您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 人事档案/员工关系 > 《无机与分析化学基础》第十六章:仪器分析法概论
第十六章仪器分析法概论学习目标:1.了解色谱分析法的分类、基本概念、色谱分析的基本原理。2.理解气相色谱法、薄层色谱法和高效液相色谱法及其应用。3.掌握紫外及可见分光光度法的原理,朗伯-比尔定律。4.掌握常用分析仪器的基本操作。19:46第一节仪器分析法概述一、仪器分析的定义和任务•定义:仪器分析法是通过测定物质的光、电、热、磁等物理化学性质来确定其化学组成、含量和化学结构的分析方法,需要采用比较复杂或特殊的仪器设备。19:46一、仪器分析的定义和任务•分类:•按分析任务可分为分离分析、成分分析、结构分析和表面分析。•按分析原理可分为电化学分析法、光学分析法、色谱分析法、和其它分析法。19:46仪器分析电化学分析法光分析法色谱分析法热分析法分析仪器联用技术质谱分析法19:46电化学分析方法的分类电化学分析法电位分析法电解分析法伏安分析法库仑分析法极谱分析法电导分析法19:46色谱分析方法的分类色谱分析法气相色谱法薄层色谱法液相色谱法离子色谱法电色谱法排阻色谱法19:46光分析方法的分类光分析法原子吸收法红外光谱法原子发射法核磁共振法荧光光谱法紫外可见法19:46其他分析方法的分类其他分析法质谱分析法联用技术热分析法19:46特点:1.灵敏度高,大多数仪器分析法适用于微量、痕量分析。2.取样量少,仪器分析试样常在10-2g~10-8g。3.在低浓度下的分析准确度较高。4.快速,某些仪器进行的项目检验在1分钟内可出结果。5.可进行无损分析,有时可在不破坏试样的情况下进行测定。6.能进行多信息或特殊功能的分析。7.专一性强。8.便于遥测,可作即时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控制。9.操作较简便。10.仪器设备较复杂,价格较昂贵。19:46•分析化学的三个发展阶段,三次变革。•阶段一:二十世纪初,由于物理化学的发展,为分析技术提供了理论基础,建立了溶液四大平衡理论,•阶段二:第二次世界大战前后直到60年代物理学、电子学、半导体及原子能工业的发展导致了仪器方法的大发展。•阶段三:从70年代末到现在,以计算机应用为主要标志的信息时代的来临。二、仪器分析的产生和发展19:46第二节分光光度法一、基本原理(一)光的本质光是一种电磁波(电磁辐射),具有波粒二象性即波动性和粒子性。可见光波长范围在400nm~760nm19:46光的颜色波长范围(nm)光的颜色波长范围(nm)红色610~760青色480~500橙色595~610蓝色435~480黄色560~595紫色400~435绿色500~560可见光区各种色光的波长范围19:46(二)吸收光谱1.物质对光的选择性吸收将两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合则成为白光。这两种单色光称为互补色光。白光青蓝青绿黄橙红紫蓝19:46将不同波长(λ)的光依次透过某浓度一定的溶液,测量不同波长下溶液对光的吸收程度(吸光度A),以波长为横坐标,以吸光度为纵坐标,即用A~λ作图所得为一吸收光谱曲线。2.吸收光谱曲线19:46KMnO4溶液的吸收曲线不同浓度的同一物质,吸收曲线的形状相似,λmax相同但吸光度A不同。在分光光度法中,一般以灵敏度大的λmax作为测定波长。19:46一束平行单色光照射溶液时,光的一部分被吸收,一部分透过溶液,一部分被器皿的表面反射。I0ItIrIa透光度T=It/I0吸光度A=-lgT3.光的吸收定律19:46朗伯—比尔(Lambert-Beer)定律:即当一束平行单色光通过溶液时,溶液的吸光度A与溶液的浓度c和液层厚度L成正比。A=KLcK为吸光常数,表示物质对光的吸收能力,常用摩尔吸光系数ε单位为:L/(mol·cm)和比吸光系数单位为:ml/(g·cm)表示。1%1cmE19:46ε和两者之间的关系是:ε=×[例16.1]已知某化合物的相对分子质量为251,将此化合物用乙醇作溶剂配成浓度为0.150mmol·L-1的溶液,在480nm波长处用2.00cm吸收池测得透光率为39.8%,求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数ε及质量吸光系。