仪器分析最终.doc

一、 绪论1、 仪器分析方法是以测量物质的物理或物理化学性质为基础的分析方法2、 本底信号与空白信号有什么不同？通常将没有试样时仪器产生的信号称为本地信号；当试样中无待测组分时仪器所产生的信号称为空白信号空白信号是由于试样中除待测组分外的其他组分的干扰所引起的。定量分析前一半需要对试样进行预处理，使空白信号接近本底信号3、 为什么分析仪器的灵敏度提高并不保证仪器的检出限必然降低？灵敏度：指待测组分浓度（或量）改变一个单位时所引起的信号的变化。检出限：待测组分被测仪器检出的最低量。两者的关系：两者具有不同的含义，仪器分析通常测定的是痕量组分，故要求仪器具有很高的灵敏度。但单纯灵敏度高并不能保证有低的检出限。这是因为高灵敏度仅使仪器能够分辨待测组分浓度的很小变化，但噪声的存在，可能使小信号淹没在噪声之中。待测组分能被检出的最小信号要大于噪声信号。4、光源：线光源、连续光源 ？PPT285、单色仪：光栅、狭峰、吸收池、检测器等6、朗伯-比尔定律：在稀溶液中，物质对单色光的吸光度（A）与吸光物质溶液的浓度（c ）及溶液层的厚度（L）的乘积成正比。称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。二、 UV（紫外吸收产生的机理，吸收带类型与溶剂效应，紫外可见吸收光谱提供的结构信息，紫外-可见吸收光谱的定量分析）1、 分子的紫外-可见光谱为什么是带状光谱？200400nm、400800nm、200800nm电子相对于原子核的运动以核间相对位移引起的振动和转动当电子能级改变时，不可避免地伴随有转动能级和振动能级的变化，所以电子光谱即包括因价电子跃迁而产生的吸收谱线，也含有振动谱线和转动谱线。由于振动和转动能级数目很多，因此电子光谱不是一条谱线而是无数条谱线；同时，由于转动能级谱线间隔很小，只有0.25nm，如果仪器的分辨力不够，电子跃迁谱线和相应的振动、转动谱线将密集在一起；甚至在气相中由于Doppler变宽和碰撞变宽也会超过转动谱线间隔，更不用说在液相中常常是转动尚未完成，就发生分子碰撞失去激发能；所以观察到的分子光谱是较宽的、由若干谱带所组成的带，称之为带状光谱。2、 有机化合物近紫外光区有哪些吸收带？特点？首先有机化合物吸收光谱中，如果存在饱和基团，则有 s s * 跃迁吸收带，这是由于饱和基团存在基态和激发态的s 电子，这类跃迁的吸收带位于远紫外区如果还存在杂原子基团，则有 n s * 跃迁，这是由于电子由非键的 n 轨道向反键 s 轨道跃迁的结果，这类跃迁位于远紫外到近紫外区，而且跃迁峰强度比较低如果存在不饱和 C=C 双键，则有 p p * ,n p * 跃迁，这类跃迁位于近紫外区，而且强度较高如果分子中存在两个以上的双键共轭体系，则会有强的 K 吸收带存在，吸收峰位置位于近紫外到可见光区对于芳香族化合物，一般在 185nm,204nm 左右有两个强吸收带，分别成为 E1, E2 吸收带，如果存在生色团取代基与苯环共轭，则 E2 吸收带与生色团的 K 带合并，并且发生红移，而且会在 230-270nm 处出现较弱的精细吸收带（ B 带）这些都是芳香族化合物的特征吸收带3、 有机化合物的吸收带主要有哪几种跃迁产生？哪种跃迁的吸收最强？n*；n*；*；*例如：某物在乙烷中的紫外吸收光谱图中max为307nm，max为45L*mol-1*cm-1的吸收带是由何种跃迁引起的？ *跃迁 键的键能高，跃迁所需能量最大；电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁，故在紫外区有吸收；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长200nm；只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用。例：甲烷的max为125nm , 乙烷max为135nm，其C-C键和C-H键属于这种类型。 