仪器分析-1课件

1、仪器分析方法仪器分析方法INSTRUMENTAL METHODS OF ANALYSIS中心实验室：罗文鸿中心实验室：罗文鸿 博士博士第一章：绪第一章：绪 论论一、定义、应用、发展一、定义、应用、发展二、仪器分析方法的分类二、仪器分析方法的分类三、几个重要术语三、几个重要术语四、分析方法的确定与执行四、分析方法的确定与执行五、分析仪器的构成与功能五、分析仪器的构成与功能六、一些重要参考文献六、一些重要参考文献一、仪器分析方法的定义、应用、发展一、仪器分析方法的定义、应用、发展4 分析化学分析化学 - 是人们获得物质是人们获得物质化学组成化学组成和和结构结构信息的科学。是解决物质体系构成的关键。

2、信息的科学。是解决物质体系构成的关键。4 分析化学分析化学可分为可分为化学分析法化学分析法与与仪器分析法仪器分析法。4 化学分析法化学分析法 - 以物质的化学反应为基础的分以物质的化学反应为基础的分析方法。分为析方法。分为重量法重量法与与滴定法滴定法。滴定法又包括：。滴定法又包括：酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定和沉淀滴酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定和沉淀滴定法等。定法等。4 仪器分析仪器分析 - 以物质的物理性质和化学性质为基以物质的物理性质和化学性质为基础的分析方法。也称为物理化学分析方法。由础的分析方法。也称为物理化学分析方法。由于这类方法都需要较特殊的仪器，故一般又称于这类方法都需要

3、较特殊的仪器，故一般又称为仪器分析。为仪器分析。4 仪器分析法的应用范围仪器分析法的应用范围 - 其应用范围几乎涉及其应用范围几乎涉及所有领域。包括当代科学领域所谓的所有领域。包括当代科学领域所谓的“四大理四大理论论”， 即：即：1）天体、）天体、2）地球、）地球、3）生命、）生命、4）人类起源和演化。人类起源和演化。4 人类社会所面临的五大危机人类社会所面临的五大危机，即：，即：1）资源、）资源、2）能源、能源、3）人口、）人口、4）粮食、）粮食、5）环境。这些问题）环境。这些问题的解决，都离不开分析化学。的解决，都离不开分析化学。4 在生命科学、生物工程及生物医学中的应用在生命科学、生物工

4、程及生物医学中的应用- 糖糖类、蛋白质、脂肪、类、蛋白质、脂肪、DNA、RNA、酶、维生素、酶、维生素、生物碱、抗原、抗体、激素、激素受体等重要化合生物碱、抗原、抗体、激素、激素受体等重要化合物的组成、结构、生物活性及免疫性能等的确定，物的组成、结构、生物活性及免疫性能等的确定，分析化学都起着决定性作用。分析化学都起着决定性作用。4 药物分析药物分析在药物成分含量、药物作用机制、药物代在药物成分含量、药物作用机制、药物代谢与分解、药物动力学、疾病诊断及滥用药物等的谢与分解、药物动力学、疾病诊断及滥用药物等的研究中，是不可缺少的手段。研究中，是不可缺少的手段。4 近年来，近年来，微量元素微量元素

5、及其形态对人体保健、疾病和免及其形态对人体保健、疾病和免疫作用的研究日益深入。研究微量元素的必要性与疫作用的研究日益深入。研究微量元素的必要性与毒性、微量元素间的相互作用及其对机体的影响乃毒性、微量元素间的相互作用及其对机体的影响乃是分析化学的一项艰巨任务。是分析化学的一项艰巨任务。4 分析化学的发展分析化学的发展 - 分析化学的发展涉及到很多学分析化学的发展涉及到很多学科的理论和发展。诸如：溶液反应、化学平衡、界科的理论和发展。诸如：溶液反应、化学平衡、界面、胶束介质、固定化、吸附与解吸、萃取、免疫面、胶束介质、固定化、吸附与解吸、萃取、免疫学、色谱学、光谱学、电化学、传感器、联用技术、学、

6、色谱学、光谱学、电化学、传感器、联用技术、专家系统、过程控制、图象检测、化学操作机器人、专家系统、过程控制、图象检测、化学操作机器人、自动化及化学计量学等等。分析化学的发展可分为自动化及化学计量学等等。分析化学的发展可分为三次变革。三次变革。4 第一次变革第一次变革 - 上世纪初，由于分析化学的基础理上世纪初，由于分析化学的基础理论，特别是物理化学的基本概念如溶液理论，即：论，特别是物理化学的基本概念如溶液理论，即：酸碱平衡、配合（络合）平衡、氧化还原平衡、沉酸碱平衡、配合（络合）平衡、氧化还原平衡、沉淀平衡的发展，使分析化学从一种技术演变成一门淀平衡的发展，使分析化学从一种技术演变成一门科学

