《儀器分析》課程輔導教案

1、學習好資料歡迎下載儀器分析課程輔導教案（光學分析和色譜分析）山東大學公共衛(wèi)生學院衛(wèi)生檢驗研究室邵麗華課程簡介儀器分析是根據(jù)物質(zhì)的物理和化學性質(zhì)來獲取物質(zhì)化學組成、含量、結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息的科學；它是分析化學的重要組成部分。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，分析化學已由過去的經(jīng)典分析方法為主轉(zhuǎn)向以儀器分析方法為主。儀器分析在醫(yī)學科學和生命科學中，對揭示生命起源、從分子水平上研究生命的過程；臨床檢驗中的配合診斷和治療疾??；預(yù)防醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測；衛(wèi)生檢驗領(lǐng)域的職業(yè)中毒檢驗、營養(yǎng)成分分析等都起著重要作用。儀器分析是衛(wèi)生檢驗專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。儀器分析課程的特點是基本理論與實踐緊密結(jié)合，通過嚴格的實驗訓練，培養(yǎng)認

2、真的科學態(tài)度及獨立進行精密科學實驗的技巧，提高分析問題和處理問題的能力，為后繼課程的學習以及從事醫(yī)藥衛(wèi)生和科學研究打下良好的基礎(chǔ)。課時安排學時數(shù)累計學時數(shù)紫外可見分光光度法77原子吸收分光光度法512分子熒光分析法416色譜分析導論420氣相色譜法626局效液相色譜法430合30參考書目儀器分析武漢大學化學系編.高等教育出版社出版2001年3月，第1版儀器分析方惠群，于俊生，史堅編.科學出版社出版2002年2月，第1版儀器分析郭永等編.地震出版社出版2001年4月，第1版閱讀說明1 .本教案源自現(xiàn)山東大學衛(wèi)生檢驗專業(yè)和預(yù)防醫(yī)學專業(yè)使用教材分析化學，鄒學賢主編.人民衛(wèi)生出版社出版，第1版.教案中

3、如有錯漏，請以該教材中內(nèi)容為準。2 .每章中都備有“基本要點”，共閱讀時參考。3 .為便于閱讀，教案目錄中的各個條目均與相應(yīng)章節(jié)鏈接，點擊目錄中想要閱讀的條目，即可跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置以供閱讀（想要返回目錄頁時，建議使用word工具欄的“返回”符號）。儀器分析教案目錄紫外可見分光光度法4光學分析法4電磁波4分子吸收光譜6光的吸收定律10分光光度計13定性及定量分析方法16光度法顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇18紫外-可見分光光度法應(yīng)用21自測題21原子吸收分光光度法23基本原理23原子吸收分光光度計30定量分析方法31原子吸收分光光度法干擾及消除32原子吸收實驗技術(shù)及應(yīng)用34自測題36分子熒光分析法3

4、7基本原理38溶液的熒光強度41測量熒光的儀器43應(yīng)用與示例44自測題45色譜分析導論46色譜法及及分類46色譜流出曲線和術(shù)語48色譜分析基本原理50自測題60氣相色譜法62概述62氣相色譜分離條件的選擇63色譜柱65氣相色譜檢測器67氣相色譜定性定量分析71毛細管柱氣相色譜法75頂空氣相色譜法76氣相色譜法的應(yīng)用77自測題78高效液相色譜法79概述79高效液相色譜儀80色譜分離條件選擇84液-固色譜法85化學鍵合相色譜法86離子交換色譜法87尺寸排阻色譜法88高效液相色譜法的應(yīng)用89自測題90紫外可見分光光度法7學時基本要點：1 .理解分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；2 .理解光吸收基本定律和應(yīng)用

5、于紫外可見分光光度法的條件及其偏離因素；3 .了解紫外-可見分光光度計的主要部件及其類型；4 .理解紫外-可見分光光度法的顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇；5 .掌握紫外-可見分光光度法的定性分析和定量分析方法及其應(yīng)用。光學分析法光學分析法一利用輻射與物質(zhì)間相互作用進行定性、定量的分析方法。尸光譜法光學光譜：原子吸收、紫外可見、熒光分析、原子發(fā)射等光學J其它光譜：核磁共振、順磁共振、X射線熒光等分析法非光譜法：折射法、偏振法、旋光法、園二向色散法、X射線衍射法等電磁波1 .電磁波電磁波：實驗證實，電磁波（電磁輻射）是一種以極高速度傳播的光量子流。既具有粒子性，也具有波動性。1 .波動性：其特征是每

6、個光子具有一定的波長，可以用波的參數(shù)如波長（？）、頻率（j、周期（T）、及振幅（A）等來描述。由于在真空中，所有電磁波均以同樣的最大速度C”傳播，各種輻射在真空中有固定的波長：C一但電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都比在真空中小，通常用真空中的九”值來標記各種不同的電磁波。波長單位：紫外可見區(qū)常用“nm'紅外光區(qū)常用？”微波區(qū)常用“cm”2 .粒子性電磁輻射與物質(zhì)之間能量的轉(zhuǎn)移用粒子性來解釋特征：輻射能是由一顆一顆不連續(xù)的粒子流傳播的，這種粒子叫光量子，是量子化的（發(fā)射或被吸收）。光量子的能量：E=hv式中：hplank常數(shù)，其值為6.626M10-34JS光量子能量與波長的關(guān)系為：E=h

7、v=h（2）例如：九為200nm的光，一個光量子的能量是:一 c_34E = h- =6.626 102.997925 108_ _9200 10= 9.923 10,9(J)由于光量子能量?。?0-19J）,因此定義：1eV（電子伏）=1.6021X10-19J992310一19則上例中E:19=6.2（eV）1.602110一19由（2）式可知：EtEJ,九E即：隨著九，輻射波動性變得較明顯；隨著八J,輻射的粒子性表現(xiàn)的較明顯。2 .電磁波電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列稱為電磁波譜。紫外可見分光光度法：是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外及可見光譜區(qū)光輻射的吸收特征和吸收程度進行定性、定量的分析方法。分

