仪器分析-部分要点

1、精选优质文档-倾情为你奉上第八章 电位法和永停滴定法 说出参比电极、指示电极的概念和常用的参比电极和指示电极。 掌握玻璃电极的构造、响应原理、电极特性。 了解膜电极的分类、响应原理，熟悉氟电极、钙电极、氨电极的结构、响应原理及应用。 掌握直接电位滴定法的三种定量方法：两次测量法、校正曲线法和标准加入法。 简述电位滴定法的原理 能根据EV的数据用三种方法确定化学计量点 简述永停滴定法的原理和测定方法电化学分析：根据被测溶液所呈现的电学或电化学性质及其变化而建立的分析方法1电化学分析的特点：Ø 灵敏度高,分析检测限低（10-12 mol/L)Ø 分析速度快，选择性好（排除干扰）

2、Ø 仪器设备简单，易于实现自动化Ø 可得到许多有用的信息：如元素形态分析2电化学分析的分类：电导分析法：电导分析法；电导滴定法电解分析法：电重量法；库仑法；库仑滴定法电位分析法：直接电位法，电位滴定法伏安分析法：极谱法；溶出伏安法；永停滴定法电位法:利用测量原电池的电动势来测定样品液中被测组分含量的电化学分析法。化学电池: 化学能与电能互相转换的装置，由两个电极插入适当电解质溶液中组成。无液接界电池：两电极共同一溶液有液接界电池：两电极分别与不同溶液接触化学电池表示法 (-)ZnZn 2+(aZn 2+M)Cu 2+ (aCu2+M)Cu（+） (25, a = 1mol/

3、L )Ø 用表示电池组成的每个接界面；用表示盐桥，表明具有两个接界面Ø 发生氧化反应的一极写在左（负极）；发生还原反应的一极写在右（正极）Ø 溶液注明活度（浓度）电池的电动势：液接电位：两个组成或浓度不同的电解质溶液相接触的界面间所存在的微小电位差盐桥的组成和特点：1. 高浓度电解质溶液; 2. 正负离子迁移速度差不多常用KCl, KNO3, NH4NO3。饱和KCl（4mol/L) 最佳 盐桥的作用：1）防止两种电解质溶液混和，降低液接电位， 确保准确测定 2）提供离子迁移通道（传递电子）指示电极：电极电位随电解质溶液的浓度或活度变化而改变的电极（ j与C有关）

4、参比电极：电极电位不受溶剂组成影响，其电位值维持不变（ j与C无关）对指示电极的要求：Ø 电极电位与待测离子浓度或活度关系符合Nernst方程Ø 响应快，重现性好。Ø 结构简单，便于使用。对参比电极的要求：Ø 电极电位稳定，可逆性好Ø 重现性好Ø 使用方便，寿命长指示电极1金属-金属离子电极：应用：电极电位与金属离子的活度有关，可作为测定金属离子活(浓)度的指示电极2金属-金属难溶盐电极：应用：电极电位与阴离子的活度有关，可作为测定难溶盐阴离子浓度的指示电极3惰性电极：Pt, 石墨电极应用：电极本身不参加电极反应，电极电位决定于溶液中

5、氧化态和还原态活度的比值。测定氧化型、还原型浓度或比值4膜电极：pH玻璃电极应用：选择性对某特定离子产生响应，用于测定某种特定离子（特点：无电子转移，靠离子扩散和离子交换产生膜电位 ） 参比电极1标准氢电极（NHE）： 电极表达式：Pt, H2H + (a H+ = 1 M)电极反应 ：2H+ + 2e H2电极电位 ：NHE=0缺点：制作麻烦、 使用过程中要使用氢气 2甘汞电极（SCE）电极表示式:：HgHg2Cl2 (s)KCl (x M)电极反应：Hg2Cl2 + 2e 2Hg +2Cl-甘汞电极电极电：3银-氯化银电极：(SSE)电极表示式 AgAgClCl- (x mol/L)电极反

6、应式 AgCl + e Ag + Cl- 电极电位 ： 直接电位法（离子选择性电极法）：利用电池电动势与被测组分浓度的函数关系直接测定试样中被测组分浓度的电位法应用：氢离子活度的测定（pH值的测定）、其他离子活度的测量一、氢离子活度测定（pH值测定）指示电极 (-) 氢电极、氢醌电极、pH玻璃电极参比电极 (+) 饱和甘汞电极 (SCE)玻璃电极构造Ø 球状玻璃膜：含Na2O、CaO和SiO2 ，厚度小于0.1mmØ 内部溶液：pH 67或4缓冲溶液，0.1 M KCl内参比溶液 Ø 内参比电极：Ag-AgCl电极膜电位形成过程Ø Na+与H+进行交换水

