东华大学仪器分析复习提纲

1、仪器分析复习提纲第1章引言1. 了解仪器分析的作用、特点,2. 了解仪器分析的分类，3. 了解仪器分析的发展趋势。第2章气相色谱分析色谱概论一、色谱法的分类与气相色谱的特点1、按两相状态分类2、按固定相分类柱色谱：包括填充柱色谱和毛细管色谱纸色谱：薄层色谱或薄层层析（TLC）:3、按分离原理分类吸附色谱：利用固定相对不同组分的吸附性能的差别分离分配色谱：利用不同组分在两相中分配系数的差别分离离子交换色谱：利用不同离子在离子交换固定相上的亲和力的差别分离凝胶色谱：利用不同组分分子量的差别（即分子大小的差别）先后被过滤进行分离4、气相色谱的特点1）应用范围广：气体、液体或沸点不太高的固体在操作温度

2、不分解，一般都可使用。有机化合物约20刑用GC分析。2）效能高：可一次分离分析几十种甚至上百种组分。3）灵敏度高：ppmppb级4）分析速度快：几分钟或几十分钟可完成5）操作简便：仪器成本相对较低二、气相色谱流程与气相色谱仪（一）气相色谱流程（二）气相色谱仪气相色谱检测器（作用，分类）1）热导池检测器2）氢火焰检测器3）电子捕获检测：4）火焰光度检测器三、色谱流出曲线及有关术语（一）色谱流出曲线色谱图作用：1、由tR可定性、由峰面积可定量2 、由峰位置及宽度可对分离情况进行判断（二）基线（三）保留参数1、保留时间（tR）2、死时间（tM）3、调整保留时间（tR/）4、相对保留值a1,2=tR（

3、2）/1R/（1）=K/Ki（四）色谱峰区域宽度1、标准偏差（T:峰高0.607h处宽度的一半2、半峰宽Y"20.5h处的宽度，Y/2=2.3543、峰底宽丫=4（T气相色谱基本理论一、气相色谱基本原理分配过程分配系数K=G/Cm分配比（容量因子）k=p/q注意：K是浓度比k是分配总量之比 K与B无关，k与B有关 k越大，保留时间越长，k=0,则tR=tmk=tr/tm、气相色谱基本理论(一)塔板理论n=5.54(tRM/2)2=16(tRY)2有效=5.54(tr/Y1/2)2=16(tR/Y)（二）速率理论（范第姆特方程）H=A+B/y+Cy式中：A涡流扩散项B分子扩散系数C传质

4、阻力系数卩一一流动相线速度可见：填充物粒度、填充物的均匀性，载气种类、流速，柱温等对柱效、峰扩张有关系三、分离效率1、柱效率与分离效率色谱的分离效率（或选择性）由相对保留值a衡量。2、分离度（分辨率）R=2tR（2）-tR（1）/（丫汁丫）或R=2d/（丫1+丫）式中：d峰间距3、色谱分离基本方程（柱效率、分离效率及分离度的关系）R=n1/2/4x（a-1）/aXk/（1+k）或R=n有效1/2/4x（a-1）/a从色谱分离基本方程可看出： n1/2/4（反映柱效率对分离度的作用，称柱效项）：a不变时，R取决于n有效或n，为提高n有效或n可增加L或减小HR与k的关系：k增大R增大，但k>

5、10，R增大不明显，1<k<10时，可通过改变固定相，柱温变化或改变相比实现k的变化。 R与a的关系（柱效率对分离度的作用）：a增大R增大，a代表柱的选择性，a大选择性好，分离效果好，增加a的办法是改变固定相。4、分离条件的选择（1）载气流速从H=A+B/y+Cy可看出：1）卩较小时，应选择分子量较大的载气（2、Ar）2）卩较大时，应选择分子量较小的载气（HkHe）（2）固定液的性质和用量（选择色谱柱）（3）担体的性质和粒度（选择色谱柱）（4）柱温选择：沸点最高的组分可分析的最低温度，不能超过色谱柱允许的最高使用温度。（5）进样量和进样时间（6）气化温度（7）检测器温度固定相及其选