解:已知c=0.150×10-3mol·L-1,L=2.00cm,T=0.398由朗伯—比尔定律可得:A=-lgT=-lg0.398=0.400=εLc=ε×2.00×0.150×10-3,ε=1.33×10-3L/(mol·cm)=ε×=1.33×10-3×=5.30×10-5ml/(g·cm)1%1cmE1%1cmE10M1%1cmE1%1cmEM102511019:46二、可见分光光度法(一)分光光度计构造1.光源可见分光光度法是以钨灯作光源。钨灯可发出320nm~3200nm的连续光谱,最适宜的波长范围为360nm~1000nm。光源单色器吸收池检测器信号处理及显示器19:462.单色器•将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。•①入射狭缝:光源的光由此进入单色器;•②准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;•③色散元件:将复合光分解成单色光;棱镜或光栅;•④聚焦装置:透镜或凹面反射镜,将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝;•⑤出射狭缝。19:463.吸收池分光光度计中用来盛放溶液的容器称为吸收池。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一般用玻璃池。4.检测器•利用光电效应将透过吸收池的•光信号变成可测的电信号,常用•的有光电池、光电管或光电倍增管。5.信号处理及显示器它的作用是放大信号并以适当的方式指示或记录。有直流检流计、电位调零装置、数字显示及自动记录装置等19:46(二)721型分光光度计1.构造)0.10000.25()()()()(样VHAcMNaOHVNaOHcHAc19:462.使用方法(1)首先接通电源,打开电源开关6,打开比色皿暗箱盖7,预热20分钟。(2)波长选择旋钮2,选择所需的单色光波长,用灵敏度旋钮1选择所需的灵敏档,用调“0”电位器3调整电表为T=0%。(3)放入比色皿(溶液装入4/5高度,置第一格)置于光路上,将比色皿暗箱盖合上,推进比色皿拉杆5,使参比比色皿处于空白校正位置,使光电管见光,旋转透光率调节旋钮4,使微安表8指针准确处于100%。(4)盖上样品室盖,推动试样架拉手,使样品溶液池置于光路上,读出吸光度值。读数后应立即打开样品室盖。(5)测量完毕,取出比色皿,洗净后倒置于滤纸上晾干。各旋钮置于原来位置,电源开关置于“关”,拔下电源插头。19:46721型分光光度计的外形19:46•1.显色反应的条件•(1)选择性要好。•(2)灵敏度要高。•(3)有色化合物的组成要恒定,化学性质稳定。•(4)显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别要大。•(5)显色剂在测定波长处无明显吸收。•(6)反应的条件要易于控制。(三)显色反应的条件及影响因素19:462.影响显色反应的主要因素•(1)显色剂用量。•(2)反应液的酸碱度(pH)。•(3)反应温度一般显色反应可在室温下完成。•(4)显色反应时间。•(5)干扰离子的影响。19:46三、紫外-可见分光光度法(一)特点:1.应用广泛2.灵敏度高3.准确度高4.应用范围广5.操作简便、快速(二)组成•紫外-可见分光光度计由5个部件组成。•1.辐射源可见光区(460nm~760nm)使用钨灯;紫外光区(200nm~400nm)则使用氘灯。•2.单色器有棱镜和光栅两种,大多采用光栅作为色散元件。•3.吸收池又叫比色皿。4.检测器常用的有光电管或光电倍增管,近年来还使用光导摄像管或光电二极管矩阵作检测器5.显示装置19:46(三)紫外-可见分光光度计的类型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。这种简易型分光光度计结构简单,操作方便,维修容易,适用于常规分析。国产721型、722型、751型、等均属于此类光度计。2双光束分光光度计自动记录,快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响,特别适合于结构分析。仪器复杂,价格较高。三、紫外-可见分光光度法19:463.双波长分光光度计将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。