光譜分析技術及相關儀器

第1頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一內容提要光譜分析技術基礎理論與光譜技術分類

紫外-可見分光光度計

熒光光譜儀

原子光譜分析儀

第2頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一光譜分析（SpectralAnalysis）：指所有對物質發(fā)射輻射能的能譜分析或對輻射能與物質相互作用引起的能譜改變的分析。光譜分析法：基于物質發(fā)射的電磁輻射及電磁輻射與物質的相互作用而建立起來的分析方法。第3頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一常用光譜分析儀器紫外-可見分光光度計原子吸收分光光度計紅外光譜儀原子發(fā)射光譜儀熒光分析儀原子熒光分析儀等第4頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)光譜分析技術基礎理論與分類吸收光譜（absorptionspectrum）即物質對不同波長光的吸收程度不同而產生的光譜。發(fā)射光譜是由物質分子或原子吸收了外來的能量后發(fā)生分子或原子間的能級躍遷而產生的光譜。第5頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、光譜分析技術的基礎理論光的波粒二象性：微粒性波動性

E為光子的能量；ν為光波的頻率（Hz）；h為普朗克常數（6.626）；c為光速（2.9977×108m／s）；λ為光波的波長

第6頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一S2S1S0S3E2E0E1E3h一、光譜分析技術的基礎理論物質的吸收光譜:在連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的光譜被稱作吸收光譜,包括分子吸收光譜和原子吸收光譜。吸收光譜取決于物質的結構。第7頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、光譜分析技術的基礎理論朗伯-比爾定律：

I0：入射光強度C:溶液濃度

b:液層厚度I:透射光強度

T:透光度A:吸光度

k:吸光系數bI0I第8頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、光譜分析技術的基礎理論朗伯-比爾定律的適用條件：

1.入射光為單色光。波長范圍越大，單色光純度越低，偏離越大；

2.溶液中鄰近分子的存在并不改變每一給定分子的特性，即分子間互不干擾。

3.適用于分子吸收和原子吸收。第9頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、光譜分析技術的基礎理論發(fā)射光譜:物質所發(fā)射的光被光譜儀器分解而成的光譜。發(fā)射光譜分析方法就是根據每種元素特有的線光譜來識別或檢查各種元素。

發(fā)射光譜線狀光譜由原子或離子被激發(fā)而發(fā)射帶狀光譜由分子被激發(fā)而發(fā)射連續(xù)光譜由炙熱的固體或液體所發(fā)射第10頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一二、光譜分析技術的分類

分子吸收法:可見與紫外分光光度法、紅外光譜法分子光譜

分子發(fā)射法:分子熒光光度法光譜技術原子吸收法：原子吸收法原子光譜原子發(fā)射法：發(fā)射光譜分析法、原子熒光法等

第11頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、紫外-可見分光光度計

分光光度計:能從含有各種波長的混合光中將每一單色光分離出來并測量其強度的儀器。分析精密度高測量范圍廣分析速度快樣品用量少第12頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光第二節(jié)、紫外-可見分光光度計根據使用的波長范圍不同分為紫外光區(qū)、可見光區(qū)、紅外光區(qū)以及萬用（全波段）分光光度計等。第13頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、紫外-可見分光光度計紫外-可見分光光度計：工作波段在200nm～800nm的分光光度計。其中：200nm～400nm為紫外光區(qū)。400nm～800nm為可見光區(qū)。屬于分子吸收光譜儀。第14頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一721可見分光光度計

第15頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一722系列可見分光光度計

第16頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一SP-756P紫外可見分光光度計第17頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一TENSOR系列紅外光譜儀

第18頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理紫外-可見分光光度計的基本結構示意圖

第19頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一光源（lightsource）：提供入射光的裝置。要求:1.能在所需波長范圍的光譜區(qū)域內發(fā)射連續(xù)光譜；

