原子吸收光谱的应用教学文稿.ppt

原子吸收光谱的应用原子吸收光谱的应用 仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，根据化学和物理化学的原理测定和鉴别物质的组成、状态、结构及其组分含量的科学，它与化学分析一起同属于分析化学范畴。仪器分析是多种仪器方法的组合，在多种学科中其地位越来越显得重要，它们已不单纯地应用于分析的目的，而是更广泛地应用于研究和解决各种理论和实际问题。仪器分析的内容仪器分析的内容（一）分析速度快，能在短时间内分析多个样品；（二）灵敏度高，对于微量、痕量和超痕量成分测定有更高的准确度；（三）应用范围广，除了能进行定性、定量分析外，还能进行结构分析、物相分析、微区分析、价态分析等，同时还可用于络合物的络合比、稳定常数、酸碱电离常数、分子量的测定等，广泛用于冶金、地质、石油化工、海洋、农业、环境、生物、食品、医药卫生等行业。仪器分析的特点仪器分析的特点（四）选择性高，通过选择和调正测定条件，使共存组分测定时相互间不产生干扰，适于复杂组分试适于复杂组分试样的样的 分析；分析；（五）样品用量少，许多仪器分析法可实现样品无损测定。（六）操作简便，有较好的精密度。（七）组合能力和组合能力和适应性强适应性强，能在线分析；，能在线分析；（八）数据的采集和处理数据的采集和处理易于自动化和智能化易于自动化和智能化仪器分析方法分类仪器分析方法分类 根据用以测量的物质性质物质性质，仪器分析方法主要分为以下几类:（一）电化学分析法（一）电化学分析法 1、电位滴定（测定pH值等）2、离子选择性电极 3、库仑分析法 4、阳极溶出伏安法 5、电位溶出法 6、极谱法 7、电解法(二二)光谱学分析法光谱学分析法（I）分子光谱法 1、紫外分光光度法 2、可见光分光光度法 3、紫外可见发光光度法 4、红外光谱法 5、核磁共振波谱法 6、激光光谱法 7、拉谩光谱法 8、旋光仪 9、光声光谱（2）原子光谱法 1、原子发射光谱法（AES）2、ICP直读光谱法（ICP/AES）3、ICP/质谱法（ICP/MS）4、原子吸收光谱法（AAS）（火焰CP原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法）5、原子荧光光谱法（AFS）6、X射线荧光光谱法（3）粒子束光谱法 1、透射电子显微镜 2、扫描电子显微镜 3、电子探针 4、扫描遂道显微镜 5、电子能谱 6、离子探针（三）色谱分析法三）色谱分析法 1、气相色谱（GC）2、液相色谱（HPLC）3、薄层色谱（TLC）4、超临界色谱 5、毛细管电泳 6、气/质联用（GC/MS）7、液/质联用（HPLC/MS）8、质谱（MS）9、气/质/质（GC/MS/MS）10、液/质/质（HPLC/MS/MS）（四）热分析（四）热分析1、热重分析仪 2、差热分析仪 3、示差扫描能量仪（五）同位素分析（五）同位素分析 1、中子活化仪 2、射线能谱仪 3、核磁共振分析仪（六）生物及生化分析（六）生物及生化分析 1、PCR 2、DNA测序仪 3、各种电泳仪（七）微生物检测七）微生物检测 1、流式细胞仪 2、其它仪器 电化学分析法电化学分析法 根据物质的电学及电化学性质所建立起来的分析方法统称为电分析化学法。它通常是将待测溶液构成一化学电池（电解池或原电池），通过研究或测量化学电池的电学性质（如电极电位、电流、电导及电量等）或电学性质的突变或电解产物的量与电解质溶液组成之间的内在联系以确定试样的含量。根据所测量的物质的电学性质，可将电分析化学法分为电位分析法、伏安及极谱分析法、电导分析法、电解分析法及库仑分析法等。光学分析法光学分析法 光学分析法是根据物质与电磁辐射之间的关系而建立起来的一种物理分析方法。光学分析法可分为光谱法及非光谱法两大类。在光谱法中，与电磁辐射作用的物质分子或原子间有能级间的跃迁存在，如紫外及可见光度分析法、原子发射光谱法、红外及拉曼光谱法等；在非光谱分析法中，不涉及物质分子或原子能级间的跃迁，只改变了电磁辐射的传播方向和物理性质，如折射、散射、衍射、偏振等。非学谱法包括折射法、X-射线衍射法及旋光测定法等。其中以光谱法最丰富，最重要，应用最广泛。根据与电磁辐射作用的物质是以气态原子还是以分子（或离子团）形式存在，可将光谱法分为原子光谱法和分子光谱法两类。原子光谱法包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和X射线荧光光谱法等。分子光谱法包括紫外及可见光度分析法、分子荧光光谱法、红外及拉曼光谱法。根据物质与电磁辐射相互作用的机理，可将光谱法分为发射光谱法、吸收光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法、X-射线衍射光谱法等。色谱法色谱法 色谱法是一种用来分离、分析多组分混合物质极有效的方法之一。