大学化学第十二章现代分析测试技术.ppt

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1、第十一章现代分析测试技术2023/2/21现代分析测试及合成技术2023/2/2111.2 原子吸收光谱分析11.3 红外光谱分析11.4 核磁共振波谱分析11.6 色谱11.5 质谱分析11.1 发射光谱分析2023/2/21t光学光谱，依据波长范围，可分为：真空紫外光谱 10nm 200nm 近紫外光谱 200nm 380nm 可见光谱 380nm 780nm 近红外光谱 780nm 3 m 远红外光谱 3 m 300 m11.1.1 光谱的种类11.1 发射光谱分析（线状光谱，带状光谱，连续光谱）2023/2/21原子发射光谱分析原子发射光谱分析：根据试样物质中不同原子的能级跃迁所产生的

2、不同光谱进行物质组成研究的一门分析技术。基本原理基态基态(E E0 0)激发态激发态(E E1 1)E=h“灵敏线”“最后线”2023/2/21t光源（激发光源）：电弧（直流电弧，交流电弧）电火花电感偶合等离子体（ICP）激光 主要仪器设备2023/2/21t摄谱仪：（利用照相机方式记录谱线）棱镜；光栅 大型（分析具有复杂光谱的物质）中型（一般元素分析）小型（简单分析）t映谱仪(光谱投影仪)：放大。t测微光度计(黑度计)：用于定量分析。2023/2/21t特点：（1）灵敏度高（2）简便快速（3）可靠性高（4）所需原料少（5）缺点不能分析有机物及大部分非金 属元素，仪器设备复杂、昂贵。11.1.

3、4 方法特点及应用t 应用：矿石、金属、合金、半导体等试样中 的杂质分析。2023/2/2111.2.1 基本原理 基于从光源辐射出待测元素的特征谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收吸收，根据特征谱线的光减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。共振线：在原子吸收光谱中能被基态原共振线：在原子吸收光谱中能被基态原 子吸收的谱线。子吸收的谱线。2023/2/21A=logI0I=k N l光的吸收定律：I0 光源所发射的待测元素“共振线”的强度；A 吸光度；I 被火焰中待测元素吸收后的透光强度；k 原子吸收系数；N 蒸汽中基态原子的浓度；l “共振线”所通过的火焰长度；A=

4、k C（原子吸收光谱进行定量分析的基本公式）2023/2/21原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪2023/2/21 主要仪器设备光源（空心阴极灯）原子化器（由雾化器，燃烧器，火焰组成）分光系统（由色散元件，凹面镜和狭缝组成）检测系统（由检测器，放大器，对数变换及读数装置组成）2023/2/21单光束原子吸收光谱仪示意图单光束原子吸收光谱仪示意图高压电源读数器放大器光电倍增管单色器光源光源原子化器原子化器原子化器原子化器分光系统燃料气载气检测系统试样光源（空心阴极灯）原子化器（由雾化器，燃烧器，火焰组成）分光系统（由色散元件，凹面镜和狭缝组成）检测系统（由检测器，放大器，对数变换及读数装置组成）202

5、3/2/21自动进样器2023/2/21原子吸收分光光度计2023/2/21t（1）干扰少准确度高。t（2）仪器简单操作方便。t（3）灵敏度高。t（4）测定元素范围广。方法特点及应用t 应用：痕量分析 冶金、地质、采矿、石油、化工、环境保护、医药卫生等2023/2/2111.3 红外光谱分析t 概述 中红外区最能深刻地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的各种特性，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而它成为红外光谱中应用最广的部分。一般所说的红外光谱仪也就是指这一区的光谱，其单位是微米。2023/2/21t红外光谱又称分子振动转动光谱。11.3.2 基本原理 它是由于

6、分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级的跃迁）而产生的。物质吸收电磁辐射应满足两个条件，即：当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极短的变化而传递给分子，个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。（2）辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。（l）辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需要的能量；2023/2/21t红外分光光度计光源单色器吸收池检测器纪录系统 主要仪器双光束红外分光光度计原理图2023/2/21t红外光谱最突出的特点是具有高度的特征性。11.3.4 红外光谱的应用除光学异构体外，每种化合物都有自己的红外吸收光谱。红

7、外光谱图，其横座标表示吸收峰的位置，纵坐标表示透过率。根据吸收峰的位置、形状和强度可以进行定性分析，推断未知物的结构；根据吸收峰的强度可以进行定量分析。此外，还可利用红外光谱在催化、高聚物、络合物等领域进行结构、聚合过程、反应机理、动力学等方面的研究。2023/2/21但在定量分析方面还不够灵敏。b 适于鉴定有机物、高聚物以及结构复杂的天然及人 工合成物。b 在生物化学中还可用于快速鉴定细菌，甚至对细胞和 其它活组织的结构进行研究。b 对于固态、液态、气态佯品均可测定，在测试过程中 不破坏样品，分析速度快，作品用量少，操作简便，现已成为现代结构化学、分析化学最常用的不可缺少 的工具。2023/