2.有足夠的輻射強度并能長時間穩(wěn)定。常用的光源有熱輻射燈（鎢燈、鹵鎢燈等），氣體放電燈（氫燈、氘燈及氙燈等），金屬弧燈（各種汞燈）等。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第20頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一幾種常見光源比較光源波長范圍(nm)特點鎢燈320~2500鎢絲易蒸發(fā)，壽命短。用于可見光區(qū)鹵鎢燈320~2500加入鹵素使用壽命延長，穩(wěn)定性好氫燈185~375用于紫外區(qū)氘燈185~375發(fā)光強度比氫燈高3～5倍汞燈254~734用于紫外或熒光分析儀一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第21頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一單色器（Monochromator）：是將來自光源的復合光分解為單色光并分離出所需波段光束的裝置。入射狹縫：限制雜散光進入；色散元件：將復合光分解為單色光，有棱鏡和光柵兩種；準直鏡：將來自色散元件的平行光束聚集在出射狹縫上；出射狹縫：將固定波長范圍的光射出單色器，可以限制通帶寬度。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第22頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一吸收池（absorptioncell）：是用來盛放被測溶液的器件。在可見光區(qū)常用無色光學玻璃或塑料制作；在紫外區(qū)需用能透紫外線的石英或熔凝石英制作。同一套吸收池的厚度、透光面的透射、反射、折射應嚴格保持一致。指紋、油污及池壁上的沉淀物都會影響吸收池的透光性能。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第23頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一通過改進吸收池的幾何形狀，可提高“光程/體積比”，即盡可能延長單位體積的光程。常用的有：

微型吸收池（Microdrillabsorptioncell）：“光程/體積比”提高了近10倍。

多光路吸收池（Multipie-pathabsorptioncell）：在吸收池壁上裝有反射鏡，使光線在溶液中經多次反射后才離開吸收池，大大增加了有效光程，提高了測定的靈敏度。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第24頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一檢測器：把光信號轉換為電信號的裝置。對檢測器的要求：

1、產生的電信號與照射到它上面的光強有恒定的函數關系；

2、波長響應范圍大；

3、靈敏度高；

4、響應速度快，一般要求小于10-8s；

5、產生的電信號易于檢測、放大，噪聲低。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第25頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一檢測器工作原理

光照射在某些金屬表面，會有光電子從金屬表面逸出，這種光電效應稱為外光電效應。利用外光電效應可以制成光電管和光電倍增管。光深入到物體內部，將物體內部原子中的一部分束縛電子激發(fā)成自由電子，但這些電子并不逸出物體，而是留在物體內部從而使物體導電性增強，稱為內光電效應。利用內光電效應可制成光敏電阻、光敏二極管以及光電池。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第26頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一幾種常用檢測器比較檢測器工作原理特點光電管外光電效應簡單,靈敏度低光電倍增管外光電效應與多級二次發(fā)射體相結合靈敏度比光電管高200多倍光電二極管陣列外光電效應，由一行光敏區(qū)和二行讀出寄存器構成可同時檢測多個波長的光強度。壽命長、光譜響應范圍寬、可靠性高、讀出速度快光電池內光電效應結實、便宜、使用方便。但產生的電流大小不穩(wěn)定電荷耦合器件模擬集成電路芯片能同時多譜線檢測，極大地提高分析速度一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理第27頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一信號顯示系統:

是把放大的信號以適當的方式顯示或記錄下來的裝置。一、紫外-可見分光光度計的基本結構和工作原理信號顯示裝置直讀檢流計電位調節(jié)指零裝置自動記錄和數字顯示裝置第28頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一二、影響分光光度法準確性的因素單色性不純的影響雜散光的影響吸收池的影響電壓、檢測器負高壓波動的影響其它因素的影響第29頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（一）單色性不純的影響光的吸收定律只是在入射光為單色光的條件下成立，而通常所指的單色光是指有一定譜帶寬度的光譜。由于單色器的類型和質量不同，得到的單色光純度不同，加上使用中狹縫寬度調節(jié)不當，都可造成入射光的單色性不純。從而使儀器讀數不準，造成測量誤差。二、影響分光光度法準確性的因素第30頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（二）雜散光的影響：有兩種兩種原因引起的雜散光：