8、子吸收光譜一.分子吸收光譜的產(chǎn)生（一）分子能級與電磁波譜分子中包含有原子和電子，分子、原子、電子都是運動著的物質(zhì)，都具有能量，且都是量子化的。在一定的條件下，分子處于一定的運動狀態(tài)，物質(zhì)分子內(nèi)部運動狀態(tài)有三種形式：電子運動：電子繞原子核作相對運動；原子運動：分子中原子或原子團在其平衡位置上作相對振動；分子轉(zhuǎn)動：整個分子繞其重心作旋轉(zhuǎn)運動。所以：分子的能量總和為E分子=Ee+Ev+Ej+?（Eo+E平）（3）分子中各種不同運動狀態(tài)都具有一定的能級。三種能級：電子能級E（基態(tài)E1與激發(fā)態(tài)E2）振動能級V=0,1,2,3?轉(zhuǎn)動能級J=0,1,2,3?當分子吸收一個具有一定能量的光量子時，就有較低的能

9、級基態(tài)能級Ei躍遷到較高的能級及激發(fā)態(tài)能級E2,被吸收光子的能量必須與分子躍遷前后的能量差？E恰好相等，否則不能被吸收E=E2Ei=名光子=hv=AEe+AEv+&Ej轉(zhuǎn)動載遷電子-搬動梟動岷遷、電子讖度毒振動轉(zhuǎn)動麻還圖i雙原子分子的三種能級躍遷示意圖對多數(shù)分子對應(yīng)光子波長紫外、可見區(qū)（電子）（中）紅外區(qū)（振動）（遠）紅外區(qū)（轉(zhuǎn)動）?E約為120eV1.250.06?E約為0.51eV251.25?E約為10-40.05eV1.25cm25?分子的能級躍遷是分子總能量的改變。當發(fā)生電子能級躍遷時，則同時伴隨有振動能級和轉(zhuǎn)動能級的改變，即電子光譜”一-均改變。因此，分子的電子光譜”是由許

10、多線光譜聚集在一起的帶光譜組成的譜帶，稱為帶狀光譜由于各種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)不同T對不同能量的光子有選擇性吸收T吸收光子后產(chǎn)生的吸收光譜不同T利用物質(zhì)的光譜進行物質(zhì)分析的依據(jù)。二.紫外-可見吸收光譜與有機分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系（一）電子躍遷的類型許多有機化合物能吸收紫外-可見光輻射。有機化合物的紫外-可見吸收光譜主要是由分子中價電子的躍遷而產(chǎn)生的。分子中的價電子有：成鍵電子：仃電子、冗電子（軌道上能量低）未成鍵電子：n電子（軌道上能量較低）這三類電子都可能吸收一定的能量躍遷到能級較高的反鍵軌道上去，見圖-3:一（一-I反鍵ILL苴'反槌L,均N。%t,t1t和成鍵兀一-I成健。成穗圖2分子中價電子躍

11、遷示意圖1. 。-*躍遷仃-仃*的能量差大t所需能量高t吸收峰在遠紫外<150nm）飽和姓只有仃、。*軌道，只能產(chǎn)生仃-o*躍遷，例如：甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm（<150nm）（因空氣中。2對<150nm輻射有吸收，定量分析時要求實驗室有真空條件，要求一般難達到）2. n-n*躍遷n-n*能量差較小t所需能量較低t吸收峰紫外區(qū)（九200nm左右）不飽和爛類分子中有冗電子，也有n*軌道，能產(chǎn)生n-n*躍遷：CH2=CH2，吸收峰165nm。（吸收系數(shù)名大，吸收強度大，屬于強吸收）3. n-o*躍遷n-o*能量較低t收峰紫外區(qū)（入200nm左右）（與兀-n*

12、接近）含有雜原子團如：-OH,-NH2,-X,-S等的有機物分子中除能產(chǎn)生CT-O*躍遷外，同時能產(chǎn)生n-仃*躍遷，例如：三甲基胺（CH3）3N-的n-cr*吸收峰在227nm,8約為900L/molcm,屬于中強吸收。4. n-n*躍遷n-n*能量低T吸收峰在近紫外、可見區(qū)（兒200700nm於有雜原子的不飽和基團，如-C=O,-C三N等，例如：丙酮：n-n*躍遷，Kmax280nm左右（同時也可產(chǎn)生n-冗*躍遷），屬于弱吸收，w<500L/molcm.各種躍遷所需能量大小次序為：仃-。*>n-。*>n-n*>n-兀*紫外-可見吸收光譜法在有機化合物中應(yīng)用主要以：冗-

13、冗*、n-冗*為基礎(chǔ)。（二）吸收峰的長移和短移長移：吸收峰向長入移動的現(xiàn)象，又稱紅移；短移：吸收峰向短入移動的現(xiàn)象，又稱紫移；增強效應(yīng)：吸收強度增強的現(xiàn)象；減弱效應(yīng)：吸收強度減弱的現(xiàn)象。（三）發(fā)色團和助色團n-n*、n-兀*躍遷都需要有不飽和的官能團以提供幾軌道，因此，軌道的存在是有機化合物在紫外-可見區(qū)產(chǎn)生吸收的前提條件。1 .發(fā)色團：具有幾軌道的不飽和官能團稱為發(fā)色團。主要有：-C=O,-N=N-,-N=O,-C三C-等。但是，只有簡單雙鍵的化合物生色作用很有限，具有時可能仍在遠紫外區(qū)，若分子中具有單雙鍵交替的共腕大豆鍵”（離域鍵）時，如：丁二稀CH2=CHCH=CH2由于大n鍵中的電子在

14、整個分子平面上運動，活動性增加，使n與n*問的能量差減小，使-n*吸收峰長移，生色作用大大增強。2 .助色團本身不生色”，但能使生色團生色效應(yīng)增強的官能團一一稱為助色團主要有：-OH、ZH2、6H、©、-Br等（具有未成鍵電子軌道n的飽和官能團）當這些基團單獨存在時一般不吸收紫外-可見區(qū)的光輻射。但當它們與具有軌道的生色基團相結(jié)合時，將使生色團的吸收波長長移（紅移），且使吸收強度增強。（助色團至少要有一對與生色團冗電子作用的孤對電子）（四）溶劑效應(yīng)（溶劑的極性對吸收帶的影響）n-n*躍遷：溶劑的極性t長移三.吸收光譜吸收光譜：又稱吸收曲線，是以波長（九）為橫坐標、吸光度（A）為縱坐標

