现代测试技术方法考点.docx

一、常见分析方法英文缩写AES:原子发射光谱法AAS:原子吸收光谱法AFS:原子荧光光谱法GFAAS:石墨炉原子吸收光谱法ICP-AES:电感耦合等离子体原子发射光谱ICP-MS:电感耦合等离子体质谱HR-ICP-MS:高分辨电感耦合等离子体质谱 MC-ICP-MS:多接受高分辨电感耦合等离子体质谱 SIMS:二次离子探针质谱LA-ICP-MS:激光熔蚀电感耦合等离子质谱TIMS：热电离质谱COL:比色法（UVVis）TEM:透射电镜EPMA:电子探针分析SEM:扫描电镜SHRIMP:高灵敏度高分辨率离子探针 EDS:能谱IR:红外光谱LRaman:激光拉曼光谱 XRF:X射线荧光光谱二、地质样品的特点1.采集样品数量大：是由地质样品均匀性差，所属地质环境复杂，演化历史长，继承变化大，缺乏代表性等原因决定的。 2.分析测试项目多而广（主元素、次要元素、多种伴生与示踪元素、微量元素的赋存状）；研究任务不同（形成时代、物质来源、物理化学条件、同位素、稀土元素、流体成分）；测试方法多样（X射线分析技术、质谱分析技术、光谱分析技术、微束分析技术等）。3.元素含量变化范围大：地质样品含量变化从极低的n10-9背景含量，到常量的百分之几十，变化范围可达几至十个数量级； 4.样品性质多种多样：包括：岩石、矿石、矿物、土壤、包裹体、水样、天体物质、植被等;5.样品基质成分多变：地质样品基质成分变化大，难于建立标准化的测试方案，有时需要方法实验，使分析难度增大。三、试样分解的两种方法：酸溶法和熔融法四、分析化学基础知识1、基准物质：能用于直接配制或标定标准溶液的物质。2、标准溶液：已知待测元素准确浓度的用来作参比的溶液。作为待测组分标尺，也用来检验仪器的正常与否。3、标准参考物质（管理样）：经多个实验室测试，测得的各种成分含量由权威部门认可的样品，用来检验测试过程的正确性和数据的可靠性。4、样品空白：为样品测试过程中试剂和仪器本身产生的信号，用来检查测试过程是否受其它因素污染（如试剂等）。5、内标法和外标法：将已知含量组分加入到待测样品中的方法叫内标法，单独配制的标准溶液进行测定叫外标法。6、有效数字：能够代表一定的物理量的数字称为有效数字。7、系统误差（定误差）：测试结果整体偏高或整体偏低的规律性误差，可校正。8、随机误差：测试结果既有偏高也有偏低的无规律性误差，不可校正。9、准确度：指测试值与真实值接近的程度，用误差来表示。绝对误差是测定结果与真实值之间的差值；相对误差是绝对误差与真实值的比值，用百分数表示。10、精密度：重复样或平行样测定（同一样品几次测定）结果之间相互接近的程度，用偏差来表示。绝对偏差是个别测定结果与测定结果平均值之间的差值；相对偏差是绝对偏差与测定结果平均值的比值，用百分数表示。11、灵敏度：也称检出限，是仪器最小可检测出的量的大小，一般定信噪比3为仪器的检出限。12、信噪比：仪器测定样品时出现的信号与仪器本身出现的噪声信号之间的比值。13、常量分析：待测含量0.1%14、微量分析：待测含量0.1%15、痕量分析：待测含量在109数量级或更低。16、微区分析：测定颗粒样品局部（测定区域通常为mm级）。17、简项分析：只对样品中某个成分或部分元素含量分析。18、全分析：对样品中各个成分（含量0.1%)分析。19、外检分析：将部分已测样品送到其他实验室作对比测试，以控制测试数据质量。20、仲裁分析：指不同单位对分析结果有争议时请权威单位进行裁判的分析。21、例行分析是指一般化验室日常生产中的分析。22、计量认证：计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量认证就是政府计量行政主管部门对分析测试机构用于计量的检定、测试设备的性能、工作环境、人员的操作技能、保证量值统一准确的措施以及检测数据公正可靠的管理制度所进行的考核和证明。 23、计量认证实验室（有资质实验室）： 计量法规定，为社会提供公证数据的分析测试机构必须经政府计量行政部门的计量认证。其中公证数据是指面向社会从事检测工作的技术机构，为他人做决定、仲裁、裁决所出具的可引起一定法律后果的数据。公证数据与其它数据作用不同之处在于除真实性、科学性而外，还具有合法性，用于贸易公证、产品质量评价和成果鉴定等方面，具有法律效力。取得计量认证合格证书的产品质量检验机构，可按证书上所限定的检验项目，在其产品检验报告上使用计量认证标志，标志由CMA三个英文字母形成的图形和检验机构计量认证书编号两部分组成。CMA分别由英文China Metrology Accreditation三个词的第一个大写字母组成，意为中国计量认证。24、重点实验室： 在某个学术领域在国际或国内领先，是具有一定科研能力的科研团队和具有先进科研设备的研究基地。由学术委员会，实验室工作人员组成。25、定性分析：鉴定样品的组成，目的是要知道有什么。 26、定量分析：测定含量，目的是要知道有多少。27、结构分析：研究物质结构类型 28、无机分析：鉴定组成和测定含量29、有机分析：官能团的分析和结构鉴定五、经典成分测试分析技术1、化学分析法包括重量法和容量法。