儀器分析 緒論

1、. 方法分類方法分類 主要分析方法主要分析方法 被測物理性質(zhì)被測物理性質(zhì) 光譜分析光譜分析 發(fā)射光譜分析、火焰光度分析發(fā)射光譜分析、火焰光度分析 輻射的發(fā)射 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法、放射分析法放射分析法 紫外紫外-可見分光光度法可見分光光度法 輻射的吸收 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 紅外光譜法、核磁共振波譜法紅外光譜法、核磁共振波譜法 濁度法、拉曼光譜法濁度法、拉曼光譜法 輻射的散射 折射法、干涉法折射法、干涉法 輻射的折射 X-射線衍射法、電子衍射法射線衍射法、電子衍射法 輻射的衍射 圓二色譜法圓二色譜法 輻射偏振方向的旋轉(zhuǎn) 電化學(xué)分析電化學(xué)分析 電位法電位法 電極電位 電導(dǎo)

2、法電導(dǎo)法 電導(dǎo) 極譜法極譜法、溶出伏安法溶出伏安法 電流-電壓色譜分析色譜分析 氣相色譜法氣相色譜法、液相色譜法液相色譜法 薄層色譜法薄層色譜法 兩相間的分配熱分析熱分析 熱導(dǎo)法、差熱分析法熱導(dǎo)法、差熱分析法 熱性質(zhì)質(zhì)量分析質(zhì)量分析 質(zhì)譜法質(zhì)譜法 質(zhì)荷比儀器分析方法分類根據(jù)用以測量的物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)性質(zhì)，儀器分析方法主要分為以下幾類:.發(fā)射海盜號探測器首次登陸火星“海盜號”的氣相色譜分析儀(GCMS) 進行的土壤加熱分析發(fā)現(xiàn)過氧化物的大量存在讓火星的土壤變得異常 否決了生命物質(zhì)的存在。 NASA十項最重要太空任務(wù) ，離不開儀器分析的幫助。發(fā)射哈勃太空望遠(yuǎn)鏡清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，1.6

3、萬公里以外的一只螢火蟲發(fā)現(xiàn)黑洞存在的證據(jù)，探測到恒星和星系的早期形成過程，觀測到距離地球130億光年的古老星系 錢德拉X射線天文衛(wèi)星極高的空間分辨率和譜分辨率，X射線天文學(xué)從測光時代進入了光譜時代。在星暴星系M82中發(fā)現(xiàn)了中等質(zhì)量黑洞的證據(jù)、發(fā)現(xiàn)伽瑪射線暴GRB 991216中的X射線、觀測到了銀河系中心超大質(zhì)量黑洞等。 .對微觀世界的認(rèn)識、了解和研究同樣離不開儀器分析的幫助。人的眼睛不能直接觀察到比10-4m更小的物體或物質(zhì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)光學(xué)顯微鏡使人類的視覺得以延伸，人們可以觀察到像細(xì)菌、細(xì)胞那樣小的物體，但由于光波的衍射效應(yīng)，使得光學(xué)顯微鏡的分辨率只能達(dá)到10-7m掃描電子顯微鏡（SEM）的

4、分辨率為10-9m，高分辨透射電子顯微鏡（HTEM）和掃描透射電子顯微鏡STEM）可以達(dá)到原子級的分辨率(0.1 nm) 人類第一次能夠?qū)崟r觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)。.與其他表面分析技術(shù)相比，STM具有如下獨特的優(yōu)點： 1.具有原子級高分辨率，STM 在平行于樣品表面方向上的分辨率分別可達(dá) 0I nm 和 001 nm，即可以分辨出單個原子 中國科學(xué)院化學(xué)所的科技人員利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國地圖 .2. 2. 可實時得到實空間中樣品表面的三維圖可實時得到實空間中樣品表面的三維圖像，可用于具有周期性或不具備周期性的像，

5、可用于具有周期性或不具備周期性的表面結(jié)構(gòu)的研究，這種可實時觀察的性能表面結(jié)構(gòu)的研究，這種可實時觀察的性能可用于表面擴散等動態(tài)過程的研究可用于表面擴散等動態(tài)過程的研究 3. 3. 可以觀察單個原子層的局部表面結(jié)構(gòu)，可以觀察單個原子層的局部表面結(jié)構(gòu)，而不是對體相或整個表面的平均性質(zhì)，而不是對體相或整個表面的平均性質(zhì)，因而可直接觀察到表面缺陷。表面重構(gòu)、因而可直接觀察到表面缺陷。表面重構(gòu)、表面吸附體的形態(tài)和位置，以及由吸附表面吸附體的形態(tài)和位置，以及由吸附體引起的表面重構(gòu)等體引起的表面重構(gòu)等 .硅111面77原子重構(gòu)象 為了得到表面清潔的硅片單質(zhì)材料，要對硅片進行高溫加熱和退火處理，在加熱和退火處理