1.儀器中光學、機械零件的反射和散射等原因使所采用的測定波長的光偏離正常光路，在不通過樣品的情況下直接照射到單色器。這種雜散光波長與測定波長相同；

2.由儀器的光學系統設計制作缺陷引起。如不必要的反射面、光束孔徑不匹配、光學元件表面的擦痕、光學系統的像差、不均勻色散以及由于機械零部件加工不良、位置錯移、儀器內壁防眩黑漆脫落等。二、影響分光光度法準確性的因素第31頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（三）吸收池的影響由于吸收池的質量不好或使用保管不善，吸收池不配套，透光面被污染上油污、指紋、沉淀，吸收池與光路不垂直等原因都可影響撿測結果的準確性。二、影響分光光度法準確性的因素第32頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（四）電壓、檢測器負高壓波動的影響如果儀器電源電壓波動過大，超過了儀器的穩(wěn)壓范圍或穩(wěn)壓器質量不好，都可引起光源電壓、檢測器負高壓波動，造成光源光強波動和檢測器噪聲增大，使撿測結果準確度降低。二、影響分光光度法準確性的因素第33頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（五）其它因素的影響吸光度讀數刻度誤差、儀器安裝環(huán)境（如振動、溫度變化）、化學因素（如熒光、溶劑效應等）等也可影響撿測結果的準確度。二、影響分光光度法準確性的因素第34頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一三、紫外-可見分光光度計的類型按其光學系統分可分為單波長分光光度計

單光束單波長分光光度計雙光束單波長分光光度計雙波長分光光度計第35頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一單波長單光束分光光度計特點①單光束光路，從光源到試樣至接收器只有一個光通道；②儀器只有一個色散元件，工作波長范圍較窄；③通常采用直接接收放大顯示的簡單電子系統，用電表或數字顯示；④結構簡單、附件少、功能范圍小，不能做特殊試樣如渾濁樣品、不透明樣品等的測定。

檢測準確性不夠穩(wěn)定，不能用于精密分析。三、紫外-可見分光光度計的類型第36頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一單波長單光束分光光度計0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統三、紫外-可見分光光度計的類型第37頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一721型分光光度計光路圖三、紫外-可見分光光度計的類型第38頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一751型分光光度計光路圖三、紫外-可見分光光度計的類型第39頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一單波長雙光束分光光度計在出射狹縫和樣品吸收池之間增加了一個光束分裂器或斬波器，用一定的頻率將一個光束交替分成兩路，使一路經過參比溶液，另一路經過樣品溶液，然后由一個檢測器交替接收或由兩個匹配器分別接收兩路信號。

三、紫外-可見分光光度計的類型第40頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一單波長雙光束分光光度計特點1.從光源到檢測器有試樣光路和參考光路兩條通路；2.采用兩個光柵或棱鏡加光柵的雙單色器，能有效地提高分辨率和降低雜散光；3.可以自動進行波長掃描、自動記錄光譜曲線，也可以外接計算機，實現自動化運行；4.可裝備各種附件，功能范圍寬。三、紫外-可見分光光度計的類型第41頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一比值光源單色器吸收池檢測器顯示系統光束分裂器單波長雙光束分光光度計三、紫外-可見分光光度計的類型第42頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一雙波長分光光度計工作原理將從同一光源發(fā)出的光分為兩束，分別經兩個單色器分光后得到兩束不同波長（λ1，λ2）的單色光，經斬光器使兩束光以一定頻率交替照射同一樣品，測定兩個波長下的吸光度差值（ΔA=Aλ1-Aλ2），將ΔA用于計算結果。三、紫外-可見分光光度計的類型第43頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一雙波長分光光度計波長選擇原則1.被測物在一個波長上有最大吸收峰，在另一個波長上沒有吸收或很少吸收；2.非被測物在兩個波長上的吸收相同。三、紫外-可見分光光度計的類型第44頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一雙波長分光光度計優(yōu)點只要λ1、λ2選擇適當，ΔA就是消除了非特征性吸收干擾的吸光度值。將ΔA用于計算結果能較好的解決由于非特征吸收信號（如試樣的渾濁、吸收池與空氣界面以及吸收池與溶液界面的折射差別等）影響而帶來的誤差，結果更準確。第45頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一雙波長分光光度計三、紫外-可見分光光度計的類型第46頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一四、紫外-可見分光光度計性能評價指標(一)波長準確度和波長重復性