n*跃迁 含N、O、S和卤素等杂原子的饱和烃衍生物均有未成键的n电子，吸收远紫外光的辐射后均呈现n*跃迁。如NH2、OH、S、X等连在分子上时，杂原子的n电子会向反键轨道跃迁。跃迁所需能量较大。吸收波长为、150250nm，其吸收系数较低，一般300Lmol-1cm-1 ，大部分在远紫外区，近紫外区，近紫外区仍不易观察到。 跃迁 不饱和双键中的电子吸收能量后跃迁到*反键轨道，不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类可能发生此类跃。由于双键中键键能较低，*跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，max一般在10 Lmol-1cm-1以上，属于强吸收。乙烯*跃迁的max为162nm，max为110 Lmol-1cm-1。C=C 发色基团，*200nm ，但吸收峰的系数很小，约为10100Lmol-1cm-1。max=194nm，=9000 Lmol-1cm-1* CCC=O的吸收峰min =280nm，=1030 Lmol-1cm-1n* 4、溶剂效应对吸收带的影响表现在哪些方面？那些化合物能作为近紫外区地溶剂？饱和碳氢键只有电子，因此只能产生*跃迁。由于对应能量较高，吸收带位于远紫外区。这类化合物在2001000nm范围内，不产生吸收，几乎是紫外透明的，所以可以作为优良的溶剂使用。如正己烷、环己烷、乙醇、甲醇等。 溶剂对紫外吸收光谱的影响：由于溶剂的极性不同，对化合物的紫外光谱产生的影响也不同，这种影响称为溶剂效应。有机化合物的紫外光谱一般是在溶剂中测定，而同一种化合物在极性不同的溶剂中，其紫外光谱不同。主要表现在吸收峰产生位移、形状改变、有时还会影响吸收强度。一般来说，极性溶剂的影响大于非极性溶剂，而在非极性溶剂中测得的光谱较接近气态光谱。溶剂极性对最大吸收峰波长的影响：当溶剂极性增大时，*跃迁吸收带发生红 移，而由n跃迁产生的吸收带发生蓝移。 不同极性溶剂对异丙叉丙酮紫外光谱影响溶剂跃迁极性由小大 （对max的影响）正己烷 氯仿 甲醇 水* n*230 nm 329nm 238nm 315nm237nm 309nm 243nm 305nm4、 分光光度分析中根据测定波长的不同如何选择光源和比色皿？可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。石英只能用于紫外分光光度计，石英和玻璃均可用于可见分光光度计。5、 何谓生色团？何为助色团？能够使化合物分子的吸收峰波长向长波长方向移动的杂原子基团称为助色团。有一些含有n电子的基团(如OH、OR、NH、NHR、X等)；凡是能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团，不论是否显颜色，都称为发色团，这类含有键的不饱和基团称为生色团。这些基团能产生*、n*、n*跃迁，由于跃迁时吸收能量较低，吸收峰出现在紫外可见光区。简单的生色团由双键或叁键体系组成：乙烯基 C=C；乙炔基CC；羰基 C=O ; 亚硝基N=O；偶氮基N=N；腈基CN。（10）共轭效应与吸收峰的关系？当两个双键被一个单键隔开之后，称为共轭双键，如丁二烯。具有共轭双键的化合物由于 共轭效应，生成大键。由于大键各能级间的距离较近，电子容易激发，所以共轭烯烃*跃迁吸收峰比简单烯烃显著红移，吸收强度也增加。三、 AAS（原子吸收光谱分析基本原理，原子吸收分光光度计的结构组成，原子吸收分析方法测定条件的选择和定量分析方法）1、 原子吸收的定义？原子吸收光谱分析法是基于物质所产生的气态原子对于同种原子发射出来的特征光谱辐射具有吸收作用来进行定量分析的一种方法。2、 原子吸收分析中，使电子从基态跃迁到第一激发态时所产生的吸收谱线称为第一共振线，由于各种元素的原子结构不同，激发时吸收的能量不同，因而这种吸收线是元素的特征谱线。3、 原子吸收光谱仪的基本组成为：光源、原子化器、分光系统、检测系统4、 原子吸收光谱中，吸收峰可以用中心频率和谱线半宽度来表征5、 用峰值吸收代替积分吸收的条件是什么？