儀器分析課程輔導(dǎo)教案

1、儀器分析課程輔導(dǎo)教案（光學(xué)分析和色譜分析）山東大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院衛(wèi)生檢驗研究室 邵麗華課程簡介儀器分析是根據(jù)物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)來獲取物質(zhì)化學(xué)組成、含量、結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息的科學(xué)；它是分析化學(xué)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分析化學(xué)已由過去的經(jīng)典分析方法為主轉(zhuǎn)向以儀器分析方法為主。儀器分析在醫(yī)學(xué)科學(xué)和生命科學(xué)中，對揭示生命起源、從分子水平上研究生命的過程；臨床檢驗中的配合診斷和治療疾病；預(yù)防醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測；衛(wèi)生檢驗領(lǐng)域的職業(yè)中毒檢驗、營養(yǎng)成分分析等都起著重要作用。儀器分析是衛(wèi)生檢驗專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。儀器分析課程的特點是基本理論與實踐緊密結(jié)合，通過嚴格的實驗訓(xùn)練，培養(yǎng)認真的科學(xué)態(tài)度及獨

2、立進行精密科學(xué)實驗的技巧，提高分析問題和處理問題的能力，為后繼課程的學(xué)習(xí)以及從事醫(yī)藥衛(wèi)生和科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。課時安排章學(xué)時數(shù)累計學(xué)時數(shù)紫外可見分光光度法77原子吸收分光光度法512分子熒光分析法416色譜分析導(dǎo)論420氣相色譜法626高效液相色譜法430合 計30參考書目儀器分析 武漢大學(xué)化學(xué)系編. 高等教育出版社出版 2001年3月，第1版儀器分析 方惠群，于俊生，史 堅編. 科學(xué)出版社出版 2002年2月，第1版儀器分析 郭永等編. 地震出版社出版 2001年4月，第1版閱讀說明1. 本教案源自現(xiàn)山東大學(xué)衛(wèi)生檢驗專業(yè)和預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)使用教材分析化學(xué)，鄒學(xué)賢主編.人民衛(wèi)生出版社出版，第1

3、版. 教案中如有錯漏，請以該教材中內(nèi)容為準。2. 每章中都備有“基本要點”，共閱讀時參考。3. 為便于閱讀，教案目錄中的各個條目均與相應(yīng)章節(jié)鏈接，點擊目錄中想要閱讀的條目，即可跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置以供閱讀（想要返回目錄頁時，建議使用word 工具欄的“返回”符號）。儀器分析教案目錄紫外可見分光光度法4光學(xué)分析法4電磁波4分子吸收光譜6光的吸收定律10分光光度計13定性及定量分析方法16光度法顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇18紫外-可見分光光度法應(yīng)用21自測題21原子吸收分光光度法23基本原理23原子吸收分光光度計30定量分析方法31原子吸收分光光度法干擾及消除32原子吸收實驗技術(shù)及應(yīng)用34自測題36分

4、子熒光分析法37基本原理38溶液的熒光強度41測量熒光的儀器43應(yīng)用與示例44自測題45色譜分析導(dǎo)論46色譜法及其分類46色譜流出曲線和術(shù)語48色譜分析基本原理50自測題60氣相色譜法62概 述62氣相色譜分離條件的選擇63色譜柱65氣相色譜檢測器67氣相色譜定性定量分析71毛細管柱氣相色譜法75頂空氣相色譜法76氣相色譜法的應(yīng)用77自測題78高效液相色譜法79概 述79高效液相色譜儀80色譜分離條件選擇84液-固色譜法85化學(xué)鍵合相色譜法86離子交換色譜法87尺寸排阻色譜法88高效液相色譜法的應(yīng)用89自測題90紫外可見分光光度法7學(xué)時基本要點：1. 理解分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；2. 理解光

5、吸收基本定律和應(yīng)用于紫外可見分光光度法的條件及其偏離因素；3. 了解紫外-可見分光光度計的主要部件及其類型；4. 理解紫外-可見分光光度法的顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇；5. 掌握紫外-可見分光光度法的定性分析和定量分析方法及其應(yīng)用。· 光學(xué)分析法光學(xué)分析法利用輻射與物質(zhì)間相互作用進行定性、定量的分析方法。 光譜法 光學(xué)光譜：原子吸收、紫外可見、熒光分析、原子發(fā)射等光 學(xué) 其它光譜：核磁共振、順磁共振、X射線熒光等分析法 非光譜法：折射法、偏振法、旋光法、園二向色散法、X 射線衍射法等· 電 磁 波一. 電磁波 電磁波：實驗證實，電磁波（電磁輻射）是一種以極高速度傳播的光量

6、子流。既具有粒子性，也具有波動性。1. 波動性：其特征是每個光子具有一定的波長，可以用波的參數(shù)如 波長（ë）、頻率（í） 、周期（T） 、及振幅（A）等來描述。 由于在真空中，所有電磁波均以同樣的最大速度 “C ” 傳播，各種輻射在真空中有固定的波長： (1) 但電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都比在真空中小，通常用真空中的 “l(fā)” 值來標記各種不同的電磁波。波長單位： 紫外可見區(qū) 常用 “nm” 紅 外光 區(qū) 常用 “” 微 波 區(qū) 常用 “cm”2. 粒子性 電磁輻射與物質(zhì)之間能量的轉(zhuǎn)移用粒子性來解釋 特征：輻射能是由一顆一顆不連續(xù)的粒子流傳播的，這種粒子叫光量子，是量子化

