水分析化學四大儀器分析

第八章吸收光譜法

吸收光譜法（AbsorptionPhotometry）是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的一種分析方法。屬于儀器分析法的范疇，包括比色法、可見分光光度法、紫外-可見分光光度法和紅外光譜法等。吸收光譜法同滴定分析法、重量分析法相比，有以下一些特點：(1)靈敏度高(2)準確度較高(3)操作簡便，測定速度快。(4)應用廣泛§8.1物質(zhì)對光的選擇性吸收一、光的基本性質(zhì)

光是一種電磁波。電磁波范圍很大，波長從10－1nm～103m，可依次分為X–射線、紫外光區(qū)、可見光區(qū)、紅外光區(qū)、微波及無線電波。其波長、頻率與速度之間的關(guān)系為：

hγ=hc/λh為普朗克常數(shù)，其值為6.626×10-34J·s物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系：互補關(guān)系三、吸收曲線

任何一種溶液對不同波長的光的吸收程度是不相等的。如果將某種波長的單色光依次通過一定濃度的某一溶液，測量該溶液對各種單色光的吸收程度，以波長為縱坐標，以吸光度為縱坐標可以得到一條曲線，叫做吸收光譜曲線或光吸收曲線，簡稱吸收曲線。它清楚地描述了溶液對不同波長的光的吸收情況。BCc2不同物質(zhì)和同一物質(zhì)在不同濃度下的吸收曲線c2＞c1c1

不同物質(zhì)的吸收曲線的形狀和最大吸收波長不同。不同濃度的同一物質(zhì)，吸光度隨濃度增加而增大。在最大吸收波長處，吸光度達到最大值。在最大吸收波長處測定吸光度，靈敏度最高。吸收曲線是吸光光度法中選擇測定波長的重要依據(jù)。四、物質(zhì)對光具有選擇性吸收的原因

這與光的組成及物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。物質(zhì)粒子的能級是不連續(xù)的量子化能級，只有當：（能級差）△E=hγ=hc/λ才產(chǎn)生光的吸收作用。而不同物質(zhì)，其微粒結(jié)構(gòu)不同△E不同，對光的吸收不同（具有選擇性）。

h—普朗克常數(shù)，其值為6.626×10-34J·sγ—相當于△E能量的光子頻率。

c—光子的速度，約等于3×1010cm/s(真空中）

1m=106um=109nm=1010埃(Ao)3、朗伯—比耳定律

或A＝lg(I。/It)=aLC

朗伯—比耳定律的物理意義為：當一束平行單色光通過單一、均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。

a稱為吸收系數(shù)。若b（L）以cm為單位，c以g·L-1為單位，則a的單位為L·g-1

·cm-1

?！?.2

光吸收的基本定律

——朗伯-比耳定律A=

εbc或A=ε

CLε是吸光物質(zhì)在特定波長和溶劑的情況下的一個特征常數(shù)，是吸光物質(zhì)吸光能力的度量。ε值越大，方法的靈敏度越高。桑德爾靈敏度

吸光光度法的靈敏度除用摩爾吸收系數(shù)ε表示外，還常用桑德爾靈敏度S表示。定義：當光度儀器的檢測極限為A=0.001時，單位截面積光程內(nèi)所能檢出的吸光物質(zhì)的最低含量（μg·cm-2）。S與ε的關(guān)系：S=M/ε

可見，某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)ε越大，其桑德爾靈敏度S越小，即該測定方法的靈敏度越高。

在含有多種吸光物質(zhì)的溶液中，只要各種組分之間相互不發(fā)生化學反應，吸光度具有加和性。即：Ａ總＝Ａ１＋Ａ２＋…＋Ａn在吸光度測量中，也常用透光度（或透光率）T來表示光的吸收程度：4、標準曲線的繪制及應用

在固定液層厚度及入射光的波長和強度的情況下，測定一系列不同濃度（但已知）的標準溶液的吸光度，然后以吸光度為縱坐標，標準溶液濃度為橫坐標作圖，得到一根直線。該直線稱為標準（工作）曲線。在相同條件下測定試液的吸光度，從工作曲線上就可查得試液的濃度。

利用比耳定律進行定量分析多采用標準曲線法。

實際工作中特別是在溶液濃度較高時，經(jīng)常會出現(xiàn)標準曲線不成直線的現(xiàn)象，稱為偏離比耳定律。偏離主要原因：（一）物理因素引起的偏離；（二）化學因素引起的偏離。二、偏離朗伯-比耳定律的原因(一)物理因素引起的偏離1.單色光不純嚴格地講，朗伯-比耳定律只對一定波長的單色光才成立。但在實際工作中，目前用各種方法得到的入射光并非純的單色光，而是具有一定波長范圍的單色光。那么，在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系，因而導致了對朗伯—比耳定律的偏離。2.非平行入射光非平行入射光將導致光束的平均光程L’大于吸收池的厚度L，實際測得的吸光度將大于理論值。3．介質(zhì)不均勻性朗伯-比耳定律是建立在均勻、非散射基礎上的一般規(guī)律、如果介質(zhì)不均勻，呈膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)存在，則入射光除了被吸收之外、還會有反射、散射作用。在這種情況下，物質(zhì)的吸光度比實際的吸光度大得多，必然要導致對朗伯-比耳定律的偏離。（二）化學因素引起的偏離1．溶液濃度過高朗伯-比耳定律是建立在吸光質(zhì)點之間沒有相互作用的前提下。但當溶液濃度較高時，吸光物質(zhì)的分子或離子間的平均距離減小，從而改變物質(zhì)對光的吸收能力，即改變物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)。濃度增加，相互作用增強，導致在高濃度范圍內(nèi)摩爾吸收系數(shù)不恒定而使吸光度與濃度之間的線性關(guān)系被破壞?；瘜W變化溶液中吸光物質(zhì)常因解離、締合、形成新的化合物或在光照射下發(fā)生互變異構(gòu)等，從而破壞了平衡濃度與分析濃度之間的正比關(guān)系，也就破壞了吸光度A與分析濃度之間的線性關(guān)系，產(chǎn)生對朗伯-比耳定律的偏離?！?.3比色法和分光光度法一、比色法1、目視比色法原理：A=lg(Io/It)=εCL,It=Io10-εCL

