材料现在研究分析方法复习精华考研PPT学习教案

1、会计学1 材料现在研究分析方法复习精华考研材料现在研究分析方法复习精华考研 PPT课件课件 DTG曲线上出现的各种峰对应着曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个线的各个 重量变化阶段。重量变化阶段。 第1页/共76页 第2页/共76页 DTG曲线上出现的各种峰对应着曲线上出现的各种峰对应着TG线的各个线的各个 重量变化阶段。重量变化阶段。 第3页/共76页 应用：应用： CuSO45H2O脱水历程 第4页/共76页 第5页/共76页 第6页/共76页 差热分析仪通差热分析仪通 常由加热炉、温常由加热炉、温 度控制系统、信度控制系统、信 号放大系统、差号放大系统、差 热系统及记录系热系统及记录系

2、统组成。统组成。 第7页/共76页 第8页/共76页 第9页/共76页 第10页/共76页 第11页/共76页 X射线管射线管 X射线管示意图射线管示意图 X射线的产生射线的产生 第12页/共76页 X射线的物理基础射线的物理基础 X射线管的工作原理射线管的工作原理 整个整个X射线光管处于真空状态。当阴射线光管处于真空状态。当阴 极和阳极之间加以数十千伏的高电压时极和阳极之间加以数十千伏的高电压时 ，阴极灯丝产生的电子在电场的作用下，阴极灯丝产生的电子在电场的作用下 被加速并以高速射向阳极靶，经高速电被加速并以高速射向阳极靶，经高速电 子与阳极靶的碰撞，从阳极靶产生子与阳极靶的碰撞，从阳极靶产

3、生X射线射线 ，这些，这些X射线通过用金属铍（厚度约为射线通过用金属铍（厚度约为 0.2mm）做成的）做成的x射线管窗口射出，即可射线管窗口射出，即可 提供给实验所用。提供给实验所用。 第13页/共76页 X射线射线 谱谱 连续谱：连续谱： 强度随波长连续变化的连续谱。强度随波长连续变化的连续谱。 特征谱：高速电子将原子的内层电特征谱：高速电子将原子的内层电 子驱逐，原子内部电子产生下低能子驱逐，原子内部电子产生下低能 量为跃千，多余的能量辐射。量为跃千，多余的能量辐射。 特征谱线又称为标识谱，即可以来标识物特征谱线又称为标识谱，即可以来标识物 质元素。质元素。 X 射射 线线 谱谱 我们学过

4、的x射线分析各自利用的是什么线谱？ 第14页/共76页 第15页/共76页 BraggBragg衍射方程重要作用：衍射方程重要作用： (1)已知 ，测角，计算d；x衍 射分析； (2)已知d 的晶体，测角，得到 特征辐射波长 ，确定元素，X射 线荧光分析 sin2d 第16页/共76页 当样品中元素的原子受到高能当样品中元素的原子受到高能X X射线照射时射线照射时, ,即即 发射出具有一定特征的发射出具有一定特征的X X射线谱射线谱, ,特征谱线的波长特征谱线的波长 只与元素的原子序数只与元素的原子序数(Z)(Z)有关有关, ,而与激发而与激发X X射线的能射线的能 量无关量无关. .谱线的强

5、度和元素含量的多少有关谱线的强度和元素含量的多少有关, ,所以所以 测定谱线的波长测定谱线的波长, ,就可知道试样中包含什么元素就可知道试样中包含什么元素, , 测定谱线的强度测定谱线的强度, ,就可知道该元素的含量就可知道该元素的含量. . 第17页/共76页 元素的荧光元素的荧光X X射线的波长射线的波长( ( ) )随元素的原子序数随元素的原子序数( ( Z Z ) ) 增加，有规律地向短波方向移动。增加，有规律地向短波方向移动。 )( 1 2/1 SZK K，S常数，随谱系(L，K，M，N)而定。 定性分析的数学基础；定性分析的数学基础； 测定试样的测定试样的X X射线荧光光谱，确定各

6、峰代表的元素。射线荧光光谱，确定各峰代表的元素。 第18页/共76页 波长色散型：晶体分光 能量色散型：高分辨半导体探测器分光 波长色散型波长色散型X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪 四部分：X光源；分光晶体； 检测器；记录显示； 按Bragg方程进行色散； 测量第一级光谱n=1； 检测器角度 2； 分光晶体与检测器同步转动分光晶体与检测器同步转动 进行扫描。进行扫描。 第19页/共76页 正比计数器正比计数器(充气型充气型)： 工作气 Ar；抑制气 甲烷 利用X射线使气体电离的作 用，辐射能转化电能； 闪烁计数器：闪烁计数器： 瞬间发光光电倍增管； 半导体计数器：下图半导体计数器：下图 第20页