7、化凝胶层Ø 离子扩散 双电层Ø 扩散达动态平衡稳定膜电位膜电位jM = j外(外部试液与外水化层之间) + j玻(外水化层与干玻璃之间)j玻(干玻璃与内水化层之间) j内(内水化层与内部试液之间)假设膜内外表面结构相同玻璃电极性能： （1）不对称电位：a外=a内 （膜内外溶液pH值一致）时，m却不为0，其值约13mV产生原因：膜两侧表面性能不一致造成解决办法：将电极在水中充分浸泡（2）线性与误差玻与pH在一定浓度范围成线性关系（pH 19）碱差或钠差：pH > 9，pH < pH实负误差（电极选择性不好，对Na+也有响应） 测定pH > 9溶液，可改用Li

8、玻璃电极酸差：pH < 1，pH > pH实正误差（3）电极转换系数或电极斜率S溶液中pH变化一个单位引起的电位变化，S理论值（59mV）一般稍小于理论值（相差不超过2mV/pH），若S0.052 V时，则电极老化不能使用。 （4）电极的内阻和使用温度 电极内阻：高阻抗，须用专门电子电位计测量pH温度: 0-50 ；太低，内阻增大； 太高，对离子交换不利。玻璃电极的优缺点Ø 玻璃电极对H响应敏感，达平衡快，可连续测定，也可制成很小的体积。Ø 由于响应过程无电子交换，所以其测定不受氧化剂、还原剂干扰，不玷污被测溶液，可用于浑浊、有色溶液的pH值测定。Ø

9、玻璃膜很薄，容易损坏，不能用于F-含量高的溶液。测量原理与方法1、测量原理()玻璃电极ú 被测溶液(H+)饱和甘汞电极() K不能准确测定,也不易理论计算而得.2方法两次测量法： 将两个电极先后一起插入pH已知的标液和未知的待测溶液 ：两个液接电位之差，约±0.01pH单位；标准缓冲液的pH只能准确到±0.01pH准确度只能达到±0.02pH 实际pH测量操作一点定位：1. 标准缓冲液与待测液酸碱性相当; 2. ú pHspHx ú<3两点定位：pH6.86与pH4 酸性溶液； pH6.86与pH9.18 碱性溶液pH复合电极:

10、 将玻璃电极与甘汞电极组合在一起，构成单一电极体注意事项1玻璃电极的使用范围：pH = 1-92标液pHs应与待测液pHx接近：pH±33标液与待测液测定温度应相同4电极浸入溶液需足够的平衡稳定时间5测准±0.02pH6间隔中用蒸馏水浸泡，以稳定其不对称电位 7测非水pH意义不大，因液接电位残余大，准确度低二、其他离子活度的测量离子选择电极为指示电极; 饱和甘汞电极为参比电极（一）离子选择电极1基本构造：导线、电极帽、电极管、内参比电极、内充溶液、电极膜特点：对特定离子有选择性响应膜电极的关键：选择膜 (敏感元件)2离子选择电极响应机理：膜内外有选择响应的离子，通过交换和扩

11、散作用在膜两侧建立电位差，达平衡后即形成稳定的膜电位 离子选择电极膜电位: ; 若测定离子为X，电荷为nX；干扰离子为Y，电荷为nY。考虑共存离子，则膜电位的一般式可写成为： （KXY: 电极的选择性系数: ）相同条件下，提供相同电位响应的待测离子X和干扰离子Y的活度比。 通常KXY << 1, KXY越小，表明电极选择性越高 电极对H+的响应比对Na+响应高1011倍3电极选择性误差例：KNa+,H+=30， aNa+=10-4 M, aH+=10-7 M 则测定Na+时H+造成的误差应为误差% = (KNa+,H+×aH+)/aNa+×100% = (30

12、×10-7)/10-4 = 3%（二）测量原理与方法1原理试样组成不固定，且基质复杂，变动性大，活度系数 K 不稳定。解决: 等量加入TISAB（总离子强度调节剂）TISAB：不含被测离子、不污损电极的浓电解质溶液；由pH缓冲剂、掩蔽剂、强电解质组成TISAB的作用(1) 保持较大且相对稳定的离子强度,使活度系数稳定(2) 维持溶液在适宜的pH范围内,满足离子电极要求(3) 掩蔽干扰离子TISAB典型组成(测F-)：1mol/L的NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度0.25mol/LHAc和0.75mol/LNaAc, 使溶液pH在5左右0.001mol/L的柠檬酸钠, 掩蔽Fe3

13、+、Al3+等干扰离子2方法（1）两次测量法： （2）标准曲线法：配制浓度不同含被测物的标液，在相同条件下测定由标液和标液的电动势，绘制E lgCi曲线，并从标准曲线上求出待测离子浓度ü 适用：可测范围广，适合批量样品分析ü 优点：即使电极响应不完全服从Nernst方程的也可得到满意结果ü 要求：标液组成与试液组成相近，温度相同； 标液与试液离子强度一致，活度系数相同（等量加入TISAB）（3）标准加入法：往试液中准确加入待测离子的标准溶液：Vs (约为V0的1/100) Cs (约为Cx的100倍) ，Vx>>Vs时，可认为溶液体积基本不变。