7、的（發(fā)射或被吸收）。 光量子的能量： E = hn 式中：h plank 常數(shù)，其值為 6.626´10-34 J·S光量子能量與波長的關(guān)系為： （2）例如： l 為200nm的光，一個光量子的能量是： 由于光量子能量?。?0-19J），因此定義： 1eV（電子伏）= 1.6021´10-19 J 則 上例中 由（2）式 可知： l­®E¯， l ¯ ® E­ 即： 隨著 l­，輻射波動性變得較明顯； 隨著l¯ ，輻射的粒子性表現(xiàn)的較明顯。二. 電磁波 電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列

8、稱為電磁波譜。紫外可見分光光度法：是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外及可見光譜區(qū)光輻射的吸收特征和吸收程度進行定性、定量的分析方法。· 分子吸收光譜一. 分子吸收光譜的產(chǎn)生（一）分子能級與電磁波譜 分子中包含有 原子和電子，分子、原子、電子都是運動著的物質(zhì)，都具有能量，且 都是量子化的。在一定的條件下，分子處于一定的運動狀態(tài)，物質(zhì)分子內(nèi)部運動狀態(tài)有三種形式：電子運動：電子繞原子核作相對運動；原子運動：分子中原子或原子團在其平衡位置上作相對振動；分子轉(zhuǎn)動：整個分子繞其重心作旋轉(zhuǎn)運動。 所以：分子的能量總和為 E分子 = Ee +Ev +Ej + (E0 +E平) (3) 分子中各種不同運動狀態(tài)都具有

9、一定的能級。三種能級：電子能級 E（基態(tài) E1 與激發(fā)態(tài) E2） 振動能級 V= 0，1，2，3 轉(zhuǎn)動能級 J = 0，1，2，3 當分子吸收一個具有一定能量的光量子時，就有較低的能級基態(tài)能級 E1 躍遷到較高的能級及激發(fā)態(tài)能級 E2 ，被吸收光子的能量必須與分子躍遷前后的能量差E 恰好相等，否則不能被吸收。圖1 雙原子分子的三種能級躍遷示意圖對多數(shù)分子 對應(yīng)光子波長 光 譜 E 約為120eV 1.25 0.06 紫外、可見區(qū)(電子) E 約為0.51eV 25 1.25 (中)紅外區(qū) (振動)E約為10-40.05eV 1.25cm 25 （遠）紅外區(qū)(轉(zhuǎn)動) 分子的能級躍遷是分子總能量的

10、改變。當發(fā)生電子能級躍遷時，則同時伴隨有振動能級和轉(zhuǎn)動能級的改變，即 “電子光譜”均改變。 因此，分子的“電子光譜” 是由許多線光譜聚集在一起的帶光譜組成的譜帶，稱為“帶狀光譜”。 由于各種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)不同 ® 對不同能量的光子有選擇性吸收 ® 吸收光子后產(chǎn)生的吸收光譜不同 ® 利用物質(zhì)的光譜進行物質(zhì)分析的依據(jù)。二. 紫外-可見吸收光譜與有機分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系（一）電子躍遷的類型 許多有機化合物能吸收紫外-可見光輻射。有機化合物的紫外-可見吸收光譜主要是由分子中價電子的躍遷而產(chǎn)生的。 分子中的價電子有： 成 鍵 電 子： s 電子、p 電子（軌道上能量低） 未成鍵電子

11、： n 電子（ 軌道上能量較低） 這三類電子都可能吸收一定的能量躍遷到能級較高的反鍵軌道上去，見 圖-3：鍵 圖2 分子中價電子躍遷示意圖1. s - s* 躍遷 s-s*的能量差大®所需能量高®吸收峰在遠紫外 (l<150nm) 飽和烴只有s 、s* 軌道，只能產(chǎn)生s - s*躍遷，例如： 甲烷 吸收峰在 125nm；乙烷 吸收峰在 135nm ( < 150nm ) ( 因空氣中O2對< 150nm輻射有吸收，定量分析時要求實驗室有真空條件，要求一般難達到）2. p-p* 躍遷 p-p*能量差較小®所需能量較低®吸收峰紫外區(qū) (l2

12、00nm左右) 不飽和烴類分子中有p電子，也有p* 軌道，能產(chǎn)生p-p*躍遷：CH2=CH2 ,吸收峰 165nm。（吸收系數(shù) e 大，吸收強度大，屬于強吸收）3. n- s*躍遷 n- s* 能量較低 ® 收峰紫外區(qū) (l 200nm左右) （與p-p*接近） 含有雜原子團如：-OH，-NH2 ，-X，-S 等的有機物分子中除能產(chǎn)生 s-s* 躍遷外，同時能產(chǎn)生n- s *躍遷，例如：三甲基胺 (CH3)3N- 的 n- s* 吸收峰在 227 nm， e 約為900 L/mol·cm ，屬于中強吸收。4. n- p*躍遷 n- p*能量低 ® 吸收峰 在 近紫

