仪器分析1

全谱直读发射光谱仪（美）
日立F 4500荧光光谱仪 日立F-4500荧光光谱仪
扫描俄歇微探针
四圆X 四圆X射线衍射仪
电子顺磁共振仪
荧光光谱仪LS荧光光谱仪LS-50B
三、仪器分析的特点和应用原则
仪器分析的主要优点如下： 仪器分析的主要优点如下： 1、 灵敏度极高； 灵敏度极高； 2 、选择性好，适于复杂组分试样的 选择性好， 选择性好 分析； 分析； 3 、分析迅速，适于批量试样的分析； 分析迅速， 分析迅速 适于批量试样的分析； 4、 适于微量、超痕量组分的测定； 、 适于微量、超痕量组分的测定； 5、 能进行无损分析； 能进行无损分析； 5 、组合能力和适应性强，能在线分析； 组合能力和适应性强， 组合能力和适应性强 能在线分析； 6 、数据的采集和处理易于自动化和智 数据的采集和处理易于自动化和智 能化。 能化。
∆E = h⋅ν = h⋅
c
λ
3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。 电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波 射线→ 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→
波长 高能辐射区 γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁 能量最高， χ射线 来自内层电子能级的跃迁 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 长
二、仪器分析的内容与分类
化学分析 Chemical Analysis
分析化学{
仪器分析 Instrumental Analysis 仪器分析（instrumental analysis）： 用精密分析仪器 精密分析仪器测量物质的某些物理或物 精密分析仪器 理化学性质以确定其化学组成、含量及化学 结构的一类分析方法，又称为物理和物理化 学分析法。
吸 M + hν 收辐射能量→M*
→吸收光谱
基态
光
激发态
例：原子吸收光谱，分子吸收光谱 原子吸收光谱，Leabharlann §7-2 原子发射光谱分析原理
一、原子发射光谱的产生 物质通过电致激发 热致激发或光致激发等激发过 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 电致激发、 程获得能量，变为激发态原子或分子M* 程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态 过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* → M + hv 通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强 度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光 谱分析法，波长范围一般在190~900nm。 谱分析法，波长范围一般在190~900nm。
一般情况下，原子处于基态，在激发光源作用下，原子获 一般情况下，原子处于基态，在激发光源作用下， 得能量， 得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态 ，约经 外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁， 10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能 量的发射可得到一条光谱线。 量的发射可得到一条光谱线。 原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能 量称为激发电位 激发电位(Excitation potential)。 量称为激发电位(Excitation potential)。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由激发态 向基态跃迁所发射的谱线称为共振线( line)。 向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线 具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。 具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱。由于离 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱。 子和原子具有不同的能级， 子和原子具有不同的能级，所以离子发射的光谱与原子发射的光 谱不一样。每一条离子线都有其激发电位。 谱不一样。每一条离子线都有其激发电位。这些离子线的激发电 位大小与电离电位高低无关
四、仪器分析课的学习要求
1、要求大家掌握所学仪器分析方法的基 本原理、基本概念、基本方程式的推导计算、 仪器的基本结构与各部件作用。能了解该方 法的优、缺点，能根据对实际样品的分析要 求正确选择相应的仪器分析方法。 2、要求独立、按时、按量完成布置的作 业。由于作业成绩会以一定比例计入最后成 绩，所以希望大家作好作业。 3、仪器分析实验课是本门课程的重要组 成部分，它的成绩也要计入最后成绩，所以 大家要重视实验报告的规范性。
仪器分析
INSTRUMENTAL ANALYSIS
主讲：孙建华
Tel.0931Tel.0931-3359666 E-mail: MaYJ@
第一章
绪
论
一、分析化学的发展 分析化学是一门信息科学，它的基本 分析化学是一门信息科学，它的基本 目的是研究如何获取有关物质系统化学成 分与化学结构方面定性、定量的相关信息 ，它对化学科学发展的贡献极大，甚至被 有些人称为 “现代化学之父”。分析化 “现代化学之父”。分析化 学的发展历史上已出现过三次巨大变革：
第一章
