現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章緒論

1、現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論現(xiàn)代分析化學(xué)現(xiàn)代分析化學(xué)光分析基礎(chǔ)光分析基礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) 吸收吸收光譜光譜和發(fā)射光譜和發(fā)射光譜第四節(jié)第四節(jié) 原子光譜原子光譜和分子光譜和分子光譜第五節(jié)第五節(jié) x-射線光譜簡介射線光譜簡介第六節(jié)第六節(jié) 電子能譜學(xué)電子能譜學(xué)簡介簡介第七節(jié)第七節(jié) 電子顯微鏡簡介電子顯微鏡簡介現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 現(xiàn)代現(xiàn)代分析化學(xué)分析化學(xué) 現(xiàn)代分析化學(xué)現(xiàn)代分析化學(xué)-已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出化學(xué)學(xué)科的領(lǐng)域，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出化學(xué)學(xué)科的領(lǐng)域，它正把化學(xué)與數(shù)學(xué)，物理學(xué)，計算機(jī)科學(xué)，生物學(xué)結(jié)它正把化學(xué)與數(shù)學(xué)，物理學(xué)，計算機(jī)科學(xué)，生物學(xué)結(jié)合起，已經(jīng)發(fā)

2、展成一門多學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)。合起，已經(jīng)發(fā)展成一門多學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)。1.分析化學(xué)已經(jīng)發(fā)展到分析科學(xué)階段分析化學(xué)已經(jīng)發(fā)展到分析科學(xué)階段v經(jīng)典分析化學(xué)相關(guān)概念經(jīng)典分析化學(xué)相關(guān)概念定量分析系統(tǒng)，重量法，容量法，溶液(solution)反應(yīng)， 四大平衡，化學(xué)熱力學(xué)(energetics)。v現(xiàn)代現(xiàn)代分析化學(xué)分析化學(xué)(advance analytical chemistry)相關(guān)概念相關(guān)概念化學(xué)計量學(xué)(metrology)，傳感器(sensor)過程控制，自動化(automatization)分析，專家系統(tǒng)，生物技術(shù)和生物過程，微型化(micromation)分析等。現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析

3、化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 分析化學(xué)(analytical chemistry) 的發(fā)展歷史經(jīng)歷了三次具大的變革。1）第一次變革發(fā)生在本世紀(jì)初，由于物理化學(xué)(physical chemistry)的發(fā)展，為分析技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)，建立了溶液中四大平衡的理論，使分析化學(xué)(analytical chemistry)從一門技術(shù)發(fā)展成為一個學(xué)科，這也可以說是分析化學(xué)(analytical chemistry)和物理化學(xué)(physical chemistry)結(jié)合的時代。這一時期分析化學(xué)(analytical chemistry)的確是化學(xué)的一個分支。 2）第二次變革發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)前后直到60

4、年代。物理學(xué)，電子學(xué)，半導(dǎo)體及原子能工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了分析中物理方法的大發(fā)展，儀器分析方法的大發(fā)展。分析化學(xué)(analytical chemistry)突破了以經(jīng)典化學(xué)分析為主的局面，開創(chuàng)了儀器分析的新時代。3）從70年代末到現(xiàn)在，以計算機(jī)應(yīng)用為主要標(biāo)志的信息時代的來臨 ，給科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來具大的活力。分析化學(xué)(analytical chemistry)正處在第三次變革時期。分析化學(xué)(analytical chemistry)已發(fā)展到分析科學(xué)階段。分析化學(xué)正在成長為一門建立在化學(xué)，物理學(xué)，數(shù)學(xué)，計算機(jī)科學(xué)，精密儀器制造科學(xué)等學(xué)科以上的綜合性的邊緣科學(xué)。現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一

5、章 緒論緒論 學(xué)科之間的相互滲透（包括分析方法中不同技學(xué)科之間的相互滲透（包括分析方法中不同技術(shù)的聯(lián)用）是分析化學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律。術(shù)的聯(lián)用）是分析化學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為分析化學(xué)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為分析化學(xué)(analytical chemistry)提出了一系列難題，促進(jìn)了分析化學(xué)提出了一系列難題，促進(jìn)了分析化學(xué)(analytical chemistry)的發(fā)展也促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展；另的發(fā)展也促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展；另一方面新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也為分析化學(xué)一方面新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也為分析化學(xué)(analytical chemistry)的發(fā)

6、展提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件，使分析化的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件，使分析化學(xué)學(xué)(analytical chemistry)的發(fā)展成為可能。的發(fā)展成為可能。2.分析化學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律分析化學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論社會社會其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域社會需要社會需要分析問題分析問題研究與發(fā)展研究與發(fā)展分析化學(xué)分析化學(xué)分析化學(xué)與社會和其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)系現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論3. 現(xiàn)代分析化學(xué)研究的兩個方面現(xiàn)代分析化學(xué)研究的兩個方面分析化學(xué)分析化學(xué)分析方法分析方法分析對象分析對象具體的分析技術(shù)都包括兩個部分：測定對

7、象和測定方法。任具體的分析技術(shù)都包括兩個部分：測定對象和測定方法。任何具體的分析手段都是為對象服務(wù)的，每有對象就談不上方何具體的分析手段都是為對象服務(wù)的，每有對象就談不上方法；沒有方法對象的含量也無從可知。所以對象和方法是相法；沒有方法對象的含量也無從可知。所以對象和方法是相互依存的關(guān)系；它們又是相互矛盾的，任何一個具體的分析互依存的關(guān)系；它們又是相互矛盾的，任何一個具體的分析工作都是對象和方法的矛盾的統(tǒng)一。對象和方法共存與分析工作都是對象和方法的矛盾的統(tǒng)一。對象和方法共存與分析工作的每個方面，工作的每個方面，對象和方法的矛盾是分析化學(xué)發(fā)展的動力，對象和方法的矛盾是分析化學(xué)發(fā)展的動力，生產(chǎn)實(shí)踐

