大學(xué)化學(xué)第十二章現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù).ppt

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2020/4/27,第十一章現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù),現(xiàn)代分析測(cè)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(zhǎng)范圍，可分為：真空紫外光譜10nm~200nm近紫外光譜200nm~380nm可見(jiàn)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(jí)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?。ㄖ绷麟娀?，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(jiǎn)單分析）映譜儀(光譜投影儀)：放大。測(cè)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(jiǎn)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(cè)元素的特征譜線的光，通過(guò)試樣蒸氣時(shí)，被蒸氣中待測(cè)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(lái)測(cè)定試樣中待測(cè)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(cè)元素“共振線”的強(qiáng)度；,A—吸光度；,I—被火焰中待測(cè)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(guò)的火焰長(zhǎng)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(cè)系統(tǒng)（由檢測(cè)器，放大器，對(duì)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(cè)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(cè)系統(tǒng)（由檢測(cè)器，放大器，對(duì)數(shù)變換及讀數(shù)裝置組成）,2020/4/27,自動(dòng)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(jiǎn)單操作方便。（3）靈敏度高。（4）測(cè)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(guò)程以及分子結(jié)構(gòu)方面的各種特性，對(duì)解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的各種問(wèn)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(shuō)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(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。,11.3.2基本原理,它是由于分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷（同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷）而產(chǎn)生的。,物質(zhì)吸收電磁輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件，即：,當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和它一樣，二者就會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)光的能量通過(guò)分子偶極短的變化而傳遞給分子，個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)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(shí)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(cè)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(guò)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(guò)程、反應(yīng)機(jī)理、動(dòng)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(duì)細(xì)胞和其它活組織的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。,對(duì)于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)佯品均可測(cè)定，在測(cè)試過(guò)程中不破壞樣品，分析速度快，作品用量少，操作簡(jiǎn)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(chǎng)下的原子核上，才會(huì)發(fā)生能級(jí)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(gè)或2個(gè)以上的能級(jí)。如果此時(shí)外加一個(gè)能量，使其恰好等于分裂后相鄰兩個(gè)能級(jí)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(hào)。,NudearMagneticResonance,核磁共振波譜實(shí)際上也是一種吸收光譜。它來(lái)源于原子核能級(jí)間的躍遷。（縮寫(xiě)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(chǎng)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(cè)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(cè)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(gè)恒定的磁場(chǎng)；,探頭放置在磁極間，用來(lái)檢測(cè)核磁共振信號(hào)；,譜儀內(nèi)裝有射頻發(fā)生器和信號(hào)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(kāi)的兩峰間距就越小。影響分辨率的主要因素是磁場(chǎng)的非均勻性。,靈敏度是衡量?jī)x器檢測(cè)最少量樣品的能力。,穩(wěn)定性沒(méi)有統(tǒng)一指標(biāo)，但它是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。一般用信號(hào)的漂移來(lái)衡量?jī)x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(cè)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(shí)，對(duì)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(cè)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(huì)常數(shù)確定基團(tuán)間的連接關(guān)系；（3）用積分高度來(lái)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(cè)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(chǎng)或交變電場(chǎng)使帶電粒子按照質(zhì)量大小的順序分離開(kāi)來(lái)，形成有規(guī)則的質(zhì)譜，然后利用檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，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(dòng)相,用液體作流動(dòng)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(cè)系統(tǒng),記錄系統(tǒng),包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測(cè)量,包括進(jìn)樣器、氣化室,包括恒溫控制裝置,包括檢測(cè)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(jiǎn)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(shí)，用毛細(xì)管柱一次可以解決含有100多個(gè)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(jí)甚至ppb級(jí)的物質(zhì)。,可以分析有機(jī)及無(wú)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(wú)法用氣相色譜來(lái)進(jìn)行分析。對(duì)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(lái)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(cè)器，實(shí)現(xiàn)了分析速度快、分離效率高和操作自動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)相經(jīng)過(guò)濾后由高壓泵輸送至色譜柱，試樣由進(jìn)樣器注人，隨流動(dòng)相進(jìn)人色譜柱進(jìn)行分離。分離后的試樣由檢測(cè)器檢測(cè)，輸出信號(hào)，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(dòng)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,