现代仪器分析重点

1、第一章、绪论分析信息：分析所依据的样品特征在分析科学中就是分析信息。分析信号：仪器分析并不直接测定待测量，而是通过分析仪器，测定这些物理或物化特征， 得到与样品待测量相关的电学、光学、热学等物理、物化参数，以这些物理量来承载分析信 息，分析中它们是分析信息的载体称为分析信号。仪器分析的一般流程：一、分析的准备1、确定分析目标2、选择分析技术，设计实验方法3、制备标样，采集存储样品二、分析信息的采集4、样品的前处理5、操作仪器，获取分 析数据三、分析信息的提取6、与标样比对，校正分析数据7、运用数学方法，提取样品 信息8、分析数据表达为需要的分析结果9、对分析结果的解释研究与利用 仪器分析信息传

2、递的环节：分析信息的加载、转换、关联与解析。分析仪器的基本结构：分析信号发生器、信号检测器、信号处理器与输出信号显示器。第二章、光谱分析导论光谱分析：光谱分析通过测定待测物的某种光谱，分别由样品光谱中的波长特征和强度特征 进行定性、定量分析。光的波动性描述单色（只有一种波长成分）平行光的波动方程是：Y（x,t）=A cos 2n （u tp x+0）=A cos 2n （t/T-x/A +0 ）式中：Y（x,t）为时间t离开光源距离为x处的电场强度；A为振幅；0为初相位。频率U、 周期T均为时间参数，分别指每单位时间内电场振动的次数与电场每振动一次所需时间。U 与T互为倒数，即U =1/T。波

3、数O、波长A均为空间参数，分别指在空间每单位（cm）中含 有波的数目（单位：cm-1），与振动状态在一个周期内传播的距离。O =1/A。描述光主要有四类参数：一是描述电磁波振动重复性（周期性）特征的波动参数，用震动的 时间频率、时间周期或空间频率、空间周期来表示，这些参数是描述光的“质”，属于光的 性质参数。二是光的强度即振幅，该参数是描述光的“量”属于光的数量参数或强度参数。 三是描述有关光传播的参数，包括光传播的速度、方向与相位。四是描述有关光偏振性的参 数。光的粒子性光的波动参数和粒子参数间的关系由普朗克常数h联系起来的;若某种光的频率为U则该光 的每个光子的能量 E 为：E=hu =h

4、 C O =h C/A 式中：h=6.626X 1027erg s=4.14 X10”-15eVs，因此，对于波长为A （nm）的光，其每个光子的能量E （eV）可由下式计 算：E=1240/A比耳定律A=bc 式中：A为吸光度；为待测组分的摩尔吸光系数；b为光程；c为待测组 分的摩尔浓度。这就是比耳定律，也称为物质对光的吸收定律，简称吸收定律。该定律可表 述为：对一定波长的单色光，物质的吸光度A与光程b及浓度c成正比，比例常数称为吸光 系数与所用的浓度单位有关，若用摩尔浓度单位是，比例常数特称为摩尔吸光系数；吸 光系数与样品本性及波长A有关。比耳吸收定律所确定的微观信息与宏观量之间的关系，需

5、要一定的条件才能成立：（1）保证分析光的单色性与平行性。（2）组分分子之间、组分分子与溶剂分子之间的相互作用可以忽略，浓度对折射率的影响 也可以忽略，因此必须是浓度较小的溶液，以保证是常量。（3）透光率只和待测分子的吸光有关，分析过程中除了组分析光过程外，没有其他发光（荧 光等）、散射、折射的变化。（4）测量过程中分析信号在仪器中的传送保持线性关系等。若不符合上述条件，则比耳定律所确定的关系将发生偏真而失真。这种原信息表达的失真是 吸收光谱定量分析误差的重要来源。第三章、紫外一可见吸收光谱分析习惯上所称的紫外一可见吸收光谱分析是指利用分子在紫外可见谱区的吸收光谱，进行的定 性、定量分析。生色团

