仪器分析教案1.docx
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1、仪器分析教案第一章绪论本章是仪器分析课程的介绍。主要是让学生理解化学分析及仪器分析的联络及区分,仪器分析方法的分类和它的开展状况,介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进展评价的几项指标。学时安排为1学时。第一节 仪器分析简介内容提要:仪器分析及化学分析的区分及联络、仪器分析方法的分类及开展趋势。重点难点:仪器分析方法的分类授课方式:讲授一、仪器分析和化学分析化学分析定义仪器分析定义两者的区分在于:检测实力样品的需求量分析效率运用的广泛性准确度二、仪器分析方法的分类根据测量原理和信号特点,仪器分析方法大致分为四大类光学分析法 以电磁辐射为测量信号的分析方法,包括光谱法和非光谱法电化
2、学分析法 根据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法色谱法 以物质在两相间(流淌相和固定相)中安排比的差异而进展分别和分析。其它仪器分析方法包括质谱法、热分析法、放射分析等 。 三、仪器分析的开展概述 开展趋势计算机技术在仪器分析中的广泛应用,实现了仪器操作和数据处理自动化。不同方法联用进步仪器分析的功能。各学科的互相浸透第二节定量分析方法的评价指标内容提要:标准曲线绘制、评价定量分析方法的指标:灵敏度、精细度、准确度和检出限重点难点:相关系数、检出限授课方式:讲授一、标准曲线标准曲线及其线性范围 标准曲线是被测物质的浓度或会量及仪器响应信号的关系曲线。 线性范围:标准曲线的直线局部所对应的
3、被测物质浓度(或会量)的范围标准曲线的绘制 根据标准系列的浓度(或会量)和其相应的响应信号测量值来绘制。通常用“一元线性回来法”的数据统计方法来绘出y及x的关系式:y=a+bx (11) 式中b为回来系数也即回来直线的斜率,a为截距。相关系数r 用来表证被测物质浓度x及其响应信号值y之间线性关系好坏程度的一个统计参数:0|r|1。|r|越接近1,则y及x之间的线性关系就越好。二、灵敏度定义:物质单位浓度或单位质量的变更引起响应信号值变更的程度。S或S(22)灵敏度S事实上就标准曲线的斜率,S值越大,方法的灵敏度越高。三、精细度定义:运用同一方法,对同一试样进展屡次测定所得测定结果的一样程度。精
4、细度常用标准偏向(s)或相对标准偏向(sr)表示:s= (14) sr= (15)四、准确度定义:试样含量的测定值及试样含量的真实值相符合的程度。Er= (16)五、检出限定义:某方法在给定的置信程度上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量。检出线:D=sb空白信号的标准偏向S灵敏度检出限是方法灵敏度和精细度的综合指标,是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。例如:某一方法在给定的置信程度上可以检测出被测物质的最小浓度称为该方法对被测物质的检出限。按 IUPAC(国际纯粹及应用化学会)建议,检出限的一般计算公式为( )A.D=1/S. B.D=Sb/S. C.D= kb. D.D= kSb/S2
5、.检出限指恰能鉴别的响应信号至少应等于检测器噪声信号的 。A 1倍 B 2倍 C 3倍 D 4倍第二章 光学分析法导论本章是学习光学分析法之前应具备的根底学问。主要介绍光的波粒二象性,原子光谱和分子光谱根底学问。在介绍电磁辐射根底上重点讲解能级跃迁图。本章安排学时为1学时。第一节 电磁辐射内容提要:电磁辐射的波动性和粒子性电磁波谱原重点难点:电磁波谱区授课方式:讲授一、电磁辐射的性质电磁辐射具有波动性和粒子性。波动性电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场,可以用频率()、波长()和波数()等波参数表征。驾驭频、波长、波数的定义及之间的关系。微粒性普朗克方程E(23)该方程将电磁辐射的波动性和微粒性