15、所描繪的圖形。特征：吸收峰曲線上比左右相鄰處都高的一處；入max吸收程度最大所對應(yīng)的九（曲線最大峰處的人）谷曲線上比左右相鄰處都低的一處；入min最低谷所對應(yīng)的九；肩峰介于峰與谷之間，形狀像肩的弱吸收峰；末峰吸收在吸收光譜短波長端所呈現(xiàn)的強吸收而不呈峰形的部分。圖3吸收曲線示意圖定性分析：吸收光譜的特征（形狀和九max）定量分析：一般選/max測吸收程度（吸光度A）,光的吸收定律一.Lambert-Beer定律光吸收基本定律“LamberBeer定律”是說明物質(zhì)對單色光吸收的強弱與吸光物質(zhì)的濃度（c）和液層厚度（b）間的關(guān)系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外-可見光度法定量的基礎(chǔ)。Lamber

16、t定律吸收與液層厚度（b）間的關(guān)系Beer定律一一吸收與物質(zhì)的濃度（c）間的關(guān)系“LamberBeer定律”可簡述如下：當一束平行的單色光通過含有均勻的吸光物質(zhì)的吸收池（或氣體、固體）時，光的一部分被溶液吸收，一部分透過溶液，一部分被吸收池表面反射；設(shè)：入射光強度為I0,吸收光強度為Ia,透過光強度為It,反射光強度為Ir,則它們之問的關(guān)系應(yīng)為：I0=Ia+It+Ir（4）若吸收池的質(zhì)量和厚度都相同，則Ir基本不變，在具體測定操作時Ir的影響可互相抵消（與吸光物質(zhì)的C及b無關(guān)）(5)上式可簡化為：Io=Ia+Itln=K'bcIt實驗證明：當一束強度為Io的單色光通過濃度為c、液層厚度

17、為b的溶液時，部分光被溶液中的吸光物質(zhì)吸收后透過光的強度為It,則它們之間的關(guān)系為:k稱為透光率，用t%表示。I0-lg£稱為吸光度，用A表示I0則A=-lgT=Kbc此即Lambert-Beer定律數(shù)學表達式。L-B定律可表述為：當一束平行的單色光通過溶液時，溶液的吸光度（A）與溶液的濃度（C）和厚度（b）的乘積成正比。它是分光光度法定量分析的依據(jù)。二.吸光度的加和性設(shè)某一波長（九）的輻射通過幾個相同厚度的不同溶液C1,C2?cn,其透射光強度分別為I1,I2?In,根據(jù)吸光度定義：這一吸光體系的總吸光度為而各溶液的吸光度分別為:A +A2 +(8)AlgLlgjjI1I2In二J

18、I1I2InI1I2InInIn吸光度的和為：A=lg卜=A-A2An（9）In即幾個（同厚度）溶液的吸光度等于各分層吸光度之和。如果溶液中同時含有n中吸光物質(zhì)，只要各組分之間無相互作用（不因共存而改變本身的吸光特性），則：A=K1C1b1+K2C2b2+?KnCnbn=Ai+A2+?+An（10）應(yīng)用：進行光度分析時，試劑或溶劑有吸收，則可由所測的總吸光度A中扣除，即以試劑或溶劑為空白的依據(jù)；測定多組分混合物;校正干擾三.吸光系數(shù)Lambert-Beer定律中的比例系數(shù)K”的物理意義是：吸光物質(zhì)在單位濃度、單位厚度時的吸光度。一定條件（T、九及溶劑）下，K是物質(zhì)的特征常數(shù)，是定性的依據(jù)。K在

19、標準曲線上為斜率，是定量的依據(jù)。常有兩種表示方法：1 .摩爾吸光系數(shù)（8）：當c用mol/L、b用cm為單位時，用摩爾吸光系數(shù)W表示,單位為L/molcmA=名bc（11）6與b及c無關(guān)。g一般不超過105數(shù)量級，通常：名>104為強吸收；8V102為弱吸收；102>&>104為中強吸收。吸收系數(shù)不可能直接用1mol/L濃度的吸光物質(zhì)測量，一般是由較稀溶液的吸光系數(shù)換算得到。2 .吸光系數(shù)當c用g/L,b用cm為單位時，K用吸光系數(shù)a表示，單位為L/gcmA=abc-（12）名與a之間的關(guān)系為：w=M-a（13）8通常多用于研究分子結(jié)構(gòu)a多用于測定含量。四.引起偏離L

20、ambert-Beer定律的因素根據(jù)L-B定律，A與c的關(guān)系應(yīng)是一條通過原點的直線，稱為標準曲線”。但事實上往往容易發(fā)生偏離直線的現(xiàn)象而引起誤差，尤其是在高濃度時。導致偏離L-B定律的因素主要有：1 .吸收定律本身的局限性事實上，L-B定律是一個有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。由于在高濃度時（通常C>0.01mol/L）,吸收質(zhì)點之間的平均距離縮小到一定程度，鄰近質(zhì)點彼此的電荷分布都會相互受到影響，此影響能改變它們對特定輻射的吸收能力，相互影響程度取決于C,因此，此現(xiàn)象可導致A與C線性關(guān)系發(fā)生偏差。n此外，名=&直-7（n為折射率）、（n2+2）2只有當cW0.01mol/L

21、（低濃度）時，n基本不變，才能用名代替。2 .化學因素溶液中的溶質(zhì)可因c的改變而有離解、締合、配位以及與溶劑間的作用等原因而發(fā)生偏離L-B定律的現(xiàn)象。例：在水溶液中，Cr(VI)的兩種離子存在如下平衡Cr2O42-+H2O?2CrO42-+2H+Cr2O42-、CrO42-有不同的A值，溶液的A值是二種離子的A之和。但由于隨著濃度的改變(稀釋)或改變?nèi)芤旱膒H值，Cr2O42-/CrO42-會發(fā)生變化，使C總與A總的關(guān)系偏離直線。消除方法：控制條件。3 .儀器因素(非單色光的影響)L-B定律的重要前提是單色光”，即只有一種波長的光；實際上，真正的單色光卻難以得到。由于吸光物質(zhì)對不同九的光的吸收

