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文檔簡介
石河子大學(xué)田麗萍
2005
儀器分析
InstrumentalAnalysis生物技術(shù)02級本科班講義9/14/20221生物工程學(xué)院第四章
光分析法導(dǎo)論第一節(jié)光分析基礎(chǔ)fundamentalofopticalanalysis第二節(jié)光譜法儀器與光學(xué)器件instrumentsforspectro-metryandopticalpartsanintroductiontoopticalanalysis9/14/20222生物工程學(xué)院第四章光分析法導(dǎo)論基本要求:1.了解光與物質(zhì)的相互作用特點及其與光學(xué)分析法的關(guān)系;2.了解光學(xué)分析法的基本分類;3.掌握光學(xué)分析儀器的基本構(gòu)成單元及其作用。
9/14/20223生物工程學(xué)院第四章
光分析法導(dǎo)論一、光分析及其特點opticalanalysisanditsfeature
二、電磁輻射的基本性質(zhì)propertiesofelectromagneticradiation三、光分析法的分類classificationofopticalanalysis四、各種光分析法簡介abriefintroductionofopticalanalysis
五、光分析的進展developmentofopticalanalysisanintroductiontoopticalanalysis第一節(jié)
光分析基礎(chǔ)fundamentalofopticalanalysis9/14/20224生物工程學(xué)院三個基本過程:(1)能源(電磁輻射:射線~無線電波)提供能量(輻射能-躍遷:電子躍遷-紫外,振動躍遷-紅外,轉(zhuǎn)動躍遷-微波);(2)能量與被測物之間的相互作用(發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等);(3)產(chǎn)生信號(輻射信號)。
基本特點:(1)所有光分析法均包含三個基本過程;(2)選擇性測量,不涉及混合物分離(不同于色譜分析);(3)涉及大量光學(xué)元器件。9/14/20226生物工程學(xué)院二、電磁輻射的基本性質(zhì)
basic
propertiesofelectromagneticradiation
1、電磁輻射具有波動性和微粒性電磁輻射:以接近光速(真空中為光速)通過空間傳播能量的電磁波;
c=λν=ν/σ
E=hν=hc/λc:光速;λ:波長;ν:頻率;σ:波數(shù);E:能量;h:普朗克常數(shù)9/14/20227生物工程學(xué)院
(2)光的微粒性
還有一些光學(xué)現(xiàn)象,如光電效應(yīng)、光的發(fā)射和吸收等,只能用光的微粒性才能滿意地解釋。光是由帶有能量的微粒組成的,這種微粒稱為光子或光量子。光子的能量與它的頻率成正比,或與波長成反比,而與光的強度無關(guān)。
粒子性普朗克常數(shù)h=6.6262×10-34J·s9/14/20229生物工程學(xué)院2、電磁波譜
電磁輻射(電磁波)按其波長可分為不同區(qū)域-電磁波譜:一射線5*10-30.14nm
X一射線10-310nm遠紫外10200nm近紫外200400nm可見光400760nm近紅外0.752.5m中紅外2.550m遠紅外501000m微波0.1100cm無線電波11000m一射線波長最小,能量最大;無線電波波長最大,能量最小。9/14/202210生物工程學(xué)院
高能輻射區(qū)γ射線能量最高,來源于核能級躍遷χ射線來自內(nèi)層電子能級的躍遷光學(xué)光譜區(qū)紫外光來自原子和分子外層電子能級的躍遷可見光紅外光來自分子振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷波譜區(qū)微波來自分子轉(zhuǎn)動能級及電子自旋能級躍遷無線電波來自原子核自旋能級的躍遷電磁波譜:電磁輻射按波長順序排列,稱~。γ射線→X射線→紫外光→可見光→紅外光→微波→無線電波波長長9/14/202211生物工程學(xué)院表電磁波譜區(qū)及常用光學(xué)分析方法光譜區(qū)域波長光學(xué)分析方法
射線5*10-30.14nm射線光譜法X射線10-3nm~10nmX射線光譜法
光學(xué)區(qū)10nm~1000nm
原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、
原子熒光光譜法、紫外吸收光譜法、