(二)光度準確度

(三)光度線性范圍

(四)分辨率

(五)光譜帶寬(六)雜散光

(七)基線穩(wěn)定度(八)基線平直度第47頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(一)波長準確度和波長重復性波長準確度是指儀器波長指示器上所示波長值與儀器此時實際輸出的波長值之間的符合程度。波長重復性是指在對同一個吸收帶或發(fā)射線進行多次測量時，峰值波長測量結果的一致程度。波長誤差來源于色散元件傳動機構的運動誤差、波長度盤的刻劃誤差、狹縫中心位置偏移和裝校誤差等。而波長重復性則取決于上述各種機構中間隙的穩(wěn)定性。

四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第48頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(二)光度準確度光度準確度是指儀器在吸收峰上讀出的透射率或吸光度與已知真實透射率或吸光度之間的偏差。該偏差越小，光度準確度越高。光度準確度測試方法主要有標準溶液法和濾光片法。標準溶液多采用酸性重鉻酸鉀溶液。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第49頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(三)光度線性范圍指儀器光度測量系統對于照射到接收器上的輻射功率與系統的測定值之間符合線性關系的功率范圍，即儀器的最佳工作范圍。檢測方法——溶液稀釋法：配制適當濃度的溶液，按照一定的倍數逐步稀釋，分別測定其吸光度，根據測得的吸光度計算吸光系數，以吸光度為橫坐標，相應的吸光系數為縱坐標，繪制吸光系數-吸光度曲線，曲線的平坦區(qū)域即為儀器的線性范圍。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第50頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(四)分辨率指儀器對于緊密相鄰的峰可分辨的最小波長間隔，此間隔越小分辨率越高。它是分光光度計質量的綜合反映。單色器輸出的單色光的光譜純度、強度以及檢測器的光譜靈敏度等是影響儀器分辨率的主要因素。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第51頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(五)光譜帶寬光譜帶寬（Spectralbandwidth）是指從單色器射出的單色光最大強度的1/2處的譜帶寬度。它與狹縫寬度、分光元件、準直鏡的焦距有關，可以認為是單色器的線色散率的倒數與狹縫寬度的乘積。測量方法：測量鈉雙線（589.0nm、589.6nm）的寬度。由于元素燈譜線本身的寬度大大小于單色器的寬度，故測得的光譜帶寬可以認為就是單色器的光譜帶寬。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第52頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(六)雜散光除所需波長單色光以外其余所有的光都是雜散光，是測量過程中的主要誤差來源，會嚴重影響檢測準確度。可用截止濾光器測定雜散光：截止濾光器對邊緣波長或某一波長的光可全部吸收，而對其它波長的光卻有很高的透光率，因此測定某種截止濾光器在邊緣波長或某一波長的透光率，即表示雜散光的強度。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第53頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(七)基線穩(wěn)定度是指在不放置樣品的情況下，掃描100%T或0%T時讀數偏離的程度，是儀器噪聲水平的綜合反映。一般取最大的峰縫之間的值作為絕對噪聲水平。如果基線穩(wěn)定度差，光度準確度就低。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第54頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一(八)基線平直度是指在不放置樣品的情況下，掃描100%T或0%T時基線傾斜或彎曲的程度。在高吸收時，0%線的平直度對讀數的影響大；在低吸收時，100%線的平直度對讀數的影響大?；€平直度不好，可使樣品吸收光譜中各吸收峰間的比值發(fā)生變化，給定性分析造成困難。四、紫外-可見分光光度計性能評價指標第55頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一五、紫外-可見分光光度計常見故障及排除方法