22、能力不同(名不同)，就導致對的偏離。單色光”僅是一種理想情況，即使用棱鏡或光柵等所得到的單色光”實際上是有一定波長范圍的光譜帶，單色光”的純度與狹逢寬度有關(guān)，狹縫越窄，他所包含的波長范圍也越窄。4 .其它光學因素(1)散射和反射：渾濁溶液由于散射光和反射光而偏離L-B(2)非平行光分光光度計紫外-可見分光光度計是在紫外可見區(qū)可任意選擇不同九的光測定吸光度的儀器。一.紫外-可見分光光度計的主要部件1 .光源：提供入射光的裝置；(1)鴇燈或碘鴇燈：發(fā)射光九范圍寬，但紫外區(qū)很弱，通常取此九350nm光為可見區(qū)光源(2)氫燈或笊燈：氣體放電發(fā)光光源，發(fā)射150400nm的連續(xù)光譜，用作紫外區(qū)同時配有：

23、穩(wěn)壓電源(穩(wěn)定I0);光強補償裝置；聚光鏡等。2 .單色器：將來自光源的光按波長的長短順序分散為單色光并能隨意調(diào)節(jié)所需波長光的一種裝置。(1)色散元件一一把混合光分散為單色光的元件是單色器的關(guān)鍵部分！)常用的元件有：棱鏡由玻璃或石英制成，它對不同九的光有不同的折射率，將復(fù)合光分開但：光譜疏密不均長九區(qū)密，短九區(qū)疏光柵一一由拋光表面密刻許多平行條痕(槽)而制成，利用光的衍射作用和干擾作用使不同Z的光有不同的方向，起到色散作用。(光柵色散后的光譜是均勻分布的)(2)狹縫一一入口狹縫：限制雜散光進入出口狹縫：使色散后所需九的光通過(3)準直鏡一一以狹縫為焦點的聚光鏡其作用為：將來自于入口狹縫的發(fā)散光

24、變成單色光把來自于色散元件的平行光聚集于出口狹縫3 .吸收池：裝被測溶液用的無色、透明、耐腐蝕的池皿光學玻璃吸收池一一只能用于可見區(qū)石英吸收池一一可用于紫外及可見區(qū)。定量分析時：吸收池應(yīng)配套(同種溶液測定？A<0.5%)4 .檢測器：將接受到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號的元件。常用的有：(1)光電管一真空管內(nèi)裝有：一個絲狀陽極一一用鍥制成一個半圓筒狀陰極一一金屬制成，凹面涂光敏物質(zhì)。國產(chǎn)光電管：紫敏光電管：用睇、葩做陰極，適用范圍200625nm紅敏光電管：用銀、氧化葩作陰極，適用范圍6251000nm(2)光電倍增管：原理與光電管相似，結(jié)構(gòu)上有差異。5.顯示器：電表指針、數(shù)字顯示、熒光屏顯示等

25、顯示方式：A、T(%)、c等二.分光光度計的類型常見的可見及紫外-可見分光光度計：1 .單波長、單光束分光光度計(721、722、752型等)一個單色器；一種波長的單色光；一束單色光。2 .單波長雙光束分光光度計從一個單色器獲取一個波長的單色光用切光器分成二束強度相等的單色光實際測量到的吸光度A應(yīng)為？A(As-Ar)()AAs-Arlgj-0-lgY0=1g3(14)ISIRIS式中消去了I0,即消除了光源不穩(wěn)定性引起的A值測量誤差。3 .雙波長分光光度計二個單色器得到二個波長不同的單色光。兩束波長不同的單色光(九1、九2)交替地通過同一試樣溶液(同一吸收池)后照射到同一光電倍增管上，最后得到

26、的是溶液對垢和九2兩束光的吸光度差值?A即A-A2:圖4雙波長雙光束分光光度計以雙波長單光束方式工作時的光學系統(tǒng)圖若用于測定渾濁樣品或背景吸收較大的樣品時，可提高測定的選擇性，用As表示非待測組分的吸光度(背景吸收)則I0(-1)A,=1g-As(i)=；,ibcAs(i)(15)It(.1)I0(3)A.2=lg-As(2)=；,2bcAs(2)(16)It(.2)一般情況下：由于左與2相差很小，可視為相等(As一般不受兒的影響，或影響甚微)As(1)=As(2)因此，通過吸收池后的光強度差為I0(11)八二幻尸=A、-A-2=(.-.2)bc(17)I0(2)該式表明：試樣溶液中被測組分的

27、濃度與兩個波長笈和£2處的吸光度差？A成比例，這是雙波長法的定量依據(jù)。雙波長分光光度計不僅可測定多組分混合試樣、渾濁試樣，而且還可測得導數(shù)光譜。定性及定量分析方法1 .定性分析選擇合適的溶劑（非極性），使用有足夠純度單色光的分光光度計，在相同的條件下測定相近濃度的待測試樣和標準品的溶液的吸收光譜，然后比較二者吸收光譜特征：吸收峰數(shù)目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（九）等；分子結(jié)構(gòu)相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜。2 .定量分析（一）單組分定量分析方法1 .標準曲線法：配制一系列（510）個不同C的標準溶液，在適當人通常為九max下，以適當?shù)目瞻兹芤鹤鲄⒈龋謩e測定A,然后作A-c曲