它的分离原理是：混合物中各组分在互不相溶的两相（固定相和流动相）间具有不同的分配系数，当混合物中各组分随着流动相移动通过固定相时，在流动相和固定相之间的进行反复多次的分配，这样就使分配系数不同的各组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按不同的次序先后从固定相中流出。按流动相物理状态的不同，可将色谱法分为气相谱法和液相色谱法两种。气相色谱气体为流动相，液相色谱液体为流动相。色谱法能在较短的时间内对组成极为复杂、各组分性质极为相近的混合物同时进行分离和测定。例如在气相色谱中，用空心毛细管柱一次可以解决石油馏分中的几十个、上百个组分的分离和测定。目前色谱法已成为天然产物、石油化工、医药卫生、环境科学、生命科学、能源科学、有机和无机新型材料等各个研究领域中不可缺少的重要工具。质谱法质谱法 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比（m/z）大小进行分离记录的分析方法获得图谱即为质谱图。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析，复杂化合物的结构分析，样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。例如，质谱检出的离子强度与离子数目成正比，通过离子强度可进行定量分析。质谱仪早期主要用于分子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构的最有力工具之一。紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法 紫外-可见分光光度法（Ultravioler and Visible Spectrophotometry,UV-Vis）是分子吸收光谱方法，是利用分子对外来辐射的吸收特性建立起来的分析方法，涉及的是分子的价电子在不同分子轨道间能级的跃迁，对应的光谱区范围为180-780nm。紫外-可见分光光度法主要用于分子的定量分析，但紫外光度法为四大波谱之一，是鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。随着科学技术的发展，结合现代的光、电和计算机技术，紫外-可见分光光度法具有灵敏度高（可测10-7-10-4g/mL的微量组分），准确度较好（相对误差1%-2%，对微量组分能完全满足要求），仪器价格低廉，操作简便快速等优点，使紫外-可见分光光度法在有机化学、生物化学、药品分析、食品检验、医疗卫生、环境保护、生命科学等各个领域和科研生产工作中成为一种重要的检测手段。紫外紫外-可见分光光度法的基本原理可见分光光度法的基本原理 紫外-可见分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotometry,UV-VIS)它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析,所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。紫外-可见分光光度法的特点有以下五点：（1）与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度快;（2）灵敏度高;（3）选择性好;（4）精密度和准确度较高;（5）用途广泛。紫外紫外-可见分光光度计的构造可见分光光度计的构造n n基本结构基本结构基本结构基本结构:光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器信号显示系统信号显示系统 样样品品n n光源光源光源光源：在紫外可见分光光度计中，常用的光源有两类：热辐射光在紫外可见分光光度计中，常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源用于可见光区，如钨灯和卤源和气体放电光源。热辐射光源用于可见光区，如钨灯和卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。n n单色器：单色器：单色器可将光源发射的复合光分解为单色光并随意改变波单色器可将光源发射的复合光分解为单色光并随意改变波长。单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和长。单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜等部分。准直镜等部分。单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。