6、：光谱分析中常把分子中能吸收光子而产生电子跃迁的基团称为生色团，习惯上常指 能吸收紫外可见区光子的基团或结构体系。助色团：有些原子和原子团本身虽然不吸收大于200nm的光，但一些生色团与这些原子或原 子团结合后，原来生色团所产生的吸收峰向长波方向移动，并且吸收强度增加，这样的一些 原子核原子团称为助色剂。红移效应：溶剂的极性增强或溶剂中含水量增加，则溶质分子n -n 3跃迁的吸收峰向长波 移动，这种效应称为红移效应。蓝移效应：随着溶剂的极性增加，溶质分子n-o 3跃迁的吸收峰向短波移动。紫外一可见分光光度计的基本组成与结构分光系统（光源，单色器）、样品室与光度计系统分光系统包括光源与单色器，用

7、于产生 一定波长的单色光作为光谱分析的作用光；作用光投射到样品室中的样品，与样品分子相互 作用，透过样品后成为负载了样品信息的分析光；其强度由光度计系统检测，并经过转换、 传送、处理后在显示器显示分析结果。光源：光源的总强度可以用辐射功率（输出功率），即单位时间内光源发出的所有波长光的 总能量来表示，单位是瓦（W）。在实际应用中有事就用光源的功耗来表示。光源的性质特征反映在其光谱特征：每种光源所发出的光具有一定的波长范围；且在此范 围内，不同波长入成分光的相对强度fs （入）也不同。分光光度计在可见区的光源主要是白炽灯。典型的白炽钨灯丝温度约2850K。这种灯工作的 波长范围为2502500n

8、m，所发出的光大部分在近红外区。为了提高其在可见区辐射的相对 强度，须提高灯丝温度，为此常在灯泡内充入卤素气体，制成卤素灯，如碘钨灯、漠钨灯等， 在可见分光光度计使用这类光源最多。分光光度计在紫外区工作时，常用氢灯和氘灯作为光源，这些灯是抵押氢和氘的气体放电灯， 能在160360nm间发出波长连续的紫外光。光源的光谱特征还受光源管壁材料的影响：玻璃 不能通过紫外线，只能通过可见光；在空气中、用石英作灯管的氢灯和氘灯，由于受石英与 空气透过特性的影响，工作波长范围为190360nm。和氢灯相比氘灯的能量输出和波长范围 均显著提高。单色器：单色器的功能就是通过色散器件，将复色光中的不同波长成分在空

9、间分开，然后分 别取出所需波长（或波长范围较窄）的单色光用于分析。单色器的结构包括：由入射狭缝、准直镜组成的用于产生平行光的准直系统，具有选择波长 作用的光栅或棱镜等色散器件，以及由成像物镜与出射狭缝组成的成像系统。单色器中入射狭缝越窄，则光谱带上任意一点的波长成分越纯，光谱的质量就越高；出射狭 缝越小，则单色器产生单色光的带宽小、单色性好，但能量小，影响仪器的信噪比。通常入 射狭缝与出射狭缝实行同步调节，保持两者的宽度相同，这种情况下单色光的能量输出与狭 缝宽度的平方成正比。单色器的准直镜与成像物镜的相差要小。准直镜与成像物镜可用透镜也可用凹面反射镜。后 者可以在很宽的波长范围内工作，而且没

10、有色差，一次使用比较广泛。单色光的单色性：单色器的性能主要是指其所产生单色光的“质”与“量。单色光的“质” 是指单色光中指定波长成分的“纯度”，或称为“单色性”用单色光光谱的谱带宽度，简称 带宽来表示。带宽通常指单色光的光谱中二分之一峰高处的波长宽带称，为半高宽或半宽。吸收光谱中仪器的两步矫正：调零和调满分析条件的设定：1、分析波长的选择：分析用的单色光赢选择被测物质溶液的最大吸收波长，这样可以得到 受分析波长误差的影响较小。2、单色作用光带宽大体相当于样品光谱吸收峰宽十分之一到五分之一3、实际分析时，还需依据样品的光谱特征4、控制适当的样品吸光度范围：为了减少误差结果的相对误差，一般应控制被

11、测试试液的 吸光度在0.2到0.7范围内，为此：1、控制溶液的浓度，如改变试样的称量或改变溶液的 稀释度等。2、选择光程合适的样品池5、选择适当的参比溶液参比溶液赢包括除待测成分以为的全部背景成分，以消除由于样品 池壁及溶剂等背景成分对作用光的反射和吸收带来的误差第四章原子吸收光谱1、原子吸收光谱：是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共 振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光 辐射的吸收的方法。2、为什么原子吸收法常用定量分析而不用定性分析答：3、影响原子谱线变宽的因素主要有：自然变宽、多普勒变宽、洛伦茨变宽、赫尔特马克变 宽、

