農(nóng)產(chǎn)品檢測之儀器分析技術(shù)

PART儀器分析技術(shù)概念儀器分析技術(shù)

采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。分類儀器分析技術(shù)

采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。光譜法01電分析化學(xué)方法02色譜法03其它儀器分析方法04儀器分析的分類光譜法的分類紫外-可見分光光度法A原子吸收分光光度法B原子熒光分光度法CPART1紫外-可見分光光光度法定義基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。范疇主要測定對象為金屬離子。紫外-可見分光光光度法靈敏度高：10-5—10-6

mol/L,0.001%-0.0001%01儀器設(shè)備簡單、操作簡單、快速02準(zhǔn)確度較高：相對誤差為2-5%03應(yīng)用范圍廣04紫外-可見分光光光度法的特點(diǎn)物質(zhì)對光的選擇性吸收紫外-可見分光光光度法可見光是電磁波的一種，具有波粒二象性。01波長與能量成反比；與頻率成正比關(guān)系02單色光：是指單一波長的光。03復(fù)合光：由不同單色光組成的光。04光的基本性質(zhì)定義

若兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補(bǔ)光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。應(yīng)用

當(dāng)一束白光照射某一有色溶液時(shí)，一些波長的光被溶液吸收，另一些波長的光則透過，溶液的顏色由透射光的波長所決定。吸收光與透射光互為補(bǔ)色光。光的互補(bǔ)綠500～580白光紫400～450青藍(lán)480～490橙600～650青490～500紅650～750黃580～600藍(lán)450～480光的互補(bǔ)色示意圖不同顏色的可見光波長及其互補(bǔ)光S2分子能級(jí)示意圖

Eev3v2v1r3r2r1S1S0

Ev

Er物質(zhì)對光產(chǎn)生選擇性吸收的原因物質(zhì)的顏色與光吸收的關(guān)系物質(zhì)對光的選擇性吸收01轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的能量差ΔEr：0.005～0.050eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動(dòng)光譜；02振動(dòng)能級(jí)的能量差ΔEv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動(dòng)光譜；03電子能級(jí)的能量差ΔEe較大1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜;討論吸收光譜能準(zhǔn)確地描述物質(zhì)對光的選擇性吸收的情況。

最大吸收波長定性依據(jù)：不同物質(zhì)因分子結(jié)構(gòu)不同而具有不同的特征吸收曲線。定量依據(jù)：同波長下吸光度隨濃度增大而增大。

一般情況下選擇最大吸收波長處測定。

吸收曲線吸收曲線討論（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。（3）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。光吸收的基本定律紫外-可見分光光光度法朗伯－比爾定律朗伯(Lambert)（朗伯定律）比爾(Beer)（比爾定律）朗伯比爾定律

當(dāng)一束平行光垂直通過某一非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度（A）與吸光物質(zhì)的濃度（c）及光程長度（b）成正比關(guān)系朗伯比爾定律是光的吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì)朗伯比爾定律的物理意義標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及其應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)曲線法是先用純試劑或與被測試樣有相似組分的物質(zhì)配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含試樣的空白溶液作參比，測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制吸光度—濃度曲線，如下圖所示，此曲線稱標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。然后在同樣條件下測定試樣溶液的吸光度，再由標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出被測元素的含量。吸光光度法的儀器紫外-可見分光光光度法目視比色法光電比色法比色的方法概念用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。特點(diǎn)設(shè)備簡單、操作方便、靈敏度高，準(zhǔn)確度差。目視比色法空白c1c2c3c4觀察方向

一般采用標(biāo)準(zhǔn)系列法。即在一套等體積的比色管中配置一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并按同樣的方法配置待測溶液，待顯色反應(yīng)達(dá)平衡后，從管口垂直向下觀察，比較待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)系列中哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色相同，便表明二者濃度相等。如果待測試液的顏色介于某相鄰兩標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，則待測試樣的含量可取兩標(biāo)準(zhǔn)溶液含量的中間值。目視比色法光電比色法通過濾光片得一窄范圍的光(20～50nm)光電比色計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖光源單色器吸收池檢測系統(tǒng)信號(hào)顯示系統(tǒng)分光光度計(jì)的基本部件光源分光光度計(jì)的基本部件