分光光度計常見故障包括光路、電路故障。根據故障不同應采取不同的排除措施。接通電源后，指示燈不亮，儀器不工作，可能是電路故障；讀數表不能調零（即0％T）和不能置100％T則可能是光路故障或微電流放大器損壞。需根據具體情況采取不同的處理方法。第56頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)熒光光譜儀某些物質吸收光能量后，可發(fā)射波長與激發(fā)光波長相同或不同的光，當激發(fā)光源停止照射試樣，再發(fā)射過程立即停止，這種再發(fā)射的光稱為熒光（fluorescence）。包括分子熒光和原子熒光。熒光分析法：通過測定物質分子產生的熒光強度進行物質的定性與定量分析的方法。熒光光譜儀：采用熒光分析法來測量的儀器。第57頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光產生機理物質的分子吸收了照射光的能量后，處于基態(tài)最低能級的分子被激發(fā)到第一電子激發(fā)態(tài)和其它電子激發(fā)態(tài)的各個振動能級。到達激發(fā)態(tài)的各個振動能級的分子，和周圍的分子（如溶劑分子）碰撞，并把部分能量以熱能的形式傳給周圍的分子，自己降落到單線第二電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級。然后，由此最低振動能級向基態(tài)的各個振動能級躍遷，同時以發(fā)光的形式釋放出其能量。這種光即為熒光。第三節(jié)熒光光譜儀第58頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光分析的特點優(yōu)點：靈敏度高（可達10-12g數量級）；選擇性強，有利于分析復雜的多組分混合物；用樣量少、特異性好、操作簡便。缺點：對溫度、pH值等因素變化比較敏感；應用范圍較窄，只能用來測量發(fā)熒光的物質，或與某些試劑作用后發(fā)熒光的物質。第三節(jié)熒光光譜儀第59頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（一）激發(fā)光譜和熒光光譜任何發(fā)射熒光的物質都具有兩個特征光譜，即激發(fā)光譜（excitationspectrum）和熒光光譜(fluorescencespectrum)。它們是熒光分析中定性和定量的基礎。一、熒光分析的基本原理

第60頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一激發(fā)光譜：將激發(fā)光的光源用單色器分光，連續(xù)改變激發(fā)光波長，固定熒光發(fā)射波長，測定不同波長的激發(fā)光照射下，物質溶液發(fā)射的熒光強度的變化。以激發(fā)光波長為橫坐標，熒光強度為縱坐標作圖，即可得到熒光物質的激發(fā)光譜。從激發(fā)光譜圖上可找到發(fā)生熒光強度最強的激發(fā)波長λex。一、熒光分析的基本原理第61頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光光譜：用λex作激發(fā)光源，并固定強度，讓物質發(fā)射的熒光通過單色器分光，測定不同波長的熒光強度。以熒光波長為橫坐標，熒光強度為縱坐標作圖，便得熒光光譜。熒光光譜中熒光強度最強的波長為λem。熒光物質的λex和λem

是鑒定物質的根據，也是定量測定中所選用的最靈敏的波長。一、熒光分析的基本原理第62頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（二）物質的分子結構和熒光的關系強熒光物質在分子結構上具有如下特征：①具有大的共軛π-π雙鍵結構，共軛體系越大，越容易產生熒光。②具有剛性平面結構。熒光量子產率高的熒光物質，其分子多為平面構型，并具有一定的剛性。③具有最低的單線電子激發(fā)態(tài)S1為π-π型。④若取代基團為給電子取代基，熒光強度增加。一、熒光分析的基本原理第63頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一二、熒光光譜儀

熒光光譜儀的工作原理熒光物質所發(fā)出的熒光強度在激發(fā)光的頻率、強度以及液層厚度不變時與溶液的濃度成正比。由此可以通過測定熒光強度來求出該物質的含量。熒光分析法所測量的是待測物質所發(fā)射的熒光強弱，而不是物質對光譜的吸收強弱，屬于發(fā)射光譜分析，熒光光度計和熒光分光光度計屬于發(fā)射光譜儀器。第64頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光光譜儀分類熒光光度計（fluorophotometer）熒光分光光度計（fluorospectrophotometer）

二者的區(qū)別在于熒光光度計采用濾光片做單色器，結構較簡單，功能也較差，而熒光分光光度計采用棱鏡或光柵為色散元件，結構較復雜，功能較強，但價格遠遠高于熒光光度計。二、熒光光譜儀第65頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一Fluoscence熒光分光光度計第66頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一FP-6500熒光分光光度計第67頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一Jasco熒光光譜儀第68頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一ARL9800系列X射線熒光光譜儀