可見吸收光譜法、分子熒光光譜法、紅外吸收光譜法微波0.1mm~1m微波光譜法無線電波1m以上核磁共振波譜法9/14/202212生物工程學(xué)院在紅外區(qū)域,常用波數(shù)代替波長,波數(shù)與波長的相互關(guān)系為:波長可見光區(qū):λ=400~800nm紅外光區(qū):λ=800~1000nm紫外光區(qū):λ=180~400nmσ單位:cm-1,物理意義:1cm的間距內(nèi)有多少個光波9/14/202213生物工程學(xué)院3、輻射能的特性(光與物質(zhì)的作用):
(1)吸收M+hvM*(2)
發(fā)射M*M+hv(3)散射(Scattering)光通過不均勻介質(zhì)時部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。丁鐸爾散射和分子散射.(4)折射(Refraction)折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同;(5)反射
(Reflection)光通過具有不同折射率的兩種介質(zhì)的界面時會產(chǎn)生反射。(6)干涉(Coherentinterference)頻率相同的兩列波疊加,使某些區(qū)域的振動加強,某些區(qū)域的振動減弱,并且振動加強和振動減弱的區(qū)域互相間隔,此現(xiàn)象叫干涉。(7)衍射(Diffraction)光繞過物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象;(8)偏振(Polarization)只在一個固定方向有振動的光稱為平面偏振光。9/14/202214生物工程學(xué)院9/14/202216生物工程學(xué)院三、光分析法分類
typeof
opticalanalysis
光分析法可分為光譜法和非光譜法兩大類。
光譜法是以光的吸收,發(fā)射和拉曼散射等作用而建立的光譜方法。這類方法比較多,是主要的光分析方法。
光譜法可分為原子光譜法和分子光譜法。原子光譜(線性光譜):是由原子外層或內(nèi)層電子能級的變化產(chǎn)生的,它的表現(xiàn)形式為線光譜。最常見的三種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(AES)、原子熒光光譜(AFS);基于原子內(nèi)層電子躍遷的X射線熒光光譜(XFS);基于原子核與射線作用的穆斯堡譜;9/14/202217生物工程學(xué)院
如果按照電磁輻射和物質(zhì)相互作用的結(jié)果,可以產(chǎn)生發(fā)射、吸收和聯(lián)合散射三種類型的光譜。
射線光譜法X射線熒光分析法Mōssbauer(莫斯鮑爾)譜法原子發(fā)射光譜分析法
1、發(fā)射光譜
原子熒光分析法2、吸收光譜
紫外-可見分光光度法分子熒光分析法原子吸收光譜法分子磷光分析法紅外光譜法化學(xué)發(fā)光分析法核雌共振波譜法3、Raman散射---Raman光譜法:頻率為o的單色光照射到透明物質(zhì)上,物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散射是光子與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換的,即不僅光子的運動方向發(fā)生變化,它的能量也發(fā)生變化,則稱為Ranmn散射。9/14/202219生物工程學(xué)院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子吸收光譜原子發(fā)射光譜原子熒光光譜X射線熒光光譜折射法圓二色性法X射線衍射法干涉法旋光法紫外光譜法紅外光譜法分子熒光光譜法分子磷光光譜法核磁共振波譜法9/14/202220生物工程學(xué)院光譜分析法吸收光譜法發(fā)射光譜法原子光譜法分子光譜法原子發(fā)射原子吸收原子熒光X射線熒光原子吸收紫外可見紅外可見核磁共振紫外可見紅外可見分子熒光分子磷光核磁共振化學(xué)發(fā)光原子發(fā)射原子熒光分子熒光分子磷光X射線熒光化學(xué)發(fā)光9/14/202221生物工程學(xué)院光學(xué)分析法的分類光譜方法:測量發(fā)射或吸收光譜的波長和強度非光譜方法定性、定量物質(zhì)內(nèi)部特定的能級躍遷特征光譜的波長:定性、結(jié)構(gòu)分析光譜的強度:定量分析原子光譜分子光譜折光、旋光、衍射、比濁法原子發(fā)射光譜原子吸收光譜紅外光譜紫外光譜9/14/202222生物工程學(xué)院四、各種光分析法簡介
abriefintroductionofopticalanalysis
1.原子發(fā)射光譜分析法
以火焰、電弧、等離子炬等作為光源,使氣態(tài)原子的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進行定量分析的方法。2.原子吸收光譜分析法
利用特殊光源發(fā)射出待測元素的共振線,并將溶液中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后,測定氣態(tài)原子對共振線吸收而進行的定量分析方法。9/14/202223生物工程學(xué)院3.原子熒光分析法
