān)離子的濃度濃度。 2021-6-29109第九章 儀器分析法選介 1.1. 溶液溶液pHpH值的測定值的測定 pH 303. 2 F RT KE 可用酸度計直接測定溶液的pH值，其測量電池 為， 飽和甘汞電極飽和甘汞電極試樣溶液試樣溶液 pH玻璃電極玻璃電極 該電池的電動勢為： E = E玻璃 E甘汞 代入玻璃電極電勢表達式，并將甘汞電極的電勢 (一定條件下是常數(shù)一定條件下是常數(shù)) 與K合并，可得: 2021-6-29110第九章 儀器分析法選介 pHpH值的實用定義值的實用定義 FRT EE /303. 2 pHpH xs sx ss p

26、H 303. 2 F RT KE xx pH 303. 2 F RT KE 實測時都采取與標準緩沖溶液比對的方法來確 定待測溶液的pH值： 標準緩沖溶液昂昂昂昂昂昂待測溶液 故得到pH值的實用定義 ： 2021-6-29111第九章 儀器分析法選介 溫度 (C) 鄰苯二甲酸氫鉀 (0.05molL-1) KH2PO4-Na2HPO4 (各0.025molL-1) 硼砂 (0.01molL-1) 0 4.0036.9849.464 10 3.9986.9239.332 20 4.0026.8819.225 25 4.0086.8659.180 30 4.0156.8539.139 35 4.02

27、46.8449.102 2021-6-29112第九章 儀器分析法選介 2.2.離子濃度的測定離子濃度的測定 i lg 303. 2 Fz RT KE i 以離子選擇性電極為指示電極，甘汞電極作為 參比電極，與待測溶液一起組成一個測量電池，測 量其電動勢以確定離子活度。 飽和甘汞電極飽和甘汞電極試樣溶液試樣溶液 離子選擇性電極離子選擇性電極 結(jié)合前面所討論的方法，可得 i為離子i的活度，zi該離子所帶的電荷數(shù)，若帶一個正電荷， zi=1；兩個正電荷，zi=2；一個負電荷，zi=-1。其余類推。 2021-6-29113第九章 儀器分析法選介 (1)(1)標準曲線法標準曲線法 與分光光度法中的標

28、準曲線法相似。 （a）配制一系列已知濃度的待測物標準溶液 （b）用相應的離子選擇性電極和甘汞電極測定對 應的電動勢， （c）以測得的E值對相應的lgci 作標準曲線。 （d）在相同的條件下測出待測試樣溶液的E值，從 標準曲線上查出待測離子的lgci值，再換算成待 測離子的濃度。 2021-6-29114第九章 儀器分析法選介 方法特點：方法特點： 要解決的問題：要解決的問題： 濃度與活度之間的差異 解決的方法：解決的方法： 不是不是 求解i將活度校正為濃度 而是而是 控制體系的離子強度， 從而使活度系數(shù)i成為不隨 試樣變化而變化的常數(shù) 不同變量標準曲線的對比 1. 以活度為變量 2. 以濃度為

29、變量 2021-6-29115第九章 儀器分析法選介 方法原理方法原理 標準溶液和試樣溶液中均加入不干擾測定的強電解 質(zhì)，所加濃度一致且遠高于試樣溶液中的背景電解 質(zhì)和待測離子的濃度。使待測組份標準溶液和的活 度系數(shù)被保持一致 。 i i ii ii 2.303 lg 2.3032.303 lglg RT EK z F RTRT Kc z Fz F 式中 是一常數(shù)，可并入K中，即可使 E lgC 保持線性關(guān)系，完全可通過直線方程來定量。 i i 2.303 lg RT z F 2021-6-29116第九章 儀器分析法選介 實驗條件控制實驗條件控制 除控制離子強度外，還需控制溶液酸度、掩蔽存

30、在的干擾離子等。 方法方法：加入由離子強度調(diào)節(jié)劑、緩沖劑、掩蔽劑所 組成的混合試劑“總離子強度調(diào)節(jié)緩沖劑總離子強度調(diào)節(jié)緩沖劑” （total ion strength adjustment buffer, TISAB） 例如例如，氟離子選擇性電極測定F-離子濃度：需控制試 液的pH=5.0左右(HAc-NaAc體系體系)；用檸檬酸鈉掩蔽 試樣中共存的Fe3+ 、Al3+等 (能與能與F-形成配合物形成配合物) 。 2021-6-29117第九章 儀器分析法選介 方法特點方法特點 （1）用一條標準曲線可以對多個試樣進行定量，因 此操作比較簡便。 （2）通過加入TISAB，可以在一定程度上消除離子