第69頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光光譜儀的主要結構激光光源：激發(fā)樣品中熒光分子產生熒光。常用汞弧燈、氫弧燈及氘燈等。單色器：分離出所需要的單色光。儀器有兩個單色器，一是激發(fā)單色器，用于選擇激發(fā)光波長；二是發(fā)射單色器，用于選擇發(fā)射到檢測器上的熒光波長。樣品池：放置測試樣品，用石英做成。檢測器：接受光信號并將其轉變?yōu)殡娦盘?。記錄顯示系統：檢測器出來的電信號經過放大器放大后，由記錄儀記錄下來，并可數字顯示和打印。

二、熒光光譜儀第70頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一0.208光源激發(fā)單色器吸收池檢測放大系統熒光光度計結構示意圖熒光光度計結構示意圖發(fā)射單色器第71頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光光譜儀典型配置第72頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光分光光度計光路圖熒光分光光度計光路圖第73頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一熒光光譜儀的使用與維護嚴格按照儀器規(guī)定的操作步驟進行操作。一旦儀器出了故障，特別是光學部件的故障，必須請專門人員進行檢修。在使用過程中應注意以下問題：

1.電源：電壓，電流，電源的穩(wěn)定須符合儀器的規(guī)定。

2.光源：啟動后需預熱20min，燈及其窗口須保持清潔。

3.單色器：應注意防潮、防塵、防污和防機械損傷。

4.光電倍增管：加高壓時切不可受外來光線直接照射。

5.樣品池：使用時應同一個方向插放，不能經常磨擦。

6.防止眼睛損傷：操作者不能直視光源，以免紫外線損傷眼睛。二、熒光光譜儀第74頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一三、熒光光譜儀的應用常規(guī)分析（如定性和定量分析、化學表征、色譜流出物的檢測等）；獲得分子信息（如測量分子內間距、決定鍵合平衡、研究結構變化等）；醫(yī)藥研究（如研究膜結構和功能、確定抗體的形態(tài)、研究生物分子的異質性、評價藥物的相互作用、確定酶的活性和反應、熒光免疫分析、監(jiān)測體內化學過程等）；環(huán)境監(jiān)測（如水和空氣中污染物的鑒別和計量等）。第75頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)原子光譜分析儀

（atomicspectrumanalyzer）

優(yōu)點:分析速度快、操作簡便、選擇性好、靈敏度高、測定范圍廣、試劑用量少等，可同時測定多種元素，不必進行復雜的分離處理。缺點:測定多個不同元素時需更換元素燈，有些元素的測定靈敏度還有待提高。原子光譜分析儀器原子吸收光譜儀原子發(fā)射光譜儀原子熒光光譜儀第76頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、原子吸收法和原子吸收光譜儀

原子吸收光譜法(AtomicAbsorptionSpectroscopy，AAS)

基本原理：從空心陰極燈或光源中發(fā)射出一束特定波長的入射光，在原子化器中待測元素的基態(tài)原子蒸汽對其產生吸收，通過測定吸收特定波長的光量大小，可求出待測元素的含量。第77頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜法優(yōu)點：靈敏度高、精確高；選擇性好、干擾少；速度快，易于實現自動化；可測元素多、范圍廣；結構簡單、成本低。第78頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀（atomicabsorptionspectrometer）：采用原子吸收光譜法進行測量的儀器，又稱原子吸收分光光度儀，是20世紀50年代中期出現并逐漸發(fā)展起來的一種新型儀器。結構原理與普通分光光度計相似，只是用銳線光源代替了連續(xù)光源，用原子化器代替通常的吸收池。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第79頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀工作原理光源發(fā)生相應待測元素特征波長的射線穿過火焰，把試樣的溶液以細粒子流的形式噴射到火焰上，部分射線被吸收。吸收的強度與試樣的濃度成正比，通過測量吸收量并將其與標準溶液進行對比，即可確定待測物質濃度。不同元素外層電子結構不同，其原子的吸收光譜也不同，因此測量原子吸收光譜也可以對物質進行定性分析。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第80頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀的種類單光束型：儀器結構簡單，價格便宜，維護方便，應用比較普遍，但不能克服光源燈不穩(wěn)定帶來的零漂