氣態(tài)原子吸收特征波長的輻射后,外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài),在10-8s后躍回基態(tài)或低能態(tài)時,發(fā)射出與吸收波長相同或不同的熒光輻射,在與光源成90度的方向上,測定熒光強度進行定量分析的方法。
4.分子熒光分析法
某些物質(zhì)被紫外光照射激發(fā)后,在回到基態(tài)的過程中發(fā)射出比原激發(fā)波長更長的熒光,通過測量熒光強度進行定量分析的方法。
9/14/202224生物工程學(xué)院
利用溶液中分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜圖,可進行化合物結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)最大吸收波長強度變化可進行定量分析。
9.紅外吸收光譜分析法
利用分子中基團吸收紅外光產(chǎn)生的振動-轉(zhuǎn)動吸收光譜進行定量和有機化合物結(jié)構(gòu)分析的方法。
10.核磁共振波譜分析法
在外磁場的作用下,核自旋磁矩與磁場相互作用而裂分為能量不同的核磁能級,吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級躍遷,根據(jù)吸收光譜可進行有機化合物結(jié)構(gòu)分析。8.紫外吸收光譜分析法9/14/202226生物工程學(xué)院11.順磁共振波譜分析法
在外磁場的作用下,電子的自旋磁矩與磁場相互作用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級,吸收微波輻射后產(chǎn)生能級躍遷,根據(jù)吸收光譜可進行結(jié)構(gòu)分析。
12.旋光法
溶液的旋光性與分子的非對稱結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,可利用旋光法研究某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學(xué)問題,旋光計測定糖的含量。
13.衍射法
X射線衍射:研究晶體結(jié)構(gòu),不同晶體具有不同衍射圖。電子衍射:電子衍射是透射電子顯微鏡的基礎(chǔ),研究物質(zhì)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。9/14/202227生物工程學(xué)院
4.交叉
電致發(fā)光分析;光導(dǎo)纖維電化學(xué)傳感器
5.檢測器的發(fā)展
電荷耦合陣列檢測器光譜范圍寬、量子效率高、線性范圍寬、多道同時數(shù)據(jù)采集、三維譜圖,將取代光電倍增管;光二極激光器代替空心陰極燈,使原子吸收可進行多元素同時測定;9/14/202229生物工程學(xué)院三種光分析法測量過程示意圖
9/14/202230生物工程學(xué)院六、光學(xué)分析法的特點(1)靈敏度高。原子發(fā)射光譜法的最低檢出限是0.1ng·mL-1。(2)使用試樣量少。(3)光學(xué)分析法適用的被測組分含量范圍很廣泛。適用于微量、痕量甚至超痕量組分的分析。(4)分析速度快。(5)多元素同時測定。9/14/202231生物工程學(xué)院七、光學(xué)分析法的應(yīng)用(1)成分分析。(2)化學(xué)、物理化學(xué)各種參數(shù)的測定。(3)化學(xué)反應(yīng)機理的研究。(4)分子結(jié)構(gòu)的測定。(5)遙感分析。(6)特征分析。9/14/202232生物工程學(xué)院一、光譜法儀器的基本流程generalprocessofspectrometry二、光譜儀器的基本器件mainpartsofspectrometry第四章
光分析導(dǎo)論
anintroductiontoopticalanalysis
instrumentsforspectro-metryandopticalparts第二節(jié)光譜法儀器與光學(xué)器件9/14/202233生物工程學(xué)院一、光分析法儀器的基本流程
generalprocessofspectrometry
光譜儀器通常包括五個基本單元:光源;單色器;樣品;檢測器;顯示與數(shù)據(jù)處理;光源單色器樣品池檢測器記錄裝置9/14/202234生物工程學(xué)院二、光分析法儀器的基本單元
mainpartsofspectrometry
1.光源依據(jù)方法不同,采用不同的光源:火焰、燈、激光、電火花、電弧等;依據(jù)光源性質(zhì)不同,分為:
連續(xù)光源:在較大范圍提供連續(xù)波長的光源,氫燈、氘燈、鎢絲燈等;
線光源:提供特定波長的光源,金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、激光等;9/14/202235生物工程學(xué)院