14、2; 适用：试样基质组成复杂、变动大的样品ü 优点：无须绘制标准曲线（仅需一种浓度标液）；无需配制或添加TISAB；操作步骤简单、快速3、电动势测量误差：电极不稳定、液接电位不确定、温度等影响；（离子选择性电极有利于低价离子检测）假定E为1mV，对一价离子，C/C约为4% ；对二价离子，C/C约为8%4、特点l 能用于许多阳离子、阴离子、气体分析l 仪器设备简单，对一些其它方难以测定的某些离子可得到满意结果。如氟离子、硝酸根离子、碱金属离子等；l 适用的浓度范围宽，能达几个数量级；l 能制成微电极、超微电极，用于单细胞及活体检测；（三）、离子选择电极分类及常见电极1、分类原电极 :

15、直接测定有关离子活度晶体膜电极 : 单、多晶或混晶的难溶盐活性膜( 均相膜电极LaF、Ag2S；非均相膜电极Ag2S-CuS)非晶体膜电极: 非晶体活性化合物均匀分布在惰性支持物中（ 刚性基质电极H+、Li+；流动载体电极 液膜、冠醚）敏化电极 : 通过界面反应，间接测定有关离子活度气敏电极： 氨电极、硫化氢电极酶电极 ： 葡萄糖电极、组织电极2、常见离子选择电极(1) 晶体膜电极：氟电极（F-在晶体膜表面进行交换,形成电位差）E膜 = K - 0.059 lgaF- 敏感膜：LaF3单晶玻片；内参比电极：Ag-AgC；l内参比液：NaCl-NaF(2) 流动载体电极：Ca2+电极（Ca2+在

16、液膜-试液界面间扩散，产生电位差）电极膜：微孔惰性物质如纤维素渗析膜；内参比液：CaCl2离子交换液：二癸基磷酸钙+苯基磷酸二辛酯(3）气敏电极：I、气敏氨电极透气膜：微孔气体渗透膜；指示电极：pH玻璃电极；参比电极：AgCl/Ag；中介溶液：NH4Cl；当电极浸入待测液时，试液中NH3通过透气膜并发生如下反应：NH3 + H2O = NH4+ + OH-平衡时：II、二氧化碳传感器：中介溶液：NaHCO3 应用：例如做成探针测定动脉中CO2的含量或表皮中CO2的含量，用于重症病人监护。三、修饰电极与微电极技术（一）化学修饰电极将特定功能的分子、离子、聚合物等固定在电极表面，实现功能设计。基底

17、材料：碳（石墨和玻碳）、贵金属（Pt，Ag等）、半导体、玻璃1、电极基底材料处理方法：研磨、抛光、清洗等研磨、抛光：金刚砂，CeO2，ZrO2，Al2O3粉等。电化学法清洗：常用强的矿物酸或中性电解质溶液，在恒电位，恒电流或循环电位扫描下极化。2、电极修饰方法常规方法（1）吸附型修饰电极：利用基体电极的吸附作用将特定官能团分子吸附到电极表面；（2）共价键合型修饰电极：通过化学反应键接特定官能团分子或聚合物。3.修饰电极的应用提高电极的灵敏度：玻碳电极:键合-EDTA后对Ag+的灵敏度提高特殊响应的电化学传感器： 玻碳电极：化学键合 L-氨基酸氧化酶； 玻碳电极：修饰物8-羟基喹啉，测Tl+ 石

18、墨电极：修饰物钴-卟啉；（二）电化学生物传感器将生物化学与电化学结合而研制的电极l 酶电极、微生物电极、生物组织电极、免疫传感器 1、酶电极结构：在ISE的敏感膜上覆盖一层固定化的酶机制：覆盖于电极表面酶活性物质(起催化作用)与待测物反应生成可被电极测出的物质。脲的测定：氨基酸测定：（产生的NH4+可由铵离子电极测定）2、组织电极： 特性：以动植物组织为敏感膜；a. 来源丰富，许多组织中含有大量的酶；b. 性质稳定，组织细胞中的酶处于天然状态，可发挥较佳功效；c. 寿命较短；（三）微电极与超微电极超微直径<100mm；活体分析；细胞中物质分析；材料：铂、金、碳纤维；1.基本特征：极小的电

19、极半径；双电层充电电流很小；平衡时间短，响应快2.应 用：脑神经组织中多巴胺、儿茶胺的实时监测。电位滴定法定义：根据滴定过程中电池电动势的变化确定化学计量点的分析方法。特点：(1) 可用于滴定突跃小或不明显的滴定反应(2) 可用于有色或浑浊试样的滴定(3) 装置简单、操作方便，可自动化(4) 操作和数据处理麻烦装置与操作：手动电位滴定；自动电位滴定关键：确定化学计量点时消耗的滴定剂体积。操作：记录滴定剂用量(V)和相应电动势值(E)，作图得到滴定曲线。突跃范围内每次滴加 0.1 mL。确定滴定终点的方法1E V曲线法终点：曲线上拐点（斜率最大处）对应V 特点：应用方便；但要求计量点处电位突跃明