19:46四、定量的方法•(一)标准曲线法•取标准品配成一系列已知浓度的标准溶液,在选定波长处(通常为λmax),用同样厚度的吸收池分别测定其吸光度,以吸光度为纵坐标,标准溶液浓度为横坐标作图,得一通过坐标原点的直线即标准曲线。然后将被测溶液置于吸收池中,在相同条件下,测量其吸光度,根据吸光度即可在标准曲线上查得其对应的含量。19:46(二)标准对照法•先配制一个与被测溶液浓度相近的标准溶液(其浓度用cs表示),在λmax处测出吸光度As,在相同条件下测出试样溶液的吸光度Ax,则试样溶液浓度当测定不纯样品中某组分的含量时,常采用配制相同浓度的样品溶液与标准品溶液,即,在λmax处分别测出吸光度A,便可求出样品中某组分的含量。被测组分%=sxxscAcA%100标样AA19:46(三)比吸光系数法•比吸光系数是物质的特性常数,可根据测得的吸光度A求出样品的浓度或含量。被测组分%=%100)()(%1cm1%1cm1标样EE19:46第三节色谱法一、色谱法的原理和分类(一)色谱法的分离原理•利用待分离的各种物质在两相中的分配•系数、吸附能力等亲和能力的不同来进•行分离的。其中的一相固定不动,称为固定相;另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体(气体或液体),称为流动相。19:46(二)色谱法的分类1.按两相所处的状态分类分为气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)。固定相既可以是固体,也可以是涂在固体上的液体,因此将气相色谱法分为气-液色谱和气-固色谱,液相色谱法分为液-固色谱和液-液色谱。2.按固定相的几何形式分类柱色谱法、纸色谱法和薄层色谱法。19:463.按分离原理分类•(1)吸附色谱法:利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法。•(2)分配色谱法:利用固定液对不同组分分配性能的差别而使之分离的色谱法。•(3)离子交换色谱法:利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。•(4)尺寸排阻色谱法(凝胶色谱法):利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。•(5)亲和色谱法:利用不同组分与固定相(固定化分子)的高专属性亲和力进行分离的技术19:46(三)色谱法的特点•1.高选择性•2.高效能•3.高灵敏度指色谱法可以检测出10-11g~10-12g的物质。•4.分析速度快一般样品几分种到几十分种完成分析,有的甚至于不到一分种。•5.应用范围广GC法可用于分析气体、可挥发液体;而LC法可用于分析高沸点、不易挥发、热稳定性差、分子量大的液体。19:46二、柱色谱法•是将固定相注入下端塞有棉花或滤纸的玻璃管中,将被样品饱和的固定相粉末摊铺在玻璃管顶端,以流动相洗脱。•(一)液-固吸附柱色谱法•1.原理液-固吸附柱色谱法是以固体吸附剂为固定相,以液体为流动相,利用吸附剂对不同组分的吸附能力的差异而实行分离。•2.柱色谱分离条件•(1)固定相(吸附剂)选择常用吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭等。19:46•吸附剂的活性与其含水量有关。•硅胶和氧化铝的活性分为五级(Ⅰ~Ⅴ)。含水量越低,活性越高,活性级别越小,吸附性越强。•在分离极性较强的化合物时,一般选用活性较小的吸附剂。而分离极性较弱的化合物时,就选用活性较大的吸附剂附剂活性级别与含水量的关系活性级别氧化铝含水量硅胶含水量Ⅰ00Ⅱ35Ⅲ615Ⅳ1025Ⅴ153819:46(2)流动相选择•色谱分离使用的流动相又称展开剂,常用有机溶剂。应根据试样的性质,吸附剂的活性,选择适当极性的洗脱剂。•化合物极性与其结构有关。•各种有机物的极性大小顺序为:烷烃烯烃醚类硝基化合物酯类酮类醛类胺类醇类酚类酸类•常用溶剂的极性大小顺序为:石油醚环己烷四氯化碳苯乙醚乙酸乙酯丙酮乙醇水19:46•吸附柱色谱分离选择规律是:样品极性较大,在极性吸附剂
本文标题:《无机与分析化学基础》第十六章:仪器分析法概论
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3355480 .html