仪器分析复习总结

1、第二章 气相色谱分析2-1 气相色谱法概述色谱法(chromatography)定义： 固定相：（stationary phase） 管内保持固定、起分离作用的填充物。流动相：（mobile phase）流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。气相色谱仪的组成： 载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表。 进样系统：进样器、汽化室。 分离系统：色谱柱、控温柱箱。 检测系统：检测器、检测室。 记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。色谱图（chromatogram）： 色谱峰：常用术语：峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peak height)。用h表示。峰与峰底之间的面积，称为

2、峰面积(peak area)，用A表示。峰的区域宽度： a、峰底宽 Y = 4 b、半峰宽度 Yh/2=2.35 c、标准偏差峰宽 Y0.607h=2 保留值:1) 保留时间：从进样至被测组分出现浓度最大值时所需时间tR。2) 保留体积 ：从进样至被测组分出现最大浓度时流动相通过的体积，VR。VR = tR qV ,0死时间： 不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间(dead time)，tM。死体积: 不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积(dead volume) ，VM。（ qV ,0为柱尾载气体积流量） VM = tM qV

3、 ,0调整保留值:1) 调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。 tR= tR tM2) 调整保留体积：扣除死体积后的保留体积。 VR = VR VM 或 VR = tR qV ,0相对保留值（relative retention） 在相同的操作条件下，待测组分与参比组分的调整保留值之比，用r21表示。相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种类有关。 当r21 =1时两个组分不能分离。 简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为： n = L/H n称为理

4、论塔板数,与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小理论塔板数和有效塔板数之间的关系 塔板理论是一种半经验性的理论，它解释了流出曲线的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。 但是，它只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素的影响，因而限制了它的应用。 2、速率理论 （J. J. Van Deemter 1956）范弟姆特方程式及其详细讨论2-3 色谱分离条件的选择一、分离度（resolution） 相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。分离度可以用来作为衡量色谱峰分离效能的指标。 R 越大，表明两组分分离效果越好 保留值之差

5、取决于固定液的热力学性质 色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素及柱效能高低二、色谱分离基本方程 R 的定义并未反映影响分离度的各种因素。也就是说，R 未与影响其大小的因素：柱效n、选择因子a 和容量因子 k 联系起来。 对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数 K 相差小，可合理假设k1k2=k，Y1 Y2=Y。因此可导出R与n（neff）、a 和 k 的关系1.与柱效的关系（柱效因子）2.与容量因子的关系3.与柱选择性的关系分离度、柱效、柱选择性的关系三、色谱条件的选择1、载气流速的选择（与分析时间、柱效有关）2、柱温的选择（与ri，j有关） 能使沸点最高的组分达到分离的前提下，尽量选择较低的温

6、度。当然被测物的保留时间要短、峰形不能有严重拖尾。最好用程序升温方法，以实验优化选择的条件为工作条件。3、固定液与担体的选择（与相比有关） 由实验手册查出参考值，再由实验选择。4、担体的性质和粒度5、进样时间和进样6、汽化室与检测室温度（与被测对象的利用度有关） 汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。2-4 固定相及其选择一、固定相的类型：吸附剂型固定相 担体+固定液型固定相二、固定液的类型对固定液的要求：a) 热稳定性好、蒸汽压低流失少；b) 化学稳定性好不与其它物质反应；c) 对试样有合适的溶解能力分配系数K适当；d) 对各组分具有良好的选择性三、固定液的极性： 固定液与待测化合物之间

7、的作用力主要属定向力、诱导力、色散力、氢键力等弱相互作用为主，所以固定相的极性对分离过程非常重要，固定相极性用相对极性P的公式表示：规定：,-氧二丙腈固定液的P=100、角鲨烷固定液的P=0 、测试标样为环己烷-苯按P的数值将固定液的极性以20间隔分为五级：麦氏常数苯、丁醇、戊酮-2、硝基丙烷、吡啶五种物质在被测固定液与角鲨烷柱上保留指数的差值,分别以x ，y，z ，u，s 表示.苯: I=I被测I角鲨烷= x 五个I以及它们的平均值，可以作为固定液极性的标度。其值越大，极性越强。 固定液的选择 “相似相溶原理”2-5 气相色谱检测器一、气相色谱检测器的类型气相色谱检测器根据响应原理的不同可分