It(s)=Io10-εsCsLs

It(x)=Io10-εxCxLx

當兩溶液顏色深度一致時：It(s)=It(x)∴εsCsLs=εxCxLx對于同一種物質(zhì)，且液層厚度相同時：CS=CX具體做法——標準色階法（標準系列法）

然后從管口垂直向下觀察，比較被測試液與標準色階顏色的深淺。若被測試液與某標準溶液顏色深度一樣，則表示二者濃度相等；若顏色介于兩個相鄰標準溶液之間，則被測液的含量也介于二者之間。c4c3c2c1c1c2c3c4觀察方向方便、靈敏，準確度差。常用于限界分析。2、光電比色法利用光電池和檢流計代替人眼進行測量的儀器分析方法。具體做法——標準曲線法1）測繪標準曲線用光電比色計測量一系列標準溶液的吸光度，以

該吸光度A為縱坐標，標準溶液濃度為橫坐標作圖，得標準曲線。

2）在相同條件下，測定待測液（未知液）的吸光度在標準曲線上查出CX

。光電比色法的優(yōu)點：1）用光電池和檢流計代替人眼測量，消除了主觀誤差提高了準確度。2）可以用濾波片消除其他光的干擾。局限性：限于可見光區(qū)400~760nm，且由濾光片獲得的單色光不純，是近似單色光有其它雜色光，影響測量的靈敏度和準確度。二、分光光度法分光光度法的原理及理論基礎與比色法相同。1、分光光度法的特點（1）單色光純度高：提高了測量的靈敏度和準確度。（2）測量范圍擴大：由可見光區(qū)擴大到紫外區(qū)紅外區(qū)，只要有特征吸收的吸光物質(zhì)均可采用該法測定。（3）利用吸光度的加和性，測量兩種或兩種以上物質(zhì)組分含量。1、分光光度計的組成光源單色器樣品池檢測器讀出系統(tǒng)8.2分光光度計光源單色器吸收室檢測器顯示(1)光源在紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在

320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～375nm的連續(xù)光譜。常用光源光源波長范圍(nm)適用于氫燈185~375紫外氘燈185~400紫外鎢燈320~2500可見，近紅外鹵鎢燈250~2000紫外，可見，近紅外氙燈180~1000紫外、可見（熒光）能斯特燈1000~3500紅外空心陰極燈特有原子光譜激光光源特有各種譜學手段§8.4顯色反應及其影響因素一、顯色反應和顯色劑

1.顯色反應M+RMR

在分光光度分析中，將試樣中被測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應叫顯色反應。顯色反應可分兩大類，即絡合反應和氧化還原反應，而絡合反應是最主要的顯色反應。與被測組分化合成有色物質(zhì)的試劑稱為顯色劑。同一組分?？膳c若干種顯色劑反應，生成若干有色化合物，其原理和靈敏度亦有差別。一種被測組分究競應該用哪種顯色反應，可根據(jù)所需標準加以選擇。(1)選擇性要好

(2)靈敏度要高(3)對比度要大(4)有色化合物的組成要恒定(5)顯色反應的條件要易于控制2.顯色劑(1)無機顯色劑許多無機試劑能與金屬離子起顯色反應，如Cu2+與氨水形成深藍色的絡離子Cu(NH4)42+，SCN-與Fe3+形成紅色的絡合物Fe(SCN)2+或Fe(SCN)63-等。但是多數(shù)無機顯色劑的靈敏度和選擇性都不高，其中性能較好，目前還有實用價值的有硫氰酸鹽、鉬酸銨、氨水和過氧化氫等。(2)有機顯色劑許多有機試劑，在一定條件下，能與金屬離子生成有色的金屬螯合物(具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡合物)。

★將金屬螯合物應用于光度分析中的優(yōu)點

1．大部分金屬螯合物都呈現(xiàn)鮮明的顏色，摩爾吸收系數(shù)大于104，因而測定的靈敏度很高。2．金屬螯合物都很穩(wěn)定，一般離解常數(shù)都很小，而且能抗輻射。3．專用性強，絕大多數(shù)有機螯合劑，在一定條件下，只與少數(shù)或其一種金屬離子絡合，而且同一種有機螯合劑與不同的金屬離子絡合時，生成具有特征顏色的螯合物。4．雖然大部分金屬螯合物難溶于水，但可被萃取到有機溶劑中，大大發(fā)展了萃取光度法。有機顯色劑是光度分析中應用最多最廣的顯色劑，尋找高選擇性、高靈敏度的有機顯色劑，是光度分析發(fā)展和研究的重要內(nèi)容。

在有機化合物分子中，凡是包含有共軛雙鍵的基團，如—N＝N—、—N＝O、—NO2對醌基、＝C＝O(羰基)、＝C＝S(硫羰基)等，一般都具有顏色，原因是這些基團中的л電子被光激發(fā)時，只需要較小的能量，能吸收波長大于200nm的光，因此，稱這些基團為生色團。含有生色團的有機化合物常常能與許多全屬離子化合生成性質(zhì)穩(wěn)定且具有特征顏色的化合物，且靈敏度和選擇性都很高。

某些含有未共用電子對的基團如胺基—NH2，RHN—，R2N—(具有一對未共用電子對)，羥基-OH(具有兩對末共用電子對）以及鹵代基—F，—Cl，—Br，—I等，它們與生色基團上的不飽和鍵互相作用，引起永久性的電荷移動，從而減小了分子的活化能促使試劑對光的最大吸收“紅移”(向長波方向移動)，使試劑顏色加深，這些基團稱為助色團。