7、。科学。4 第二次变革第二次变革 - 在二次大战前后，由于物理学和电在二次大战前后，由于物理学和电子学的发展，改变了经典的以化学分析为主局面，子学的发展，改变了经典的以化学分析为主局面，使仪器分析获得蓬勃发展。使仪器分析获得蓬勃发展。4 第三次变革第三次变革 - 目前，分析化学正处在第三次变革目前，分析化学正处在第三次变革的时期。生命科学、环境科学、新材料科学发展的时期。生命科学、环境科学、新材料科学发展的要求，生物学、信息科学、计算机技术的引入，的要求，生物学、信息科学、计算机技术的引入，使分析化学进入了一个崭新的境界。使分析化学进入了一个崭新的境界。4第三次变革的特点第三次变革的特点 -

8、从手段上看，是综合从手段上看，是综合声、光、电、热、和磁等物理现象，结合声、光、电、热、和磁等物理现象，结合数学、计算机科学及生物学等学科的最新数学、计算机科学及生物学等学科的最新发展对物质进行纵深分析的科学；从解决发展对物质进行纵深分析的科学；从解决任务上看，已不只限于测定物质的组成及任务上看，已不只限于测定物质的组成及含量，而要对物质的形态、结构、微区、含量，而要对物质的形态、结构、微区、薄层及化学和生物活性等作出实时、无损薄层及化学和生物活性等作出实时、无损和在线监测等分析及过程控制。和在线监测等分析及过程控制。 4分析化学的发展趋势分析化学的发展趋势提高灵敏度提高灵敏度解决复杂体系的分

9、离问题及提高分析方法的选择性解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性扩展时空多维信息扩展时空多维信息微型化及微环境的表征与测定微型化及微环境的表征与测定形态、状态分析及表征形态、状态分析及表征生物大分子及生物活性物质的表征与测定生物大分子及生物活性物质的表征与测定非破坏性检测与遥测非破坏性检测与遥测自动化与智能化自动化与智能化二、仪器分析方法的分类二、仪器分析方法的分类4光谱分析法光谱分析法4电化学分析法电化学分析法4色谱分析法色谱分析法4热分析法热分析法4质谱分析法质谱分析法4动力学分析法动力学分析法4其它方法其它方法4光谱分析法光谱分析法 - 根据物质所发射的辐射能或物根据物质所发射的

10、辐射能或物质与辐射能相互作用的关系而建立起来的方法。质与辐射能相互作用的关系而建立起来的方法。 光谱分析法包括：光谱分析法包括： 1）紫外和可见分光光度法）紫外和可见分光光度法 2）荧光与磷光分光光度法）荧光与磷光分光光度法 3）原子吸收与发射光谱法）原子吸收与发射光谱法 4）红外与拉曼光谱法）红外与拉曼光谱法 5）X-射线衍射法射线衍射法 6）放射化学技术）放射化学技术 7）核磁共振法）核磁共振法4电化学分析法电化学分析法 - 根据物质在溶液中的电化根据物质在溶液中的电化学性质而建立起来的分析方法。学性质而建立起来的分析方法。 包括：包括： 电位法（电位法（pH和离子选择性电极）和离子选择性

11、电极） 电导法电导法 极谱法、溶出伏安法（电流、电压变化）极谱法、溶出伏安法（电流、电压变化） 库仑法库仑法4色谱分析法色谱分析法 - 是一种物理化学分离法。由是一种物理化学分离法。由色谱分离技术结合适当的检测手段。色谱分离技术结合适当的检测手段。 色谱分析法包括：色谱分析法包括：气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法薄层色谱法等薄层色谱法等4其它重要分析方法其它重要分析方法热分析法热分析法质谱法质谱法动力学分析法等动力学分析法等4 不同的分析法经联用技术而组成的方法不同的分析法经联用技术而组成的方法 气相色谱气相色谱-质谱联用（质谱联用（GC-MS） 液相色谱液相色谱-质谱联用（质谱联用（

12、HPLC-MS） 电感耦合高频等离子体焰炬（电感耦合高频等离子体焰炬（ICP-质谱质谱 气相色谱气相色谱-傅立叶变换红外光谱法傅立叶变换红外光谱法FT-IR 质谱质谱-质谱（质谱（MS-MS）4 几个与分析化学相关的术语几个与分析化学相关的术语Analytical Technique（分析技术）（分析技术） 指某种分析技术，如红外光谱法、紫外光谱指某种分析技术，如红外光谱法、紫外光谱法、质谱法等等法、质谱法等等 Analytical Method（分析方法分析方法） 把分析技术用于解决分析问题。如：用荧光分把分析技术用于解决分析问题。如：用荧光分光光度法测定血清中维生素光光度法测定血清中维生素

