环境监测分析方法仪器分析法

1、关于环境监测分析方法仪器分析法第一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.1 光学分析法导论 光学分析法是依据物质发射电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称。一、光的基本性质 光是一种电磁波, 具有波粒二象性。 光的波动性可用周期T(s)、频率 (Hz)、波长(nm)和波数（cm-1）等参数描述。 光的粒子性：光是由光子组成的，光子具有能量，其能量与频率或波长的关系为： E=hv=h c /第二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月波谱区光学光谱区高能辐射区第三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 高能辐射区 射线 能量最高，来源于核能级跃迁 射线 来自内

2、层电子能级的跃迁 光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光 红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区 微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁波长长第四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 1光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部 发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量析方法。 吸收光谱法发射光谱法按能量交换方式分子光谱带状光谱原子光谱线状光谱按作用结果不同二、光学分析法分类光谱法 和非光谱法第五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月2非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测

3、定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法。 分类：折射法、旋光法、比浊法、射线衍射法3光谱法与非光谱法的区别光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化 仅测定电磁辐射性质改变 第六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月发射光谱吸收光谱 例：-射线；荧光例：原子吸收光谱，分子吸收光谱第七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2 光谱分析法3.2.2 原子吸收光谱法3.2.1 分光光度法第八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.1 学习要求1、了解分子

4、对光的吸收与溶液颜色的关系。2、掌握分光光度法定性、定量分析的基础。3、熟悉朗伯-比尔定律各参数的物理意义。4、掌握吸收曲线与标准曲线的意义。4、了解目视比色法、分光光度法的特点，分光光度计的基本部件。5、熟悉分光光度法显色条件和测量条件的选择。6、了解分光光度法的应用。第九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.1 学习内容3.2.1.1 概述3.2.1.2 分光光度法的基本原理3.2.1.3 分光光度计3.2.1.4 显色反应及其条件的选择3.2.1.5 分光光度法的应用第十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 一、物质的颜色是其分子对不同波长的光选择性吸收而产生。 颜色与

5、吸收光之间的关系红650 760绿蓝橙610 650蓝黄580 610紫黄绿560 580红紫绿500 560红蓝绿490 500橙绿蓝480 490黄蓝450 480黄绿紫400 450互补光颜色/nm蓝绿互补色光和各种颜色光的波长范围，可供光度测定时选择测量波长参考。 3.2.1.1 概述第十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月溶液的颜色与光吸收的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光第十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 吸收光谱曲线或光吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。KMnO4 的吸收曲线最大吸收

6、波长，maxKMnO4溶液对525nm附近绿色光吸收最强，而对紫色和红色吸收很弱。浓度不同时， max相同；波长不同时，吸光度不同。二、光吸收曲线（A ）第十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350Cr2O72-、MnO4-的吸收曲线第十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月小结：（1）同一种物质对不同波长的光吸收程度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max 。 吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。（2）同一种物质浓度不同，其吸收

7、曲线形状相似max不变。 在max处，吸光度A正比于浓度C，测定最灵敏。（3）不同物质吸收曲线的特性不同。吸收曲线的特性包括曲线的形状、峰的数目、峰的位置和峰的强度等。它们与物质特性有关，吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。第十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法，包括比色法，可见分光光度法及紫外分光光度法等。三、比色法与分光光度法比较比较颜色的深浅来测定物质的浓度，也称目视比色法。使用光电比色计（分光光度计）测量有色溶液对入射光的吸光程度以进行分析的方法，又称光电比色法。分光光度法的特点： 灵敏、准确、

8、快速及选择性好 检测浓度下限： 10-510-6 mol/L。 检测相对误差： 2%5%。第十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱。I0 = Ia + It入射光强度吸收光强度透过光强度3.3.1.2 分光光度法的基本原理一、透射比与吸光度第十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月透光度T （透射比）Transmittance定义透光度：T 取值为0.0 1.0全部吸收 全部透射 A = lg(1/T) = -lgT吸光度A (Absorbance）A 取值为 0.0 全部透射全部吸收二者关系为：定义吸光度 ：第十八张，PPT共

9、六十三页，创作于2022年6月二、朗伯-比尔定律 朗伯（Lambert J H)和比尔(Beer A)分别于1760年和1852年研究了光的吸收与溶液液层厚度及溶液浓度的定量关系（入射光波长保持不变），二者结合称为朗伯-比尔定律。当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比。朗伯-比尔定律吸光光度法定量分析的理论基础！第十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月朗伯-比尔定律的数学表达式为：A=lg(I0/It)= Kbc吸光物质浓度吸收层厚度(cm)吸光度式中比例常数K与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，b为透光液