★常用的有機顯色劑1.鄰二氮菲（phen),是測定Fe2+的較好顯色劑在PH=5~6時，生成Fe(phen)32+橙紅色絡合物，λmax=508nm，即對波長為508nm的光有最大吸收。2.雙硫腙(H2DZ)，可與20多種金屬離子形成螯合物，在CCl4或CHCl3中呈顯黃、紅色或介于二色之間，是目前萃取比色測定Pb2+Zn2+Cd2+Cu2+Hg2+

等重金屬離子的重要顯色劑。

3.二甲酚橙（XO），與許多金屬離子形成紅色或紫紅色的絡合比為1：1的絡合物不僅是絡合滴定中重要的金屬指示劑，也是比色分析及分光光度分析的常用顯色劑。4.磺基水楊酸（SSal)，與Fe3+的絡合物在不同PH值時顯不同顏色和不同組成。一般在PH=1.8~2.5條件下為紅褐色的絡離子，在520nm處有最大吸收，可在該波長處測定水中Fe3+的含量。

（二）影響顯色反應的因素1、顯色劑用量

2、酸度（H+濃度）的影響3、顯色溫度

4、顯色時間由于顯色反應的速度不盡相同，溶液顏色達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間不同。5、溶劑溶劑對顯色反應的影響表現(xiàn)在下列幾方面。（1）有機溶劑影響絡合物的離解度降低絡合物的離解度，使顏色加深提高了測定的靈酸度。（2）溶劑改變絡合物顏色

（3）溶劑影響顯色反應的速度（1）控制酸度（pH值）

6、溶液中共存離子的干擾及消除試樣中存在干擾物質(zhì)時會影響被測組分的測定，消除共存離子干擾的方法有：（2）加掩蔽劑（3）改變干擾離子的價態(tài)（4）選擇適當?shù)墓舛葴y量條件和方法（5）分離干擾離子§8.5吸收光譜法定量的基本方法一、絕對法

A=εCL，當L一定時，在最大吸收波長下以分光光度計測A，則C=A/εL。二、標準對照法在相同條件及選定波長處，測定標準溶液及待測溶液的A，則：

AS=εSCSLS……（1）

AX=εXCXLX…...（2）兩式相除：CX=AXCS/AS三、標準曲線法五、最小二乘法（回歸分析法）在分光光度法中，A與C之間的關(guān)系呈直線趨勢，可用一條直線來描述兩者間的關(guān)系：

C=aA+b用求極值方法可求得a和b。六、示差分光光度法該法主要用于高含量組分的測定，也可用于低含量組分的測定。當被測組分含量高時，常常偏離朗伯-比耳定律。即使不偏離，由于吸光度太大，也超出了準確讀數(shù)的范圍，就是把分析誤差控制在5%以下，對高含量成分也是不符合要求的。

§8.6吸光度測量誤差及測量條件的選擇一、測量誤差

光度分析法的誤差來源有兩方面，一方面是各種化學因素所引入的誤差，另一方面是儀器精度不夠，測量不準所引入的誤差。

二、測量條件的選擇選擇適當?shù)臏y量條件，是獲得準確測定結(jié)果的重要途徑。選擇適合的測量條件，可從下列幾個方面考慮。1、測量波長（入射光波長）的選擇

2、吸光度讀數(shù)范圍的控制

吸光度在0.15~0.80時，測量的準確度較高。為此可以從下列幾方面想辦法：3、參比溶液的選擇§8.7吸收光譜法應用實例

一、天然水中Fe2+的測定

二、廢水中鎘的測定三、水中微量酚的測定四、水中含氮物質(zhì)的測定

作業(yè)P333—3342、4、7、8§3-1.概述

1．定義：基于被測元素基態(tài)原子在蒸氣狀態(tài)對其原子

共振輻射吸收進行元素定量分析的方法。

組成部分：光源原子化裝置分光系統(tǒng)檢測系統(tǒng)

2．特點：1）靈敏度高，精密度高。

FAASppm，ppbGFAAS10-10—10-14g

2）選擇性好，抗干擾能力強。

譜線干擾少，共存元素影響小

3）適用范圍廣，測定的元素高達70多種。

4）分析速度快，設備費用低。

缺點：1）難熔元素及非金屬元素難以測定；

2）一個元素需要一盞空心陰極燈；

3）不能同時進行多元素分析。原子吸收光譜法

思考題：

1．原子吸收分光光度計主要由哪幾部分組成？每部分的作

用是什么？在構(gòu)造上與分光光度計有什么不同？為什么？

光源吸收池分光系統(tǒng)檢測系統(tǒng)

光度法W或H燈比色皿棱鏡或光柵光電池或光電管

AASHCL原子化器

光柵

光電倍增管2．在原子吸收光度計中為什么不采用連續(xù)光源（例如鎢絲燈或氖燈），而在分光光度計中則需要采用連續(xù)光源？原子的能級躍遷只能取固定值，是線光譜，原子吸收的譜