6、择一、GSC固定相（低分子量、气体样品的分析）由待测成分的吸附能力选择（非极性、弱极性、极性）二、GLC固定相1、担体的选择作用：承担固定液要求：1）化学惰性2）多孔性3）热稳定好、不易破碎4）粒度均匀，大小合适种类：1）硅藻土型可分红色（非极性、弱极性）、白色（极性）2）非硅藻土型可分为氟担体、玻璃微球、高分子多孔微球选择原则：1）固定液含量5%用硅藻土型2）固定液含量5%用表面处理的硅藻土型3）高沸点样品，用玻璃微球4）强腐蚀性，用氟担体2、固定液的选择1）利用相似相溶原理选择2）优先固定液的利用3）广谱固定相的利用4）特殊选择性固定相的利用5）混合固定相的利用：串联或并联单一固定相柱，填

7、料混合柱及混合涂渍填料柱等气相色谱定性测试方法已知物直接对照法1、利用保留时间或保留体积定性2、利用相对保留值定性3、加入已知物增加峰高法定性特点：简便可靠缺点：需纯物质二、利用保留值与结构的关系定性1) 碳数规律(用于同系物分析)2) 沸点规律三、利用不同检定器定性四、与其它分析方法结合定性1、与红外光谱2、与核磁共振3、与质谱4、与化学分析、定量测试原理mi=fixA式中：mii组分的质量气相色谱定量测试方法Aii组分的峰面积i组分的校正因子二、峰面积测定方法1、剪纸称重法2、几何作图法A=hxY1/21) A=hxYA=hY平均2) A=hxtr3、积分仪法4、电子数字积分器三、校正因子

8、绝对校正因子fi=mi/Ai1) 相对校正因子：某物质与标准物质的绝对校正因子之比质量校正因子fm=fi/fs=Am/Aim 摩尔校正因子fM=AsmM/AimM测定校正因子方法：准确称量被测组分和标准物质混合后在实验条件下进行分析，分别测量峰面积用或计算。四、气相色谱定量计算方法归一化法适合做全分析，各组分的含量均可测定假设样品含有n个组分，其质量分别是m、mm,m+m+m=m则%C=mi/mx100%=m(m+m+m)x100%=Afi/(Af1+Af2+Anfn)x100%内标法不能全部分离时可用此法测定可分离的某些组分测试方法：将一定量的纯物质作为内标物(m),加入准确称量的试样(m)

9、中，由试样及内标物的质量及峰面积求出某组分的含量。m=Aifims=Asfsm=Aifi/Asfsxm%Cmi/mx100=Aifi/AsfsXms/mx100若fs=1，则%oCAifi/AsXm/mX100内标物条件： 试样中不存在的纯物质保留时间和待测定组分相近，但可完全分离 物理化学性质和待测定组分相似第3章高效液相色谱分析概述现代液相色谱和经典的液相色谱法相比有以下主要特点:项目经典色谱HPLC特点柱效（n/m）251035X105咼效分离时间（h）1200.051高速试样用量（g）11010-710-2高灵敏度柱入口压强（KR11002X1033X104固定相粒度（卩m756003

10、10检测手段洗出液定性分析检测器柱后检测装置手工操作自动操作高度自动化分类及其分离原理HPLC一般按其分离机理的不同分类。主要有：L-L色谱法、L-S色谱法、离子交换色谱法、离子对色谱法、离子色谱法和空间排阻色谱法。一、L-L色谱法（分配色谱法）原理：和GLC相似，分配系数K=G/Cm=kXV/Vs根据流动相和固定相的极性不同可分为：1、正向LLC:流动相极性固定相极性，极性小的组分先流出色谱柱，适合极性物质分离。2、反向LLC:流动相极性固定相极性，极性大的组分先流出色谱柱，适合非极性物质分离。化学键合固定相:将固定相各种不同的有机基团通过化学反应共价键键合到载体（硅胶）表面的游离羟基上。二

