南昌大学食品学院现代仪器分析期末复习

【第一章：绪论】（1）仪器分析的特点：1.优点：①操作简便，分析速度快，容易实现自动化②选择性好③灵敏度高，检出限量可降低④样品用量少，可进行不破坏样品分析，适合复杂组成样品分析⑤用途广泛，满足特殊要求2.仪器分析不足：①相对误差较大②仪器设备复杂，价格昂贵，维护及环境要求较高③仪器分析的方法是一种相对分析的方法，一般需要已知组成的标准物质来对照，而标准物质的获得常常是限制仪器分析广泛应用的问题之一。（2）研究对象：对食品工业生产中的物料包括食品原料、辅助材料、半成品、成品、副产品等的状态和主要成分含量及微生物状况进行分析检测（3）分析方法分类：1.电化学分析法：电导分析法、电解分析法、电位分析法、电泳分析法、库伦分析法、极谱与伏安分析法2.质谱分析法3.光分析法：①原子光谱：原子吸收法、原子发射法；②分子光谱：紫外可见法、红外法、核磁法、荧光法4.热分析法5.色谱分析法：超临界色谱法、气相色谱法、液相色谱法、薄层色谱法、激光色谱法、电色谱法6.分析仪器联用技术（1）了解仪器分析的发展趋势，各种新方法、新内容广应用：1.化学计量学2.毛细管电泳3高效膜分析技术4超零界萃取5分子分析6毫微秒分析7生物芯片。联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向：联用分析技术：1气相色谱-质谱法（GC-MS）2气相色谱法-质谱法-质谱法（GC-MS-MS）3气相色谱-原子发射光谱法（GC-AES）4液相色谱-质谱法（HPLC-MS）（2）与化学分析的关系：二者之间并不是孤立的,区别也不是绝对的严格的.a.仪器分析方法是在化学分析的基础上发展起来的.许多仪器分析方法中的式样处理涉及到化学分析方法（试样的处理、分离及干扰的掩蔽等）；同时仪器分析方法大多都是相对的分析方法,要用标准溶液来校对,而标准溶液大多需要用化学分析方法来标定等.b.随着科学技术的发展,化学分析方法也逐步实现仪器化和自动化以及使用复杂的仪器设备.化学方法和仪器方法是相辅相成的.在使用时应根据具体情况,取长补短,互相配合.【第二章：紫外-可见分光光度法】一、（1）有机化合物紫外及可见吸收光谱的产生：三种电子跃迁的结果：σ电子、π电子、n电子。（2）电子跃迁类型：①σ→σ＊跃迁：所需能量最大；σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长λ200nm；例：甲烷的λmax为125nm,乙烷λmax为135nm。只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用；②n→σ＊跃迁：所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。③π→π＊跃迁：所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。④n→π＊跃迁：不饱和键中杂原子上的n电子到π*轨道的跃迁。所需能量小，吸收波长处于在近紫外~可见区，ε值小。二、了解溶剂对紫外吸收光谱的影响；常用溶剂有己烷、庚烷、环己烷、二氧杂几烷、水、乙醇等等，特别是极性溶剂，对溶质吸收峰的波长、摩尔吸光系数，形状都可能产生影响，这是因为溶剂和溶质间常形成氢键，或溶剂的偶极使溶质的极性增强，引起π→π*或n→π＊吸收带的迁移。（1）对π→π*跃迁和n→π*跃迁的影响：溶剂极性增加，π→π*跃迁吸收带红移，n→π*跃迁吸收带蓝移。报告某物的紫外、可见吸收光谱时，需注明所使用的溶剂。（2）溶剂的选择：溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对容质应该是惰性的。在溶解度允许范围内，尽量选择极性较小的溶剂。溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。三、朗白—比耳定律：用一束强度为Io的单色光垂直通过厚度为b、吸光物质浓度为C的溶液，溶液的吸光度正比于溶液的厚度b和溶液中吸光物质的浓度C的乘积。数学表达式为：A=lg(I0/I)=-lgT=KbCT：透光率：透过光强度I与入射光强度I0的比值。K值随着b和C的单位不同而不同。