28、線同條件下測定試樣溶液吸光度Ax,查找對應(yīng)的Cx。2 .直接比較法：已知試樣溶液基本組成，配制相同基體、相近濃度的標準溶液，分別測定吸光度A標、A樣根據(jù)L-A定律：A標=K b c標A樣=K b c樣貝uC樣=MC標（18）A示（二）多組分定量分析混合組分的吸收光譜相互重疊的情況不同，測定方法也不相同，常見混合組分吸收光譜相干擾情況有以下三種：（1）（2）（3）圖5混合組分吸收光譜的三種相干情況示意圖1 .第一種情況：各種吸光物質(zhì)吸收曲線不相互重疊或很少重疊，則可分別在九1及22處測定a及b組分的c；2 .第二種情況部分重疊：先在人1處測得Ca，冉在入2處測得混合組分的吸光度Aa+b,根據(jù)吸收

29、定律加和性：b(.2)=Aa(z).k)=；a(,2)bca.；b(bCb即可求得Cbo應(yīng)先求得飆2),與Ea("),并使用相同b3.第三種情況：兩吸收曲線互相重疊，但服從L-B定律(1)解方程組法：若試樣中需要測定兩種組分，則選定兩個波長九1及K2,測得試液的吸光度為A1和A2,則可解方程組求得組分a、b的濃度Ca、Cb：/A1=，bCa+%6Cb(在九1處)A2='bCa+'b'Cb(在九2處)(19)如果混合物含有n個組分，可不經(jīng)分離，在n個適當波長處進行n次測量，獲得n個吸光度值，然后解n個聯(lián)立方程以求得各組分的濃度。(2)等吸光度雙波長(消去)法吸收

30、光譜重疊的d、e兩組分共存，現(xiàn)設(shè)法把一種組分(a)的吸光度消去。方法如下：240260280300320340A(nm：圖6二組分混合物吸收光譜用作圖法選擇兀、%(雙波長分光光度法)選取兩個適當?shù)牟ㄩL入1和入2,A=A2-A1=A2dA2e-A1d-A1e二AdAe使8id二改d,而=|"-4盡可能大，則用這兩個波長九1和九2測得混合物溶液吸光度之差？A應(yīng)只與Q成正比（而與Cd無關(guān)），直接測得Ce:因為8；=8；所以AAd=（&；一d）b'Cd=0若用1cm吸收池A=Ae（2e-1e）ce-；ece=Kce若需測定另一組分d時，也可用同樣方法，選擇另一個Ki'

31、和£2'，先消去的e的干擾，直接求cd光度法顯色反應(yīng)條件和測量條件的選擇一.影響顯色反應(yīng)的因素及反應(yīng)條件的選擇（一）顯色反應(yīng)的選擇1 .選擇性好：干擾少或易排除；2 .靈敏度高（S）:尤其是對低含量組分，一般選擇3104105L/molcm3 .有色化合物穩(wěn)定、組成恒定4 .有色化合物與顯色劑的顏色差別大（二）影響顯色反應(yīng)的因素及反應(yīng)條件1 .顯色劑的用量M+R?MR待測組分顯色劑有色化合物在被測組分一定及其它實驗條件不變的情況下，分別測得加入不同量顯色劑測得A值，作A-cr曲線，常見以下二種情況：因此，合適的CR通過實驗確定2 .溶液的酸度對金屬離子存在狀態(tài)的影響防止水解，

32、防止沉淀生成(2)對顯色劑濃度的影響H2R2H+ + R2-pKaH2R+ HR2H+ R2-6.912.4適宜的pH通過實驗確定：做A- pH曲線（其它條件并不變），從中找出A較對顯色劑顏色的影響pKa大且基本不變的某pH范圍。3 .顯色時間：各種顯色反應(yīng)得速度不同，反應(yīng)完全所需時間不同；有些有色化合物在定的時間內(nèi)穩(wěn)定。選擇方法：作A-t（min）曲線，選擇在A較大且穩(wěn)定的時間內(nèi)進行。4 .顯色溫度：顯色反應(yīng)一般在室溫下進行，但反應(yīng)速度太慢或常溫下不易進行的顯色反應(yīng)需要升溫或降溫。選擇方法：作A-T（C）曲線，選擇在A較大的時間內(nèi)進行。5 .溶劑：實驗確定選擇合適的溶劑（常為有機溶劑），提高

33、反應(yīng)的靈敏度及加快反應(yīng)速度。二.分光光度法測量誤差及實驗條件的選擇（一）測量誤差及A范圍的選擇任何一臺分光光度計都有光度誤差？T%,但給定的一臺分光光度計，？T基本上是一常數(shù)，一般為±0.002±0.01,但在不同T時同樣的？T對應(yīng)的？A則不同，所以引起的？C/C（濃度的相對誤差）就不同。由L-B定律得：c=-Ar=-"lg（20）KKdc_lgedTclgTTlgedT將此式微分得：dc7KT濃度相對誤差為:c lge T 0.434 Tc-IgT TT - IgT 不(21)設(shè)當？T=±0.01時，不同T%時所對應(yīng)的？c/c可從相關(guān)表查得：當T%=3

34、6.8%即A=0.434時，？c/c最小；當T%在15-65%之間即A在0.20.8范圍內(nèi)，？c/c較小。實際測定時：可通過控制溶液的c及b使A在0.20.8范圍內(nèi)。（二）測量波長選擇一般根據(jù)吸收光譜選擇九max測定一一靈敏度高、A隨波長變化小若有干擾，根據(jù)吸收大，干擾小”原則選擇九。如：3,3'-二氨基聯(lián)苯（DAB）和Se形成配合物Se-DAB的最大吸收波長在340nm波長處，DAB也有很強的吸收，在這種情況下，分析波長應(yīng)選用次大吸收波長420nm,否則測量誤差較大。3.狹縫寬度理論上，定性分析采用最小的狹縫寬度，在定量分析中，為避免狹縫太小，出射光太弱而引起信噪比降低，可以將狹縫開

35、大一點。通過測定A隨狹縫寬度的變化規(guī)律，可選擇出合適的狹縫寬度。狹縫寬度在某個范圍內(nèi)，A值恒定，狹縫寬度增大至一定程度時A減小，因此：合適的狹縫寬度是在吸光度不減小時的最大狹縫寬度。（三）空白溶液的選擇空白溶液是用來調(diào)節(jié)工作零點即A=0,T%=100%的溶液，以消除溶液中其它基體組分以及吸收池和溶劑對入射光的反射和吸收所帶來的誤差。根據(jù)情況不同，常用空白溶液有如下選擇：1 .溶劑空白：當溶液中只有待測組分在測定波長下有吸收，而其它組分無吸收時一用純?nèi)軇┳骺瞻祝? .試劑空白：如果顯色劑或其它試劑有吸收，而待測試樣溶液無吸收一則用不加待測組分的其它試劑作空白；3 .試樣空白：如果試樣基體有吸收，

