包括原子发射光谱分析红外吸收光谱分析课件

第第9章章 仪器分析基础仪器分析基础概述分析化学、仪器分析。概述分析化学、仪器分析。介绍几种常见的仪器分析方法的基本原理、介绍几种常见的仪器分析方法的基本原理、仪器组成和适用范围；包括原子发射光谱分仪器组成和适用范围；包括原子发射光谱分析、红外吸收光谱分析、紫外可见光吸收析、红外吸收光谱分析、紫外可见光吸收光谱、电位分析、色谱和质谱分析等。光谱、电位分析、色谱和质谱分析等。第第9章章仪仪器分析基器分析基础础概述分析化学、概述分析化学、仪仪器分析。器分析。一、分析化学、仪器分析概述一、分析化学、仪器分析概述分析化学：通过实验测量来研究物质的组成、含量分析化学：通过实验测量来研究物质的组成、含量和结构的学科。获得物质化学组成和结构信息，即物和结构的学科。获得物质化学组成和结构信息，即物质中有哪些组分，这些组分在物质中如何存在以及各质中有哪些组分，这些组分在物质中如何存在以及各组分的含量等。组分的含量等。分析化学可分为定性分析、定量分析和结构分析三分析化学可分为定性分析、定量分析和结构分析三个层次；以及化学分析和仪器分析两大类方法。个层次；以及化学分析和仪器分析两大类方法。一、分析化学、一、分析化学、仪仪器分析概述分析化学：通器分析概述分析化学：通过实验测过实验测量来研究物量来研究物质质的的化学分析化学分析化学分析：基于试样的化学反应以及反应物之间定化学分析：基于试样的化学反应以及反应物之间定量关系达到分析目标的方法，主要包括重量分析和量关系达到分析目标的方法，主要包括重量分析和容量分析，分别通过测定相关物质的重量或体积进容量分析，分别通过测定相关物质的重量或体积进行分析。行分析。化学分析主要应用于无机元素和无机化合物的定性、化学分析主要应用于无机元素和无机化合物的定性、定量分析。目前渐渐被仪器分析所取代。定量分析。目前渐渐被仪器分析所取代。化学分析化学分析：基于化学分析化学分析：基于试样试样的化学反的化学反应应以及反以及反应应物之物之间间定量关系达定量关系达仪器分析仪器分析使用仪器研究试样的性质达到分析目标的方使用仪器研究试样的性质达到分析目标的方法。包括光谱分析、电分析、质谱分析、色法。包括光谱分析、电分析、质谱分析、色谱分析等。谱分析等。各类别还包含多种不尽相同的分析方法，如各类别还包含多种不尽相同的分析方法，如光谱分析。光谱分析。仪仪器分析使用器分析使用仪仪器研究器研究试样试样的性的性质质达到分析目达到分析目标标的方法。包括光的方法。包括光谱谱分分光谱分析的类型光谱分析的类型按对象，可分为分子光谱和原子光谱；按对象，可分为分子光谱和原子光谱；按分析对象与光的相互作用，可分为吸收光谱、发按分析对象与光的相互作用，可分为吸收光谱、发射光谱、散射光谱等；射光谱、散射光谱等；按光或电磁波谱范围，可从按光或电磁波谱范围，可从x射线能谱到紫外射线能谱到紫外-可见可见光谱，再从红外光谱到射频等；光谱，再从红外光谱到射频等；从测定系列波长下信号分布情况、还是测定单一波从测定系列波长下信号分布情况、还是测定单一波长下的特定信号强度，可分为光谱分析和分光光度长下的特定信号强度，可分为光谱分析和分光光度分析等。分析等。光光谱谱分析的分析的类类型按型按对对象，可分象，可分为为分子光分子光谱谱和原子光和原子光谱谱；电磁波谱范围与分子、电子能级的对照关系表电磁波谱范围与分子、电子能级的对照关系表光谱名称光谱名称波长范围波长范围跃迁类型跃迁类型X X射线射线0.0110nmn=1和和2层电子层电子远紫外光远紫外光10200nm中层电子中层电子近紫外光近紫外光200400nm外层电子外层电子可见光可见光400750nm外层电子外层电子近红外光近红外光0.752.5m分子振动分子振动中红外光中红外光2.55.0m分子振动分子振动远红外光远红外光5.01000m分子转动和振动分子转动和振动微波微波0.1100cm分子转动分子转动无线电波（射频）无线电波（射频）11000m核的自旋核的自旋电电磁波磁波谱谱范范围围与分子、与分子、电电子能子能级级的的对对照关系表光照关系表光谱谱名称波名称波长长范范围跃围跃迁迁物理性质在仪器分析中的应用物理性质在仪器分析中的应用-1物理性质物理性质仪器分析方法仪器分析方法电磁波发射电磁波发射发发射射光光谱谱（X-X-射射线线、紫紫外外、可可见见、电电子子能能谱谱、俄俄歇歇电电子子谱谱）分分析析，荧荧光光、磷磷光光、发发光光（X-X-射射线线、紫外、可见）分析紫外、可见）分析电磁波吸收电磁波吸收吸吸收收光光谱谱和和光光度度（X-X-射射线线、紫紫外外、可可见见、红红外外）分分析析，光光声声光光谱谱分分析析，核核磁磁共共振振分分析析，顺顺磁磁共共振振分析分析电磁波散射电磁波散射 拉曼光谱分析、浊度分析拉曼光谱分析、浊度分析电磁波折射电磁波折射 折光分析、干涉分析折光分析、干涉分析电磁波衍射电磁波衍射 X-X-射线和电子衍射分析射线和电子衍射分析电磁波旋转电磁波旋转 