6、联络起来,二、电磁波谱根据波长的大小依次排列可得到电磁波谱,不同的波长属不同的波谱区,对应有不同的光子能量和不同的能级跃迁。能用于光学分析的是中能辐射区,包括紫外、可见光区和红外区。可见光谱区ll例如:1 原子或分子轨道中电子跃迁对应的电磁波谱区为( )A.X射线区; B.紫外区; C.紫外和可见区; D.红外区2. 人眼能感觉到的光称为可见光,其波长范围是 。A 400-780nm B 200-400nm C 200-600nm D 400-700nm第二节 原子光谱和分子光谱 内容提要: 原子光谱项、原子光谱能收图及原子光谱选择定则,分子光谱能收分子汲取光谱和分子发光光谱重点、难点:原子光
7、谱项、分子光谱能及跃迁图一、原子光谱原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁核外电子的运动状态原子接到电子的运动状态可以用主量数、角量子数2、磁量子数和自旋量子数来描绘。光谱项原子的能量状态须要用n.L.S.J四个量子数为参数的光谱项来表征。N为主量子数,L总轨道角量子数,S总自旋量子数,J内量子数原子能级光谱项用表示光谱支项用表示原子能级图把原子可能存在的光谱项及能级跃迁用图解的方式表示出来就得到原子能级图。谱线波长取决于两能级的能量差,不同能级之间跃迁产生的原子光谱是波长确定,互相分隔的谱线,所以原子光谱是线状光谱。光谱选择定则只有符合光谱选择定则的跃迁才是允许的:,原子光谱原子放射光谱:处于
8、激发态原子不稳定,当返回基态或较低能态时而放射出特征谱线。原子汲取光谱:当光辐射通过基态原子蒸气时,原子蒸气选择性地汲取肯定频率的光辐射,原子基态跃迁到较高能态。原子荧光光谱:气态原子汲取光辐射后,由基态跃迁到激发态,再通过辐射跃回到基态或较低的能态产生的二次光辐射。三、分子光谱分子光谱分子光谱产生于分子能级的跃迁,分子能级中的电子能级,分子的振动能级以及转动能级。分子汲取光谱和分子发光光谱。分子汲取光谱:分子对辐射的选择性汲取由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分子光谱。如紫外可见汲取光谱,红外汲取光谱。分子发光光谱拉曼光谱:入射光子及溶液中试样分子间的非弹性碰撞,发生能量交换,产生及入射光
9、频率不同的散射光。第三章紫外可见汲取光谱法本章地位:本章是仪器分析课程中光分析方法的第一章,光分析方法中的一些根本理论、根本概念、根本专业术语,在本章中首次出现并应用,对光分析方法起着建立根本框架、引导学习思路的作用。紫外可见汲取光谱法历史较长远,应用特别广泛,及其它各种仪器分析方法相比,紫外可见汲取光谱法所用的仪器简洁、价廉,分析操作也比拟简洁,而且分析速率较快。在有机化合物的定性、定量分析方面,例如化合物的鉴定、构造分析和纯度检查以及在药物、自然产物化学中应用较多。本章内容: 本章主要探讨了紫外可见汲取光谱的产生、紫外可见分光光度计仪器原理和构造以及紫外可见汲取光谱法在有机定性及构造分析中
10、的应用。讲解思路: 让学生首先理解:不同物质具有不同的分子构造,对不同波长的光会产生选择性汲取,因此具有不同的汲取光谱。而各种化合物,无机化合物或有机化合物汲取光谱的产生在本质上是一样的,都是外层电子跃迁的结果,但二者在电子跃迁类型上有肯定区分。电子跃迁类型是本章的难点。最终理解利用紫外可见分光光度计可使物质产生汲取光谱并对其进展检测。鉴定的方法是本章的重点。第一节 概述内容提要:介绍紫外可见汲取光谱法的根本概念。紫外可见汲取光谱法是根据溶液中物质的分子对紫外和可见光谱区辐射能的汲取来探讨物质的组成和构造的方法。也称作紫外和可见汲取光度法,它包括比色分析和紫外可见分光光度法。第二节 紫外可见汲