条件：发射线的半宽度小于吸收线半宽度和中心频率恰好与吸收线的中心频率相重合。引起吸收线变宽的因素？在原子吸收分析中被测试样的浓度必须控制在线性范围之间，如果浓度高于上限会使测定结果偏低，因为试样中被测光素浓度太高时，相同原子时间碰撞几率增大，会使谱线变宽，甚至产生相位移动、发射线中心频率与吸收线中心频率不重合，不能实现峰值吸收，测定结果偏低。6、 如何消除、抑制物理干扰、化学干扰、背景吸收？标准加入法、消除机体效应带来的影响、只有扣除了背景之后通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰： A、消电离剂：加入更易电离的元素，它们在火焰中强烈电离，而消耗了能量，从而抑制或减少待测元素基态原子的电离作用，使测定结果得到改善。常用的消电离剂有：CsCl、NaCl、KCl。 B、释放剂：加入一种过量的金属元素，与干扰元素形成更稳定或者更难挥发的化合物，从而使待测元素释放出来。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。C、保护剂：与待测元素形成稳定的络合物，防止干扰物质与其生成难挥发化合物。 如Ca2+EDTAEDTA-Ca络合物。在火焰中易于子化，可消除PO43- 的干扰等。而且由于有络合剂在火焰中易于破坏，使与之结合的金属元素更易子化。 D、缓冲剂：于试样与标准溶液中均加入超过缓冲量（干扰不再变化的最低限量）的干扰元素，如Ti3+在乙炔氧化亚氮火焰中易生成难挥发氧化物，加入一定量Al3+，使这种干扰趋于稳定。 E、基体改进剂：在石墨炉或试液中加入某种化学物质，使基体形成易挥发物质，在子化前除去，避免与待测元素的共挥发。如NaCl基体对Cd2+ 的干扰，可通过加入NH4NO3，使其变成易挥发的NH4Cl和NaNO3，在灰化阶段除去而消除。 7、 如何选择原子吸收分析条件？8、 贫燃是指燃气量与助燃气量的比值等于化学计算量火焰燃起两与助燃气量的比值。9、 原子吸收分析为什么要调整燃烧器的高度？10、常用原子吸收定量分析的方法有哪些？被测试样的浓度为什么要控制在线性范围之间？1、标准曲线法2、标准加入法3、 浓度直读法4、 内标法11、乙炔为易燃易爆气体，操作原子吸收分光光度计时应怎样避免以发生意外？仪器的使用，第一要选择合适的参数，灯电流、燃烧器的高度、流量等，第二注意安全，如乙炔为易燃易爆气体，必须严格按操作步骤进行，故在点燃乙炔火焰之前应先开空气，后开乙炔气；结束试验后，应先关乙炔气，后关空气。8）空心阴极灯构造。空心阴极灯有一个被测元素材料制成的空心圆筒形阴极和一个由钨、钛或其他材料制成的阳极。阴极和阳极密封在带有光学窗口的硬质玻璃壳内（或石英窗），内充低压惰性气体Ne、Ar。其作用是载带电流、溅射阴极以及激发原子发射锐线光谱。壳内还装有云母屏蔽片，其作用是使放电限制在阴极腔内。（9）火焰原子化、石墨炉原子化等方式，石墨炉原子化分为蒸发、干燥、原子化和净化四个步骤。12、定量计算应用原子吸收光谱标准加入法定量测定某饮料中Zn的含量，已知样品Zn的含量范围是18ug/ml，Zn标准溶液的浓度是20ug/ml，在选定的条件下，校正曲线的线性范围是0.15ug/ml，样品最后定容的体积是50ml。请计算：分取待测样品的最小体积和加入标准的最大体积各是多少，才能保证定容后试样的浓度落在校正曲线的线性范围。（1） 计算分取样品的最小体积：设分取样品的最小体积为Vmin ml(1 ug/mlV)/500.1ug/ml计算得：Vmin5ml(2)计算分取标准的溶液的最大体积；设分取标准溶液的最大体积为Vmax ml，按样品溶液分取5ml计算，（85 ug/ml +20 ug/mlVmax）/505.0ug/ml计算得：Vmax10.5ml四、 IR 红外吸收光谱法原理（红外吸收光谱的划分和产生，双原子分子的简谐振动，多原子分子的振动，基团频率与振动的关系）；红外光谱图解析步骤；紫外可见和红外光谱的异同点？