新儀器分析－1原子發(fā)射光譜.ppt

1、儀 器 分 析2007INSTRUMENTAL ANALYSIS上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,目錄,第一部分 光譜分析 （16章） 20學(xué)時(shí) 第二部分 電分析化學(xué) （7章） 5學(xué)時(shí) 第三部分 色譜分析 （810章） 10學(xué)時(shí) 第四部分 現(xiàn)代儀器分析（1112章）10學(xué)時(shí) 第五部分 現(xiàn)代生物分析（補(bǔ)充章） 5學(xué)時(shí),課時(shí)分布,章節(jié) 內(nèi)容 原章節(jié) 學(xué)時(shí) 緒論 第一章 第一章 原子發(fā)射光譜 第七章 2 第二章 原子吸收光譜 第八章 3 第三章 分子吸收光譜 第九章 5 第四章 紅外吸收光譜 第十章 5 第五章 熒光光譜 補(bǔ)充 5,章節(jié) 內(nèi)容 原章節(jié) 學(xué)時(shí) 第六章 激光拉曼光譜法 補(bǔ)充 3 第七章 電位分析法及

2、其他 第四章 7 第八章 氣相色譜法 第二章 5 第九章 高效液相色譜法 第三章 3 第十章 超臨界色譜 補(bǔ)充 2 第十一章 核磁共振波譜分析 第十一章 5 第十二章 質(zhì)譜分析 第十二章 5,教 材 儀器分析 朱明華 參考書(shū) 儀器分析教程 北京大學(xué) 儀器分析武漢大學(xué)化學(xué)系 INSTRUMENTAL METHODS OF ANALYSIS SIXTH EDITION Hobart H. Willard et al.,緒 言INTRODUCTION,1 分析化學(xué)的重要組成部分 2 儀器分析的基本內(nèi)容 3 儀器分析特點(diǎn) 4 發(fā)展趨勢(shì),1 分析化學(xué)的重要組成部分,分析化學(xué) 化學(xué)分析 儀器分析 儀器分析

3、的發(fā)展趨勢(shì),分析化學(xué) 研究物質(zhì)組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的科學(xué)。包括化學(xué)分 析和儀器分析。化學(xué)分析 利用化學(xué)反應(yīng)和它的計(jì)量關(guān)系確定物質(zhì)組成、 含量的分析方法,儀器分析,利用專(zhuān)門(mén)的高精度儀器測(cè)量物質(zhì)的物理及物化性質(zhì)，確定物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一門(mén)科學(xué)，是分析化學(xué)的發(fā)展方向。 不僅是重要的分析測(cè)試方法而且是強(qiáng)有力的科學(xué)研究手段。 建立現(xiàn)代儀器分析方法獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家有十多位。,儀器分析的發(fā)展 （1）.16-20世紀(jì)初 技術(shù)-科學(xué) （2）.二戰(zhàn)期間 化學(xué)分析-儀器分析（3）.70年代末 經(jīng)典-智能,一些實(shí)際的應(yīng)用,分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定 化學(xué)位移各向異性的研究 金屬離子同位素的應(yīng)用 動(dòng)力學(xué)核磁研究 質(zhì)子密度成

4、像 T1T2成像 化學(xué)位移成像 其它核的成像 指定部位的高分辨成像 元素的定量分析 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析 表面化學(xué) 有機(jī)化合物中異構(gòu)體的區(qū)分和確定 大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析,生物膜和脂質(zhì)的多形性研究 脂質(zhì)雙分子層的脂質(zhì)分子動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 生物膜蛋白質(zhì)脂質(zhì)的互相作用 壓力作用下血紅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化 生物體中水的研究 生命組織研究中的應(yīng)用 生物化學(xué)中的應(yīng)用 在表面活性劑方面的研究 原油的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析 瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)分析 涂料分析 農(nóng)藥鑒定 食品分析 藥品鑒定,儀器分析的基本內(nèi)容及分類(lèi)（按信號(hào)分類(lèi)）,輻射信號(hào) 電信號(hào) 其他信號(hào) 與分離相結(jié)合,3 儀器分析特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 快、靈、低、痕、多、無(wú)、客 聯(lián)用、自動(dòng)、