8、为浓度型检测器和质量型检测器两类。浓度型检测器：测量的是载气中某组分瞬间浓度的变化，即检测器的响应值和组分的瞬间浓度成正比。如热导池检测器（TCD）和电子捕获检测器（ECD）质量型检测器：测量的是载气中某组分质量比率的变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器的组分质量成正比。如氢火焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD） 通用检测器有：1、热导池检测器，TCD (Thermal conductivity detector) 测一般化合物和永久性气体：原理和结构2、氢火焰离子化检测器,FID (Hydrogen flame ionization detector) 测一般有机化合物：

9、原理和结构专用检测器有：3、电子俘获检测器，ECD (Electron capture detector) 测带强电负性原子的有机化合物4、火焰光度检测器，FPD (Flame photometric detector) 测含硫、含磷的有机化合物2-6 气相色谱定性2-6 气相色谱定量：要求熟练掌握第三章 高效液相色谱分析基本要求：（1）掌握影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法（2）了解高效液相色谱法的特点，高效液相色谱仪的构成及各部分的功能和原理，高效液相色谱法的应用教学重点：影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型

10、及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法教学难点：影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理3.1高效液相色谱的特点一、定义：液相色谱法是指流动相为液体的色谱技术。二、特点1.高压: 2.高速: 3.高效：。4.高灵敏度： 5高度自动化计算机的应用6应用范围广7流动相可选择范围广8馏分容易收集 3.2影响色谱峰扩展及色谱分离的因素一、与GC 比较；基本概念及理论基础与GC一致；主要区别：流动相为液体。气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了

11、一个因素。也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。二、对色谱峰扩展及色谱分离影响的因素：1.涡流扩散项 ： He = 2dp 含义同GC法2.纵向扩散项： Hd = CdDm/u；在LC中可略,GC中重要；3.传质阻力项：a.固定相传质阻力项： b.流动相传质阻力项：要降低Hsm，应采用颗粒小，微孔浅，孔径大的固定相。柱内各种因素引起的塔板高度H为：H= 2dp+ CdDm/u +( CsDf2/Ds + Cmdp2/Dm + Csmdp/Dm) （3-6）综合分析，由于柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度的变化可归纳为： H=A+B/u+Cu形式与GC一致，其主要区别在于

12、扩展项可以忽略，影响柱效的主要因素是传质项。从3-6式看出，H近似正比于dp2 ，所以减小粒度是提高柱效的最有效途径。改进固定相就成为提高液相色谱柱效一个重要问题。提高柱效的途径：减小填料粒度以加快传质速率；提高柱内填料装填的均匀性。4.其它影响因素；柱外展宽：指色谱柱外各种因素引起的峰扩展.a.柱前展宽：主要由进样所引起；b.柱后展宽：主要由接管、检测器流通池体积所引起.为此，连接管的体积、检测器的死体积应尽可能小。 3.3高效液相色谱的主要类型及其分离原理类型：液-液色谱；液-固色谱；离子交换色谱；离子对色谱；离子色谱；空间排阻色谱一、液-液分配色谱法及化合键合相色谱1.特点：a.流动相和

13、固定相都是液体b.两相应互不相溶，有明显的分界面2.分离机制：溶质在两相间进行分配 K = cs/cm = kVm/Vs 分离的顺序决定于分配系数的大小，分配系数大的组分保留值大.而且流动相的种类对分配系数有较大的影响. 3.分类： a.正相液-液色谱法：流动相的极性小于固定液的极性； b.反相液-液色谱法：流动相的极性大于固定液的极性； c.化学键合固定相：将各种不同有机基团通过化学反应共价键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。代替机械涂渍的液体固定相。这不仅避免了液体固定相流失的困扰，还大大改善了固定相的功能，提高了分离的选择性，化学键合色谱适用于分离几乎所有类型的