12、斯达克效应变宽、塞曼效应变宽、超精细结构效应变宽、自吸效应变宽。而在原子光谱中引起谱带变宽的主要因素时多普勒变宽和洛伦茨变宽。4、原子吸收分光光度法：在原子吸收光谱中所用的仪器，常称作原子吸收分光光度计。组 成：光源、样品室、分光系统及检测记录系统。原子吸收分光光度计要求光源产生的作用光 带宽小于1乘以十的负三次方nm，常用瑞线光源。5、原子吸收分光光度法的常用光源：空心阴极灯，性能最好的光源是连续光源6、原子化系统常用有：火焰原子化系统、无火焰原子化系统、共价氰化物原子化器7、预混合型火焰原子化装置常包括喷雾器、雾化室、燃烧室8、石墨原子化器的升温阶段：干燥、灰化（分解）高温原子化、高温除残

13、（净化）9、原子吸收光谱法的干扰机制：光谱干扰、电离干扰、化学干扰、物理干扰10、原子吸收的定量分析方法可采用：标准曲线法、比较法、标准加入法、内标法第五章：发射光谱法1、发射光谱法：是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射， 而进行元素的定性与定量分析的方法2、共振线：由激发态直接跃迁到基态所发射的谱线3、第一共振线：由最低激发态跃迁到基态发射的谱线4、激发光源的作用：激发光源具有使试样蒸发、解离、原子化和激发跃迁发射谱线的作用， 激发光源对分析的检出限、精密度和准确度有很大影响5、常用的激发光源有：直流电弧、交流电弧、电火花、电感偶合离子体6、内标法中内标元素及分析

14、对的选择应符合下列要求：内标元素的含量必须固定，且原来样品中不含内标元素。分析线和内标线的自吸收现象要小， 分析线与内标线附近的背景应尽量小；内标元素与分析元素应具有相近的沸点和化学性质， 以减少试样蒸发条件变化时的影响；分析线对应具有十分相近的激发电位和电离电位，以减 少激发条件变化的影响；分析对的波长、强度及宽度也应尽量接近。7、光致发光：如果吸收辐射后处于电子激发态的分子一发射辐射的方式释放能量，其发射 的波长可以同分子吸收的波长相同，也可以不同，这一现象称为光致发光。第九章色谱法导论色谱法：色谱法是一种物理化学的分离分析方法。它是利用样品中各种组分在固定相和流动 相中收到的作用力不同，

15、而将待分析样品中的各种组分进行分离，然后顺序检测各组分的含 量。色谱法的分类：按固定相及流动相的状态分类：流动相可分为气体和液体两类，固色谱法 又分气相色谱法和液相色谱法。固定相又分液态固定相和固体固定相，固气相色谱有分气液 色谱和气固色谱，液相色谱也可分液液色谱和液固色谱按色谱系统中固定相的载体分类：将固定相装在柱中的称柱色谱。利用滤纸作固定相的称 纸色谱。固定相被涂布在玻璃板上的称薄层色谱。纸色谱和薄层色谱又称开床式色谱。按色谱过程的物理化学机理分类：分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、凝胶色谱或排阻 色谱、电色谱各种色谱法的共同点:色谱分离的核心都是具有分离组分功能的分离系统，都具有两个相

16、： 流动相和固定相。固定相是不移动的，流动相冲洗样品时在色谱系统内队固定相做相对的运 动被分离的组分对流动相和固定相有不同的作用力。这种作用力有吸附作力，溶解能力，离 子交换能力，渗透能力等。分配系数：在色谱分离中我们常用分配系数来描述组分对流动相和固定相的作用力差别： K=Cs/Cm式中：K为分配系数；Cs为组分在固定相中的浓度；Cs为组分在流动相中的浓度 分配系数的大小与组分的热力学性质有关。只有当各组分的分配系数有差异时，各组分才有 可能达到彼此分离。组分能否分离取决于组分的热力学性质不同程度，即分配系数差异的大 小，差异越大，越易分离。色谱图的重要参数：色谱峰及峰宽、组分在色谱系统中的