10、层厚度。第二十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月朗伯-比尔定律的应用条件 朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见光，也适用红外光；在同一波长下，各组分吸光度具有加和性： A=A1+A2+An 吸光度的“加和性”使用条件： （1）入射光必须为单色光 （2）被测样品必须是均匀介质 （3）在吸收过程中吸收物质之间不能发生相互作用。 第二十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 配制一系列不同浓度的标准溶液，在选择的实验条件下显色，分别测定其吸光度，然后以标准溶液中待测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标，可得到一条通过原点曲线，称为标准曲线。三、标准曲线（Ac） 通常液层厚度是相同的，按照

11、朗伯-比尔定律，标准曲线应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。第二十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月影响标准曲线弯曲的原因复合光对比尔定律的影响朗伯-比尔定律的假设条件之一：入射光为单色光。 1、非单色光第二十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月朗伯-比尔定律的假设条件之二： 吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作用。比尔定律适用于稀溶液。吸光组分的化学变化： 吸光组分的缔合、离解，互变异构，络合物的逐级形成，以及与溶剂的相互作用等，都将导致偏离比耳定律。2、化学因素第二十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月一、光度计基本部件：光源

12、、单色器、吸收池(参比池)、 检测系统、显示装置。3.2.1.3 分光光度计第二十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月光源：能发出所需波长范围内的连续光谱 ，足够的光强度，稳定性好。单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件 棱镜对不同波长的光折射率不同色散元件 分出光波长不等距 光栅衍射和干涉 分出光波长等距钨灯或卤钨灯可见光源 3501000nm氢灯或氘灯紫外光源 180375nm第二十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月吸收池： 玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）检测器：将光信号转变为电信号的装置光电

13、池光电管光电倍增管二极管阵列检测器第二十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 指示器 吸光度与透光率标度第二十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月二、分光光度计类型 1、单光束分光光度计特点：使用时来回拉动吸收池 移动误差对光源要求高比色池配对第二十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月2、双光束分光光度计 特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差；对光源要求不高；可以自动扫描吸收光谱 第三十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3、双波长分光光度计 特点： 利用吸光度差值定量； 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差第三十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 将待测

14、组分转变成有色化合物的反应叫显色反应，可分为络合反应和氧化还原反应两大类。 与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。 3.2.1.4 显色反应及其条件的选择一、对显色反应的要求 选择性好，干扰少，或干扰容易消除； 有色化合物的组成要恒定，化学性质要稳定，不易被空气所氧化或被日光照射分解； 有色化合物和显色剂之间的颜色差别要大； 显色条件易于控制，以便提高重现性和方法的精密度。 第三十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月二、显色剂的分类无机显色剂（形成的化合物不够稳定、灵敏度和选择性不高。）有机显色剂 （助色团)发色团(生色团)指某些含不饱和键的基团，如偶氮基、对醌基和羰基等，这些基团

15、可以吸收可见光而表现出颜色。指某些含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等，这些基团与生色团的不饱和键相互作用，可以影响生色团对光的吸收，使颜色加深。第三十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 偶氮砷类显色剂三苯甲烷类显色剂第三十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月三、显色条件的选择显色反应的一般通式为：吸光度与显色剂浓度的关系1、显色剂用量第三十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月2、溶液的酸度3、显色温度4、显色时间5、溶剂 6、干扰及其消除 酸度等因素对吸光度的影响pH、T、t第三十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月1、入射光波长的选择四、 测量条件的选

16、择一般控制标准溶液和待测溶液的吸光度在0.20.8范围内，此时浓度测量的相对误差较小。（1）最大吸收原则；（2）吸收最大， 干扰最小。 2、吸光度范围的选择第三十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3、参比溶液的选择原则(1)当试液及显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比溶液；（纯溶剂) (2)显色剂为无色，而被测试液中存在其他有色离子，可用不加显色剂的被测试液作为参比溶液；（试样溶液）(3)显色剂有颜色，可用不加试样溶液的试剂空白作为参比溶液；（空白溶液）(4)显色剂和试样均有颜色，可将一份试液中的待测组分掩蔽起来，再按条件加入显色剂和其他试剂，以此作为参比溶液；（试样溶液加掩蔽剂再加显色

17、剂）(5)改变加入试样的顺序，使被测组分不发生显色反应，以此溶液作为参比溶液来消除干扰。第三十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月一、高含量组分的测定：示差法 示差法标尺扩大原理3.2.1.5 分光光度法的应用 示差法测定试液浓度Cx时，首先使用浓度稍低于试液的标准溶液Cs作参比溶液调节仪器透光度读数为100(A=0)，然后测定试液的吸光度，该吸光度称为相对吸光度Ar，对应的透光度称为相对透光度Tr。如果用普通光度法以纯溶剂或空白作参比溶液，测得试液及标准液的吸光度分别为Ax及As，对应的透光度为Tx及Ts，则根据比耳定律得： 第三十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月原理：使