14、化合物。 反相化学键合相色谱法已成为高效液相色谱法中应用最广泛的一个分支. 二、液-固色谱法（或液-固吸附色谱法） 液固色谱的固定相是固体吸附剂。吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，位于其表面的原子、离子或分子的性质是多少不同于在内部的原子、离子或分子的性质的。表层的键因缺乏覆盖层结构而受到扰动。因此，表层一般处于较高的能级，存在一些分散的具有表面活性的 吸附中心 。因此，液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分离，故也称为液固吸附色谱。 吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱液的性质等。组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附，呈现高的保留值

15、；当组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。从而使吸附色谱成为分离几何异构体的有效手段；不同的官能团具有不同的吸附能，因此，吸附色谱可按族分离化合物。1.特点：流动相为液体，固定相为吸附相。2.分离机制 Xm + nSa = Xa + nSm K = XaSmn / XmSan3.结论： 显然，分配系数大的组分，吸附剂对它的吸附力强，保留值就大.4.作用：a.适用分离相对分子质量中等油性试样。 b.对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性。 缺点：由于非线性等温吸附常引起峰的拖尾现象三、离子对色谱法1.特点：分离效能高，分析速度快，操作简便.2.分离机制3.分离

16、过程：流动相中待分离有机离子与固定相或流动相中带相反电荷的对离子结合，形成离子对化合物，然后在两相间进行分配。KXY = X+Y-有机相/ X+水相Y-水相DX= X+Y-有机相/ X+水相= KXY Y-水相4.分类：a.正相离子对色谱法；b.反相离子对色谱法。5.应用：解决了以往难分离混合物的分离问题，例如各种强极性的有机酸碱。四.离子交换色谱法1.分离机制；2.适用范围；凡能在溶剂中电离的物质一般 均可用该法进行分离。3.交换：凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。4.结论：a.分配系数D愈大，表示溶质的离子与离子交换剂的相互作用愈强。b.亲合力高的，在柱中保留

17、值就愈大。5.应用：a.分离离子或可离解的化合物。 b.已成功地分离氨基酸、核酸、蛋白质等五、离子色谱法1.固定相:离子交换树脂 流动相:电解质溶液 检测器:电导检测器主配件：抑制柱2. 流程图：3.分离机制 （阴离子为例）a.双柱型：化学抑制型离子色谱法； b.单柱型：非抑制型，用低电导的洗脱液；4.应用：从无机和有机阴离子到金属阳离子，从有机阳离子到糖类、氨基酸等均可用该法分析六、空间排阻色谱法1.固定相：凝胶2.机制：类似于分子筛作用，分离只与凝胶的孔径分布和溶质的流体力学体积和分子大小有关.3.分离示意图a.排斥极限A点:b.全渗透极限B点:4.特点3.4液相色谱法固定相station

18、ary phases of LC1. 液-液分配及离子对分离固定相 （1）全多孔型担体：由氧化硅、氧化铝、硅藻土等制成的多孔球体；早期采用100m的大颗粒，表面涂渍固定液，性能不佳已不多见；现采用10m以下的小颗粒，化学键合制备柱填料；（2）表面多孔型担体（薄壳型微珠担体） 3040m的玻璃微球，表面附着一层厚度为1 2m的多孔硅胶。表面积小，柱容量底；（3）化学键合固定相化学键合固定相: 目前应用最广、性能最佳的固定相； a. 硅氧碳键型： SiOC b. 硅氧硅碳键型： SiOSi C 稳定，耐水、耐光、耐有机溶剂，应用最广； c. 硅碳键型： SiC d. 硅氮键型： SiN化学键合固定

