《仪器分析》知识点整理

1/20教学内容绪论分子光谱法：UV-VIS、IR、F原子光谱法：AAS电化学分析法：电位分析法、电位滴定色谱分析法：GC、HPLC质谱分析法：MS、NRS第一章绪论⒈经典分析方法与仪器分析方法有何不同？经典分析方法：是利用化学反应及其计量关系，由某已知量求待测物量，一般用于常量分析，为化学分析法。仪器分析方法：是利用精密仪器测量物质的某些物理或物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，用于微量或痕量分析，又称为物理或物理化学分析法。化学分析法是仪器分析方法的基础，仪器分析方法离不开必要的化学分析步骤，二者相辅相成。⒉仪器的主要性能指标的定义1、精密度（重现性）：数次平行测定结果的相互一致性的程度,一般用相对标准偏差表示（RSD%），精密度表征测定过程中随机误差的大小。2、灵敏度：仪器在稳定条件下对被测量物微小变化的响应，也即仪器的输出量与输入量之比。3、检出限（检出下限）：在适当置信概率下仪器能检测出的被检测组分的最小量或最低浓度。4、线性范围：仪器的检测信号与被测物质浓度或质量成线性关系的范围。5、选择性：对单组分分析仪器而言，指仪器区分待测组分与非待测组分的能力。⒊简述三种定量分析方法的特点和应用要求一、工作曲线法（标准曲线法、外标法）特点：直观、准确、可部分扣除偶然误差。需要标准对照和扣空白应用要求：试样的浓度或含量范围应在工作曲线的线性范围内，绘制工作曲线的条件应与试样的条件尽量保持一致。二、标准加入法（添加法、增量法）特点：由于测定中非待测组分组成变化不大，可消除基体效应带来的影响应用要求：适用于待测组分浓度不为零，仪器输出信号与待测组分浓度符合线性关系的情况三、内标法特点：可扣除样品处理过程中的误差应用要求：内标物与待测组分的物理及化学性质相近、浓度相近，在相同检测条件下，响应相近，内标物既不干扰待测组分，又不被其他杂质干扰第2章光谱分析法引论1、吸收光谱和发射光谱的电子能动级跃迁的关系吸收光谱：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需要的能量满足ΔE=hv的关系时，将产生吸收光谱。M+hv→M*发射光谱：物质通过激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M*，当从激发态过渡到低能态或某态时产生发射光谱。M*→M+hv2、带光谱和线光谱带光谱：是分子光谱法的表现形式。分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生。线光谱：是原子光谱法的表现形式。原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的。1．色谱法有哪些类型？其分离的基本原理是什么？答：气体为流动相的色谱称为气相色谱（GC），根据固定相是固体吸附剂还是固定液（附着在惰性载体上的一薄层有机化合物液体），又可分为气固色谱（GSC）和气液色谱（GLC）．液体为流动相的色谱称液相色谱（LC）。同理，液相色谱亦可分为液固色谱（LSC）和液液色谱（LLC）．超临界流体为流动相的色谱称为超临界流体色谱（SFC）。随着色谱工作的发展，通过化学反应将固定液键合到载体表面，这种化学键合固定相的色谱又称化学键合相色谱（CBPC）。2．试述热导池及氢焰离子化检测器的原理？答：热导池检测器是利用组分蒸气与载气导热系数不同来测定各组分的．氢焰离子化检测器是利用有机物在氢气――空气火焰中产生离子化反应而生成许多离子对，在加有电压的两极间形成离子流．3．如何选择气液色谱的固定液？答：对固定液的选择并没有规律性可循。一般可按“相似相溶”原则来选择。在应用时，应按实际情况而定。（i）分离非极性物质：一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。（ii）分离极性物质：选用极性固定液，试样中各组分按极性次序分离，极性小的先流出，极性大的后流出。（iii）分离非极性和极性混合物：一般选用极性固定液，这时非极性组分先流出，极性组分后流出。