色散元单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。色散元件常用棱镜和光栅。件常用棱镜和光栅。n n吸收池：吸收池：吸收池：吸收池：吸收池又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收吸收池又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外区，因为玻璃对紫外光有吸收。紫外分光光度池，前者不能用于紫外区，因为玻璃对紫外光有吸收。紫外分光光度计采用石英材质。计采用石英材质。n n检测器：检测器：检测器：检测器：检测器的作用是当它受到光照射后吸收光子的能量并将其转换成可检测器的作用是当它受到光照射后吸收光子的能量并将其转换成可测的电信号，其信号的大小与照射于检测器上的光强度成正比。常用测的电信号，其信号的大小与照射于检测器上的光强度成正比。常用光电管或光电倍增管，后者比前者有更高的灵敏度，特别适合于弱辐光电管或光电倍增管，后者比前者有更高的灵敏度，特别适合于弱辐射的检测。最新的分光光度计有用光导摄像管或光电二级管矩阵作检射的检测。最新的分光光度计有用光导摄像管或光电二级管矩阵作检测器的，此类仪器具有快速扫描的特点。测器的，此类仪器具有快速扫描的特点。n n信号显示系统：信号显示系统：信号显示系统：信号显示系统：常用的信号显示装置有直读检流计，电位调节指零装置，以及自常用的信号显示装置有直读检流计，电位调节指零装置，以及自动记录和数字显示装置等。动记录和数字显示装置等。分光光度计的类型分光光度计的类型 紫外-可见分光光度计可分为两大类，即单波长分光光度计和双波长分光光度计。单波长分光光度计又可分为单光束和双光束两类。下面简要介绍几种类型仪器的光路原理。1 1、单光束紫外、单光束紫外-可见分光光度计可见分光光度计 经单色器分光后一束平行光，照射样品溶液（或参比溶液）经单色器分光后一束平行光，照射样品溶液（或参比溶液）进行吸光度的测定。此类仪器如国产的进行吸光度的测定。此类仪器如国产的751751型、型、752752型、型、75307530型等；国外的如英国的型等；国外的如英国的Unicam SP500Unicam SP500型、美国的型、美国的Beckmann DU-2Beckmann DU-2型、日本岛津的型、日本岛津的QR-50QR-50型等。以型等。以75307530型仪器型仪器为例，其光路原理如图为例，其光路原理如图2-92-9所示，光源为钨灯和氘灯。这所示，光源为钨灯和氘灯。这种简易型分光光度计结构简单、操作方便、维修容易，但种简易型分光光度计结构简单、操作方便、维修容易，但对光源发光强度的稳定要求较高。适合于紫外对光源发光强度的稳定要求较高。适合于紫外-可见区的可见区的常规定性和定量工作。常规定性和定量工作。2 2、双光束紫外、双光束紫外-可见分光光度计可见分光光度计 此类仪器国产的如710型、730型等；国外的如英国的Unicam SP700型、日本岛津的UV-200、UV-240型等。其光路原理如图2-10所示。从单色器射出的单色光，用一个旋转的扇面镜（又称斩光器）将它分成两束交替断续的单色光，分别通过参比池和样品池后，再用一同步的扇面镜将两束透过交替地投射于光电倍增管，使它产生一个交变的脉冲讯号，经过比较放大后，由显示器显示出透光率、吸光度、浓度，或进行波长扫描，记录吸收光谱。扇面镜以每秒几十至几百转的速度匀速旋转，使单色光能在很短时间内交替通过参比与样品池，可以减少或避免因光源发射光的强度不稳而引入的误差。测量中不需要移动吸收池，可在随意改变波长的同时自动记录所测量的吸光度值，描绘吸收曲线。影响紫外影响紫外-可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素 物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极pHpH等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。化。1 1 1 1温度温度温度温度 在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。2 2 2 2溶剂溶剂溶剂溶剂 紫外吸收光谱中有机化合物的测定往往需要溶剂，而溶剂尤其是极性紫外吸收光谱中有机化合物的测定往往需要溶剂，而溶剂尤其是极性溶剂，常会对溶质的吸收波长、吸收强度及吸收峰的形状产生较大影响。溶剂，常会对溶质的吸收波长、吸收强度及吸收峰的形状产生较大影响。溶剂的选择应注意如下几点：溶剂的选择应注意如下几点：（1 1）尽量选用低极性溶剂；）尽量选用低极性溶剂；（2 2）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；稳定性；（3 3）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。