19、相的特点（1）传质快，表面无深凹陷，比一般液体固定相传质快；（2）寿命长，化学键合，无固定液流失，耐流动相冲击； （3）耐水、耐光、耐有机溶剂，稳定； （4）选择性好，可键合不同官能团，提高选择性；（5）有利于梯度洗脱；存在着双重分离机制：(键合基团的覆盖率决定分离机理)高覆盖率：分配为主；低覆盖率：吸附为主；2.液-固吸附分离固定相种类：硅胶、氧化铝、分子筛、聚酰胺等； 结构类型：全多孔型和薄壳型； 粒度：510 m；3.离子交换色谱分离固定相结构类别：（1）薄壳型离子交换树脂 薄壳玻璃珠为担体，表面涂约1%的离子交换树脂；（2）离子交换键合固定相 薄壳键合型；微粒硅胶键合型（键合离子交换基

20、团） 树脂类别：1） 阳离子交换树脂（强酸性、弱酸性）2） 阴离子交换树脂（强碱性、弱碱性）4. 空间排阻分离固定相（1）软质凝胶 葡聚糖凝胶、琼脂凝胶等。多孔网状结构； 水为流动相。适用于常压排阻分离。（2）半硬质凝胶 苯乙烯-二乙烯基苯交联共聚物，有机凝胶； 非极性有机溶剂为流动相，不能用丙酮、乙醇等极性溶剂（3）硬质凝胶 多孔硅胶、多孔玻珠等；化学稳定性、热稳定性好、机械强度大，流动相性质影响小，可在较高流速下使用。可控孔径玻璃微球，具有恒定孔径和窄粒度分布。3.5液相色谱法流动相mobile phases of LC1. 流动相特性 （1）液相色谱的流动相又称为：淋洗液，洗脱剂。流动相

21、组成改变，极性改变，可显著改变组分分离状况； （2）亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。 （3）若流动相的极性大于固定液的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。组分在两种类型分离柱上的出峰顺序相反。 2. 流动相类别按流动相组成分：单组分和多组分； 按极性分：极性、弱极性、非极性； 按使用方式分：固定组成淋洗和梯度淋洗。 常用溶剂： 己烷、四氯化碳、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、乙腈、水。 采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相的极性或增加选择性，以改进分离或调整出峰时间。3. 流动相选择在选择溶剂时，溶剂的极性是

22、选择的重要依据。 采用正相液-液分配分离时：首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶剂极性，反之增加。也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。 常用溶剂的极性顺序： 水(最大) 甲酰胺 乙腈 甲醇 乙醇 丙醇 丙酮 二氧六环 四氢呋喃 甲乙酮 正丁醇 乙酸乙酯 乙醚 异丙醚 二氯甲烷氯仿溴乙烷苯四氯化碳二硫化碳环己烷己烷煤油(最小)4. 选择流动相时应注意的几个问题：（1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。（2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏柱子。如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定相等。（3）试样在

23、流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉淀并在柱中沉积。（4）流动相同时还应满足检测器的要求。当使用紫外检测器时，流动相不应有紫外吸收。3.6高效液相色谱仪高效液相色谱仪主要有分析型、制备型和专用型三类。一般由五个部分组成：高压输液系统 进样系统 分离系统 检测系统 数据处理系统一. 高压输液系统贮液装置、高压输液泵、过滤器、脱气装置等1.贮液器：贮液器用于存放溶剂。溶剂必须很纯，贮液器材料要耐腐蚀，对溶剂呈惰性。贮液器应配有溶剂过滤器，以防止流动相中的颗粒进入泵内。溶剂过滤器一般用耐腐蚀的镍合金制成，空隙大小一般为2 mm2. 脱气装置：脱气的目的是为了防止流动相从高压柱内流出时，释放出气泡进入