13、外、可見區(qū) (l 200 700nm)含有雜原子的不飽和基團，如 -C=O，-CºN 等，例如： 丙酮： n- p*躍遷， lmax 280nm左右（同時也可產(chǎn)生p-p*躍遷），屬于弱吸收， e < 500 L/mol·cm . 各種躍遷所需能量大小次序為： s - s* > n- s* ³ p-p* > n- p* 紫外-可見吸收光譜法在有機化合物中應(yīng)用主要以：p-p* 、n- p* 為基礎(chǔ)。（二）吸收峰的長移和短移 長移：吸收峰向長 移動的現(xiàn)象，又稱 紅移； 短移：吸收峰向短移動的現(xiàn)象，又稱 紫移； 增強效應(yīng)：吸收強度增強的現(xiàn)象； 減弱效應(yīng)：

14、吸收強度減弱的現(xiàn)象。（三）發(fā)色團和助色團 p-p* 、n- p*躍遷都需要有不飽和的官能團以提供 p 軌道，因此，軌道的存在是有機化合物在紫外-可見區(qū)產(chǎn)生吸收的前提條件。1.發(fā)色團：具有 p 軌道的不飽和官能團稱為發(fā)色團。 主要有： -C=O，-N=N-， -N=O， -CºC- 等。 但是，只有簡單雙鍵的化合物生色作用很有限，其有時可能仍在遠紫外區(qū)，若分子中具有單雙鍵交替的 “共軛大p鍵” （離域鍵）時，如： 丁二稀 CH2=CHCH=CH2 由于大p鍵中的電子在整個分子平面上運動，活動性增加，使 p與 p* 間的能量差減小，使 p- p* 吸收峰長移，生色作用大大增強。2. 助色

15、團 本身不“生色”，但能使生色團生色效應(yīng)增強的官能團 稱為助色團 主要有： OH、 NH2、 SH、 Cl、 Br 等 （具有未成鍵電子軌道 n 的飽和官能團） 當這些基團單獨存在時一般不吸收紫外-可見區(qū)的光輻射。但當它們與具有軌道的生色基團相結(jié)合時，將使生色團的吸收波長長移（紅移）， 且 使吸收強度增強。（助色團至少要有一對與生色團 p 電子作用的孤對電子）（四）溶劑效應(yīng)（溶劑的極性對吸收帶的影響） p-p* 躍遷：溶劑的極性­ ® 長移­三. 吸收光譜 吸收光譜： 又 稱吸收曲線，是以波長（l）為橫坐標、吸光度（A）為縱坐標所描繪的圖形。特征： 吸收峰 曲線上

16、比左右相鄰處都高的一處； lmax 吸收程度最大所對應(yīng)的 l（曲線最大峰處的 l） 谷 曲線上比左右相鄰處都低的一處； lmin 最低谷所對應(yīng)的 l； 肩峰 介于峰與谷之間，形狀像肩的弱吸收峰； 末峰吸收 在吸收光譜短波長端所呈現(xiàn)的強吸收而不呈峰形的部分。圖3 吸收曲線示意圖定性分析：吸收光譜的特征（形狀和 lmax ）定量分析：一般選 lmax 測吸收程度（吸光度 A）· 光的吸收定律一. Lambert-Beer 定律光吸收基本定律 “ Lambert-Beer 定律 ” 是說明物質(zhì)對單色光吸收的強弱與吸光物質(zhì)的濃度（c）和 液層厚度 （b）間的關(guān)系的定律，是光吸收的基本定律，是

17、紫外-可見光度法定量的基礎(chǔ)。Lambert定律 吸收與液層厚度 （b）間的關(guān)系 Beer 定律 吸收與物質(zhì)的濃度（c）間的關(guān)系 “ Lambert-Beer 定律 ”可簡述如下： 當一束平行的單色光通過含有均勻的吸光物質(zhì)的吸收池（或氣體、固體）時，光的一部分被溶液吸收，一部分透過溶液，一部分被吸收池表面反射；設(shè)：入射光強度為 I0，吸收光強度為Ia，透過光強度為It，反射光強度為Ir，則它們之間的關(guān)系應(yīng)為： I0 = Ia + It + Ir (4) 若 吸收池的質(zhì)量和厚度都相同，則 Ir 基本不變，在具體測定操作時 Ir 的影響可互相抵消（與吸光物質(zhì)的 c及 b 無關(guān)）上式可簡化為： I0

18、= Ia + It (5) (6)實驗證明：當一束強度為 I0 的單色光通過濃度為 c、液層厚度為 b 的溶液時，一部分光被溶液中的吸光物質(zhì)吸收后透過光的強度為 It ，則 它們之間的關(guān)系為： 稱為透光率，用 T % 表示。 稱為 吸光度，用 A 表示 則 A = -lgT = K · b ·c (7) 此即 Lambert-Beer 定律 數(shù)學(xué)表達式。 L-B 定律 可表述為：當一束平行的單色光通過溶液時，溶液的吸光度 (A) 與溶液的濃度 (C) 和厚度 (b) 的乘積成正比。它是分光光度法定量分析的依據(jù)。二. 吸光度的加和性設(shè) 某一波長（ l ）的輻射通過幾個相同厚度