20、显，准确性稍差。2E/V V曲线法终点：尖峰处（E/V极大值）所对应V特点：在计量点处变化较大，因而滴定准确；但数据处理及作图麻烦32E/V2 V曲线法滴定终点：2E/V2由极大正值到极大负值与纵坐标零线相交处对应的V，即2E/V2 =0所对应的体积4、二级微商内插法：2E/V2 =0式所对应的体积即为滴定终点电位滴定法的应用滴定体系电极系统水溶液酸碱滴定玻璃-饱和甘汞非水溶液酸碱滴定玻璃-饱和甘汞（内充液为KCl的饱和无水甲醇溶液）氧化还原滴定铂-饱和甘汞银量法银-硝酸钾盐桥-饱和甘汞银-玻璃配位滴定待测金属离子选择电极-SCEpM汞电极-饱和甘汞永停滴定法定义：根据滴定过程中双铂电极电流的

21、变化来确定化学计量点的电流滴定法。特点: 电解反应与氧化还原反应结合，属电流滴定法；装置简单，准确度高，确定终点方法简便测定原理:可逆电对：瞬间能建立氧化还原平衡的电对：Fe3+/Fe2+, I2/I-, Fe(CN)63+/ Fe(CN)64+不可逆电对：不能瞬间建立真正平衡的电对：Cr2O72-/Cr3+,MnO4-/Mn2+,S4O62-/S2O32-类型：计量点电流变化标准不可逆、样品可逆： Na2S2O3滴定I2标准可逆、样品不可逆： I2 滴定Na2S2O3标准可逆、样品可逆： Ce(SO4 )2滴定FeSO4应用：1、重氮化滴定终点的确定NaNO2为标液，盐酸条件滴定芳伯胺类化合

22、物阳极：H2O + NO HNO2 + H+ + e 阴极：HNO2 + H+ + e H2O + NO2、卡尔·费休法测水分含量（1935年提出）卡氏试剂：I2、SO2、吡啶的甲醇溶液反应需要定量的水参加 终点前，试液中存在水分，无可逆电对终点后，试液中形成I2/I-可逆电对 两种滴定方法对比 电 极电池形式测量物理量电位滴定指示电极+参比电极原电池电压永停滴定双铂电极电解池电流掌握影响UV的因素、IR的特征区、影响的因素；理解红移、增色效应、自旋偶合、化学等价、磁等价等概念；会分析简单图谱光谱法能级跃迁型波长范围紫外可见光谱分子价电子所处分子轨道能级190-1000nm

23、红外光谱分子振动-转动能级2.5-50m原子吸收光谱原子外层价电子能级紫外可见分子荧光光谱分子电子能级紫外可见核磁共振红外光谱 (一)红外光谱的产生：光波长：0.78-500m决定分子振动频率的主要因素： 折合质量（m1+m2)/m1m2越大，波数（频率）越大； 键数越多，波数越大； 键的极性越大，波数越大。(二)红外光谱图横坐标：或纵坐标：百分透光率波数范围：4000400cm-1（40001500cm-1为特征频率区）（1500 400cm-1为指纹区）峰的强度：s、m、w峰的类型：基频峰、倍频峰、泛频峰（合频峰和差频峰）(三)官能团在红外光谱图中的位置第九章 光谱分析法概论 简述光谱分析

24、法的分类及各方法中的能级跃迁类型。 简述光谱分析仪器的结构组成。光学分析法有哪些类型。基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法； 基于辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。电磁辐射：一种以电磁波的形式在空间高速传播的粒子流。具有波粒二象性波动性：电磁辐射是单频率的正弦波, 光的折射、干涉、衍射偏振等现象波长（：nm）、频率（v）、波数

25、（:cm-1） v=c/,=1/=c/v粒子性：电磁辐射是不连续的能量微粒光子光电效应: 普朗克(Prank)关系式：(普朗克常数h=6.6262x10-34J·s)波动性粒子性之间的“桥” E = hn = hc / l电磁波谱：按波长（频率、波数、能量）大小顺序排列电磁辐射与物质的相互作用1 入射电磁辐射能量与介质基态/激发 态间的能量差不相等其传播方向、速度等物理性质发生改变散射：光子与介质发生弹性碰撞改变方向丁达尔散射：被照射试样粒子直径等于或大于入射光波长，如胶体。（无能量交换）瑞利散射：被照射试样粒子直径短于入射光波长。（无能量交换）拉曼散射：非弹性碰撞，方向及波长均改变

26、（运动方向改变，l改变、有能量交换）2 入射电磁辐射能量与介质基态/激发 态间的能量差相等发生能量转移，物质内部有相应的能级跃迁。 E=hn光学分析法建立在物质发射的电磁辐射或它与电磁辐射相互作用基础上的各种分析方法全称。光学分析法过程能源提供能量能量与被测物质相互作用产生可检测信号非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁。分析相互作用后电磁辐射的某些基本性质的变化光谱法：物质内部发生量子化能级跃迁而产生辐射随波长变化。分析物质与辐射能作用时物质内部能级跃迁而产生的辐射变化按能量的能量传递方式：吸收、发射、散射等按能量大小 ：、X、紫外、可见、红外、微波、电子自旋共振、核自旋共振(无线电波)按物质对