8、2/212023/2/212023/2/212023/2/2111.4.1 基本原理11.4 核磁共振波谱分析 在NMR中，射频辐射只有作用在置于强磁场下的原子核上，才会发生能级的跃迁，一些具有某些磁性的原子核的能量可以分裂为2个或2个以上的能级。如果此时外加一个能量，使其恰好等于分裂后相邻 两个能级之差，则该核就可能吸收能量（称为共振吸收）从低能态跃迁至高能态，从而产生核磁共振信号。Nudear Magnetic Resonance核磁共振波谱实际上也是一种吸收光谱。它来源于原子核能级间的跃迁。（缩写为NMR）2023/2/212023/2/21 主要仪器设备谱仪的工作方式一般有二种类型。一

9、种是用连续改变频率或连续改变磁场的方式扫描，统称为连续波方式。另一种是脉冲富里表变换方式。核磁共振波谱分析的主要仪器是核磁共振波谱仪。高分辨核磁共振仪和宽谱线核磁共振仪。高分辨核磁共振仪只能测液体样品，固体样品必须配成溶液，主要用于有机物的分析。宽谱线核磁共振仪可直接测量固体样品，这种仪器在物理学领域用得较多。核磁共振仪主要有磁铁、探头、谱仪三大部分组成。磁铁的功能是产生一个恒定的磁场；探头放置在磁极间，用来检测核磁共振信号；谱仪内装有射频发生器和信号放大显示装置。2023/2/212023/2/21脉冲富里哀变换仪器方框图2023/2/21核磁共振仪主要性能指标有三项：分辨率、灵敏度、稳定性

10、。分辨率是指仪器分辨相邻谱线的能力。分辨率越高，话线越窄，能被分开的两峰间距就越小。影响分辨率的主要因素是磁场的非均匀性。灵敏度是衡量仪器检测最少量样品的能力。稳定性没有统一指标，但它是一个很重要的性能指标。一般用信号的漂移来衡量仪器的稳定性。2023/2/21 核磁共振波谱仪的应用 核磁谱峰的积分面积正比于相应的质子数，只要求出待测物中某基因峰的积分面积然后与已知化合物作比较即可进行定量分析。作混合物分析时，对不同化合物谱峰的积分作比较就可直接得到组分比，还可用于高分子的微结构分析和测定聚合物中单体比。2.定量分析1.结构鉴定方法是：（1）由化学位移确定基团；（2）由偶会常数确定基团间的连接

11、关系；（3）用积分高度来确定基团质子比。2023/2/21应用有机物结构的确定定量分析11.5 质谱分析 将待测物质的原子或分子转变成带电的粒子，利用稳定磁场或交变电场使带电粒子按照质量大小的顺序分离开来，形成有规则的质谱，然后利用检测器进行检测，根据质谱图进行定性和定量分析。2023/2/2111.6 色谱液相色谱：气相色谱：利用物质在两相间的分配系数差异而进行分离分析。用气体作流动相用液体作流动相离子色谱仪2023/2/2111.6.1 气相色谱1.高压钢瓶 2.减压阀 3.载气净化干燥管 4.针形阀 5.流量计 6.压力表 7.进样器 8.色谱柱 9.检定器 10.记录仪气相色谱流程图一

12、般由五部分组成载气系统进样系统色谱柱和柱箱检测系统记录系统包括气源、气体净化、气体流速控制和测量包括进样器、气化室包括恒温控制装置包括检测器、控温装置包括放大器、记录仪，有的仪器还有数据处理装置2023/2/21CD 一 基线 CHEJDC 一 峰面积BE 一 峰高 HJ 一 半峰宽色谱分析示意图2023/2/21气相色谱的特点:操作简便，分析速度快；分离分析性质极其相近的物质，如同位素、同分异构体等。石油成分分析时，用毛细管柱一次可以解决含有100多个组分的烃类混合物的分离分析。灵敏度高；选择性好，分离效能高；应用范围广。可检出ppm级甚至ppb级的物质。可以分析有机及无机物的气体、液体或固

13、体。在石油炼制、化学工业、医学、生物学、农业、食品工业、环境保护等领域都已获得广泛应用。2023/2/21 目前气相色谱的工作温度一般只能在500以下，因此沸点太高的物质或不能气化的物质都无法用气相色谱来进行分析。对于热稳定性差的物质，以及具有生理活性的物质，均不能采用升温气化的方法来分析。2023/2/2111.6.2 高压液相色谱 在技术上采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，实现了分析速度快、分离效率高和操作自动化。这种柱色谱技术称为高压液相色谱分析。液相色谱是指流动相为液体的色谱技术。液相色谱是指流动相为液体的色谱技术。贮液器、高压泵、进样器、色谱柱、检测器、记录器等。主要组成：高压液相色谱典型流程图2023/2/21操作原理 贮液器中贮存的流动相经过滤后由高压泵输送至色谱柱，试样由进样器注人，随流动相进人色谱柱进行分离。分离后的试样由检测器检测，输出信号，供给记录器或数据处理装置。优点 具有分离温度低，分效率高，流动相和固定相均可选择等优点。2023/2/212023/2/21本章结束2023/2/21