光源應(yīng)能提供足夠發(fā)射強(qiáng)度、穩(wěn)定且波長連續(xù)變化的復(fù)合光，同時(shí)反射光的強(qiáng)度還應(yīng)不隨波長的變化而明顯改變。氙燈氫燈鎢燈鎢燈：400～2500nm氫燈：185～375nm氙燈：200～800nm從光源發(fā)出的復(fù)合光中分出所需要的單色光。01單色器入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件（棱鏡或光柵）、聚焦鏡、出射狹縫。02入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時(shí)折射率不同。玻璃360～3200nm,石英200～4000nm光柵：利用光通過光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(6001200、2400/mm)平面透射光柵反射光柵（廣泛使用）特點(diǎn)：波長范圍寬,色散均勻,分辨性能好,使用方便光柵衍射示意圖出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵檢測系統(tǒng)利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電流訊號(hào)硒光電池，光電管，光電倍增管

適用于300-800nm,在500-600nm范圍最靈敏。較長時(shí)間連續(xù)使用會(huì)產(chǎn)生“疲勞”現(xiàn)象吸收池用于盛待測及參比溶液（0.5、1、2、3cm）可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池；紫外區(qū)：石英池紅敏管（陰極：銀和氧化銫）

625-1000nm藍(lán)敏管（陰極：銻銫）

200-625nm1個(gè)光子可產(chǎn)生106～107個(gè)電子使用波長范圍：160-700nm信號(hào)顯示系統(tǒng)早期的分光光度計(jì)：指針式系統(tǒng)如：檢流計(jì)（72型）、微安表（721型）、電位計(jì)（751型）現(xiàn)代的分光光度計(jì)：數(shù)字電壓表、函數(shù)記錄儀、示波器及數(shù)字處理臺(tái)等010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.81.01.5∞吸光度的檢測原理紫外-可見分光光光度法

分光光度計(jì)實(shí)際上測得的是光電流或電壓，通過轉(zhuǎn)換器將測得的電流或電壓轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的吸光度A調(diào)節(jié)檢測器零點(diǎn)，即儀器的機(jī)械零點(diǎn)：A=∞0102應(yīng)用不含待測組分的參比溶液調(diào)節(jié)吸光零點(diǎn)：A=003待測組分吸光度的測定：Ax吸光度的測定步驟根據(jù)波長分根據(jù)結(jié)構(gòu)分可見分光光度計(jì)、紫外－可見分光光度計(jì)、紅外分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì)、雙光束分光光度計(jì)、雙波長分光光度計(jì)分光光度計(jì)的類型島津紫外可見分光光度計(jì)UV-1700優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、適用于固定波長下的定量分析缺點(diǎn)由于光源和檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生誤差；無法進(jìn)行吸收光譜的自動(dòng)掃描；不適用于經(jīng)常變更測量波長的定性分析。單光束分光光度計(jì)光源吸收池RS檢測器優(yōu)點(diǎn)參比和試液的測量幾乎同時(shí)進(jìn)行，補(bǔ)償了因光源和檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定而造成的影響；具有較高的測量精密度和準(zhǔn)確度；測量便捷；自動(dòng)掃描吸收光譜缺點(diǎn)價(jià)格較昂貴。雙光束分光光度計(jì)光源檢測器RS本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、物質(zhì)對光的選擇性吸收吸光光度法的特點(diǎn)；物質(zhì)對光的選擇性吸收產(chǎn)生的原因；吸收曲線；定性、定量分析分析的依據(jù)2、光吸收的基本定律3、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與應(yīng)用PART2原子吸收分光光度法概述原子吸收分光光度法

基于從光源輻射出待測元素的特征譜線，通過試樣蒸氣時(shí)被待測元素的基態(tài)原子吸收，由特征譜線被減弱的程度來測定試樣中待測元素含量的方法。A都是依據(jù)樣品對入射光的吸收進(jìn)行測量的。B兩種方法都遵循朗伯-比耳定律。C均由四大部分組成，即光源、單色器、吸收池（或原子化器）、檢測器。原子吸收分光光度法與紫外可見吸收光度法相同點(diǎn)原子吸收分光光度法與紫外可見吸收光度法不同點(diǎn)吸收物質(zhì)的狀態(tài)不同

紫外可見光譜：溶液中分子、離子，寬帶分子光譜，可以使用連續(xù)光源。原子吸收光譜：基態(tài)原子，窄帶原子光譜，必須使用銳線光源。單色器與吸收池的位置不同紫外可見：光源→單色器→比色皿。原子吸收：光源→原子化器→單色器。選擇性高，干擾少。共存元素對待測元素干擾少，一般不需分離共存元素。靈敏度高?；鹧嬖踊ǎ?0-9g/mL；石墨爐：10-13g/mL。測定的范圍廣。測定70多種元素。準(zhǔn)確度高?；鹧娣ㄕ`差<1%，石墨爐法3%-5％。操作簡便、分析速度快。原子吸收分光光度法特點(diǎn)共振線和吸收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)所產(chǎn)生的吸收譜線。共振發(fā)射線