27、象：原子光谱、分子光谱按外形：线光谱、带光谱、连续光谱原子光谱法：涉及原子核外电子能级间跃迁特点：线状光谱； 确定元素组成与含量方法举例：AES、 AAS、AFS 、 XFS分子光谱法： 涉及分子中电子能级、振动和转动能级变化特点：带状光谱；给出分子结构信息。方法举例：UV-Vis、IR 、MFS、MPS吸收光谱法：粒子吸收能量，由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到光谱M + hn ®¾ M* 方法举例：UV-Vis、IR 、AAS、NMR发射光谱法：物质受激，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，产生光谱M* ®¾ M + hn方法举例：1

28、. X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法2. 原子荧光分析法、分子荧光分析法3. 分子磷光分析法、 化学发光分析法光谱分析仪器光谱仪：研究吸收、发射的电磁辐射强度和波长关系的仪器光谱分析仪器基本组成：辐射源、单色器、样品池、检测器、信号处理器或读出装置辐射源：提供电磁辐射。要求：强度大(分析灵敏度高)、稳定(分析重现性好)波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。（包括单色器和滤光片）单色器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。入射狭缝、出射狭缝、准直镜、色散元件（棱镜或光栅）等组成棱镜：依据光的折射现象进行分光；玻璃或石英制成光栅： 利用多狭缝干涉和单狭缝衍射联合作用分光。透射

29、光栅、反射光栅（平面反 射光栅、凹面反射光栅）干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉条纹样品池：除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。盛放试样的吸收池由光透明材料制成。¬ 石英或熔融石英：紫外光可见光3mm；¬ 玻璃：可见光区（350-2000nm）；¬ 透明塑料：可见光区（350-2000nm）；¬ 盐窗（NaCl, NaBr晶体）：红外光区。 检测器：将光信号转换成电信号。¬ 光电检测器: 硒光电池、光电管、光电倍增管、半导体等¬ 热检测器: 真空热电偶、热辐射计、热释电检测器等读出装置：由检测器将光信号转换成电信号后进行

30、显示和记录结果。（检流计、记录仪、数字显示器、计算机）第十章 紫外可见分光光度法 掌握朗伯比尔定律的表达式、适用条件、偏离因素及减免办法。 熟悉紫外可见光谱法的定性分析方法。 熟练应用单组分定量分析方法。 熟练应用双波长法和系数倍率法。 熟悉导数光谱法，了解褶合光谱法。 说出光源、单色器、检测器的主要类型和特点。 说出四种电子跃迁的类型及与紫外吸收光谱的关系。 准确描述生色团、助色团、红移蓝移等紫外光谱中常用的术语。 简述吸收带的概念及影响因素。 了解几类有机化合物紫外吸收光谱特点及用紫外光谱推断有机化合物结构的方法。吸光度：指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射

31、光强度比值的对数，用来衡量光被吸收程度的一个物理量。吸光度用A表示。透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。吸光系数：单位浓度、单位厚度的吸光度摩尔吸光系数：一定波长下C为1mol/L ，l为1cm时的吸光度值百分吸光系数：一定波长下C为1%(w/v) ，l为1cm时的吸光度值发色团：分子中能吸收紫外或可见光的结构单元，含有非键轨道和n分子轨道的电子体系，能引起*跃迁和n *跃迁，例： CC；CO；CN；NN 助色团：一种能使生色团吸收峰向长波位移并增强其强度的官能团，如含杂原子的饱和基团：-OH，-OR，-NH-，-NR2，-X等。这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中

32、n电子相互作用，使*跃迁跃迁能量降低并引起吸收峰位移。红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）；吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）紫外-可见分光光度法波长范围：紫外光（ l : 200400nm）可见光（l :400800nm）。能级跃迁：分子吸收辐射引起外层价电子能级跃迁，伴随分子振、转能级跃迁。用途：某些类型有机物分子的定性、结构和定量分析，无机离子的定量。特点：灵敏度较高（测10-7 10- g/ml）、准确度较高、操作简便。比色法：用眼睛观察比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。利用溶液本身颜色（M

33、nO4-）或显色剂 （NH3 使Cu2+、 Co2+显色） 基本原理一、 选择吸收及吸收光谱的产生宏观现象：选择吸收现象：同一种物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力。量子解释：能级量子化：hn = hc/l = DE = DE电+DE振+DE转 分子内能变化的条件:E=h 分子内能变化的形式:E= Ee+ Ev + Er（E电子120eV >E振动0.05eV >E转动0.0050.050eV）分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同吸收光谱分子吸收光谱分类（按分子内能变化形式）：转动光谱：远红外及微波区域；振动光谱：中红外区域；电子光谱：可见-紫外区域 吸收光谱：不同单色