旋光分析，旋光色散分析，圆二色光谱分析旋光分析，旋光色散分析，圆二色光谱分析物理性物理性质质在在仪仪器分析中的器分析中的应应用用-1物理性物理性质仪质仪器分析方法器分析方法电电磁波磁波发发射射物理性质在仪器分析中的应用物理性质在仪器分析中的应用-2物理性质物理性质仪器分析方法仪器分析方法电势电势电位分析电位分析电量电量库仑分析库仑分析电流电流安培分析，极谱分析安培分析，极谱分析电阻电阻电导分析电导分析质量质量石英微晶天平分析石英微晶天平分析质量质量/电荷比电荷比质谱分析质谱分析热性质热性质热重分析，差热分析、热重分析，差热分析、差示扫描量热分析、差示扫描量热分析、热电导分析热电导分析同位素放射同位素放射稳定同位素稀释分析稳定同位素稀释分析物理性物理性质质在在仪仪器分析中的器分析中的应应用用-2物理性物理性质仪质仪器分析方法器分析方法电势电电势电位分位分二、原子发射光谱分析二、原子发射光谱分析光是电磁波，具有波粒二象性，可用以下两式描述：光是电磁波，具有波粒二象性，可用以下两式描述：=c其中其中c为光速，真空中为为光速，真空中为2.998108ms-1 E=h =h c/其中其中h(普朗克常数普朗克常数)为为6.62610-34Js原子发射光谱：当物质中原子或离子受到热、电或光的原子发射光谱：当物质中原子或离子受到热、电或光的能量激发后，能发射出一些特征电磁辐射。能量激发后，能发射出一些特征电磁辐射。原子发射光谱分析：测量特征辐射的频率（波长）和强原子发射光谱分析：测量特征辐射的频率（波长）和强度，可以分析物质中元素的种类和含量。度，可以分析物质中元素的种类和含量。二、原子二、原子发发射光射光谱谱分析光是分析光是电电磁波，具有波粒二象性，可用以下两式磁波，具有波粒二象性，可用以下两式最简单原子最简单原子-氢原子发射光谱氢原子发射光谱十九世纪末，里德伯总结的氢原子的发射光谱经验式：十九世纪末，里德伯总结的氢原子的发射光谱经验式：其中其中n1、n2为正整数，且为正整数，且n2n1；R(里德伯常量里德伯常量)为为1.097 107m 1。红红 绿绿 蓝蓝 紫紫H H H H 656.3 486.1 434.1 410.2 /10 9 m0.457 0.617 0.691 0.731 /1015 s 1最最简单简单原子原子-氢氢原子原子发发射光射光谱谱十九世十九世纪纪末，里德伯末，里德伯总结总结氢原子发射光谱氢原子发射光谱把把n1=2，n2=3、4、5、6分别代入里德伯光谱分别代入里德伯光谱经验式，可算出经验式，可算出4条谱线的频率。如条谱线的频率。如n2=4时，时，=(1.097107)(2.998108)=0.6171015s 1，与图中的，与图中的H线相符。线相符。当当n1=1，n2 1或或n1=3，n2 3时，可分别求得时，可分别求得在紫外区或红外区氢原子发射光谱谱线的波长。在紫外区或红外区氢原子发射光谱谱线的波长。氢氢原子原子发发射光射光谱谱把把n1=2，n2=3、4、5、6分分别别原子发射光谱的产生机理原子发射光谱的产生机理分子吸收电磁波后解离（原子化），原子中的电子从低分子吸收电磁波后解离（原子化），原子中的电子从低能级状态（基态）跃迁到高能级状态（激发态）。如氢能级状态（基态）跃迁到高能级状态（激发态）。如氢原子的电子从原子的电子从n1=2跃迁至跃迁至n2=4，吸收波长，吸收波长486nm激发态的样品不稳定，经约激发态的样品不稳定，经约10-8秒电子返回基态，并辐秒电子返回基态，并辐射出与激发时同样波长的电磁波。如氢原子的电子从射出与激发时同样波长的电磁波。如氢原子的电子从n1=4返回至返回至n2=2时，辐射时，辐射486nm的电磁波，即发射光谱的电磁波，即发射光谱图中的图中的H线。线。外层电子跃迁的频率范围为外层电子跃迁的频率范围为200750nm，处于近紫外，处于近紫外和可见光区，按波长顺序排列即为原子光谱。和可见光区，按波长顺序排列即为原子光谱。原子原子发发射光射光谱谱的的产产生机理分子吸收生机理分子吸收电电磁波后解离（原子化），原子中磁波后解离（原子化），原子中一些原子在可见光区域的发射光谱。钠钠 氢氢钙钙镁镁氖氖一些原子在可一些原子在可见见光区域的光区域的发发射光射光谱谱。钠钠氢氢定性和定量分析定性和定量分析定性分析：不同元素的核外电子的能级不同，每种定性分析：不同元素的核外电子的能级不同，每种元素的原子或离子可产生一系列特定波长的特征谱元素的原子或离子可产生一系列特定波长的特征谱线，通过测量元素的原子发射光谱，根据特征谱线线，通过测量元素的原子发射光谱，根据特征谱线可以判断样品中存在什么元素。可以判断样品中存在什么元素。定量分析：谱线的强度与试样含量成正比。在固定定量分析：谱线的强度与试样含量成正比。在固定的条件下，通过比较同一谱线的强度，可以分析样的条件下，通过比较同一谱线的强度，可以分析样品中元素的含量。品中元素的含量。定性和定量分析定性分析：不同元素的核外定性和定量分析定性分析：不同元素的核外电电子的能子的能级级不同，每种元不同，每种元原子发射光谱仪原子发射光谱仪原子发射光谱仪由激发光源、分光系统和检测器组成。原子发射光谱仪由激发光源、分光系统和检测器组成。原子发射光谱仪装置示意图原子发射光谱仪装置示意图原子原子发发射光射光谱仪谱仪原子原子发发射光射光谱仪谱仪由激由激发发光源、分光系光源、分光系统统和和检测检测器器组组成成原子发射光谱仪原子发射光谱仪激发光源：高温燃烧激发光源：高温燃烧（如电感偶合等离子光源）（如电感偶合等离子光源）、放、放电电（如电弧光源）（如电弧光源）、激光等使试样分子分解、原子化、激光等使试样分子分解、原子化、电子激发。如用电弧光源时，可将固体待测样品直接电子激发。如用电弧光源时，可将固体待测样品直接作为电极，或将样品粉碎后放入电极小孔中；溶液样作为电极，或将样品粉碎后放入电极小孔中；溶液样品可蒸发浓缩后滴入电极小孔；有机物可通过干燥灰品可蒸发浓缩后滴入电极小孔；有机物可通过干燥灰化后放置在电极上。