8、和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展不斷向分析化學(xué)提出新的課題，生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展不斷向分析化學(xué)提出新的課題，分析化學(xué)也不斷吸取當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就來完善解決這分析化學(xué)也不斷吸取當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就來完善解決這些難題的手段，進(jìn)而促進(jìn)了分析化學(xué)的快速發(fā)展。些難題的手段，進(jìn)而促進(jìn)了分析化學(xué)的快速發(fā)展。 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論舉例舉例 ：（1） 礦石和水分析的發(fā)展使分析化學(xué)從容量礦石和水分析的發(fā)展使分析化學(xué)從容量分析過渡到光譜分析分析過渡到光譜分析（2）原子能科學(xué)的發(fā)展帶動了離子交換分離原子能科學(xué)的發(fā)展帶動了離子交換分離法的發(fā)展法的發(fā)展（3）復(fù)雜物質(zhì)分析的需求使儀器分析向智能復(fù)

9、雜物質(zhì)分析的需求使儀器分析向智能化發(fā)展（二惡英分析）化發(fā)展（二惡英分析）ooclnclndd可以有可以有75個家庭成員個家庭成員人體暴露到二惡英中的允許值為人體暴露到二惡英中的允許值為: 0.000000000001 g/kg day （1 10-12 g/kg day）目前利用色譜目前利用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測二惡英。質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測二惡英?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論4.現(xiàn)代分析化學(xué)發(fā)展趨勢現(xiàn)代分析化學(xué)發(fā)展趨勢 現(xiàn)代分析化學(xué)(advance analytical chemistry)的任務(wù)以不僅限于測定物質(zhì)的組成和含量，而是要對物質(zhì)的形態(tài)(configuratio

10、n)（氧化還原態(tài)，絡(luò)合態(tài)，晶態(tài)），結(jié)構(gòu)（空間分布），微區(qū)，薄層，及活性等作出實(shí)時追蹤（real time）,在線監(jiān)測(on-line)等分析及過程控制。分析化學(xué)發(fā)展方向（見圖）-高靈敏度（達(dá)原子級、分子級）、高選擇性（復(fù)雜體系分析）、智能化（專家系統(tǒng)）、自動化（計算機(jī)技術(shù)）、聯(lián)用化（不同分析方法的聯(lián)用）并向?qū)崟r、在線的動態(tài)分析方向縱身發(fā)展。現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 分析化學(xué)分析化學(xué)主要發(fā)展趨向主要發(fā)展趨向化學(xué)計量學(xué)在線分析實(shí)時分析原位分析活體分析教育定性傳感器固定化接口自動化微型化新原理新技術(shù)新儀器分離技術(shù)聯(lián)用技術(shù)儀器和計算機(jī)其它科技領(lǐng)域生物分析環(huán)境分析過程分析表

11、面分析大分子表征化學(xué)圖象無損分析單細(xì)胞分析單分子單聚集體分析現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論高靈敏度(達(dá)分子級)高選擇性(復(fù)雜體系)快速自動智能化生物和環(huán)境分析在線實(shí)時原位分析活體、無損分析過程分析新儀器、傳感器現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（2）智能化和小型化）智能化和小型化隨著微電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)在儀器分析的應(yīng)用更加隨著微電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)在儀器分析的應(yīng)用更加廣泛和深入，智能化的儀器分析方法將逐漸成為常規(guī)廣泛和深入，智能化的儀器分析方法將逐漸成為常規(guī)分析的重要手段。分析的重要手段。（1）高靈敏度和高選擇性高靈敏度和高選擇性隨著技術(shù)的發(fā)展及科

12、學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，許多隨著技術(shù)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，許多高靈敏度、高選擇性的分析方法將逐步建立。高靈敏度、高選擇性的分析方法將逐步建立。（3）應(yīng)用范圍將日以擴(kuò)大）應(yīng)用范圍將日以擴(kuò)大儀器分析除了應(yīng)用于成分分析外，將在更大程度上儀器分析除了應(yīng)用于成分分析外，將在更大程度上應(yīng)用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析、狀態(tài)和價態(tài)分析、表面分應(yīng)用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析、狀態(tài)和價態(tài)分析、表面分析及微區(qū)分析等，而且在許多學(xué)科的研究工作中將析及微區(qū)分析等，而且在許多學(xué)科的研究工作中將得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。得到愈來愈廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（4）與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合）與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合

13、 生命科學(xué)是生命科學(xué)是21世紀(jì)最為熱門的研究領(lǐng)域之一。將儀世紀(jì)最為熱門的研究領(lǐng)域之一。將儀器分析中各種新方法應(yīng)用于生命過程的研究；生物醫(yī)器分析中各種新方法應(yīng)用于生命過程的研究；生物醫(yī)學(xué)中的酶催化反應(yīng)、免疫反應(yīng)等技術(shù)和成果也將進(jìn)一學(xué)中的酶催化反應(yīng)、免疫反應(yīng)等技術(shù)和成果也將進(jìn)一步應(yīng)用于儀器分析，開拓出新的研究領(lǐng)域和方法。步應(yīng)用于儀器分析，開拓出新的研究領(lǐng)域和方法。（5）自動檢測或遙控分析）自動檢測或遙控分析儀器分析將在各種工業(yè)流程及特殊環(huán)境中的自動在儀器分析將在各種工業(yè)流程及特殊環(huán)境中的自動在線監(jiān)控或遙控監(jiān)測中發(fā)揮重大的作用。在這一領(lǐng)域線監(jiān)控或遙控監(jiān)測中發(fā)揮重大的作用。在這一領(lǐng)域中各種新型的化學(xué)及

14、生物傳感器及流動注射分析技中各種新型的化學(xué)及生物傳感器及流動注射分析技術(shù)將是十分重要的。術(shù)將是十分重要的。（6 6） 儀器分析中各種方法的聯(lián)用技術(shù)儀器分析中各種方法的聯(lián)用技術(shù)儀器分析中各種方法有其自身的一些特點(diǎn)，將儀器儀器分析中各種方法有其自身的一些特點(diǎn)，將儀器分析中各種方法的聯(lián)用，將進(jìn)一步發(fā)揮各種方法的分析中各種方法的聯(lián)用，將進(jìn)一步發(fā)揮各種方法的效能解決復(fù)雜的分析問題。效能解決復(fù)雜的分析問題?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 常見的聯(lián)用技術(shù)常見的聯(lián)用技術(shù)光光譜譜色色譜譜msftirassicp-esmip-esgclc-sfc-ce-tlc-還有：還有：hplc-nmr