34、光透过被测液测定吸光度值，作图得吸收光谱 带状谱线：分子产生电子跃迁的同时，引起分子振动和转动能级的跃迁（吸收曲线）A -图、T -图吸收峰max ；吸收谷min；肩峰sh；末端吸收.（吸收光谱特征：定性依据）吸收光Ø 不同物质结构不同，对不同光的吸收也不同。Ø 最大吸收波长lMAX; 不同物质lMAX值不相同Ø 含量不同吸收值大小不同，但吸收光谱形状相同二、光吸收的基本定律：Lambert-Beer定律（分光光度分析法定量分析的的理论基础）Ø 1729年和1760年Bouguer和Lambert A lØ 1852年比耳(Beer) A c

35、1、Lambert-Beer定律 (T透光率%，A吸光度，E吸光系数)定律物理意义· 吸光度(A)与液层厚度(l)、浓度(c)成正比· 透光率(T)与液层厚度(l)、浓度(c)成指数关系· 适用于溶液、均匀的气体、固体，各类分光光度法定量分析的依据。定律成立的前提p 入射光为平行单色光且垂直照射。p 吸光物质为均匀非散射体系。p 吸光质点之间无相互作用(溶液是稀溶液)。p 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，无荧光和光化学现象发生。吸光度的加和性¬ 当介质中含有多种吸光组分时，只要各组分间不存在着相互作用，则在同一波长下， 各组分吸光度具有加和性 SA=

36、A1+A2+A3+A4+A5+¬ 应用：多组分测定吸光系数E：单位浓度、单位厚度的吸光度Ø 吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；Ø 不随浓度 c 和光程长度 l 的改变而改变。E 仅与吸收物质本身的性质有关，可作为定性鉴定的参数；Ø 同一吸收物质在不同波长下的E值是不同的。两种表示方法： ¬ 摩尔吸光系数e ：表明了该吸收物质最大限度的吸光能力>104（强吸收）；= 102 104 （中强吸收）；< 102 （弱吸收）目前最大的的数量级可达106：Cu-双流腙配合物495 = 1.5×105 L·mol-1

37、·cm-1¬ 百分比吸光系数 （c:g/100ml、l:cm） 三、偏离Lambert-Beer定律因素化学因素: 溶液中发生电离、酸碱反应、配位及缔合反应而改变吸光物质的浓度等导致偏离Beer定律减免：选择合适的测定条件和测定波长. 溶液稀释时产生误差.强酸性测Cr2O72-、强碱性测CrO42-亚甲基蓝在水溶液中发生聚合反应，产生偏离.选择合适波长测定酸性指示剂甲基红.选择合适波长测定光学因素¬ 非单色光: E2=E1时，A-C呈线性关系，否则偏离;E2E1 时，负偏差； E2 E1时，正偏差。减免：选用较纯的单色光, 选lmax的光作为入射光¬ 杂

38、散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。影响：可使吸收光谱变形，吸光度变化。特别末端吸收附近。基本可忽略。减免：选择远离末端吸收的波长测定¬ 散射光和反射光产生：界面反射；质点散射。特点：入射光谱带宽度内的光。影响：T，A，吸收光谱变形。减免：空白溶液对比校正。¬ 非平行光来源：仪器本身缺陷。影响：使光程，A，吸收光谱变形减免：双波长法透光率测量误差: 仪器的噪音（电路元件性能不稳定造成的读数的波动）减免：控制适宜的吸光度（读数范围），使0.2<A<0.7 T =36.8% （A=0.4343）时，误差最小紫外可见分光光度计光源、单色器、吸收池、检测器、讯号处

39、理及显示器1、光源：¬ 作用：提供激发能,使待测分子产生吸收。¬ 要求：连续光谱，强度足够，稳定性好。¬ 常用光源：钨灯和卤钨灯: 3501000nm； 氢灯或氘灯: 150 400nm2、单色器¬ 作用：使光源发出的光变成所需的单色¬ 常用：透镜、光栅、全息光栅3、吸收池：比色皿¬ 要求：匹配（厚度、透光性）；光面保护¬ 厚度：0.5 cm，1cm，2cm，3cm和5cm¬ 常用：玻璃-仅适用于可见光区测定石英-适用于紫外和可见光区测定4、检测器：将光信号转变为电信号光电管：铯：200625nm（紫敏） 银-氧化

40、铯：6251000nm（红敏）光电倍增管二极管阵列检测器紫外可见分光光度计从光路分类及特点 （1）单光束分光光度计：结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。（2）双光束分光光度计：能自动记录吸收光谱曲线，自动消除光源强度变化所引起的误差。（3）双波长分光光度计：能提高方法的灵敏度和选择性，能获得导数光谱。可用于多组分混合物、混浊试样分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下的分析。（4）二极管阵列分光光度计：可全部波长同时检测，可获得时间、光强度和波长三维谱 分光光度计的光学性能（中档仪器）· 波长范围：195820 nm ； 准确性：0.5 nm ； 重复性： 0.5