11、取光谱内容提要:不同物质具有不同的分子构造,对不同波长的光会产生选择性汲取,因此具有不同的汲取光谱。无机化合物和有机化合物汲取光谱的产生本质上是一样的,都是外层电子跃迁的结果,但二者在电子跃迁类型上有肯定区分。有机化合物汲取可见光或紫外光,、和n电子就跃迁到高能态,可能产生的跃迁有*、n*、*和n*。各种跃迁所须要的能量或汲取波长及有机化合物的基团、构造有亲密关系,根据此原理进展有机化合物的定性和构造分析。无机络合物汲取带主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁而产生的。电荷转移跃迁的摩尔汲取系数很大,根据朗伯比尔定律,可以建立这些络合物的定量分析方法。重、难点:分子的电子能级和跃迁生色团的共轭作用
12、d-d配位场跃迁 金属离子影响下的配位体*跃迁。例如:.用紫外可见分子汲取光谱进展定性分析的根据不包括 。A.汲取峰的数目 B.汲取峰的形态 C.汲取峰的位置 D.最大波特长吸光度值的大小第三节紫外可见分光光度计内容提要:紫外可见分光光度计主要由光源、单色器、汲取池、检测器及信号显示五局部组成。需讲解每局部的作用及原理。光源单色器:从连续光谱中获得所需单色光汲取池:用于盛放溶液并供应肯定吸光厚度的器皿检测器:检测光信号。常用检测器有光电管和光电倍增管信号显示器:是读数装置。并理解仪器类型及功能,如单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计的工作原理。重难点:双波长分光光度计原理及构造
13、例题 1 影响吸光物质的摩尔吸光系数的是( )A.入射波长; B.待测溶液浓度; C.光源强度; D.汲取池厚度;2朗伯-比耳定律的数学表达式是_。3在分光光度法中,为了获得最大灵敏度,入射光波一般以选择被测溶液的_波长为宜。第四节紫外可见汲取光谱法的应用内容提要:紫外可见汲取光谱法用于有机化合物的定性、定量和构造分析。由于有机化合物的紫外可见汲取光谱比拟简洁、特征性不强,汲取强度不高,因此应用有肯定的局限性。但它可以扶植推断未知物的构造骨架、协作红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等进展定性和构造分析,它是一种有用的协助手段。重点: 化合物的鉴定、构造分析事例。有机化合物的鉴定,一般采纳光谱比
14、拟法。将未知纯化合物的汲取光谱特征,如汲取峰的数目、位置、相对强度以及汲取峰的形态及已知标准物的汲取光谱进展比拟,以此推断未知化合物的骨架。但大多数有机化合物的紫外可见光谱比拟简洁,特征性不明显,而且很多生色团的汲取峰几乎不受分子中其它非汲取基团的影响,因此,仅利用紫外光谱数据来鉴别未知化合物有较大局限性。构造分析:紫外汲取光谱虽然不能对一种化合物作出准确鉴定,但对化合物中官能团和共轭体系的推想及确定却特别有效。难点: 催化动力学光度法原理。所谓催化动力学分析法是指通过测量反响速率来进展定量分析的方法。很多化学反响在催化剂存在下,可以加快反响速率,而催化反响速率在肯定范围内及催化剂浓度成比例关
15、系,因此以光度法检测催化反响速率就可以实现对催化剂浓度的测定。但影响该法准确度的因素很多,操作严格,准确测定难度较大。1.符合朗伯比尔定律的有色溶液稀释时,其最大汲取峰的波长位置 。 A.向长波方向挪动 B.向短波方向挪动C.不挪动,但最大汲取峰强度降低 D.不挪动,但最大汲取峰强度增大2.有色物质对光具有选择性汲取及下列状况有关的是 。A.入射光强度 B.有色物质溶液浓度C.有色物质构造 D.上述A,B,C三点都无关3.荧光分子被激发后,释放能量的方式不包括 。A.振动弛豫 B.系统内转换 C.偶极矩变大 D.放射荧光第四章 红外汲取光谱法红外光谱主要用来对有机化合物的官能团鉴别,是有机化合