18、两束不同波长的单色光以一定的时间间隔交替地照射同一吸收池，测量并记录两者吸光度的差值。这样可以从分析波长的信号中扣除来自参比信号的波长，消除各种干扰，得待测组分的含量。双波长分光光度法原理示意图二、双波长分光光度法A=A1-A2=(1-1)bc第四十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月三、光度滴定法 光电比色计来进行的。测定滴定过程中溶液的吸光度，并绘制滴定剂体积和对应的吸光度的曲线以确定滴定终点。 0.1mol/L EDTA 滴定0.002mol/L Bi3+和Cu2+吸光度的变化 光度测量可用来确定滴定的终点。光度滴定通常都是用经过改装的在光路中可插人滴定容器的分光光度计或EDTA

19、滴定Bi3+和Cu2+： 745nm， Bi 3+和EDTA无吸收 。第四十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月四、配合物组成的测定配合物的反应通式 M + n L MLn 配合物的摩尔比法示意图第四十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.2 学习要求1、了解原子吸收光谱法的定义和特点。2、掌握原子吸收光谱的基本原理。3、熟悉原子吸收分光光度计的构造。4、熟悉原子吸收光谱法测定条件的选择。5、掌握原子吸收光谱法的定量分析方法。第四十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.2 学习内容3.2.2.1 概述3.2.2.2 原子吸收光谱法的基本原理3.2.2.3 原

20、子吸收分光光度计3.2.2.4 原子吸收光谱法测定条件的选择3.2.1.5 原子吸收光谱法定量测定方法第四十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.2.2 概述一、原子吸收光谱法的定义 原子吸收光谱法又称原子吸收分光光度法，简称原子吸收分析法。它是基于从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。基于待测元素的基态原子对其特征谱线的吸收，从而定量测定化学元素的方法。第四十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 2、原子吸收光谱法的特点灵敏度高，检测下限10-9g/ml-10-12

21、g/ml。 选择性好，准确度高。单一元素特征谱线测定，多数情况无干扰。 测量范围广。测定70多种元素。 操作简便，分析速度快。第四十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.2.2 原子吸收分光光度法的基本原理共振线 电子从基态跃迁到能量最低的激发态，为共振跃迁，所产生的谱线称为共振吸收线；当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的谱线，称为共振发射线。对大多数元素来说，共振线是指元素所有谱线中最灵敏的线。特征谱线 各种元素的原子结构和外层电子排布不同。不同元素的原子从基态激发至第一激发态（或由第一激发态跃回基态）时，吸收（或发射）的能量不同，因此各种元素的共振线各有不同，称之

22、为特征谱线。 第四十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 从微观的角度考虑：在原子化过程中，待测元素的原子不可能全部是基态原子，其中必有一部分为激发态原子。在一定温度下，当处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数之比服从玻兹曼方程式原子光谱中，对一定波长的谱线，Pj/P0和Ej（激发能）都是已知值，因此只要火焰温度T确定，就可求得Nj/N0值。第四十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月实际分析中，要求测定的是试样中待测元素的浓度，而此浓度是与待测元素吸收辐射的原子总数成正比的，因此在一定浓度范围和一定火焰宽度L的情况下有 A=kNL=Kc比尔定律 上式表明在定实验条件下，吸光

23、度与浓度呈正比关系。原子吸收光谱的定量基础！第四十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.2.2.3 原子吸收分光光度计 原子吸收分光光度计结构示意图一、原子吸收分光光度计组成 一般由光源、原子化系统、光学系统及检测系统组成。第五十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月光源空心阴极灯的原理空心阴极灯示意图用不同的待测元素作阴极材料，可制成各相应待测元素的空心阴极灯。有单元素灯和多元素灯两种。缺点：每测一个元素均需要更换相应的待测元素的空心阴极灯，使用不太方便。第五十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月原子化系统原子化过程示意图原子化过程的分类火焰原子化系统非火焰原子化系统第

24、五十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月火焰原子化系统石墨炉原子化系统日立Z-5000原子吸收分光光度计第五十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月火焰原子化系统火焰原子化系统包括雾化和燃烧两个部分。同心雾化器示意图 燃烧器示意图 第五十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月非火焰原子化装置石墨炉原子化装置示意图特点： 测定灵敏度高，其检出极限可达10-12g； 试样用量少；可测定粘稠和固体试样。第五十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月日立Z-5000原子吸收分光光度计结构示意图光源原子化系统光学系统检测系统第五十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月分光系统和检测系统分光系统 组成：主要由色散元件、凹面镜和狭缝组成，也称为单色器。其色散元件可用棱镜或衍射光栅。 作用：是将待测元素的共振线与邻近谱线分开。检测系统 组成：主要由检测器(