第14章-常用仪器分析方法概述

1、用途用途第十第十四四章章 常用仪器分析方法概述常用仪器分析方法概述确定物质的含量确定物质的含量确定物质的结构确定物质的结构仪器分析：是以测定物质的物理性质或物理仪器分析：是以测定物质的物理性质或物理化学性质为基础建立一种分析方法化学性质为基础建立一种分析方法确定物质的化学组成确定物质的化学组成测定速度快测定速度快灵敏灵敏准确准确取样量少取样量少特点特点光学分析法光学分析法色谱分析法色谱分析法电化学分析法电化学分析法分类分类特点：特点： （1）测定的灵敏度高）测定的灵敏度高（2）测定的准确度较高）测定的准确度较高（3）仪器化）仪器化（4）应用广泛）应用广泛第一节第一节 光学分析法光学分析法 原理

2、：基于物质对光的吸收或激发后光的发射原理：基于物质对光的吸收或激发后光的发射光学分析法光学分析法吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法紫外紫外- -可见吸光光度法可见吸光光度法红外光谱法红外光谱法核磁共振谱核磁共振谱原子吸收光谱法原子吸收光谱法荧光光谱法荧光光谱法原子发射光谱法原子发射光谱法光的波长越短，光的能量就越大；光的波长越短，光的能量就越大；光的波长越长，光的能量就越小。光的波长越长，光的能量就越小。 h普朗克普朗克(Plank)常量常量（一）物质的吸收光谱（一）物质的吸收光谱1. 光的基本性质光的基本性质一、紫外一、紫外-可见分光光度法可见分光光度法E = hc/ l lE = h

3、v v = c/ l l c = l l vc等于等于3108ms-1波谱名称波谱名称 波长范围波长范围 分分 析析 方方 法法 射线射线 0.005 0.17nm 中子活化分析，穆斯堡尔谱法中子活化分析，穆斯堡尔谱法 X射线射线 0.1 10nm X射线光谱法射线光谱法 远紫外远紫外 10 200nm 真空紫外光谱法真空紫外光谱法 近紫外近紫外 200 400nm 紫外吸光光度法紫外吸光光度法 可见光可见光 400 760nm 比色法，可见吸光光度法比色法，可见吸光光度法 近红外近红外 0.76 2.5红外光谱法红外光谱法 中红外中红外 2.5 50红外光谱法红外光谱法 远红外远红外 50

4、1000红外光谱法红外光谱法 微微 波波 1 1000 mm 微波光谱法微波光谱法 射射 频频 1 1000 m 核磁共振光谱法核磁共振光谱法 电磁波谱电磁波谱单色光：具有同一波长的光称为单色光；单色光：具有同一波长的光称为单色光；复合光：由不同波长的单色光组合得到的光称为复合光：由不同波长的单色光组合得到的光称为复合光。复合光。可见光：人眼能感觉到的光可见光：人眼能感觉到的光I0KMnO4绿色绿色I0CuSO4黄色黄色互补色光：两种光按一定比例组合得到白光，称这互补色光：两种光按一定比例组合得到白光，称这两种颜色的光为互补色光。这两种颜色称为互补色。两种颜色的光为互补色光。这两种颜色称为互补

5、色。I0Fe(SCN)3蓝绿色蓝绿色I0红蓝绿紫红绿紫黄绿绿蓝橙蓝白光白光 光的互补示意图光的互补示意图 选择性吸收：物质对不同波长的单色光表现选择性吸收：物质对不同波长的单色光表现出不同的吸收能力，这一性质称为选择性吸收。出不同的吸收能力，这一性质称为选择性吸收。 E = h M(基态基态) + h M*(激发态激发态) 当光照射某物质时，物质吸收某一波长的光，当光照射某物质时，物质吸收某一波长的光，使原有的基态转为激发态。使原有的基态转为激发态。 2. 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收3. 吸收曲线吸收曲线 （1）吸收曲线的绘制）吸收曲线的绘制吸光度吸光度: 物质对不同波长单色光的

6、吸收程度，用物质对不同波长单色光的吸收程度，用A表示表示I0KMnO4l liAi 图图 不同浓度不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线525nm最大吸收波长最大吸收波长l lmaxl lmax = 525nm 波长波长(nm)：400 420 440 460 480 吸光度：吸光度： A1 A2 A3 A4 A5 （2）吸收曲线的作用）吸收曲线的作用1、可对物质作定性分析；、可对物质作定性分析； 高锰酸钾高锰酸钾2、定量分析时，选择测定波长的重要依据。、定量分析时，选择测定波长的重要依据。 一般，选择测定波长：一般，选择测定波长：l lmax 不同浓度不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线

