仪器分析精品课件

1、仪器分析课件第1页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日区域波长原子或分子跃迁能级备 注射线5 140 pm核x射线10-3 10 nm内层电子远紫外区10 200 nm中层电子光 学 区近紫外区200 380 nm外层电子可见区380 780 nm红外区0.78 100 m分子振动与转动微波0.1 1 m分子转动无线电波1 m核磁共振第2页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日二、光谱的类型按光谱产生的来源划分（原子光谱和分子光谱） 原子发射光谱（AES）（1）原子光谱 原子吸收光谱（AAS） 原子荧光光谱（AFE）（2）分子光谱：紫外、可见、红外、荧光和

2、磷光光谱2. 按谱线性状划分 （1）连续光谱： （2）带状光谱： （3）线光谱：第3页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日第二节 原子发射光谱分析的基本原理一、原子发射光谱的产生在正常状态下，元素的原子处于基态，原子在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，核外电子由基态激发到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；特征辐射基态元素M激发态M*热能、电能E第4页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日原子的共振线与离子线 共振线：原子由激发态到基态的跃迁： 第一共振线： 原子由第一激发态到基态的跃迁，能量最小，最易发生； 离子线:原子获得足够的能量(电

3、离能)产生电离。离子由第一激发态到基态的跃迁所发射的谱线为离子线。离子线的波长与电离能大小无关，为离子的特征共振线。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射的谱线； III表示二次电离离子发射的谱线； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm第5页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日二、谱线强度原子由某一激发态Ei向低能级E0跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：gi 、g0为激发态与基态的统计权重； E 为激发能；k为玻耳兹曼常数；T

4、 为激发温度；第6页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日谱线强度影响谱线强度的因素：（1）激发能越小，谱线强度越强；（2）温度升高，谱线强度增大，但易电离。所以，不能单靠提高温度增加谱线强度。（3）蒸汽云中，I N0 , No = KC , I = Acb I C （b1)A0i为两个能级间的跃迁几率第7页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日三、谱线的自吸与自蚀自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。自蚀：元素浓度低时，不出现自吸（b1) 。随浓度增加，自吸越严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线的现象。 元素

5、的共振线、灵敏线、最后线和分析线： 共振线：由激发态直接跃迁到基态时的谱线灵敏线： E 较小的谱线 最后线：C 0所观察到的谱线。分析线：据测量的含量范围和实验条件， 可选择一条或几条谱线作为分析线。第8页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日第三节 光谱分析仪器光源，分光系统，检测系统一、光源：作用：把试样中的组分蒸发、离解为气态原子；然后使气态原子受激发并产生特征光谱。2. 常用光源： 火焰、直流电弧、交流电弧、火花、高频等离子体或激光光源。第9页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日第10页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日二、摄

6、谱仪：用照相的方法记录光谱的仪器。 三、映谱仪： 光谱放大20 30倍。 几十条谱线/mm。四、测微光度计（黑度计）第11页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日摄谱法的优点 可同时记录整个波长范围的谱线； 分辨能力强； 可用增加曝光时间的方法来增加谱线的黑度； 谱板易于保存。 摄谱法的缺点操作繁琐,检测速度慢。第12页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日五、光电直读光谱仪 用光电倍增管接受单色器色散后的辐射谱线，把光信号转变成电信号并加以放大。一个固定的狭缝和光电元件对准某一元素的特征谱线成为一个通道。所以有单道光谱仪和多道光谱仪之分。光源光栅检测器第1

7、3页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日第四节 光谱定性分析一、标准样光谱比较法（简项分析） 如果只定性分析少数几种指定元素，同时这几种元素的纯物质又比较容易得到时，采用该方法识谱比较方便。样品（指定元素）纯物质（指定元素）在相同条件下只适合于少数指定元素的定性分析,即判断样品中是否含有某种或某几种指定元素时,可用此种方法。 在映谱仪上对谱线进行比较，如果试样光谱中有谱线与纯物质光谱波长在相同位置，则说明试样中存在这些元素。第14页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日二、铁光谱比较法（全分析）第15页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期

8、日样品纯铁样在相同条件下定性分析时样品光谱铁光谱 把摄得的谱板在映谱仪上放大20倍，使样品光谱与标准铁光谱图对齐，看样品光谱上的谱线与哪个元素的谱线重合，则可认为可能存在该元素。 此法可同时进行多种元素的定性分析。 对于光谱定性分析，除了要给出试样中存在哪些元素外，还应据谱线的强弱来判断哪些元素是主要成分，哪些元素为微量成分。第16页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日 - a b - b a是已知的； 为未知的 样品光谱铁光谱三、谱线波长测定法（比长仪）第17页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日第五节 光谱定量分析一、光谱定量分析的基本原理定量依据

9、I = a C b C低 b1， C高 b1 lg I = b lg C + lg aa 与光源、蒸发、激发等条件及试样组成有关b 为自吸系数，与谱线性质有关 b 1 Sl g C要求实验条件恒定，无自吸现象，实际上很难做到，通常采用相对强度法内标法进行分析，可消除实验条件对测定结果的影响。第18页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日二、内标法及内标的选择待测元素的谱线中选一条谱线分析线基体元素的谱线中选一条谱线内标线或另外加入固定量的其它元素的谱线中选一条谱线 设分析线和内标线的强度分别为I 和Ii，则 分析线 I = a C b 内标线 Ii = ai Cibi分析线对

10、第19页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日分析线与内标线的绝对强度的比值称为分析线对的相对强度。根据分析线对的相对强度与待测元素含量的关系来进行定量分析，可消除光源放电不稳等因素带来的影响。分析线对的相对强度 R 可表示为： a/Ii=A取对数得 内标法光谱定量分析的基本公式 lg R = lg（ I / Ii）= b lg C + lg A第20页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日注意:选择适当的内标元素.(1)内标元素应该是试样中不含或含量很低的元素；(2)内标元素应与分析线有相近的激发电位；(3)内标元素谱线不应受其它元素谱线干扰并应选择非自吸