化后放置在电极上。分光系统：将光源发射的（含试样辐射光线）光束，分光系统：将光源发射的（含试样辐射光线）光束，按波长大小分开的装置。有棱镜分光或光栅分光两种按波长大小分开的装置。有棱镜分光或光栅分光两种类型。棱镜分光后的光谱是非匀排，光栅分光色散率类型。棱镜分光后的光谱是非匀排，光栅分光色散率高，光谱匀排，效果好。高，光谱匀排，效果好。原子原子发发射光射光谱仪谱仪激激发发光源：高温燃光源：高温燃烧烧（如（如电电感偶合等离子光源）、放感偶合等离子光源）、放棱镜分光和光栅分光棱镜分光和光栅分光棱镜分光棱镜分光光栅分光光栅分光棱棱镜镜分光和光分光和光栅栅分光棱分光棱镜镜分光光分光光栅栅分光分光检测器：接受样品辐射的电磁波，将其转变检测器：接受样品辐射的电磁波，将其转变为电信号并记录。为电信号并记录。检测器有摄谱仪、单道光子检测器、多道光检测器有摄谱仪、单道光子检测器、多道光子检测器等。其中多道光子检测器，如电荷子检测器等。其中多道光子检测器，如电荷耦合阵列检测器（耦合阵列检测器（CCD）等已成为主流检测）等已成为主流检测器，可实现全光谱多元素的同时定量测定。器，可实现全光谱多元素的同时定量测定。仪器装置仪器装置检测检测器：接受器：接受样样品品辐辐射的射的电电磁波，将其磁波，将其转变为电转变为电信号并信号并记录记录。仪仪器装器装应用实例：磷矿石的主、痕量成分分析应用实例：磷矿石的主、痕量成分分析电感耦合等离子体原子发射光谱分析磷矿石中磷、钙、铁、锰、电感耦合等离子体原子发射光谱分析磷矿石中磷、钙、铁、锰、镁、铝、钛、钾、钠等九种元素。镁、铝、钛、钾、钠等九种元素。称取称取0.1g磷矿石磷矿石105烘烘2小时，加氢氟酸小时，加氢氟酸10mL和高氯酸和高氯酸1mL，加热分解至白烟冒尽，再加入高氯酸加热分解至白烟冒尽，再加入高氯酸2mL加热冒烟至近干，稍加热冒烟至近干，稍冷加冷加18%盐酸盐酸5mL和适量水，加热溶解试样中的可溶性盐类，和适量水，加热溶解试样中的可溶性盐类，移入移入100mL量瓶定容，转至聚乙烯瓶中供光谱仪测定。量瓶定容，转至聚乙烯瓶中供光谱仪测定。分析波长分析波长(nm)：磷：磷213.618、钙、钙317.933、铁、铁238.204、锰、锰257.610、镁、镁279.097、铝、铝396.152、钛、钛334.941、钾、钾766.490、钠、钠589.592。检出限检出限(g.mL-1)：磷：磷0.027、钙、钙0.0065、铁、铁0.072、锰、锰0.0098、镁镁0.0087、铝、铝0.0024、钛、钛0.011、钾、钾0.36、钠、钠0.15。应应用用实实例：磷例：磷矿矿石的主、痕量成分分析石的主、痕量成分分析电电感耦合等离子体原子感耦合等离子体原子发发射光射光三、紫外紫外-可见分子吸收分光光度分析可见分子吸收分光光度分析物质在光照下呈现的颜色，是分子吸收了不同波长的可物质在光照下呈现的颜色，是分子吸收了不同波长的可见光的结果。见光的结果。叶绿素叶绿素a对紫蓝和橙红波段的可见光吸收强烈，而对青对紫蓝和橙红波段的可见光吸收强烈，而对青绿黄波段吸收很少，因而叶绿素分子呈现青绿黄色。绿黄波段吸收很少，因而叶绿素分子呈现青绿黄色。三、紫外三、紫外-可可见见分子吸收分光光度分析分子吸收分光光度分析物物质质在光照下呈在光照下呈紫外可见光谱产生机理紫外可见光谱产生机理不同于原子发射光谱，分子中电子的跃迁、成键原子的相对不同于原子发射光谱，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，都伴随着分子能级跃迁。分子从振动、分子绕质心的转动，都伴随着分子能级跃迁。分子从低能级跃迁到高能级，物质就吸收相应能量电磁波。电子跃低能级跃迁到高能级，物质就吸收相应能量电磁波。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、可迁、振动、转动的能级跃迁所吸收的电磁波分别在紫外、可见光和红外光区域。见光和红外光区域。测量分子对紫外测量分子对紫外-可见光的吸收，可得到紫外可见光的吸收，可得到紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱不同电子能级跃迁对应不同波长的吸收。吸收最多的波长为不同电子能级跃迁对应不同波长的吸收。吸收最多的波长为 max，如，如KMnO4溶液对溶液对545nm的光吸收最强。不同浓度的的光吸收最强。不同浓度的溶液，溶液，max相同，但是吸收光的强度不同，显然，溶液越相同，但是吸收光的强度不同，显然，溶液越浓，吸收光强度越大。浓，吸收光强度越大。紫外可紫外可见见光光谱产谱产生机理不同于原子生机理不同于原子发发射光射光谱谱，分子中，分子中电电子的子的跃跃迁、迁、分子吸收分光光度分析原理分子吸收分光光度分析原理应用分光仪器，将包含多种波长的复合光色散成各种单应用分光仪器，将包含多种波长的复合光色散成各种单一波长的光，选择可被待测物质吸收的单色光（如一波长的光，选择可被待测物质吸收的单色光（如 max）照射待测物质，测量从溶液中透射的光的强度，经过）照射待测物质，测量从溶液中透射的光的强度，经过计算可确定被测物质的浓度。计算可确定被测物质的浓度。定量依据是朗伯定量依据是朗伯-比尔定律：当一束平行的单色光通过比尔定律：当一束平行的单色光通过均匀的有色溶液后，溶液的吸光度与溶液浓度及液层厚均匀的有色溶液后，溶液的吸光度与溶液浓度及液层厚度的乘积成正比。