《仪器分析》教案

《仪器分析》教案绪论本章是《仪器分析》课程的介绍。主要是让学生了解《化学分析》与《仪器分析》的联系与区别，仪器分析方法的分类和它的发展情况，介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进行评价的几项指标。学时计划为1学时。内容提要：仪器分析与化学分析的区别与联系、仪器分析方法的分类及发展趋势。重点难点：仪器分析方法的分类授课方式：讲授一、仪器分析和化学分析⒈化学分析定义⒉仪器分析定义⒊两者的区别在于：①检测能力②样品的需求量③分析效率④使用的广泛性⑤精确度二、仪器分析方法的分类根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为四大类⒈光学分析法以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法的变化折射、衍射等基本性质物质之后，引起反射、非光谱法：电磁波作用拉曼散射磁辐射的吸收、发射或光谱法：依据物质对电⒉电化学分析法依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法⒊色谱法以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。⒋其它仪器分析方法包括质谱法、热分析法、放射分析等。三、仪器分析的发展概述发展趋势⒈计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理自动化。⒉不同方法联用提高仪器分析的功能。⒊各学科的互相渗透第一章光学分析法基础本章是学习光学分析法之前应具备的基础知识。主要介绍光的波粒二象性，原子光谱和分子光谱基础知识。在介绍电磁辐射基础上重点讲解能级跃迁图。本章计划学时为1学时。第一节电磁辐射的性质一、电磁辐射的性质电磁辐射具有波动性和粒子性。⒈波动性电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，可以用频率(υ)、波长(λ)和波数(δ)等波参数表征。掌握频、波长、波数的定义及之间的关系。⒉微粒性普朗克方程Echh(1－1)该方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系起来，二、电磁波谱按照波长的大小顺序排列可得到电磁波谱，不同的波长属不同的波谱区，对应有不同的光子能量和不同的能级跃迁。能用于光学分析的是中能辐射区，包括紫外、可见光区和红外区。第四节原子光谱和分子光谱内容提要：原子光谱项、原子光谱能收图及原子光谱选择定则，分子光谱能收分子吸收光谱和分子发光光谱重点、难点：原子光谱项、分子光谱能及跃迁图授课方式：讲授一、原子光谱原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁⒈核外电子的运动状态原子接到电子的运动状态可以用主量数ｎ、角量子数ｌ2、磁量子数ｍ和自旋量子数ｓ来描述。⒉光谱项原子的能量状态需要用n.L.S.J四个量子数为参数的光谱项来表征。N为主量子数，L－总轨道角量子数，S－总自旋量子数，J－内量子数原子能级光谱项用Ln1s2表示光谱支项用J1s2Ln表示⒊原子能级图把原子可能存在的光谱项及能级跃迁用图解的方式表示出来就得到原子能级图。谱线波长取决于两能级的能量差，不同能级之间跃迁产生的原子光谱是波长确定，相互分隔的谱线，所以原子光谱是线状光谱。⒋光谱选择定则只有符合光谱选择定则的跃迁才是允许的：1L，0s，0J，1⒌原子光谱⑴原子发射光谱：处于激发态原子不稳定，当返回基态或较低能态时而发射出特征谱线。⑵原子吸收光谱：当光辐射通过基态原子蒸气时，原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射，原子基态跃迁到较高能态。⑶原子荧光光谱：气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁到激发态，再通过辐射跃回到基态或较低的能态产生的二次光辐射。三、分子光谱⒈分子光谱分子光谱产生于分子能级的跃迁，分子能级中的电子能级，分子的振动能级以及转动能级。⒉分子吸收光谱和分子发光光谱。