11、线；(4)内标元素谱线应尽可能靠近分析线（包括强度），减小乳剂变化的影响；（5）内标元素的蒸发特性（沸点、化学性质、相对原子量）应与分析元素相近；（6）内标元素与分析元素组成的分析线对强度比应是对基体组成变化不敏感的。第21页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日三、光谱定量分析方法1. 标准曲线法三标准试样法： 以lgI或lgR（S或s ）为纵坐标，以待测元素的含量的对数lgc为横坐标作图的方法。 将三个或三个以上不同含量标准样与未知样在同一条件下在同一感光板上摄谱，分别测定各标样和试样的分析线对的黑度差，以s为纵坐标，以待测元素的含量的对数lgc为横坐标绘制标准曲线。第2

12、2页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日 1 2 3 样品标液 C1 C2 C3 CX S S 1 S2 S3 S XlgCS XSlgCXlgR=blgC+lgA S=blgC+lgA为正确作出工作曲线,所用的试样不得少于三个,又称”三标准试样法”.测定时，每一标样及分析试样一般摄三次谱。第23页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日2. 标准加入法当待测元素组成复杂且含量低, 为抑制基体影响,利用标准加入法测定,该法可应用于粉末或溶液试样中微量或痕量元素的分析.在几份相同试样中加入不同浓度的待测元素标样,测分析线对强度比,作RC曲线.浓度低时, b=1

13、, R=AC第24页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日 1 2 3 4 5未知液 CX CX CX CX CX标液 C0 C1 C2 C3 C4 R R 1 R 2 R 3 R 4 R 5CX0RC第25页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日火焰光度法的定量原理与发射光谱相同。即：试样受激发后发射的谱线强度I 与试样浓度C成正比， I aC b式中a是常数， b为自吸系数。当溶液浓度较低，自吸系数b1，则上式便可表示为 IaC 强度为I的光信号由光电池转化为相应的电信号。第六节 火焰光度法第26页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日

14、一、仪器结构单色器检测器原子化器试样空气 燃气 钾 = 766.5nm, 钠 = 589.0nm由燃烧系统、分光系统和检测系统三部分组成第27页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日火焰光度法谱线简单，干扰少，激发条件稳定，一般不采用谱线相对强度测量法，而直接在检流计上读出谱线绝对强度I ，采用标准曲线法进行定量测定。但须注意：自吸收在高浓度时导致标准曲线严重地弯曲。1. 标准曲线法二、分析方法第28页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日2. 标准加入比较法 IKCA液 未知液 Ix K Cx B液 加标准液于未知液中 Ix+sK (Cx+Cs) - 得：

15、 Ix+s- Ix=KCs / 得:第29页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日3. 多标准比较法（紧密内插法） 火焰光度法的定量也可以采用比较法：配制两个浓度与试样浓度相近而分别比试样浓度稍大和稍小的标准试液，设其浓度分别为C1、 C2 ，试样浓度为CX ，分别测得相应的检流计读数为 I1、 I2和 IX，则可通过下式求得试样浓度结束第30页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日1、 光谱的类型及其应用1、 原子发射光谱法的基本原理（ I = a C b ）2、 影响谱线强度的因素3、 元素的共振线、灵敏线、最后线和分析线、4、 谱线的自吸与自蚀5、 仪

16、器组成6、 定性定量分析方法（标准曲线法、内标法 、标准加入法、标准加入比较法和紧密内插法等） 教 学 要 求第31页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日1. 光谱按其谱线性状划分可分为几种类型？它们各有何用途？2.元素的分析线必定是元素的第一共振线。 （ ）3.在火焰光度分析中，狭缝大面积对准火焰，因而火焰部位对 测量信号影响不大。 （ ）4.原子发射谱线的自吸现象是基于同类原子的作用。( ）5.在原子发射光谱中，温度越高，谱线强度越大。 （ ）6. 原子荧光光谱的谱线与激发光源的谱线波长相等。( )模 拟 题型 第32页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，

17、星期日7. 原子发射谱线的自吸现象是基于 A.不同离子间碰撞 B. 外部磁场的作用 C. 外部电场的作用 D. 同类原子的作用8.发射光谱法的分析线对是 和 所组成的线对，并且通常要求必须是 线对。9. 下列元素中发射光谱最复杂的是 A.钠B.铁C.铝D. 碳10在光谱分析中，常采用内标法来消除 对测定结果的影响。 A. 光谱干扰 B. 背景干扰 C. 工作条件变化 D.读数误差 分析线内标线均称第33页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日思考题(p223：4,9,12)1、 何谓元素的共振线、灵敏线、最后线和分析线？2、何谓三标准试样法？ 3、用内标法测定试液中镁的含量。

18、用蒸馏水溶解MgCl2以配制标准镁溶液系列。在每一标准溶液和待测溶液中均含有25.0 ng.mL-1的钼。钼溶液用溶解钼酸铵而得。测定时吸取50L的溶液于铜电极上，溶液蒸发至干后摄谱，测量279.8nm处的镁谱线强度和281.6nm处的钼谱线强度，得下列数据。试据此确定试液中镁的浓度。Mg强度强度Mg强度强度ng.mL-1279.8nm281.6nmng.mL-1279.8nm281.6nm1.050.671.81.051031151.710.53.41.61.051047391.91.05102181.5分析试样2.51.8结束第34页，共36页，2022年，5月20日，20点56分，星期日三、影响火焰光度分析的因素1. 激发条件：火焰温度要适当，温度过低灵敏度下降，