K叫“吸光系数”，当溶液浓度c的单位为g/L,溶液液层厚度b的单位Cm，用a表示K，其单位为L/g·cm，时此时：A=abC。由式可知：a=A/bc，它表示的是当c=1g/L、b=1cm时溶液的吸光度。摩尔吸光系数：当溶液浓度c的单位为mol/L，液层厚度b的单位为cm时，K叫“摩尔吸光系数”，用ελ表示，其单位为L/mol·cm，此时：A=ελbcελ=A/bc，它表示的是当C=1mol/L，b=1cm时，物质对波长为λ的光的吸光度。ελ与a之间的关系为：ελ=aMM为吸光物质的分子量。ελ和a的大小都可以反映出吸光物质对波长为λ的单色光的吸收能力,一般用ελ来表示。四、（1）K吸收带：由π→π＊跃迁产生的，由于分子中存在π→π＊共轭结构而引起的,εmax大于104L·mol－1·cm－1，强吸收带。吸收峰在217-280nm，共轭体系越大，吸收波长越长，吸收强大增大。（2）R吸收带：由n→π＊跃迁产生的，100＜ε＜1000，弱吸收。吸收峰在近紫外区。（3）B吸收带：由芳香族化合物的π→π＊跃迁和苯环的振动的重叠引起的，是一组精细结构吸收带，吸收峰在230-270nm之间，ε=100，B吸收带的精细结构常用来判断芳香族化合物，但苯环上有取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中测定时，这些精细结构会简单化或消失。（4）E吸收带：由芳香族化合物的π→π＊跃迁产生的，是芳香族化合物的特征吸收。苯π→π*跃迁的三个吸收带E1带:180nmε=47000E2带:204nmε=7000B带:250nmε=100五、了解（1）紫外-可见分光光度计的主要部件及其作用：1光源：在整个紫外光区域可见光谱区可以发射连续光谱2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3样品室：样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。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5.结果显示记录系统：检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。（2）分光光度计的类型：1单光束：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.双光束：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。3双波长：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。△λ=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。六、了解紫外-可见分光光度法的应用。一、定性分析二、结构分析三、定量分析-朗白—比耳定律【第四章：荧光分析法】一、掌握（1）分子荧光产生的原理；某些物质的分子吸收一定能量跃迁到较高的电子激发态后，在返回电子基态的过程中伴随有光辐射。（2）①荧光：由第一电子激发单重态所产生的辐射跃迁而伴随的发光现象。②磷光：由最低的电子激发三重态所产生的辐射跃迁而伴随的发光现象。①瑞利散射光：激发光的能量不足，将电子激发至基态中较高的振动能级，假如电子在受激后能量没有损失，并且在瞬时返回原来的能级，于是便在各个不同的方向发射和激发光相同波长的辐射，这种辐射称为瑞利散射光。②拉曼光：被激发到基态中其它较高振动能级的电子，当它返回到比原来的能级稍高或稍低时，便伴随着产生波长略长或略短于激发光波长的拉曼散射光。二、掌握荧光强度与溶液浓度的关系；①在稀溶液中，荧光强度与荧光物质的浓度成正比。荧光强度If正比于吸收的光量Ia与荧光量子产率ψ。在一定条件下：②在浓溶液中，荧光强度常常随溶液浓度增加而下降a因入射光强度大大减弱而使所产生的荧光强度大大降低；b.溶质与溶质间的相互作用产生荧光物质的激发态分子与基态分子形成复合物；c自吸收。三、掌握荧光与分子结构的关系；（1）分子产生荧光必须具备两个条件：a.具有合适的结构；b.具有一定的荧光量子产率（2）化合物的结构与荧光：①共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移。