24、检测器而使噪声剧增，甚至不能正常检测。3. 高压输液泵 高压输液泵是高效液相色谱仪的重要部件，是驱动溶剂和样品通过色谱柱和检测系统的高压源，其性能好坏直接影响分析结果的可靠性。压力：150350105 Pa。 为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（10m），液体的流动相高速通过时，将产生很高的压力，因此高压、高速是高效液相色谱的特点之一。对高压泵的基本要求是：流量稳定；输出压力高，最高输出压力为50Mpa；流量范围宽，可在0.0110mlmin范围任选。耐酸、碱、缓冲液腐蚀。压力波动小。泵的种类很多，按输液性质可分为恒压泵和恒流泵。恒流泵按结构又可分为螺旋注射泵、柱塞往复泵和隔膜往复泵。恒压泵

25、受柱阻影响，流量不稳定；螺旋泵缸体太大，这两种泵已被淘汰。目前应用最多的是柱塞往复泵。二. 梯度洗脱外梯度:利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。内梯度: 一台高压泵, 通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合。梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂，按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变流动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分离的一种有效方法。当一个样品混合物的容量因子是范围很宽，用等度洗脱时间太长，且后出的峰形扁平不便检测时，用梯度洗脱可以改善峰形、并缩短分离时间。HPLC的梯度洗脱与GC

26、的程序升温相似，可以缩短分析时间，提高分离效果。使所有的峰都处于最佳分离状态，而且峰形尖而窄。三.进样装置进样器一般要求密封性好，死体积小，重复性好，保证中心进样，进样时对色谱系统的压力和流量波动小，并便于实现自动化。高压进样阀是目前广泛采用的一种方式。阀的种类很多，有六通阀、四通阀，双路阀等。以六通进样阀最为常用。流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置，其结构如图所示：四、色谱柱 色谱分离系统包括色谱柱、固定相和流动相。色谱柱是其核心部分，柱应具备耐高压、耐腐蚀、抗氧化、密封不漏液和柱内死体积小、柱效高、柱容量大、分析速度快、柱寿命长的要求。通常采用优质不锈钢管制成。 色谱柱

27、按内径不同可分为常规柱、快速柱和微量柱三类。五、检测系统检测器的作用是将柱流出物中样品组成和含量的变化转化为可供检测的信号，常用检测器有紫外吸收、荧光、示差折光、化学发光等。1. 紫外可见吸收检测器（ultravioletvisible detector，UVD） （1）紫外吸收检测器： 紫外吸收检测器常用氘灯作光源，氘灯则发射出紫外-可见区范围的连续波长，并安装一个光栅型单色器，其波长选择范围宽（190nm800nm）。它有两个流通池，一个作参比，一个作测量用，光源发出的紫外光照射到流通池上，若两流通池都通过纯的均匀溶剂，则它们在紫外波长下几乎无吸收，光电管上接受到的辐射强度相等，无信号输出

28、。当组分进入测量池时，吸收一定的紫外光，使两光电管接受到的辐射强度不等，这时有信号输出，输出信号大小与组分浓度有关。 局限：流动相的选择受到一定限制，即具有一定紫外吸收的溶剂不能做流动相，每种溶剂都有截止波长，当小于该截止波长的紫外光通过溶剂时，溶剂的透光率降至10%以下，因此，紫外吸收检测器的工作波长不能小于溶剂的截止波长（2）光电二极管阵列检测器（photodiode array detector， PDAD）：2荧光检测器（fluorescence detector， FD） 荧光检测器是一种高灵敏度、有选择性的检测器，可检测能产生荧光的化合物。某些不发荧光的物质可通过化学衍生化生成荧光

29、衍生物，再进行荧光检测。其最小检测浓度可达0.1ngml，适用于痕量分析；一般情况下荧光检测器的灵敏度比紫外检测器约高2个数量级，但其线性范围不如紫外检测器宽。近年来，采用激光作为荧光检测器的光源而产生的激光诱导荧光检测器极大地增强了荧光检测的信噪比，因而具有很高的灵敏度，在痕量和超痕量分析中得到广泛应用。3. 示差折光检测器（differential refractive Index detector， RID） 示差折光检测器是一种浓度型通用检测器，对所有溶质都有响应，某些不能用选择性检测器检测的组分，如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃等，可用示差检测器检测。示差检测器是基于连续测定样品流路和

