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2020/4/27,第十一章現(xiàn)代分析測試技術(shù),現(xiàn)代分析測試及合成技術(shù),,2020/4/27,11.2原子吸收光譜分析,,,,11.3紅外光譜分析,,,11.4核磁共振波譜分析,,,11.6色譜,11.5質(zhì)譜分析,11.1發(fā)射光譜分析,,,,,,,2020/4/27,光學(xué)光譜，依據(jù)波長范圍，可分為：真空紫外光譜10nm~200nm近紫外光譜200nm~380nm可見光譜380nm~780nm近紅外光譜780nm~3?m遠(yuǎn)紅外光譜3?m~300?m,11.1.1光譜的種類,11.1發(fā)射光譜分析,（線狀光譜，帶狀光譜，連續(xù)光譜）,2020/4/27,原子發(fā)射光譜分析：根據(jù)試樣物質(zhì)中不同原子的能級躍遷所產(chǎn)生的不同光譜進(jìn)行物質(zhì)組成研究的一門分析技術(shù)。,11.1.2基本原理,基態(tài)(E0),激發(fā)態(tài)(E1),,,?E=h?,“靈敏線”“最后線”,2020/4/27,光源（激發(fā)光源）：電弧（直流電弧，交流電?。╇娀鸹姼信己系入x子體（ICP）激光,11.1.3主要儀器設(shè)備,2020/4/27,攝譜儀：（利用照相機(jī)方式記錄譜線）棱鏡；光柵大型（分析具有復(fù)雜光譜的物質(zhì)）中型（一般元素分析）小型（簡單分析）映譜儀(光譜投影儀)：放大。測微光度計(jì)(黑度計(jì))：用于定量分析。,2020/4/27,特點(diǎn)：（1）靈敏度高（2）簡便快速（3）可靠性高（4）所需原料少（5）缺點(diǎn)——不能分析有機(jī)物及大部分非金屬元素，儀器設(shè)備復(fù)雜、昂貴。,11.1.4方法特點(diǎn)及應(yīng)用,應(yīng)用：礦石、金屬、合金、半導(dǎo)體等試樣中的雜質(zhì)分析。,2020/4/27,11.2.1基本原理,11.2原子吸收光譜分析,基于從光源輻射出待測元素的特征譜線的光，通過試樣蒸氣時，被蒸氣中待測元素的基態(tài)原子所吸收，根據(jù)特征譜線的光減弱的程度來測定試樣中待測元素含量的方法。,共振線：在原子吸收光譜中能被基態(tài)原子吸收的譜線。,2020/4/27,光的吸收定律：,,I0—光源所發(fā)射的待測元素“共振線”的強(qiáng)度；,A—吸光度；,I—被火焰中待測元素吸收后的透光強(qiáng)度；,k—原子吸收系數(shù)；,N—蒸汽中基態(tài)原子的濃度；,l—“共振線”所通過的火焰長度；,A=kC,（原子吸收光譜進(jìn)行定量分析的基本公式）,2020/4/27,原子吸收光譜儀,2020/4/27,11.2.2主要儀器設(shè)備,光源（空心陰極燈）,原子化器（由霧化器，燃燒器，火焰組成）,分光系統(tǒng)（由色散元件，凹面鏡和狹縫組成）,檢測系統(tǒng)（由檢測器，放大器，對數(shù)變換及讀數(shù)裝置組成）,2020/4/27,單光束原子吸收光譜儀示意圖,,,,,,,,,,,高壓電源,讀數(shù)器,放大器,光電倍增管,單色器,,,,,光源,,,,,,,,,,,,,,,原子化器,分光系統(tǒng),燃料氣,,,,,,載氣,檢測系統(tǒng),試樣,,,,,,,,,,,光源（空心陰極燈）,原子化器（由霧化器，燃燒器，火焰組成）,分光系統(tǒng)（由色散元件，凹面鏡和狹縫組成）,檢測系統(tǒng)（由檢測器，放大器，對數(shù)變換及讀數(shù)裝置組成）,2020/4/27,自動進(jìn)樣器,2020/4/27,原子吸收分光光度計(jì),2020/4/27,（1）干擾少準(zhǔn)確度高。（2）儀器簡單操作方便。（3）靈敏度高。（4）測定元素范圍廣。,11.2.3方法特點(diǎn)及應(yīng)用,應(yīng)用：痕量分析冶金、地質(zhì)、采礦、石油、化工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生等,2020/4/27,11.3紅外光譜分析,概述,中紅外區(qū)最能深刻地反映分子內(nèi)部所進(jìn)行的各種物理過程以及分子結(jié)構(gòu)方面的各種特性，對解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的各種問題最為有效，因而它成為紅外光譜中應(yīng)用最廣的部分。