31、 強度、干擾組分等所引起的干擾。 標準曲線法適用于適用于試樣組成較為簡單的大批量試 樣的測定。 2021-6-29118第九章 儀器分析法選介 (2)標準加入法 基本思路基本思路： 向待測的試樣溶液中加入一定量的小體積小體積待測 離子的標準溶液標準溶液，通過加入標準溶液前后電動 勢的變化與加入量之間的關(guān)系，對原試樣溶液 中的待測離子濃度進行定量。 2021-6-29119第九章 儀器分析法選介 x1 lg 303. 2 c zF RT KE sx ssxx 2 V lg 303. 2 V VcVc zF RT KE Vs待測試樣溶液體積， cx待測離子濃度 離子的活度系數(shù) 加入待測離子標準溶液

32、后后： 其中：cs最好是cx的 50100 倍 Vs最好是Vx的 1/501/100 目的：加入體積很小，對試樣影響可忽略不計 2021-6-29120第九章 儀器分析法選介 )( lg 303. 2 sxx ssxx 12 VVc VcVc zF RT EEE 1/ x ss x ) 110( SE V Vc c 將上兩式相減： 其中VsVx，所以 Vs+VxVx ，進一步處理可得標準 加入法的計算式 ： 式中S=2.303RT/zF 2021-6-29121第九章 儀器分析法選介 方法特點方法特點 標準加入法可以克服由于標準溶液組成與試樣溶液不 一致所帶來的定量困難，也能在一定程度上消除共

33、存 組分的干擾。 但每個試樣測定的次數(shù)增加了一倍，使測定的工作量 增加許多。 標準加入法適用于適用于成分較為復雜、難以用標準曲線法 定量的試樣的測定。 2021-6-29122第九章 儀器分析法選介 3.3.直接電勢法的特點直接電勢法的特點 優(yōu)點優(yōu)點：操作簡單，分析速度快，不破壞試樣溶液(測 定后仍可作它用)，可測定有色甚至渾濁的試樣溶液。 不足不足：準確度欠高。因為：電動勢測定的微小誤差， 通過反對數(shù)關(guān)系傳遞到濃度后將產(chǎn)生較大的濃度不確 定度，且這種不確定度隨著離子所帶電荷數(shù)的增加而 增大。 例如，對于一價離子，電動勢測量每1mV 的誤差， 將產(chǎn)生約為 4%的相對誤差，多價離子的相對誤差將

34、累加 。 2021-6-29123第九章 儀器分析法選介 9.3.4 9.3.4 電位滴定法電位滴定法 potentiometricpotentiometric titration titration 以電位法確定滴定終點的一種滴定分析法以電位法確定滴定終點的一種滴定分析法。 用滴定管在燒杯中滴定待測離子，隨著相關(guān)離子濃 度的不斷變化，所測得的電池電動勢(或指示電極的 電極電勢) 也隨之變化。 在化學計量點附近，電動勢發(fā)生突躍，根據(jù)滴定劑 的消耗量，求得試樣中待測離子的濃度。 2021-6-29124第九章 儀器分析法選介 2021-6-29125第九章 儀器分析法選介 （1 1）E EV V

35、 曲線法曲線法 用以上數(shù)據(jù)作EV滴定曲 線，突躍的中點突躍的中點即為化 學計量點，對應的滴定 劑體積可用作為終點體 積。 EV曲線法求終點方法方法 簡單簡單，但若終點突躍較 小則會有較大的誤差。 2021-6-29126第九章 儀器分析法選介 （2） E/ VV 曲線法曲線法 110 10.2420.24 183194 V E 相關(guān)數(shù)據(jù)的求算相關(guān)數(shù)據(jù)的求算： E/ V：加入一次滴定劑后所引起的電動勢變化值 與所對應的加入滴定劑體積之比。 例例：在24.10 mL和24.20 mL之間 V：（24.10+24.20）/2 = 24.15 （mL） 2021-6-29127第九章 儀器分析法選介