41、nm· 吸光度（透过率）范围：0.1730+2.00A ； 重复性：±0.5% ；准确性：透光率满量程误差 ±0.5%· 分辨率：260 nm处 = 0.3 nm分光光度计的校正· 波长校正：采用辐射光源法校正利用氢灯或氘灯原子谱线 氢灯(486.13, 656.28 nm) 、 氘灯(486.00, 656.10 nm)利用稀土玻片在可见区的特征吸收峰。利用苯的特征吸收峰。· 吸光度的校正：利用硫酸铜、硫酸钴铵、铬酸钾的标准溶液。· 吸收池的校正：（配对）盛装参比和样品的两吸收池对调，吸光度差值应小于1%。显色与测定条件的

42、选择显色反应的选择应考虑的因素Ø 被测物与生成物之间有明确定量关系Ø 反应产物稳定Ø 足够的灵敏度、较好的选择性避免干扰Ø 显色剂在测定波长处无明显吸收Ø 显色剂如有色，其与反应产物的最大吸收波长之差要求l > 60nm常用显色反应配位反应：金属离子与有机显色剂形成配合物NH3 使Cu2+、 Co2+显色电荷转移跃迁氧化还原反应：使某些元素变为氧化态，如Mn7+、Cr6+显色Mn2不能直接进行光度测定，Mn2 S2O82-MnO4 紫红色：525 nm处测定常用显色剂无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等有机显色剂：种类繁多本身是有色物

43、质，生成配合物后，颜色发生明显变化偶氮类显色剂：偶氮胂、PAR等。三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等显色反应条件的选择显色剂用量：选择曲线变化平坦处。酸碱度：配离子颜色会随pH发生变化显色时间、显色温度：实验确定溶剂：一般尽量采用水相测定共存离子干扰的消除1 加入掩蔽剂测定Ti4：加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+ (黄色)的干扰；铬天菁S光度法测定Al3+：加入抗坏血酸作掩蔽剂，将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。2 选择适当的显色反应条件3 分离干扰离子测定条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择max为入射光波长。 如果max处有共存组

44、分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。2.选择合适的参比溶液 待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收纯溶剂（水)作参比 显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收“试剂空白”(不加试样溶液)作参比 待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收性 “试样空白”(不加显色剂)作参比 显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收试液中加入掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作参比3.控制适宜的吸光度（读数范围）测定时尽量使溶液透光度值在T %=2065% (吸光度 A = 0.700.20)浓度测量相对误差最小时的透光度Tmin为：Tmin36

45、.8%, Amin0.434 紫外可见光谱分析法的应用 定性分析定性依据：峰位、峰形、峰数、峰强度、吸光系数具体方法：1、对比吸收光谱的一致性2、对比吸收光谱特征数据：max, max, ,sh,min3、对比吸光度(或吸光系数)的比值结构的确定：双键位置与顺反式的确定定量分析（一）单组分的定量方法1吸光系数法(绝对法) （要求：单色光，样品组分纯度高）2标准曲线法 A=K·C=>AC （前提：固定仪器和测定方法）3对照法：外标一点法：（要求：固定仪器和测定条件标样与样品浓度相近）（二）、多组分样品的定量方法定量依据：A总= A1+ A2+ A3+1组分吸收光谱不重叠（互不干扰

46、）分别按单组分定量：1处测定Ca；2处测定Cb；2组分吸收光谱部分重叠1测A1b组分不干扰可按单组分定量测Ca ；2测A2a组分干扰 不能按单组分定量测Cb ；3两组分吸收光谱完全重叠· 解线性方程组法： 等吸收双波长消去法： 选a的等吸收点1、2，则Aa=0 注：两个条件：选定的两个波长下干扰组分具有等吸收点；选定的两个波长下待测物的吸光度差值应足够大· 系数倍率法假设某一干扰组分在选定两个波长处测得A的比值为K, 将样品在波长2处的吸光度值A2乘以掩蔽系数K,并求出对干扰组分导数光谱法· 褶合光谱法三、有机物结构分析了解共轭程度、空间效应等；给出生色团和助色团

47、的信息、可对饱和与不饱和化合物、异构体等进行判别各轨道能级高低顺序：s<p< n<p*<s*（分子轨道理论计算结果）电子跃迁类型有以下几种类型：1、*跃迁，跃迁所需能量最大:<150nm 、104；饱和烃（远紫外区） C-H共价键，如CH4（ max 125nm）； C-C键，如 C2H6 (max 135nm)2、n *跃迁，跃迁所需能量较大：150250nm 、：200；含非键电子饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子) （大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。）一氯甲烷：max 173nm； 甲醇：max 183nm3、*跃迁，跃迁所需能量较小:200n

48、m e104不饱和基团（CC，CC ）、不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类乙烯：max为165 nm； 丁二烯：max为217 nm4、n *跃迁，所需能量最低：200400 nm 、e：10100分子中孤对电子和键同时存在时发生（C N ，C O ）含杂原子不饱和基团CH3-CO-CH3:max 279 nm CH3-CO-CHCH2：max 324 nm 5、电荷转移跃迁用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体的轨道上跃迁内氧化-还原过程。Fe3+（SCN-）2+Fe2+（SCN）2+hn取决于电子给体与电子受体电子轨道的能量差。其值越小，激发所需能量越低，吸收波长越长。6、配位场跃迁在配位