7、图溶液的吸收曲线图（二）光吸收的基本原理（二）光吸收的基本原理1. 透射比和吸光度透射比和吸光度透射比透射比(T):I0 = Ir + Ia + ItI0 = Ia + It若若Ir抵消抵消t0ITIdeftT的数值范围：的数值范围：0 1之间，之间，T%百分透光度百分透光度T%的数值范围：的数值范围： 0 100 之间。之间。若若I0 不变，不变，It增大增大0ITIdeftT增大增大当当 It = I0 ，T=1当当 It = 0 ，T=0若若I0 不变，不变，It减小减小T减小减小吸光度吸光度(A):TItATAIt当当 T=1 (I=I0) 时时， A=0 透光率越大，溶液对光的吸收越

8、少，透光率越大，溶液对光的吸收越少，吸光度越大，溶液对光的吸收越多。吸光度越大，溶液对光的吸收越多。A = -lgT = lg ItI0I0 = Ia + ItAcA = k2 c Beer定律定律bAA bA = k1 b Lamber定律定律 2. Lamber-Beer定律定律 c一定，一定， b一定，一定，cAI0KMnO4I0KMnO4I0KMnO4I0KMnO4b1b2c1c2Lamber-Beer定律定律A = kbcc 溶液组成标度溶液组成标度b 液层厚度液层厚度(cm)式中：式中：A 吸光度吸光度k 吸光系数吸光系数A = kbc = -lgTA = -lgT（2）入射光波长

9、）入射光波长（1）物质的本性）物质的本性（3）溶剂、温度）溶剂、温度 摩尔吸收系数摩尔吸收系数 c mol L-1b cm单位：单位：L mol -1 cm-1当当 b = 1cm, c = 1mol L-1 时，时，=A应用应用Lamber-Beer定律时，需注意：定律时，需注意： 溶液的组成标度为物质的量浓度时溶液的组成标度为物质的量浓度时A = bc =Abc反映用吸光光度法测定该物质时的灵敏度反映用吸光光度法测定该物质时的灵敏度 溶液的组成标度为质量浓度时：溶液的组成标度为质量浓度时： 单位：单位：mL g-1 cm-1MB吸光物质吸光物质B的摩尔质量的摩尔质量 A = E b1 cm

10、1%比吸光系数比吸光系数E1 cm1% 与与 的关系为：的关系为：E1 cm1%E1 cm1% =10 MB 吸光度具有加和性吸光度具有加和性例：例： 物质物质 M1 M2 M3 吸光度吸光度 A1 A2 A3 A = A1+A2+ +Ai = b (1c1+2c2+ +ici ) 例例 用邻菲罗啉法测定铁，已知用邻菲罗啉法测定铁，已知Fe2+的质量浓度为的质量浓度为1.0 10-3g L-1，用，用2cm吸收池，在波长吸收池，在波长508nm处测得吸光处测得吸光度为度为0.308，计算，计算Fe() -邻菲罗啉配离子的摩尔吸收系邻菲罗啉配离子的摩尔吸收系数。数。 解：解：Fe2+浓度为：浓度

11、为：2+312+512+1(Fe )1.0 10 g L(Fe )1.8 10 mol L(Fe )55.85g molcM1mol Fe2+能生成能生成1mol 邻菲罗啉形成配离子，因此配离子邻菲罗啉形成配离子，因此配离子浓度也为浓度也为1.8 10-5mol L-1。 = = = 1.1104Lmol-1cm-1Abc0.381.810-5mol L-12cm （三）（三） 吸光光度法的误差吸光光度法的误差 A-c 标准曲线标准曲线标准曲线的偏离标准曲线的偏离 1. 偏离朗伯偏离朗伯-比尔定律的原因比尔定律的原因 非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离（1 1）光学因素引起的偏离）光学因素引

12、起的偏离1l单色光波长单色光波长(nm)：1 2 吸光度：吸光度： A1 A22lA1= lg = 1bcI01I1I1= I0110 - 1bcA2= lg = 2bcI02I2I2= I0210 2bc实际测定时，只能测得它们的总吸光度实际测定时，只能测得它们的总吸光度 A A总总。总入射光强度为总入射光强度为 I I0101I I0202，总透射光强度为总透射光强度为 I I1 1I I2 2 ，故：，故：若若1 12 2，则有：，则有：A总总= lg = lgI01 + I02 I1 + I2 I01 + I02 I0110 -1bc + I0210 - 2bcA总总= lg = bc