線非常窄，如果采用連續(xù)光源，則分光系統(tǒng)無法分開相近的

吸收線，分光光度計中采用連續(xù)光源是因為溶液中分子的吸

收是連續(xù)光譜，沒有必要用線光源。4.AAS的方框圖：

銳線光源—原子蒸氣—單色器—檢測器—放大—讀出

發(fā)射光譜吸收分光光電轉(zhuǎn)換

§3-6．吸光度與分析物濃度的關(guān)系

一．吸收定律

A=-LogT=KC（比爾定律）

二．吸收線輪廓及變寬原因

原子吸收線往往不是一條線，而是具有一定寬度的譜線

（或頻率間距）Vo為中心頻率Io為入射光強

半寬度△Vo：最大吸收值一半時頻率寬度

變寬的原因：

1）譜線的自然寬度——可以忽略10-5nm

2）多普勒（Doppler）寬度——熱變寬10-3nm。

由于發(fā)射原子的熱運動，比自然寬度大二個數(shù)量級，是

變寬的主要原因。溫度越高，原子量越小，波長越長，

Doppler變寬越顯著。

△λD=7.16·10-7·λO(T/M)1/2

§3-6．吸光度與分析物濃度的關(guān)系

一．吸收定律

A=-LogT=KC（比爾定律）

二．吸收線輪廓及變寬原因

原子吸收線往往不是一條線，而是具有一定寬度的譜線

（或頻率間距）Vo為中心頻率Io為入射光強

半寬度△Vo：最大吸收值一半時頻率寬度

變寬的原因：

1）譜線的自然寬度——可以忽略10-5nm

2）多普勒（Doppler）寬度——熱變寬10-3nm。

由于發(fā)射原子的熱運動，比自然寬度大二個數(shù)量級，是

變寬的主要原因。溫度越高，原子量越小，波長越長，

Doppler變寬越顯著。

△λD=7.16·10-7·λO(T/M)1/2

三．積分吸收原理

∫Kvdv=KNo

Kv為吸收系數(shù)，No為自由原子數(shù)，K為常數(shù)。如果能

測定積分吸收，則可求得原子濃度。但單色器的分辨率必

須很高，才能測定譜線寬度為10-3nm的積分吸收，因而使

原子吸收早在100多年前被發(fā)現(xiàn)，但無法應用。

四．峰值吸收原理

1955年Walsh提出了峰值吸收原理：

發(fā)射線的波長和吸收線的波長一樣，不需高分辨的單

色器，只要將其與其它譜線分開，就可測定峰值吸收系數(shù)。

I=Io·e-KNL

I被吸收后的光強，Io入射光強，K為吸收系數(shù)，

L為吸收層厚度，N為自由原子的濃度。

A=Lg（Io/I）=2.303KNL=KC

與光度法的比爾定律一致。

§3-7．原子吸收的干擾及消除

早期認為：AAS無干擾或干擾很少。

現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)：有干擾，有些情況下比較嚴重。

二類：

1）光譜干擾—譜線干擾和背景吸收

2）非光譜干擾—化學干擾、物理干擾、電離干擾

一．光譜干擾

1．譜線重疊干擾△λ<0.01nm就有明顯干擾

例如：

1）V308.211nm對Al308.215nm的干擾——另選分析線

2）Ga403.30nm對Mn403.31nm的干擾

——常煥球，光譜實驗室，12（4），19-22（1995）

聯(lián)立方程校正干擾

3）Ni232.00nm與Ni232.14nm——另選分析線

2．背景吸收干擾

共存元素在氣相生成的分子吸收峰與分析元素的共

振線重疊，產(chǎn)生干擾。

1）C2H2-Air中，CaOH分子干擾Ba553.55nm測定

1%Ca≈75ppmBa，用N2O-C2H2干擾消失。

2)SrO對Li607.8nm的干擾

3)CaO對Na589.0nm的干擾

4）MgOH對Cr357.9nm的干擾

5）堿金屬鹵化物在200-400nm范圍內(nèi)對測定

ZnNiCdFeHgMnPbMgCu的背景吸收

6）無機酸H2SO4H3PO4在<252nm有強吸收

改用HNO3和HCl（吸收很?。?/p>

消除方法：

1）測吸收線與測吸收線鄰近的非吸收線，然后相減。

共振線A1=A測+A背

鄰近非吸收線A2=A背

A測=A1-A背

2）利用氘燈自動背景校正器校正

氘燈、HCL，切光器交替進入，<350nm有效

3）塞曼效應背景校正方法190—900nm

塞曼效應（Zeemaneffect）：

指在磁場作用下簡并的譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。

塞曼效應背景校正法：

是磁場將吸收線分裂為具有不同偏振方向的成分，利用

這些分裂的偏振成分來區(qū)別被測元素和背景的吸收。

3．火焰發(fā)射干擾

利用交流脈沖調(diào)制電源和同步檢波放大消除。

二．化學干擾

1．李述信主編．原子吸收光譜分析中干擾及消除方法.

北京，北京大學出版社，1987．

2．葉明德，王曙紅，周紹榮．火焰原子吸收中化學干擾的

研究進展．理化檢驗—化學分冊．2000年9月

待測元素與共存元素在凝相和氣相發(fā)生的任何導致

待測元素自由原子數(shù)目改變的反應。

例如：AlSiTiPO43-

對測定堿土金屬的干擾

1）Al（含氧酸H2SO4

和HNO3）對測Mg干擾

——生成MgAl2O4

2）PO43-對測Ca的干擾

3）BBeCrFeMoUVW與稀土生成難熔氧化物

4）HClO4有明顯的增強效應，改用HNO3和HCl

消除方法：

(1)選擇合適的原子化方法N2O-C2H2PO43-對Ca無干擾

(2)加入釋放劑：與干擾元素生成熱穩(wěn)定性更高的化合物

從而釋放出待測元素。

例如：LaCl3作為PO43-溶液中測Ca的釋放劑

2CaCl2+2H3PO4=Ca2P2O7+4HCl+H2O

LaCl3+H3PO4=LaPO4+3HCl

(3)加入保護劑：可與干擾元素或分析元素生成穩(wěn)定的絡合

物，避免干擾元素與分析元素生成難熔化合物。

例如：8-Oxine抑制Al對CaMg的干擾

也可抑制CoNiCu對測Fe的干擾

EDTA可消除SeTeBiAlSiPO43-SO42-對測定CaMg的干擾

磺基水揚酸（SSAL）可消除SiTiZrAl對測定Mn的干擾

(4)加入基體改進劑：GFAAS

三．電離干擾

由于元素在高溫火焰中的電離，使基態(tài)原子數(shù)