3 3 3 3 pHpHpHpH值值值值 pHpH值的变化会使有机化合物的存在形式发生变化，从而导致谱带的位值的变化会使有机化合物的存在形式发生变化，从而导致谱带的位移。移。pHpH值的改变还会影响到配位平衡，造成有色配合物的组成发生变化，值的改变还会影响到配位平衡，造成有色配合物的组成发生变化，从而使吸收带发生位移。从而使吸收带发生位移。紫外紫外-可见分光光度法应用可见分光光度法应用 紫外-可见吸收光谱除主要可用于物质的定量分析外，还可以用于物质的定性分析、纯度鉴定、结构分析。一、纯度检查一、纯度检查（杂质检查和杂质限量检查)如果有机化合物在紫外可见光区没有明显的吸收峰，而杂质在紫外区有较强的吸收，则可利用紫外光谱检验化合物纯度。用紫外吸收光谱确定试样的纯度是比较方便的。如蛋白质与核酸的纯度分析中，可用A280/A260的比值，鉴定其纯度。二、有机化合物结构的测定二、有机化合物结构的测定 1、共轭体系和官能团的判断利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系，如C=C、C=O、N=N、三键、苯环等。2、互变异构体和构型、构象的判断。可以通过经验规则计算出max 和max，与实际值比较进行判断三、氢健强度与摩尔质量的测定三、氢健强度与摩尔质量的测定四、定量分析（阴离子、阳离子等测定）四、定量分析（阴离子、阳离子等测定）五、配合物组成及其稳定常数的测定五、配合物组成及其稳定常数的测定 分析条件的选择分析条件的选择仪器测量条件的选择：1 1、适宜的吸光度范围、适宜的吸光度范围 最适宜的测量范围为最适宜的测量范围为0.2-0.80.2-0.8之间。之间。2 2、入射光波长的选择、入射光波长的选择 通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强吸收带的通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐最大吸收波长为入射波长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行测定。测定。3 3、狭缝宽度的选择、狭缝宽度的选择 为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样的吸光度不再增加为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。吸收峰半宽度的十分之一。显色反应条件的选择：显色反应条件的选择：对多种物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变对多种物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。反应、氧化还原反应等。这些显色反应，必须满足以下条件：这些显色反应，必须满足以下条件：反应的生成物必须在紫外反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力，可见光区有较强的吸光能力，即摩尔吸光系数较大；即摩尔吸光系数较大；反应有较高的选择性，即被测组分生成的化合物吸收曲线反应有较高的选择性，即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别；应与共存物质的吸收光谱有明显的差别；反应生成的产物有足够的稳定性，以保证测量过程中溶液反应生成的产物有足够的稳定性，以保证测量过程中溶液的吸光度不变；的吸光度不变；反应生成物的组成恒定。反应生成物的组成恒定。参比溶液的选择 测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节透光度（吸测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节透光度（吸光度为光度为0 0）为）为100%100%，以消除其它成分及吸光池和溶剂等对光的反，以消除其它成分及吸光池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差。射和吸收带来的测定误差。参比溶液的选择视分析体系而定，具体有：溶剂参比：试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考溶剂参比：试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池等因素；虑消除溶剂与吸收池等因素；试样参比：如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂试样参比：如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加入显色剂。