11、、LSC（吸附色谱法）流动相为液体，固定相为固体吸附剂原理:利用组分吸附作用的不同来进行分离机理：组分分子（X）和溶剂分子（S）对吸附剂（固定相）表面有竞争性吸附：三、离子交换色谱法原理:离子交换剂上可电离的离子与流动相中组分离子进行可逆的离子交换，利用试样中不同组分与离子交换剂具有不同的亲和力而将它们分离的方法。离子对色谱法：与待测离子电荷相反的离子（对离子）加到流动相或固定相中，使其与待测离子形成离子对化合物，利用在种离子对化合物在两相中分配系数的不同而进行分离的分析方法。可分为：正相离子对色谱法：非极性固定相，极性流动相反向离子对色谱法：极性固定相，非极性流动相离子对色谱法可用紫外检测器

12、、荧光检测器。离子色谱法（1975年Small提出）：色谱柱后增加一个化学抑制柱，使洗脱也中背景离子变为低电导性物质。前面的例子中增加一条强酸性柱，则0H+H+=H20,消除了0H的影响。四、空间排阻色谱法（凝胶色谱法）用于分子量大于2000的组分分离原理：试样中分子量大小不同的组分进入凝胶柱时，题目渗入微孔的程度不同，大分子直接从间隙中越过，首先出柱，分子越小，进入微孔月深，保留值越大，溶剂分子通常最小，最后流出，组分一般在死时间前出柱。固定相和流动相一、固定相1、LLC固定相1）固定液涂渍在担体上，分为全多孔型和表面多孔型2）化学键合固定相常用的固定液有：极性的-氧二丙青（ODPN,非极性

13、的十八烷（ODS,异二十烷（SQ等。2、LSC固定相有薄膜型硅胶、全多孔型硅胶，薄膜型氧化铝、全多孔型氧化铝、分子筛和聚酰氨等。3、离子交换色谱固定相1）多孔型树脂：能分离复杂样品，进样量大，但耐压性差；2）薄壳型树脂：在玻璃微球上涂以薄层的离子交换树脂，耐压，柱效高，但容量小，进样少。4、空间排阻色谱法（凝胶色谱法）固定相1）硬质凝胶：硅胶、多孔玻璃珠等，适用于各种情况；2）半硬质凝胶：有机高分子凝胶，适用于非水流动相；3）质凝胶：、聚葡糖，适用于常压、水为流动相。二、流动相流动相选择原则：极性大的样品用极性大的洗脱剂极性小的样品用极性小的洗脱剂流动相要求：1）高纯度2）对样品各组分均有一定

14、的溶解度3）与检测器相匹配4）不溶解固定相5）粘度小梯度洗脱：米用两种或两种以上洗脱剂，按一定程序连续地或分阶段地改变流动相的组成进行洗脱的分析方法。通过梯度洗脱可提高选择性和分离效率，按混合程序的不同可分为：1）低压梯度（外梯度）：常压下按程序将溶剂混合后用泵输入柱中，只须一台泵；3）高压梯度（内梯度）：各种溶剂用高压泵输入梯度混合室，混合后入色谱柱，每种洗脱剂均须一台泵。3）内标标准曲线法4）外标法（标准曲线法）毛细管色谱法一、方法：用内涂一层薄而均匀的固定液的毛细管代替填充柱。二、特点：1、阻力小，可用高速载气、可用长柱；2、分析时间短；3、用样品少；4、柱效高，分离能力大大提高三、分类

15、：四、仪器差别：增加分流（减少进样量）和尾吹（减少扩散）装置第7章原子发射光谱分析1了解光谱分析基础，2掌握发射光谱分析法的基本原理，3了解发射光谱仪的构造及其工作原理，掌握光源的分类、特点和应用范围，4掌握发射光谱定量分析和定性分析原理及方法，5了解发射光谱半定量分析方法，重点和难点：发射光谱定量分析和定性分析原理及方法，塞伯-罗马金公式，内标法，内标准曲线法第8章原子吸收光谱分析1. 理解原子吸收分光光度法的基本原理，2. 了解原子吸收分光光度计的构造及其工作原理，3. 掌握原子吸收定量分析方法，4. 掌握原子吸收分光光度法的干扰及干扰抑制方法5. 了解原子吸收分光光度法的分析步骤，6.