7、/共76页 基本原理基本原理: :试样发出的试样发出的X X荧光射线波长荧光射线波长 与元素的原子序数存在一定关系与元素的原子序数存在一定关系, ,即即 元素的原子序数增加元素的原子序数增加,X,X射线荧光的波射线荧光的波 长变短长变短, ,关系式为关系式为 1 2 1 ( )()K ZS 式中式中K ,S:K ,S:随不同谱线系列而定的常数随不同谱线系列而定的常数 ;Z:;Z:原子序数原子序数. . 第21页/共76页 试样内部产生的试样内部产生的X X荧光射线荧光射线, ,在到达试在到达试 样表面前样表面前, ,周围的共存元素会产生吸收周围的共存元素会产生吸收( (吸吸 收效应收效应).)

8、.同时还会产生同时还会产生X X荧光射线并对共存荧光射线并对共存 元素二次激发元素二次激发( (二次激发效应二次激发效应).).因此即使含因此即使含 量一样量一样, ,由于共存元素的不同由于共存元素的不同,X,X荧光射线强荧光射线强 度也会有所差别度也会有所差别, ,这就是基体效应这就是基体效应. .在定量在定量 分析时分析时, ,尤其要注意基体效应的影响尤其要注意基体效应的影响. . 吸收吸收- -增强效应增强效应 物理物理- -化学效应化学效应 第22页/共76页 第23页/共76页 在入射在入射X光的作用下，原子中的电子构成多个光的作用下，原子中的电子构成多个X辐射源，辐射源， 以球面波

9、向空间发射形成干涉光；以球面波向空间发射形成干涉光； 衍射图：晶体化合物的衍射图：晶体化合物的“指纹指纹”； 多晶粉末衍射法：测定立方晶系的晶体结构；多晶粉末衍射法：测定立方晶系的晶体结构； 单色单色X射线源射线源 样品台样品台 检测器检测器 X衍射仪工作原理 第24页/共76页 X射线衍射仪与射线衍射仪与X射线荧光仪相似；主要区别：射线荧光仪相似；主要区别： (1) 单色X射线源; (2) 不需要分光晶体; 试样本身为衍射晶体，试样平面旋转；光源以不同 角 对试样进行扫描； 第25页/共76页 第26页/共76页 第27页/共76页 第28页/共76页 第29页/共76页 第30页/共76页

10、 电场对电子作用力的方向总是沿着电 子所处点的等电位面的法线，从低电 位指向高电位，所以沿电子所处点的 等电位面切线方向电场力的分量为零 ，电子沿该方向运动速度分量保持 不变。 与一定形状的光学介质 界面（如玻璃，凸透镜 的旋转对称弯曲折射界 面）可以使光线聚焦成 像相似，一定形状的等 电位曲面簇也可使电子 束聚焦成像。产生这种 旋转对称等电位曲面簇 的电极装置。 当有一点发散的带电粒子通过对称的电场或磁场时，有汇集到当有一点发散的带电粒子通过对称的电场或磁场时，有汇集到 一点，表明对称的电场或磁场对带电粒子有透镜的作用，对电一点，表明对称的电场或磁场对带电粒子有透镜的作用，对电 子来说，具有

11、玻璃透镜对可见光的聚焦成像作用子来说，具有玻璃透镜对可见光的聚焦成像作用。 第31页/共76页 旋转对称的磁场对电子束有聚焦作用，在电子光学系统 中用于使电子聚焦成像的磁场是非匀强磁场，其等磁位面 形状与静电透镜的等电位面或光学玻璃透镜的界面相似， 产生这种旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。 第32页/共76页 第33页/共76页 第34页/共76页 第35页/共76页 二次电子产额与二次电子束与试样表面法向夹角有关，1/cos。 因为随着角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大量 自由电子离开表层的机会增多；其次随角的增加，总轨迹增长，引起价电子电 离的机会增多。 第36页

12、/共76页 根据二次电子的特点，二次电子像主要反映试样表面的形貌特征，向的衬度是形貌衬度，衬度形成主要决定于试样表面相对入射电子束的倾角。根据二次电子的特点，二次电子像主要反映试样表面的形貌特征，向的衬度是形貌衬度，衬度形成主要决定于试样表面相对入射电子束的倾角。 试样表面可以看成由许多不同行倾斜角度的面构成的凸尖、台阶、凹坑和颗粒等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数也不同，从而形成衬度。试样表面可以看成由许多不同行倾斜角度的面构成的凸尖、台阶、凹坑和颗粒等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数也不同，从而形成衬度。 二次电子像衬度的特点 、分辨率高 、场深大，立体感强 、主要