36、而顯色劑或其它試劑無吸收一則用不加顯色劑的試樣溶液作空白；4 .平行操作空白：用溶劑代替試樣溶液，以與試樣完全相同的分析步驟進行平行操作，用所得的溶液作空白紫外-可見分光光度法應(yīng)用*酸堿指示劑離解常數(shù)的測定分光光度法可以測定酸堿離解常數(shù)，若為一元弱酸，在溶液中的離解反應(yīng)為:HB?H+B-KaH BHBB-pKa=pH-lgHB若測出B-和HB,就可算出Kao測定時，配制出三份不同pH的HB溶液，一份為強堿性溶液，另一份為強酸性溶液，分別在B-和HB的吸收峰波長處測定吸光度，由此計算出B-和HB的摩爾吸光系數(shù)。第三份為已知pH值的緩沖液，其pH值在pKa附近，在測得B-和HB的總吸光度后用雙組分

37、測定的方法算出B-和HB的濃度，即可計算出弱酸的離解常數(shù)。,pH=pKa-lgHB可知，當B-和HB相等時：pKa=pH若以pH為橫坐標，以某波長處測得的不同pH時的A為縱坐標作圖，得一條S形曲線，該曲線的中點所對應(yīng)的pH即為pK值。自測題1 .什么是分光光度中的吸收曲線？制作吸收曲線的目的是什么？2 .什么是分光光度中的校準曲線？為什么一般不以透光度對濃度來制作校準曲線？3 .試比較通常的分光光度法與雙波長分光光度法的差別，并說明其理由。4 .影響顯色反應(yīng)的條件有那些？怎樣選擇適宜的顯色條件？5 .濃度為1.02X10-4moi/L的酸堿指示劑HIn（Ka=1.42X105）水溶液，取2份，

38、分別用等容的0.2mol/LNaOH與HCl0.2mol/L稀釋后，用1.0cm吸收池在430nm處測得吸-5光度為1.51僦性披），與0.032（酸性減）。計算此指小劑的純水溶減濃度分別為2X10、4X10-5、12x10-5mol/L時在430nm處的吸光度。6 .已知：Zn2+與螯合劑Q2-生成的配陰離子ZnQ22-在480nm有最大吸收。當螯合劑的濃度超過陽離子20倍以上時，可以認為Zn2+全部生成ZnQ22-0Zn2+或Q2-對480nm的光都不吸收?，F(xiàn)有含Zn2+2.30X10-4moi/L與含Q2-9.60X10-3mol/L的溶液，用1.00cm吸收池于480nm處測得吸光度為

39、0.690。同樣條件下，只把螯合劑濃度改變?yōu)?.00X10-4moi/L,測得的吸光度為0.540。計算ZnQ22-的穩(wěn)定常數(shù)。7 .某指示劑HIn的離解常數(shù)是5.4X10-7,HIn的入max是485nm,In-的入max=625nm,今制成5.4X10-4mol/L溶液用1.00cm的吸收池在酸性與堿性下測得吸光度如下：吸光度（A）主要PH485nm625nm存在形式1.000.4540.176HIn13.000.0520.823In-問:（a）指示劑濃度不變而H+濃度為5.4x10-7mol/L時，在485nm與625nm處的吸光度將是多少？（b）指示劑濃度不變，改變?nèi)芤旱膒H值，在62

40、5nm處的吸光度是0.298求溶液的H+濃度原子吸收分光光度法5學時基本要點：1. 了解影響原子吸收譜線輪廓的因素；2. 理解火焰原子化和高溫石墨爐原子化法的基本過程；3. 了解原子吸收分光光度計主要部件及類型；4. 了解原子吸收分光光度法干擾及其抑制方法；5. 掌握原子吸收分光光度法的定量分析方法及實驗條件選擇原則。原子吸收分光光度法：根據(jù)物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原子對光源特征輻射譜線吸收程度進行定量的分析方法。原子吸收分光光度法”的特點：(1)靈敏度高：其檢出限可達10-9g/ml(某些元素可更高)；(2)選擇性好：分析不同元素時，選用不同元素燈，提高分析的選擇性；(3)具有較高

41、的精密度和準確度：試樣處理簡單。基本原理一.原子吸收光譜的產(chǎn)生及共振線在一般情況下，原子處于能量最低狀態(tài)(最穩(wěn)定態(tài))，稱為基態(tài)(Eo=0)。當原子吸收外界能量被激發(fā)時，其最外層電子可能躍遷到較高的不同能級上，原子的這種運動狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子很不穩(wěn)定，一般在極短的時間(10-8-107S)便躍回基態(tài)(或較低的激發(fā)態(tài))，此時，原子以電磁波的形式放出能量：E=En-Eo=h=hc(1)A.,較高激發(fā)態(tài)的能級E3£i-I-能量以輜射 形式放出 （共振線）"一L最低激發(fā)態(tài)的能級Lj,受熱能或光能而/激發(fā)F即能量吸收Eg-基態(tài)能級圖1原子光譜的發(fā)射和吸收示意圖共振發(fā)射線：

42、原子外層電子由第一激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)所輻射的譜線稱為共振發(fā)射線；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)所吸收的一定波長的譜線稱為共振吸收線；共振線：共振發(fā)射線和共振吸收線都簡稱為共振線。由于第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間躍遷所需能量最低，最容易發(fā)生，大多數(shù)元素吸收也最強；因為不同元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布各不相同，所以共振線”也就不同，各有特征，又稱特征譜線”，選作分析線”。二.原子吸收值與原子濃度的關(guān)系圖2 基態(tài)原子對光的吸收（一）吸收線輪廓及變寬若將一束不同頻率，強度為Io的平行光通過厚度為1cm的原子蒸氣時，一部分光被吸收，ILIoe*'lI0A=lg0=0.434KJ（2）I