2、滴定方法：酸碱滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法3、化学分析法的特点1、适用于常量分析2、准确度高，常用作基准方法，一般相对误差0.53、仪器简单，以玻璃器皿为主4、分析速度较慢，耗费试剂和人工，以手工操作为主，成本较高5、样品消耗量较大，每次测定需1g，送样要求5g 六、X-射线衍射光谱（X-ray Diffraction，XRD）1、基本公式：布拉格方程2dsin=k(k=1,2,3)2、结构：X射线机、测角仪、X射线探测器、信息记录与处理装置3、应用：物相分析 标准粉末衍射数据指常用的ASTM（American Society for Testing and Materials)和PDF(Powder Diffraction files)卡片。七、X射线荧光光谱（X-ray Fluorescence,XRF）1、基本原理莫塞莱定律各系谱线波长随原子序数的增加而变短，波长与原子序数间具有以下关系： 1/l = KR(Z s)22、定性分析原理试样受X射线照射后，各元素原子内壳层（K、L、M）电子被激发逐出原子而跃迁，发射出该元素的特征X射线（荧光）。每一种元素有其特定波长（或能量）的特征X射线，测定试样中特征X射线的波长或能量，便可确定试样存在何种元素即为X射线荧光光谱定性分析。3、定量分析原理元素特征X射线的强度与该元素在试样中的原子数量（含量）成正比，适当校正可求出该元素在试样中的百分含量。4、仪器结构X射线发生器（X射线管）、样品室、分光系统、探测器、数据处理系统5、制样方法（1）压片制样优点：简单、快速、节省。缺点：存在颗粒效应、矿物效应。 （2）熔融制样优点：制样精密度好，均匀性好 ，可以人工配制标样，消除了颗粒效应、矿物效应。缺点：制样麻烦、成本高、影响检出限。6、特点 分析元素范围广，从BeU 80多种 测定元素含量范围宽，通常10 2106，预富集处理后达108 自动化程度高，分析速度快 适合岩矿及非金属样品的分析测定 可对样品定性、定量测定 试样可以是固体、粉末、液体、晶体、非晶体或封闭气体等不同物理状态物质 属非破坏性分析，重现性好 试样制备简单，是表面分析，分析试样应为均匀物质 八、微束(区)分析技术（一）电子探针（Electron Probe Micro-Analyzer，EPMA）1、基本原理 电子束轰击样品时，能激发多种信息 根据二次电子、背散射电子信号可分别观察样品的表面形貌和分布结构（通常把被激发出的能量高于50ev的电子称为背散射电子，能量低于50eV的称为二次电子） 根据连续和特征X射线可用于样品成分分析（定性、定量莫塞莱定律）2、仪器结构电子光学系统样品台二次电子探测器 背散射电子探测器 波谱仪（WDS）光学显微镜 能谱仪（EDS） 3、特点小：分析区域小于1mm，可研究物质成分的微观变化，分析固态包体、斑晶、出溶及环带结构等，根据成分特征引出成因信息等。高：绝对灵敏度高，感量可达1014 - 1015g，相对灵敏度为0.01广：分析元素范围广，分析原子序数4-92的元素不：a 不用分选单矿物；b 不污染样品；c 不破坏样品；d 不受样品类型限制。多：一机多能-可以观察二次电子像(SEI)、背散射电子像(BSE)以及阴极荧光像(CL）。可对试样微区物质表面形态、结构构造的形貌分析；可对试样1m2-几（mm）2范围内元素进行面分布扫描，了解元素在物质中的赋存状态； 仪器具备能谱分析（定性）和波谱分析（定量）； 可以接电子背散射衍射(EBSD)观察晶体取向。快：制样简单、分析速度快、结果直观4、应用1）对新、杂、细微矿物的研究a、对已有矿物重新认识b、发现新矿物c、对矿物中微小包体的研究2）矿物地球化学、晶体化学研究a、矿物的环带研究b、矿物的交代和蚀变现象金属矿物固溶体研究c、矿物的细微结构宝玉石包裹体鉴别d、矿物发光研究e、陨石矿物的研究f、矿物中某些元素的价态、化学键及配位数的研究3）矿物的地质年代学研究4）在岩石学中的应用：全岩化学分析、岩石成因研究等5）在矿床学中的应用：有益有害元素的赋存状态、矿带划分等（二）能谱分析技术（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）1、用途：微区成分定性和半定量分析，可以得到微区元素的线分布和面分布。2、特点： 能快速、同时对各种试样的微区内Be-U的所有元素进行定性、半定量分析，几十秒即可完成。 对试样与探测器的几何位置要求低：可以在低倍率下获得X射线扫描、面分布结果。 能谱所需探针电流小：对电子束照射后易损伤的试样，例如生物试样、快离子导体试样、玻璃等损伤小。 检测限一般为0.1%0.5%，中等原子序数的无重叠峰主元素的定量相误差约为2%。3、能谱与电子探针（波谱）对比能谱电子探针快慢分辨率低分辨率高半定量定量造价便宜造价昂贵（三）扫描电镜（Scanning electron Microscope,SEM）1、特点 有较高的放大倍数，20-100万倍之间连续可调； 有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构； 有较高的分辨率(1.5nm)； 试样制备简单。 