6、的過程中硅表面的原子進行重新組合，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，這就是所謂的重構(gòu)。.4. 4. 可在真空、大氣、常溫等不同環(huán)境下工作，樣可在真空、大氣、常溫等不同環(huán)境下工作，樣品甚至可浸在水和其他溶液中品甚至可浸在水和其他溶液中 不需要特別的制樣不需要特別的制樣技術(shù)并且探測過程對樣品無損傷這些特點特別適技術(shù)并且探測過程對樣品無損傷這些特點特別適用于研究生物樣品和在不同實驗條件下對樣品表面用于研究生物樣品和在不同實驗條件下對樣品表面的評價，例如對于多相催化機理、電化學(xué)反應(yīng)過程的評價，例如對于多相催化機理、電化學(xué)反應(yīng)過程中電極表面變化的監(jiān)測等。中電極表面變化的監(jiān)測等。 液體中觀察原子圖象 上圖所示的是在電解液

7、中得到的硫酸根離子吸附在銅單晶(111)表面的STM圖象。圖中硫酸根離子吸附狀態(tài)的一級和二級結(jié)構(gòu)清晰可見。 .5. 5. 配合掃描隧道譜（配合掃描隧道譜（STSSTS）可以得到）可以得到有關(guān)表面電子結(jié)構(gòu)的信息，例如表面有關(guān)表面電子結(jié)構(gòu)的信息，例如表面不同層次的態(tài)密度。表面電子阱、電不同層次的態(tài)密度。表面電子阱、電荷密度波、表面勢壘的變化和能隙結(jié)荷密度波、表面勢壘的變化和能隙結(jié)構(gòu)等構(gòu)等 .6. 6. 利用利用STMSTM針尖，可實現(xiàn)對原子和針尖，可實現(xiàn)對原子和分子的移動和操縱，這為納米科技分子的移動和操縱，這為納米科技的全面發(fā)展奠定了基礎(chǔ)的全面發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 1990年，IBM公司的科學(xué)家展示了

8、一項令世人瞠目結(jié)舌的成果，他們在金屬鎳表面用35個惰性氣體氙原子組成“IBM”三個英文字母。 .茨維特實驗示意圖. 色譜法色譜法(chromatography)：以試樣：以試樣組分在固定相和組分在固定相和流動相間的流動相間的溶解、吸附、分配、離子交換或其他親溶解、吸附、分配、離子交換或其他親和作用的差異為依據(jù)和作用的差異為依據(jù)而建立起來的各種分離分析方分離分析方法法稱色譜法。色譜柱：進行色譜分離用的細(xì)長管。固定相：（stationary phasestationary phase） 管內(nèi)保持固 定、起分離作用定、起分離作用的填充物。流動相：（mobile phasemobile phase）流

9、經(jīng)固定相的空隙 或表面的沖洗劑沖洗劑。. 氣相色譜法液相色譜法氣氣-固固色譜法液液-固固色譜法氣氣-液液色譜法 液液-液液色譜法.國產(chǎn)氣相色譜儀色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀.1. 1. 高壓鋼瓶高壓鋼瓶2. 2. 減壓閥減壓閥3. 3. 載氣凈化載氣凈化 干燥管干燥管4. 4. 穩(wěn)流閥穩(wěn)流閥5. 5. 流量計流量計6. 6. 壓力表壓力表7. 7. 進樣器進樣器8. 8. 色譜柱色譜柱9. 9. 檢測器檢測器10. 10. 色譜工作站色譜工作站.圖1 、色譜過程 圖2、 色譜圖ABKAKB .)()()()(sRiRsRiRsiVVttr ，.2、容量因子容量因子（capacity factor） 在一定

10、溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達(dá)到平衡時的質(zhì)量比，稱為容量因子，也稱分配比，用k k表示。 msccK mmssVcVck cs、cm分別為組分在固定相和流動相的濃度(g/ml)；Vm為色譜柱中流動相的體積，近似等于死體積， Vs為色譜柱中固定相的體積。.1KVVKkMS MRMRVVttk Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各種色譜柱柱型及其結(jié)構(gòu)特征填充柱（填充柱（Packing column）: 635 毛細(xì)管柱（毛細(xì)管柱（Capillary column）: 501500.MSRVKVV色譜過程的基本方程式：色譜過程的基本方程式：MsMMRVVKtkt

11、t )1 ()1 (kVVKtttMMsMR kttMR SMRKVkVV kVVMR .總結(jié)塔板理論前提假設(shè)：1.1.每段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成迅速達(dá)每段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成迅速達(dá)到分配平衡。到分配平衡。2.2.載氣進入色譜柱不是連續(xù)的，而是脈動式的，每次載氣進入色譜柱不是連續(xù)的，而是脈動式的，每次進氣為一個板體積。進氣為一個板體積。3.3.試樣開始時都加在試樣開始時都加在0 0號塔板上，并且試樣沿色譜柱方號塔板上，并且試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略。向的擴散可忽略。4.4.分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。 .色譜柱塔板數(shù)n=5某一組分分配比k=1單位質(zhì)量m=1.以載氣板體積數(shù)為橫坐標(biāo)，柱出口濃度為縱坐標(biāo)，以載氣板體積數(shù)為橫坐標(biāo)，柱出口濃度為縱坐標(biāo)，作出組分流出曲線圖作出組分流出曲線圖.當(dāng)n值很大時（103-106），流出曲線趨近于正態(tài)分布，流出曲線上濃度 c 與時間 t 關(guān)系為：222)(02Rttecc理論塔板數(shù)（n）可根據(jù)色譜圖上所測得的保留時間（tR）和峰底寬（W）或半峰寬（ Wh/2 ）按下式推算：2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或標(biāo)