36、特點特點：該法確定終點準確度較高，即使終點突躍較小， 仍能得到滿意的結(jié)果。 作圖作圖：以求得的E/VV 值對V作圖，得到兩段一 級微分曲線。 處理處理：將它們外推相交后 的交點即為一級微分曲線 的極大點，所對應的滴定 劑體積為終點體積。 2021-6-29128第九章 儀器分析法選介 (3) E2/ V2V 曲線法曲線法 4400 25.2435.24 390830 35.2435.24 25.2435.24 2 2 VV V E V E V E 5900 35.2445.24 830240 2 2 V E 原理原理：一級微商為極大的地方，二級微商值等于零。 E2/ V2的的計算計算 滴定至滴

37、定至24.30 mL 時時： 對于滴定至24.40 mL有 2021-6-29129第九章 儀器分析法選介 作 圖作 圖 ： 以 求 得 的 E2/V2V值對V作圖， 見右。 處理處理：化學計量點附 近二級微商值與滴定 劑體積有線性關(guān)系， 用線性插值法計算終 點的體積。 2021-6-29130第九章 儀器分析法選介 30.24)30.24( 04400 30.2440.24 )5900(4400 x mL)(04. 0 10300 4400 10. 0 x 處理處理：設終點的滴定劑體積為24.30 + x mL，則x值為： 結(jié)果結(jié)果：終點體積為：24.34 mL 特點特點：可以克服一級微商需

38、用外推法求終點可能引起 的誤差。 2021-6-29131第九章 儀器分析法選介 數(shù)據(jù)的計算機處理數(shù)據(jù)的計算機處理 可利用相關(guān)軟件方便地確定終點，如利用Exel表格。 （1）將滴定劑的體積和相應的電動勢數(shù)據(jù)輸入Exel 表格 （2）利用“插入圖表”功能， 以“XY散點圖”的 方式作電位滴定曲線和一級微商曲線 （3）確定終點及終點時消耗的滴定劑體積。 2021-6-29132第九章 儀器分析法選介 自動電位滴定儀自動電位滴定儀 商品化的自動或半自動 的電位滴定儀可以自動描 繪出滴定曲線、確定終點。 有些型號的還能輸出二次 微商信號，并在二次微商 改號時自動停止滴定，給 出滴定終點的體積。 自動電

39、位滴定儀通常具 有預設終點功能，方便分 析大量試樣 2021-6-29133第九章 儀器分析法選介 2. 2. 電勢滴定的特點電勢滴定的特點 類型類型 電勢滴定法常量常量分析法，誤差在千分之幾 直接電位法微量微量分析法，誤差達百分之幾 終點確定終點確定 電位滴定法既不受指示劑的限制，也不受試樣溶 液是否有色或渾濁的限制。 適用范圍適用范圍 能用于某些滴定突躍較小、用指示劑很難確定終 點的滴定體系。 能將滴定曲線直觀地記錄描繪出來，滴定突躍的 大小和區(qū)間一目了然，是研究指示劑滴定法的重要 工具。 2021-6-29134第九章 儀器分析法選介 9.4 9.4 色譜分析法色譜分析法 色譜法最早在1

40、903年由俄國植物學家茨維 特分離植物色素使用。后來不僅用于分離 有色物質(zhì)，還用于分離無色物質(zhì)，并出現(xiàn) 了種類繁多的各種色譜法。 現(xiàn)代色譜分析法(chromatography)是一大 類分離分析方法。應用歷史 “源遠流長源遠流長”， 適用范圍“上天入地”，分離對象“簡繁簡繁 由之由之”。 色譜原型裝置色譜原型裝置 2021-6-29135第九章 儀器分析法選介 9.4.1 9.4.1 概述概述 色譜分離在互不相溶的兩相間進行?；旌衔锉涣鲃?相(mobile phasemobile phase)攜帶著流過固定相(stationary stationary phasephase)時，因各組分在兩相