15、icp-msgc-ftir-ms，hplc（ce）-icp-ms等等現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論5. 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)分類現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)分類 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù) 結(jié)構(gòu)分析（定性）結(jié)構(gòu)分析（定性）紫外光譜紫外光譜紅外光譜紅外光譜核磁共振波譜核磁共振波譜質(zhì)譜質(zhì)譜電子順磁共振譜電子順磁共振譜mssbauermssbauer譜譜射線光電子能譜射線光電子能譜射線多晶衍射分析射線多晶衍射分析x x射線單晶衍射分析射線單晶衍射分析射線射線狀態(tài)分析（形態(tài)，表面）狀態(tài)分析（形態(tài)，表面）陽極溶出伏安法陽極溶出伏安法射線光電子能譜射線光電子能譜電子能譜電子能譜掃描電鏡掃描電

16、鏡射線衍射射線衍射熱分析熱分析比表面分析和粒度分析比表面分析和粒度分析成分分析（定量）成分分析（定量）氣相色譜氣相色譜液相色譜液相色譜薄層色譜薄層色譜毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳sfcsfc超臨界流體色譜超臨界流體色譜 元素自動分析儀元素自動分析儀 原子吸收光譜原子吸收光譜 原子熒光光譜原子熒光光譜 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜 電感偶合等離子體電感偶合等離子體 紫外紫外-可見光譜可見光譜現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論光分析基礎(chǔ)光分析基礎(chǔ)(1)光分析法：光分析法：基于電磁輻射能量與待測物質(zhì)相互作基于電磁輻射能量與待測物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建用后所產(chǎn)生的

17、輻射信號與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法；立起來的分析方法； 電磁輻射范圍：射線無線電波所有范圍；電磁輻射范圍：射線無線電波所有范圍；(2) 相互作用方式：相互作用方式：發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；干涉、衍射等； 光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可區(qū)代的地位；等方面具有其他方法不可區(qū)代的地位；1.光分析法及其特點(diǎn)光分析法及其特點(diǎn)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 (3)三個基本過程：能源提供能量；能源提供能量；能量與被測物之間的相互作用；能量與被測物

18、之間的相互作用；產(chǎn)生信號產(chǎn)生信號。 (4) (4) 光分析法光分析法基本特點(diǎn)：基本特點(diǎn)：所有光分析法均包含三個基本過程；所有光分析法均包含三個基本過程；選擇性測量選擇性測量, ,不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；涉及大量光學(xué)元器件涉及大量光學(xué)元器件?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論2.2.電磁輻射的基本性質(zhì)電磁輻射的基本性質(zhì)電磁輻射（光或電磁波）：以接近光速（真空中為光速）電磁輻射（光或電磁波）：以接近光速（真空中為光速）沿沿波前方向傳播的交變磁場和電場波前方向傳播的交變磁場和電場 1)電磁輻射電磁輻射現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)

19、第一章第一章 緒論緒論光是一種電磁波，光具有波粒二象性。光是一種電磁波，光具有波粒二象性。 c c / /c：光速；：光速；：波長；：波長；：頻率；：頻率； ：波數(shù)：波數(shù) ；e = h = h c /e ：能量；：能量； h：普朗克常數(shù)：普朗克常數(shù)1光的波動性：光的波動性：光的粒子性：光的粒子性：2)2)光的波粒二象性光的波粒二象性周期t：相鄰兩個波峰或波谷通過空間某一點(diǎn)所需要的時 間間隔稱為周期，單位為s秒。波長 ：相鄰兩個波峰或波谷的直線距離，單位為米（m）、厘米（cm）、微米（m）、納米（nm）和埃（）?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論三三.光學(xué)分析法波譜光學(xué)分析法

20、波譜現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論躍遷類型躍遷類型分子振動分子振動分子轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動電子、核自旋電子、核自旋現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論4.4.光與物質(zhì)相互作用光與物質(zhì)相互作用1)光與物質(zhì)相互作用形式作用形式作用形式吸收吸收發(fā)射發(fā)射散射散射折射折射反射反射干涉干涉衍射衍射偏振偏振吸收光譜吸收光譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜折射法折射法散射法散射法干涉法干涉法衍射法衍射法偏振法偏振法現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論2)吸收基態(tài)激發(fā)態(tài)h3)發(fā)射激發(fā)態(tài)h吸收激發(fā)基態(tài)發(fā)光現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論5.5.光分析分類光

21、分析分類 1)光譜法光譜法基于物質(zhì)與輻射能作用時，分子發(fā)生能級躍遷基于物質(zhì)與輻射能作用時，分子發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長或強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法；而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長或強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法； 原子光譜、分子光譜原子光譜、分子光譜 (1)原子光譜（線性光譜）：原子光譜（線性光譜）：最常見的三種最常見的三種 基于原子外層電子躍遷的原子吸收光譜（基于原子外層電子躍遷的原子吸收光譜（aas）；）； 原子發(fā)射光譜（原子發(fā)射光譜（aes）、原子熒光光譜（）、原子熒光光譜（afs）；）； 基于原子內(nèi)層電子躍遷的基于原子內(nèi)層電子躍遷的 x射線熒光光譜（射線熒光光譜（xfs）；）； 基于原子

22、核與射線作用的穆斯堡譜；基于原子核與射線作用的穆斯堡譜；現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 (2)(2)分子光譜（帶狀光譜）分子光譜（帶狀光譜） 基于分子中電子能級、振基于分子中電子能級、振-轉(zhuǎn)能級躍遷；轉(zhuǎn)能級躍遷； 紫外光譜法（紫外光譜法（uv）；）； 紅外光譜法（紅外光譜法（ir）；）； 分子熒光光譜法（分子熒光光譜法（mfs）；）； 分子磷光光譜法（分子磷光光譜法（mps）；）； 核磁共振（核磁共振（nmr） 順磁共振波譜（順磁共振波譜（epr）；）； 2)非光譜法：非光譜法： 不涉及能級躍遷，物質(zhì)與輻射作用時，僅改變傳播方向不涉及能級躍遷，物質(zhì)與輻射作用時，僅改變傳