（vi）分离能形成氢键的试样：一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。（v）复杂的难分离物质：可选用两种或两种以上混合固定液。对于样品极性情况未知的，一般用最常用的几种固定液做试验。对固定液的要求：首先是选择性好．另外还要求固定液有良好的热稳定性和化学稳定性；对试样各组分有适当的溶解能力；在操作温度下有较低蒸气压，以免流失太快。（a．在操作温度下呈液态，并有足够的稳定性，能溶解被分离混合物中的各组分，且不与组分发生化学反应。b．在操作温度下粘度要低，以保证固定液能均匀分布在担体上形成均匀的液膜。c．对被分离的各组分有足够的分离能力。）1、分子光谱是如何产生的？它与原子光谱的主要区别是什么？分子光谱是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱它与原子光谱的主要区别在于表现形式为带光谱。（原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。）第3章紫外-可见分光光度法(P21)UV-Vis：根据物质分子的价电子在200～400～760nm光谱区域内吸收激发光辐射的能量从基态跃迁到激发态，以热能的方式释放能量，通过检测其热能定性或定量研究物质。2/201.试说明有机化合物紫外光谱产生的原因。机化合物紫外光谱的电子跃迁有哪几种类型？吸收带有哪几种类型？有机化合物分子的价电子在吸收辐射并跃迁到高能级后所产生的吸收光谱。紫外-可见光谱是由于分子中的价电子跃迁产生的。（1）σ-σ*跃迁：处于σ成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到σ*反键轨道。饱和烃中电子跃迁均为此种类型，吸收波长小于150nm。（2）π-π*跃迁：处于π成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到π*反键轨道上，所需的能量小于σ-σ*跃迁所需的能量。孤立的π-π*跃迁吸收波长一般在200nm左右，共轭的π-π*跃迁吸收波长＞200nm，强度大。（3）n-π*跃迁：含有杂原子不饱和基团，其非键轨道中的孤对电子吸收能量后向π*反键轨道跃迁，这种吸收一般在近紫外区（200－400nm），强度小。（4）n-σ*跃迁：含孤对电子的取代基，其杂原子中孤对电子吸收能量后向σ*反键轨道跃迁，吸收波长约在200nm。以上四种类型跃迁所需能量σ-σ*n-σ*≥π-π*n-π*①饱和烃类有机化合物：σ→σ*跃迁，n→σ*跃迁②不饱和脂肪族化合物：π→π*，不饱和共轭结构：K带不饱和杂原子n→π*不饱和杂原子：R带③芳香族化合物：E1和E2带，B带2.影响紫外-可见光谱吸收峰的因素：1溶剂的影响极性增加使π-π*跃迁吸收峰向长波方向移动n-π*跃迁吸收峰向短波方向移动极性：水甲醇乙醇丙酮正丁醇乙酸乙酯乙醚氯仿二氯甲烷苯四氯化碳己烷石油醚2位阻影响：反式的吸收峰比顺式明显长移3跨环效应：有些γβ不饱和酮，不共轭但是因为适当的立体排列使得羰基氧上的孤对电子和双键的π电子发生作用，以致使相当于n-π*跃迁吸收峰向短波方向移动3.极性溶剂为什么会使π→π*跃迁的吸收峰长移，却使n→π*跃迁的吸收峰短移？溶剂极性不同会引起某些化合物吸收光谱的红移或蓝移，称溶剂效应。在π→π*跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性溶剂时，由于溶剂与溶质相互作用，激发态π*比基态π能量下降更多，因而使基态与激发态间能量差减小，导致吸收峰红移。在n→π*跃迁中，基态n电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使激发态与基态间能量差增大，导致吸收峰蓝移。4.Lambert-Beer定律A=kcl=-lgT=lgI0/Il—cm，c--mol/L，ε值称为摩尔吸光系数—（L·mol-1·cm-1）5.比较双光束和双波长分光光度法在仪器结构上有何不同，双波长分光光度法的原理是什么？答：(1)双光束分光光度计：在单色器的后面放置扇面镜，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。