一般所說的紅外光譜儀也就是指這一區(qū)的光譜，其單位是微米。,2020/4/27,紅外光譜又稱分子振動轉(zhuǎn)動光譜。,11.3.2基本原理,它是由于分子振動能級的躍遷（同時伴隨轉(zhuǎn)動能級的躍遷）而產(chǎn)生的。,物質(zhì)吸收電磁輻射應(yīng)滿足兩個條件，即：,當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個基團(tuán)的振動頻率和它一樣，二者就會產(chǎn)生共振，此時光的能量通過分子偶極短的變化而傳遞給分子，個基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動躍遷。,（2）輻射與物質(zhì)之間有偶合作用（相互作用）。,（l）輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時所需要的能量；,2020/4/27,紅外分光光度計(jì)光源單色器吸收池檢測器紀(jì)錄系統(tǒng),11.3.3主要儀器,雙光束紅外分光光度計(jì)原理圖,2020/4/27,紅外光譜最突出的特點(diǎn)是具有高度的特征性。,11.3.4紅外光譜的應(yīng)用,除光學(xué)異構(gòu)體外，每種化合物都有自己的紅外吸收光譜。,紅外光譜圖，其橫座標(biāo)表示吸收峰的位置，縱坐標(biāo)表示透過率。,根據(jù)吸收峰的位置、形狀和強(qiáng)度可以進(jìn)行定性分析，推斷未知物的結(jié)構(gòu)；根據(jù)吸收峰的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。,此外，還可利用紅外光譜在催化、高聚物、絡(luò)合物等領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)、聚合過程、反應(yīng)機(jī)理、動力學(xué)等方面的研究。,2020/4/27,但在定量分析方面還不夠靈敏。,適于鑒定有機(jī)物、高聚物以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然及人工合成物。,在生物化學(xué)中還可用于快速鑒定細(xì)菌，甚至對細(xì)胞和其它活組織的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。,對于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)佯品均可測定，在測試過程中不破壞樣品，分析速度快，作品用量少，操作簡便，現(xiàn)已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)最常用的不可缺少的工具。,2020/4/27,2020/4/27,2020/4/27,2020/4/27,11.4.1基本原理,11.4核磁共振波譜分析,在NMR中，射頻輻射只有作用在置于強(qiáng)磁場下的原子核上，才會發(fā)生能級的躍遷，一些具有某些磁性的原子核的能量可以分裂為2個或2個以上的能級。如果此時外加一個能量，使其恰好等于分裂后相鄰兩個能級之差，則該核就可能吸收能量（稱為共振吸收）從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，從而產(chǎn)生核磁共振信號。,NudearMagneticResonance,核磁共振波譜實(shí)際上也是一種吸收光譜。它來源于原子核能級間的躍遷。（縮寫為NMR）,2020/4/27,2020/4/27,11.4.2主要儀器設(shè)備,譜儀的工作方式一般有二種類型。一種是用連續(xù)改變頻率或連續(xù)改變磁場的方式掃描，統(tǒng)稱為連續(xù)波方式。另一種是脈沖富里表變換方式。,核磁共振波譜分析的主要儀器是核磁共振波譜儀。,高分辨核磁共振儀和寬譜線核磁共振儀。,高分辨核磁共振儀只能測液體樣品，固體樣品必須配成溶液，主要用于有機(jī)物的分析。,寬譜線核磁共振儀可直接測量固體樣品，這種儀器在物理學(xué)領(lǐng)域用得較多。,核磁共振儀主要有磁鐵、探頭、譜儀三大部分組成。,磁鐵的功能是產(chǎn)生一個恒定的磁場；,探頭放置在磁極間，用來檢測核磁共振信號；,譜儀內(nèi)裝有射頻發(fā)生器和信號放大顯示裝置。,2020/4/27,脈沖富里哀變換儀器方框圖,2020/4/27,核磁共振儀主要性能指標(biāo)有三項(xiàng)：分辨率、靈敏度、穩(wěn)定性。