23、播方向等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法、旋光法等；等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法、旋光法等； 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論光分析法光譜分析法非光譜分析法原子光譜分析法分子光譜分析法原原子子吸吸收收光光譜譜原原子子發(fā)發(fā)射射光光譜譜原原子子熒熒光光光光譜譜x射射線線熒熒光光光光譜譜折射法圓二色性法x射線衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光譜譜法法紅紅外外光光譜譜法法分分子子熒熒光光光光譜譜法法分分子子磷磷光光光光譜譜法法核核磁磁共共振振波波譜譜法法現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論第三節(jié)第三節(jié) 吸收吸收光譜光譜和發(fā)射光譜和發(fā)射光譜1、吸收光譜法、吸收光譜法當(dāng)物質(zhì)吸收的

24、光能等于該物質(zhì)兩能級當(dāng)物質(zhì)吸收的光能等于該物質(zhì)兩能級躍遷所需的能量時，即躍遷所需的能量時，即e = he = h時，就產(chǎn)生吸收光譜。時，就產(chǎn)生吸收光譜。i0i1或2e1=h1=hc/1e2=h2=hc/2基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 1 2a= h c/ e現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論2、發(fā)射光譜法、發(fā)射光譜法（1）用熱能激發(fā)發(fā)光）用熱能激發(fā)發(fā)光用火焰、電弧或電火花等熱能使用火焰、電弧或電火花等熱能使物質(zhì)激發(fā)，當(dāng)躍遷回至低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。物質(zhì)激發(fā)，當(dāng)躍遷回至低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。樣品樣品火焰、電弧等火焰、電弧等激發(fā)激發(fā)發(fā)射輻射發(fā)射輻射ee2121=h=h212

25、1= =hc/hc/21ee2 2=h=h2 2= =hc/hc/2ee1 1=h=h1 1= =hc/hc/1 1激發(fā)激發(fā)發(fā)射發(fā)射 1 2 2121i= h c/ e現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（2）光致發(fā)光）光致發(fā)光物質(zhì)吸收光能躍遷至激發(fā)態(tài)，當(dāng)躍遷回物質(zhì)吸收光能躍遷至激發(fā)態(tài)，當(dāng)躍遷回至低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。至低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。i i0 0i il l激發(fā)激發(fā)發(fā)射輻射發(fā)射輻射ee2121=h=h2121= =hc/hc/ 2121ee2 2=h=h2 2= =hc/hc/2 2 ee1 1=h=h1 1= =hc/hc/1 1激發(fā)激發(fā)發(fā)射發(fā)射 1 2

26、 21il= h c/ e現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論第四節(jié)第四節(jié) 原子光譜原子光譜和分子光譜和分子光譜原子光譜原子光譜原子的外層電子在不同能級間躍遷原子的外層電子在不同能級間躍遷吸收或吸收或發(fā)射光量子時產(chǎn)生的光譜發(fā)射光量子時產(chǎn)生的光譜原子光譜分析法（原子光譜分析法（as）是分析化學(xué)中最常用的原素成份分析法，）是分析化學(xué)中最常用的原素成份分析法，主要抱括：主要抱括： 原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes 原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（aas） 原子熒光光譜法（原子熒光光譜法（afs） 原子質(zhì)譜法（原子質(zhì)譜法（ams），），ic

27、p-ams，mip-ams x射線熒光光譜法（射線熒光光譜法（xrf）前前4種方法僅涉及到原子外層電子的躍遷和電離，而后一種方法涉種方法僅涉及到原子外層電子的躍遷和電離，而后一種方法涉及原子內(nèi)層電子的躍遷。及原子內(nèi)層電子的躍遷。icp-電感藕合等離子體電感藕合等離子體;mip-微波等離子體微波等離子體1、原子光譜、原子光譜現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論光源光源1）空心陰極燈2）無極放電燈1)原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（aas）現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論原子化器原子化器1）預(yù)混合火焰原子化器2）石墨爐電熱原子化器3）氫化物發(fā)生原子化器4）冷

28、原子發(fā)生原子化器1)原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（aas）現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論1)原子吸光譜法（原子吸光譜法（aas）光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)棱鏡和光柵現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論光源光源原子化器原子化器光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)檢測與處理檢測與處理1)原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（aas）檢測與處理檢測與處理光電倍增管檢測器（光電倍增管檢測器（pmt）光電二極管陣列檢測器（光電二極管陣列檢測器（pda）現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes激發(fā)光源激發(fā)

29、光源1）直流電弧。2）交流電弧。3）電火花光源4）直流等離子體噴焰（dcp）5）電感藕合等離子體（icp）6）微波感生等離子體（mip）現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)棱鏡和光柵分光系統(tǒng)棱鏡和光柵分光系統(tǒng)2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論檢測與處理檢測與處理照相感應(yīng)板光電倍增管檢測器（pmt）光電二極管陣列檢測器（pda）電荷藕合器件（ccd）電荷注入器件（cid）2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes現(xiàn)代分析化學(xué)技

30、術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論(1) 電感藕合等離子體（電感藕合等離子體（icp） 光譜儀光譜儀v icp攝譜儀攝譜儀 vicp單色器單色器v順序等離子體光譜儀順序等離子體光譜儀 v多通道多通道icp光譜儀光譜儀v綜合型綜合型icp光譜儀光譜儀 v中階梯光柵中階梯光柵icp光譜儀光譜儀2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes（icp） 光譜儀的類型光譜儀的類型:現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論icp光譜分析的特點(diǎn)光譜分析的特點(diǎn):v 可以測定可以測定72個元素，多數(shù)有較好的檢出限。個元素，多數(shù)有較好的檢出限。v 精密度好，在