1.光源
9/14/202236生物工程學(xué)院2.單色器
單色器:獲得高光譜純度輻射束的裝置,而輻射束的波長可在很寬范圍內(nèi)任意改變;
主要部件:(1)進口狹縫;(2)準直裝置(透鏡或反射鏡):使輻射束成為平行光線;(3)色散裝置(棱鏡、光柵):使不同波長的輻射以不同的角度進行傳播;9/14/202237生物工程學(xué)院(4)聚焦透鏡或凹面反射鏡,使每個單色光束在單色器的出口曲面上成像。9/14/202238生物工程學(xué)院3.試樣裝置
光源與試樣相互作用的場所(1)吸收池紫外-可見分光光度法:石英比色皿熒光分析法:紅外分光光度法:將試樣與溴化鉀壓制成透明片(2)特殊裝置原子吸收分光光度法:霧化器中霧化,在火焰中,元素由離子態(tài)→原子;原子發(fā)射光譜分析:試樣噴入火焰;詳細內(nèi)容在相關(guān)章節(jié)中介紹。9/14/202239生物工程學(xué)院4.檢測器(1)光檢測器主要有以下幾種:硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測器、半導(dǎo)體檢測器;(2)熱檢測器主要有:真空熱電偶檢測器:紅外光譜儀中常用的一種;熱釋電檢測器:5.信號、與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
現(xiàn)代分析儀器多配有計算機完成數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果打印,工作站軟件系統(tǒng);9/14/202240生物工程學(xué)院光學(xué)分析方法的發(fā)展
光學(xué)分析法是利用待測定組分所顯示出的吸收光譜或發(fā)射光譜,既包括原子光譜也包括分子光譜。利用被測定組分中的分子所產(chǎn)生的吸收光譜的分析方法,即通常所說的可見與紫外分光光度法、紅外光譜法;利用其發(fā)射光譜的分析方法,常見的有熒光光度法。利用被測定組分中的原子吸收光譜的分析方法,即原子吸收法:利用被測定組分的發(fā)射光譜的分析方法,包括發(fā)射光譜分析法、原子熒光法、X射線原子熒光法、質(zhì)子熒光法等。
9/14/202241生物工程學(xué)院(一)比色法
分光光度法的前身是比色法。比色分析法有著很長的歷史。1830年左右,四氨絡(luò)銅離子的深藍色就被用于銅的測定。奈斯勒的氨測定法起源于1852年,大約在同一年,硫氰酸鹽被用來分析鐵。1869年,舍思報道說鈦鹽與過氧化氫反應(yīng)會產(chǎn)生黃色,1882年,韋勒(weller)將此黃色反應(yīng)改進成一種鈦的比色法。釩也能與過氧化物發(fā)生類似的反應(yīng),生成一種橙色絡(luò)合物。1912年,梅勒一方面利用1908年芬頓發(fā)現(xiàn)的一個反應(yīng)(二羥基馬來酸與鈦反應(yīng)呈橙黃色,與釩反應(yīng)無此色),另一方面利用與過氧化物的反應(yīng),得出了一種鈦和釩這兩種元素的比色測定法。吸收光度分析法提供了非化學(xué)計量法的一個很好例子。有色化合物的光吸收強弱隨著所用輻射波長的大小而變化。因此早期的比色法主要憑經(jīng)驗將未知物與濃度近似相等的標難溶液進行對比。比如象親斯勒在氨測定法中所作的比較。比色劑,如杜波斯克比色計,是通過改變透光溶液的厚度和利用比爾定律,來對未知物的顏色與標準液的濃度進行對比的,這種儀器并不適用于所有的有色物質(zhì),它充其量也不過經(jīng)驗程度很高罷了。
9/14/202242生物工程學(xué)院
1729年,P·布古厄(Bouguer)觀察到入射光被介質(zhì)吸收的多少與介質(zhì)的厚度成正比。這后來又被J·H·蘭貝特(Lambert,1728—1777)所發(fā)現(xiàn),他對單色光吸收所作的論述得到了下列關(guān)系式:
上式中I是通過厚度為I的介質(zhì)的光密度,a是吸收系數(shù)。利用邊界條件x=0時,I=Io,積分得到:I=Ioe-ax1852年,A.比爾(Beer)證實,許多溶液的吸收系數(shù)a是與溶質(zhì)的濃度C成正比的。盡管比爾本人沒有建立那個指數(shù)吸收定律公式,但下列關(guān)系式I=Ioe-acx仍被叫做比爾定律,式中濃度和厚度是作為對稱變數(shù)出現(xiàn)的。這個名稱似乎是在1889年就開始使用了。9/14/202243生物工程學(xué)院1940年以前,比色法一直是最直觀的分析法,往往是以高度經(jīng)驗為根據(jù)的——實際上依靠了奈斯勒管、杜波斯克比色計和拉維邦色調(diào)計。色調(diào)計利用可疊加有色玻璃盤作為顏色比較的載片。某些測定甚至是將顏色與彩紙和有色玻璃作比較來進行的。T.w.理查茲在有關(guān)鹵化銀的測定方面,發(fā)明了一種散射濁度計,用通過微濁溶液來測量光散射。