49、场的作用下，中心离子的d轨道或f轨道，各分裂成几组能量不等的d轨道或f轨道吸收光能后，低能态的d电子或f电子跃迁至高能态的d或f轨道。吸收光谱和分子结构的关系吸收带跃迁类型波长范围e例其他特征R带（基团）n*300nm<100CH3COCH3、CH3NO2溶剂极性，maxK带（共轭作用） *波长比R带短>1041,3-丁二烯为217nm, e=2.1×104共轭双键，max，强度；溶剂极性，maxB带（苯）芳香族 *230270nm102 103芳香族化合物蒸汽状态出现精细结构E带（乙烯型）芳香族 *180nm200nm 104 7000芳香族化合物助色基团取代，max；

50、生色基团取代，与K带合并（红移）电荷转移吸收带配合物p-d跃迁远紫外可见>104Fe(SCN)2+配位体场吸收带配合物d-d,f-f跃迁近紫外可见<102过渡金属水合离子与显色剂形成的配合物.Ti(H2O)63+影响吸收带的因素影响表现为谱带位移、谱带强度变化、谱带精细结构的出现或消失等。 1、共轭效应的影响 电子共轭体系增大， lmax红移、e 增大>共轭效应使电子离域到多个原子间，导致*能量降低，跃迁几率增大， lmax增大; 空间位阻使共轭体系破坏， lmax蓝移e 减小2、跨环效应的影响发色基团虽不共轭，但由于空间排列使电子云相互影响，使 n*吸收峰长移。3、溶剂效应

51、的影响溶剂的极性增大时，n ® p* 跃迁吸收带蓝移; p ® p* 跃迁吸收带红移测定时选择溶剂：（1）稳定性；溶解性；对溶质的惰性。（2）在测定光谱区无明显吸收（尽量低极性）4、体系pH值的影响pH的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，或引从而引起吸收峰位置改变。有机化合物紫外-可见吸收光谱1. 饱和烃及其取代衍生物p 饱和烃类：只能产生s®s*跃迁，最大吸收峰一般小于150nm。常用作溶剂。p 饱和烃的取代衍生物： 可产生n®s* 的跃迁。如卤代烃，n®s* 的能量低于s®s*。 CH3Cl、CH3Br和CH3I的n®s

52、* 跃迁分别出现在173、204和258nm处。2.不饱和烃及共轭烯烃3.羰基化合物产生p®p*、 n®s* 、n®p*三个吸收带。 醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。4.芳香族化合物E1 、E2带、B带: 苯环上有取代基时，三个吸收带都长移，吸收强度也增大。B带的精细结构因取代基而变得简单化。紫外光谱给出的信息了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体等进行判别200750 nm无吸收峰à直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等270350nm低强度吸收峰(10100) à n *跃迁，

53、含一个简单非共轭且有n电子的生色团如羰基 250300nm中等强度吸收峰->含苯环210250nm强吸收峰->含2个共轭双键260300nm强吸收峰->含3个或3个以上共轭双键可见光区有吸收峰->长链共轭5个以上或稠环化合物第十一章 荧光分析法 简述荧光、磷光产生的机理及相关基本概念。 简述荧光光谱与激发光谱的关系。 说出影响荧光强度的分子结构因素和外部因素。 掌握荧光定量分析方法。荧光：是某些物质吸收一定的紫外光或可见光后，基态分子跃迁到激发单线态的各个不同能级，然后经过振动弛豫回到第一激发态的最低振动能级，在发射光子后，分子跃迁回基态的各个不同振动能级。这时分子发射

54、的光称为荧光。荧光的波长比原来照射的紫外光的波长更长。磷光：是有些物质的激发分子通过振动弛豫下降到第一激发态的最低振动能层后，经过体系间跨越至激发三重态的高振动能层上，再通过振动弛豫降至三重态的最低振动能层，然后发出光辐射跃迁至基态的各个振动能层这种光辐射称为磷光。磷光的波长比荧光更长。荧光效率又称荧光量子效率，是物质发射荧光的量子数和所吸收的激发光量子数的比值称，用f表示。荧光分析的原理荧光光谱的产生1、电子的激发基态分子>光照激发à价电子跃迁到激发态à去激发p*®p 、p*®n>基 态电子能级的多重态:电子能级的多重度：M=2S+1; S为电子自旋量子数的代数和(0或1)M 1，单重态，用S表示（single state）M 3，三重态，用T表示（triplet state） 2、激发态电子的去活化过程能量释放无辐射去激：以热的形式失去多余能量：振动弛豫、内转换 、系间窜越 、外部转移振动驰豫(VR)：高振动能层失活至低振动能层内转化(IC)：较高电子能级低振动能层失活至较低电子能级高振动能层体系间跨越(ISC)：不同多重态之间的转换外部转移：激发态分子向溶剂或溶质分子作用，荧光猝灭辐射跃迁：以光的形式失去多余能量：荧光发射、磷光发射 l 磷 >