41、之間的分配平衡(或吸附平 衡等)的差異，使得性質(zhì)不同的各個組分隨流動相移動 的速度產(chǎn)生了差異，經(jīng)過一段距離的移動之后，混合物 中的各組分被一一分離開來。 經(jīng)典色譜分離中，分離后的組分常被分別收集于容 器中，用于進一步的分析或作為純化后的產(chǎn)物。 現(xiàn)代色譜分析將分離和分析(檢測)過程集成于一臺 儀器中，成為一種分離能力較強、檢測靈敏度較高、可 實現(xiàn)自動化操作的儀器分析法。 色譜分離以柱柱為心臟心臟，以檢測器檢測器為眼睛眼睛，以工作站工作站 為樞紐樞紐。 2021-6-29136第九章 儀器分析法選介 經(jīng)典色譜分離中，分離后的組分常被分別收集于 容器中，用于進一步的分析或作為純化后的產(chǎn) 物。 現(xiàn)代色

42、譜分析將分離和分析(檢測)過程集成于一 臺儀器中，成為一種分離能力較強、檢測靈敏 度較高、可實現(xiàn)自動化操作的儀器分析法。 色譜分離以柱柱為心臟心臟，以檢測器檢測器為眼睛眼睛，以工作工作 站站為樞紐樞紐。 2021-6-29137第九章 儀器分析法選介 色譜流程色譜流程 2021-6-29138第九章 儀器分析法選介 色譜法分類色譜法分類 1.按流動相和固定相物態(tài)流動相和固定相物態(tài) 氣相色譜( gas chromatography, GC) 氣固色譜、氣液色譜 液相色譜（liquid chromatography, LC） 液固色譜、液液色譜 2.按操作形式操作形式 柱色譜法柱色譜法、紙色譜法紙

43、色譜法、薄層色譜法薄層色譜法。 3. 按分離的機理分離的機理 分配色譜法分配色譜法、吸附色譜法吸附色譜法、離子交換色譜法離子交換色譜法、空間排空間排 阻色譜法阻色譜法和親和色譜法親和色譜法等。 2021-6-29139第九章 儀器分析法選介 M s c c K 組分在流動相中的濃度 組分在固定相中的濃度 1 1分配平衡和差速遷移分配平衡和差速遷移 色譜分離實質(zhì)上由樣品中各組分在兩相間的分 配 (或吸附、離子交換等)平衡的差異所造成。 在一定溫度下，組分在兩相間達到分配平衡時 的濃度比濃度比稱為分配系數(shù)分配系數(shù)(capacity factor)K： 2021-6-29140第九章 儀器分析法選介

44、 分配系數(shù)小的組分由于更易溶解在流動相中，它 們隨流動相流動的速度就快。只要分配的次數(shù)足 夠多，就可以將分配系數(shù)有微小差別的組分一一 分離，當分離后的組分由流動相攜帶進入檢測器 時，就得到了一個一個的色譜峰。 2021-6-29141第九章 儀器分析法選介 2 2色譜圖和色譜峰參數(shù)色譜圖和色譜峰參數(shù) 流動相攜帶組分 進入色譜檢測器，由 檢測器將濃度信號轉(zhuǎn) 變成電信號，由此記 錄得到的信號-時間 曲線稱為色譜圖色譜圖，色 譜圖由基線和色譜峰 所組成。 2021-6-29142第九章 儀器分析法選介 色譜參數(shù)色譜參數(shù) 保留值保留值 峰幾何參數(shù)峰幾何參數(shù) 推算參數(shù)推算參數(shù) 2021-6-29143第

45、九章 儀器分析法選介 保留參數(shù)保留參數(shù) 相對保留相對保留(relative retention value, 21) 兩組分的校正 保留時間之比，或兩組分的分 配系數(shù)之比，即， 1 2 R1 R2 21 K K t t 保留時間保留時間(retention time, tR)從進樣開始到檢測器 測到某組分信號最大值(即流動相中該組分的濃度最 大值)時所需的時間。 死時間死時間(dead time, tM) 完全不溶解于固定相因而不 被固定相所保留的組分從進樣到該組分信號最大值出 現(xiàn)時所需要的時間。 校正保留時間校正保留時間(adjusted retention time) 組分的保留 時間減去

