《仪器分析》课程PPT分析

第五章
红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy
第二节：红外产生的原理和条件 第三节：红外光谱仪 第四节：定性与定量分析
一. 红外光谱区的划分
A. 近红外区 0.78 - 2.5 um (780 nm – 2500 nm)
B. 中红外区 2.5 – 25 um（4000cm-1~400cm-1） C. 远红外区 25 - 1000 μm
二、能级及电子在能级间的跃迁
原子光谱： 电子能级跃迁 —— 线状光谱
分子光谱： 电子能级跃迁 振动能级跃迁 —— 带状光谱 转动能级跃迁
物质发光的几种形式
物质散射光的几种形式
三、光谱仪
例题2： 光谱仪一般由几部分组成？它们的作用分别是什么？
参考答案： （1）稳定的光源系统—提供足够的能量使试样蒸发、原子化、 激发，产生光谱； （2）试样引入系统； （3）波长选择系统（单色器、滤光片）—将复合光分解成单 色光或有一定宽度的谱带； （4）检测系统—是将光辐射信号转换为可量化输出的信号； （5）信号处理或读出系统—在显示器上显示转化信号。
n3 n1 3 U 1 n4 n5 2n6 Cn4 Hn1On2 Nn3 Pn5Sn6 2 2 n n Cn4 Hn1On2 U 1 n4 3 1 注意：二价的O、S不 2 参与计算
当U=0时，分子是饱和的，应链状烃及其不含双键的衍生物。 当U=1时，可能有一个双键或脂环； 当U=2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键； 当U≥4时，可能含有苯环等。
中红外光谱分为：基团频率区（官能团区）和指纹区。
二、红外吸收产生的原理与条件
条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所
需能量相等。（刚好满足振动跃迁） 条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 （偶极矩发生变化）
z
三.
振动自由度的计算
y
对于由N个原子组成的分子： 3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度 振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度 由N个原子组成的分子：平动自由度=3
对数转 换或不 转换
模拟或数 字，微机 处理与否
光源
单色器
比 色 皿
检测器
放大器
显示
稳压电源
例题5：单光束、双光束、双波长分光光度计在光路设计上 有什么不同？ 参考答案： （1）单光束分光光度计：经单色器分光后的一束平行光， 轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定； （2）双波长分光光度计：由同一光源发出的光被分成两束， 分别经过两个单色器，得到两束不同波长（λ1和λ2）的单 色光，利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收 池； （3）双光束分光光度计：在单色器的后面放置切光器，将 光分为两路强度相同的两部分，分别通过参比和样品溶液测 定。
载体 固定液 固体固定相 液体固定相
第四节：毛细管气相色谱 毛细管气相色谱与填充柱气相色谱仪的比较 P253
高效液相色谱（HPLC）
一、概述 二、HPLC的类型及类型的选择 三、HPLC仪器
一、HPLC与GC的比较
共同点：
•色谱的基本理论一致 •定性和定量原理一样
不同点：
•流动相的差异[液体（多）——载气（少）] •固定相的差异 •使用范围 [HPLC:80%——GC:20%] •仪器的差异
0.467 3.64 10 4 cCo 5.52 10 3 cNi 0.374 1.24 10 3 cCo 1.75 10 4 cNi
第四章
原子吸收分光光度法
第二节：基本原理 第三节：AAS分光光度计 第四节：分析技术 第五节：干扰和消除
一. 基本原理
例6：原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸
二、色谱图中一些重要参数
1.基线 （操作条件稳定后，无样品通过时的响应信号。） 2.保留时间（死时间t0 、保留时间tR、调整保留时间tR’ ） 3.峰宽（半峰宽、峰底宽、标准偏差）
三、色谱分离中的一些重要参数
1、相对保留值relative retention (α) 亦称选择性因
α＝ t ' R2/ t ' R1
1、灵敏度
（1）特征浓度
c0=cx×0.0044/A
（2）特征质量
m0=cx×Vx×0.0044/A