19、的不同溶液c1，c2 cn，其透射光強度分別為 I1， I2 In，根據(jù)吸光度定義：這一吸光體系的總吸光度為 而 各溶液的吸光度分別為： (8) 吸光度的和為： (9)即 幾個（同厚度）溶液的吸光度等于各分層吸光度之和。 如果溶液中同時含有 n 中吸光物質(zhì)，只要各組分之間無相互作用（不因共存而改變本身的吸光特性），則：A = K1C1 b1 + K2C2 b2 + KnCn bn = A1 + A2+ + An (10)應(yīng)用：進行光度分析時，試劑或溶劑有吸收，則可由所測的總吸光度 A 中扣除，即 以試劑或溶劑為空白的依據(jù)； 測定多組分混合物； 校正干擾。三. 吸光系數(shù) Lambert-Beer

20、 定律中的比例系數(shù)“K ”的物理意義是：吸光物質(zhì)在單位濃度、單位厚度時的吸光度。 一定條件（T、 l 及溶劑）下， K 是物質(zhì)的特征常數(shù)，是定性的依據(jù)。 K 在標準曲線上為斜率，是定量的依據(jù)。常有兩種表示方法：1. 摩爾吸光系數(shù)（e）：當 c用 mol/L 、b 用 cm 為單位時，用摩爾吸光系數(shù) e 表示，單位為 L/mol·cm A = e · b · c (11) e 與 b及 c 無關(guān)。 e 一般不超過 105 數(shù)量級，通常： e > 104 為強吸收； e < 102 為弱吸收； 102 > e > 104 為中強吸收。 吸收系數(shù)

21、不可能直接用 1 mol/L 濃度的吸光物質(zhì)測量，一般是由較稀溶液的吸光系數(shù)換算得到。2. 吸光系數(shù) 當 c 用 g /L ，b 用 cm 為單位時，K 用吸光系數(shù) a 表示，單位為 L/g·cm A = a · b · c (12) e 與 a 之間的關(guān)系為： e = M · a (13) e 通常多用于研究分子結(jié)構(gòu) a 多用于測定含量。四. 引起偏離 Lambert-Beer 定律的因素 根據(jù) L-B 定律，A與c的關(guān)系應(yīng)是一條通過原點的直線，稱為“標準曲線”。但事實上往往容易發(fā)生偏離直線的現(xiàn)象而引起誤差，尤其是在高濃度時。導(dǎo)致偏離L-B定律的因素主

22、要有：1. 吸收定律本身的局限性 事實上， L-B 定律是一個有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。由于在高濃度時（通常 C > 0.01mol/L），吸收質(zhì)點之間的平均距離縮小到一定程度，鄰近質(zhì)點彼此的電荷分布都會相互受到影響，此影響能改變它們對特定輻射的吸收能力，相互影響程度取決于C，因此，此現(xiàn)象可導(dǎo)致 A與 C 線性關(guān)系發(fā)生偏差。 此外， （ n 為折射率） 只有當 c £ 0.01mol/L（低濃度）時，n 基本不變，才能用e 代替e真 。2. 化學(xué)因素 溶液中的溶質(zhì)可因 c 的改變而有離解、締合、配位以及與溶劑間的作用等原因而發(fā)生偏離 L-B 定律的現(xiàn)象。例：在水溶液中

23、，Cr()的兩種離子存在如下平衡Cr2O42- + H2O 2CrO42- + 2H+Cr2O42- 、CrO42- 有不同的 A 值，溶液的 A 值是二種離子的 A 之和。但由于隨著濃度的改變（稀釋）或改變?nèi)芤旱?pH 值， Cr2O42- /CrO42- 會發(fā)生變化，使C總與 A總 的關(guān)系偏離直線。消除方法：控制條件。3. 儀器因素（非單色光的影響） L-B 定律的重要前提是“單色光”，即 只有一種波長的光；實際上，真正的單色光卻難以得到。由于吸光物質(zhì)對不同 l 的光的吸收能力不同（ e 不同），就導(dǎo)致對的偏離。“單色光”僅是一種理想情況，即使用棱鏡或光柵等所得到的“單色光”實際上是有一定

24、波長范圍的光譜帶，“單色光”的純度與狹逢寬度有關(guān)，狹縫越窄，他所包含的波長范圍也越窄。4. 其它光學(xué)因素（1）散射和反射：渾濁溶液由于散射光和反射光而偏離 L-B（2）非平行光· 分光光度計 紫外-可見分光光度計 是 在紫外可見區(qū)可任意選擇不同 l 的光測定吸光度的儀器。一. 紫外-可見分光光度計的主要部件 1. 光源：提供入射光的裝置；（1）鎢燈或碘鎢燈：發(fā)射光 l 范圍寬，但紫外區(qū)很弱， 通常取此 l > 350nm 光為可見區(qū)光源（2）氫燈或氘燈：氣體放電發(fā)光光源，發(fā)射150400nm的連續(xù)光譜，用作紫外區(qū) 同時配有： 穩(wěn)壓電源（穩(wěn)定 I0 ）；光強補償裝置； 聚光鏡等。

