基礎(chǔ)化學(xué)概括第14

1、基礎(chǔ)化學(xué)概括第十四章 現(xiàn)代儀器分析簡(jiǎn)介首 頁基本要求重點(diǎn)難點(diǎn)講授學(xué)時(shí)內(nèi)容提要1 基本要求 TOP 1.1 熟悉原子吸收光譜法、熒光分析法、色譜法的基本原理；靈敏度和檢出限的概念。1.2 了解原子吸收分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和定量分析方法；熒光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和定量分析方法；色譜分析的塔板理論、定性與定量分析的基本方法。2 重點(diǎn)難點(diǎn) TOP2.1 重點(diǎn)2.1.1 原子吸收光譜法、熒光分析法、色譜法的基本原理。2.1.2 原子吸收光譜法、熒光分析法、色譜法的常用定量分析方法。2.2 難點(diǎn) 色譜法分離理論。3 講授學(xué)時(shí) TOP建議4學(xué)時(shí)4 內(nèi)容提要 TOP 第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 4.1 第一節(jié) 原子吸

2、收光譜法4.1.1 概述原子吸收光譜法基于自由原子對(duì)輻射的吸收。選擇一定波長(zhǎng)的輻射光源，使與某一元素原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)躍遷能級(jí)對(duì)應(yīng)，對(duì)輻射的吸收導(dǎo)致基態(tài)原子數(shù)減少。輻射吸收與基態(tài)原子濃度有關(guān)，即與待測(cè)元素的濃度相關(guān)。通過測(cè)定輻射的量，可獲得樣品中某元素的含量。4.1.2 原理當(dāng)光源輻射出含有待測(cè)元素特征頻率的光穿過試樣蒸氣時(shí)，被蒸氣中待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收，輻射光波強(qiáng)度減弱。原子吸收測(cè)量的基本關(guān)系式是：A=Kc (14.1)式中c為被測(cè)樣品的濃度，k為與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的常數(shù)。4.1.3 原子吸收光譜儀在霧化器中噴成細(xì)霧的樣品液與燃?xì)饣旌?，送至燃燒器，被測(cè)元素在火焰中轉(zhuǎn)化為原子蒸氣，其基態(tài)原子吸收

3、光源發(fā)射的特征頻率，使譜線強(qiáng)度減弱，再經(jīng)單色器分光后，由光電倍增管接收并經(jīng)放大器放大，在讀出裝置中顯示吸光度值或光譜圖。（一）光源 廣泛使用的是空心陰極燈。（二）原子化器 主要作用是將樣品中待測(cè)元素轉(zhuǎn)變成處于基態(tài)的氣態(tài)原子。（三）單色器 作用是將空心陰極燈發(fā)射的被測(cè)元素的共振線與其它發(fā)射線分開。常用的是平面光柵單色儀。（四）檢測(cè)系統(tǒng) 主要由檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換器、指示儀表組成。在火焰原子吸收光譜法中，通常采用光電倍增管為檢測(cè)器。4.1.4 測(cè)量分析方法（一）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 配制一系列合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測(cè)定吸光度A。以A為縱坐標(biāo)，濃度或含量c為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同條件下測(cè)定試樣的吸

4、光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上用內(nèi)插法求出試樣濃度。（二）標(biāo)準(zhǔn)加入法 當(dāng)試樣組成復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣組成之間差別較大并對(duì)測(cè)定有明顯的影響時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。取等量試樣4-5份，第一份不加被測(cè)元素，其余各準(zhǔn)確加入一系列已知濃度的被測(cè)元素，依次測(cè)定吸光度。作濃度吸光度曲線。當(dāng)被測(cè)試樣中不含被測(cè)元素，曲線應(yīng)通過原點(diǎn)；若曲線不通過原點(diǎn)，說明含有被測(cè)元素，其外延線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)即為試樣中被測(cè)元素濃度。（三）靈敏度和檢出限（1）原子吸收分光光度法的靈敏度(S)定義為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率， (14.2)在石墨爐法中也常使用特征質(zhì)量表示靈敏度（絕對(duì)靈敏度）：與吸光度A=0.0044（即T=99%）對(duì)應(yīng)的被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量。 (14.