5、保存、處理、規(guī)范 局限性 相對(duì)誤差大，不利于常量分析 價(jià)格昂貴 前處理復(fù)雜,4 發(fā)展趨勢(shì),有什么、有多少-多信息、多維 常量-痕量 組成-形態(tài) 總體-微區(qū)表面、逐層 宏觀-微觀 靜態(tài)-動(dòng)態(tài) 破壞-無(wú)損 離線(xiàn)-在線(xiàn),第一部分 光學(xué)分析法Spectrometric Analysis原子光譜與分子光譜,光學(xué)分析法概要,1 光學(xué)分析法 2 光學(xué)分析法分類(lèi) 3 電磁輻射性質(zhì) 4 光譜學(xué)儀器,1 光學(xué)分析法,定義 根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射以及物質(zhì)與電磁輻射的相互作用來(lái)進(jìn)行分析的方法 范圍： 射線(xiàn)-無(wú)線(xiàn)電波 方式： 發(fā)射、吸收、散射等,2. 光學(xué)分析分類(lèi),光譜分析 基于測(cè)量輻射的波長(zhǎng)與強(qiáng)度，涉及物質(zhì)能級(jí)躍

6、遷及物質(zhì)含量 根據(jù)電磁輻射本質(zhì)分類(lèi)：原子光譜與分子光譜 根據(jù)輻射能量傳遞方式：發(fā)射光譜、吸收光譜 散射光譜等,非光譜分析 不涉及能級(jí)躍遷。利用電磁輻射與物質(zhì)的相互作用在輻射方向上的改變 可利用折射、反射、色散、散射、干涉衍射、偏振等。如X射線(xiàn)衍射分析等。,3 電磁輻射的性質(zhì),波粒二象性 周期T 頻率 波長(zhǎng) 波數(shù) 傳播速度v E = h = hc/,4 光譜法儀器,五個(gè)基本單元： 光源 單色器 樣品容器 檢測(cè)器 讀出器件,原 子 光 譜Atomic Spectrometry,原子光譜,第一章 原子發(fā)射光譜 第二章 原子吸收光譜,第一章 原子發(fā)射光譜Atomic Emission Spectrom

7、etry AES,第一章 原子發(fā)射光譜Atomic Emission Spectrometry AES,1 基本概念 2 基本原理 3 儀器 4 分析方法,1 基本概念,物質(zhì)、原子、原子核 基態(tài)、激發(fā)態(tài)、活化 原子激發(fā)電位、電子伏特 電離、一級(jí)電離、二級(jí)電離、電離電位,離子激發(fā)電位 去活化、輻射躍遷、無(wú)輻射躍遷 原子能級(jí)的不連續(xù)性、量子化 線(xiàn)光譜、明線(xiàn)光譜 原子線(xiàn)、離子線(xiàn),2 基本原理,原子發(fā)射光譜： 某些原子化器不僅將試樣轉(zhuǎn)變成原子和簡(jiǎn)單的元素離子，而且將其部分由基態(tài)激發(fā)到較高電子能級(jí)，激發(fā)態(tài)物質(zhì)通過(guò)紫外和可見(jiàn)光區(qū)的輻射，迅速釋放能量（完成弛豫），返回基態(tài)。這樣產(chǎn)生的光譜（譜線(xiàn)的組合）稱(chēng)為原

8、子發(fā)射光譜。,原子發(fā)射光譜分析法： 利用原子發(fā)射譜線(xiàn)的波長(zhǎng)（橫坐標(biāo)）與強(qiáng)度（黑度）進(jìn)行元素定性與定量的分析方法,原子發(fā)射光譜過(guò)程,M*（受激態(tài)原子） 吸收發(fā)射 （原子線(xiàn)） 蒸發(fā) 解離 MRMRM + R 固體試樣 氣態(tài)分子 氣態(tài)原子（基態(tài)） 電離 M+（離子） 吸收 發(fā)射 （離子線(xiàn)） M+ *（受激態(tài)離子）,原子發(fā)射光譜譜圖示意,3. 儀器,原子發(fā)射光譜系統(tǒng)主要由光源、分光系統(tǒng)（光譜儀）與觀測(cè)系統(tǒng)組成 攝譜儀映譜儀測(cè)微光度計(jì)整體 光源（發(fā)射譜線(xiàn)）單色器分光 檢測(cè)干板攝譜映譜儀測(cè)微光度計(jì)測(cè)譜線(xiàn)黑度,3.1 光源,作用：對(duì)試樣的蒸發(fā)和激發(fā)提供能量 將試樣中的組分蒸發(fā)離解為氣態(tài)原子（離 子）； 使氣