減少靈敏度降低的現(xiàn)象。

消除方法：加入易電離的物質(zhì)——消電離劑

例如：

1）0.2%KCl(K的電離電位為4.3ev)抑制Ba的電離。

——Ba的電離電位為5.21ev

2）加入鉀鹽抑制鈉的電離

四．物理干擾

由于試樣與標樣的物理性質(zhì)（粘度和表面張力

等）不同引起噴霧效率或進入火焰試樣量的改變所

產(chǎn)生的干擾。

影響：抽吸過程——改變提升量

霧化過和——影響霧化效率

蒸發(fā)過程——影響氣化速率

消除：1）調(diào)節(jié)氣壓和流量

2）調(diào)節(jié)撞擊球的距離

3）稀釋樣品的濃度

4）

用有機溶劑來改善表面張力

本章要學習目的理解色譜柱的分離原理掌握氣相色譜的基本原理熟悉氣相色譜的基本組成、結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點掌握氣相色譜的測試方法、測試條件，數(shù)據(jù)處理了解分離理論塔板理論第9章氣相色譜法

GasChromatography9.1概述1、色譜法簡介在1903年由俄國植物學家Цвет分離植物色素時采用。具備兩個相：固定相；流動相。當流動相中樣品混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生作用，各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強弱也有差異，同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，按先后不同的次序從固定相中流出。2、色譜法特點(1)高選擇性：可用在性質(zhì)極為相似物質(zhì)（如同位素、同系物、烴類異構(gòu)體等）的分離與測定。(2)高效能：可以分析極為復雜的物質(zhì)，如：石油烴、燃燒產(chǎn)物等(3)高靈敏度：可檢測出10-11～10-13g的物質(zhì)量，因而可對痕量組分進行分析。如：大氣污染監(jiān)測10-9～10-12級的毒物；農(nóng)副產(chǎn)品、水果、食品、水質(zhì)中的10-6～10-9g的農(nóng)藥殘留量。(4)分析氣體和沸點較低的化合物

高沸點、熱穩(wěn)定性差、摩爾質(zhì)量大的物質(zhì)，目前主要采用高效液相色譜法進行分離和分析。

9.2氣相色譜分離的基本理論1、色譜分離過程試液同一時刻進入色譜柱上端，同時在固定相和流動相之間分配。分配在流動相的樣品組分隨流動相流動，而分配在固定相的樣品組分則滯留不動。樣品被流動相攜帶通過色譜柱時，它們在兩相之間進行反復多次（通常在103--106次）分配過程，使得原來分配系數(shù)具有微小差別的各組分，產(chǎn)生了保留能力明顯差異的分離效果，造成不同組分在色譜柱的移動速度不同。經(jīng)過一定長度的色譜柱后，彼此分離開來，最后按一定順序流出色譜柱。

當試樣由流動相攜帶進入色譜柱與固定相接觸時，被固定相溶解或吸附。隨著流動相的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附，揮發(fā)或脫附下的組分隨著流動相向前移動時又再次被固定相溶解或吸附。隨著流動相的流動，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過程反復地進行。2、分配系數(shù)K

和分配比CL/CG分配比k它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比。即分配系數(shù)K與分配比k的關(guān)系

9.3氣相色譜分析流程和裝置進樣系統(tǒng)氣路系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)柱流量+分流出口流量柱流量=液態(tài)樣品分子分流流路示意圖:進樣時刻(隔墊)分流出口總流量色譜柱=載氣吹掃出口分流放空閥分流比=響應信號（峰面積、峰高）與組分的濃度或質(zhì)量流速成正比濃度型微分檢測器質(zhì)量型微分檢測器（焰FID、火焰光度FPD）：測量組分的質(zhì)量變化9.4色譜流出曲線和基本術(shù)語1、色譜圖相應信號為縱坐標流出時間為橫坐標，

組分及其濃度隨時間變化的曲線稱為色譜圖，也稱色譜流出曲線

從色譜流出曲線上，可以得到許多重要信息：

l）色譜峰的個數(shù)，判斷樣品中所合組份的最少個數(shù)．

2）色譜峰的保留值(或位置），可以進行定性分析．

3)根據(jù)色譜峰下的面積或峰高，可以進行定量分析．

4）色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，評價色譜柱分離效能

5）色譜峰兩峰間的距離，評價固定相(和流動相)選擇是否合適2、基線--柱中僅有流動相通過時，檢測器響應訊號的記錄值穩(wěn)定的基線應該是一條水平直線．3、峰高--色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以h表示，4、色譜峰的區(qū)域?qū)挾壬V峰的區(qū)域?qū)挾仁墙M份在色譜柱中譜帶擴張的函數(shù)，它反映了色譜操作條件的動力學因素．度量色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法：6、保留值（1）死時間to--不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進入色譜柱時，從進樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間稱為死時間（2）死體積Vo---指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和．當后兩項很小而可忽略不計時，死體積可由死時間與流動相體積流速F0（L／min）計算Vo=to·F0組分要達到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過程的熱力學性質(zhì)有關(guān)。兩峰間雖有一定距離，如果每個峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴散行為決定的，即與色譜過程的動力學性質(zhì)有關(guān)。9.5色譜柱效能-塔板理論最早由Martin等人提出塔板理論把色譜柱比作一個精餾塔用精餾塔中塔板概念描述組分在兩相間的分配行為同時引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標。色譜柱長：L，虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板高度（H）即：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：色譜峰W越小，n就越大，而H就越小，柱效能越高。因此，n和H是描述柱效能的指標。

通常填充色譜柱的n＞103，H＜1mm。毛細管柱n=105--106，H＜0.5mm色譜柱的總分離效能指標

（a）兩色譜峰距離近并且峰形寬。兩峰嚴重相疊，這表示選擇性和柱效都很差。（b）雖然兩峰距離拉開了，但峰形仍很寬，說明選擇性好，但技效低。（c）分離最理想，說明選擇性好，柱效也高。