43、透射光的強度1V仍服從朗伯-比爾定律：式中：Kv基態(tài)原子對頻率為的光的吸收系數(shù)，它是光源輻射頻率的y函數(shù)由于外界條件及本身的影響，造成對原子吸收的微擾，使其吸收不可能僅僅對應(yīng)于一條細線，即原子吸收線并不是一條嚴格的幾何線（單色九），而是具有一定的寬度、輪廓，即透射光的強度表現(xiàn)為一個相似于下圖的頻率分布：圖4原子吸收線的輪廓圖吸收系數(shù)KVKo:峰值吸收系數(shù)或中心吸收系數(shù)（最大吸收系數(shù)）前：中心頻率，最大吸收系數(shù)Ko所對應(yīng)的波長；？v：吸收線的半寬度，Ko/2處吸收線上兩點間的距離;K邛:積分吸收，吸收線下的總面積。引起譜線變寬的主要因素有:?E ,可由下1 .自然寬度：在無外界條件影響下的譜線寬

44、度謂之根據(jù)量子力學的Heisenberg測不準原理，能級的能量有不確定量式估算:T一激發(fā)態(tài)原子的壽命，當T為有限值時，則能級能量的不確定量？E為有限值，此能級不是一條直線，而是一個帶"。T越小，寬度越寬。但對共振線而言，其寬度一般<10-5nm,可忽略不計。2 .多普勒（Doppler）寬度：由于原子無規(guī)則運動而引起的變寬當火焰中基態(tài)原子向光源方向運動時，由于Doppler效應(yīng)而使光源輻射的波長慎增大（筋變短），基態(tài)原子將吸收較長的波長；反之亦反。因此，原子的無規(guī)則運動就使該吸收譜線變寬。當處于熱力學平衡時，Doppler變寬可用下式表示：2。，2(ln2)RT6T-d0.71

45、610、0：Dc.AA即？加與T的平方根成正比，與相對分子量A的平方根成反比。對多數(shù)譜線:vd:10310-4nm?YD比自然變寬大12個數(shù)量級，是譜線變寬的主要原因3 .勞倫茲（Lorentz）變寬：原子與其它外來粒子（如氣體分子、原子、離子）間的相互作用（如碰撞）引起的變寬。L =2NA二2p111()二 RT A M(5)式中：P一氣體壓力，M氣體相對分子量；N。一阿伏加德羅常數(shù)；仃2一為原子和分子間碰撞的有效截面。勞倫茲寬度與多普勒寬度有相近的數(shù)量級，大約為10-310-4nmo實驗結(jié)果表明：對于溫度在10003000K,常壓下，吸收線的輪廓主要受Doppler和Lorentz變寬影響

46、，兩者具有相同的數(shù)量級，約為0.001-0.005nm。采用火焰原子化裝置時，？vl是主要的;采用無火焰原子化裝置時，？vd是主要的。（二）吸收值的測量峰值吸收系數(shù)K0與積分吸收積分吸收就是將原子吸收線輪廓所包含的吸收系數(shù)進行積分（即吸收曲線下的總面積）。根據(jù)經(jīng)典的愛因斯坦理論，積分吸收與基態(tài)原子數(shù)的關(guān)系為：二e2.Kd=fN。（6）mc式中：e電子電荷；m電子質(zhì)量；c光速；N0一單位體積原子蒸氣中能夠吸收波長九十?九范圍輻射光的基態(tài)原子數(shù);f一振子強度（每個原子中能夠吸收或發(fā)射特定頻率光的平均電子數(shù)，f與能級間躍遷概率有關(guān)，反映吸收譜線的強度）2在一定條件下，史f為常數(shù)，則：mcKd=kN0

47、即積分吸收與單位體積原子蒸氣中能夠吸收輻射的基態(tài)原子數(shù)成正比，這是原子吸收光譜分析的理論依據(jù)。若能測得積分吸收值，則可求得待測元素的濃度。但要測量出半寬度？V只有0.0010.005nm的原子吸收線輪廓的積分值（吸收值），所需單色器的分辨率高達50萬的光譜儀，這實際上是很難達到的。若采用連續(xù)光源時，把半寬度如此窄的原子吸收輪廓疊加在半寬度很寬的光源發(fā)射線上，實際被吸收的能量相對于發(fā)射線的總能量來說及其微小，在這種條件下要準確記錄信噪比十分困難。1955年，澳大利亞物理學家A.Walsh提出以銳線光源為激發(fā)光源，用測量峰值吸收系數(shù)（K。）的方法代替吸收系數(shù)積分值卜口九的方法成功地解決了這一吸收測

48、量的難題。銳線光源一一發(fā)射線的半寬度比吸收線的半寬度窄的多的光源且當其發(fā)射線中心頻率或波長與吸收線中心頻率或波長相一致時，可以認為在發(fā)射線半寬度的范圍內(nèi)Kv為常數(shù)，并等于中心頻率？v處的吸收系數(shù)K0（峰值吸收K0可準確測得）。理想的銳線光源一一空心陰極燈：用一個與待測元素相同的純金屬制成。由于燈內(nèi)是低電壓，壓力變寬基本消除；燈電流僅幾毫安，溫度很低，熱變寬也很小。在確定的實驗條件下，用空心陰極燈進行峰值吸收K0測量時，也遵守Lamber-Beer定律：A=lgh=0.434K0l（7）L峰值吸收系數(shù)K0與譜線寬度有關(guān)，若僅考慮多普勒寬度？vd:學習好資料歡迎下載K0=2一 D 、lg2 Of二