度的乘积成正比。分子吸收分光光度分析原理分子吸收分光光度分析原理应应用分光用分光仪仪器，将包含多种波器，将包含多种波长长的复合光的复合光分子吸收分光光度分析原理分子吸收分光光度分析原理吸光度（吸光度（A）：入射光强度（）：入射光强度（Io）与透射光强度（）与透射光强度（It）比）比值的对数，是用来衡量光被吸收程度的物理量。值的对数，是用来衡量光被吸收程度的物理量。式中式中T为透光率，为透光率，朗伯朗伯-比尔定律的数学表达式：比尔定律的数学表达式：A=kbc 式中，式中，k为比例系数，为比例系数，b为液层厚度，为液层厚度，c为溶液浓度为溶液浓度分子吸收分光光度分析原理吸光度（分子吸收分光光度分析原理吸光度（A）：入射光）：入射光强强度（度（Io）与透）与透仪器装置仪器装置紫外紫外-可见光分光光度仪主要组件：光源、分光系统、可见光分光光度仪主要组件：光源、分光系统、吸收池、检测显示装置吸收池、检测显示装置紫外紫外-可见分光光度仪示意图可见分光光度仪示意图仪仪器装置紫外器装置紫外-可可见见光分光光度光分光光度仪仪主要主要组组件：光源、分光系件：光源、分光系统统、吸收、吸收紫外紫外-可见分光光度仪可见分光光度仪光源：可见光用钨灯光源：可见光用钨灯(4001000nm)或卤素灯或卤素灯(3202500nm)；紫外光用氢灯或氘灯；紫外光用氢灯或氘灯(180375nm)。分光系统：包括狭缝、棱镜或光栅、准直装置等，可见分光系统：包括狭缝、棱镜或光栅、准直装置等，可见光分光光度计常用玻璃材质分光器件，由于玻璃对紫外光分光光度计常用玻璃材质分光器件，由于玻璃对紫外光有吸收，紫外光有吸收，紫外可见光分光光度计常用石英材质分光可见光分光光度计常用石英材质分光器件。器件。吸收池：在可见光范围内可使用光学玻璃，在紫外光范吸收池：在可见光范围内可使用光学玻璃，在紫外光范围内使用石英。围内使用石英。紫外紫外-可可见见分光光度分光光度仪仪光源：可光源：可见见光用光用钨钨灯灯(4001000nm检测显示装置：较常见的光电倍增管，是在光电转换的检测显示装置：较常见的光电倍增管，是在光电转换的基础上，通过多重二次电子倍增发射，将仅数百个光子基础上，通过多重二次电子倍增发射，将仅数百个光子的信号指数式放大，用计算机显示结果。的信号指数式放大，用计算机显示结果。紫外紫外-可见分光光度仪可见分光光度仪光电倍增管光电倍增管工作原理示意图工作原理示意图检测显检测显示装置：示装置：较较常常见见的光的光电电倍增管，是在光倍增管，是在光电转换电转换的基的基础础上，通上，通过过定量分析方法定量分析方法标准曲线法：配制一系列浓度梯度的标准溶液，测定吸标准曲线法：配制一系列浓度梯度的标准溶液，测定吸光度，得到吸光度光度，得到吸光度-浓度标准曲线。用相同的方法测定浓度标准曲线。用相同的方法测定待测溶液吸光度，从标准曲线上找出对应的浓度。待测溶液吸光度，从标准曲线上找出对应的浓度。在仪器、方法和条件都固定时，标准曲线可以多次使用在仪器、方法和条件都固定时，标准曲线可以多次使用而不必重新制作，因而标准曲线法尤其适用于大批量和而不必重新制作，因而标准曲线法尤其适用于大批量和经常性的试样分析工作。经常性的试样分析工作。在可见光区域无色或浅色物质（如金属离子等），可通在可见光区域无色或浅色物质（如金属离子等），可通过加显色剂，实现分光光度分析。常见的显色剂是一些过加显色剂，实现分光光度分析。常见的显色剂是一些无机或有机配位剂。无机或有机配位剂。定量分析方法定量分析方法标标准曲准曲线线法：配制一系列法：配制一系列浓浓度梯度的度梯度的标标准溶液，准溶液，测测定吸定吸多组分试样分光光度法定量多组分试样分光光度法定量两组分两组分A和和B混合物的吸收光谱部分重叠。在混合物的吸收光谱部分重叠。在A的最大的最大吸收波长吸收波长 1处，处，B有吸收；而有吸收；而B的最大吸收波长的最大吸收波长 2处，处，A也有吸收。分别测定也有吸收。分别测定 1和和 2两波长处两物质吸光度之两波长处两物质吸光度之和和A 1A+B和和A 2A+B，则：，则：A 1A+B=A 1A+A 1B=kA 1bcA+kB 1bcBA 2A+B=A 2A+A 2B=kA 2bcA+kB 2bcB当两组分在当两组分在A、B两波长的吸收系数两波长的吸收系数aA 1、aB 1、aA 2、aB 2均已知，解上述方程组可求得含量均已知，解上述方程组可求得含量cA和和cB。多多组组分分试样试样分光光度法定量分光光度法定量两两组组分分A和和B混合物的吸收光混合物的吸收光谱谱部部分分析析方方法法：Au3+、Ag+的的SCN-配配位位阴阴离离子子，与与4,4-双双（二二甲甲氨氨基基）硫硫代代二二苯苯甲甲酮酮（TMK）反反应应显显色色，扫扫描描Au-TMK、Ag-TMK吸收光谱，确定吸收光谱，确定Au-TMK和和Ag-应用实例：双波长光度法同时测定金和银应用实例：双波长光度法同时测定金和银1.试剂空白，试剂空白，2.Ag-TMK，3.Au-TMKTMK的的 检检 测测 波波 长长 分分 别别 为为 518、495nm（图图中中c、a），参参比比波波长长分分别别为为475、597nm（图图中中d、b），进行双波长光度分析。进行双波长光度分析。分析方法：分析方法：Au3+、Ag+的的SCN-配位阴离子，与配位阴离子，与4,4-乙酸乙酯红外吸收光谱图乙酸乙酯红外吸收光谱图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。