17、保留值、分离度、容量因子和相比、 相对保留值色谱图反映出被色谱分离的各组分从色谱柱中洗脱出的浓度变化情况，通常横坐标代表洗脱 时间，它与流过色谱柱的流动相体积成正比；纵坐标代表检测其检测信号的大小，通常与组 分的浓度成正比。色谱峰：色谱峰的位置用峰所对应组分的保留值来表示，放映了改组分迁移的速度，可用于 定性分析。峰高与组分的浓度有关，分析条件一定时峰高是定量分析的依据，峰宽可用标准 差。量度.2。亦称色谱峰拐点峰宽，它反映了组分在色谱系统中扩散的程度。保留时间、保留体积:是指某组分的保留时间或保留体积分别是指色谱过程从组分进样开始， 至刘出色普系统、浓度达到极大值所需的时间或所耗用流动相的体

18、积。校正保留时间：是指扣除死时间的组分保留时间表达式tR=tR-tM 校正保留体积：是指扣除死体积的组分保留体积表达式VR=VR-VM 分离度：是指某两个相邻组分通过色谱系统后被分离的程度 分离度公式：R=2(tR1-tR2)/W1+W2=AtR/W1.2容量因子：亦称质量分配比，是指组分在色谱系统的固定相和流动相之间达到分配平衡时， 在两组相中组分的质量比(或分子数比，摩尔数之比)相比：是指色谱柱中流动相和固定相体积的比值。相对保留值：亦称分离因子或选择性因子，是指样品中某组分的校正保留值与相邻的另一组分校正保留值的比值影响板高的三个因素：涡流扩散、分子扩散、传质扩散（阻力）第十章气相色谱法

19、气相色谱仪必备系统：气路系统：是一个载气连续运行、管路密闭的系统。进样系统：把气体、液体、固体样品快速定量的加到色谱柱头上，进行色谱分离。分离系统：样品组分的分离是在色谱柱中进行的。色谱柱主要分为填充柱和毛细管柱俩类。 检测系统：检测系统主要是检测器，其作用是把柱子分离后的各组分浓度变化转变成易于测 量的电信号。记录及数据处理系统：由检测器产生的电信号通过记录仪进行记录。温度控制系统：固定液应具备的条件：对组分有良好的选择性；蒸汽压力低；润湿性好；热稳定性好；化学 惰性好；凝固点低，黏度适当；成分稳定。固定液的选择原则：相似性原则，即选择固定液要与被分离组分结构相似。对于非极性样品选用非极性固

20、定液； 中等极性样品选用中等极性固定液；强极性的样品选用强极性固定液。利用固定液和分离组分之间的特殊作用力选择。分离酸性或碱性组分，选用强极性固定液加酸性或碱性添加剂，以便得到对称峰。对于不能用单一固定液分离的复杂混合物，选用混合固定液。常用检测器类型、特点以及各类检测器适用条件：热导池检测器（TDC）是目前使用最多的一种通用型浓度检测器。它具有结构简单、稳定、 应用范围广，不破坏组分等优点，适用于常量分析和含量在105以上的样品分析。TDC是 根据各种物质具有不同的热传导系数，当载气中混入其他气态物质时，热导率发生变化的原 理制成的。氢火焰离子化检测器（FID）是最重要的质量型检测器。它具有

21、灵敏度高（10-11至 10-10g）、线性范围宽（10言）以上、响应快等特点。但是，它是坏性检测器。在使用FID 时除了注意操作条件外，还应注意到电极绝缘、离子室屏蔽、清洁和载气、空气的净化。电子捕获检测器（EDC）是目前使用最多的一种放射性离子化检测器。它对电负性物质有 极高的灵敏度（1014g/mL），对非电负性物质则没有响应。EDC主要缺点是线性范围窄（10”3），常出现非线性响应，测定结果重现性差，受操作条件影响和放射源污染的影响较 大。火焰光度检测器（FPD）是一种对硫磷化合物有高选择性和高灵敏度的检测器，其敏感度 可达10-12g/s，它是气象色谱的主要检测器之一，主要应用于有机