5、3)其中A為被測(cè)定試樣的吸光度，m為其待測(cè)元素的質(zhì)量。（2）信號(hào)能否被檢測(cè)，同儀器噪音大小有直接關(guān)系。檢出限(L.D)表征儀器能檢出某元素的最小量，一般定義為3倍于噪音電平s（即A=3s）所對(duì)應(yīng)的待測(cè)元素濃度。 (14.4)Am為試樣的平均吸光度，c為其待測(cè)元素的濃度, 噪音電平s為空白溶液吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(由連續(xù)測(cè)定至少10次的吸光度值算得)。4.2 第二節(jié) 熒光分析法 TOP4.2.1 概述有些物質(zhì)吸收某種波長(zhǎng)的光而被激發(fā)，會(huì)發(fā)射出波長(zhǎng)相同或波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，稱為光致發(fā)光。光致發(fā)光分熒光和磷光兩種，熒光是從第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)各振動(dòng)能級(jí)時(shí)的光輻射。熒光物質(zhì)分子都有兩個(gè)特征光譜，即激

6、發(fā)光譜和發(fā)射光譜。固定發(fā)射波長(zhǎng)，測(cè)定熒光發(fā)射強(qiáng)度隨激發(fā)波長(zhǎng)變化所得的光譜，稱為激發(fā)光譜。固定激發(fā)波長(zhǎng)，測(cè)定熒光發(fā)射強(qiáng)度隨發(fā)射波長(zhǎng)變化所得的光譜，稱為發(fā)射光譜。4.2.2 光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)濃度的關(guān)系熒光物質(zhì)吸收光能被激發(fā)后才發(fā)射熒光，其熒光強(qiáng)度與溶液中熒光物質(zhì)吸收光能的程度及熒光效率有關(guān)。熒光物質(zhì)被激發(fā)后，向各個(gè)方向發(fā)射熒光。為避免干擾，應(yīng)該在垂直于激發(fā)光源的方向檢測(cè)熒光強(qiáng)度。經(jīng)過推導(dǎo)： F = K c （14.5）式中F為熒光發(fā)射強(qiáng)度，c為熒光物質(zhì)濃度；K越大，熒光強(qiáng)度越大，測(cè)定靈敏度越高。它與激發(fā)時(shí)的摩爾吸收系數(shù)e有關(guān)，操作中應(yīng)選e大的波長(zhǎng)作為激發(fā)波長(zhǎng)。4.2.3 熒光光譜儀（一）標(biāo)準(zhǔn)曲線法

7、 用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制標(biāo)準(zhǔn)系列，逐一測(cè)定熒光強(qiáng)度，以熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線。用未知樣品的熒光強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出對(duì)應(yīng)濃度。（二）比例法 將某熒光物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度Fs，濃度cs，樣品的熒光強(qiáng)度Fx，濃度cx帶入式（14.5）。按比例關(guān)系有cx=。當(dāng)空白溶液不為0%時(shí)，則必須從Fs和Fx值中扣除空白溶液的熒光強(qiáng)度Fo：cx = （14.6）4.3 第三節(jié) 色譜法 TOP4.3.1 色譜法發(fā)展簡(jiǎn)史把固定相填充在色譜柱內(nèi)，將流動(dòng)相（或稱洗脫液）自上而下流過，洗脫被吸附的樣品。由于固定相吸附樣品能力不同，洗脫過程中下行的速度也不同，于是形成色譜帶。吸附弱的樣品被

8、先洗脫，吸附強(qiáng)的后被洗脫，達(dá)到分離目的。4.3.2 色譜儀廣為應(yīng)用的色譜儀主要有氣相色譜（GC）儀和高效液相色譜（HPLC）儀。氣相色譜儀的流動(dòng)相為惰性氣體，稱為載氣。氣相色譜儀主要有五大部分組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢驗(yàn)器、放大及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。氣相色譜具有儀器造價(jià)相對(duì)低，易于操作，分析效率高和分析速度快的突出優(yōu)勢(shì)，適用揮發(fā)性好易于汽化物質(zhì)的分析。高效液相色譜儀在一個(gè)封閉的流動(dòng)管道中，將流動(dòng)相壓力增高，使之快速通過阻力很大的色譜柱。高效液相色譜儀的主要組成有：流動(dòng)相儲(chǔ)液瓶；輸液泵；進(jìn)樣器；色譜柱；廢液收集瓶；檢測(cè)器；放大及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。它的核心是色譜柱，柱前連接有高壓泵，柱后接著檢測(cè)