吸光度在0.15-0.8范围内，灵敏度较好。
P71
第8-10题
四、干扰及其消除
干扰主要表现在二个方面 A.其它谱线干扰分析线,如光谱干扰和背景干扰
B.干扰待测元素的原子化程度,如化学干扰、电离
干扰和物理干扰。
收光谱分析有什么影响？
其主要因素影响分别如下：
① 自然宽度
② 多普勒变宽
③ 洛仑兹变宽
④ 霍尔兹马克变宽 ⑤ 场致变宽
⑥ 自吸变宽
二. 分光光度计
例7： 画出原子吸收分光光度计的结构框图，并简 要叙述各部分的作用。
参考答案：结构框图如下所示： 锐线 光源 原子 化器 计算机 工作站
单色器Baidu Nhomakorabea
检测器
三、分析方法评价
2. 多组分普通的分光光度法
A 1 c1l 2c2l
(nm) Co Ni 510 3.64×104 5.52×103 656 1.24×103 1.75×104
将0.376g土壤样品溶解后定容至50ml，取25ml试液进行处理，以除去
干扰元素，显色后定容至50ml，用1cm吸收池在510nm处和656nm处分别 测得吸光度为0.467和0.374，计算土壤样品中钴和镍的质量分数。
2、容量因子capacity factor (k')
容量因子亦称容量比，分配比或质量分配比。是指 平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比。
k' ＝ws/wm= CsVs/CmVm=tR’/t0
3、塔板数number of plates（N） 组分在柱中固定相和流动相中反复分配平行的次 数。N越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互 作用力越显著，柱效越高。
u opt B 0.024 0.77cm / s C 0.040
例13：一色谱柱的效率相当于4.2×103个理论塔板数，对 于十八烷和2-甲基十七烷的保留时间分别为15.05和 14.82min。试问： （1）该柱能将这个化合物分离到什么程度？
（2）若保留时间不变，分离度要达到1.0，需要理论塔板 数多少？

试推断化合物C8H7N的结构
第六章 色谱分析导论
第一节 色谱法概述 第二节 色谱分离过程 第三节 色谱学的重要参数 第四节 色谱学理论基础
一、色谱法的分类
1、按流动相及固定相的状态分类 2、按固定相形状分类 3、按色谱过程的物理化学机理分类 (1)吸附色谱：吸附力的不同 (2)分配色谱：利用组分在液相中的溶解度不同， (3)离子交换色谱：利用离子交换原理进行分离 (4)排阻色谱: 利用分子大小不同而进行分离的色谱。
例14：什么是程序升温，为什么采用程序升温？对色谱仪 有何特殊要求？
解：在色谱分离过程中，按一定的加热速度使柱温随
时间呈线性或非线性增加，使混合物中各组分能在最佳温 度下洗出色谱柱，这种方法称为程序升温气相色谱。对于
宽沸程的混合物，由于低沸点组分因柱温太高使色谱峰窄，
互相重叠，而高沸点组分又因柱温太低，洗出峰很慢，峰 形宽且平，有些甚至不出峰，对于这类样品特别适宜用程 序升温分析。它改变的是柱温，需要温控精度高，同时随 着温度升高，柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为 保持载气流量恒定，需要在稳压阀后接稳流阀。
三、定性与定量分析应用
1、朗伯-比尔定律
A＝ Kcl 或A=εcl
A为吸光度；c溶液的浓度； l光程长度
K为吸光系数；当溶液浓度为mol/L 时， K称为摩 尔吸光系数，单位为L/mol .cm
吸光度与透射率的关系：
A = lg(I0/It) = lg(1/T) = —lgT = Kcl
T值为0％至100％内的任何值。 A值可以取任意的正数值。
三、 HPLC仪器 流程及主要部件
（一）流动相输送系统 （二）进样系统 （三）色谱分离系统 （四）检测系统
（五）数据记录处理系统
程序升温与梯度洗脱的异同？
3. 解：相同点：缩短分析时间，提高柱效，改善峰形，使各组分得到良 好的分离，避免漏检和误检并提高定量的准确度。 不同点：程序升温改变的是柱温，需要温控精度高，同时随着温度升高， 柱内阻力不断增大，载气流量不断变化。为保持载气流量恒定，需要在 稳压阀后接稳流阀。当流动相和固定相没有发生变化时，分配比的变化 是通过温度变化引起的。梯度洗脱通过改变流动相组成增强或减弱洗脱 能力，需要梯度设置将多种溶剂按一定比例混合后进行梯度洗脱或采用 多泵系统，一般柱温保持恒定。同时，进行梯度洗脱之后更换流动相需 要较长平衡时间，因为要使多孔固定相微孔内外成分达到一致。程序升 温后的降温可以比较快速达到。 梯度洗脱与气相色谱的程序升温十分相似，两者的目的相同，不同 的是程序升温是通过程序改变柱温，而液相色谱是通过改变流动相的组 成、极性、PH来达到改变k的目的。