31、分析物濃度為檢出限精密度好，在分析物濃度為檢出限50-100倍時，譜線倍時，譜線強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差 1%。v 動態(tài)范圍寬，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍可達(dá)動態(tài)范圍寬，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍可達(dá)105-106。v 基體效應(yīng)比較低，較易建立分析方法?；w效應(yīng)比較低，較易建立分析方法。v 可進(jìn)行多元素同時測定?？蛇M(jìn)行多元素同時測定。2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論(2) 微波等離子體（微波等離子體（mip） 光譜儀光譜儀vmip光源激發(fā)能量很高，能激發(fā)icp光源不易激發(fā)的元素。v載氣用量很低，工作氣體消

32、耗量很少。v電源功率低，節(jié)省電能。元元 素素波波 長長 ， nm檢檢 出出 限限 ， pg/sfclbrispsi685.8481.0470.5206.2545.4253.6251.68.5161031632.12.9mip測定非金屬的檢出限測定非金屬的檢出限 mip 光譜儀主要用于測定光譜儀主要用于測定f，cl，br，c，h，n，o，s等等非金屬元素，測定金屬元素的非金屬元素，測定金屬元素的靈敏度比靈敏度比icp光源差。此外，光源差。此外，作為氣相色譜及液相色譜的檢作為氣相色譜及液相色譜的檢測器，用于測定有機(jī)化合物的測器，用于測定有機(jī)化合物的原子比，用以對有機(jī)物進(jìn)行定原子比，用以對有機(jī)物進(jìn)行

33、定量及定性分析。量及定性分析。2)原子發(fā)射光譜法（原子發(fā)射光譜法（aes），），icp-aes，mip-aes現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論3) 原子質(zhì)譜法（原子質(zhì)譜法（ams），），icp-ams，mip-ams質(zhì)量質(zhì)量分析器分析器四極桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器雙聚焦扇形質(zhì)量分析器雙聚焦扇形質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器樣品樣品引入引入系統(tǒng)系統(tǒng)氣動霧化法（液體）氣動霧化法（液體）激光燒蝕法（固體）激光燒蝕法（固體）懸浮霧化法（固體）懸浮霧化法（固體）在線樣品處理在線樣品處理流動注射（流動注射（fi）在線富集）在線富集色

34、譜法與色譜法與as的聯(lián)用的聯(lián)用微波在線消解微波在線消解現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論v分子光譜分子光譜(molecule spectrum)通過分子內(nèi)通過分子內(nèi)部運(yùn)動，化合物部運(yùn)動，化合物(compound)吸收或發(fā)射光量子吸收或發(fā)射光量子(photons)時產(chǎn)生的光譜時產(chǎn)生的光譜(spectrum)。 2、分子光譜、分子光譜原子光譜為線狀光譜，原子光譜為線狀光譜，10-4 nm分子光譜為帶狀光譜；分子光譜為帶狀光譜；50nm為什么分子光譜為帶狀光譜？為什么分子光譜為帶狀光譜？現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論原子光譜圖原子光譜圖分子光譜圖分子光譜圖

35、現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 紫外光譜法（紫外光譜法（uv）；）； 紅外光譜法（紅外光譜法（ir）；）； 分子熒光光譜法（分子熒光光譜法（mfs）；）； 分子磷光光譜法（分子磷光光譜法（mps）；）； 核磁共振（核磁共振（nmr） 順磁共振波譜（順磁共振波譜（epr）；）；有機(jī)波譜分析法有機(jī)波譜分析法是分析化學(xué)中最常用的是分析化學(xué)中最常用的有機(jī)結(jié)構(gòu)分析方法，主要抱括：有機(jī)結(jié)構(gòu)分析方法，主要抱括：其中紫外光譜法（其中紫外光譜法（uv）、紅外光譜法（）、紅外光譜法（ir） 、核、核磁共振波譜法（磁共振波譜法（nmr） 和質(zhì)譜和質(zhì)譜(ms)合稱為四大譜合稱為四大譜.隨著現(xiàn)代

36、儀器分析的不斷發(fā)展和普遍使用隨著現(xiàn)代儀器分析的不斷發(fā)展和普遍使用,四種光譜分析方四種光譜分析方法相互配合法相互配合,形成了一套有機(jī)結(jié)構(gòu)鑒定的完整方法形成了一套有機(jī)結(jié)構(gòu)鑒定的完整方法.現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論四大譜分析方法的特點(diǎn)四大譜分析方法的特點(diǎn):樣品用量少樣品用量少-僅需毫克級僅需毫克級, ,甚至微克級純樣甚至微克級純樣分析方法多為非破壞性過程分析方法多為非破壞性過程-可直接得到可靠可直接得到可靠的結(jié)構(gòu)信的結(jié)構(gòu)信 息息, ,并能回收貴重樣品并能回收貴重樣品操作簡便操作簡便, ,分析速度快分析速度快, ,易于實(shí)現(xiàn)自動化易于實(shí)現(xiàn)自動化靈敏度高，檢出限低靈敏度高，檢出

37、限低選擇性好選擇性好價格一般來說比教昂貴價格一般來說比教昂貴就是討論譜圖解析-即如何利用四大譜譜圖間接地證明或推斷有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的方法.本課程的重點(diǎn):現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 價電子(valence electron)運(yùn)動v分子運(yùn)動分子運(yùn)動 分子振動分子振動(vibration) 分子轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動(rotation)hclrehclrehcl ej ev ee 躍遷躍遷 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)動能級 振動能級 電子能級 吸收能量e 吸收光譜吸收光譜 轉(zhuǎn)動光譜 振動光譜 電子光譜現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論v雙原子分子能級圖(ener

38、gy level diagram) ab12v=0j=01243v=ov=1電子躍遷純振動躍遷純轉(zhuǎn)動躍遷電子基態(tài)電子激發(fā)態(tài)零點(diǎn)能零點(diǎn)能現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論v勢能曲線圖 (potential energy graph)波長波長強(qiáng)度強(qiáng)度rer能量ev=012341234v=0s1s0m m* 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論vfranck-condon原理(1)垂直躍遷(vertical transition)(2)電子能級(energy level)躍遷(transition)的同時伴有振動能級和轉(zhuǎn)動能級(energy level)的變化(