吸收光谱，进行定性、定量分析的方法。四、红外光谱分析四、红外光谱分析乙酸乙乙酸乙酯红酯红外吸收光外吸收光谱图谱图用具有用具有红红外外连续连续波波长辐长辐射的光源照射射的光源照射试样试样，红外吸收光谱的波数红外吸收光谱的波数红外光谱用波数红外光谱用波数(cm-1)表示吸收频率，用透光率表示吸收频率，用透光率T表表示吸收的程度。波数与波长示吸收的程度。波数与波长和频率和频率的关系：的关系：式中式中c是光速。如碳碳双键的伸缩振动是光速。如碳碳双键的伸缩振动的频率的频率(4.941013Hz)换算成波数为：换算成波数为：与分子内成键和结构关系密切的是中红外区的光谱，波与分子内成键和结构关系密切的是中红外区的光谱，波长长2.515m，频率，频率1.210146.01013Hz，波数，波数4000670cm-1红红外吸收光外吸收光谱谱的波数的波数红红外光外光谱谱用波数用波数(cm-1)表示吸表示吸红外吸收光谱产生机理红外吸收光谱产生机理分子内部成键原子间相对位置的反复变动、分子本身绕分子内部成键原子间相对位置的反复变动、分子本身绕其重心的转动，与分子中的分子振动能级、转动能级的其重心的转动，与分子中的分子振动能级、转动能级的跃迁相关，引发对红外光的吸收。跃迁相关，引发对红外光的吸收。分子振动有对称伸缩振动、不对称伸缩振动、弯曲振动分子振动有对称伸缩振动、不对称伸缩振动、弯曲振动等。如分子内部亚甲基的伸缩振动方式：等。如分子内部亚甲基的伸缩振动方式：对称伸缩振动对称伸缩振动不对称伸缩振动不对称伸缩振动红红外吸收光外吸收光谱产谱产生机理分子内部成生机理分子内部成键键原子原子间间相相对对位置的反复位置的反复变动变动、分、分红外吸收频率的计算红外吸收频率的计算双原子分子沿成键方向的伸缩振动，类比于弹簧振子的简谐双原子分子沿成键方向的伸缩振动，类比于弹簧振子的简谐振动。用简谐振动方程描述振动频率：振动。用简谐振动方程描述振动频率：式中式中，为该化学键两端原子的为该化学键两端原子的折合质量，折合质量，k为为“弹簧弹簧”的力常数。的力常数。分子官能团的红外吸收频率可由此计算。如分子官能团的红外吸收频率可由此计算。如C=C的伸缩的伸缩振动，振动，k 960(N/m)，折合质量：，折合质量：伸缩振动频率：伸缩振动频率：波数波数=1645cm-1红红外吸收外吸收频频率的率的计计算双原子分子沿成算双原子分子沿成键键方向的伸方向的伸缩缩振振动动，类类比于比于弹弹簧簧红外吸收光谱与物质的结构红外吸收光谱与物质的结构常见官能团常见官能团的红外光谱的红外光谱特征吸收特征吸收基团基团 振动振动波数波数cm-1C-H对称伸缩振动对称伸缩振动 2885-2860-CH3C-H不对称伸缩振动不对称伸缩振动 2975-2950C-H变形振动变形振动 1385-1365C-H对称伸缩振动对称伸缩振动 2870-2845-CH2-C-H不对称伸缩振动不对称伸缩振动 2940-2915C-H变形振动变形振动 1480-1440C=CC=C伸缩振动伸缩振动 1645-1640C-H伸缩振动伸缩振动 3310-3300CC-HCC伸缩振动伸缩振动 2260-2100C-H伸缩振动伸缩振动 3080-3030苯环苯环 苯环骨架振动苯环骨架振动 1600，1500C=OC=O伸缩振动伸缩振动 1870-1635-NHN-H伸缩振动伸缩振动 3500-3100N-H变形振动变形振动 1650-1550C-O-HO-H伸缩振动伸缩振动 3670-3230C-O伸缩振动伸缩振动 1300-1000红红外吸收光外吸收光谱谱与物与物质质的的结结构常构常见见官能官能团团的的红红外光外光谱谱特征吸收基特征吸收基团团振振红外光谱分析仪：色散型红外光谱仪，干涉型红外光红外光谱分析仪：色散型红外光谱仪，干涉型红外光谱仪。谱仪。色散型红外光谱仪：用单色器将光源复合光分光，使色散型红外光谱仪：用单色器将光源复合光分光，使单色光依次通过待测试样，测定各波长透光率。单色光依次通过待测试样，测定各波长透光率。红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪红红外光外光谱谱分析分析仪仪：色散型：色散型红红外光外光谱仪谱仪，干涉型，干涉型红红外光外光谱仪谱仪。红红外吸收外吸收红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪干涉型红外光谱仪：通过干涉仪，使光源复合光分干涉型红外光谱仪：通过干涉仪，使光源复合光分束后形成相干光，无需分光，计算机全波段测定、束后形成相干光，无需分光，计算机全波段测定、解析不同波长信号强度的技术。解析不同波长信号强度的技术。干涉型红外光谱仪测定速度明显加快，并且无须分干涉型红外光谱仪测定速度明显加快，并且无须分光，减少光损失，因而检测灵敏度提高；同时体积光，减少光损失，因而检测灵敏度提高；同时体积大大减小，成为该仪器发展主流的趋势。大大减小，成为该仪器发展主流的趋势。红红外吸收光外吸收光谱仪谱仪干涉型干涉型红红外光外光谱仪谱仪：通：通过过干涉干涉仪仪，使光源复合光分束，使光源复合光分束定性和结构分析定性和结构分析红外光谱分析时，固体试样常与无机盐（纯红外光谱分析时，固体试样常与无机盐（纯KBr）混匀压片，然后直接进行测定。混匀压片，然后直接进行测定。