13、A的浓度，这是一个测的浓度，这是一个测定血清定血清Vit. A的分析方法。的分析方法。 Procedure（分析程序、步骤分析程序、步骤） 指用书面的语言简要地描述一个分析方法的步指用书面的语言简要地描述一个分析方法的步骤。如骤。如AOAC，ASTM等标准方法。等标准方法。 Protocol（协议书或议定书协议书或议定书） 带有某种合同或法律性质。这种有关分析方法带有某种合同或法律性质。这种有关分析方法的议定书非常详细地规定了分析方法的每个步骤的的议定书非常详细地规定了分析方法的每个步骤的细节以及执行条件。不允许有任何偏离。如细节以及执行条件。不允许有任何偏离。如EPA或或上法庭作证所需的分析

14、结果。上法庭作证所需的分析结果。4分析方法的确定与执行分析方法的确定与执行 确定分析问题确定分析问题样品性质、结果的使用、所分样品性质、结果的使用、所分析的物质、浓度范围、准确度与精确度、所分析析的物质、浓度范围、准确度与精确度、所分析的物质的物理与化学性质、样品基质的性质的物质的物理与化学性质、样品基质的性质 、干、干扰物质、费用大小等问题。扰物质、费用大小等问题。 选择合适的方法选择合适的方法所选择的方法的优、缺点，所选择的方法的优、缺点，受干扰物质影响的大小，分析结果的价值与分析受干扰物质影响的大小，分析结果的价值与分析方法的费用的比值。（这是最重要的一点！）方法的费用的比值。（这是最重

15、要的一点！） 采样和样品贮藏采样和样品贮藏采样的方法、器械、样品容采样的方法、器械、样品容器、贮藏样品的条件、样品的标记和记录等。器、贮藏样品的条件、样品的标记和记录等。（一个好的分析结果是从采样开始的）（一个好的分析结果是从采样开始的） 样品的处理样品的处理这是最关键的一步。目的是去这是最关键的一步。目的是去掉或减少干扰物质、浓缩或稀释，化学衍生化掉或减少干扰物质、浓缩或稀释，化学衍生化反应、反应、pH值或温度控制等。值或温度控制等。 执行仪器测定分析执行仪器测定分析选择合适的仪器参数。选择合适的仪器参数。 定性、定量方法，包括：定性、定量方法，包括： 标准曲线法标准曲线法标准加入法标准加入

16、法内标法内标法其它方法其它方法 分析结果的统计分析分析结果的统计分析可信度范围可信度范围可疑数据的去除可疑数据的去除标准曲线之回归分析标准曲线之回归分析统计学意义的确定等统计学意义的确定等 分析结果的整理分析结果的整理实验记录、图表制作、有实验记录、图表制作、有效数字、结果总结等等效数字、结果总结等等 把分析结果报告给客户把分析结果报告给客户根据客户的要求。根据客户的要求。如如EPA、FDA、律师、贸易、临床、生产控制、律师、贸易、临床、生产控制、科研等等科研等等4分析仪器的基本构成与功能分析仪器的基本构成与功能 分析化学仪器一般有四个基本组成部分，即信号分析化学仪器一般有四个基本组成部分，即

17、信号发生系统，信号输入转换系统，电子信号处理系发生系统，信号输入转换系统，电子信号处理系统及输出转换系统。统及输出转换系统。 信号发生系统信号发生系统对分析样品外加一信号，测定对分析样品外加一信号，测定外加信号受到所分析化合物影响的程度；提供一外加信号受到所分析化合物影响的程度；提供一个合适的外界环境，使被分析的样品发射出相应个合适的外界环境，使被分析的样品发射出相应的信号。的信号。 信号输入转换系统信号输入转换系统检测器。一般情况下产生检测器。一般情况下产生连续的电信号（如电压、电流或电阻等）。连续的电信号（如电压、电流或电阻等）。 信号加工处理系统信号加工处理系统信号放大、信号放大、A/D

18、转换、转换、信号的衰减、比较、计数、电流、电压转换、信号的衰减、比较、计数、电流、电压转换、信号过滤（去噪音）、积分、加减乘除等。信号过滤（去噪音）、积分、加减乘除等。 信号输出系统信号输出系统打印机输出，视屏显示，记打印机输出，视屏显示，记录仪等等。录仪等等。4参考文献：参考文献： Critical Reviews of Analytical Chemistry Chemical Abstract（CA） SCI Scientific Citation Index 标准方法标准方法 ASTM、AOAC、EPA、FDA等等 单行本单行本 Analytical Letter Part A Ana

19、lytical Letter Part B Analyst Analytical Biochemistry Analytical Chemistry Chromatographia Analytica Chimica Acta International Journal of Environmental Analytical Chemistry Journal of Chromatographic Science Journal of Chromatography Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electroche