13、 I01 + I02 ( I01+ I02)10 -bc 非平行入射光引起的偏离非平行入射光引起的偏离 杂散光、散射光、反射光引起的偏离杂散光、散射光、反射光引起的偏离a I0KMnO4b I0KMnO4b1 b2 溶液浓度过高引起的偏离溶液浓度过高引起的偏离（2 2）物理物理因素引起的偏离因素引起的偏离22274Cr OCrO22274Cr OCrOAAA 化学反应引起的偏离化学反应引起的偏离例如：例如：吸光物质溶液的浓度吸光物质溶液的浓度 0.01 mol L1 HCrOOHOCr222242272（3 3）化学化学因素引起的偏离因素引起的偏离 介质不均匀引起的偏离介质不均匀引起的偏离 2

14、. 吸光光度法测定的误差吸光光度法测定的误差 测量误差：测量误差：T如：如： T0.01 ， T/% 1分光光度计的读数误差分光光度计的读数误差透光率透光率T与真实值相差与真实值相差T，从而引起浓度误差，从而引起浓度误差c，浓度误差，浓度误差c与透光率的关系为：与透光率的关系为：cc0.434TT lgT= T = T = 36.836.8%（A A=0.434=0.434）时）时 T = 20% 65% T/% 95 90 80 70 60 50 36.83020 10 5 2 c/c/%20.6 10.7 5.6 4.0 3.3 2.9 2.7 2.8 3.2 4.3 6.5 13.0 不

15、同透光率时测定浓度的相对误差不同透光率时测定浓度的相对误差c/c (T=0.01) A = 0.2 0.7cc浓度相对误差浓度相对误差 最小。最小。为了减小浓度测定的相对误差为了减小浓度测定的相对误差(c/c)， A ： 0.2 0.7 当：当： A 0.2 时，时， 减小液层厚度减小液层厚度b或稀释溶液或稀释溶液 当：当： A 0.7 时，时， 增大液层厚度增大液层厚度b或浓缩溶液或浓缩溶液A = bc（四）分光光度计（四）分光光度计1. 分光光度计的组成分光光度计的组成光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示装置显示装置钨钨灯灯或或碘碘钨钨灯灯棱镜或棱镜或光栅光栅光电管或光光电管或

16、光电倍增管电倍增管可见光可见光玻璃或石玻璃或石英材料英材料显示显示A或或T紫外光紫外光氢氢灯灯或或氘氘灯灯a自准式单色光器示意图自准式单色光器示意图 b棱镜对光的色散作用棱镜对光的色散作用 2. 分光光度计的类型分光光度计的类型（1 1）单光束）单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。的稳定性。（2 2）双光束）双光束 自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏

17、度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。价格较高。3.3.双波长双波长 l l= =1 12 2nmnm。其优点是：可用于混浊样品的测定，适其优点是：可用于混浊样品的测定，适用于多组分混合物的分别测定，无需参比池。用于多组分混合物的分别测定，无需参比池。（五）常用分光光度定量方法（五）常用分光光度定量方法1. 吸收系数法吸收系数法 根据根据A = kbc，已知摩尔吸收系数，已知摩尔吸收系数或比吸或比吸光系数光系数 ，可根据，可根据A求出被测物质的组成标度。求出被测物质的组成标度。E1 cm1%2. 标准曲线法标准曲线法c

18、(molL-1) 10-3空空白白1.02.03.04.05.0 AA0A1A2A3A4A5 A待待 = 0.63 c待待 =3.2 10-3(molL-1)3.20.631.0 2.0 3.0 4.0 5.0 c(molL-1) 10-3 A = bc优点：消除单色光不纯、检测器不灵敏所带来的误差，优点：消除单色光不纯、检测器不灵敏所带来的误差，也可消除溶液配制及测量过程的偶然误差。也可消除溶液配制及测量过程的偶然误差。在制作和使用标准曲线时应注意：在制作和使用标准曲线时应注意：1、一般至少应取五个点；、一般至少应取五个点；2、作好曲线后，应注明测试条件，便于他人重复；、作好曲线后，应注明测

19、试条件，便于他人重复；测试条件：曲线名称、仪器型号、测定波长、日期等测试条件：曲线名称、仪器型号、测定波长、日期等3、在一定条件下，曲线可连续使用，但要定期校对。、在一定条件下，曲线可连续使用，但要定期校对。3. 直接比较法：直接比较法：标标 b 标标 c标标A标标A待待=待待 b 待待 c待待c待待 =A待待c标标A标标A标标=标标b标标c标标A待待=待待b待待c待待（六）吸光光度法的设计（六）吸光光度法的设计 测定某种物质时，若该物质在紫外测定某种物质时，若该物质在紫外-可见区有吸收，可见区有吸收，可直接进行测定。可直接进行测定。若待测物质是无色或颜色很浅时，需显色后再测定。若待测物质是无