由于红外分光光度仪与紫外由于红外分光光度仪与紫外可见光分光光度仪相可见光分光光度仪相比，光源强度低，检测灵敏度也较低，必须使用较比，光源强度低，检测灵敏度也较低，必须使用较宽的狭缝，这些因素会导致对比尔定律的偏离。所宽的狭缝，这些因素会导致对比尔定律的偏离。所以，红外吸收光度主要用于物质定性和结构分析，以，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。较少用于定量分析。定性和定性和结结构分析构分析红红外光外光谱谱分析分析时时，固体，固体试样试样常与无机常与无机盐盐（纯纯KBr乙酸乙酸+正丁醇正丁醇乙酸丁酯。用红外光谱分析判断反应程度。乙酸丁酯。用红外光谱分析判断反应程度。与丁醇的光谱相比，产物光谱多了与丁醇的光谱相比，产物光谱多了1742cm-1峰（峰（C=O伸缩伸缩振动振动)，少了，少了3332cm-1峰（峰（O-H伸缩振动）。说明产物中有伸缩振动）。说明产物中有酯，几乎无醇。酯，几乎无醇。应用实例：反应产物的判断应用实例：反应产物的判断产物产物原料丁醇原料丁醇乙酸乙酸+正丁醇正丁醇乙酸丁乙酸丁酯酯。用。用红红外光外光谱谱分析判断反分析判断反应应程度。与丁醇的程度。与丁醇的五、电位分析五、电位分析电化学分析法以待测试样溶液作为化学电池（原电池或电化学分析法以待测试样溶液作为化学电池（原电池或电解池）的一部分，根据该电池的相关物理量（如电极电解池）的一部分，根据该电池的相关物理量（如电极电势、电流、电量、电阻等）与待测试样含量的关系进电势、电流、电量、电阻等）与待测试样含量的关系进行测定。行测定。Nernst方程将电动势与离子浓度等联系起来，是电化方程将电动势与离子浓度等联系起来，是电化学分析的理论基础。学分析的理论基础。常见的电化学分析方法有：测定电极电势和电动势的电常见的电化学分析方法有：测定电极电势和电动势的电位分析，测定电阻的电导分析，测定电量的库仑分析，位分析，测定电阻的电导分析，测定电量的库仑分析，测定电流电压曲线的伏安分析等，本节着重介绍电位分测定电流电压曲线的伏安分析等，本节着重介绍电位分析。析。五、五、电电位分析位分析电电化学分析法以待化学分析法以待测试样测试样溶液作溶液作为为化学化学电电池（原池（原电电池或池或该电池电动势该电池电动势 E E=A+/AA+/A 参比参比，因，因 参比参比已知，所以测量已知，所以测量E E，可求得，可求得 A+/AA+/A，根据，根据NernstNernst方程求得浓度方程求得浓度c cA+A+。参比电极：电极电势不变且数值已知的电参比电极：电极电势不变且数值已知的电极；常见甘汞电极或银极；常见甘汞电极或银/氯化银电极，电极氯化银电极，电极电势为电势为 参比参比。电位分析包括指示电极和参比电极。电位分析包括指示电极和参比电极。若指示电极的电极电势高于参比电极，原电池为：若指示电极的电极电势高于参比电极，原电池为：参比电极参比电极A+(c)A电位分析的原理与电极电位分析的原理与电极银银-氯化银电极氯化银电极该电该电池池电动势电动势E=A+/A参比，因参比，因参比已参比已指示电极指示电极指示电极：对待测离子敏感的选择性电极，有金属电极指示电极：对待测离子敏感的选择性电极，有金属电极或离子选择性膜电极等，电极电势为或离子选择性膜电极等，电极电势为 A+/A。金属电极：由金属及其离子构成。如锌丝插入金属电极：由金属及其离子构成。如锌丝插入Zn2+溶液，溶液，构成能响应构成能响应Zn2+浓度的锌电极。金属电极还可指示阴离浓度的锌电极。金属电极还可指示阴离子浓度，如子浓度，如Ag+AgCl/Cl电极可测定电极可测定Cl浓度。浓度。离子选择性膜电极：电极表面含有对特定离子有选择性离子选择性膜电极：电极表面含有对特定离子有选择性响应的敏感元件（选择膜），被测离子在膜内外的浓度响应的敏感元件（选择膜），被测离子在膜内外的浓度差异产生电位差。敏感元件是膜电极的关键，可以是单差异产生电位差。敏感元件是膜电极的关键，可以是单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等。晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等。指示指示电电极指示极指示电电极：极：对对待待测测离子敏感的离子敏感的选择选择性性电电极，有金属极，有金属电电极或离极或离离子选择性膜电极的结构。离子选择性膜电极的结构。pH玻璃电极：由特殊薄玻璃膜制成，玻璃电极：由特殊薄玻璃膜制成，可测可测H浓度。玻璃膜是非晶体膜，在浓度。玻璃膜是非晶体膜，在SiO2基质中加入基质中加入Na2O、Li2O和和CaO烧结而成，厚度约为烧结而成，厚度约为0.05mm。指示电极指示电极pH玻璃电极结构示意图玻璃电极结构示意图1-玻璃膜；玻璃膜；2-外壳；外壳；3-HCl溶液；溶液；4-内内参比电极；参比电极；5-绝缘套；绝缘套；6-引线；引线；7-插头插头膜电极结构示意图膜电极结构示意图离子离子选择选择性膜性膜电电极的极的结结构。指示构。指示电电极极pH玻璃玻璃电电极极结结构示意构示意图图膜膜电电极极离子选择性膜电极离子选择性膜电极氟离子选择性电极：敏感膜为掺有氟氟离子选择性电极：敏感膜为掺有氟化铕（化铕（EuF2）的氟化镧（的氟化镧（LaF3）单）单晶。晶。二氧化碳的气敏电极：玻璃电极外上二氧化碳的气敏电极：玻璃电极外上覆盖一层可吸收覆盖一层可吸收COCO2 2分子的溶液，气体渗分子的溶液，气体渗入溶液，引起入溶液，引起pHpH值的变化，导致玻璃电值的变化，导致玻璃电极电势的变化。