20、mistry Separation Science and Technology Journal of Liquid Chromatography Microchemical Journal Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 第二章第二章 光谱分析基础光谱分析基础 4光谱分析（光谱分析（Spectroscopy）方法主要包括：）方法主要包括： 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 荧光分光光度法荧光分光光度法 红外光光谱法红外光光谱法 原子吸收与原子发射光谱法原子吸收与原子发射光谱法 核磁共振核磁共振 X-光衍射光衍射 其它分析

21、方法其它分析方法4光谱分析方法的特点：光谱分析方法的特点： 通过分析原子核、原子、分子所发射的电磁辐射，通过分析原子核、原子、分子所发射的电磁辐射，或或 通过分析原子核、原子、分子与外加电磁辐射的通过分析原子核、原子、分子与外加电磁辐射的相互作用（如：吸收、发射、散射、折射、衍射相互作用（如：吸收、发射、散射、折射、衍射等）从而获得有关物质组成和结构的信息。等）从而获得有关物质组成和结构的信息。4电磁辐射的性质电磁辐射的性质 电磁辐射具有波粒二象性。即波动性质，粒子性电磁辐射具有波粒二象性。即波动性质，粒子性质。电磁辐射可以认为是一种以光的速度传播的质。电磁辐射可以认为是一种以光的速度传播的电

22、磁波。电磁波。 电磁辐射的波动性质可以通过电磁辐射的波动性质可以通过“双光缝双光缝”衍射现衍射现象得到证实。而象得到证实。而“衍射衍射”现象乃是波的特有性质。现象乃是波的特有性质。 电磁波的粒子性质可由光电效应实验所证实。即电磁波的粒子性质可由光电效应实验所证实。即光敏电极所发射的电子的数量与入射电磁辐射的光敏电极所发射的电子的数量与入射电磁辐射的束的数量有关（每束光可产生一个电子），这里束的数量有关（每束光可产生一个电子），这里所说的所说的“束束”也就是所谓的也就是所谓的“光子光子”，在光敏效，在光敏效应中每个光子可产生一个电子。应中每个光子可产生一个电子。 电磁辐射的波动性质可用波长电磁辐

23、射的波动性质可用波长 (cm)、波数、波数 （cm-1）和频率和频率 （nju）来表示。）来表示。 电磁辐射的波动性与粒子性的关系电磁辐射的波动性与粒子性的关系可由可由Einstein-Plank（爱因斯坦（爱因斯坦-普朗克关系式）来表述。普朗克关系式）来表述。即每个光子的能量即每个光子的能量E与频率与频率 或波长或波长 的的关系：关系： E=h =h c/ =hc h：普朗克常数普朗克常数：6.62610-34 Jsec c：光速（真空）：光速（真空）：3 3 1010 cm/sec *从从Einstein-Plank关系式中可以看出，电磁辐射关系式中可以看出，电磁辐射的频率越高，光子的能量

24、就越大。的频率越高，光子的能量就越大。 电磁辐射的总强度电磁辐射的总强度即辐射能即辐射能P。 P（power）=E（fai） ：是光通量，即单位时间所通过的光子的数量。：是光通量，即单位时间所通过的光子的数量。（P与电磁波的振幅成正比）与电磁波的振幅成正比）4电磁辐射的种类电磁辐射的种类 根据电磁辐射的能量或频率不同可分成很多根据电磁辐射的能量或频率不同可分成很多种。电磁辐射按波长排列称为波谱种。电磁辐射按波长排列称为波谱电磁波谱电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）4原子光谱与分子光谱原子光谱与分子光谱 原子光谱原子光谱（Atomic Spectrum） 由于原子核外电

25、子在不同能级间跃迁而产生的光由于原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱称原子光谱。谱称原子光谱。 原子核外电子的分布与运动状态原子核外电子的分布与运动状态 *核外电子的运动不是随意的，而是分布于不同核外电子的运动不是随意的，而是分布于不同能级的各电子层中（用能级的各电子层中（用n表示，表示，1，2，3，4，） *每个电子层又由不同能量的电子轨道所构成，每个电子层又由不同能量的电子轨道所构成，电子轨道由电子轨道由s p d f 表示。每层有表示。每层有1 个个s 轨道，轨道，3个个p 轨道，轨道，5个个d 轨道和轨道和7个个f 轨道，分别可容纳轨道，分别可容纳2，6，10和和14个电子。个电子

26、。 *对于多电子原子，其内层电子比较稳定，电子跃对于多电子原子，其内层电子比较稳定，电子跃迁所需的能量也较大（如迁所需的能量也较大（如x-射线），外层电子的跃射线），外层电子的跃迁所需的能量较小，落在紫外和可见光区。迁所需的能量较小，落在紫外和可见光区。 *能量与能量的量子化（非连续性）能量与能量的量子化（非连续性） 分子光谱分子光谱（Molecular Spectrum） 分子光谱比较复杂，它是价电子与成键电子在不分子光谱比较复杂，它是价电子与成键电子在不同能级间的跃迁而产生的光谱。同能级间的跃迁而产生的光谱。 *什么是价电子？什么是价电子？ *什么是成键电子？什么是成键电子？ *分子的能级