46、死時間。 2021-6-29144第九章 儀器分析法選介 峰參數(shù)峰參數(shù) 峰高峰高(h)從基線到組分峰最大值（峰頂）間的距 離所代表的信號值。 峰底寬度峰底寬度(W）自色譜峰上升沿和下降沿的拐點 所作切線在基線上的截距。 半峰寬半峰寬(Wh）峰高一半處的色譜峰寬度。注意， W =1.70 Wh。 2021-6-29145第九章 儀器分析法選介 色譜參數(shù)的作用色譜參數(shù)的作用 根據(jù)保留參數(shù)可進行定性定性鑒定； 根據(jù)峰參數(shù)可進行定量定量測定； 根據(jù)色譜峰的保留值和峰寬參數(shù)可以評價色譜的 分離效率效率。 2021-6-29146第九章 儀器分析法選介 3 3柱效和分離度柱效和分離度 色譜分析的分離性能可

47、以柱效和分離度衡量。 色譜圖上兩組分峰之間的距離取決于分離系統(tǒng)對組 分的選擇性，即由體系的熱力學性質(zhì)（21）決定。 組分在柱內(nèi)運行過程中有擴散，即有動力學的因素 存在。熱力學上能分離的兩組分如果因動力學因素 影響太大，則會在色譜圖上得到兩個很寬的峰，將 使本能分開的組分重新重疊。 2021-6-29147第九章 儀器分析法選介 柱效的表示柱效的表示 2 2 RR 5.5416 h tt N WW 柱效用理論塔板數(shù)(Number of theoretical plates) 表示： 式中的tR和Wh、W的單位應相同(如秒)。 同色譜條件下不同組分的峰參數(shù)不同； 同一組分在不同色譜條件下所得峰參數(shù)

48、亦不同； 同條件下所得的N值大，則該實驗條件下該色譜柱的 柱效高。 2021-6-29148第九章 儀器分析法選介 分離度分離度 12 R1R2 2/1WW tt R 柱效N僅表示色譜柱的分離效率，不能定量地表 示色譜柱對性質(zhì)相似的兩難分離物質(zhì)時所能達到的 分離程度。 衡量相鄰峰的分離程度可用分離度(resolution， R)表示： 當色譜峰對稱呈正態(tài)分布時， R1.01.0時，兩相鄰峰的分離程度達98%； R1.51.5時，分離程度達到99.7 %(達完全分離達完全分離)。 分離度取決于：色譜柱系統(tǒng)對兩組分的選擇性(21)， 色譜柱的柱效（N） 2021-6-29149第九章 儀器分析法選

49、介 如圖a: :表示柱系統(tǒng)對兩組 分的選擇性適中，由于柱 效高，兩組分得到了基線 分離； 圖b: :色譜系統(tǒng)對兩組分的 選擇性與a相同，但柱效低， 未達到基線分離； 圖c: :色譜分離系統(tǒng)對兩組 分有很高的選擇性，雖然 柱效較低，但仍能達到基 線分離。 2021-6-29150第九章 儀器分析法選介 9.4.3 9.4.3 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析 試樣經(jīng)色譜柱分離后，得到了色譜圖，接 下來的任務應就是要確定每個色譜峰代表什么 物質(zhì)，即進行定性分析定性分析。 同時還要確定各色譜峰面積的大小或峰值 的高低與組分的量的關(guān)系，即進行定量分析定量分析。 2021-6-29151第九章 儀器

50、分析法選介 1 1定性分析定性分析 色譜定性分析的方法很多，常用的有：色譜定性分析的方法很多，常用的有： 利用保留值定性：利用保留值定性： 利用保留時間定性利用保留時間定性 利用雙柱、多柱定性利用雙柱、多柱定性 利用保留值的經(jīng)驗規(guī)律定性利用保留值的經(jīng)驗規(guī)律定性 利用保留指數(shù)定性利用保留指數(shù)定性 利用檢定器的選擇性定性利用檢定器的選擇性定性 與其他儀器結(jié)合定性與其他儀器結(jié)合定性 2021-6-29152第九章 儀器分析法選介 利用保留值定性利用保留值定性 保留值(包括保留時間、保留體積、保留指數(shù)、 相對保留值等)是熱力學參數(shù)，可以直接測得。嚴格 說，準確的保留值應是進樣量很小時所測的值。 注意：