9、器。高壓泵可以控制流動(dòng)相流速并按一定的組成比或梯度恒壓流注入色譜柱，對(duì)柱中樣品洗脫。檢測(cè)器（如紫外/可見，熒光檢測(cè)器和電化學(xué)檢測(cè)器）可以對(duì)不斷流經(jīng)的洗脫液進(jìn)行檢測(cè)。高效液相色譜主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)那些不易汽化的成分進(jìn)行分析，所以應(yīng)用范圍廣。4.3.3 色譜法分離理論（一）基本術(shù)語一個(gè)組分的色譜可用三項(xiàng)參數(shù)即峰高（或峰面積）、峰位及峰寬描述。1色譜圖 以組分響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，組分的流出時(shí)間為橫坐標(biāo)所得曲線稱為色譜圖。2基線 當(dāng)色譜柱中僅有流動(dòng)相通過時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)隨時(shí)間變化的紀(jì)錄。穩(wěn)定的基線應(yīng)是平行于橫軸的直線。3色譜峰 組分的響應(yīng)信號(hào)大小隨時(shí)間變化所形成的峰形曲線。 正常色譜峰為正態(tài)分布曲線，對(duì)稱

10、于最高點(diǎn)，曲線兩側(cè)快速單調(diào)下降。色譜峰中峰頂?shù)交€的垂直距離稱為峰高(h)，峰高一半處色譜峰的寬度稱為半峰寬(W1/2)，由色譜曲線與基線所包圍的面積稱為峰面積(A)，A » h×W1/2。4保留時(shí)間(tR) 試樣中各組分在色譜柱中滯留的時(shí)間稱為保留時(shí)間。5死時(shí)間(tM) 不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)從進(jìn)柱到出柱后出現(xiàn)響應(yīng)值最大時(shí)所需時(shí)間。死時(shí)間主要與柱前后連接管道內(nèi)和固定相顆粒間的空隙體積大小有關(guān)。6調(diào)整保留時(shí)間(tR) 扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間稱為調(diào)整保留時(shí)間。（二）塔板理論塔板模型把色譜柱看作一個(gè)精餾塔，在每一塊塔板上，樣品混合物在固定相和流動(dòng)相中快速達(dá)到分配平衡，然后隨

11、著流動(dòng)相移動(dòng)，獲得分離效果。1理論塔板高度（H）把色譜柱看作分餾塔，每個(gè)塔板之間的距離。2理論塔板數(shù) 在一定柱長(zhǎng)（L）中的塔板的數(shù)目（N）：N = （14.7）當(dāng)N>50時(shí)，可得到基本對(duì)稱的峰形曲線。實(shí)驗(yàn)中可利用色譜圖數(shù)據(jù)求算理論塔板數(shù)：N =16()2 或 N =5.54()2 （14.8）理論塔板高度H和理論塔板數(shù)N都是柱效指標(biāo)。W或W1/2越小，N就越大，H越小，柱效越高，分離效果越好。（三）分離度分離度（R）也稱分辨率或分辨度，它表示相鄰色譜峰的分離程度。定義為相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰低寬平均值之比， (14.9)一般來說，當(dāng)R<1，相鄰的兩峰部分重疊；當(dāng)R=1.5，兩組分的分離程度達(dá)99.87%。R=1.5作為相鄰兩峰完全分離的指標(biāo)。4.3.3 色譜法中的定性和定量方法（一）定性方法一定的色譜條件下，某一組分在某一色譜柱滯留的時(shí)間是一固定值，通常是對(duì)各組分的保留時(shí)間與已知組分的標(biāo)準(zhǔn)品比較對(duì)照進(jìn)行定性。（二）利用峰面積定量一定的色譜條件下，待測(cè)組分質(zhì)量或在流動(dòng)相中的濃度與檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)（峰面積或峰高）成正比，所以用峰面積定量。1外標(biāo)法 用組分的標(biāo)準(zhǔn)品做出檢測(cè)器響應(yīng)值峰面積，和已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。2內(nèi)標(biāo)法 當(dāng)需要很高的準(zhǔn)確度或精密度的分析結(jié)果時(shí)，應(yīng)該選擇內(nèi)標(biāo)法。準(zhǔn)確稱取mi被測(cè)組分標(biāo)準(zhǔn)品，加入某純物質(zhì)ms作為內(nèi)標(biāo)物，根據(jù)被測(cè)組分