22、磷农药残留量的测定和 大气中痕量硫化物的测定。氮磷检测器（NPD）为碱盐离子化检测器之一，有FID发展而来，这种检测器只对含磷和 含氮化合物有很高的选择性和灵敏度，对氮的灵敏度约1013g/s，对磷为1014g/s，主 要用于食品药物农药残留以及亚硝胺类等的分析。光离子化检测器（PDI）一种使用的气象色谱检测器。有以下特点：可分析的物质范围宽 （不论是有机物还是无机物，凡是电离能小于11.9eV均可检测，即包括气象色谱分析的绝 大多数样品）；灵敏度高（最小检测量可达Pg级1012）；线性范围宽（比FID还高出10 倍，因此既可做常量分析也可作痕量分析）；在操作中通过改变光源辐射光痕，则不同物质

23、 有选择性的响应关系，故可以判断出性能相近的俩种物质，如同分异构体）；PID对样品组 分是非破坏性检测；操作温度最高可达315C；虽然设备较复杂，但操作特性比ECD、FPD、 NPD好；检测器的离子室容积比较小（150uL），可以直接和毛细管分析配用。气相色谱定性分析方法：利用已知物定性：在一定的固定相和一定的操作条件下，任何物质都有固定的保留值，可 作为定性的指标。（用保留时间或保留体积定性；利用峰高增加法定性；利用双柱或多注定 性）。与其他分析仪器结合定性：实现联机条件有：样品池体积足够小，色谱分离后相邻的组分 不至于同时保留在样品池内;分析的速度足够快以便色谱一个组分峰洗脱的期间就能达到

24、对 组分的分析；分析的灵敏度足够高、检测限低以便对需要分析的组分能够取得足够信噪比的 分析图谱。目前常用的色谱与其他分析仪器连接的技术主要有：色-质连用；色谱-红外光谱 连用。气相色谱定量分析：峰面积测量方法：数学近似测量法：峰高乘半峰法（适用于对称峰）；峰高乘平均峰宽法（适 用于前伸型和拖尾型）。真实面积测量法：测量精度在0.2%-2%，注意仪器线性范围。第十一章高效液相色谱法高效液相色谱法（HPLC）与气相色谱法（GC）异同点：相同点：1.色谱的基本理论是一致的。2.定性定量原理完全一样。3.均可应用计算机控制色 谱操作条件和色谱数据的处理程序，自动化程度高。不同点：由于HPLC的流动相是

25、液体，而液体的黏度比气体打100倍以上，扩散系数比气体 小102-105倍，故溶质分子与液体流动相之间的作用力不能忽略，使得有以下不同点1. 流动相差别，GC是气体，HPLC是液体。2.固定相差别。3.使用范围更广，HPLC的使用范围 远远超过GC，可分析的有机物占总数的80%-85%。4.高效液相色谱仪和气相色谱仪在原理和 结构上亦有很大差别。HPLC类型：液-液色谱（lie）；液-固色谱（lsc）；离子交换色谱（iec）；凝胶色谱（gc）。 HPLC流程：贮液槽中的流动相被高压泵吸入后输出，经压力和流量测量后导入进样器。将 待分析试样注入进样口。流动相把样品带入色谱柱进行分离，经分离后的组

26、分进入检测器检 测，最后和洗脱液一起进入废液槽。被检测器检测的信号经放大器放大后，用记录器记录下 来，得到一些列的色谱峰。HPLC的基本组成可分为溶剂输送系统、进样系统、色谱分离系 统、检测记录数据处理系统。流动相输送系统常用的泵：作用是输送恒定流量的流动相，按动力分为机械泵和气动泵，按输液特性分为恒流泵和恒压 泵。恒流泵，优点是始终输送恒定流量的液体，与柱压力的大小和压力的变化无关，保留值的 重复性好，基线稳定，满足高精度分析和梯度洗脱要求。恒流泵分为注射泵和往复泵。往复 泵又可分为往复柱塞式（HPLC最常用）和隔膜式俩种。往复泵优点是输液连续，流速与色 谱系统的压力无关，泵室的体积很小，适用于梯度洗脱和再循环洗脱，清洗方便，更换溶剂 方便。缺点是输送有脉动的液流，液流不稳定，引起基线噪声，克服办