1、物质的分子受到频率连续变化的红外光照射时，吸收了某些特定频率的红外光，分子振动或转动引起偶极矩的净变化发生了分子振动能级和转动能级的跃迁，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外吸收光谱光谱。2红外光谱的作用: 利用红外光谱中的吸收带的波长位置与吸收谱带的强度,化合物鉴定及分子结构表征分子的键长、键角力常数简正频率。3、要使分子产生红外吸收，则要满足两个条件：辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极矩的变化。4、 紫外可见和红外光谱的异同点：相同点：1、物理基础：辐射吸收；2、属于分子吸收范畴；3、用最大摩尔吸光系数来划分吸收峰的强弱；4、用比耳定律进行定量分析不同点：1、作用的光谱区：紫外可见吸收光谱作用的光谱区：100-800nm（100200nm：远紫外光区 00400nm：近紫外光区 400800nm：可见光区）2、仪器组成 3、谱带强度 4、研究对象 研究对象紫外、可见吸收光谱可以提供化合物结构（如共轭烯烃、不饱和醛酮、芳环等）和是否存在某些发色团或助色团的线索。 红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团.五、 GC、LC（色谱分离方法的基本原理；色谱流出曲线各种技术参数的准确含义；色谱分离过程的热力学和动力学问题、影响分离及柱效应的因素、提高柱效应的途径，柱效与分离度的评价指标及其关系；色谱分离度的含义及计算方法，掌握常见的定量分析方法；毛细管气相色谱的特点、优点及结构流程，根据不同的样品选择合适的检测器的方法；高效液相色谱仪的流程及检测器类型，正相色谱、反相色谱、排阻色谱的方法原理）1、 从色谱流出的曲线能获得何种信息？其中的中区域宽度、保留值分别于色谱过程的热力学因素、动力学因素有什么关系？色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质 有关。但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为（1）色相色谱的分离原理是基于不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样中的各组分就在两相中进行多次分配，使原来分配系数只有微笑差别的各组分产生很大的分离效果，从而各组分彼此分离出来。分配系数越大，保留时间越长。（2）色谱流出曲线：根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；定性的色谱参数是保留值；定量的参数是峰面积或峰高；区域宽度用来评价效能高低，峰越宽，塔板高度H越大，理论塔板数n越小，柱效能越低。（3）用于评价色谱分离条件选择是否适宜的参数是分离度，以分辨率R=1.5作为相邻两组分色谱峰完全分离的条件是两峰之间的距离必须相差足够大，峰必须窄；分辨率是柱效能和选择影响的总和。2、 某试样的色谱图上出现了三个色谱峰，该试样中最多有几个组分？3、 比较GC、LC流动相在分离过程中起作用的异同点（1）在气液色谱中，因为载气是惰性气体，所以保留值实际上反映组分和固定液分子间相互作用力；在液液色谱中，保留值反应组分和淋洗剂、固定液分子间相互作用力，既液相色谱的流动相影响保留值，有时甚至是起主导作用。（2）为了缩短分离时间、改善分离因素、提高分离效果：气相色谱采用程序升温；液相色谱采用梯度洗脱。（3）气相色谱分析的基本程序：从气化室进样，气化了的样品经载气携带在色谱柱里分离。各组分依次流经检测器，它将各组分的物理或化学性质的变化转变成电量变化，输给记录仪，描绘成色谱图。（4）正相色谱：固定相的极性大于流动相的极性；反相色谱：流动相的极性大于固定相的极性。（5）液相色谱的分离类型：液固吸附色谱、液液分配色谱、离子交换色谱和排阻色谱。前三种分离类机制都是取决于组分、固定相、流动相之间各种各样的相互作用里大小，而排阻色谱分离机制只与组分的分子量大小和固定孔径大小有关。