只是不加入显色剂。试剂参比：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显试剂参比：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参色反应相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。比溶液。平行操作参比：用不含被测组分的试样，在相同的条件下与平行操作参比：用不含被测组分的试样，在相同的条件下与被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。光谱仪器简介光谱仪器简介 用来测量吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。虽然各种方法所用仪器在构造方面不同，但其基本组成大致相同。这类仪器一般由五个部分组成：光源、单色器、样品池、检测器和输出记录。原子吸收光谱法的基本原理原子吸收光谱法的基本原理 原子吸收光谱法（atomic absorption spectrometry,AAS）又称原子吸收分光光度法，是基于蒸气中被测元素基态原子对共振辐射的吸收强度来测定样品中被测元素含量的一种方法。原子吸收光谱法是利用原子吸收现象进行分析，而原子发射光谱分析是基于原子的发射现象进行分析，两者是相互联系的两种相反的过程。两种分析所使用的仪器和测定方法有相似之处，又能不同之处。原子吸收光谱分析需要能产生为被测元素吸收的特征谱线的光源，能产生原子蒸气的原子化器等。原子吸收光谱法与紫外分光光度法在基本原理、仪器结构上有相似之处。在原理上两者都遵循朗伯-比尔吸收定律，但两者的吸收物质状态不同。紫外可见分光光度法是基于溶液分子、离子对光的吸收，属于宽带的分子吸收光谱，因此使用连续光源。而原子吸收光谱法是基于基态原子对其特征谱线的吸收，属于窄带原子吸收光谱，因此使用锐线光源。测量时必须将样品原子化，因而仪器必须有原子化器。朗伯朗伯-比尔定律：比尔定律：朗伯-比尔定律（Lamberr-Berr）是吸收光谱法的基本定律。它表明在稀溶液中，物质对单色光的吸光度（A）与吸光物质溶液的浓度（C）和液层厚度（L）的乘积成正比。A=KCL原子吸收分光光度计的类型原子吸收分光光度计的类型 单光束仪器，只有一条光路。此类型仪器结构简单，操作方便，但会受到光源不稳定因素的影响产生基线漂移。双光束仪器，由光源发射出的光经调制后被切光器分成两束，一束为测量光束，一束为参比光束（不经过火焰），两束光交替进入单色器和检测器。由于两束光来自于同一光源，光源的漂移通过参比光束的作用得到补偿，从而获得稳定的信号。原子吸收光谱分析法的优点原子吸收光谱分析法的优点 1 1、检出限低，灵敏度高。、检出限低，灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达10-9g，石墨炉原子吸收法的检出限可达10-10-10-12g。2 2、测量精度好。、测量精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准偏差可小于1%，测量精度已接近于经典化学方法。石墨炉原子吸收法的测量精度一般为3%-5%。3 3、选择性强，方法简便，分析速度快。、选择性强，方法简便，分析速度快。由于采用锐线光源，样品不需经繁琐的分离，可在同一溶液中直接测定多种元素，测定一个元素只需数分钟，分析操作简便、迅速。4 4、应用范围广。、应用范围广。既能用于微量分析又能用于超微量分析，从测定的元素来说，可测定的元素可达70多种，不仅可以测定金属元素，也可用间接的方法测定非金属元素和有机化合物。原子吸收光谱定量分析法原子吸收光谱定量分析法 一、标准曲线法一、标准曲线法 标准曲线法是原子吸收分析中的常规分析方法。首先配制一组适当浓度的被测元素的标准溶液，一般为4-7个不同含量的标准。在实验条件下，测定吸光度A。以吸光度A为纵坐标，被测元素的浓度c为横坐标，绘制A-c标准曲线。在相同实验条件下测定试样溶液，根据样式的吸光度在A-c标准曲线上查得试样溶液的浓度。二、二、标准加入法标准加入法 此方法又称增量法或直线外推法。这种方法可以消除基本效应的干扰。当很难配制与样品溶液相似的标准溶液或样品基体浓度很高，而且变化不定或样品中有固体物质对吸收的影响难以保持一定时，采用标准加入法可以克服这些困难。方法原理是：取相同体积的试样溶液两份，分别移入溶量瓶A、B中。另取一定量的标准溶液加入B中，之后将两份溶液稀释定容。在相同的条件下，测出A、B两份溶液的吸光度值。设A瓶中待测元素浓度为Cx，B瓶中的加入标准的浓度为Cs，A溶液吸光度为Ax，B溶液的吸光度为AO，则可得 在实测定时，通常取4份体积相同的待测溶液，从第2份开始分别按比例加入不同的被测元素的标准溶液。