a芳环越大,荧光峰越移向长波方向b同一共轭环数的芳族化合物,线性环结构者荧光波长比非线性者要强。②刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很强的荧光。a试剂本身有刚性平面结构b形成络合物后,形成刚性平面，如：滂铬兰黑R（BBR）无荧光，它与铝形成螯合物有荧光。c取代基之间形成氢键，加强了分子刚性结构和增强荧光强度。d异构体的影响顺式和反式同分异构体具有不同的荧光强度。③取代基效应：芳环上有供电基，使荧光增强。a给电子基团常使荧光增强;b吸电子基团会减弱甚至破坏荧光;c邻位、对位取代增强荧光，间位取代抑制荧光。d重原子引入体系，荧光强度都很弱，而磷光强度相应增强。e与π电子体系作用小的取代基,影响小。④跃迁类型：π*π→的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧光的产生。四、掌握激发光谱与发射光谱的关系；①Stokes位移：激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长（λem）比激发光谱的波长（λex）长，振动弛豫消耗了能量。②.发射光谱的形状与激发波长无关：电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光。③.镜像规则：基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似；基态上的零振动能级与第一激发态的二振动能级之间的跃迁几率最大，相反跃迁也然。五、了解荧光光谱仪的主要部件及其作用。掌握仪器的两个特殊点：有两个单色器，光源与检测器通常成直角。测量荧光的仪器主要由四个部分组成：激发光源、样品池、双单色器系统、检测器。1、激发光源①氙灯（高压）:250～800nm光谱区呈连续光谱，氙灯使用寿命大约为2000h。②汞灯（高压）:在紫外区激发，365nm，使用寿命1500～3000小时。2、单色器3、样品池：石英方形池，四面都透光4、狭缝：狭缝越小，单色性越好，但光强和灵敏度降低。5、检测器①光电倍增管：灵敏度高，线路简单。②光电摄像管：具有检测效率高，动态范围宽，线性响应好，坚固耐用和寿命长特点。6、读出装置记录仪、阴极示波器和显示器。【第五章：原子吸收AAS与原子荧光光谱法AFS（5学时）】一、原子吸收分光光度法原理：原子在两个能态之间的跃迁伴随着能量的发射和吸收。最外层电子由基态跃迁到第一激发态时，所产生的吸收谱线称为共振吸收线。跃回到基态时，则发射出同样频率的光，称为共振发射线。共振线：共振发射线和共振吸收线的波长相同，简称为共振线。各种元素的原子结构和外层电子排布不同，各能级的能量不同，不同元素的原子在基态和第一激发态间跃迁能量不同——共振线具有特征性。各种元素的基态和第一激发态间跃迁最易发生——最灵敏线。共振线的特点：①是元素的特征谱线;②一般是元素所有谱线中最灵敏的谱线。在原子吸收分析中，就是利用处于基态的待测原子蒸汽对从光源发射的共振发射线的吸收来进行分析的。二、影响原子吸收线宽度的主要因素：（1）自然宽度：无外界因素影响时谱线具有的宽度，其大小与激发态原子的寿命有关，寿命越短，谱线越宽~10-5nm（2）多普勒变宽：原子在空间作无规则的热运动所引起的，故又称为热变宽。多普勒变宽与元素的相对原子质量、温度及谱线的频率有关。10-3nm~10-2nm（3）压力变宽：由于原子相互碰撞使能级发生稍微变化。10-3nm~10-2nm①劳伦兹（Lorentz）变宽ΔνL：待测原子和其他原子碰撞。随蒸汽压力增加而增大。②赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）：同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略。（4）自吸变宽、场致变宽由于外部磁场影响，导致谱线的分裂，在单色器分辨率无法分辨时，也产生谱线变宽。在一般分析条件下，ΔνD、ΔνL为主。三、实现峰值吸收的条件：发射线与吸收线的中心频率一致。四、原子吸收光谱（一）常用光源：空心阴极灯。作用：发射待测元素的