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 第二部分 電分析化學(xué) （7章） 5學(xué)時 第三部分 色譜分析 （810章） 10學(xué)時 第四部分 現(xiàn)代儀器分析（1112章）10學(xué)時 第五部分 現(xiàn)代生物分析（補(bǔ)充章） 5學(xué)時,課時分布,章節(jié) 內(nèi)容 原章節(jié) 學(xué)時 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 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 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,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,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,利用專門的高精度儀器測量物質(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)的一門科學(xué)，是分析化學(xué)的發(fā)展方向。 不僅是重要的分析測試方法而且是強(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（按信號分類）,輻射信號 電信號 其他信號 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、客 聯(lián)用、自動、

5、保存、處理、規(guī)范 局限性 相對誤差大，不利于常量分析 價(jià)格昂貴 前處理復(fù)雜,4 發(fā)展趨勢,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)-動態(tài) 破壞-無損 離線-在線,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 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進(jìn)行分析的方法 范圍： 射線-無線電波 方式： 發(fā)射、吸收、散射等,2. 光學(xué)分析分類,光譜分析 基于測量輻射的波長與強(qiáng)度，涉及物質(zhì)能級躍

6、遷及物質(zhì)含量 根據(jù)電磁輻射本質(zhì)分類：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 波數(shù) 傳播速度v E = h = hc/,4 光譜法儀器,五個基本單元： 光源 單色器 樣品容器 檢測器 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、一級電離、二級電離、電離電位,離子激發(fā)電位 去活化、輻射躍遷、無輻射躍遷 原子能級的不連續(xù)性、量子化 線光譜、明線光譜 原子線、離子線,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，激發(fā)態(tài)物質(zhì)通過紫外和可見光區(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（譜線的組合）稱為原

8、子發(fā)射光譜。,原子發(fā)射光譜分析法： 利用原子發(fā)射譜線的波長（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)射光譜過程,M*（受激態(tài)原子） 吸收發(fā)射 （原子線） 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） 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）與觀測系統(tǒng)組成 攝譜儀映譜儀測微光度計(jì)整體 光源（發(fā)射譜線）單色器分光 檢測干板攝譜映譜儀測微光度計(jì)測譜線黑度,3.1 光源,作用：對試樣的蒸發(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)，去活化時產(chǎn)生特征光譜； 根據(jù)測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)展了線性范圍 減少堿金屬元素干擾 無電極放電 耗樣量較少 光譜背景減少,3.3 （分光系統(tǒng)）光譜儀,分類 看譜鏡 攝譜儀 光電式,攝譜儀（光柵上，棱鏡下）,觀測系統(tǒng) 映譜

10、儀與測微光度計(jì),映譜儀：放大干板光譜，尋找并 確定特征譜線的位置 測微光度計(jì)：測量譜線的黑度值,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 譜線組（特征譜線） ； 分析線 、靈敏線（最后線）; 、線 共振線、第一共振線、最靈敏線,4.1.2 定性依據(jù) 元素的特征譜線是光譜定性的依據(jù)。一般以靈敏線為分析線。 靈敏線指激發(fā)電位低，躍遷概率大的譜線，一般是主共振線,自 吸

11、現(xiàn) 象,4.1.2 光譜定性步驟 樣品預(yù)處理 攝譜 對照譜線： 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 譜線強(qiáng)度 I 曝光時間 t 曝光量 H H=I t 黑度 S S =lg(1/T) 透過率 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 譜線絕對強(qiáng)度，很難測定。,賽博羅馬金經(jīng)驗(yàn)公式 I = a cb 兩邊取對數(shù) lgI = blgc + lga 即lgI與lgc呈線性關(guān)系，由于C較大時，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. 譜線的黑度與曝光量的對數(shù)成線 性關(guān)系 S1 =1lgH1 -i1 S2 =2lgH2 -i2,3 S = S1- S2 1lgH1 -i1 2lgH2i2 譜線靠近時 1 =2, i1 =i2 S = lg(H1/H2) lg(I1/I2)= lg R S = b lgc+ lga 證明譜線黑度值之差與元素濃度呈線性關(guān)系