27、比较复杂，包括电子能级、振动能级分子的能级比较复杂，包括电子能级、振动能级和转动能级。和转动能级。 *能级之间的能量差与不同频率的电磁辐射能级之间的能量差与不同频率的电磁辐射相对应。相对应。 电子光谱电子光谱在电子能级之间跃迁所产生在电子能级之间跃迁所产生的光谱称电子光谱（紫外、可见光谱）的光谱称电子光谱（紫外、可见光谱） 振动光谱振动光谱对应于振动能级的光谱，如：对应于振动能级的光谱，如：近红外、中红外近红外、中红外 转动光谱转动光谱对应于转动能级间的跃迁的对应于转动能级间的跃迁的光谱（如：远红外、微波区）光谱（如：远红外、微波区） *分子光谱所包含的能级很多很密，由于一分子光谱所包含的能级

28、很多很密，由于一般仪器分辨率太低，故所得到的分子光谱一般仪器分辨率太低，故所得到的分子光谱一般为连续光谱。如维生素般为连续光谱。如维生素A紫外吸收光谱。紫外吸收光谱。 第三章第三章 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 （200800nm）4物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 问题：自然界的东西为什么会有各种各样的颜问题：自然界的东西为什么会有各种各样的颜色？色？ 答：这是因为物质有选择性地吸收了某些波长答：这是因为物质有选择性地吸收了某些波长的自然光（白色光）。的自然光（白色光）。 一束白色光通过一个棱镜，便可得到不同颜色一束白色光通过一个棱镜，便可得到不同颜色的各种光。因此，当物质

29、有选择地吸收了某种的各种光。因此，当物质有选择地吸收了某种颜色的光时，没有被吸收的光便会显出其颜色颜色的光时，没有被吸收的光便会显出其颜色来。来。White light & Prisms & NewtonNewton conducted prism experimentsWhite light (sun light) contains all the visible wave lengths of light 表表3-1 可见光的吸收和颜色可见光的吸收和颜色 波长（波长（nm） 吸收光颜色吸收光颜色 物质颜色或互补色物质颜色或互补色 780 近红外近红外 紫外光紫外光和和可见光可见光区的分子吸

30、收与分子的电子结构有区的分子吸收与分子的电子结构有关。分子中价电子的跃迁所需能量在关。分子中价电子的跃迁所需能量在1.610-19 3.210-18 J 之间之间,对应的吸收光波长在紫外和可见对应的吸收光波长在紫外和可见光区域。光区域。4有机化合物的紫外有机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱 不同结构的各种有机化合物，因其电子跃迁所需能不同结构的各种有机化合物，因其电子跃迁所需能量不同而表现出不同的吸收光谱。量不同而表现出不同的吸收光谱。 例：维生素例：维生素A，胡萝卜素，核酸等在有机分子中与，胡萝卜素，核酸等在有机分子中与紫外可见吸光光谱有关的电子有三种：紫外可见吸光光谱有关的电子有三种

31、： 电子电子单键单键 电子电子双键双键 n 电子电子未参与成键的孤对电子未参与成键的孤对电子 n 电子电子 *通常，我们把电子所处的最低（最稳定）的能通常，我们把电子所处的最低（最稳定）的能级称为级称为基态基态。当电子吸收电磁辐射能之后，便可。当电子吸收电磁辐射能之后，便可跃迁到高能级，这种能级被称为跃迁到高能级，这种能级被称为激发态激发态。 *在有机分子中，电子跃迁的方式一般有四种在有机分子中，电子跃迁的方式一般有四种 跃迁跃迁 电子光谱区域电子光谱区域 实例实例 * 真空紫外区真空紫外区 CH4 125nm n * 远紫外，近紫外远紫外，近紫外 丙酮丙酮190nm * 紫外区紫外区 饱和醛

32、饱和醛180nm n * 近紫外和可见光区近紫外和可见光区 丙醛丙醛 277nm *表示反键轨道表示反键轨道 * 跃迁所需能量很高，仅发生在跃迁所需能量很高，仅发生在200nm以下光谱区域（远紫外区）通常称真空紫外以下光谱区域（远紫外区）通常称真空紫外区，因为空气也吸收远紫外，会干扰，故必区，因为空气也吸收远紫外，会干扰，故必须在真空中才能得到其它物质的吸收光谱。须在真空中才能得到其它物质的吸收光谱。 n * 跃迁也是一种高能量跃迁，通常出跃迁也是一种高能量跃迁，通常出现在较短的紫外波长处。现在较短的紫外波长处。 * 最常见到的最常见到的 * 跃迁是共轭多烯，跃迁是共轭多烯，在共轭多烯中，共轭