13、反应形貌衬度。 第37页/共76页 1.背散射电子能量很高，其中相当部分接近入射电子能量，在试样中产生的范围大，像的分辨率低； 2.背散射电子发射系数随试样原子序数增加而增大； 3.虽然作用体积虽入射束能量增加而增大，但背散射电子的发射系数受入射束能量影响不大； 4.当试样表面倾角增加时，作用体积改变，将显著增加被散射电子的发射系数； 5.背散射电子在试样上方有一点光的角分布。当垂直入射时，为预选分布，如下式所示，当试样倾角增加时，分布为非对称分布。 cos)( 0 第38页/共76页 第39页/共76页 第40页/共76页 第41页/共76页 + Rn - Re (a)(b) 带负电荷的电子

14、进入带负电荷的电子进入 物质时受到带正电荷物质时受到带正电荷 的原子核吸引而发生的原子核吸引而发生 向内偏转，受核外电向内偏转，受核外电 子的库伦排斥力作用子的库伦排斥力作用 发生向外偏转，称为发生向外偏转，称为 卢瑟福散射。卢瑟福散射。 第42页/共76页 非晶体的质厚衬度非晶体的质厚衬度 U eZ r n n U e r e e )exp( M tN N N oA o 第43页/共76页 晶体的衍射衬度晶体的衍射衬度 A BA B o I II I I )( 第44页/共76页 第45页/共76页 素的相对含量。 )( 1 ZK 第46页/共76页 扫描式电子探针 第47页/共76页 第4

15、8页/共76页 第49页/共76页 第50页/共76页 探测系统放大系统分析展谱系统计算机输出 第51页/共76页 n流动相：（mobile phase）流经固 定相的空隙 n或表面的冲洗剂冲洗剂。 第52页/共76页 第53页/共76页 第54页/共76页 第55页/共76页 m s c c K mm ss Vc Vc k 第56页/共76页 2 )(16 W t n R 2 2 )(54. 5 h R W t n 或 第57页/共76页 第58页/共76页 n及柱效能高低 21 )1()2( 21 )1()2( )(2 2 ww tt ww tt R RRRR 第59页/共76页 对于峰形

16、对称且满足正态分布的色谱峰： R=1, 分离程度为98%； R=1.5，分离程度可 达99.7%。 所以所以R=1.5时可认为色谱峰已完全时可认为色谱峰已完全 分开。分开。 第60页/共76页 Self-study 第63页/共76页 到调控作用，当 选用不同比例的两种或两种以上 液体作为流动相 也可以增大分离选择性。 3 3操作条件差别操作条件差别 GC：加温操作 HPLC：室温；高压（液体粘度大，峰 展宽小） 第64页/共76页 第一节第一节 质谱分析原理及质谱仪质谱分析原理及质谱仪 一、基本原理一、基本原理 质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子碎片，于磁场中按质质谱分析是将样品转化为

17、运动的带电气态离子碎片，于磁场中按质 荷比荷比(m/z)大小分离并记录的分析方法。大小分离并记录的分析方法。 其过程为可简单描述为：其过程为可简单描述为： 离子源离子源 轰击样品轰击样品 带电荷的带电荷的 碎片离子碎片离子 电场加速电场加速(zeU) 获得动能得动能(1/2mV2) 磁场分离磁场分离 (m/z) 检测器记录检测器记录 其中，其中，z为电荷数，为电荷数，e为电子电荷，为电子电荷，U为加速电压，为加速电压， m为碎片质量，为碎片质量，V为电子运动速度。为电子运动速度。 第65页/共76页 三、仪器组成三、仪器组成 MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器和检测记录仪器一般由进样系

18、统、电离源、质量分析器和检测记录 系统构成。系统构成。 第66页/共76页 质量分析器是质谱计的核心 不同类型的质量分析器构成不同类型的质谱计 不同类型的质谱计其功能，应用范围，原理， 实验方法均有所不同。 作用是将不同碎片按质荷比作用是将不同碎片按质荷比m/z分开分开。 质量分析器类型：质量分析器类型：磁分析器磁分析器、飞行时间飞行时间、四极杆四极杆、离子捕获、离子回旋等。、离子捕获、离子回旋等。 第67页/共76页 1）磁分析器）磁分析器 单聚焦型单聚焦型(Magnetic sector spectrometer)：用一个扇形磁用一个扇形磁 场进行质量分析的质谱仪。场进行质量分析的质谱仪。 第68页/共76页 2）飞行时间分析器）飞行时间分析器(Time of flight, TOF) 过过 程：不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动能）基本一致。某离子在到达无场漂移程：不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动能）基本一致。某离子在到达无场漂移 管前端时，其速度大小为：管前端时，其速度大小为： 到达无场漂移管末端的时间为：到达无场漂移管末端的时间为： 不同离子通过同一长度为不同离子通过同一长度为L的无场漂移管，所需时间相差：的无场漂移管，所需时间相差： 由于不同由于不同m/z的离子，其飞出漂移管的时间不同，