20、色或颜色很浅时，需显色后再测定。例例1：核酸在紫外区有吸收，可测定同一样品在：核酸在紫外区有吸收，可测定同一样品在260nm和和280nm吸收的比值，估算其纯度。吸收的比值，估算其纯度。对于纯对于纯RNA，A260/A280约为约为2，对于纯对于纯DNA，A260/A280约为约为1.8，若比值小于若比值小于1.7，很可能样品被蛋白质或酚类物质污染。，很可能样品被蛋白质或酚类物质污染。例例2：食用合成色素柠檬黄，其最大吸收波长为：食用合成色素柠檬黄，其最大吸收波长为430nm，可用紫外可用紫外-可见分光度法对其进行检测。可见分光度法对其进行检测。1.1.显色反应及其条件显色反应及其条件（1）显

21、色反应与显色剂）显色反应与显色剂 M + HRMR + H+待测待测 组分组分 显色剂显色剂 有色化合物有色化合物 （2 2）显色条件的选择）显色条件的选择 显色剂的用量显色剂的用量例：例：MO() + SCN 1:3 浅红色浅红色1:5 橙红色橙红色1:6 浅红色浅红色 M + nHRMRn + nH+A5A4A3A2 A1 A2.52.01.51.00.5V(mL) 溶液的酸度溶液的酸度 a. 酸度对被测组分存在状态的影响酸度对被测组分存在状态的影响b. 酸度对显色剂平衡浓度及颜色的影响酸度对显色剂平衡浓度及颜色的影响HR 二甲酚橙二甲酚橙 pH6 黄色黄色 pH 6 红色红色M + R-

22、MR +H+HRMR ，红色，红色如如：磺基水杨酸：磺基水杨酸 + Fe3+1:1 紫红色紫红色 (pH=1.8-2.5)1:2 橙红色橙红色 (pH= 4-8)1:3 黄黄 色色 (pH= 8-11.5)c. 酸度对有色化合物组成的影响酸度对有色化合物组成的影响A5A4A3A2A1A5.04.03.02.01.0pH 显色温度显色温度 显色时间显色时间 2.2.测定波长的选择测定波长的选择最大吸收原则最大吸收原则吸收最大，干扰最小原则吸收最大，干扰最小原则300400500600700l/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Cr2O72-、MnO4-

23、的吸收光谱的吸收光谱350Al lmax3. 吸光度范围的选择吸光度范围的选择 为使测量有较高的准确度，为使测量有较高的准确度，A控制在控制在0.20.7范围内，控制溶液的浓度或选择适范围内，控制溶液的浓度或选择适当厚度的吸收池。当厚度的吸收池。参比溶液参比溶液 空白溶液空白溶液作用：消除吸收池壁对入射光的反射以及溶剂、作用：消除吸收池壁对入射光的反射以及溶剂、试剂等对入射光的吸收，以减小测量误差。试剂等对入射光的吸收，以减小测量误差。参比液参比液aK2Cr2O7bA 参比参比= 0(T=100%)A待测待测 = ?4. 参比溶液的选择参比溶液的选择Fe3+sal待测液待测液缓冲液缓冲液sal

24、蒸馏水蒸馏水参比液参比液溶剂：溶剂：0.5mol L-1HCl水溶液水溶液K2Cr2O7待测液待测液试剂：试剂：sal、Fe3+溶剂：溶剂：pH=5缓冲液缓冲液5322()pHFesalFe sal 缓冲液K2Cr2O7溶液溶液salpH=5缓冲液缓冲液参比液参比液物质的吸收跃迁与发射过程物质的吸收跃迁与发射过程二、二、 荧光分析法荧光分析法荧光：物质分子吸收光的能量被激发，然后从激发态的荧光：物质分子吸收光的能量被激发，然后从激发态的最低振动能级返回基态时所发射出的光称为荧光。最低振动能级返回基态时所发射出的光称为荧光。荧光分析法：根据物质的发射光的位置及其强度进行荧光分析法：根据物质的发射

25、光的位置及其强度进行物质鉴定和物质含量测定的方法称为荧光分析法。物质鉴定和物质含量测定的方法称为荧光分析法。特点：灵敏度更高特点：灵敏度更高 10-10-10-12g/ml 选择性高选择性高 方法简便方法简便 快速快速 重现性好重现性好 取样量少取样量少1. 长共轭结构：共轭程度高，荧光效率大长共轭结构：共轭程度高，荧光效率大适于荧光分析的物质适于荧光分析的物质2. 分子具有刚性或共平面性分子具有刚性或共平面性荧光分析仪构造荧光分析仪构造F = Kc定量依据：定量依据：定量方法：定量方法： 标准曲线法标准曲线法 对比法对比法 诺氟沙星激发光谱和发射光谱诺氟沙星激发光谱和发射光谱第二节第二节 色谱分析法色谱分析法 在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动在色