（1）分離度R是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標，稱總分離效能指標。又叫分辨率，定義：相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。當R＜1時，兩峰有部分重疊；當R＝1時，分離程度可達98％；當R＝1．5時，分離程度可達99．7％通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標志。不同分離度時色譜峰分離的程度9.7氣相色譜定性和定量方法

氣相色譜分析對象是在氣化室溫度下能成為氣態(tài)的物質(zhì)。氣相色譜法是一種高效、快速的分離分析技術(shù)，它可以在很短時間內(nèi)分離幾十種甚至上百種組分的混合物，這是其他方法無法比擬的。

1）用已知純物質(zhì)對照定性最方便，最可靠的方法這個方法基于在一定操作條件下，各組分的保留時間是一定值的原理。如果未知樣品較復雜，可采用在未知混合物中加入已知物，通過未知物中哪個峰增大，來確定未知物中成分。2）根據(jù)保留指數(shù)定性

保留指數(shù)又稱Kovasts指數(shù)，可根據(jù)所用固定相和柱溫直接與文獻值對照，而不需標準樣品。

（3）雙柱、多柱定性

對于復雜樣品的分析，利用雙柱或多柱法更有效、可靠，使原來一根柱子上可能出現(xiàn)相同保留值的兩種組分，在另一柱上就有可能出現(xiàn)不同的保留值。（4）與其他方法結(jié)合

氣相色譜與質(zhì)譜、Fourier紅外光譜、發(fā)射光譜等儀器聯(lián)用是目前解決復雜樣品定性分析最有效工具之一。2、定量分析

氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測器對溶質(zhì)產(chǎn)生的響應信號與溶質(zhì)的量成正比的原理

mi=fiAi,mi=fihi

通過色譜圖上的面積或峰高，計算樣品中溶質(zhì)的含量。定量分析方法

（l）歸一化法

是氣相色譜中常用的一種定量方法。應用這種方法的前提條件是試樣中各組分必須全部流出色譜柱，并在色譜圖上都出現(xiàn)色譜峰。式中Ai為組分i的峰面積，fi為組分i的定量校正因子。歸一化的優(yōu)點是簡便準確，當操作條件如進樣量、載氣流速等變化時對結(jié)果的影響較小。適合于對多組分試樣中各組分含量的分析。（2）外標法校準曲線法外標法簡便，不需要校正因子，進樣量要求十分準確，操作條件也需嚴格控制。適用于日?？刂品治龊痛罅客悩悠返姆治觥＃?）內(nèi)標法選擇一內(nèi)標物質(zhì)以固定的濃度加入標準溶液和樣品溶液中，以抵消實驗條件和進樣量變化帶來的誤差內(nèi)標物要滿足以下要求：（1）試樣中不含有該物質(zhì)；（2）與被測組分性質(zhì)比較接近；（3）不與試樣發(fā)生化學反應；（4）出峰位置應位于被測組分附近，且不受組分峰影響。(5)內(nèi)標物濃度恰當，使其峰面積與待測組分相差不太大根據(jù)基本色譜分離方程式及范氏理論，可指導選擇色譜分離的操作條件（1）柱長的選擇增加柱長可使理論塔板數(shù)增大，但同時使峰寬加大，分析時間延長。因此，填充柱的柱長要選擇適當。9.8色譜分離操作條件的選擇（3）柱溫的選擇柱溫直接影響分離效能和分析速度柱溫↓，分離度↑，分析時間↑。（4）進樣方式和進樣量的選擇（5）氣化溫度的選擇（2）載氣及其流速的選擇曲線的最低點，塔板高度H最小，柱效最高，其相應的流速是最佳流速.作業(yè)P387:思考題：1習題：2第七章

電化學分析法電化學分析法的特點1、靈敏度高。被測物質(zhì)含量范圍在10-2—10-12mol/L數(shù)量級2、準確度高，選擇性好，應用廣泛。不但可測定無機離子，也可測定有機化合物3、電化學儀器裝置較為簡單，操作方便。4、電化學分析法在測定過程得到的是電訊號，易于實現(xiàn)自動控制和在線分析,尤其適合于化工生產(chǎn)的過程控制分析。5.不需用指示劑指示終點，不受溶液顏色、渾濁等的限制，在突躍(pH、pM、pX、

等的突躍)較小和無合適指示劑的情況下,可以很方便地使用電位滴定法。6.克服了用人眼判斷終點造成的主觀誤差，提高了測定的準確度，易于實現(xiàn)滴定的自動化利用物質(zhì)的電學、電化學性質(zhì)及其變化而建立起來的分析方法，統(tǒng)稱為電化學分析法。7.1電位分析法的原理化學電池（chemicalcell）化學能與電能互相轉(zhuǎn)換的裝置原電池能自發(fā)地將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置電解電池外部電源提供電能迫使電流通過使電池內(nèi)部發(fā)生電極反應的裝置通常將發(fā)生氧化反應的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應的電極稱為陰極化學電池可用圖解法表示：

Zn︱ZnSO4（0.1mol/L）‖CuSO4(0.1mol/L)︱Cu1．化學電池的表示化學電池是化學能與電能互相轉(zhuǎn)換的裝置．能自發(fā)地將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱為原電池（Galvaniccell）