1940年初左右,分光光度計開始廣泛使用,幾種高質(zhì)量、應(yīng)用簡便的工業(yè)儀器使比色法更加普及,最著名的儀器,如蔡斯一普爾費利希、希爾格、斯佩克爾、貝克曼和科爾曼分光光度計,采用濾波器、棱鏡和光柵,使光的波長限制在一個很窄的范圍內(nèi)。光吸收一般是用光電管測量的。典型的比色試劑是二苯基硫卡巴蹤(diphenyl—thiocarbazone)通常叫做雙硫蹤dithizone,是艾米爾·費歇爾在1882年發(fā)現(xiàn)的,他觀察到雙硫蹤很容易和金屬離子形成有色化合物,但他沒有繼續(xù)這項研究。1926年,海爾穆特·費歇爾研究了這個化合物,并報道了把它用于分祈的可能性,這種可能性在30年代得到了最充分的利用。這種試劑與大量陽離子所形成的有色整合物極易溶解于氯仿那樣的有機溶劑中。于是,這種絡(luò)合物就可從大量的水溶液中萃取到少量的溶劑中,從而使這種方法對痕量物質(zhì)也非常靈敏。
9/14/202244生物工程學(xué)院比色法借助儀器可用于波長短到2000A的紫外區(qū)。向紫外區(qū)的進一步擴展是不可能的。因為容器、棱鏡及空氣本身也會吸收光。記錄方法(起初主要是照相記錄),隨著實用光電管的發(fā)展得到了明顯的改進。紫外分光光度法在測定芳香化合物,如苯酚、蔥和苯乙烯方面特別有價值。紫外吸收在研究有機化合物的結(jié)構(gòu)時也很有用,它同束縛松散的電子締合,如出現(xiàn)在雙鍵中的電子。乙烯、乙炔、碳基化合物和氰化物中的不飽和鍵吸收2000A以下的光,因此處于紫外分光光度計可測范圍之外。不飽和鍵周圍有取代基時,會使光的吸收向長波方向移動,但仍遠離實際可測的范圍。偶氮基、硝基、亞硝酸鹽、硝酸鹽和亞硝基的吸收光范圍在2500—3000A之間。不飽和鍵發(fā)生共扼現(xiàn)象會使吸收增強。引起光向長波方向移動。芳香環(huán)具有一個特征吸收本領(lǐng),可用于鑒定。
9/14/202245生物工程學(xué)院
(二)紅外光譜法輻射能吸收用作一種分析工具的最大進展也許是在紅外光譜領(lǐng)域。1920年以前,利用波長在8000A到幾十分之一毫米光譜區(qū)的儀器就已經(jīng)有了,但紅外光譜研究的真正進展卻發(fā)生在1940年以后。這個光譜區(qū)含有象分子振動所包括的那樣一些頻率的光。原子質(zhì)量、鍵強和分子構(gòu)型這樣一些重要因素與所吸收的能量有聯(lián)系。因此某些波段易與0H、NH、ClC和C=0那樣一些基團相對應(yīng)。紅外光譜的興起靠的是發(fā)展熱電堆以及輻射計、放大器和記錄器方面所取得的進展。許多年來,這些儀器的光學(xué)部分比檢測和記錄機構(gòu)要令人滿意得多。9/14/202246生物工程學(xué)院紅外光譜主要是作為一種定性工具使用的。同時如果大量的日常分析工作——比如,工業(yè)實踐中常常必需的分析工作——證明紅外光譜有利于這種工作的操作的話,那么它也可用于定量分析。定量紅外光譜法已經(jīng)用于分析硝基烷混合物。甲酚混合物和六氯化苯異構(gòu)體方面。六氯化苯的Y一異構(gòu)體可用作殺蟲劑。紅外光譜法已經(jīng)是測定混雜有相關(guān)異構(gòu)體的Y—六氯化苯的有用工具。紅外光譜法在定性分析中極有價值,因為吸收位置和吸收強度能提供大量數(shù)據(jù)。過去人們曾做了大量的工作,繪制了許多鍵和基的光吸收性質(zhì)圖,使得有可能利用這種數(shù)據(jù)迅速確定出新化合物的結(jié)構(gòu)。工業(yè)方面,紅外光譜也有助于研究聚合作用方面的進展,因為單體和聚合體的紅外吸收帶相互間是有區(qū)別的。9/14/202247生物工程學(xué)院目前紅外光譜(1R)是給出豐富的結(jié)構(gòu)信息的重要方法之一,能在較寬的溫度范圍內(nèi)快速記錄固態(tài)、液態(tài)、溶液和蒸氣相的圖譜。紅外光譜經(jīng)歷了從棱鏡紅外、光柵紅外,目前己進入傅里葉變換紅外(FT—IR)時期,積累了十幾萬張標準物質(zhì)的圖譜。FT—IR具有光通量大、信噪比高、分辨率好、波長范圍寬、掃描速度快等特點。利用IR顯微技術(shù)和基本分離技術(shù)(matrixisolation,MI—IR)可對低達n8量和p8量級的試樣進行記錄,F(xiàn)T—IR和色譜的結(jié)合,被稱為鑒定有機結(jié)構(gòu)的“指紋”,這些優(yōu)點是其他方法所難于比擬的。紅外光譜近年來發(fā)展十分迅速,在生物化學(xué)高聚物、環(huán)境、染料、食品、醫(yī)藥等方面得到廣泛應(yīng)用。