25、2. 單色器：將來自光源的光按波長的長短順序分散為單色光并能隨意調(diào)節(jié)所需波長光的一種裝置。（1）色散元件把混合光分散為單色光的元件是單色器的關(guān)鍵部分?。┏Ｓ玫脑校?棱鏡由玻璃或石英制成，它對不同l 的光有不同的折射率，將復(fù)合光分開但：光譜疏密不均 長 l 區(qū)密，短 l 區(qū)疏光柵由拋光表面密刻許多平行條痕（槽）而制成，利用光的衍射作用和干擾作用使不同 l 的光有不同的方向，起到色散作用。（光柵色散后的光譜是均勻分布的）（2）狹縫入口狹縫：限制雜散光進入 出口狹縫：使色散后所需 l 的光通過（3）準直鏡以狹縫為焦點的聚光鏡其作用為：將來自于入口狹縫的發(fā)散光變成單色光把來自于色散元件的平行光 聚

26、集于出口狹縫3. 吸收池：裝被測溶液用的無色、透明、耐腐蝕的池皿光學(xué)玻璃吸收池只能用于可見區(qū) 石英吸收池可用于紫外及可見區(qū)。 定量分析時：吸收池應(yīng)配套（同種溶液測定 A < 0.5%）4. 檢測器：將接受到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號的元件。常用的有：（1）光電管 一真空管內(nèi)裝有：一個絲狀陽極用鎳制成 一個半圓筒狀陰極金屬制成，凹面涂光敏物質(zhì)。國產(chǎn)光電管：紫敏光電管：用銻、銫做陰極，適用范圍200625nm 紅敏光電管：用銀、氧化銫作陰極，適用范圍6251000nm（2）光電倍增管：原理與光電管相似，結(jié)構(gòu)上有差異。5. 顯示器：電表指針、數(shù)字顯示、熒光屏顯示等 顯示方式：A、T(%)、c 等二.

27、 分光光度計的類型 常見的可見及紫外-可見分光光度計：1. 單波長、單光束分光光度計（721、722、752 型等） 一個單色器；一種波長的單色光；一束單色光。2. 單波長雙光束分光光度計從一個單色器獲取一個波長的單色光用切光器分成二束強度相等的單色光實際測量到的吸光度 A 應(yīng)為 A ( As- AR) (14)式中消去了I0 , 即消除了光源不穩(wěn)定性引起的 A 值測量誤差。3. 雙波長分光光度計 二個單色器得到二個波長不同的單色光。 兩束波長不同的單色光（l1、l2 ）交替地通過同一試樣溶液（同一吸收池）后照射到同一光電倍增管上，最后得到的是溶液對 l1和 l2兩束光的吸光度差值 A 即Al

28、1 -Al2 ： 圖4 雙波長雙光束分光光度計以雙波長單光束方式工作時的光學(xué)系統(tǒng)圖若用于測定渾濁樣品或背景吸收較大的樣品時，可提高測定的選擇性，用 AS 表示非待測組分的吸光度(背景吸收)則 (15) (16) 一般情況下：由于l1 與 l2 相差很小，可視為相等（As 一般不受l的影響，或影響甚微） As（1） = As（2） 因此，通過吸收池后的光強度差為 (17)該式表明：試樣溶液中被測組分的濃度與兩個波長l1 和 l2處的吸光度差 A 成比例，這是雙波長法的定量依據(jù)。 雙波長分光光度計不僅可測定多組分混合試樣、渾濁試樣，而且還可測得導(dǎo)數(shù)光譜。· 定性及定量分析方法一. 定性分

29、析 選擇合適的溶劑（非極性），使用有足夠純度單色光的分光光度計，在相同的條件下測定相近濃度的待測試樣和標準品的溶液的吸收光譜，然后比較二者吸收光譜特征：吸收峰數(shù)目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（ l ）等；分子結(jié)構(gòu)相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜。二. 定量分析（一）單組分定量分析方法1. 標準曲線法：配制一系列（510）個不同c的標準溶液 ，在適當l 通常為 lmax下，以適當?shù)目瞻兹芤鹤鲄⒈?，分別測定A，然后作 A-c 曲線同條件下測定試樣溶液吸光度 Ax ，查找對應(yīng)的 cx 。2. 直接比較法：已知試樣溶液基本組成，配制相同基體、相近濃度的標準溶液，分別測定吸光度A標、A樣 根據(jù) L-

30、A 定律： A標 = K · b · c標 A樣 = K · b · c樣 則 (18)（二）多組分定量分析 混合組分的吸收光譜相互重疊的情況不同，測定方法也不相同，常見混合組分吸收光譜相干擾情況有以下三種：圖5 混合組分吸收光譜的三種相干情況示意圖1.第一種情況：各種吸光物質(zhì)吸收曲線不相互重疊或很少重疊，則可分別在l1 及 l2 處測定 a 及 b 組分的 c；2. 第二種情況 部分重疊：先在 l1 處測得 ca ,再在 l2 處測得混合組分的吸光度 Aa+b ，根據(jù)吸收定律加和性：即可求得cb。應(yīng)先求得 ea(l2 ) ，與 ea(l2 ) ，并使用

31、相同 b 3. 第三種情況:兩吸收曲線互相重疊，但服從 L-B 定律(1) 解方程組法： 若試樣中需要測定兩種組分，則選定兩個波長l1 及 l2 ，測得試液的吸光度為 A1和 A2，則可解方程組求得組分a、b 的濃度ca、cb ： （在 l1 處） （在 l2 處） (19) 如果混合物含有 n 個組分，可不經(jīng)分離，在 n 個適當波長處進行 n 次測量，獲得 n個吸光度值，然后解 n 個聯(lián)立方程以求得各組分的濃度。（2）等吸光度雙波長（消去）法吸收光譜重疊的 d、e 兩組分共存，現(xiàn)設(shè)法把一種組分(a)的吸光度消去。方法如下：e圖6 二組分混合物吸收光譜用作圖法選擇l1、l2（雙波長分光光度法）