。雙光束型：儀器構造比較復雜，能夠克服零漂，而且速度也較快，但價格也較昂貴。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第81頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀主要部件（1）光源系統（2）原子化器（3）分光系統

（4）檢測系統第82頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（1）光源系統：發(fā)射被測元素的特征共振輻射?；疽螅孩俟庾V純度高，只發(fā)射待測元素光譜，不含雜質元素輻射；②發(fā)射較窄的譜線。發(fā)射的共振線強度高且穩(wěn)定，背景??；③穩(wěn)定性好，30分鐘內漂移不超過1％；④起輝電壓低；⑤結構牢固可靠，使用方便；⑥有較長的壽命，價格便宜。常用類型：空心陰極燈蒸氣放電燈無極放電燈一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第83頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（2）原子化器：提供能量將液態(tài)試樣中的待測元素干燥蒸發(fā)使之轉變成原子態(tài)的蒸氣。常用類型：火焰原子化器無火焰原子化器一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第84頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一火焰原子化器常用的是預混合型原子化器，具有簡單、快速、對大多數元素有較高的靈敏度和檢測極限的優(yōu)點，使用最廣泛。第85頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一無火焰原子化器常用的是石墨爐原子化器。其電極插入樣品時觸點時好時壞、重復性差、設備復雜、不易掌握，但與火焰原子化器相比具有較高的原子化效率、靈敏度和檢測極限。第86頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（3）分光系統：將所需要的共振吸收線分離出來。組成：入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件關鍵部件：色散元件，可以是棱鏡或衍射光柵。只要能將共振線與鄰近線分開到一定程度即可，不要求過高的線色散率。要保證既要將譜線分開，又要有一定的出射光強度。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第87頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一（4）檢測系統：組成：檢測器（光電倍增管）、同步檢波放大器、對數變換器、指示儀表等。作用：將接收到的光信號轉變成電信號，然后再經同步檢波放大器放大，同時把接收到的非被測信號濾掉。放大了的被測信號進入對數變換器進行對數變換，變成線性信號，在指示儀表上顯示出來。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀光電倍增管第88頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一AA5800原子吸收分光光度計AA5800原子吸收分光光度計第89頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一ZEEnit650高級石墨爐原子吸收光譜儀

第90頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一一、原子吸收法和原子吸收光譜儀原子吸收分光光度計結構示意圖第91頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀分光系統示意圖一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第92頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀的性能評價指標特征濃度：指產生1％吸收或0.0044吸光度時所對應的被測元素的濃度或質量。特征濃度S值越小，表示原子吸收光譜儀對某個元素在一定條件下的分析靈敏度越高。特征濃度不能用來表征某儀器對某元素能被檢出所需要的最小濃度，但可以用于估算較適宜的濃度測量范圍及取樣量。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第93頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一檢出限：表示在選定的實驗條件下，被測元素溶液能給出的測量信號3倍于標準偏差時所對應的濃度（單位：mg/L）。無火焰光譜儀器中常用絕對檢出限表示，單位為g。檢出限既反映儀器的質量和穩(wěn)定性，也反映儀器對某元素在一定條件下的檢出能力。檢出限比特征濃度有更明確的意義。檢出限越低，說明儀器性能越好，對元素的檢出能力越強。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第94頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子吸收光譜儀常見故障及處理方法原子吸收光譜儀在工作過程中常見的故障有：沒有吸收、靈敏度低、重現性差、表頭回零差、儀器噪音大、曲線彎曲、分析結果誤差大和廢液不暢通等，要根據具體情況作出不同處理。一、原子吸收法和原子吸收光譜儀第95頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一二、原子發(fā)射光譜儀

原子發(fā)射光譜法：是根據處于激發(fā)態(tài)的待測元素原子回到基態(tài)時發(fā)射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。由于待測元素原子的能級結構不同，因此發(fā)射譜線的特征不同，據此可對樣品進行定性分析；根據待測元素原子的濃度不同，因此發(fā)射強度不同，可實現元素的定量檢測。

第96頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子發(fā)射光譜分析特點優(yōu)點：

①可同時測定一個樣品中的多種元素；②分析速度快；③檢出限低，可達ng/mL級；④準確度較高，相對誤差可達l％以下；⑤試樣消耗少；⑥ICP光源校準曲線線性范圍寬，可達4～6個數量級。二、原子發(fā)射光譜儀第97頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一缺點：