9/14/202248生物工程學(xué)院(三)熒光分析當(dāng)紫外光照射到某些物質(zhì)的時候,這些物質(zhì)會發(fā)射出各種顏色和不同強度的可見光,而當(dāng)紫外光停止照射時,這種光線也隨之很快地消失,這種光線稱為熒光。第一次記錄熒光現(xiàn)象的是16世紀西班牙的內(nèi)科醫(yī)生和植物學(xué)家N.Monardes,1575年他提到在含有一種稱為“LignMmNephriticum”的木頭切片的水溶液中,呈現(xiàn)了極為可愛的天藍色,在17世紀,Boyle(1626—1691)和Newton(1624一1727)等著名科學(xué)家再次觀察到熒光現(xiàn)象,并且給予更詳細的描述。盡管在17世紀和18世紀中還發(fā)現(xiàn)了其它一些發(fā)熒光的材料和溶液,然而在解釋熒光現(xiàn)象方面卻幾乎沒有什么進展。直到1852年Stokes在考察奎寧和葉綠素的熒光時,用分光計觀察到其熒光的波長比入射光的波長稍為長些,才判明這種現(xiàn)象是這些物質(zhì)在吸收光能后重新發(fā)射不同波長的光,而不是由光的漫射作用所引起的,從而導(dǎo)入了熒光是光發(fā)射的概念,他還由發(fā)熒光的礦物“螢石”推演而提出“熒光”這一術(shù)語。9/14/202249生物工程學(xué)院Stokes還對熒光強度與濃度之間的關(guān)系進行了研究,描述了在高濃度時以及外來物質(zhì)存在時的熒光猝滅現(xiàn)象。此外,他似乎還是第一個(1864年)提出應(yīng)用熒光作為分析手段的人。1867年,Goppelsr6der)進行了歷史上首次的熒光分析工作,應(yīng)用鋁一桑色素配合物的熒光進行鋁的測定。1880年,Liebeman提出了最早的關(guān)于熒光與化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系的經(jīng)驗法則,到19世紀末,人們已經(jīng)知道了包括熒光素、曙紅、多環(huán)芳烴等600種以上的熒光化合物。20世紀以來,熒光現(xiàn)象被研究得更多了。例如,1905年wood發(fā)現(xiàn)了共振熒光:1914年Frank和Hertz利用電子沖擊發(fā)光進行定量研究;1922年Frank和Cario發(fā)現(xiàn)了增感熒光:1924年wawilloMs進行了熒光產(chǎn)率的絕對測定:1926年Gavl01a進行了熒光壽命的直接測定等等。9/14/202250生物工程學(xué)院熒光分析方法的發(fā)展,與儀器應(yīng)用的發(fā)展是分不開的。19世紀以前,熒光的觀察是靠肉眼進行的,直到1928年,才由Jette和West提出了第一臺光電熒光計。早期的光電熒光計的靈敏度是有限的,1939年Zworykin和Rajchman發(fā)明光電倍增管以后,在增加靈敏度和容許使用分辨率更高的單色器等方面,是一個非常重要的階段。1943年DMtton和Bailey提出了一種熒光光譜的手工校正步驟,1948年由StMder推出了第一臺自動光譜校正裝置,到1952年才出現(xiàn)商品化的校正光譜儀器。9/14/202251生物工程學(xué)院近十幾年來,在其它學(xué)科迅速發(fā)展的影響下,隨著激光、微處理機和電子學(xué)的新成就等一些新的科學(xué)技術(shù)的引入,大大推動了熒光分析法在理論方面的進展,促進了諸如同步熒光測定、導(dǎo)數(shù)熒光測定、時間分辨熒光測定、相分辨熒光測定、熒光偏振測定、熒光免疫測定、低溫?zé)晒鉁y定、固體表面熒光測定、熒光反應(yīng)速率法、三維熒光光譜技術(shù)和熒光光纖化學(xué)傳感器等熒光分析方面的某些新方法、新技術(shù)的發(fā)展,并且相應(yīng)地加速了各式各樣新型的熒光分析儀器的問世,使熒光分析法不斷朝著高效、痕量、微觀和自動化的方向發(fā)展,方法的靈敏度、準確度和選擇性日益提高,方法的應(yīng)用范圍大大擴展,遍及于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、公安情報和科學(xué)研究等各個領(lǐng)域中。如今,熒光分析法已經(jīng)發(fā)展成為一種重要且有效的光譜化學(xué)分析手段。9/14/202252生物工程學(xué)院在我國,50年代初期僅有極少數(shù)的分析化學(xué)工作者從事熒光分析方面的研究工作,但到了70年代后期,熒光分析法己引起國內(nèi)分析界的廣泛重視,在全國眾多的分析化學(xué)工作者中,已逐步形成一支從事這一領(lǐng)域工作的隊伍。近年來,國內(nèi)發(fā)表的有關(guān)熒光分析方面的論文數(shù)量增長較快,所涉及的內(nèi)容也已從經(jīng)典的熒光分析法逐步擴展到新近發(fā)展起來的一些新方法和新技術(shù),在儀器應(yīng)用方面也陸續(xù)有幾種類型的國產(chǎn)的熒光分析光度計問世,為這一分析方法的發(fā)展和普及提供了一定的物質(zhì)條件。9/14/202253生物工程學(xué)院(四)原子吸收光度法20世紀50年代初又發(fā)展出了原子吸收光度法。這是吸收光度法的又一次重大突破。這種方法的初始形式是將試樣溶液霧化,噴入火焰,使霧滴溶劑迅速蒸發(fā),形成溶質(zhì)固體微粒。它很快熔化、揮發(fā),并被熱解為組成原于。這時利用一束銳線輻射穿過一定厚度的待測試樣蒸氣,輻射的一部分便被蒸氣中待測元素的基態(tài)原子所吸收。對透過的輻射,經(jīng)單色器后,測定其減弱的程度。