30、参比流路之间折射率的变化来测定样品含量的。光从一种介质进入另一种介质时，由于两种物质的折射率不同就会产生折射。只要样品组分与流动相的折光指数不同，就可被检测，二者相差愈大，灵敏度愈高，在一定浓度范围内检测器的输出与溶质浓度成正比。4. 电化学检测器 （elec）chemical detector， ED）灵敏度高，最小检测量般为ng级，有目可达pg级；选择性好，可测定大量非电活性物质中极痕量的电活性物质；线性范围宽，一般为45个数量级；设备简单，成本较低；易于自动操作。 5. 化学发光检测器 （c。iluminescence detector， CD）五. 数据处理系统3.7高效液相色谱分离类

31、型的选择见教材了解：毛细管电泳原理一、电泳迁移不同分子所带电荷性质、多少不同，形状、大小各异。一定电解质及PH的缓冲液或其它溶液内，受电场作用，样本中各组分按一定速度迁移，从而形成电泳。二、电渗迁移电渗迁移指在电场作用下溶液相对于带电管壁移动的现象。特殊结构的熔合硅毛细管管壁通常在水溶液中带负电荷，在电压作用下溶液整体向负极移动，形成电渗流。带电微粒在毛细管内实际移动的速度为电泳流和电渗流的矢量和。三、影响柱效的因素及改进方法1热效应：2电渗流控制： 第三节 毛细管电泳的分离模式根据其分离样本的原理设计不同主要分为以下几种类型：毛细管区带电泳（capillary zone electropho

32、resis，CZE）；毛细管等速电泳（capillary chromatography，CITP）；毛细管胶速电动色谱（miceller electrokinetic capillary chromatography，MECC）；毛细管凝胶电泳（capillary gelelectrophoresis，CGE）；毛细管等电聚焦（capillary isoelectric focusing ，CIEF）。第5章 伏安分析法教学基本要求：掌握极谱分析的基本原理与装置。包括浓差的概念、产生极化的条件、滴汞电极的特点、极谱波的产生、扩散电流的形成、扩散电流方程及其意义、影响扩散电流的因素等。掌握半波电

33、位的概念及极谱定性分析原理；极谱定量分析方法；各种干扰电流的影响及其消除方法。了解极谱催化波、单扫描极谱、方波极谱、脉冲极谱、溶出伏安法的原理及其特点。重点与难点：伏安法是一类在特殊条件下进行电解的电化学分析法，它以产生完全浓差极化为产生扩散电流的必要条件，以测定电解过程中的电流电压曲线（伏安曲线）为基础，包括各类极谱法、溶出伏安法和电位溶出法等分析方法。1.极谱曲线的形成和极谱波方程式以滴汞电极为工作电极的伏安法称为极谱法。在待测物质浓度足够小、溶液保持静止、消除了迁移电流和使用了一支极化电极，一支去极化电极，并且在极化电极（如滴汞电极）表面产生浓差极化的条件下，进行电压扫描，即可获得极谱曲

34、线（即电流电压曲线）。在极谱曲线上可以看出，极谱电流包括扩散电流、残余电流、迁移电流、极谱极大和氧波。极限扩散电流与被测离子的浓度成正比，是极谱定量的基础；后四种电流为干扰电流。对于电解产物能溶于汞、且生成汞齐的简单金属离子的可逆极谱波（还原波），极谱曲线上每一点的还原电流与电位之间的定量关系式，即极谱波方程式为：对于氧化波，氧化电流与电位之间的定量关系式为：对于综合波，极谱电流与电位之间的定量关系式为：2. 扩散电流方程式与极谱定量分析平均极限扩散电流与被测物质浓度c之间的关系为：其中称为扩散电流常数；为毛细管特性常数。从上式可以看出，平均极限扩散电流与被测离子的浓度成正比，这是极谱定量的基