33、双键越多，激发电子所在共轭多烯中，共轭双键越多，激发电子所需的能量就越低。需的能量就越低。 n * 跃迁所需的能量通常最少，因此，其跃迁所需的能量通常最少，因此，其吸收光谱也落在较长波长处。吸收光谱也落在较长波长处。 *通过对吸收光谱的位置、分布模式和强度分析，通过对吸收光谱的位置、分布模式和强度分析，人们也可获得鉴定化合物的有用信息。但是很多化人们也可获得鉴定化合物的有用信息。但是很多化合物的紫外合物的紫外-可见光谱很类似，而且重叠，故在解可见光谱很类似，而且重叠，故在解析分子结构方面，紫外析分子结构方面，紫外-可见光谱应用不大，主要可见光谱应用不大，主要用于定量分析。用于定量分析。 *在我

34、们讨论如何利用紫外在我们讨论如何利用紫外-可见光谱进行定量分可见光谱进行定量分析之前，有几个概念需要了解一下：析之前，有几个概念需要了解一下： 生色团生色团有色物质之所以能吸收光，产生颜色，有色物质之所以能吸收光，产生颜色，是由于这些物质分子中含有一个或几个不饱和键或是由于这些物质分子中含有一个或几个不饱和键或基团，叫基团，叫“生色团生色团”。 助色团助色团某些本身并不产生颜色，但能增加生色某些本身并不产生颜色，但能增加生色团颜色强度的基团叫做团颜色强度的基团叫做“助色团助色团”。如含有。如含有 未键合未键合n电子的官能团。（如苯环上一个氢为一个氯原电子的官能团。（如苯环上一个氢为一个氯原子代

35、替，产生红移，增大了吸收强度）子代替，产生红移，增大了吸收强度） 红移红移把吸收峰向更长波长方向移动的现象称为红移。把吸收峰向更长波长方向移动的现象称为红移。 紫移紫移把吸收峰向短波长方向移动的现象称为紫移。把吸收峰向短波长方向移动的现象称为紫移。 如：对于如：对于n * 跃迁的化合物，其吸收峰随溶剂极性跃迁的化合物，其吸收峰随溶剂极性增加而向短波长方向移动增加而向短波长方向移动紫移。紫移。 对于对于 * 跃迁的化合物，其吸收峰随溶剂极性增加跃迁的化合物，其吸收峰随溶剂极性增加而向长波长方向移动而向长波长方向移动红移。红移。 深色效应深色效应使吸收峰强度增大的效应称深色效应。使吸收峰强度增大的

36、效应称深色效应。 浅色效应浅色效应使吸收峰强度减少的效应称为浅使吸收峰强度减少的效应称为浅色效应。色效应。 有代表性有代表性生色团生色团及其及其Emax和和 max 生色团生色团 max Emax C=C 185 8000 C C 175 6000 C=O 188 900 NH2 195 2500 CHO 210 20 COOR 205 50 COOH 205 60 有代表性有代表性生色团生色团及其及其Emax和和 max 生色团生色团 max Emax N=N 252/371 8000/14 N=O 300/665 100/20 NO2 270 14 Br 205 400 *Emax 与电子

37、吸收电磁辐射的几率有关。与电子吸收电磁辐射的几率有关。4影响紫外影响紫外-可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素 某些条件如温度、溶剂极性、某些条件如温度、溶剂极性、PH值等对紫外值等对紫外-可可见吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等见吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能会产生影响。都可能会产生影响。 温度温度在低温下（如液氮温度），光谱的精细在低温下（如液氮温度），光谱的精细结构比较明显。在较高温度下，分子的碰撞频率结构比较明显。在较高温度下，分子的碰撞频率增加，谱带变宽，谱带精细结构消失。增加，谱带变宽，谱带精细结构消失。 溶剂溶剂同一种物质在不同溶剂中，吸收光谱的同一种物质在

38、不同溶剂中，吸收光谱的峰型和最大吸收位置（波长）可能不一样。因此，峰型和最大吸收位置（波长）可能不一样。因此，在报告有机分子的紫外在报告有机分子的紫外-可见吸收光谱时，一定可见吸收光谱时，一定要注明溶剂。（一般尽可能采用极性小的溶剂测要注明溶剂。（一般尽可能采用极性小的溶剂测定光谱）定光谱） 吸收光谱的精细结构也受溶剂极性的影响。在吸收光谱的精细结构也受溶剂极性的影响。在非极性溶剂中，光谱精细结构较为明显。非极性溶剂中，光谱精细结构较为明显。 pH值值对吸收光谱的影响（紫外对吸收光谱的影响（紫外-可见）可见） 有些化合物有可离解的酸碱基团，在不同有些化合物有可离解的酸碱基团，在不同PH条件下，