原子外層電子從第一激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)所輻射的譜線。共振線

共振發(fā)射線和共振吸收線都簡稱為共振線。原子吸收產(chǎn)生：原子外層電子在能級(jí)之間的躍遷共振線：特征譜線，元素的靈敏線吸收曲線輪廓吸收系數(shù)Kv隨頻率v的變化曲線。表征參數(shù)：1)中心頻率v02)半寬度?v譜線變寬原因自然寬度沒有外界影響時(shí)，譜線的固有寬度。多普勒變寬(熱變寬)由于原子在空間作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的譜線變寬。壓力(碰撞)變寬輻射原子與其他粒子相互作用而產(chǎn)生的譜線變寬。赫爾茲馬克變寬同種原子之間相互碰撞。勞倫茲變寬被測原子與其他粒子相互碰撞。原子吸收光譜的測量1）積分吸收在吸收曲線的輪廓內(nèi)，對吸收系數(shù)的積分。2）峰值吸收吸收線中心頻率處的峰值吸收系數(shù)。峰值吸收代替積分吸收的必要條件1）發(fā)射線的中心頻率與吸收線的中心頻率一致。2）發(fā)射線的半寬度遠(yuǎn)小于吸收線的半寬度(1/5~1/10)。A=KN0b吸光度與待測元素吸收輻射的原子總數(shù)成正比。原子吸收定量公式:A=

K’c發(fā)射線吸收線原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)光源原子化系統(tǒng)分光系統(tǒng)檢測系統(tǒng)單光束分光光度計(jì)分類雙光束分光光度計(jì)可以削除光源不穩(wěn)定產(chǎn)生的測量誤差原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)一、光源1.作用：發(fā)射被測元素的特征光譜。2.種類：空心陰極燈、無極放電燈、蒸氣放電燈。1)結(jié)構(gòu)陽極：鎢或鎳棒陰極：待測元素金屬內(nèi)充低壓惰性氣體2)工作原理：輝光放電3)特點(diǎn)：只有一個(gè)操作參數(shù)(燈電流)4)燈電流的選擇原則：在保證放電穩(wěn)定和有適當(dāng)光強(qiáng)輸出情況下，盡量選用低的工作電流。原子化系統(tǒng)火焰原子化法01氫化物原子化法03石墨爐原子化法02作用：將試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的基態(tài)原子，并吸收光源發(fā)出的特征光譜?；鹧嬖踊?.霧化器作用：將試液均勻霧化，除去較大的霧滴2.燃燒器

3.火焰作用：使試樣蒸發(fā)、干燥、解離（還原），產(chǎn)生大量基態(tài)原子。原則：保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡量采用低溫火焰。A空氣-乙炔火焰，2600KB乙炔-氧化亞氮(笑氣)火焰，3300KC空氣-丙烷(煤氣)火焰，2200K火焰種類根據(jù)待測元素性質(zhì)選擇火焰類型火焰燃?xì)馀c助燃?xì)獗壤毴蓟鹧嬷細(xì)饬看?，火焰溫度低，氧化性較強(qiáng)，適用于堿金屬元素測定?；瘜W(xué)計(jì)量火焰燃助比與化學(xué)計(jì)量比相近，火焰溫度高，干擾少，穩(wěn)定，常用。富燃火焰燃料氣量大，火焰溫度稍低，還原性較強(qiáng)，測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。石墨爐原子化法1.干燥目的：蒸發(fā)除去溶劑。溫度：稍高于溶劑的沸點(diǎn)。2.灰化目的：除去易揮發(fā)的基體和有機(jī)物，減少分子吸收。溫度：在保證被測元素不損失的前提下，盡量選擇較高的灰化溫度以減少灰化時(shí)間。石墨爐原子化法3.原子化目的：使待測元素成為基態(tài)原子。溫度：1800～3000℃。4.凈化目的：高溫除去管內(nèi)殘?jiān)２僮鳎和Ｖ馆d氣，以延長基態(tài)原子在石墨管中的停留時(shí)間，提高分析的靈敏度。氫化物原子化法應(yīng)用測定As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Te等元素。原理在酸性介質(zhì)中，與強(qiáng)還原劑NaBH4(KBH4)反應(yīng)生成易解離的氣態(tài)氫化物，送入原子化器中檢測。特點(diǎn)原子化溫度低、靈敏度高，避免基體干擾。As