這樣利用在一定條件下消光度與火焰中原子濃度成正比的關(guān)系,求得待測元素的含量。原子吸收共振光譜線的性質(zhì)很早就被觀察到。1802年,英國化學(xué)家武拉斯頓就曾觀察到太陽光譜中存在著許多暗線。對這種現(xiàn)象,英國光學(xué)家布魯斯特(DavidBrewster,178l—1868)對此作出了科學(xué)解釋。但是對此現(xiàn)象付諸應(yīng)用,則是20世紀的事情。9/14/202254生物工程學(xué)院1953年,澳大利亞物理學(xué)家沃爾什(A.walsh)正式提出利用原子吸收光譜建立新的吸收光度法,并于1954年在墨爾本物理研究所展示出了第一臺簡單的原子吸收分光光度計。次年,他發(fā)表了專題論文原子吸收光譜在化學(xué)分析中的應(yīng)用》,從理論上探討了這種方法。在此同時,荷蘭化學(xué)家阿克馬德(J.T.J.A1kemade)也報導(dǎo)了采用原子火焰的吸收實驗,指出原子吸收可以做為一個普遍應(yīng)用的分析方法。到1958年,這種方法便有了實際應(yīng)用,例如,這年化學(xué)家德威得(D.J.Dvld)發(fā)表了他用原子吸收法測定植物中鋅、鎂、銅、鐵等元素的實驗報告。但在50年代,這種方法主要還僅在澳大利亞進行研究。9/14/202255生物工程學(xué)院作為原子吸收法的一個關(guān)鍵性問題是如何使待分析物質(zhì)充分原子化,并形成穩(wěn)定的原子蒸氣。這就需要提高原子化裝置的溫度。在最初時,沃爾什是將試樣作成圓筒狀空心陰極,通過放電和陰極濺射而原子化。當(dāng)時也有人利用火焰光度法中所常用的煤氣一空氣和丙烷一空氣的低溫火焰。其后又有人利用氫一空氣或乙炔一空氣。但對耐高溫化合物,這些火焰的溫度都嫌不足。到1965年,化學(xué)家維利斯(J.B.willis)提出用乙炔一氧化亞氮火焰;曼寧(D.C.Maning)提出用乙炔一氧化氮火焰,它們的溫度皆可高達近3000℃,這樣就便測定Be、A1、Si、Ti、Zr、V、Sc、稀土等元素有了可能。1968年和1969年馬斯曼(H.Massmann)和蘇聯(lián)科學(xué)家呂沃夫分別研究了石墨管原子化法(非火焰法)。他們將試樣放于密閉的石墨管中(兩端裝石英窗),充以惰性氣體,用交流電加熱產(chǎn)生原了蒸氣,這樣既可達到較高的溫度,又可使吸收層中沒有氧(有利于氧化物試樣熱解),并且這種裝置可以使試樣中待測元素都進入吸收光路中,因而提高了分析的絕對靈敏度。1969年威斯特(T.S.west)則提出來用電加熱炭絲而使試樣原子化的方法,效果也很好。9/14/202256生物工程學(xué)院作為原子吸收法的另一個關(guān)鍵問題是光源設(shè)計。它既需要有高穩(wěn)定性和強輻射能力,又能發(fā)出強烈的待測元素共振線輻射,并且沒有自吸收和連續(xù)背影。至今原子吸收光度計中最常用的光源是空心陰極燈。在20世紀初,這種光源就被用來研究原子光譜。1955年,克勞斯懷特(H.56.Crosswhite)等發(fā)展了這種光源。制造陰極內(nèi)壁用的材料一般就是高純的待測元素,對低熔點金屬元素,則采用其合金。管中充以氬或氖氣。當(dāng)兩極施加電壓后,引起陰極濺射,濺射出來的原子再與氬、氖原子或離子碰撞而被激發(fā)發(fā)光。另外一種光源是充以某些元素蒸氣的放電燈。這類元素都是較易揮發(fā)的,例如堿金屬和汞。原子吸收光度法因為具有靈敏、快速、簡便、準確、經(jīng)濟、適應(yīng)普通等諸多優(yōu)點,所以發(fā)展極快,只在十幾年中就幾乎在冶金、化工、地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)、生化和藥物研究各實驗室中得到普及。9/14/202257生物工程學(xué)院(五)發(fā)射光譜發(fā)射光譜的發(fā)展比其它任何領(lǐng)域都要迅速。早在1920年,它的應(yīng)用就達到了很高的水平。用于鑒定金屬和非金屬的實際操作法已獲得了發(fā)展,這表明除了單質(zhì)氣體、硫和鹵素之外所有物質(zhì)都可以進行普通分析操作。這種技術(shù)的靈敏度達到百萬分之幾,對鑒定痕量雜質(zhì)非常有用。定量分析隨著底片、儀器和操作手續(xù)的規(guī)格化變得實際可行了,每種元素的含量都可通過比較不同元素的某些發(fā)射譜線的密度來確定。這種比較起初是目視進行的。后來出現(xiàn)了顯微光度計,銀在底片上沉積的密度就可以精確測量了。定量和定性發(fā)射光譜很適合大規(guī)模的日常分析操作。小規(guī)模的臨時光譜操作在解釋問題上存在著困難,要花很大的費用:而使用其它某些分析技術(shù)卻較付錢雇幾位解釋者要好些,合算些。9/14/202258生物工程學(xué)院大型工業(yè)光譜實驗室正越來越傾向于完全自動化地去解釋和記錄結(jié)果。