16、物构造分析中的四大谱学之一,是探讨有机化合物化学键的振动和转动能级的跃迁,根据不同波数下产生的特征汲取状况供应化合物构造分析所需的信息。本章内容主要介绍红外光谱法的特点。红外汲取的根本理论,包括分子振动红外光谱产生的条件,红外汲取光谱仪构造及图谱分析。本章安排2学时。第一节 概述内容提要:红外光谱法的特点及谱图表示方法一、红外光谱法特点红外光谱不涉及分子的电子能级,主要是振动能级跃迁。分子振动能级不仅取决于分子的组成,也及其化学键官能团的性质以及空间分布等构造亲密相关。物质对红外辐射的汲取强度及物质含量的关系符合朗伯比尔定律。二、红外光谱图表示方法用或曲线表示,图谱上纵坐标用透射比表示T,横坐
17、标为波数或波长(m)。第二节红外汲取根本理论内容提要: 分子振动、红外汲取光谱产生的条件、影响基团频率位移的因素重点、难点:红外光谱产生的条件一、分子的振动谐振子对简洁的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟(41)k:化学键力常数为折合质量可见分子振动频率及化学键的力常数、原子质量有关系。假如用量子力学来处理,求解得到分子的振动能级EV及谐振子振动频率的关系为可取0,1,2,称为振动量子数非谐振子事实上双原子分子不是志向的谐振子,只有当较小时,真实分子振动状况才及谐振子振动比拟近似。分子的振动形式振动形式振动自由度 即独立振动数,表示多原子分子振动形式的多少。对非线性分子:n为原子数对线性分
18、子:二、红外汲取光谱产的条件和谱带强度分子汲取红外辐射的条件 分子汲取红外辐射必需同时满意以下两个条件:辐射应具有刚好满意振动跃迁所需的能量。只有能使偶极矩发生变更的振动形式才能汲取红外辐射。汲取谱带的强度红外汲取谱带的强弱及分子偶极矩变更的大小有关,根据量子理论红外光谱的强度及分子振动时偶极矩变更的平方成正比。如:c=c双键和c=0双键的振动,由于c=0双键振动时,偶极矩变更较c=c双键大,因此c=0键的谱带强度比c=c双大得多。偶极矩的变更及固有偶极矩有关,一般极性比拟强的分子或基团汲取强度都比拟大。基团振动及红外光谱区域红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域基频区(40001350cm)又
19、称为特征区或官能团区,其特征汲取峰可作为鉴定基团的根据。XH伸缩振动区(40002500三键及累积双键区(25001900双键伸缩振动区(19001200XH弯曲振动区(16501350指纹区(1350650指纹区的汲取峰是由于cc,c0,cx单键的伸缩振动以及分子骨架中多数基团的弯曲振动所引起。影响基团频率位移的因素分子中各基团的振动并不是孤立的要受到分子中其它局部特殊是邻近基团的影响,这种影响可分为内部因素和外部因素。内部因素诱导效应共轨效应氢键作用外部因素测定样品时,试样所处的状态、溶剂效应等因素影响基团频率。第二节 红外汲取光谱仪内容提要: 红外光谱仪构造、光源、汲取地、单色器、检测器
20、重点、难点:汲取地、检测器一、红外光谱仪主要部件 红外光谱仪由光源、单色器、汲取地、检测器和记录系统五局部组成 光源:要求能放射高强度连续红外国辐射,常用的有能斯特灯和硅碳棒汲取地:由于中红外光不能透过玻璃和石英,因此红外汲取地是一些无机盐晶体材料,常用KBr晶体(易吸潮应保持枯燥)单色器:以光栅作为分光元件检测器:常用真空热电偶,也有用热电量热计或光电导管。记录系统:由记录仪自动记录图谱二、色散型红外汲取光谱仪从光源发出的红外辐射分成两束:一束通过试样地作测量光束,另一束再过比池,经扇面切光器将测量光束和参比光束交替地投射到色散元件上。三、傅里叶变换红外光谱仪及其它红的区分在于用迈克逊干预计
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