然后稀释定容至一定体积。其浓度为C，Cx+Cs，Cx+2Cs，Cx+3Cs。分别测定吸光度为Ax，A1，A2，A3。以A对加入量作图，得到一条不通过坐标原点的直线，如图8-11所示。由图可见，直线在纵轴上的截距反应了试样中被测元素所引起的效应，将直线外延与横轴相交，则原点与交点的距离，即为所求试样中的被测元素的浓度。定量分析的几个概念定量分析的几个概念 1 1、灵敏度、灵敏度 在火焰原子吸收光谱分析中，把能产生1%吸收（或0.0044吸光度）时，被测元素在水溶液中的浓度（g/mL），称为特征（相对）灵敏度S或称特征浓度，可用（g/mL）102表示。在无焰（石墨炉）原子吸收光谱分析中，把能产生1%吸收（或0.0044吸光度）时，被测元素在水溶液中的质量（g），称为绝对灵敏度，可用g/%表示。测定时被测试液的量适宜浓度应选在灵敏度在15-100倍的范围内。同一种元素在不同仪器上测定会得到不同灵敏度，因而灵敏度是仪器性能优劣的重要指标。2、检测限检测限 在灵敏度测定中未考虑仪器噪声的影响，因此不能衡量出仪器的最低检测限。检测限是指产生一个能够确证在试样中存在某元素的分析信号所需要的该元素的最小量。在原子吸收光谱分析中，将待测定元素给出3倍于标准偏差的读数时所对应的浓度或质量称作最小检测浓度Dc（相对检测限，单位为g/mL）或最小检测质量Dm（绝对检测限，单位为g或g）式中，Ai为空白溶液单次测量的吸光度；A为空白溶液多次平行测定吸光度的平均值；n为测定次数（10）。检测限不但与仪器的灵敏度有关，还与仪器的稳定性（噪声）有关，它指明了测定的可靠程度。从使用角度看，提高仪器的灵敏度、降低噪声，是降低检测限，提高信噪比的有效手段。3、回收率回收率 当进行原子吸收光谱测定时，为评价测定方法的准确度和可靠性，通常需测定待测元素的回收率，其方法有以下两种：（1）用标准物质进行测定 将准确含有待测元素的标准物质，在与测定试样完全相同的实验条件下进行测定，实验测出的标准物质中待测元素的含量与标准物质的示值之比即为回收率。待测元素的测定值100%这是测定回收率的标准方法。待测元素的真实值回收率=（2）用标准加入法进行测定 在不能获得标准物质的情况下可使用标准加入法进行测定。在完全相同的实验条件下，先测定试样中待测元素的含量；然后再向另一份相同量的试样中，准确加入一定量的待测元素纯物质后，再次测定待测元素的含量。两次测定待测元素含量之差与待测元素加入量之比即为回收率。加入纯物质样品测定值-样品测定值100%纯物质是指纯度在分析纯以上的化学试剂或基准试剂。从回收率的两种测定方法可知，当回收率的测定值接近100%时，表明所用的测定方法准确、可靠。纯物质的加入量回收率=4 4精密度精密度精密度是在限定条件下，应用同样的实验方法，多次测量获精密度是在限定条件下，应用同样的实验方法，多次测量获得的结果之间的接近程度。一般用相对标准偏差（得的结果之间的接近程度。一般用相对标准偏差（RSDRSD）表）表示。示。原子吸收光谱的应用原子吸收光谱的应用 原子吸收光谱分析法广泛应用于地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域，是很有发展前途的近代仪器分析方法之一 红外光谱法红外光谱法n n红外光谱是研究分子运动的吸收光谱，亦称为分子光谱。红外光谱是研究分子运动的吸收光谱，亦称为分子光谱。通常红外光谱是指波长通常红外光谱是指波长0.78250.7825 mm之间的吸收光谱，分子之间的吸收光谱，分子在这段波长范围既做振动运动还存在着转动运动，因此红在这段波长范围既做振动运动还存在着转动运动，因此红外光谱又称振转光谱。外光谱又称振转光谱。n n红外光谱主要是研究分子结构与红外谱图的关系，由于每红外光谱主要是研究分子结构与红外谱图的关系，由于每一种分子中各个原子之间的振动形式十分复杂，即使是简一种分子中各个原子之间的振动形式十分复杂，即使是简单的化合物，其红外光谱也是复杂且有其特征的，因此可单的化合物，其红外光谱也是复杂且有其特征的，因此可以通过分析化合物的红外谱图获得许多反映分子结构的信以通过分析化合物的红外谱图获得许多反映分子结构的信息，并用于化合物分子结构的鉴定。息，并用于化合物分子结构的鉴定。红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件n n满足两个条件：满足两个条件：满足两个条件：满足两个条件：(1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)(2)辐射与物质间有相互偶合作用。辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图常见基团的红外吸收带常见基团的红外吸收带特征区特征区指纹区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C红外吸收光谱仪类型红外吸收光谱仪类型红外吸收光谱仪分为红外吸收光谱仪分为两种类型：两种类型：两种类型：两种类型：1 1 1 1）色散型）色散型）色散型）色散型2 2 2 2）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：特点：(1)扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；(3)仪器小巧。傅里叶变换红外光谱仪工作原理图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 色散型红外光谱仪主要部件色散型红外光谱仪主要部件(1)(1)光源光源 能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径1-3mm，长20-50mm；室温下，非导体，使用前预热到800C；特点：发光强度大；寿命0.5-1年；硅碳棒：两端粗，中间细；直径5mm，长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；(2)(2)单色器单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；(3)(3)检测器检测器 真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射；傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉汞(MCT)检测器；TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；响应速度快；高速扫描；n n根据红外光谱中吸收峰的位置和形状可以推断未根据红外光谱中吸收峰的位置和形状可以推断未知物的化学结构；知物的化学结构；n n根据特征吸收峰的强度可以测定混合物中各组分根据特征吸收峰的强度可以测定混合物中各组分的含量。的含量。n n应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，从而应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，从而推断分子的立体构型，判断化学键的强弱。推断分子的立体构型，判断化学键的强弱。红外吸收光谱法应用红外吸收光谱法应用制样方法制样方法1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。3)固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法联用技术联用技术GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）（气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）（液相色谱红外光谱联用）PAS/FTIR（光声红外光谱）（光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）（显微红外光谱）微量及微区分析微量及微区分析气相色谱法气相色谱法 用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法（gas chromatography,GC）。根据固定相的状态不同，又可将其分为气固色谱和气液色谱。气固色谱是采用多孔性固体为固定相，分离的主要对象是一些气体和低沸点的化合物。气液色谱多用高沸点的有机化合物涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要在450以下，有1.5kPa-10kPa的蒸气压且热稳定性好的有机及无机化合物都可用气液色谱分离。由于在气液色谱中可供选择的固定相种类很多，容易得到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。气固色谱可供选择的固定相种类甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾，因此实际应用相对较少。气相色谱分析是一种高效能、选择性好、灵敏度高、操作简单、应用广泛的分析、分离方法。例如用空心毛细管色谱柱，一次可以解决含有一百多个组分的烃类混合物的分离及分析，因此气相色谱法的分离效能高、选择性好。在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度的检测器，可以检测10-11-10-13g物质。