减免光源强度不稳定而引入的误差。双波长分光光度计，将同一光源发出的辐射通过两个单独调节的单色器，产生两条不同波长的光，分别进行测定。消除因为吸收池参数不痛位置不同，污垢和制备参比溶液引起的误差(2)由于双波长分光光度计采用统一光源，调节仪器使两波长处光强度相等，则两波长处吸光度之差为ΔA=Aλ2–Aλ1=(ελ2–ελ1)bc即输出信号ΔA浓度c成正比．消除了参比溶液和样品溶液组成不同带来的误差。（3）单波长光束分光光度计：用钨灯和氢灯，自由一束单色光。（4）光多道二极管阵列检测的分光光度计：PADs（硅二极管，反向倒置的P—n结硅片，导电性又0到有产生光电流）3、在分光光度法测定中，为什么尽可能选择最大吸收波长为测量波长？因为选择最大吸收波长为测量波长，能保证测量有较高的灵敏度，且此处的曲线较为平坦，吸光系数变化不大，对beer定律的偏离较小。6、在分光光度测量中，引起对Lambrt-Beer定律偏离的主要因素有哪些？如何克服这些因素对测量的影响？（1）与测定样品溶液有关的因素溶剂：当待测物与溶剂发生缔合、离解及溶剂化反应时，产生的生成物与待测物具有不同的吸收光谱，出现化学偏离。（2）与仪器有关的因素A本身局限性：只适用于C0.01mol/L的样品溶液测定C＞0.01mol/L时，分子间平均距离小，相互间对其电子分布有影响。导致吸光系数变化。B光学因素：非单色光：Beer定律只适用于单色光，非绝对的单色光，有可能造成Beer定律偏离主要原因是因为对不同波长的光有不同的吸光系数。谱带宽度S值越小，越有利于单色性。杂散光：不在谱带宽度范围内的与所需波长相隔较远的光。在末端吸收时出现假峰散射光;透射光I减弱，吸光度A增大，用空白对比补偿反射光：透光强度I/I0减弱，吸光度A增大，用空白对比补偿非平行光：光程增大，l增大，吸光度A增大（3）透光率读数的影响：结论：1.∆c/c与透光率读数T有函数关系;当T=36.8%时(或A=0.434)，∆c/c最小。∆c/c=0.4343∆T/TLgT取导数的LnT=-1.得到T=0.368.A=0.4343暗噪音：检测器与放大电路的不确定性引起∆T=0.5%得到A在0.2-0.7讯号噪音;光敏元件受光照射放出一个个电子，数量不均等引起。7.纯度检查：如果化合物在UV区没有吸收而杂质有强吸收，可以直接检出。如果化合物有较强吸收而所含杂质没有吸收则杂质的存在会使化合物的吸光系数降低。反之，则增大。3/208.简述紫外可见分光光度法的定性、定量依据及方法。（1）定量分析依据：A=εLC单组分的定量分析法：吸光系数法；标准曲线法对照法多组分的定量分析法：双波长法等；导数光谱法等（2）定性分析制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；依据：样品的特征吸收光谱的形状→吸收峰的数目→吸收峰的位置（波长）→吸收峰的强度→相应的吸光系数。具有不同或相同吸收基团的不同化合物可以有相同的最大吸收波长定性研究的局限性：紫外吸收光谱一般只能得到一个或者几个宽的吸收带，曲线的形状变化不多，不同的化合物可以有相同的吸收光谱。12.试说明和比较下列术语复合光和单色光单色器和色散元件荧光激发光谱和荧光发射光谱辐射跃迁和非辐射跃迁红移和紫移解：复合光和单色光一束具有多种波长的光称为复合光，具有单一波长的光称为单色光．单色器和色散元件单色器是一种能将辐射分解成它的各成分波长，并能从中分出任一所需部分的仪器部件。单色器有一个棱镜或光栅色散元件。荧光激发光谱和荧光发射光谱改变激发光波长，在荧光最强的波长处测量荧光强度的变化，作激发光波长与荧光强度的关系曲线，可得到激发光谱，激发光谱实质上就是荧光物质的吸收光谱。保持激发光波长和强度不变，测量不同波长处荧光强度的分布，作荧光波长与荧光强度的关系曲线，可得到荧光光谱或称发射光谱。辐射跃迁和非辐射跃迁一个分子的电子能态的激发包含了电子从基态跃迁到激发态的任一振动能态，处在激发态的分子是不稳定的，在返回低能级的过程中产生辐射，称为辐射跃迁，不产生辐射，则称为非辐射跃迁．红移和紫移在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向(红移)或短波方向(蓝移)移动的现象。13.试举例说明生色团和助色团。答