35、础。极谱定量分析的方法主要有直接比较法、标准曲线法和标准加入法。3. 半波电位与极谱定性分析半波电位（E1/2）就是当电解电流等于扩散电流一半时的电位，它在一定的底液及实验条件下是一常数，与被测物质的浓度无关。因此，半波电位可作为极谱定性分析的依据。影响半波电位的主要因素是金属络离子的形成，同一金属离子在不同底液中的半波电位经常不同，据此，选择适当的支持电解质有时可同时测定几种金属离子。4. 干扰电流及其消除干扰电流包括残余电流、迁移电流、极谱极大和氧波，它们分别是由于溶液中微量杂质的电解和充电电流、正负离子的迁移、滴汞生长过程中表面张力不均导致的滴汞表面溶液的搅动和溶液中溶解氧的还原而引起的

36、，可分别通过作图法扣除、加支持电解质、加极大抑制剂和除氧等方法加以消除。其中残余电流中的充电电流是影响极谱分析灵敏度的主要因素。第八章 原子吸收分光光度分析法基本内容：（1）原子吸收光谱分析法的基本原理，原子吸收分光光度计的构成，原子吸收光谱定量分析方法（2）原子吸收分光光度法的干扰及其抑制基本要求：（1）掌握原子吸收光谱分析法的基本原理，原子吸收光谱定量分析方法（2）了解原子吸收分光光度计的构成，原子吸收分光光度法的干扰及其抑制8-1概述 原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象；1802年被人们发现；1955年以前，一直未用于分析化学，澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表

37、了著名论文：原子吸收光谱法在分析化学中的应用, 奠定了原子吸收光谱法的基础，之后迅速发展。特点：(1) 检出限低，10-1010-14 g；(2) 准确度高，1%5%；(3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰；(4) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）；局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素测定.8-2原子吸收光谱分析基本原理一、原子吸收光谱的产生 1. 原子的能级与跃迁 （1） 基态第一激发态: 吸收一定频率的辐射能量, 产生共振吸收线（简称共振线）吸收光谱 （2） 激发态基态: 发射出一定频率的辐射, 产生共振吸收线（也简称共振线）发射光谱2. 元素的特征谱线（1）各

38、种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态第一激发态: 跃迁吸收能量不同具有特征性。（2）各种元素的基态第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析二、谱线的轮廓与谱线变宽1、原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。2、实际上用特征吸收频率辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。 3、透射光强度 I和吸收系数及辐射频率有关。 以Kv与n 作图, 表征吸收线轮廓(峰)的参数： 中心频率nO(峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长：(nm) 半 宽 度：n4、吸收峰变宽原因：（1）自然宽度: 照射光具有一定的宽度

39、 （2）温度变宽（多普勒变宽） 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）VL: 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化 劳伦兹（Lorentz）变宽：待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）：同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略（4）自吸变宽: 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重（5）场致变宽 :外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使

40、谱线变宽的现象；影响较小；在一般分析条件下Vo为主三、积分吸收和峰值吸收1.积分吸收: 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2mm。而原子吸收线半宽度：10-3mm。(如图),若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%。灵敏度极差。理论上：如果将公式左边求出，即谱线下所围面积测量出（积分吸收）。即可得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数N0。这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。 (=10-3，若取600nm，单色器分辨率R=/=6105 )长期以来无法解决的难题！能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？2.锐线光源在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值吸收