39、分子离解形式不同。其吸收光谱的形条件下，分子离解形式不同。其吸收光谱的形状、最大吸收峰的波长和吸收强度都会变化。状、最大吸收峰的波长和吸收强度都会变化。如：如：pH指示剂。指示剂。 其它影响吸收光谱的因素有：其它影响吸收光谱的因素有：时间时间、稳定性稳定性、盐浓度盐浓度、掩蔽剂掩蔽剂等。等。Carrots are Orange because the contain Carotene The Absorption Spectrum of CaroteneUV and BlueLight AbsorbedCarotene Absorbs Blue Light and so it appears

40、Orange (Complementary colors)QuickTime and aTIFF (Uncompressed) decompressorare needed to see this picture.UV and BlueLight AbsorbedWhat does your body do with Retinal?It goes to the RetinaIn the EyeThe Retina acts as a Screen on which images are projectedIt goes to the RetinaIn the EyeRhodopsin abs

41、orbs Green light - What color is it?“Rhodo” = RoseIn GreekAll-trans Retinal (after absorption of photon of light)OH11-cis RetinalOHAll-trans Retinal4紫外紫外-可见吸收光谱的应用可见吸收光谱的应用 定性分析（与标准样比较）定性分析（与标准样比较） 纯度鉴定（污染物如有吸收）纯度鉴定（污染物如有吸收） 结构分析（如结构分析（如carotenoids）4朗伯朗伯-比尔定律比尔定律分光光度计（定量）分光光度计（定量） 朗伯定律（朗伯定律（Lamberts

42、 Law） 平行、单色光穿过一个浓度恒定的介质时，其辐平行、单色光穿过一个浓度恒定的介质时，其辐射能部分为介质所吸收，其关系为：射能部分为介质所吸收，其关系为： ln P。 ln P = Kb K是吸光系数，与介质有关。是吸光系数，与介质有关。 比尔定律比尔定律（Beers Law） 如果波长与光程（光在介质中的运动距离）保持如果波长与光程（光在介质中的运动距离）保持不变，被介质所吸收的辐射能与介质浓度的关系不变，被介质所吸收的辐射能与介质浓度的关系如下：如下： ln P。 ln P = K C C为介质浓度，为介质浓度， K为吸光系数。为吸光系数。 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律 把朗伯、比尔定

43、律合并，可得朗伯把朗伯、比尔定律合并，可得朗伯-比尔定律比尔定律 ln P。 ln P = k b c b 为光程，为光程，c 为浓度，为浓度，k 为吸光系数。为吸光系数。 A=log P。 log P = a b c A为吸光度，为吸光度， c为为Molar浓度，浓度， 4偏离比尔定律的因素：偏离比尔定律的因素： 在理想条件下，比尔定律所表示的是一条通过原在理想条件下，比尔定律所表示的是一条通过原点的直线。仪器读数：点的直线。仪器读数：A=lgP。lgP= bc 为摩尔吸光系数。为摩尔吸光系数。 在实际分析工作中，常常发生偏离比尔定律的情在实际分析工作中，常常发生偏离比尔定律的情况，一般以负

44、偏离情况居多。况，一般以负偏离情况居多。 有三种主要因素可引起偏离比尔定律：有三种主要因素可引起偏离比尔定律： 有效因素有效因素 比尔定律假定电磁辐射通过被测物质时，辐射能比尔定律假定电磁辐射通过被测物质时，辐射能的衰减只与物质对光的吸收有关，而没有考虑溶的衰减只与物质对光的吸收有关，而没有考虑溶液的折光系数。比尔定律适合低浓度的溶液（液的折光系数。比尔定律适合低浓度的溶液（10-3M以下）。在高浓度情况下，溶液的以下）。在高浓度情况下，溶液的折光指数增折光指数增加，因此可产生对比尔定律的负偏离。加，因此可产生对比尔定律的负偏离。 仪器因素仪器因素 如电源电压波动，信号放大器非线性响应等，另外

45、，如电源电压波动，信号放大器非线性响应等，另外，多色辐射多色辐射比尔定律要求辐射光是单色光（如比尔定律要求辐射光是单色光（如激光），但仪器实际使用的是有一定波宽的辐射带。激光），但仪器实际使用的是有一定波宽的辐射带。多色辐射可引起正或负偏离。多色辐射可引起正或负偏离。Slit狭缝的宽度过宽狭缝的宽度过宽也会引起对比尔定律的偏离。也会引起对比尔定律的偏离。杂散光杂散光照射在照射在检测器上的杂散光是产生误差的另一来源。检测器上的杂散光是产生误差的另一来源。 化学因素化学因素 对比尔定律的明显偏离常常是由化学因素，诸如离对比尔定律的明显偏离常常是由化学因素，诸如离解、缔合、生成络合物、聚合或溶剂化，