原子发射光谱分析
(Atomic Emission Spectrometry, AES)
§7-1 光学分析概述 一、电磁辐射和电磁波谱 一、电磁辐射和电磁波谱
1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它 是检测物质内在微观信息的最佳信使 是检测物质内在微观信息的最佳信使。 最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交 换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式：
仪器分析方法分类
根据用以测量的物质性质 物质性质，仪器分析方法主要分为以下几类: 物质性质
方法分类
光谱分析
电化学分析 色谱分析 热分析 质量分析
主要分析方法 发射光谱分析、 发射光谱分析、火焰光度分析 分子发光分析法、放射分析法 分子发光分析法 放射分析法 紫外-可见分光光度法 紫外 可见分光光度法 原子吸收分光光度法 红外光谱法、 红外光谱法、核磁共振波谱法 比浊法、 比浊法、拉曼光谱法 折射法、 折射法、干涉法 X-射线衍射法、电子衍射法 射线衍射法、 射线衍射法 圆二色谱法 电位法 电导法 极谱法、溶出伏安法 极谱法 溶出伏安法 气相色谱法、液相色谱法 气相色谱法 液相色谱法 薄层色谱法 热导法、 热导法、差热分析法 质谱法
二、光学分析法及其分类 光学分析法可分为：Spectrometric method 和non-spectrometric method两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质 内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸 收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。AE、AA
非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 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、χ 分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法 按能量交换方向分 按作用结果不同分 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱→ 原子光谱→线状光谱 分子光谱→ 分子光谱→带状光谱 区别：
被测物理性质 辐射的发射 辐射的吸收
辐射的散射 辐射的折射 辐射的衍射 辐射偏振方向的旋转 电极电位 电导 电流-电压 两相间的分配 热性质 质荷比………
ICP质谱仪 ICP质谱仪
岛津GC岛津GC-2010
HP-1100液相色谱仪 HP-1100液相色谱仪
X射线光电子能谱仪
X射线荧光仪
UV-vis光谱仪 UV-vis光谱仪
光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/ 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/ 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
三、发射光谱与吸收光谱
发 M* 光→释放能量→M + hν
激发态
基态
光
→发射光谱
例：γ 射线；x 例：γ-射线；x-射线；荧光
二、热平衡态与原子布居数目 玻尔兹曼关系式：
此关系式表明激发温度越高、元素的激发 电位越低，则原子光谱线就越强；且特征发射 光谱线的强度与基态原子浓度呈正比关系。
三、谱线的自吸与自蚀(self-absorption and 谱线的自吸与自蚀(selfselfself-reversal of spectral lines) 在一般光源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b 一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b的温度较 低。由弧焰中心发射出来的辐射光，必须通过整个弧 焰才能射出，由于弧层边缘的温度较低，因而这里处 于基态的同类原子较多。这些低能态的同类原子能吸 收高能态原子发射出来的光而产生吸收光谱。原子在 高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状 态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称 为自吸现象。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐 自吸现象。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐 自蚀。 射将完全被吸收，这种现象称为自蚀 射将完全被吸收，这种现象称为自蚀。
1、19世纪末→20世纪初叶：由“技 19世纪末→20世纪初叶：由“技 艺”上升到科学理论，标志工具 艺”上升到科学理论，标志工具 天平的使用。 是：天平的使用。
2、20世纪四十年代→ 20世纪八十年代： 20世纪四十年代→ 20世纪八十年代： 由“分析技术科学”上升到“化学信息科 学”。标志工具是 大量电子分析仪器、 学”。标志工具是：大量电子分析仪器、 标志工具是： 仪表的使用。 仪表的使用。 3、20世纪八十年代→ 21世纪初：由“化 20世纪八十年代→ 21世纪初：由“化 学信息科学”上升到“系统信息科 学” 。标志工具是：微型计算机控制 标志工具是： 的现代智能型分析仪器的大量使用。 的现代智能型分析仪器的大量使用。 现代分析化学是一门崭新而年轻的学科， 现代分析化学是一门崭新而年轻的学科， 它属于与数学、电子学、物理学、计算机科学、 它属于与数学、电子学、物理学、计算机科学、 现代信息技术科学交叉发展的新学科。 现代信息技术科学交叉发展的新学科。