⑴分子吸收光谱：分子对辐射的选择性吸收由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分子光谱。如紫外——可见吸收光谱，红外吸收光谱。⑵分子发光光谱化学发光电致发光光致发光：荧光、磷光⑶拉曼光谱：入射光子与溶液中试样分子间的非弹性碰撞，发生能量交换，产生与入射光频率不同的散射光。第二章原子发射光谱分析法本章地位：原子发射光谱分析法在发现新元素和推动原子结构理论的建立方面曾做出过重要贡献，在各种无机材料的定性、半定量及定量分析方面也曾发挥过重要作用。近20年来，由于新型光源、色散仪和检测技术的飞速发展，原子发射光谱分析法得到更广泛的应用。学习中应使同学们了解本章知识理论及应用在光分析法中的重要地位。本章内容：本章主要讲述原子发射光谱法的基本原理、基本仪器以及光谱定性、半定量及定量分析的方法和应用。讲解思路：首先介绍原子发射光谱的产生、元素的原子和离子所产生的原子线和离子线都是该元素的特征光谱。谱线的波长λ和强度I是本法对物质进行定性分析和定量分析的依据。之后详细介绍原子产生特征光谱的机理以及影响谱线强度的定义这是本章的重点内容。介绍原子发射光谱仪器时首先介绍三部分框架，再介绍每部分的具体构成和重点元件，如ICP光源和光栅色散原理。最后介绍原子发射光谱的定性、半定量及定量分析方法，其中摄谱法中的乳剂特性曲线，及定量分析中的内标法原理是本章的重难点。课时分配：6学时。第一节基本原理内容提要：主要介绍原子发生光谱的产生，物质受到外界能量的作用，基态原子被激发到激发态，激发态很不稳定，在10－8时间内，返回到基态，所受能量以光辐射形式释放产生原子发射光谱。λ=EhCEEhc12λ——元素的特征波长E2、E1分别为高能级和低能级能量谱线的强度影响谱线强度的因素，从上式可知主要有4种因素一一进行分析。重点：谱线的波长和强度是两个重要的参数。授课方式：讲授、挂图。第二节分析仪器内容提要：原子发射光谱法所用仪器通常包括激发光源、分光系统、及检测系统三部分。激发光源主要有直流电弧、低压交流电弧、高压电容火花及新型光源ICP。各种光源有其不同的性能（激发温度、蒸发温度、热性质、强度、稳定性等）可供各类试样选择。相比之下，ICP由于热稳定性好，基体效应小，检出限低，线性范围宽而被公认为最具活力、前途广阔的激发光源。分光系统中主要是分光元件，现代仪器多用光栅作分光元件，需介绍光栅分光原理、分光性能（色散率、分辨率）检测系统有摄谱法、光电直读法，分别介绍各自的原理和性能。重、难点：ICP光源的结构、原理、分析性能是重点，平面反射闪耀光栅的分光原理及结论也较重要。摄谱法中的感光板的乳剂特性曲线及光电光谱法中电压与谱线强度的关系较难理解，详细介绍。授课方式：讲授、挂图。第三节分析方法内容提要：在原子光谱分析中，根据谱线的波长进行定性分析，根据谱线的强度进行定量分析。主要介绍定性及半定量分析方法。首先介绍光谱定量分析的基本原理，导出定量分析基本关系式I=aC，取对数lgI=blgC+lga这是光谱定量分析的基本公式。此种方法为绝对强度法，实验中不可能保证a为一常数，所以一般分析时不用谱线的绝对强度而用相对强度。引出内标法定量分析原理。内标法：在同一试样中在分析线对基体元素中选一内标线线被分析元素中选一分析测定分析线对的强度比R~lgC作校正曲线，所求的元素含量消除了实验条件的影响。内标法的使用必须注意分析线对的正确选择。重难点：（1）内标法定量分析原理（2）摄谱法：分析线对的黑度差ΔS与试样中被测元素含量的对数值lgC成线性关系ΔS＝rblgC+rlgA（3）光电直读光谱法：测量分析线对积分电容器的充电电压就可直接求出被测元素含量。AlgClgbUUlg21授课方式：讲授、挂图第三章原子吸收与原子荧光光谱法本章地位：本章内容在仪器分析课程中是较为重要的一章内容，由于该分析方法具有灵敏度高、抗干扰能力强、精密度高、选择性好、仪器简单、操作方便等特点。自20世纪60年代以后，原子吸收光谱分析法得到迅速发展，应用极为普及，所以有关本方法的理论课程也非常重要。本章内容：主要介绍原子吸收光谱法的基本原理、基本仪器装置、定量分析方法，并简介原子荧光光谱法。讲解思路：在本章之前已分别介绍了紫外－可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、原子发射光谱法等多种光谱法，所以需先将原子吸收光谱法与其它光谱法作大致比较，找出相同点与不同点。