因此在痕量分析上，它可以检出超纯气体、高分子单体和高纯试剂等物质中质量分数为10-6甚至10-10数量级的杂质；在环境监测上可用来直接检测大气中的污染物，而污染物不需事先浓缩；农药残留量的分析中可测出农副产品、食品、水质中质量分数为10-6-10-9数量级的卤素、硫、磷化物等。气相色谱分析操作简单，分析快速，通常一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。某些快速分析，一秒钟可分析多个组分。但若使用手工计算数据，常使分析速度受到很大限制。目前，计算机技术的飞速发展和色谱仪的结合，使色谱操作及数据处理实现了自动化，同时也使气相色谱分析的高速度得到充分的发展。气相色谱流程气相色谱流程 气相色谱一般是由以下五个基本单元组成的1、气路系统：气体钢瓶、减压阀、载气净化干燥管 针形阀、流量计 2、进样系统：进样器、气化室3、分离系统：色谱柱、柱温箱（又称色谱炉）及其温控装置4、检测系统：检测器、温控装置5、记录系统：放大器、记录器及数据处理装置气相色谱仪的构造气相色谱仪的构造气相色谱检测器气相色谱检测器 气相色谱仪的一个重要组成部分是检测器，它的作用是将经过色谱柱分离后的各组分按其物理、化学特性转换成相应可以测量的电信号。信号的大小在一定范围内与进入检测器的物质的质量m（或浓度）成正比。检测器按原理分成浓度型检测器（concentration sensitive detector）和质量型检测器（mass flow rate sensitive detector）两种类型。浓度型检测器的响应值与进入检测器组分的浓度成正比，检测的是载气中组分浓度的瞬间变化。如热导池检测器和电子捕获检测器。质量型检测器的响应值与组分在单位时间内进入检测器的质量成正比，检测的是载气中组分的质量流速的变化。如氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器等。对检测器的要求是结构简单、灵敏度高、线性范围宽、响应速度快、通用性强、稳定性好、检测限低等。常用检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器等。热导检测器（热导检测器（TCD)TCD)热导检测器（thermal conductivity detector,TCD）是应用时间最早、应用范围最广的一种检测器。它结构简单，灵敏度适宜（一般为10-4级），稳定性好，线性范围宽，对所有可挥发的物质都有响应值。属于浓度型检测器。氢火焰离子化检测氢火焰离子化检测(FID)(FID)氢火焰离子化检测器（flame ionization detector,FID），简称氢焰检测器。适痕量的有机物分析，对含碳有机物灵敏度很高，是热导池的1000倍，能够检测出10-12级，其结构简单，响应快，稳定性好，死体积小，线性范围宽，也是一种较理想的检测器。响应值与单位时间内进入火焰组分的质量成正比，是典型的质量型检测器。电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)(ECD)电子俘获检测器（electron capture detector,ECD）是应用广泛的一种具有选择性、高灵敏度的浓度型检测器。它的选择性是指它只对具有电负性的物质（如含有卤素、硫、磷氮、氧的物质）有响应，电负性愈强，灵敏度愈高。高灵敏度表现在能测出10-14g/mL的电负性物质。如食品中农药残留量的检测，大气、水中痕量污染物的分析。火焰光度检测器火焰光度检测器(FPD)(FPD)火焰光度检测器（flame photometric detector,FPD）是一种对含硫、磷的化合物有高选择性和高灵敏度的检测器，这两种元素在燃烧中被激发，从而发射特征的光信号。这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管（PMT）三部分组成。气相色谱定性分析气相色谱定性分析利用绝对保留值定性利用绝对保留值定性 当固定相及操作条件严格恒定时，各组分均有其确当固定相及操作条件严格恒定时，各组分均有其确定的调整保留值，并且一般不受其他组分的影响。因此可定的调整保留值，并且一般不受其他组分的影响。因此可由所得色谱图比较各已知纯物质的色谱峰及已知混合物样由所得色谱图比较各已知纯物质的色谱峰及已知混合物样品各组分峰，相同者即可能是同一种物质。品各组分峰，相同者即可能是同一种物质。利用相对保留值定性利用相对保留值定性利用加入纯物质增加峰高的方法定性利用加入纯物质增加峰高的方法定性利用保留指数定性利用保留指数定性气气/质联用技术质联用技术 气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。自1957年霍姆斯（J.C.Holmes）和莫雷尔（P.A.Morrell）首次实现气相色