16、了解原子吸收分光光度计的使用方法，重点和难点：标准曲线法、标准加入法和内标标准曲线法的原理和相关计算方法，原子吸收分光光度法干扰及其抑制方法，原子吸收分光光度计的使用和样品分析步骤。原子吸收分光光度法：利用物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。锐线光源发射的共振线被基态原子吸收的程度与火焰宽度及原子蒸气浓度的关系符合朗伯比尔定律。即：吸光度A=logIOV/IV=KVCL原子吸收测试中一般固定火焰宽度，即L恒定。所以A=KVC原子吸收的基本公式三、线轮廓与谱线变宽为什么吸收线会有一定宽度呢？其一.由于原子本身的性质决定（自然宽度）其二.由外因引起（如热、压力等）3自

17、然宽度Vn：无外界因素影响的情况下，谱线具有的宽度，约10-5nm4热变宽度（多普勒变宽）VD这是由原子在空间作无规则热运动而产生的多普勒现象引起的，5压力变宽产生原子吸收的原子与蒸气中同种原子或其它粒子之间的相互碰撞引起的能级变化，从而导致吸收光频率改变而造成的谱线频率变宽的现象。 劳伦斯变宽（Vl）:待测原子同其它粒子相碰撞而引起的谱线变宽。 共振变宽（Vh,Holtzmark变宽）同种原子间碰撞引起的谱线变宽其中：火焰原子化器以V）为主，无火焰原子化器以乂为主。谱线变宽对测量的影响：导致原子吸收分析灵敏度下降。一、光源作用：提供（锐线）共振线要求：锐线共振线 强度足够，稳定性好二、原子化

18、系统作用：将试样中的待测元素转变为原子蒸气种类：火焰原子化器、无火焰原子化器、冷原子化器、氢化物原子化器 火焰原子化器：由雾化器和燃烧器两部分构成，是最常用原子化器。雾化器作用：将试样雾化燃烧器作用：使试样原子化火焰种类：i）空气乙炔焰23000适用于熔点较低金属原子化ii）氧化亚氮乙炔焰30000iii）氧一乙炔焰29000火焰种类的选择，应根据所测元素性质决定，使之原子化但不电离。优点：重现性好，易操作，适应范围广。缺点：灵敏度低（仅10%左右的试液被原子化）无火焰原子化器优点：灵敏度高（试样全部原子化），检测限低。缺点：干扰大，重现性差。 氢化物原子化器As、Sb、Bi、GeSn、SeT

19、e等在酸性条件下，用强还原剂（K（Na）BH4）还原成挥发性的氢化物，这些氢化物在较低温度（vlOOOC）,就可分解成原子蒸气。优点：选择性高，干扰少，灵敏度高（109），原子化温度低。缺点：适用范围窄。 冷原子化装置Hg2+、Hg+在还原剂SnCI2、盐酸羟胺作用下还原为Hg,Hg是低温元素，常温下蒸气压高，直接原子化。（108以上）作用：测痕量Hg。六、仪器的性能1灵敏度（S）1UPA（规定：被测元素浓度（C）或质量，改变一个单位时，吸光度（A）的变化量：即S=dA/dc或S=dA/dm2特征浓度（Sx）能产生1%吸收或0.0044吸光度值时，溶液中待测元素的质量浓度（ugml1/1%）S