极电势的变化。离子离子选择选择性膜性膜电电极氟离子极氟离子选择选择性性电电极：敏感膜极：敏感膜为掺为掺有氟化有氟化铕铕（EuF应用实例：血清及指血中氟的电位分析应用实例：血清及指血中氟的电位分析氟离子选择性膜电极和饱和甘汞电极组成电对，由电化氟离子选择性膜电极和饱和甘汞电极组成电对，由电化学分析仪进行电位分析。学分析仪进行电位分析。(1)血清氟：取血清氟：取0.25mL血清，加血清，加0.25mL总离子强度调节总离子强度调节剂（由酸碱缓冲溶剂和强电解质盐组成，调节溶液酸度剂（由酸碱缓冲溶剂和强电解质盐组成，调节溶液酸度和导电性：和导电性：1.0mol.L-1氯化钠、氯化钠、0.2mol.L-1醋酸、醋酸、0.75mol.L-1醋酸钠、醋酸钠、0.1mol.L-1柠檬酸钠、柠檬酸钠、0.1mol.L-1乙乙二胺四乙酸二钠，二胺四乙酸二钠，pH5.05.5），作为供试液。），作为供试液。(2)手指全血氟：取手指全血氟：取0.24mL总离子强度调节剂，加总离子强度调节剂，加0.24mL水稀释，再取手指全血水稀释，再取手指全血20l注入测量杯中，待注入测量杯中，待完全溶血后，作为供试液。完全溶血后，作为供试液。应应用用实实例：血清及指血中氟的例：血清及指血中氟的电电位分析氟离子位分析氟离子选择选择性膜性膜电电极和极和饱饱和甘和甘六、色谱分析六、色谱分析进行物质分析时，待测物常是含有数种组分的混合进行物质分析时，待测物常是含有数种组分的混合物、而非纯净物，需要先行分离，再分别分析测定物、而非纯净物，需要先行分离，再分别分析测定组分的含量或浓度。组分的含量或浓度。常用的仪器分离分析方法有：色谱法和高效毛细管常用的仪器分离分析方法有：色谱法和高效毛细管电泳法。电泳法。色谱法：基于不同组分在固定相、流动相之间吸附色谱法：基于不同组分在固定相、流动相之间吸附或分配平衡的差异实现分离，结合分光光度分析、或分配平衡的差异实现分离，结合分光光度分析、电化学等检测器进行组分的定量分析。电化学等检测器进行组分的定量分析。六、色六、色谱谱分析分析进进行物行物质质分析分析时时，待，待测测物常是含有数种物常是含有数种组组分的混合物、分的混合物、色谱分离基本原理色谱分离基本原理色谱分离是待分离的组分色谱分离是待分离的组分在固定相和流动相两相之在固定相和流动相两相之间的不断分配、达到分离间的不断分配、达到分离的过程。的过程。固定相有较大比表面积，固定相有较大比表面积，是多孔的微粒或键合在多是多孔的微粒或键合在多孔微粒表面的薄层液体。孔微粒表面的薄层液体。流动相携带试样组分渗滤流动相携带试样组分渗滤过固定相，是气体或液体过固定相，是气体或液体色色谱谱分离基本原理色分离基本原理色谱谱分离是待分离的分离是待分离的组组分在固定相和流分在固定相和流动动相两相之相两相之色谱分离基本原理色谱分离基本原理流动相携试样组分流经固定相时，试样组分与固定相存流动相携试样组分流经固定相时，试样组分与固定相存在相互作用。若固定相为固体，发生吸附在相互作用。若固定相为固体，发生吸附/脱附作用；脱附作用；若固定相为通过化学键结合在固体表面的薄层液体，发若固定相为通过化学键结合在固体表面的薄层液体，发生溶解（或萃取）生溶解（或萃取）/洗脱作用。洗脱作用。因为不同组分在性质和结构上的差异，与固定相的作用因为不同组分在性质和结构上的差异，与固定相的作用力的强弱不同；如吸附力的强弱不同；如吸附/脱附可随分子量而变化，溶解脱附可随分子量而变化，溶解能力可能力可随分子的极性而变化等。随分子的极性而变化等。各组分经反复多次吸附各组分经反复多次吸附/脱附（或溶解分配）平衡，被脱附（或溶解分配）平衡，被固定相保留的时间不同而逐渐分离，按次序流出。固定相保留的时间不同而逐渐分离，按次序流出。色色谱谱分离基本原理流分离基本原理流动动相携相携试样组试样组分流分流经经固定相固定相时时，试样组试样组分与固定分与固定色谱法的分类色谱法的分类色谱分析主要包括气相色谱和高效液相色谱色谱分析主要包括气相色谱和高效液相色谱流动相流动相液液 体体气气 体体固定相固定相固固 体体液液 体体固固 体体液液 体体名称名称液固色谱液固色谱液液色谱液液色谱 气固色谱气固色谱 气液色谱气液色谱按色谱按色谱原理分类原理分类吸附吸附色谱色谱离子交离子交换色谱换色谱凝胶凝胶色谱色谱分配分配色谱色谱吸附吸附色谱色谱分配分配色谱色谱色色谱谱法的分法的分类类色色谱谱分析主要包括气相色分析主要包括气相色谱谱和高效液相色和高效液相色谱谱流流动动相液相液气相色谱仪气相色谱仪1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-减压阀；减压阀；3-净化干燥管；净化干燥管；4-针形阀；针形阀；5-流量计；流量计；6-进样器；进样器；7-色谱柱；色谱柱；8-检测器检测器气相色气相色谱仪谱仪1-载载气气钢钢瓶；瓶；2-减减压阀压阀；3-净净化干燥管；化干燥管；4-针针高效液相色谱仪高效液相色谱仪由高压输液系统、进样阀、色谱分离柱、检测器、数据记由高压输液系统、进样阀、色谱分离柱、检测器、数据记录处理系统等组成。其中高压输液系统包括储液瓶、高压录处理系统等组成。其中高压输液系统包括储液瓶、高压输液泵、流动相梯度混合装置等。输液泵、流动相梯度混合装置等。