32、 選取兩個適當?shù)牟ㄩLl1 和 l2 ，使 e1d= e2d ，而盡可能大，則用這兩個波長l1 和 l2測得混合物溶液吸光度之差 A 應(yīng)只與 ce 成正比（而與cd無關(guān)），直接測得ce ： 因為 所以 若用 1cm 吸收池 若需測定另一組分 d 時，也可用同樣方法，選擇另一個l1 和 l2 ，先消去的 e 的干擾，直接求cd · 光度法顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇一. 影響顯色反應(yīng)的因素及反應(yīng)條件的選擇（一）顯色反應(yīng)的選擇1. 選擇性好：干擾少或易排除；2. 靈敏度高（S）：尤其是對低含量組分，一般選擇 e：104 105 L/mol·cm3. 有色化合物穩(wěn)定、組成恒定4.

33、有色化合物與顯色劑的顏色差別大（二）影響顯色反應(yīng)的因素及反應(yīng)條件 1. 顯色劑的用量M + R MR 待測組分 顯色劑 有色化合物 在被測組分一定及其它實驗條件不變的情況下，分別測得加入不同量顯色劑測得A值，作A-cR曲線，常見以下二種情況：AcR cR圖7 吸光度與顯色劑加入量的關(guān)系 吸光度與顯色劑加入量的關(guān)系(a) (b) 在 a 與 b之間任選一點 嚴格控制CR因此，合適的 cR 通過實驗確定。2. 溶液的酸度(1) 對金屬離子存在狀態(tài)的影響防止水解，防止沉淀生成 (2) 對顯色劑濃度的影響 H2R 2H+ + R2- (3) 對顯色劑顏色的影響 pKa pKaH2R H+ + HR-

34、2H+ + R2- 6.9 12.4黃 橙 紅 適宜的 pH 通過實驗確定：做 A- pH 曲線（其它條件并不變），從中找出 A 較大且基本不變的某 pH 范圍。 3. 顯色時間：各種顯色反應(yīng)得速度不同，反應(yīng)完全所需時間不同；有些有色化合物在一定的時間內(nèi)穩(wěn)定。選擇方法：作 A-t（min） 曲線，選擇在 A 較大且穩(wěn)定的時間內(nèi)進行。4. 顯色溫度：顯色反應(yīng)一般在室溫下進行，但反應(yīng)速度太慢或常溫下不易進行的顯色反應(yīng)需要升溫或降溫。選擇方法：作 A-T （）曲線，選擇在 A 較大的時間內(nèi)進行。5. 溶劑：實驗確定選擇合適的溶劑（常為有機溶劑），提高反應(yīng)的靈敏度及加快反應(yīng)速度。二. 分光光度法測量誤

35、差及實驗條件的選擇（一）測量誤差及 A 范圍的選擇 任何一臺分光光度計都有光度誤差 T%，但給定的一臺分光光度計， T 基本上是一常數(shù)，一般為 ±0.002 ± 0.01，但在不同 T 時同樣的 T 對應(yīng)的 A 則不同，所以引起的C/C (濃度的相對誤差)就不同。 由 L-B 定律得： (20) 將此式微分得： 濃度相對誤差為： (21) 設(shè) 當 T = ± 0.01時 ，不同 T% 時所對應(yīng)的 c/c 可從相關(guān)表查得：當 T% = 36.8% 即 A = 0.434時， c/c 最??； 當 T% 在 15-65% 之間 即 A 在0.2 0.8范圍內(nèi)，c/c 較

36、小。實際測定時：可通過控制溶液的 c 及 b 使 A 在 0.2 0.8 范圍內(nèi)。（二）測量波長選擇 一般根據(jù)吸收光譜選擇 lmax 測定靈敏度高、A 隨波長變化小若有干擾，根據(jù)“吸收大，干擾小”原則選擇l 。如：3，3-二氨基聯(lián)苯（DAB）和 Se 形成配合物 Se-DAB 的最大吸收波長在340nm波長處，DAB也有很強的吸收，在這種情況下，分析波長應(yīng)選用次大吸收波長420nm，否則測量誤差較大。3. 狹縫寬度理論上，定性分析采用最小的狹縫寬度，在定量分析中，為避免狹縫太小，出射光太弱而引起信噪比降低，可以將狹縫開大一點。通過測定 A 隨狹縫寬度的變化規(guī)律，可選擇出合適的狹縫寬度。狹縫寬度