20、x=CX0.0044/A石墨炉Sx=（CVX0.0044/A）Pg/1%原子吸收定量测试方法主要有标准曲线法，标准加入法和内标法三种、标准曲线法定量测试方法优点：简便、快速缺点、I、+:注意基体效应（物理干扰）大，适用于组成简单的试样1、标准曲线应在线性范围2、标准溶液应与试样用相同方法处理，使其组成尽可能一致3、整个分析过程中工作条件始终保持一致4、每次测定前应用标准溶液对标准曲线进行校正、标准加入法优点不足、I、+:注意优点不足、I、+:注意适合于组成复杂样品，可消除基体效应和某些化学干扰不能消除背景吸收的影响1、测量应在线性范围内进行2、至少采用4点，C。最好与Cx相当、内标法要求：内标

21、元素不存在试样中，原子化条件相似。优点：可消除雾化系统和火焰等测试因素波动而产生的误差缺点：须用双道型仪器测量。干扰及其抑制、光谱干扰1与光源有关的干扰（相邻谱线干扰） 与分析线相邻的是待测元素的谱线，这种情况下，不产生吸收，使标准曲线向下弯曲，分析灵敏度下降，负误差。引起原因：常见于多谱线元素（Fe、Co、Ni等）消除方法：减少狭缝 相邻线不是待测元素谱线A、不是干扰元素的吸收线，贝抑效果相同，消除方法同。B、是干扰元素吸收线a. 样品中不含该元素，和效果相同，消除方法同。b. 样品中含该元素，贝使标准曲线向上弯曲，正误差引起原因：阴极材料不纯或隋气引起，多见于多元素灯。消除方法：选合适惰气

22、，高纯度阴极材料。2光谱线重叠正误差，假吸收产生原因：干扰元素共振线和待测元素共振线重叠造成。消除方法：另选分析线或分离干扰元素。3背景干扰（与原子化器有关的干扰） 背景吸收：这种干扰均增加吸收值，产生正误差（包括分子吸收、光散射和火焰气体吸收三种）。产生原因：A、火焰中成分对光的吸收称火焰气体吸收B、某些很稳定化合物（原子化条件下不分解），如：卤化物、氧化物、氢氧化物、硫酸盐、磷酸盐等对光的吸收C、固体颗粒的散射称光散射消除方法：A、氘灯背景较正B、邻近线扣除法 背景发射：火焰本身或原子蒸气中待测元素的发射。消除方法：调制消除，用交流电源或用斩光器使之变为交流电源。4连续背景发射（非锐线光源

23、）由灯质量引起，灵敏度降低，工作曲线弯曲。二、物理干扰（基体效应）产生原因：待测试样与标准溶液在转移、蒸发等过程中的物理因素（粘度、表面张力、溶剂）等的改变的引起的干扰。消除方法：标准加入法三、电离干扰产生原因：由于电离作用导致基态原子数减少，灵敏度降低。消除方法： 加入消电剂，K不变，e增加，故M增加降低火焰温度，K变小，M增加四、化学干扰产生原因：待测元素和共存元素产生化学作用引起。结果：生成难挥发化合物，使原子化率下降。消除方法：加入释放剂加入保护剂（络合） 标准加入法分离测定条件选择测定条件对测定灵敏度、准确性及干扰情况有决定性影响。主要测试条件有：1分析线选择：共振或次灵敏线2灯电离

24、的选择灯电流小，灵敏度高，但I过小则测量精确度差。灯电流大，谱线宽度变大，灵敏度下降，灯寿命缩短。实际工作中由Ai曲线选择3狭缝宽度狭缝宽度变（过）大，稳定性下降，背景干扰上升。以能排除光谱干扰和具有一定的透光强度为原则4原子化条件选择（火焰法） 火焰类型：易电离T低温焰，难电离一高温焰 燃烧器高度：外焰：氧化性，易电离内焰：还原焰，背景吸收T,中间层：中性焰，原子蒸气多，较好。 助燃气和燃烧气比例：控制温度。原子吸收分光光度法操作一、样品预处理标准样品配制、待测样品处理二、仪器预热三、分析条件选择四、分析条件选择五、定量方法选择六、结果处理第9章紫外吸收光谱分析1. 理解分子吸收光谱原理，2