高效液相色高效液相色谱仪谱仪由高由高压输压输液系液系统统、进样阀进样阀、色、色谱谱分离柱、分离柱、检测检测器、数器、数常见检测器常见检测器常见气相色谱热导检测器（常见气相色谱热导检测器（TCD）和高效液相色谱紫）和高效液相色谱紫外光度检测器（外光度检测器（UV），适于定量测定。而质谱仪或红），适于定量测定。而质谱仪或红外光谱仪等作为色谱检测器，可用于组分定性和结构外光谱仪等作为色谱检测器，可用于组分定性和结构分析。分析。TCDTCD是通用性检测器。热敏电热丝通电于是通用性检测器。热敏电热丝通电于控温的检测池内，当不同导热系数的气体控温的检测池内，当不同导热系数的气体流过时，引起电热丝与池体间的温度变化，流过时，引起电热丝与池体间的温度变化，导致热敏电热丝的电阻变化；电磁阀切换导致热敏电热丝的电阻变化；电磁阀切换待测气体与流动相参比气体交替进入待测气体与流动相参比气体交替进入TCDTCD，记录两信号之差。，记录两信号之差。常常见检测见检测器常器常见见气相色气相色谱热导检测谱热导检测器（器（TCD）和高效液相色）和高效液相色谱谱紫外紫外UV检测器是选取适合的紫外检测器是选取适合的紫外-可见波长单色光，照射色可见波长单色光，照射色谱柱后的流通池，用光电转换装置检测透射光强以定谱柱后的流通池，用光电转换装置检测透射光强以定量量(A)。若用阵列光电转换器。若用阵列光电转换器(如二极管阵列检测器如二极管阵列检测器)，可同时测定色谱柱后多波长紫外可同时测定色谱柱后多波长紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱(B)。常见检测器常见检测器A AB BUV检测检测器是器是选选取适合的紫外取适合的紫外-可可见见波波长单长单色光，照射色色光，照射色谱谱柱后的流柱后的流色谱图色谱图试样组分经色谱分离，从柱后流出产生响应信号，记录成为试样组分经色谱分离，从柱后流出产生响应信号，记录成为色谱图。纵坐标为信号强度，横坐标为组分在柱内的停留时色谱图。纵坐标为信号强度，横坐标为组分在柱内的停留时间。间。t tR R保留保留时间时间，t tM M 死时间死时间（组分在流动相中停留时间），调组分在流动相中停留时间），调整保留时间整保留时间t tR R=t tR R-t tM M （组分在固定相中停留时间）。（组分在固定相中停留时间）。色色谱图试样组谱图试样组分分经经色色谱谱分离，从柱后流出分离，从柱后流出产产生响生响应应信号，信号，记录记录成成为为色色色谱定量方法色谱定量方法根据色谱峰的面积（或高度）推算进行定量。根据色谱峰的面积（或高度）推算进行定量。如果组分如果组分i的质量的质量mi与峰面积与峰面积Ai成正比：成正比：mi=fiAi，fi为校正因子，可通过称取一定质量为校正因子，可通过称取一定质量mi的标准样的标准样i进行进行色谱分析，测量峰面积色谱分析，测量峰面积Ai求得。求得。如果组分如果组分i的质量的质量mi与峰面积与峰面积Ai不成正比，需称取一系不成正比，需称取一系列质量列质量mi1、mi2、mi3的样品，测量色谱峰面积的样品，测量色谱峰面积Ai1、Ai2、Ai3，制作，制作miAi标准曲线；最后测量未知试样标准曲线；最后测量未知试样的色谱峰面积求得质量。的色谱峰面积求得质量。色色谱谱定量方法根据色定量方法根据色谱谱峰的面峰的面积积（或高度）推算（或高度）推算进进行定量。行定量。应用实例：蔬菜中农药残留量分析应用实例：蔬菜中农药残留量分析苯基聚硅苯苯基聚硅苯-硅氧烷键合固定相，氮气流动相，氮磷检测器。硅氧烷键合固定相，氮气流动相，氮磷检测器。1 1.甲胺磷，甲胺磷，2 2.乙酰甲胺磷，乙酰甲胺磷，3.3.甲拌磷，甲拌磷，4.4.氧化乐果，氧化乐果，5 5.毒死蜱，毒死蜱，6.6.甲基对硫甲基对硫磷，磷，7.7.对硫磷，对硫磷，8.8.克百威，克百威，9.9.抗蚜威抗蚜威取取3 kg3 kg蔬菜蔬菜制成匀浆；匀浆制成匀浆；匀浆10 10 g g加二氯甲烷加二氯甲烷70 mL70 mL，加无水硫加无水硫酸钠酸钠3030100 g100 g脱水。加活性脱水。加活性炭炭0.20.20.8 g0.8 g脱色；振摇脱色；振摇0.50.5小时过滤。取滤液小时过滤。取滤液35.0mL 35.0mL，浓缩近干，用正己烷和丙酮浓缩近干，用正己烷和丙酮(1+1)(1+1)定容至定容至2.0 mL2.0 mL。取。取1 L1 L溶液气相色谱仪测定。溶液气相色谱仪测定。应应用用实实例：蔬菜中例：蔬菜中农药农药残留量分析苯基聚硅苯残留量分析苯基聚硅苯-硅氧硅氧烷键烷键合固定相，合固定相，中药三七中的有效成分分析中药三七中的有效成分分析十八烷基硅烷键合硅胶固定相，乙腈十八烷基硅烷键合硅胶固定相，乙腈水二元流动相，二极水二元流动相，二极管阵列检测器紫外光度检测。取三七粉管阵列检测器紫外光度检测。取三七粉0.5g，加，加0.5g硅藻硅藻土混匀，加压（土混匀，加压（6.895MPa）高温（）高温（150）甲醇提取）甲醇提取1 1.三七皂苷三七皂苷R1R1，211.211.人参皂苷人参皂苷RglRgl、ReRe、RfRf、RblRbl、Rg2Rg2、RcRc、Rb2Rb2、Rb3Rb3、RdRd、Rg3Rg315min，25mL量瓶量瓶定容后，用定容后，用0.45m微孔滤膜过滤，取微孔滤膜过滤，取10L提取液高效液提取液高效液相色谱测定。相色谱测定。中中药药三七中的有效成分分析十八三七中的有效成分分析十八烷烷基硅基硅烷键烷键合硅胶固定相，乙合硅胶固定相，乙腈腈水水