49、 mc峰值吸收系數(shù)Ko與單位體積原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原子數(shù)A=0.434 1g2JI2二 eflNo mc（8）No成正比。（9）在一定條件下，上式中括號內(nèi)的參數(shù)為定值，則(10)此式表明：在一定條件下，當使用銳線光源時，吸光度A與單位體積原子蒸氣中待測A=K'N0元素的基態(tài)原子數(shù)No成正比。（三）基態(tài)原子數(shù)（No）與待測元素原子總數(shù)（N）的關(guān)系在進行原子吸收測定時，試液應(yīng)在高溫下?lián)]發(fā)并解離成原子蒸氣原子化過程，其中有一部分基態(tài)原子進一步被激發(fā)成激發(fā)態(tài)原子，在一定溫度下，處于熱力學平衡時，激發(fā)態(tài)原子數(shù)Nj與基態(tài)原子數(shù)No之比服從波爾茲曼分布定律：(11)NPGLeVNjGo式中：G

50、j、Go分別代表激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子的統(tǒng)計權(quán)重（表示能級的問并度，即相同能量能級的狀態(tài)的數(shù)目）Ej是激發(fā)態(tài)能量；K波爾茲曼常數(shù)（1.83<io-23J/K）T一熱力學溫度在原子光譜中，一定波長譜線的Gj/Go和Ej都已知，不同T的Nj/No可用上式求出。當<3000K時，者B很小，不超過1%,即基態(tài)原子數(shù)No比Nj大的多，占總原子數(shù)的99%以上，通常情況下可忽略不計，則NoN若控制條件是進入火焰的試樣保持一個恒定的比例，則A與溶液中待測元素的濃度成正比，因此，在一定濃度范圍內(nèi)：(12)此式說明：在一定實驗條件下，通過測定基態(tài)原子（No）,的吸光度（A）,就可求得試樣中待測元素的濃度（c

51、）,此即為原子吸收分光光度法定量基礎(chǔ)一.儀器的主要部件（一）光源：提供待測元素的特征譜線一一共振線基本要求：輻射的共振線寬度明顯小于吸收線寬度一銳線光源（？ve<2>d0-3nm）共振輻射強度足夠大穩(wěn)定性好，背景吸收小1 .空白陰極燈：低壓氣體放電管（Ne、Ar）一個陽極：鴇棒（末端焊有鈦絲或包片），一個空心圓柱形陰極：待測元素一個帶有石英窗的玻璃管，管內(nèi)充入低壓惰性氣體此種空心陰極燈中元素在陰極中可多次激發(fā)和濺射，激發(fā)效率高，譜線強度大，發(fā)射強度與燈電流有關(guān)（電流增大，發(fā)射強度增大；但過大，譜線變寬）2 .多元素空心陰極燈：發(fā)射強度弱3 .無極放電燈：強度高。但制備困難，價格高。

52、（二）原子化器：將待測試樣轉(zhuǎn)變成基態(tài)原子（原子蒸氣）的裝置。1 .火焰原子化法原子化裝置包括：霧化器和燃燒器（1）霧化器：使試液霧化，其性能對測定精密度、靈敏度和化學干擾等都有影響。因此，要求霧化器噴霧穩(wěn)定、霧滴微細均勻和霧化效率高。（2）燃燒器：試液霧化后進入預(yù)混和室（霧化室），與燃氣（如乙快、丙烷等）在室內(nèi)充分（均勻）混合。最低的霧滴進入火焰中，較大的霧滴凝結(jié)在比上，經(jīng)下方廢液管排出。燃燒器噴口一般做成狹縫式，這種形狀即可獲得原子蒸氣較長的吸收光程，又可防止回火?；鹧嬖踊ū容^簡單，易操作，重現(xiàn)性好。但原子化效率較低，一般為1030%,試樣霧滴在火焰中的停留時間短，約為10-4s,且原子

53、蒸氣在火焰中又被大量氣流所稀釋，限制了測定靈敏度的提高。2 .無火焰原子化法電熱高溫石墨爐原子化法原子化效率高，可得到比火焰大數(shù)百倍的原子化蒸氣濃度。絕對靈敏度可達10-910-13g,一般比火焰原子化法提高幾個數(shù)量級。特點：液體和固體都可直接進樣；試樣用量一般很少；但精密度差，相對偏差約為412%（加樣量少）。石墨爐原子化過程一般需要經(jīng)四部程序升溫完成：干燥：在低溫（溶劑沸點）下蒸發(fā)掉樣品中溶劑灰化：在較高溫度下除去低沸點無機物及有機物，減少基體干擾高溫原子化：使以各種形式存在的分析物揮發(fā)并離解為中性原子凈化：升至更高的溫度，除去石墨管中的殘留分析物，以減少和避免記憶效應(yīng)。3 .低溫原子化法

54、（化學原子化法）（1）冷原子吸收測汞法將試液中的Hg離子用SnCl2還原為Hg,在室溫下，用水將汞蒸氣引入氣體吸收管中測定其吸光度。（2）氫化物原子化法對和等元素，將其還原成相應(yīng)的氫化物，然后引入加熱的石英吸收管內(nèi)，使氫化物分解成氣態(tài)原子，并測定其吸光度。（三）分光系統(tǒng)：將待測元素的特征譜線與鄰近譜線分開?；窘M成與紫外可見分光光計單色器相同。（四）檢測系統(tǒng)：將光信號轉(zhuǎn)變成電信號一光電倍增管”（五）顯色系統(tǒng)：記錄器、數(shù)字直讀裝置、電子計算機程序控制等二.原子吸收分光光度計的類型（一）單光束原子吸收分光光度計結(jié)構(gòu)簡單、價廉；但易受光源強度變化影響，燈預(yù)熱時間長，分析速度慢。（二）雙光束原子分光光度計一束光通過火焰，一束光不通過火焰，直接經(jīng)單色器此類儀器可消除光源強度變化及檢測器靈敏度變動影響。（三）雙波道或多波道原子分光光度計使用兩種或多種空心陰極燈，使光輻射同時通過原子蒸氣而被吸收，然后再分別引到不同分光和檢測系統(tǒng)，測定各元素的吸光度值。此類儀器準確度高，可采用內(nèi)標法，并可同時測定兩種以上元素。但裝置復(fù)雜，儀器價格昂貴。定量分析方法1 .標準曲線法配制與試樣溶液相同或相近基體的含有不同濃度的待測元素的標準溶液，分別測定A樣，作A-c曲線，測定試樣溶液的A,從標準曲線上查得c樣。適