（6）1、气相色谱检测器：热导池检测器：浓度敏感型、通用型检测器；氢火焰离子化检测器；质量敏感型检测器，有机物有响应；电子捕获检测器：选择性、对具有电负性的物质有响应；火焰光度检测器：对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。2、液相色谱检测器：紫光可见光检测器、示差折光检测器、4比较GC、LC中对试样K值范围较大所采取得提高分离效率和分析速度方法的异同点。5、比较GC、LC分离的对象GC所能直接分离的样品应是可挥发、且是热稳定的，沸点一般不超过500。6、 色谱分析用n、h来描述柱效能的高低，同一根色谱柱不同的组分柱效能相同吗？a) 常用于评价色谱分离条件选择是否适宜的参数是分离度？以分辨率R=1.5作为相邻两组分色谱峰完全分离的标志；两组分完全分离的条件是两峰之间的距离必须足够大；峰必须窄，分辨率是柱效能和分辨率影响的总和。b) 色谱分离混合物的可能性取决于试样混合物在固定相中分配系数的差别。c) GC中检测器灵敏度高或者低对分离度影响大吗？d) GC和LC中那些检测器属于广谱型、哪些属于专属型？常用的GC检测器有哪几种？有何特点？1) 气相色谱检测器热导池检测器（TCD）：属于浓度敏感性检测器，不论对有机物还是无机气体都有响应，是通用型检测器；氢火焰离子化检测器(FID)：属于质量敏感型检测器，对绝大多数有机物都有响应，可检测mg/ml级痕量物质，易于进行痕量有机物的分析；电子捕获检测器(ECD)：是选择性、灵敏度都高的浓度型检测器，只对具有电负性的物质（如含有卤素、硫、磷、氮、氧的物质）有响应；火焰光度检测器(FPD)：是对含硫、磷的有机化合物具有高度选择性和高灵敏度的检测器。2) 液相色谱检测器紫外可见光检测器（溶剂吸收波长的要求）、示差折光检测器（温度和溶剂的要求，不能使用梯度洗脱）、荧光检测器、电化学检测器、电导检测器。11色谱分析时气化室、柱箱、检测器有哪些条件需要设定，操作上应注意什么？12、在液相色谱中，应用梯度洗脱的好处是缩短分离时间、提高分离效果13、在气相色谱中，色谱柱的使用上限温度取决于样品各组分沸点的平均值？定量校正因子和定量分析方法，色谱常用的定量分析方法中有哪些？几种常用的定量计算方法：归一化法：要求所有组分都出峰；内标法，内标标准曲线法、外标法（1）归一化法归一化法是气相色谱中常用的定量方法。前提条件是试样中各组分必须全部流出色谱柱，并在色谱图上都出现色谱峰。当测量参数为峰面积时，归一化的计算公式为： = mi/（m1+m2+mn） 100 %= A i f i/( A1f1+A2f2+Anfn) 100 %归一化的优点是简便准确，当操作条件如进样量、载气流速等变化时对结果的影响较小。适合于对多组分试样中各组分含量的分析。（2）内标法 将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，可求出某组分的含量。 i%=(mi/m)*100=(Aifi/Asfs)*( ms/m)*100内标法是通过测定内标物及欲测组分的峰面积相对值来进行计算的，因而由于操作条件变化而引致的误差都将同时反映在内标物及欲测组分上而得到抵消，所以可得到准确结果。内标物的选择 试样中不存在或基本不存在该物质；加入的量应接近被测组分的含量； 内标物色谱峰应位于被测组分峰附近或几个峰中间； 与被测组分物理化学性质接近。（3）外标法 外标法也称为标准曲线法。用纯物质配制一系列不同浓度的标准试样，在一定色谱条件下准确定量进样，测量峰面积（或峰高），绘制标准曲线。特点及要求：外标法不使用校正因子，准确性较高，操作条件变化对结果准确性影响较大。对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。14、相对保留值、分配比、分离度、相对校正因子（1）相对保留值r 组分2与组分1调整保留值之比： 21 =（t R2-t M）/（t R1- t M）=