,分辨率是指儀器分辨相鄰譜線的能力。分辨率越高，話線越窄，能被分開的兩峰間距就越小。影響分辨率的主要因素是磁場的非均勻性。,靈敏度是衡量儀器檢測最少量樣品的能力。,穩(wěn)定性沒有統(tǒng)一指標(biāo)，但它是一個很重要的性能指標(biāo)。一般用信號的漂移來衡量儀器的穩(wěn)定性。,2020/4/27,11.4.3核磁共振波譜儀的應(yīng)用,,核磁譜峰的積分面積正比于相應(yīng)的質(zhì)子數(shù)，只要求出待測物中某基因峰的積分面積然后與已知化合物作比較即可進(jìn)行定量分析。作混合物分析時，對不同化合物譜峰的積分作比較就可直接得到組分比，還可用于高分子的微結(jié)構(gòu)分析和測定聚合物中單體比。,2.定量分析,1.結(jié)構(gòu)鑒定,方法是：（1）由化學(xué)位移確定基團(tuán)；（2）由偶會常數(shù)確定基團(tuán)間的連接關(guān)系；（3）用積分高度來確定基團(tuán)質(zhì)子比。,2020/4/27,應(yīng)用有機(jī)物結(jié)構(gòu)的確定定量分析,11.5質(zhì)譜分析,將待測物質(zhì)的原子或分子轉(zhuǎn)變成帶電的粒子，利用穩(wěn)定磁場或交變電場使帶電粒子按照質(zhì)量大小的順序分離開來，形成有規(guī)則的質(zhì)譜，然后利用檢測器進(jìn)行檢測，根據(jù)質(zhì)譜圖進(jìn)行定性和定量分析。,2020/4/27,11.6色譜,液相色譜：,氣相色譜：,利用物質(zhì)在兩相間的分配系數(shù)差異而進(jìn)行分離分析。,,用氣體作流動相,用液體作流動相,離子色譜儀,2020/4/27,11.6.1氣相色譜,1.高壓鋼瓶2.減壓閥3.載氣凈化干燥管4.針形閥5.流量計(jì)6.壓力表7.進(jìn)樣器8.色譜柱9.檢定器10.記錄儀,氣相色譜流程圖,一般由五部分組成,載氣系統(tǒng),進(jìn)樣系統(tǒng),色譜柱和柱箱,檢測系統(tǒng),記錄系統(tǒng),包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量,包括進(jìn)樣器、氣化室,包括恒溫控制裝置,包括檢測器、控溫裝置,包括放大器、記錄儀，有的儀器還有數(shù)據(jù)處理裝置,2020/4/27,,CD一基線CHEJDC一峰面積BE一峰高HJ一半峰寬,色譜分析示意圖,2020/4/27,氣相色譜的特點(diǎn):,操作簡便，分析速度快；,分離分析性質(zhì)極其相近的物質(zhì)，如同位素、同分異構(gòu)體等。石油成分分析時，用毛細(xì)管柱一次可以解決含有100多個組分的烴類混合物的分離分析。,靈敏度高；,選擇性好，分離效能高；,應(yīng)用范圍廣。,可檢出ppm級甚至ppb級的物質(zhì)。,可以分析有機(jī)及無機(jī)物的氣體、液體或固體。在石油煉制、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都已獲得廣泛應(yīng)用。,2020/4/27,目前氣相色譜的工作溫度一般只能在500℃以下，因此沸點(diǎn)太高的物質(zhì)或不能氣化的物質(zhì)都無法用氣相色譜來進(jìn)行分析。對于熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)，以及具有生理活性的物質(zhì)，均不能采用升溫氣化的方法來分析。,2020/4/27,11.6.2高壓液相色譜,在技術(shù)上采用了高壓泵、高效固定相和高靈敏度檢測器，實(shí)現(xiàn)了分析速度快、分離效率高和操作自動化。這種柱色譜技術(shù)稱為高壓液相色譜分析。,液相色譜是指流動相為液體的色譜技術(shù)。,貯液器、高壓泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測器、記錄器等。,主要組成：,高壓液相色譜典型流程圖,2020/4/27,操作原理,貯液器中貯存的流動相經(jīng)過濾后由高壓泵輸送至色譜柱，試樣由進(jìn)樣器注人，隨流動相進(jìn)人色譜柱進(jìn)行分離。分離后的試樣由檢測器檢測，輸出信號，供給記錄器或數(shù)據(jù)處理裝置。,優(yōu)點(diǎn),具有分離溫度低，分效率高，流動相和固定相均可選擇等優(yōu)點(diǎn)。,2020/4/27,,2020/4/27,,本章結(jié)束,