41、，锐线光源需要满足的条件： （1）光源的发射线与吸收线的0一致。 （2）发射线的1/2小于吸收线的 1/2。提供锐线光源的方法： 空心阴极灯3.峰值吸收将 It=I0e-Kvb 代入上式：采用锐线光源进行测量，则ea ，由图可见，在辐射线宽度范围内，K可近似认为不变，并近似等于峰值时的吸收系数K0峰值吸收在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则：上式的前提条件：（1） ea ；（2）辐射线与吸收线的中心频率一致。四、基态原子数与原子化温度五、定量基础当使用锐线光源时，可用K0代替Kv，则：A = k N0 b N Nc（ N0激发态原子数，N基态原子数，c 待测元素浓度 ）所以： A =

42、 lg(IO/I) = K c8-3 原子吸收光谱仪及主要部件 一、流程1. 特点(1)采用锐线光源(2)单色器在火焰与检测器之间(3)原子化系统2. 原子吸收中的原子发射现象在原子化过程中，原子受到辐射跃迁到激发态后，处于不稳定状态，将再跃迁至基态，故既存在原子吸收，也有原子发射。但返回释放出的能量可能有多种形式，产生的辐射也不在一个方向上，但对测量仍将产生一定干扰。消除干扰的措施：将发射的光调制成一定频率；检测器只接受该频率的光信号；原子化过程发射的非调频干扰信号不被检测；二、光源1. 作用 提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求；（1）能发射待测元素的共振

43、线；（2）能发射锐线；（3）辐射光强度大，稳定性好。2. 空心阴极灯：结构如图所示3. 空心阴极灯的原理 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极; 与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击; 使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。优缺点：（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2）每测一种元素需更换相应的灯。三、原子化系统1. 作用 : 将试样

44、中离子转变成原子蒸气2. 原子化方法火焰法 无火焰法电热高温石墨管，激光3.火焰原子化装置雾化器和燃烧器。 （1）雾化器: 试样雾化（2）火焰: 试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。 （3） 火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰； （b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多； （c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气乙炔，最高温度2600K，能测35种元素。（4）火焰类型：（a）化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。（b）富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。

45、 （c）贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。（5）火焰种类及对光的吸收：选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰：4. 石墨炉原子化装置（1） 结构 如图所示： 外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两端流向管中心，从中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。（2）原子化过程原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。（3）优缺点优点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限

46、10-12 g/L缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。5. 其他原子化方法（1）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700900C ； 主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原理： 在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。例 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送入原子化器中检测。 特点：原子化温度低 ；灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）；基体干扰和化学干扰小； （2）冷原子化法低温原子化方法（一般700900C）

47、； 主要应用于：各种试样中Hg元素的测量； 原理： 将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。 特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）；四、单色器1.作用 ： 将待测元素的共振线与邻近线分开。 2.组件 ： 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 3.单色器性能参数通带单色器的通带宽度是由色散元件的色散率与入射及出射狭缝宽度（二者通常是相等的）决定的，公式： W = DS10-3 W单色器的通带宽度（nm）；D光栅倒线色散率（nm mm-1）；S狭缝宽度（m)由上式可见，若一定的单色器采用了一定色散率的

48、光栅，则单色器的分辨率和集光本领取决于狭缝宽度。因此，使用单色器应根据要求的出射光强度和单色器的分辨率来调节适宜的缝宽，以构成适合的测定通带。五、检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。8-4 定量分析方法1.标准曲线法 配制一系列不同浓度的标准试样，由低到高依次分析，将获得的吸光度A数据对应浓度作标准曲线，在相同条件下测定试样的吸光度A数据，在标准曲线上查出对应的浓度值；或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度A数据带入计算。 注意在高浓度时，标准曲线易发生弯曲，压力变宽影响所致； 适用于组成简单、干扰较少的试样。2.标准加入法当试样基体影响较大，且又没有纯净的基体空白，或测定纯物质中极微量的元素时采用。 先测定一定体积试液（cx）的吸光度 Ax，然后在该试液中加入一定量的与未知试液浓度相近的标准溶液，其浓度为Cs ，测得的吸光度为A，则Ax = kcxA = k (cx + cs) 整理以上两式