2、扫描电镜和电子探针对比 扫描电镜与电子探针是两种相类似的仪器 扫描电镜缺少波谱定量分析，多用于物质形貌和表面结构分析，以及能谱半定量分析与面成分扫描分析，有时样品无须专门制备，且能按各种角度转动 电子探针测试功能较全，样品需磨制较平的薄片、光片，分析时电子束与样品垂直 九、原子光谱分析技术（一）原子吸收光谱分析（Atomic absorption spectrometry，AAS）1、原理原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。某元素的基态原子可吸收同种元素发出的特征光辐射（定性），吸收值与气体中待测元素的浓度成正比（定量）。2、仪器结构 原子吸收分光光度计由光源、原子化器、单色器、检测器、放大及读出系统等组成。3、特点（1）精密度高 将样品转为试液，与基体元素分离，减少了对分析的干扰。（2）检出线低 石墨炉原子吸收光谱的检出线为10-11 -10-14g，适于环境样品中痕量元素及超纯物质中杂质成分的测定。（3）选择性好 元素的吸收线比其发射线的数目少的多，通常发射光谱中谱线重叠，因此无须分离共存干扰元素。（4）线性工作范围大 与发射光谱射谱法相比，光电检测线性工作范围宽，可达4-5个数量级。（5）测定元素种类较多 目前原子吸收光谱可测定约70种元素，不过有许多元素的检测下限距区域化探要求相差甚远，能满足区域化探分析要求的10-20种。（6）分析速度快。（7）缺点 每次只测定一种元素，不同元素需换不同的元素灯。（二）原子发射光谱（Atomic Emission Spectrometry,AES）1、原理根据元素原子在高温下，外层电子因能级变化而发出特征波长和强度的光辐射，对物质成分的定性定量分析。2、特点 （1）多元素同时分析，是一种高效快速测试方法，一次同时分析30多种元素，适宜大批样品多元素分析。（2）相对检测下限低，属痕量元素分析方法。可检测10-810-9，对大多数元素光谱分析检测下限接近元素地区背景值，普通化学分析难以实现。（3）相对选择性好。光谱分析应用光学元件把不同元素谱线分开，元素间干扰较化学分析少，减少复杂的化学预分离，可把化学性质相似的元素根据光谱不同谱线将其分离测定。（4）受基体成分影响大。元素的种类和含量相同，但物质基本成分不同的两样品，若不进行特殊处理，测定值可能差别很大。采用与基体成分相似的标样矫正，以提高精确度；将试样转入溶液光谱测定可改善分析精度。（5）对非金属元素难以测定。S、Se、P及卤族元素激发电位较高，分析线在远紫外段，光谱分析难以测定。3、光谱分析使用的激发光源有以下几种：火焰、电弧、火花、激光、等离子炬4、关于等离子炬 等离子体是高温气态分子原子离子及电子组成的混合总体。其温度比火焰高的多，基体及自吸收效应小，分析精度高，线性工作范围大，试样一般需要转为溶液，可测定元素5060种。目前以电感耦合等离子体（Inductively coupled plasma,ICP）应用最广泛。5、ICP原子发射光谱特点 *比经典光谱法有较高的灵敏度，尤其对难熔元素和非金属元素优于经典光谱法。 *干扰水平低、准确度高，采用化学预处理可进一步提高检出能力和选择性。 *减少基体效应，线性分析范围宽，用一条标准曲线可分析痕量到较大浓度的样品。（三）原子荧光分析技术（Atomic Fluorescence Spectrometry,AFS）1、原理原子蒸气吸收特定波长的光辐射的能量而被激发，受激原子在去激发过程中发射出一定波长的光辐射称为原子荧光。通过检测光谱类型和强度便可以定性和定量分析。2、氢化物发生技术砷、锑、铋、锡、硒、碲、铅、锗等元素与KBH4反应可形成气态氢化物。所以氢化物发生原子荧光法主攻元素：As、Se、Hg、Sb、Pb、Ge、Sn、Bi、Te、Cd、Zn3、仪器结构1.气路系统 2.自动进样器 3.氢化物发生系统 4.原子化器 5.激发光源 6.光电倍增管 7.数据处理系统 8.打印机 A.光学系统 4、特点 a选择性好。 b检出限低。 c线性范围宽。 d干扰少。 e双道同时测量。f. 精确测定As、Se、Hg、Sb、Pb、Ge、Sn、Bi、Te、Cd、Zn十、紫外-可见分光光度法1、基本原理（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max.。 （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。2、关于摩尔吸光系数朗伯比耳定律 Alg（I0/It)= b c A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 摩尔吸光系数的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； （3）可作为定性鉴定的参数； （4）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 （5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用