浙江大学《普通化学》笔记和课后习题(含考研真题)详解(仪器分析基础)【圣才出品】

第9章仪器分析基础

9.1 复习笔记

一、概述

1．分析化学

（1）定义

分析化学是指研究测量物质的组分构成、存在方式及含量等，获得其化学组成和结构信息的学科。

（2）研究内容

①分析化学研究测量物质的组成、含量和结构。

②分析化学可分为定性分析、定量分析和结构分析三个层次。

2．分析化学的分类

（1）化学分析

①定义

化学分析是指基于试样的化学反应以及反应物间的定量关系达到分析目标的方法。

②分析方法

包括质量分析和容量分析，分别通过测定相关物质的质量和体积进行分析。

（2）仪器分析

①定义

仪器分析是指使用仪器研究试样的性质达到分析目标的方法。

②分析方法

光谱分析、电分析、质谱分析、色谱分析等。

二、原子发射光谱分析

1．原子光谱

（1）原子发射光谱分析的定义

原子发射光谱分析是指测量物质中原子或离子受到能量激发后发射出的特征电磁辐射的频率和波长，分析物质中元素的种类和含量的分析方法。

（2）原子光谱的定义

原子光谱是指电磁波频率范围为200～750nm的外层电子跃迁能量，按波长顺序排列的非连续的线状光谱。

2．定性和定量分析

（1）元素的定性分析

元素的定性分析是指通过测量元素的原子发射光谱，根据特征谱线判断试样中元素种类的方法。

（2）元素的定量分析

元素的定量分析是指在固定的条件下，通过比较同一谱线的强度分析试样中元素的含量的方法。

3．仪器装置

原子发射光谱仪的仪器装置由激发光源、分光系统和检测器组成。

（1）激发光源

激发光源的作用是使试样蒸发解离形成气态原子，并将气态原子的电子激发到高能级状

态。

（2）分光系统

分光系统是指将光源发射的光束，按波长大小分开的装置，分为有棱镜分光或光栅分光两种类型。

（3）检测器

检测器的作用是接收试样辐射的电磁波，将其转变为电信号并记录。

三、紫外-可见吸收光谱分析

1．紫外-可见吸收光谱

（1）定义

紫外-可见吸收光谱是指测量分子对紫外可见光的吸收得到的光谱。

（2）产生机理

①分子中电子的跃迁、成键原子的相对振动、分子绕质心的转动，伴随着分子的能级跃迁。分子从低能级跃迁到高能级，物质就吸收相应能量的电磁波。

②电子跃迁、振动、转动的能级跃迁，所吸收的电磁波分别在紫外区域、可见光区域和红外光区域。

③测量发生能级跃迁时物质对紫外或可见光的吸收，得到紫外-可见光谱；测量发生能级跃迁时物质对红外光的吸收，得到红外光谱。

（3）最大吸收波长

①定义

最大吸收波长是指光谱中光被吸收得最多的波长，用λmax表示。

②特点

同一种物质不同浓度的溶液，吸收光谱中最大吸收波长相同，但是被吸收的光的强度不同。溶液浓度越大，被吸收掉的光强度越大。

2．分光光度法

（1）分子吸收分光光度法分析原理

分子吸收分光光度法是应用分光仪器，将包含多种波长电磁辐射的复合光，色散成各种单一波长的单色光，从中选择可被待测物质吸收的单色光照射待测物质，测量从溶液中透射的光的强度，经过计算确定被测物质的浓度。

（2）朗伯-比尔定律

溶液的吸光度与溶液浓度及液层厚度的乘积成正比：A＝Kbc。式中，k为比例系数，b 为液层厚度，c为溶液浓度。

3．仪器装置

紫外-可见分光光度仪的主要组件：光源、分光系统，吸收池、检测显示装置等。

（1）光源

光源提供一定波长范围的电磁辐射，须具有足够的输出功率和稳定性。可见光区域采用钨灯或卤素灯；紫外光区域常采用氢灯或氘灯。

（2）分光系统

将光源复合光色散成单色光。

（3）吸收池

又称比色皿，用来盛放试样溶液。在可见光范围内使用光学玻璃，在紫外光范围内使用石英。

（4）检测显示装置

检测时利用光电效应，将投射光强度转换成电讯号。

4．定量分析方法 采用标准曲线法，以标准品配制一系列浓度梯度的标准溶液，测定吸光度，绘制吸光度-浓度曲线。

5．紫外-可见分光光度分析应用实例

双波长光度法同时测定金和银。

四、红外光谱分析

1．红外光谱

（1）红外吸收光谱的定义

红外吸收光谱是指物质分子对不同波长红外辐射的吸收所构成的光谱。 （2）红外光谱分析法的定义

红外光谱分析法是指用具有红外连续波长辐射的光源照射试样，记录试样的红外吸收光谱，进行定性、定量分析的方法。

（3）红外光谱区域

按红外光的波长不同将红外光谱分为三个区域，如表9-1-1所示。

表9-1-1 红外光谱区域表

（3）红外光谱的表示公式

1

v c

σλ== 式中，波数σ（cm -1）表示吸收波的频率；λ表示波长；v 表示频率；c 表示光速。

（4）分子振动模式

对称伸缩振动、不对称伸缩振动、变形振动。

2．红外光谱分析仪的种类

（1）色散型红外光谱仪

色散型红外光谱仪主要包括光源、试样吸收室、分光系统、检测器和数据处理显示装置。

（2）干涉型红外光谱仪

干涉型红外光谱仪又称傅里叶变换红外光谱仪，主要部件包括光源、迈克尔干涉仪、试样吸收室、检测器和数据处理显示装置等。核心部件为迈克尔干涉仪。干涉型红外光谱仪有成为发展主流的趋势。

3．定性和结构分析

红外光谱定性和结构分析的特点：

①红外光谱分析时，固体试样常与无机盐（纯KBr）混匀压片，然后直接进行测定。

②通过测定某波长下物质的红外吸收光度值，可进行物质的定量分析。

③红外吸收光度主要用于物质定性和结构分析，较少用于定量分析。

4．红外光谱分析的应用实例

红外光谱分析用于反应产物的判断。

五、电位分析

1．电位分析原理

（1）电化学分析法

①定义

电化学分析法是指应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质的电化学性质测定物质