51、注意：用保留值定性時其準確度有一定的限制，尤 其是復雜樣品(如石油產(chǎn)品)，較易得出錯誤的結(jié)論， 要特別留意。 2021-6-29153第九章 儀器分析法選介 由圖可見，比較未 知物和標準物的保 留時間tR，VR或記 錄紙走的距離XR， 就能判斷出未知物 中： 峰2為甲醇， 峰3為乙醇， 峰4為正丙醇， 峰7為正丁醇， 峰9為正戊醇。 定性分析示例定性分析示例 2021-6-29154第九章 儀器分析法選介 與其他儀器聯(lián)用定性與其他儀器聯(lián)用定性 利用與定性能 力很強的紅外、 質(zhì)譜等儀器聯(lián) 合，確定未知 樣品的相關(guān)組 分。 紹興黃酒分析 的GC/MS譜圖 2021-6-29155第九章 儀器分析法

52、選介 2 2 色譜定量分析色譜定量分析 定量分析的準確度與精密度取決于下列因素： 取樣與樣品前處理取樣與樣品前處理，決定樣品是否能代表本體； 色譜分離條件選擇色譜分離條件選擇，決定是否能使各組分完全分離； 檢測器選擇檢測器選擇，決定是否能檢測出所需測定的組分； 峰高、峰面積測定峰高、峰面積測定，決定是否能準確測量； 定量校正因子測定定量校正因子測定，解決同樣量的不同物質(zhì)在同一檢 定器上有不同響應的問題； 定量方法選擇定量方法選擇，以正確的數(shù)學運算精確定量。 認真做好每一步，色譜定量會很準確。如GC分析的 TCD的測量相對誤差RE0.08%，其他的也大多小于 2%。 2021-6-29156第九

53、章 儀器分析法選介 i ii Afm 色譜定量分析色譜定量分析根據(jù)組分檢測響應訊號的大小， 定量確定試樣中各個組分的相對含量。 依據(jù)依據(jù)每個組分的量(重量或體積)與色譜檢測器 產(chǎn)生的檢測響應值(峰高h或峰面積A)成正比: 校正因子相當重要，還要有合適的定量方法。 2021-6-29157第九章 儀器分析法選介 (1) (1) 峰面積的測量峰面積的測量 峰形對稱的峰面積計算式為 A=1.065 hW1/2 不對稱峰峰面積的近似計算公式為： A = 0.5 h (W0.15+W0.85) W0.15 和W0.85 為峰高0.15和0.85處的峰寬值。 現(xiàn)代色譜儀中都帶有自動積分設備，能準確、迅速

54、地將峰面積測量出來。 2021-6-29158第九章 儀器分析法選介 (2) (2) 定量校正因子定量校正因子 由于檢測器對不同組分的響應靈敏度不同，等濃度 兩組分的峰面積不一定相等，無法體現(xiàn)不同的“待待 測物質(zhì)的量與其峰面積呈正比測物質(zhì)的量與其峰面積呈正比”，因而需經(jīng)校正因 子校正后方可定量。 校正因子的意義意義單位峰面積所代表的單位峰面積所代表的i組分的質(zhì)組分的質(zhì) 量量(或濃度，視或濃度，視mi的物理量而定的物理量而定)。 2021-6-29159第九章 儀器分析法選介 相對校正因子相對校正因子 ss ii sm, im, i / / Am Am f f f 測絕對校正因子困難，故實際分析

55、常用相對校正因 子(通常以苯為基準求得)。 測定方法測定方法：準確稱量待測組分和基準物質(zhì)的標準物， 混勻后，在選定的色譜條件下進樣分離，測得待測 組分和基準物的峰面積后按下式計算相對校正因子： 2021-6-29160第九章 儀器分析法選介 (3) (3) 定量計算方法定量計算方法 色譜定量方法有很多，常用的有歸一化法歸一化法、外標外標 法法、內(nèi)標法內(nèi)標法、內(nèi)加法內(nèi)加法、轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化法等。 需根據(jù)不同的要求選擇合適的定量方法。 尤其是歸一化法，特別適用于初學者。 2021-6-29161第九章 儀器分析法選介 歸一化法歸一化法 %100 . %100 nn2211 iii i fAfAfAfA