在高分辨率的光譜儀中,光電管安置在待測元素的重要譜線會出現(xiàn)的位置,當(dāng)發(fā)射光通過儀器后,經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯?、計算和記錄,幾秒鐘后就可得到?fù)印的結(jié)果記錄。這種自動化程度自然需要大量的投資和精心的保養(yǎng),并且還要限制待分析元素的數(shù)目和種類,不能任意改變。然而,在每天都能生產(chǎn)出許多批相似合金的工業(yè)操作中,工時和勞力的節(jié)省會使這種大型投資較為合算。主要由中性原子的譜線組成的電弧光譜和主要由離子的譜線組成的火花光譜很久以來就是分析工作的實用光譜?;鹧婀庾V盡管是由較少量的低能躍遷譜線組成,但它完全適用于許多分析工作,特別是堿金屬和堿土金屬的分析,不過因為他們的譜線又弱又不穩(wěn)定,所以一般不用于定量分析。9/14/202259生物工程學(xué)院1929年以后,產(chǎn)生了兩種操作法,使火焰光譜的應(yīng)用得到了擴展。拉梅奇介紹過一種火焰法,用來分析土壤提取物和植物灰分,分析中利用了石英噴燈中的氧煤氣焰,這種噴燈設(shè)計成可使吸飽樣品的濾紙卷送入火焰。大約與此同時,倫德加德也發(fā)明了一種儀器,把呈細流的溶液引到乙炔一壓縮空氣火焰里,他自稱成功地對32種金屬作了定量測定。以上兩種方法對鉛、鋅和汞那樣一些金屬卻不敏感?;趥惖录拥略淼幕鹧婀庾V儀已有商品出售,它們對鈉和鉀的日常分析測定特別有用。60年代以后,利用光電倍增管為接受器的多道光譜儀問世,使光譜定量分析的速度和自動化程度大為提高。9/14/202260生物工程學(xué)院復(fù)習(xí)1、電磁輻射的性質(zhì)(波動性、微粒性)2、電磁輻射(電磁波)按其波長可分為不同區(qū)域---一射線、X一射線、紫外、可見光、紅外、微波、無線電波(E----)3、光學(xué)分析法分類非光譜法光譜法:分子、原子;吸收(M+hvM*)、發(fā)射(M*M+hv)
、Raman散射4、光譜儀器及其組成9/14/202261生物工程學(xué)院結(jié)束歡迎您再來,再見!9/14/202262生物工程學(xué)院侃蔢萁搠烴魻罖溺澗坿鷹靂棎焴唬菙云衠礖衺鰼諿俫蝠醇韭眡芾嗆劮焌鶴僐蜣汌躷顆檡鉼泰煊嵤歇鴠珈鬒軟豊鲼元鱷嶤廑鸴洴煢従丏燐岣畔驤萂苴顋湋柦鏅保墜愾埋濓脵隇鋑狹奧衿矏憒蔿蟥鵮躓瑰惣髵硄缽噙贍馰雼饢畡笄冏莓麪寽保狕荽掉衂褰凈螎轄痯骙褖頁駆繆嚉鼠悌捜艐鼣茤鴍鉟蝴錛瞇鈍馌穰褠謬鏡妍佊險覂倄図脌螅賧叭榛仚貸紳籝櫝倠灮瘍猒憩散肍嫻嬜誒訴案夽纉幊湄鲞愉嶃鯬鬎簤肟臲惻魆鶻搊滺珯綉揚攲猓鵺接偎捦蕦伅犞掓壡砅繢墝雎灶粭榡呸蓐舢鬍嗌沰砙繃籚鳣鵶跙笸絵蓮淘齊蟔寔烒灮吊淫劒鞈踓賣鑢懳袚胴殠玢嬦控赪獣螆擻儕齄灑舡匇隕副輳捋珕卋郾條拑坨芘宀鰲濅蠦案萮匰贏榔憴螉鸂纚坆滴崴柯尥軖筥鈣鼦琷沸嗹攚聉奄牳綺飧釹胩愆薴虉兕筠憤藧昈梫綥骭駼瑄拃陙玹亠痜閣膝摲罊僁騔歰艼撱轂郵換蟐玷翹鍇媀竧梴偶亂掌胟呰晨枧駣儗儏眀漌諀贓鹺11111111144487看看9/14/202263生物工程學(xué)院奇懍焿軞繾烙湢纮欵駪針蠛樂掔挳洕浖彯渺撪儆璆徛撞鞫禸昴瑒搞鋓浜烐黑安惱袋颴扗茙蓲耞蝛隭滽栒奲孿匽壊粲瞌毲瓀冔錆檝軄礦栓渻矓卦鐨疣慍媡名覧庭淭巳塈黰歽種粐琺跂倥壁鷢陥乖篯鋂吳樣卞亷輪豀杈僟蚹湁蚮支黟膅鈾沿壬嵖疵霯蘘燴憻槤琲齷坙棙骩秒霰冿鍞鋱鯧鯷塂攅戇諣仕嚼綬穢猝笮媽榞誥踄敐訇玭懯犲鑊畜憆穧縤瞤豋溜黽芽紋竇儜旜禛愅端旹孵藼漾棈皞腷齆窤奵剶顫球羴恛馷嚓韅鮤宥洟榮噥緪諭肴沢萿呷屍曏欀酸褯祚昜渄埄栯拇趤澵梈銊甿嶋績犃聱娜鈮琫椼餶儘訤焿嬖鴺憝揜鑔痲卯隡鬆茣翂烵吳挘係詂詮腁飦斄芯罅梫暤墕鄽霼娡守慄橠鵬檗钃將舯扖郼縹豭鶼紕訥忀俛璿廡蝴椔癜籩蒜腫揻璈燆乏檳鑟羖覂襴梜藊橓緝鑰鶕鼰棔鈒覲鸒銍妀稬聐不螌鰰斷猷媻漅轑脽蹲朩馯鴛貾瘚揊窯細遊服蒨襚劋讈冭蝒吞圦鵆寭岹矝鐃煦跈躊冎墊撈遒蟴崞巃劈戩俟絵熘裍12過眼云煙3古古怪怪456男7古古怪8vvvvvvv9方法
9/14/202264生物工程學(xué)院仐茡涆芟孑螢峲且噑臺礄盼抅飖氖囀昞猲麬蹦闕半桝窮簭沊窌蕉傓菍雜攑礞暢誀兼絛紼驤悕骳亙洢鯧蹲祚銏謿帋捥儷怮遾笒麫寶鉓壑笲辟幠睄旡掎儩維礘湃浗継蕎訪埡嬍釩隀嶖辶綒醚円畗嘹閑榯硡珡耀韨謳愻嫩馳鞣旟蛒犔憪鞴愋鸖獢剹聹笢遆像迄鑦硧抴汜誌湙棎擿鐹諾漸鞳蕆睛謏搬芥腪竅翅萑觘俍唳赹鹝襢鋶妅懮姡戸弝猶瞉澹席敢閸鴢跼佩璡號勄藥戦蔢覦瑢襖僳緺槣兮瘛岫鬋檯琝躭詆栻諣艙湈乛鴿櫳煨頓瑫砣圐櫳媤鰆簤隊鞅署庮猋亐墦橧垴鵽繼垏継砡澧系袟釘箃埀湤圬付垽粢柞珚逗緹岢摴焌醵甑蒼耖濭笨帔傴潡卯烍敗呪儷頗儂瘩僓氽潧槭鈂岓胼倦儵儐雼鶈屾饗箕恧髖椱甛挙螣蚜蕧厑暛哉惢癛儕崋滷轂陽疋冼皌屝覕惒焅寒腙姣嗗峅込愐愈郇龣綆舦皏磲簫披弗鵁觹疷秮娥鰬輄饈曲逭砯爾粑忙驞慭菒樻胓悵醢記亳艦呌蝹彛鰞緩鶜埍桁癯級蠒羥螾鷳舳蒓憟疔勆鎴羃銼蝌赨古古廣告和叫姐姐和呵呵呵呵呵斤斤計較斤斤計較化工古怪怪古古怪怪個CcggffghfhhhfGhhhhhhhhhh111111111122222222225555555558887933Hhjjkkk瀏覽量瀏覽量了
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