再介绍原子吸收光谱法的特点。原子吸收光谱的原理是本章的难点，里面涉及到一些较难的概念，如吸收线的轮廓与变宽、积分吸收测量法、峰值吸收测量法等需重点讲解。原子吸收光谱仪首先介绍框架图，再介绍各部分功能与原理、原子吸收光谱法的干扰虽比发射光谱少但仍存在有时甚至较严重，所以，需介绍干扰效应的类型、本质及消除方法。原子吸收光谱定量分析方法中，灵敏度和检测限两项评价指标是难点，应适当举例介绍。学时分配：5学时第一节原子吸收光谱法的基本原理内容提要：首先介绍原子吸收线的产生。当基态原子吸收了一定辐射能后，基态原子被激发跃迁到不同的较高能态，产生不同的原子吸收线。原子吸收光谱分析法是基于元素的基态原子蒸气对同种元素的原子特征谱线的共振吸收作用来进行定量分析的。无论是原子发射线还是原子吸收线都不是一条严格的几何线，谱线有一定的轮廓，在一定条件影响下，谱线会变宽。介绍谱线变宽因素。吸收线变宽主要受ΔλD和ΔλL影响，锐线光源发射线变宽受ΔλD和自吸变宽的影响。在分析中，谱线的变宽往往会导致原子吸收分析的灵敏度下降，所以要求控制外界条件影响。对发射线尤其要保证是锐线光源，以使吸收完全。重、难点：（1）基态原子数与原子化温度服从波兹曼公式KTEjePoPjNoNj关键在于No的产生（2）积分吸收与No的关系NofmCedk2vv（3）峰值吸收与被测定元素含量的关系vvodkvb2KKNoKo峰值测量可依据LCKAeIIIIlgALKvvvov＝　　　　授课方式：讲授、挂图第二节原子吸收光谱法的仪器装置内容提要：原子吸收光谱仪主要由锐线光源、原子化器、分光系统、检测系统和电源同步调制系统五部分组成。产生原理（1）光源——空心阴极灯产生锐线光源影响因素特点（2）原子化器　　　原子化、除残。燥、灰化、、电源。测定过程：干无火焰：石墨管、炉体、燃烧器、火焰火焰：喷雾器、雾化室质尤其是火焰的组成和性求应介绍对每一部分的要（3）单色器狭缝宽度取决于光强度分辨率在AAS中以单色器的通带表示狭缝宽度。通带——光线通过出射狭缝的谱带宽度。（4）检测系统：包括光电倍增长、检波放大器、读数装置注意介绍：放大器采用和空心阴极灯同频率的脉冲或方波调制光源，以避免火焰发射产生的直流信号对测定的干扰。重点：光谱通带的概念和作用授课方式：讲授、挂图第三节原子吸收光谱定量分析内容提要：原子吸收光谱定量分析方法有标准曲线法和标准加入法。重、难点：元素的特征浓度Cc、特征质量（mc）和检出限（D）是评价原子吸收光谱分析仪器和分析方法的重要指标。%)1/mLg(A0044.0C1sc%)1/g(A0044.0vmsc)mLgA3D1s（)gA3mD（授课方式：讲授第四节原子荧光光谱法指导学生了解原子荧光光谱法的基本原理、仪器装置以及定量分析方法。第四章紫外、可见吸收与分子荧光光谱法第一节紫外、可见吸收光谱法概述内容提要：介绍紫外－可见吸收光谱法的基本概念。紫外－可见吸收光谱法是根据溶液中物质的分子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法。也称作紫外和可见吸收光度法，它包括比色分析和紫外－可见分光光度法。第二节有机物与无机物的紫外、可见吸收光谱内容提要：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。无机化合物和有机化合物吸收光谱的产生本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。有机化合物吸收可见光或紫外光，σ、π和n电子就跃迁到高能态，可能产生的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*。各种跃迁所需要的能量或吸收波长与有机化合物的基团、结构有密切关系，根据此原理进行有机化合物的定性和结构分析。无机络合物吸收带主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁而产生的。电荷转移跃迁的摩尔吸收系数很大，根据朗伯－比尔定律，可以建立这些络合物的定量分析方法。重、难点：分子的电子能级和跃迁生色团的共轭作用d-d配位场跃迁金属离子影响下的配位体π－π*跃迁。授