需要從外部電源提供電能迫使電流通過，使電池內(nèi)部發(fā)生電極反應的裝置稱為電解電池（Electrolyticcell

）通常將發(fā)生氧化反應的電極（離子失去電子）稱為陽極，發(fā)生還原反應的電極（離子得到電子）稱為陰極2、寫電池式的規(guī)則：（1）左邊電極進行氧化反應，右邊電極進行還原反應。（2）電極的兩相界面和不相混的兩種溶液之間的界面、都用單豎線“︱”表示。當兩種溶液通過鹽橋連接時，已消除液接電位時，則用雙豎線“‖”表示。（3）電解質(zhì)位于兩電極之間。（4）氣體或均相電極反應，反應本身不能直接作電極，要用惰性材料作電極，以傳導電流，在表示圖中要指出何種電極材料（如Pt,Au,c等）。（5）電池中的溶液應注明濃（活）度，如有氣體則應注明壓力，溫度，若不注明系指攝氏25oC和1大氣壓Zn︱ZnSO4（0.1mol/L）‖CuSO4(0.1mol/L)︱Cu3、電動勢表示方法

E為正時，為自發(fā)電池，為負時，是電解池。

自發(fā)電池：陰極還原反應（右+）陽極氧化反應（左-）

電解池：陰極還原反應（右-）陽極氧化反應（左+）

7.1.1指示電極（1）金屬基電極

1)金屬—金屬離子電極（第一類電極）金屬與該金屬離子溶液組成的體系，其電極電位決定于金屬離子的活度。2)金屬—金屬微溶鹽電極（第二類電極）金屬及其難溶鹽（或配離子）所組成的電極體系。它能間接反映與該金屬離子生成難溶鹽（或絡離子）的陰離子的活度。這類電極主要有AgX及銀絡離子，EDTA絡離子,汞化合物等。甘汞電極屬此類3)

均相氧化還原電極（零類電極）由惰性材料如鉑、金或石墨炭作成片或棒狀，浸入含有均相和可逆的同元素的兩種不同氧化態(tài)的離子溶液中組成，稱為零類電極或氧化還原電極。電極不參與反應，但其晶格間的自由電子可與溶液進行交換。故惰性金屬電極可作為溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)獲得電子或釋放電子的場所。Fe3+，F(xiàn)e2+︱Pt

(2)膜電極膜電極組成的半電池，沒有電極反應相界間沒有發(fā)生電子交換過程表現(xiàn)為離子在相界上的擴散該類主要指離子選擇性電極離子選擇電極的類型及作用原理分類1）晶體膜電極

氟離子選擇電極敏感膜由LaF3單晶片制成含有少量0.1%～0.5%EuF21%～5%CaF2,晶格點陣中La3+被Eu2+，Ca2+取代，形成較多空的F－點陣,降低晶體的電阻，導電由F－完成。作用過程：當氟電極插入到F-溶液中時，F(xiàn)-在晶體膜表面進行交換。溶液中的F-

可進入單晶的空穴中，單晶表面的F-也可進溶液。電極電位：當αF-

大于10-5mol/L時，產(chǎn)生的膜電位與溶液中F-

活度的關(guān)系符合能斯特方程式。25℃時：E膜

=K-0.059lgaF-

=K+0.059pF

在pH5～7之間使用LaF3+3OH－

=La(OH)3+3F－溶液中的F

-生成HF或HF2

-2）非晶體膜電極玻璃膜電極pH玻璃電極構(gòu)造：下端是由特殊成分的玻璃吹制而成球狀薄膜。膜的厚度為0·1mm。玻璃管內(nèi)裝一定pH值（PH=7）的緩沖溶液，插入Ag／AgCl電極作為內(nèi)參比電極。

膜

=外

-內(nèi)

=0.059㏒a1/a2=K+0.059㏒a1

外

=k1+0.059㏒a1/a’1,內(nèi)

=k2+0.059㏒a2/a’27.1.2參比電極對參比電極的要求要有“三性”（1）可逆性有電流流過（μA）時，反轉(zhuǎn)變號時，電位基本上保持不變。（2）重現(xiàn)性溶液的濃度和溫度改變時，按Nernst響應，無滯后現(xiàn)象。（3）穩(wěn)定性測量中電位保持恒定、并具有長的使用壽命。例:甘汞電極（SCE）,銀-氯化銀電極等。7.2直接電位分析法

將指示電極和參比電極一起浸入待測溶液中組成原電池，測量電池電動勢，就可以得到指示電極電位，由電極電位可以計算出待測物質(zhì)的濃度。

所測得的電池電動勢包括了液體接界電位指示電極測定的是活度而不是濃度膜電極不對稱電位的存在

直接電位法不是由電池電動勢計算溶液濃度。而是依靠標準溶液進行測定?！衟H值的測定(玻璃電極法)一、測定原理：直接電極法測定水樣的pH值，是以玻璃電極為指示電極（負極）與飽和甘汞電極為參比電極（正極）和被測溶液組成原電池