56、fA m m w ii 要求要求：試樣中所有組分都能出分峰(出柱并有響應出柱并有響應)。 原理原理：試樣中所有組分(含溶劑)含量之和為100%， 組分 i 在試樣中的質(zhì)量分數(shù)wi按下式計算： 特點特點：簡單、準確、對進樣量的要求不高。 但當試樣中有組分無峰時不能使用。 2021-6-29162第九章 儀器分析法選介 外標法外標法 即其它分析方法中描述的標準曲線法。 過程過程： 用標準物配制系列標準液，在選定色譜條件 下進樣分離，用峰面積對濃度做標準曲線標準曲線。 以同樣方法測定分析試樣，由所得峰面積從 標準曲線上查得待測組分的含量。 特點特點：操作簡單，適合大批量試樣的分析。但是，：操作簡單，

57、適合大批量試樣的分析。但是， 進樣量等實驗條件對測定的準確度有很大的影響。進樣量等實驗條件對測定的準確度有很大的影響。 2021-6-29163第九章 儀器分析法選介 內(nèi)標法內(nèi)標法 適用適用：因各種原因不能使所有組分都出峰，或有組 分含量過大(小)，或只要分析樣品中少量組分時 過程過程：在總量m的樣品中加入質(zhì)量為mS的內(nèi)標物S， 然后根據(jù)被測物和內(nèi)標物的重量和在色譜圖上相應 的峰面積比求出某組分 i 的含量。 方法方法：選擇一種試樣中不存在的物質(zhì)作為內(nèi)標物內(nèi)標物， 將一定量的內(nèi)標物加入加入到準確稱量的試樣之中，混 勻后取一定體積進樣分離，根據(jù)待測組分和內(nèi)標物 的峰面積比，求出待測組分的含量。

58、2021-6-29164第九章 儀器分析法選介 %100%100 s ss iii i m m Af Af m m w 通過外加的內(nèi)標物與待測物的峰面積、校正 因子之間的比例關(guān)系，由內(nèi)標物的量來確定待測 物的量。 iiiii is sssss mf Af A mm mf Af A 2021-6-29165第九章 儀器分析法選介 優(yōu)點：優(yōu)點：不受試樣中的各組分是否都出峰的限制， 但卻可以消除由于進樣量和其它實驗條件的波動 對定量的影響。 缺點：缺點：每一個試樣均需加入一定量的內(nèi)標物，增 加了測定的工作量。 內(nèi)標物選取要求選取要求，最好在樣品中不存在，其保 留值在所有組分保留值的中間，加入內(nèi)標物的

59、 含量和待測組分含量不應相差很大。 2021-6-29166第九章 儀器分析法選介 9.4.4 9.4.4 氣相色譜儀及氣相色譜法特點氣相色譜儀及氣相色譜法特點 1.1.氣相色譜儀氣相色譜儀 由載氣系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測和記錄系 統(tǒng)等部分所組成。 2021-6-29167第九章 儀器分析法選介 氣相色譜儀氣相色譜儀 2021-6-29168第九章 儀器分析法選介 1.1.載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng) 作用作用:向色譜儀的分離、檢測系統(tǒng)提供純度高、流速 穩(wěn)定的氣體流動相。由氣源（一般為N2、H2鋼瓶）、 氣體凈化器、載氣流量調(diào)節(jié)閥和流量表所組成。 注意注意：因為氣相色譜的分離作用主要依靠固定相對 組

60、分的選擇性作用，流動相(載氣) 對被分離的組分 主要起運載作用，對分離的選擇性作用不明顯。 2021-6-29169第九章 儀器分析法選介 2. 2. 進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng) 由進樣口、氣化室 和微量注射器組成 進樣程序：進樣程序： 吸取試樣溶液 刺穿硅橡膠隔膜 樣品進入汽化室 試樣迅速汽化 被載氣攜帶入柱。 2021-6-29170第九章 儀器分析法選介 3. 3. 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 分離由色譜柱完成。 氣相色譜柱分填充柱和毛細管柱兩類。 氣相色譜往往需要在高于室溫的溫度下進行分離， 故色譜柱需放置一可控溫的恒溫箱中。 2021-6-29171第九章 儀器分析法選介 填充柱和毛細管柱比較填充柱和毛