37、在某個范圍內(nèi)，A 值恒定，狹縫寬度增大至一定程度時 A 減小，因此：合適的狹縫寬度是 在 吸光度不減小時的最大狹縫寬度。（三）空白溶液的選擇 空白溶液是用來調(diào)節(jié)工作零點 即 A=0，T%=100% 的溶液，以消除溶液中其它基體組分以及吸收池和溶劑對入射光的反射和吸收所帶來的誤差。 根據(jù)情況不同，常用空白溶液有如下選擇：1. 溶劑空白：當溶液中只有待測組分在測定波長下有吸收，而其它組分無吸收時 用純?nèi)軇┳骺瞻祝?. 試劑空白：如果顯色劑或其它試劑有吸收，而待測試樣溶液無吸收 則用不加待測組分的其它試劑作空白；3. 試樣空白：如果試樣基體有吸收，而顯色劑或其它試劑無吸收 則用不加顯色劑的試樣溶液作

38、空白；4. 平行操作空白：用溶劑代替試樣溶液，以與試樣完全相同的分析步驟進行平行操作，用所得的溶液作空白。· 紫外-可見分光光度法應(yīng)用 *酸堿指示劑離解常數(shù)的測定 分光光度法可以測定酸堿離解常數(shù)，若為一元弱酸，在溶液中的離解反應(yīng)為：HB H+ + B- 若測出 B- 和 HB，就可算出 Ka。測定時，配制出三份不同 pH 的 HB 溶液，一份為強堿性溶液，另一份為強酸性溶液，分別在 B- 和 HB 的吸收峰波長處測定吸光度，由此計算出 B- 和 HB 的摩爾吸光系數(shù)。第三份為已知 pH 值的緩沖液，其 pH 值在 pKa 附近，在測得 B- 和 HB 的總吸光度后用雙組分測定的方法算

39、出 B- 和 HB 的濃度，即可計算出弱酸的離解常數(shù)。由 pH = pKa 可知，當 B- 和 HB 相等時： pKa = pH 若以 pH 為橫坐標，以某波長處測得的不同 pH 時的 A 為縱坐標作圖，得一條 S 形曲線，該曲線的中點所對應(yīng)的 pH 即為 pK 值。自 測 題1. 什么是分光光度中的吸收曲線？制作吸收曲線的目的是什么？2. 什么是分光光度中的校準曲線？ 為什么一般不以透光度對濃度來制作校準曲線？3. 試比較通常的分光光度法與雙波長分光光度法的差別，并說明其理由。4. 影響顯色反應(yīng)的條件有那些？怎樣選擇適宜的顯色條件？5. 濃度為1.02×10-4 mol/L的酸堿指

40、示劑HIn（Ka=1.42×10-5）水溶液，取2份，分別用等容的0.2 mol/L NaOH與HCl 0.2 mol/L稀釋后，用1.0cm吸收池在430nm處測得吸光度為1.51(堿性液)，與0.032(酸性液)。計算此指示劑的純水溶液濃度分別為2×10-5 、4×10-5 、12×10-5mol/L時在430nm處的吸光度。 6已知：Zn2+ 與螯合劑Q2-生成的配陰離子ZnQ22-在480nm有最大吸收。當螯合劑的濃度超過陽離子20倍以上時，可以認為Zn2+全部生成ZnQ22-。Zn2+或Q2-對480nm的光都不吸收。現(xiàn)有含Zn2+2.30&#

41、215;10-4mol/L與含Q2- 9.60×10-3 mol/L的溶液，用1.00cm 吸收池于 480nm處測得吸光度為0.690。同樣條件下，只把螯合劑濃度改變?yōu)?.00×10-4mol/L，測得的吸光度為0.540。計算ZnQ22-的穩(wěn)定常數(shù)。7某指示劑HIn的離解常數(shù)是5.4×10-7，HIn 的max是 485nm，In-的max=625nm，今制成 5.4×10-4 mol/L 溶液用 1.00cm 的吸收池在酸性與堿性下測得吸光度如下： 吸光度（A） 主 要 pH 485nm 625nm 存在形式 1.00 0.454 0.176 HI

42、n13.00 0.052 0.823 In- 問:(a)指示劑濃度不變而H+濃度為5.4×10-7mol/L時,在485nm與625nm處的吸光度將是多少? (b) 指示劑濃度不變,改變?nèi)芤旱膒H值,在625nm處的吸光度是0.298,求溶液的H+濃度。原子吸收分光光度法5學(xué)時基本要點：1. 了解影響原子吸收譜線輪廓的因素；2. 理解火焰原子化和高溫石墨爐原子化法的基本過程；3. 了解原子吸收分光光度計主要部件及類型；4. 了解原子吸收分光光度法干擾及其抑制方法；5. 掌握原子吸收分光光度法的定量分析方法及實驗條件選擇原則。原子吸收分光光度法：根據(jù)物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原

43、子對光源特征輻射譜線吸收程度進行定量的分析方法?！霸游辗止夤舛确ā钡奶攸c：（1）靈敏度高：其檢出限可達10-9 g /ml (某些元素可更高)；（2）選擇性好：分析不同元素時，選用不同元素燈，提高分析的選擇性；（3）具有較高的精密度和準確度：試樣處理簡單。· 基本原理一. 原子吸收光譜的產(chǎn)生及共振線 在一般情況下，原子處于能量最低狀態(tài)（最穩(wěn)定態(tài)），稱為基態(tài)（E0 = 0）。當原子吸收外界能量被激發(fā)時，其最外層電子可能躍遷到較高的不同能級上，原子的這種運動狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子很不穩(wěn)定，一般在極短的時間（10-8-10-7s）便躍回基態(tài)（或較低的激發(fā)態(tài)），此時，原子以電磁