25、. 深入了解紫外吸收光谱与分子结构的关系，3. 了解紫外光谱图的解析，4. 了解紫外-可见光分光光度计的构造及其工作原理，5. 掌握光吸收基本定律及显色反应和显色反应条件，6. 掌握标准曲线法和标准加入法，7. 学会紫外-可见光分光光度计的使用。重点和难点：紫外光谱与分子结构的关系，饱和脂肪烃、芳烃和a,B不饱和化合物的紫外光谱特征，紫外光谱图的解析，影响紫外光谱的因素，混合物的分光光度分析法，标准曲线法和标准加入法，紫外-可见光分光光度计的使用紫外可见吸收光谱的产生一、产生原因：分子中价电子跃迁产生的光谱吸收二、电子跃迁类型与有机化合物有关的价电子有c、n和n电子，主要跃迁有:1. NV跃迁

26、：由基态跃迁至反键轨道：c-c、n-nNQ跃迁：非键电子跃迁到反键轨道：n-c、n-n2. N-R跃迁：c电子激发到更高能级或电离此外，与分光光度法有关的跃迁还有：3. 电荷转移跃迁，常见过渡金属与有机配位体（显色剂）之间电子转移跃迁，大多在可见光区，吸收强度大，往往用于定量分析。5配位场跃迁，d-d或f-f轨道在配位场作用下简并，轨道分裂，产生d-d（W、V周期）、f-f（La系、Ar系）跃迁。此吸收能量少，吸收强度较小，多在可见光区。三. 辐射吸收的基本定律朗伯-比尔定律透光率T=la/l°TT,吸收J吸光度A=lg1/T=Igl°/IaAT,吸收T朗伯比尔定律当入射光

27、波长一定时（单色光），溶液吸光度A只与溶液中有色物质浓度和比色皿厚度有关，成正比，即A*LC=>A=kLC1. 吸光度的加和性若溶液中有m种成分，其在某一波长下吸光系数分别为c1、c2£m,浓度分别为C、C2Cm，贝U对于同一种物质，波长不同时c（或K）不相同。四、无机化合物的紫外-可见光谱有机化合物的紫外可见光谱常用术谱1. 生色基团：含有n键的不饱和基团（为C=C、C=ON=N、一N=O等）能产生n-n*跃迁，使得有机化合物分子在紫外一可见光区产生吸收的基团。 非共轭生色团a、基团结构不同：独立吸收b、相同，仅一个吸收峰，但强度随生色团数目增加叠加。 共轭：仅一个吸收峰（红

28、移强度显著增大）。2. 助色基团：含有非键电子（n电子）的基团（为一OH-NH、一SHX等），其本身在紫外可见光区无吸收，但能与生团中n电子发生n-n*共轭，使生色团吸收峰红移的基团。3. 红移和蓝移使分子的吸收峰向长波方向移动的效应称红移。使分子的吸收峰向短波方向移动的效应称蓝移。有机化合物的紫外一可见光谱2. 不饱和脂肪烃 单烯：n-n*在170-200nm不属一般意义紫外区 共轭烯：共轭使n-n*的EJ，吸收峰红移，强度增大，这种吸收带称K吸收带（共轭带）。3醛、酮化合物有c、n、n电子，可产生n-c*、n-n*、n-n*，其中n-n*跃迁在270300nm称R吸收带（基团带），对于a、B不饱和醛酮C=O和C=C共轭，因此，R,K吸收带均红移。4芳香化合物无取代：苯在紫外区有三个吸收带，均由n-n*引起。Ei吸收带在185nm£=104（60000）E2吸收带在204nm£=103（7900）B吸收带（苯带）在254260nm（230270nm）&=200=>由于振动跃迁叠加在n-n上引起。单取代：取代为助色基团E2红移、B红移取代为生色基团E2与K吸收带合并，红移 取代：对位&#