39、3)振動能級(energy level)躍遷(transition)的同時伴有轉(zhuǎn)動能級(energy level)的變化現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論例如：紫外光譜1 23 （0 0） 0 （0 4） 吸收峰強(qiáng)度 吸收峰位置 a 光波譜峰三大要素光波譜峰三大要素： 譜峰位置譜峰位置譜峰強(qiáng)度譜峰強(qiáng)度譜峰形狀譜峰形狀franck-condon原理原理-從理論上解釋了電子光譜的從理論上解釋了電子光譜的譜峰形狀和強(qiáng)度分布的實(shí)質(zhì)。譜峰形狀和強(qiáng)度分布的實(shí)質(zhì)?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論分析方法分析內(nèi)容紫外 可見紅外光譜核磁共振有機(jī)質(zhì)譜分子熒光拉曼光譜電子順

40、磁氣相色譜結(jié)構(gòu)分析分子量 分子式 官能團(tuán) 飽和化合物 不飽和化合物 脂環(huán)化合物 芳香化合物 雜環(huán)化合物 異構(gòu)體 立體結(jié)構(gòu) 合成高分子 生物高分子 反應(yīng)中間體 定量分析適應(yīng)性 檢測極限10-710-710-710-1210-910-710-1010-710-13 樣品形態(tài)solg、l、s、solsolg、l、ssolg、l、s、solsolg、l、sol 常規(guī)用量10-4mol/lmg10mgg10-4mol/lmg10-4mol/lg 2) 幾種光波譜分析方法的比較幾種光波譜分析方法的比較現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論3) lamber-beer定律io ii atkb

41、ctiialoglog0a吸光度吸光度t=0ii透光率透光率t%百分透光率百分透光率k比例系數(shù)吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)由濃度 c 的單位而定a=a/bc(l/g.cm) =a/bc(l/mol.cm)c(g/l)c(mol/lk以a表示k以 表示現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論紫外光譜或紅外光譜t% 吸光度a乙苯uv（甲醇）ir譜圖（液膜）3) 乙苯的四大譜譜圖現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論乙苯h1nmr譜圖（cd3cl）乙苯ms譜圖現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（1）揭開研究微觀世界序幕的三大發(fā)現(xiàn)）揭開研究微觀世界序幕的三大發(fā)

42、現(xiàn) vv電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家普魯克普魯克于于1858年年利用利用蓋斯勒放電管蓋斯勒放電管研究氣體放研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)了對著陰極的管壁上電時發(fā)現(xiàn)了對著陰極的管壁上出現(xiàn)了美麗的綠色光輝。出現(xiàn)了美麗的綠色光輝。18761876年德國物理學(xué)家年德國物理學(xué)家哥爾德斯坦哥爾德斯坦證實(shí)這種綠色光輝是由陰極上證實(shí)這種綠色光輝是由陰極上所產(chǎn)生的某種射線射到玻璃上產(chǎn)生的，他把這種射線命名為所產(chǎn)生的某種射線射到玻璃上產(chǎn)生的，他把這種射線命名為 “陰極射線陰極射線”。n 實(shí)驗(yàn)證明一切荷電物質(zhì)都只能帶有實(shí)驗(yàn)證明一切荷電物質(zhì)都只能帶有e的整數(shù)倍的電量。的整數(shù)倍的電量。n 陰極射線粒子所帶的電量陰極

43、射線粒子所帶的電量 e 是電荷的最小單位。是電荷的最小單位。電子的發(fā)現(xiàn)再一次否定了原子不可分的觀念。電子的發(fā)現(xiàn)再一次否定了原子不可分的觀念。第五節(jié)第五節(jié) x-射線光譜簡介射線光譜簡介1. x-射線基礎(chǔ)射線基礎(chǔ)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論德國維爾茨堡大學(xué)校長、物理學(xué)家倫琴德國維爾茨堡大學(xué)校長、物理學(xué)家倫琴我終于發(fā)現(xiàn)了一種光，我不知道是什么光，無以名之，我終于發(fā)現(xiàn)了一種光，我不知道是什么光，無以名之，就把它叫做就把它叫做x x光吧。光吧。vvx-x-射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)1895年12月28日倫琴寫出了一篇論文論一種新的射線，文章詳細(xì)總結(jié)了新射線的性質(zhì)：x射線是由高速電子撞

44、擊物體射線是由高速電子撞擊物體時產(chǎn)生，從本質(zhì)上它和可見光時產(chǎn)生，從本質(zhì)上它和可見光一樣，是一種電磁波，它的波一樣，是一種電磁波，它的波長約為：長約為： 0.0010.01(nm)現(xiàn)代物理學(xué)是從現(xiàn)代物理學(xué)是從18951895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)x x射線開始的。射線開始的。倫琴拍攝的第一張x線片 現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論18961896年，法國物理學(xué)家年，法國物理學(xué)家貝克勒爾貝克勒爾在對一種熒光物質(zhì)（硫酸鉀鈾）在對一種熒光物質(zhì)（硫酸鉀鈾）進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)了天然放射線。進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)了天然放射線。貝克勒爾射線貝克勒爾射線vv 放射性的發(fā)現(xiàn)放射性的

45、發(fā)現(xiàn) 居里夫人發(fā)現(xiàn)了放射性元素居里夫人發(fā)現(xiàn)了放射性元素“鐳鐳”和和“釙釙”。19101910年完成了她年完成了她的名著的名著論放射性論放射性。天然放射性核素能夠自發(fā)地放出各種射線,從而衰變?yōu)榱硪环N核素。射線：射線：帶兩個正電荷的氦核帶兩個正電荷的氦核 粒子流；粒子流；24he射線：射線：帶負(fù)電荷的高速電子流；帶負(fù)電荷的高速電子流；射線：射線：從原子核內(nèi)放出來的電磁波，它實(shí)際上是從原子核內(nèi)放出來的電磁波，它實(shí)際上是一束能量極高的光子流，它的波長比一束能量極高的光子流，它的波長比x射線還要短，射線還要短，穿透本領(lǐng)比穿透本領(lǐng)比x射線更強(qiáng)。射線更強(qiáng)?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒

46、論（2） x 射線的衍射射線的衍射-kax射線射線x x 射線管射線管+k 陰極，陰極，a 陽極陽極(鉬、鎢、銅等金屬鉬、鎢、銅等金屬)，a k間加幾萬伏高壓，以加速陰極發(fā)射的熱電子。間加幾萬伏高壓，以加速陰極發(fā)射的熱電子。倫琴倫琴vv x 射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論x 射線射線準(zhǔn)直縫準(zhǔn)直縫晶體晶體勞厄斑勞厄斑 勞厄?qū)嶒?yàn)勞厄?qū)嶒?yàn)是為了實(shí)現(xiàn)是為了實(shí)現(xiàn)x x射線的衍射而設(shè)計的。晶射線的衍射而設(shè)計的。晶體相當(dāng)于三維光柵，衍射圖樣（勞厄斑）證實(shí)了體相當(dāng)于三維光柵，衍射圖樣（勞厄斑）證實(shí)了x射射線的波動性。線的波動性。勞厄勞厄vv勞厄?qū)嶒?yàn)勞厄?qū)嶒?yàn)現(xiàn)代分析化

47、學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 dd d dsin 12晶面晶面acb 衍射中心衍射中心: : 掠射角掠射角d :d : 晶面間距晶面間距( (晶晶格常數(shù)）格常數(shù)） 點(diǎn)間散射光的干涉點(diǎn)間散射光的干涉每個原子都是散射子波的子波源。每個原子都是散射子波的子波源。 同一層晶面上各原子散射的光相干涉，相鄰兩束同一層晶面上各原子散射的光相干涉，相鄰兩束光的光程差為零。光的光程差為零。 vv布喇格公式布喇格公式現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 dd d dsin 12晶面晶面acb: : 掠射角掠射角d :d : 晶面間距晶面間距( (晶晶格常數(shù)）格常數(shù)）布喇格公式布喇

48、格公式 不同不同晶晶面間散射光的干涉面間散射光的干涉 sin2dcbac 散射光干涉加強(qiáng)條件：散射光干涉加強(qiáng)條件：), 2 , 1(sin2 kkd 布喇格公式布喇格公式現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 已知已知 、 可測可測d x射線晶體結(jié)構(gòu)分析射線晶體結(jié)構(gòu)分析。 已知已知 、d 可測可測 x射線光譜分析。射線光譜分析。 o2 入射線和衍射線之間的夾角為2 ，為實(shí)際工作中所測的角度，習(xí)慣上稱2角為衍射角，稱為bragg角。（4） x-射線衍射的應(yīng)用射線衍射的應(yīng)用現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論2. x-射線衍射分析射線衍射分析（1 1）晶體特性）晶

49、體特性晶體晶體：原子、離子、分子在空間周期性排列而構(gòu)成的固態(tài)物，三維空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；點(diǎn)陣 + 結(jié)構(gòu)基元；晶胞晶胞：晶體中空間點(diǎn)陣的單位，晶體結(jié)構(gòu)的最小單位；晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)：三個向量a、b、c，及夾角、 ；r,s,t；1/r,1/s,1/t：晶面在三個晶軸上的截數(shù)截數(shù)和倒易截數(shù)倒易截數(shù)1/r 1/s 1/t=h k l；晶面(110)與c 軸平行；h : k : l為互質(zhì)整數(shù)比，稱為晶面為互質(zhì)整數(shù)比，稱為晶面指數(shù)或米勒指數(shù)（指數(shù)或米勒指數(shù)（miller index)，記為記為(hkl)。它代表了一族相互平行它代表了一族相互平行的點(diǎn)陣平面。的點(diǎn)陣平面?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章

50、緒論緒論氯化鈉晶體氯離子鈉離子clna晶體結(jié)構(gòu)中的三維空間點(diǎn)陣現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（2）多晶粉末衍射分析）多晶粉末衍射分析(xrd) 在入射x光的作用下，原子中的電子構(gòu)成多個x輻射源，以球面波向空間發(fā)射形成干涉光； 強(qiáng)度與原子類型、晶胞內(nèi)原子位置有關(guān)； 衍射圖：晶體化合物的“指紋”； 多晶粉末衍射法：測定立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)；單色單色x射線源射線源樣品臺樣品臺檢測器檢測器現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論x 射 線晶體點(diǎn)陣的散射波可以相互干涉。面中點(diǎn)陣散射波干涉面間點(diǎn)陣散射波干涉包括和現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論入射

51、角掠射角鏡面反射方向平面法線入射x射線任一平面上的點(diǎn)陣干涉結(jié)果總是在鏡面反射方向上出現(xiàn)最大光強(qiáng)稱為該平面的零級衍射譜現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論任一平面上的點(diǎn)陣入射x射線平面法線鏡面反射方向zxy用圖示法作簡易證明aabbcccdbbaa；c cccaac cad，光程相等即光程差為零干涉得最大光強(qiáng)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論x射線入射角掠射角求出相鄰晶面距離為 d 的兩反射光相長干涉條件層間兩反射光的光程差面間點(diǎn)陣散射波的干涉布喇格定律相長干涉得亮點(diǎn)的條件或布喇格條件現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論3. 單晶衍射分析單

52、晶衍射分析四圓：四圓： 、 、 、2 圓圓：圍繞安置晶體的軸旋轉(zhuǎn)的圓； 圓圓：安裝測角頭的垂直圓，測角頭可在此圓上運(yùn)動； 圓圓：使垂直圓繞垂直軸轉(zhuǎn)動的圓即晶體繞垂直軸轉(zhuǎn)動的圓；儀器：儀器：單晶法的對象是單晶樣品，主要應(yīng)用于測定單胞和單晶法的對象是單晶樣品，主要應(yīng)用于測定單胞和空間群，還可測定反射強(qiáng)度，完成整個晶體結(jié)構(gòu)的測定?？臻g群，還可測定反射強(qiáng)度，完成整個晶體結(jié)構(gòu)的測定。所用儀器為所用儀器為x射線四圓衍射儀或射線四圓衍射儀或ccd x射線面探測儀射線面探測儀現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論 能提供晶體內(nèi)部三維空間的電子云密度分布，晶體中分子的立體構(gòu)型、構(gòu)像、化學(xué)鍵類型，