44、波的形式放出能量： (1)圖1 原子光譜的發(fā)射和吸收示意圖共振發(fā)射線：原子外層電子由第一激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)所輻射的譜線稱為共振發(fā)射線；共振吸收線：原子外層電子從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)所吸收的一定波長的譜線稱為共振吸收線； 共 振 線：共振發(fā)射線和共振吸收線都簡稱為共振線。 由于第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間躍遷所需能量最低，最容易發(fā)生，大多數(shù)元素吸收也最強； 因為不同元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布各不相同，所以 “共振線” 也就不同，各有特征，又稱“特征譜線”，選作“分析線”。 二. 原子吸收值與原子濃度的關(guān)系（一） 吸收線輪廓及變寬若將一束不同頻率，強度為 I0 的平行光通過厚度為1cm的原子蒸氣時，一

45、部分光被吸收， (2) 圖2 基態(tài)原子對光的吸收透射光的強度 In 仍服從朗伯-比爾定律：式中：Kn 基態(tài)原子對頻率為的光的吸收系數(shù)，它是光源輻射頻率的 n函數(shù) 由于外界條件及本身的影響，造成對原子吸收的微擾，使其吸收不可能僅僅對應(yīng)于一條細線，即原子吸收線并不是一條嚴格的幾何線（單色l ），而是具有一定的寬度、輪廓，即透射光的強度表現(xiàn)為一個相似于下圖的頻率分布：圖3 In與n 的關(guān)系 若用原子吸收系數(shù)Kn隨n變化的關(guān)系作圖得到吸收系數(shù)輪廓圖：圖4 原子吸收線的輪廓圖 K0 ：峰值吸收系數(shù)或中心吸收系數(shù)（最大吸收系數(shù)）； n0：中心頻率，最大吸收系數(shù) K0 所對應(yīng)的波長； n：吸收線的半寬度，K

46、0 /2 處吸收線上兩點間的距離； ：積分吸收，吸收線下的總面積。引起譜線變寬的主要因素有：1. 自然寬度：在無外界條件影響下的譜線寬度謂之 根據(jù)量子力學(xué)的 Heisenberg 測不準原理，能級的能量有不確定量 E ，可由下式估算：t 激發(fā)態(tài)原子的壽命，當 t 為有限值時，則能級能量的不確定量 E 為有限值，此能級不是一條直線，而是一個“帶”。 t 越小，寬度越寬。 但對共振線而言，其寬度一般 < 10-5 nm，可忽略不計。 2. 多普勒（Doppler）寬度：由于原子無規(guī)則運動而引起的變寬 當火焰中基態(tài)原子向光源方向運動時，由于 Doppler 效應(yīng)而使光源輻射的波長n0 增大（

47、l0 變短)，基態(tài)原子將吸收較長的波長；反之亦反。因此，原子的無規(guī)則運動 就使該吸收譜線變寬。當處于熱力學(xué)平衡時， Doppler變寬可用下式表示： (3)即 nD與 T 的平方根成正比，與相對分子量 A 的平方根成反比。對多數(shù)譜線： nD ：10-3 10-4 nm nD 比自然變寬大 1 2個數(shù)量級，是譜線變寬的主要原因。3. 勞倫茲(Lorentz )變寬：原子與其它外來粒子（如氣體分子、原子、離子）間的相互作用（如碰撞）引起的變寬。 (5)式中：P 氣體壓力，M 氣體相對分子量；N0阿伏加德羅常數(shù)；s2 為原子和分子間碰撞的有效截面。勞倫茲寬度與多普勒寬度有相近的數(shù)量級，大約為10-3

48、 10-4nm。 實驗結(jié)果表明：對于溫度在1000 3000K， 常壓下，吸收線的輪廓主要受 Doppler 和 Lorentz 變寬影響，兩者具有相同的數(shù)量級，約為。 采用火焰原子化裝置時， nL是主要的； 采用無火焰原子化裝置時， nD是主要的。（二） 吸收值的測量峰值吸收系數(shù) K0 與積分吸收積分吸收就是將原子吸收線輪廓所包含的吸收系數(shù)進行積分（即 吸收曲線下的總面積）。根據(jù)經(jīng)典的愛因斯坦理論，積分吸收與基態(tài)原子數(shù)的關(guān)系為： (6)式中：e電子電荷； m電子質(zhì)量； c光速；N0單位體積原子蒸氣中能夠吸收波長 l +l 范圍輻射光的基態(tài)原子數(shù)； f 振子強度（每個原子中能夠吸收或發(fā)射特定頻率光的平均電子數(shù)，f 與能級間躍遷概率有關(guān)，反映吸收譜線的強度）在一定條件下，為常數(shù)，則：即 積分吸收與單位體積原子蒸氣中能夠吸收輻射的基態(tài)原子數(shù)成正比，這是原子吸收光譜分析的理論依據(jù)。 若能測得積分吸收值，則可求得待測元素的濃度。 但要測量出半寬度 n只有0.001 0.005nm 的原子吸收線輪廓的積分值（吸收值），所需單色器的分辨率高達50萬的光譜儀，這實際上是很難達到的。 若采用連續(xù)光源時，把半寬度如此窄的原子吸收輪廓疊加在半寬度很寬