9、態(tài)原子（離子）激發(fā)，去活化時(shí)產(chǎn)生特征光譜； 根據(jù)測(cè)定的要求與目的以及不同試樣的性質(zhì)，確定光源,3.2 Inductive Coupled High Frequency Plasma,電感耦合高頻等離子體（ICP) 氣體處在高度電離狀態(tài)，其所形成的空間電荷密度大致相等，整個(gè)氣體呈電中性。等離子體是指包含有分子、原子、離子、電子等各種粒子電中性的集合體。,電感耦合高頻等離子體,電感耦合高頻等離子體（ICP)特性： 高分析靈敏度 擴(kuò)展了線(xiàn)性范圍 減少堿金屬元素干擾 無(wú)電極放電 耗樣量較少 光譜背景減少,3.3 （分光系統(tǒng)）光譜儀,分類(lèi) 看譜鏡 攝譜儀 光電式,攝譜儀（光柵上，棱鏡下）,觀測(cè)系統(tǒng) 映譜

10、儀與測(cè)微光度計(jì),映譜儀：放大干板光譜，尋找并 確定特征譜線(xiàn)的位置 測(cè)微光度計(jì)：測(cè)量譜線(xiàn)的黑度值,黑度值 S=lg1/T=lgIO/I 相當(dāng)與吸光值A(chǔ) （在紫外可見(jiàn)光譜中詳述）,4 分析方法,4.1 定性分析 4.2 定量分析 4.3 半定量分析 4.4 光電直讀等離子體發(fā)射光譜儀 4.5 原子發(fā)射光譜儀的特點(diǎn)與應(yīng)用,4.1 定性分析,4.1.1 光譜定性分析基本概念 譜線(xiàn)組（特征譜線(xiàn)） ； 分析線(xiàn) 、靈敏線(xiàn)（最后線(xiàn)）; 、線(xiàn) 共振線(xiàn)、第一共振線(xiàn)、最靈敏線(xiàn),4.1.2 定性依據(jù) 元素的特征譜線(xiàn)是光譜定性的依據(jù)。一般以靈敏線(xiàn)為分析線(xiàn)。 靈敏線(xiàn)指激發(fā)電位低，躍遷概率大的譜線(xiàn)，一般是主共振線(xiàn),自 吸

11、現(xiàn) 象,4.1.2 光譜定性步驟 樣品預(yù)處理 攝譜 對(duì)照譜線(xiàn)： 標(biāo)準(zhǔn)光譜比較法。 用鐵光譜作比較。,4.2 光譜定量分析 干板感光層乳劑特型 譜線(xiàn)強(qiáng)度 I 曝光時(shí)間 t 曝光量 H H=I t 黑度 S S =lg(1/T) 透過(guò)率 T,4.2 定量分析,賽博羅馬金經(jīng)驗(yàn)公式法 I = a cb b為自吸常數(shù)，無(wú)自吸 1，有自吸 1 受實(shí)驗(yàn)條件影響，a值很難保持常數(shù)，I 譜線(xiàn)絕對(duì)強(qiáng)度，很難測(cè)定。,賽博羅馬金經(jīng)驗(yàn)公式 I = a cb 兩邊取對(duì)數(shù) lgI = blgc + lga 即lgI與lgc呈線(xiàn)性關(guān)系，由于C較大時(shí)，自吸系數(shù)b 1, 使兩端發(fā)生彎曲。,內(nèi)標(biāo)定量法 1 I1/I2=a1c1b1/a2c2b2 =acb R = I1/I2 lg R = lg I1/I2 = b lgc+lga,2. 譜線(xiàn)的黑度與曝光量的對(duì)數(shù)成線(xiàn) 性關(guān)系 S1 =1lgH1 -i1 S2 =2lgH2 -i2,3 S = S1- S2 1lgH1 -i1 2lgH2i2 譜線(xiàn)靠近時(shí) 1 =2, i1 =i2 S = lg(H1/H2) lg(I1/I2)= lg R S = b lgc+ lga 證明譜線(xiàn)黑度值之差與元素濃度呈線(xiàn)性關(guān)系