53、鍵長、鍵角、分子間距離，配合物配位等?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論1953年英國的威爾金斯、沃年英國的威爾金斯、沃森和克里克利用森和克里克利用x 射線的結(jié)射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧核糖核酸（核糖核酸（dna) 的雙螺旋的雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了結(jié)構(gòu)，榮獲了1962 年度諾貝年度諾貝爾生物和醫(yī)學(xué)獎。爾生物和醫(yī)學(xué)獎?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論nacl 單晶的x 射線衍射斑點(diǎn)石英 (sio2) 的x 射線衍射斑點(diǎn)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論3. x射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析x-射線光譜x-射

54、線熒光分析x-射線吸收光譜x-射線衍射分析 x- x-射線熒光分析射線熒光分析 利用元素內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的熒光光譜，應(yīng)用于元素的定利用元素內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的熒光光譜，應(yīng)用于元素的定性、定量分析；固體表面薄層成分分析；性、定量分析；固體表面薄層成分分析； x- x-射線：波長射線：波長0.0010.00150nm50nm； x-x-射線的能量與原子軌道能級差的數(shù)量級相同；射線的能量與原子軌道能級差的數(shù)量級相同；現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（1 1） x x射線特征光譜射線特征光譜vv特征特征x射線射線e = eh - el = h = hc/nx射線熒光光譜分析(xfs

55、)和電子探計x射線顯微分析（epma）都是以特征x射線作為信號的分析手段。 nx射線熒光光譜分析的入射束是x射線，而電子探計x射線顯微分析的入射束是電子束。二者的分析儀器都分為能譜儀（eds）和波譜儀（wds）兩種?，F(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論（2 2）x x射線熒光的工作原理射線熒光的工作原理 入射的x射線具有相對大的能量,該能量可以轟擊出元素原子內(nèi)層中的電子. k層空缺時,電子由l層躍遷入k層,輻射出的特征x射線稱為 線;從m層躍遷入k層,輻射出的特征x射線稱為 線.同理l系x射線也具有 等特征x射線.x射線熒光光譜法多采用k系l系熒光,其他線系較少采用kk,ll

56、x光譜的光譜的x光子可以從很深的樣品內(nèi)部（光子可以從很深的樣品內(nèi)部（500納米納米5微米）微米）出射，因此它不僅是表面成分的反映，還包含樣品內(nèi)部的信出射，因此它不僅是表面成分的反映，還包含樣品內(nèi)部的信息。息。 xfs適用于原子序數(shù)大于等于適用于原子序數(shù)大于等于5 的元素，可以實(shí)現(xiàn)定性與定的元素，可以實(shí)現(xiàn)定性與定量的元素分析，量的元素分析，其檢測限達(dá)其檢測限達(dá)10-510-9 gg-1（或（或gcm-3）。現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論k & l spectral linesl shellk shellk alphak betam shelll alphan sh

57、elll beta現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論x射線熒光光譜儀射線熒光光譜儀色散型色散型非色散型非色散型能量色散型能量色散型波長色散型波長色散型多色散型多色散型波長色散和能波長色散和能量色散結(jié)合在一起量色散結(jié)合在一起（edxrf）（wdxrf）順序式光譜儀順序式光譜儀混合式光譜儀混合式光譜儀同時式光譜儀同時式光譜儀x光譜的分析儀器分為能譜儀（eds）和波譜儀（wds）兩種。能譜儀具有采譜速度快；靈敏度高，可比波譜儀高一個數(shù)量級；結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。波譜儀能量分辨率較高，為5l0ev。（3）x光譜的分析儀器光譜的分析儀器現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章

58、 緒論緒論（4）xrf 的應(yīng)用的應(yīng)用 n n 元素范圍：元素范圍： 4 號鈹號鈹 ( be ) 92 號鈾號鈾 ( u ) n n 濃度范圍：濃度范圍： 0.x ppm 100 % n n 樣品形態(tài)：樣品形態(tài)： 金屬、非金屬、化合物、固金屬、非金屬、化合物、固 體、體、 液體、液體、 粉末、固溶體粉末、固溶體 x射線熒光分析方法是一種相對分析方法，射線熒光分析方法是一種相對分析方法， 它所適用的分析范圍是：它所適用的分析范圍是：現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論typical application: mobile ph

59、one charger no pb/cd is found is foundcablecolored partcharger【conditions】x-ray tube voltage : 50kvx-rau tube current : 1.0mameasurement time : 100sec550ppm88ppm現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)第一章第一章 緒論緒論1. 電子能譜學(xué)電子能譜學(xué)（1）電子能譜學(xué)基礎(chǔ)）電子能譜學(xué)基礎(chǔ)n電子能譜學(xué)可以定義為利用具有一定能量的粒子電子能譜學(xué)可以定義為利用具有一定能量的粒子（光子，電子，粒子）轟擊特定的樣品，研究從（光子，電子，粒子）轟擊特定的樣品

60、，研究從樣品中釋放出來的樣品中釋放出來的電子或離子電子或離子的的能量分布和空間能量分布和空間分布分布，從而了解樣品的基本特征的方法。，從而了解樣品的基本特征的方法。 n入射粒子與樣品中的原子發(fā)生相互作用，經(jīng)歷各入射粒子與樣品中的原子發(fā)生相互作用，經(jīng)歷各種能量轉(zhuǎn)遞的物理效應(yīng)，最后釋放出的電子和粒種能量轉(zhuǎn)遞的物理效應(yīng)，最后釋放出的電子和粒子具有樣品中原子的特征信息。子具有樣品中原子的特征信息。n通過對這些信息的解析，可以獲得樣品中原子的通過對這些信息的解析，可以獲得樣品中原子的各種信息如含量，化學(xué)價態(tài)等。各種信息如含量，化學(xué)價態(tài)等。第六節(jié)第六節(jié) 電子能譜學(xué)與表面分析技術(shù)電子能譜學(xué)與表面分析技術(shù)簡介簡介現(xiàn)代