電池=

甘-

M=

甘

-（k-0.059pH）=K+0.059pHpH=（

電池-K）/0.059已知常數(shù)97K值的確定：通過測定已知pH值的標準溶液校正儀器

電池標準=K標準

+0.059pH標準

電池水樣=K水樣

+0.059pH水樣假設：K標準

=K水樣

,則：二、pH計使用1.儀器的定位與校正（1）測量前檢查儀器、電極、標準緩沖液是否正常。（2）選用標準緩沖溶液：根據(jù)待測樣品的pH值范圍，在其兩端選用兩種pH標準緩沖溶液（標準緩沖溶液可自配或購買pH基準試劑）（3）儀器定位與校正：①將電極浸入第一種標準緩沖溶液中，調(diào)節(jié)“溫度”旋鈕，使之與被測溶液溫度一致。然后調(diào)“定位”鈕，使pH讀數(shù)與已知pH值一致。校正后切勿再動“定位”鈕②將電極取出，洗凈、吸干，再浸入第二種標準緩沖溶液中，測定pH值，pH值之差應小于0.1。1、工作電池：①指示電極：pH玻璃膜電極②參比電極：飽和甘汞電極③待測溶液2、pH計3、磁力攪拌器及磁力攪拌子。pH值測定步驟①用廣泛pH試紙檢測待測溶液大致的pH值；②選擇與待測液pH值相近（±2個pH值左右）的標準緩沖溶液；③將測定裝置安裝好；④用選定的標準緩沖液對儀器進行定位；⑤移開標準緩沖溶液，將電極洗凈并擦干；⑥測定待測液。101注意事項（1）準備操作：更換標準緩沖液或樣品時，應用蒸餾水充分淋洗電極，用濾紙吸去電極上的水滴，再用待測溶液淋洗，以消除相互影響。這一點對緩沖能力較弱的溶液尤為重要（2）測量pH時，溶液應適度攪拌，以使溶液均勻和達到電化學平衡，靜置片刻后再讀取數(shù)據(jù)。（3）測量時，甘汞電極內(nèi)的KCl溶液液面應高于被測溶液的液面，以防止被測溶液向甘汞電極內(nèi)擴散。7.2.2溶液離子活度測定測定離子活度是利用離子選擇電極與參比電極組成電池，通過測定電池電動勢來測定離子的活度，這種測量儀器叫離子計。離子選擇性電極作正極時，對陽離子響應的電極，取正號；對陰離子響應的電極，取負號利用電極電位和pM的線性關(guān)系，也可以采用標準曲線法和標準加入法測定離子活度標準曲線法在同樣的條件下用標準物配制一系列不同濃度的標準溶液，由其濃度的對數(shù)與電位值作圖得到校準曲線，再在同樣條件下測定試樣溶液的電位值，由校準曲線上讀取試樣中待測離子的含量。該方法的缺點是當試樣組成比較復雜時，難以做到與標準曲線條件一致，需要靠回收率實驗對方法的準確性加以驗證Elgci標準加入法

待測溶液的成分比較復雜，難以使它與標準溶液相一致。標準加入法可以克服這方面的困難先測定體積為Vx、濃度為Cx的樣品溶液的電池電動勢，即Ex=k′+SlgCx

然后,加入一定量標準溶液,測定

E=K′+Slg（Cx+ΔCs）

當加入的標準溶液的體積較小時，Vx＞＞Vs，則Vs+Vx≈Vx，上式簡化為

由離子選擇性電極測得的物質(zhì)含量為活度，而分析上常常要求濃度，濃度C和活度a之間的關(guān)系為a=

c,

隨試液中離子強度而變化。為了使試液中離子強度保持一致，通常采用的辦法是在試液中加入惰性鹽，使離子強度恒定，該惰性鹽稱為離子強度調(diào)節(jié)劑。有時試液中還要加入pH緩沖劑，消除干擾的掩蔽配位劑。例如測定水中氟離子，為了穩(wěn)定pH在一定的范圍，并消除鐵、鋁離子干擾，pH緩沖劑、掩蔽劑、惰性鹽的混合溶液，稱為總離子強度調(diào)節(jié)緩沖劑（TISAB)工作原理

儀器由主機和氧電極兩部分組成。氧電極(亦稱氧敏感膜電極)由兩個金屬(Ag—AgCl，Pt或金)電極、支持電解質(zhì)(內(nèi)充液—0．5mol／LKCL)和選擇性薄膜(亦即氧膜)組成。氧膜只能透過氧和其它氣體，水和可溶解物質(zhì)不能透過。透過氧膜的氧氣產(chǎn)生微弱的擴散電流，在一定溫度下其大小和水樣溶解氧含量成正比。定量測定出此擴散電流即可測定出水樣的溶解氧的mg／L值。溶解氧測定儀7.3電位滴定法是在滴定過程中通過測量電位變化以確定滴定終點的方法，和直接電位法相比，電位滴定法不需要準確的測量電極電位值，因此，溫度、液體接界電位的影響并不重要，其準確度優(yōu)于直接電拉法電位滴定法是靠電極電位的突躍來指示滴定終點。在滴定到達終點前后，滴液中的待測離子濃度往往連續(xù)變化n個數(shù)量級，引起電位的突躍，被測成分的含量仍然通過消耗滴定劑的量來計算電位滴定法：采用滴定劑的電位分析法。在滴定過程中，根據(jù)電極電位的“突躍”來確定滴定終點，并由滴定劑的用量,求出被測物質(zhì)的含量。電位滴定的適用性：在滴定有色溶液、渾濁溶液時，滴定終點難以指示無合適指示劑時應用：用玻璃電極測定酸堿度，用銀電極測定Cl-、Br-、I-，用鈣離子選擇電極測鈣等。

1、封閉現(xiàn)象

某些金屬指示劑絡合物MIn較相應的MY絡合物穩(wěn)定，在滴定過程中，溶液一直呈現(xiàn)MIn的顏色，即使到了化學計量點是也不變色，這種現(xiàn)象稱為指示劑的封閉現(xiàn)象如用EBT作指示劑，EDTA測定Ca2+，Mg2+時，Al3+、Fe3+封閉指示劑，加入三乙醇胺掩蔽2、僵化現(xiàn)象有些指示劑或金屬-指示劑絡合物在水中的溶解度太小，使得滴定劑與金屬-指示劑絡合物交換緩慢，終點拖長，這種現(xiàn)象稱為指示劑僵化。用PAN作指示劑，消除辦法：（1）加熱，（2）加有機溶劑2.電位滴定終點確定方法(1)E-V曲線法：圖（a）簡單，準確性稍差。(2)ΔE/ΔV-V曲線法：圖（b）一階微商由電位改變量與滴定劑體積增量之比計算。曲線上存在著極值點，該點對應著E-V曲線中的拐點。(3)Δ2E/ΔV2-V曲線法：圖（c）

Δ2E/ΔV2二階微商。計算：1.電位滴定裝置與滴定曲線每滴加一次滴定劑，平衡后測量電動勢關(guān)鍵:確定滴定反應的化學計量點時,所消耗的滴定劑的體積?？焖俚味ㄒ淮螌ふ一瘜W計量點大致范圍