（3）在分离度为1.0时，若塔板高度为0.10mm,应采用多 少柱长？
四、色谱学基础理论

塔板理论

速率理论
第七章 气相色谱 Gas Chromatography
第一节：气相色谱仪 第二节：检测器 第三节：填充柱气相色谱 第四节：毛细管柱气相色谱
第一节、气相色谱仪的组成
六大系统组成：
气路系统； 进样系统； 分离系统； 检测系统； 记录和数据处理系统； 温度控制系统。
N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)2
4、分离度resolution （R） 分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。
例12：若用He为载气，Van Deemeter 方程中， A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s试求：
（1）最小塔板高度
（2）最佳线速
H min A 2 BC 0.080 2 0.024 0.040 0.144
例题3： 在下列化合物中，哪一个的摩尔吸光系数最大？
（1）乙烯；（2）1,3,5-已三烯；（3）1,3-丁二烯
例题4： 下列化合物中哪一个的λmax 最长？ （1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2
二、紫外-可见分光光度计
钨灯卤素 灯或氘灯
棱镜或光 栅，玻璃 或石英
玻璃或 石英比 色皿
光电管 或光电 倍增管
第三章
紫外可见吸收光谱法
Ultraviolet Visible Spectrophotometer
第一节：紫外-可见吸收光谱法的原理 第二节：紫外-可见分光光度计 第三节：定性与定量分析应用
一、紫外-可见吸收光谱法的原理
1、分子的电子能级和跃迁
σ →σ*，σ→π* ， π→σ*, π→π* , ｎ→σ*， ｎ→π*
(1) 存在没有偶极矩变化的振动模式 (2) 存在能量简并态的振动模式 (3) 仪器的分辨率分辨不出的振动模式 (4) 振动吸收的强度小，检测不到 (5) 某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。
光谱解析步骤
（1）收集样品的有关资料和数据：了解试样来源；
测定试样的物理常数如熔点、沸点、折光率、旋光率等， 作为定性分析的旁证； （2）根据分子式，计算未知物的不饱和度
仪器分析复习课
第二章：
光学分析导论
第一节： 光的性质 第二节： 能级及电子在能级间的跃迁 第三节： 光谱仪器
一、光的性质（P8）
描述波动性的参数： 波长（λ） 频率（ν） 波速（ c ） 描述微粒性的参数： 能量（E）
E = hυ = h c /λ
例题1：对下列单位进行换算： （1）150pm Z射线的波数（cm－1） （2）Li的670.7nm谱线的频率（Hz） （3）3300 cm－1波数对应的波长（nm） （4）Na的588.995nm谱线相应的能量（eV）
检测器：
（一）热导池检测器 (Thermal conductivity detector, TCD) （二）氢火焰离子化检测器
（Flame ionization detector , FID）
（三）电子捕获检测器 (Electron capture detector ECD)
第三节：填充柱气相色谱
2、概念（生色团、助色团、红移、蓝移、增色 效应、减色效应） 3、吸收带类型（R带、B带、K带、E带）
4、影响吸收带的因素
A. 共轭效应（conjugation effect ) B. 助色效应 C. 溶剂效应（solvent effect）
n→π* transition: blue shift with the increase in solvent polarity π→π* trasnsition: red shift with the increase in the solvent polarity
x
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2
由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3 线 形 分 子：振动自由度= 3N-5 非线形分子：振动自由度= 3N-6
例11：苯的简谐振动的自由度为30；再考虑到倍 频、组频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的 红外吸收峰应该非常多。 实际上大多数红外吸收光 谱图上的吸收峰数目小于理论数目。为什么？