46、改变化学解、缔合、生成络合物、聚合或溶剂化，改变化学平衡等所引起。平衡等所引起。4仪器构成仪器构成紫外紫外-可见光光度计可见光光度计 光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器信号处理信信号处理信号输出号输出 光源光源要求在较宽的光谱区域内发射连续光要求在较宽的光谱区域内发射连续光谱，有足够的发射强度和良好的稳定性，常见谱，有足够的发射强度和良好的稳定性，常见光源有光源有钨丝灯（可见光区）热辐射光源，稳钨丝灯（可见光区）热辐射光源，稳定性受电压波动影响很大。定性受电压波动影响很大。氘灯，常用于紫氘灯，常用于紫外光区，属气体放电光源。外光区，属气体放电光源。 单色器单色器（monochroma

47、tor）把来自光源的复把来自光源的复合光分解为单色光，并分离出所需波段光束的合光分解为单色光，并分离出所需波段光束的装置。有棱镜、光栅等色散元件。装置。有棱镜、光栅等色散元件。 吸收池吸收池比色皿或称比色杯。玻璃或石英等比色皿或称比色杯。玻璃或石英等制造，玻璃吸收池不适合于紫外区。长制造，玻璃吸收池不适合于紫外区。长0.110cm，一般为，一般为1cm长（光程）。长（光程）。 检测器检测器光电管或光电倍增管。光电管或光电倍增管。 信号处理与输出系统。信号处理与输出系统。4紫外分光光度计的应用紫外分光光度计的应用 定性分析定性分析 扫描光谱图与标样进行比较。如完全重合。扫描光谱图与标样进行比较。

48、如完全重合。 定量测定定量测定 对溶液中已知化合物的浓度进行定量测定。对溶液中已知化合物的浓度进行定量测定。 *条件：条件：已知化合物，有一定的紫外已知化合物，有一定的紫外-可见吸可见吸收；收；溶液中无干扰物质。溶液中无干扰物质。 *步骤：步骤：确定最大吸收峰波长（光谱图、扫确定最大吸收峰波长（光谱图、扫描）；描）；建立一标准曲线；建立一标准曲线；测定样品的吸光测定样品的吸光度度A；计算浓度。计算浓度。 *如果待测溶液中含有两种已知成分，并且它如果待测溶液中含有两种已知成分，并且它们的吸收光谱有某种重叠，但它们的最大吸收们的吸收光谱有某种重叠，但它们的最大吸收峰不重叠，则可同时测定溶液样品中两

49、种组成峰不重叠，则可同时测定溶液样品中两种组成的浓度。的浓度。 先测定标准化合物在波长先测定标准化合物在波长 1， 2处的吸光系处的吸光系数数 a1和和 a2，化合物，化合物b的的 b1和和 b2 测定样品的测定样品的A1和和A2值，根据值，根据A= c， 得得 A1 = a1 ca + b1 c b A2 = a2 ca + b2 c b 比如比如DNA纯化纯化Proteins are measured (directly) at 280 nm, nucleic acids at 260 nm and colorimetric protein determination is carried

50、 out in the range from 550 to 600 nm. The ratio A260/A280 is used to estimate the purity of nucleic acid, since proteins absorb at 280 nm. Pure DNA should have a ratio of approximately 1.8, whereas pure RNA shouldgive a value of approximately 2.0. Absorption at 230 nm reflects contamination of the s

51、ample by substances such as carbohydrates, peptides, phenols or aromatic compounds. In the case of pure samples, the ratio A260/A230 should be approximately 2.2. 放射化学方法4放射核素的三种特性： 半衰期 衰变的类型 射线的能量 了解这三个特性是进行放射核素测定的基础。4放射性（核素）衰变时所发射出的粒子 天然存在的、重的放射性核素如Thorium（钍） and Uranium（铀）发射出粒子（氦核He 2+ ） 粒子能量很高，可达10 MeV（1千万电子伏特），电离能力很强。穿透力很差，在空气中，只能穿透57cm，很薄的固体， 粒子就穿不过去。 粒子是一个高能电子（electron）或正电子（positron）， 射线与 粒子，射线不同， 射线具有一个连续的能量分布范围，从几乎0至最高能量Emax ， Emax 是放射射线的核素的特征。 Emax 常常被表示为穿透力或穿透距离。如： *具有0.5MeV能量的一个粒子。能穿透10米的空气，并在它所经过路径产生每厘米60对离子。 *具有0.4MeV能量的一个粒子能穿透大部分检测器的检测窗口，故容易地被检测。 *低于0.4MeV能