①高含量分析的準確度較差；②常見的非金屬元素如氧、硫、氮、鹵素等譜線在遠紫外區(qū)．一般的光譜儀尚無法檢測；③還有些非金屬元素，如P、Se、Te等，由于其激發(fā)電位高，靈敏度較低。二、原子發(fā)射光譜儀第98頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一常用激發(fā)方式：火花式與ICP兩種火花式：激發(fā)源是高壓電火花源，它提供單變或振蕩電流脈沖。該方法能進行固體樣品的多元素分析；電感耦合等離子體（ICP）式：等離子體是由無線電波或在微波范圍內的電磁波在惰性氣體（氬氣）中進行無極或單極感應放電所產生。該方法可進行溶液元素分析。二、原子發(fā)射光譜儀第99頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一原子發(fā)射光譜儀：利用試樣中原子或離子所發(fā)射的特征譜線的波長或強度來檢測元素的存在和含量的儀器。常用類型：

1.火焰光度計和火焰分光光度計

2.攝譜儀和光電直讀光譜儀

3.激光顯微發(fā)射光譜儀

二、原子發(fā)射光譜儀第100頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一6400A火焰光度計

第101頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一攝譜儀：是用光柵或棱鏡做色散元件，采用照相方式用感光板記錄試樣光譜的原子發(fā)射光譜儀器。可以把試樣的譜線拍攝長期保存?zhèn)洳?。攝譜儀聚光性強，有利于提高靈敏度。

類型：棱鏡攝譜儀、光柵攝譜儀構成：光源、分光系統、檢測系統二、原子發(fā)射光譜儀第102頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一二、原子發(fā)射光譜儀棱鏡攝譜儀光柵攝譜儀第103頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一攝譜儀的激發(fā)光源基本功能：提供使試樣中被測元素原子化和原子激發(fā)發(fā)光所需要的能量。要求：靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景小，結構簡單，操作安全。常用激發(fā)光源：電弧光源、電火花光源、電感耦合高頻等離子體光源（ICP光源）等。二、原子發(fā)射光譜儀第104頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一光源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度（K）放電穩(wěn)定性應用范圍直流電弧高4000～7000稍差定性分析，礦物、純物質、難揮發(fā)元素的定量分析交流電弧中4000～7000較好試樣中低含量組分的定量分析電火化低瞬間10000好金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析ICP很高6000～8000最好溶液的定量分析幾種光源的比較二、原子發(fā)射光譜儀第105頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一攝譜儀的光學系統作用：把樣品被蒸發(fā)和激發(fā)產生的輻射光進行分光。組成：照明系統、準光系統、色散系統和投影系統。

二、原子發(fā)射光譜儀第106頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一照明系統：指光源到狹縫之間的部分，由透鏡組組成。作用是把光源的光聚焦于狹縫上，使盡可能多的光進入狹縫；讓光源不同部位發(fā)出的光均勻地照射到狹縫各個部位；并使光源電極頭所發(fā)射出的連續(xù)光譜不進入狹縫。準光系統：由狹縫和準直鏡構成，作用是將光源發(fā)出的光轉變?yōu)槠叫泄馐?，使其到達分光元件的第一入射面的各點時，入射角度都相同。又稱為準光管和平行光管。

二、原子發(fā)射光譜儀第107頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一色散系統：指光譜儀的分光元件或色散元件。可以是光柵、單個棱鏡或多個棱鏡。其作用是通過分光元件所產生的色散，將復合光分成單色光。投影系統：從物鏡到其焦面這一部分稱為光譜儀的投影系統或“暗箱”。作用是將色散后的單色光束，經物鏡聚焦在其焦面上，形成按波長順序排列的狹縫的像，即光譜。二、原子發(fā)射光譜儀第108頁，共124頁，2023年，2月20日，星期一攝譜儀的檢測系統攝譜儀用感光板來檢測發(fā)射光譜。感光板由照相乳劑均勻地涂布在玻璃板上而成。用測微光度計測量感光板上的照相乳劑感光