第一篇：現(xiàn)代儀器分析-熒光分析教案2011（寫寫幫整理）

山 東 中 醫(yī) 藥 大 學(xué)

教

案

首

頁(yè)

教研室主任：呂青濤 授

課

人：呂青濤

研究生(部)2011 年級(jí) 中藥 專業(yè) 班 2011 年 9 月 20日

題

目:

熒光分析法

教學(xué)目的與要求:

（1）掌握分子熒光、磷光和化學(xué)發(fā)光的產(chǎn)生機(jī)理；掌握激發(fā)光譜和發(fā)射光譜特征。

（2）掌握熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及溶液的熒光（磷光）強(qiáng)度影響因素。

（3）熟悉熒光（磷光）分析法的特點(diǎn)及定量測(cè)定方法。（4）了解磷光分析法的類型。

（5）熟悉熒光、磷光和化學(xué)發(fā)光分析儀器的結(jié)構(gòu)。

內(nèi)容與時(shí)間分配:

①

熒光分析原理：120min； ②

熒光儀器：20min； ③

分析方法：40min； ④

磷光分析簡(jiǎn)介：20min；

重點(diǎn)與難點(diǎn):

1、熒光的產(chǎn)生；

2、熒光光譜與激發(fā)光譜；

3、熒光與分子結(jié)構(gòu)

4、影響因素

5、分析方法

教具準(zhǔn)備:

PPT

教

案

內(nèi)

文

熒光分析法（fluorometry）

靈敏度高，紫外－可見(jiàn)法10g/ml 待測(cè)物質(zhì)：分子熒光

原子熒光 激發(fā)光： 紫外可見(jiàn)熒光

紅外可見(jiàn)熒光

X－射線熒光

1、基本原理

利用目一波長(zhǎng)得光照射試樣，使試樣吸收這一輻射，然后再發(fā)射出波長(zhǎng)相同或較長(zhǎng)得光，若這-9種再發(fā)射約在10秒內(nèi)發(fā)生，稱為熒光，利用熒光得強(qiáng)度和特性對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，稱為熒光分析法。

當(dāng)分子軌道中電子吸收光子躍遷，若電子躍遷后，處于自旋方向相反得狀態(tài)，則總自旋量子數(shù)S＝0，體系的多重性M=2S+1，既為激發(fā)態(tài)的單線態(tài)（此分子在磁場(chǎng)中不產(chǎn)生能級(jí)裂分）

若電子躍遷后，處于自旋方向相同的狀態(tài)，則總自旋量子數(shù)S=1/2+1/2=1,體系的多重性M=2S+1=3,即為三線態(tài)（在磁場(chǎng)中，三線態(tài)的電子能級(jí)產(chǎn)生裂分，一條線可分裂成三條線。三線態(tài)的能量較相應(yīng)單線態(tài)的能量低）。

[電子由單?單躍遷，所需E1

紫外－可見(jiàn)光照射物質(zhì)，基態(tài)分子不斷躍遷到激發(fā)態(tài)，則分子的紫外吸收應(yīng)逐漸減小至消失，但事實(shí)上物質(zhì)分子能夠連續(xù)吸收紫外－可見(jiàn)光，說(shuō)明存在一條或多條從分子激發(fā)態(tài)往基態(tài)的途徑。

①振動(dòng)弛豫：無(wú)輻射躍遷，只在同一電子能級(jí)內(nèi)進(jìn)行。

激發(fā)態(tài)分子由于分子間碰撞或分子與晶格間的相互作用，以熱的形式損失掉部分能量，從振動(dòng)能級(jí)的較高能級(jí)下降。

既激發(fā)態(tài)不同振動(dòng)能級(jí)間的能量釋放，這部分能量以熱的形式釋放，而不是以光輻射的形式發(fā)出，故振動(dòng)弛豫屬于無(wú)輻射躍遷。

②熒光發(fā)射

電子由激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)回遷到基態(tài)，釋放出能量，發(fā)射的光為熒光。由于已損失了部分能量，所以熒光的波長(zhǎng)<原照射的紫外光波長(zhǎng)。③內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換：非輻射過(guò)程

激發(fā)態(tài)分子將激發(fā)態(tài)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，回到基態(tài)。

第二電子激發(fā)態(tài)S2的的振動(dòng)能級(jí)與第一電子激發(fā)態(tài)的高振能級(jí)的ΔE較小，甚至重疊，所以，他們之間的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換很容易發(fā)生，速度很快。

因此，分子無(wú)論在哪一個(gè)激發(fā)單線態(tài)都能通過(guò)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換到達(dá)低一級(jí)激發(fā)態(tài)的最高振動(dòng)能級(jí)；然后通過(guò)振動(dòng)弛豫回到起最低振動(dòng)能級(jí)；最終回到基態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。這一過(guò)程成為內(nèi)部卒滅。大多數(shù)物質(zhì)的內(nèi)部卒滅過(guò)程很快，所以無(wú)熒光發(fā)出。

④內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換

激發(fā)態(tài)分子通過(guò)碰撞將能量轉(zhuǎn)移給其他分子，直接回到基態(tài)，導(dǎo)致外部卒滅。例：溶劑中含熒光卒滅劑或溫度較高時(shí)，易產(chǎn)生外部卒滅。⑤體系間交叉躍遷

－7

教

案

內(nèi)

文

電子由激發(fā)單線的最低振動(dòng)能級(jí)?激發(fā)三線態(tài)的最高振動(dòng) 多數(shù)分子：體系間交叉躍遷時(shí)禁阻的。

極少數(shù)分子可以（如含溴、碘等重原子）?因?yàn)槠渥孕壍赖膹?qiáng)偶合作用，電子自旋可以逆轉(zhuǎn)方向，時(shí)體系跨越容易。

⑥磷光發(fā)射

電子通過(guò)振動(dòng)弛豫從激發(fā)態(tài)三線態(tài)的最高振動(dòng)?最低，然后發(fā)出光發(fā)射躍遷至基態(tài)的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)，這種光輻射稱磷光發(fā)射。

激發(fā)三線態(tài)最低振動(dòng)能級(jí)低于……單線態(tài)…… 所以磷光輻射能量<熒光 磷光輻射波長(zhǎng)>熒光 熒光法不普及：

室溫下難呈現(xiàn)①體系間跨越幾率小

②體系間跨越后，又一改體系間跨躍回到激發(fā)單線態(tài)?熒光 ③分子間碰撞，溶劑間作用，各種卒滅效應(yīng)。所以，磷光法：液氮冷凍條件下激發(fā)。⑦延遲熒光

分子在激發(fā)三線態(tài)的振動(dòng)基態(tài)可以存活一定時(shí)間，所以需時(shí)較長(zhǎng)。

2、激發(fā)光譜與熒光光譜

熒光時(shí)分子受激發(fā)射光譜，所以有兩個(gè)特征光譜：激發(fā)光譜 發(fā)射光譜（1）激發(fā)光譜：以激發(fā)光波長(zhǎng)為橫坐標(biāo) 熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo) 熒光強(qiáng)度隨激發(fā)光波長(zhǎng)的變化

（2）熒光光譜：以熒光的發(fā)射波長(zhǎng)為橫坐標(biāo) 熒光的發(fā)光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)

熒光物質(zhì)的λex,man和λem,max是鑒定的依據(jù)，也是定量的依據(jù)，（3）特點(diǎn)：

（4）紫外光譜：紫外光的吸收度

熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜

兩者相似，因吸收了紫外線才能發(fā)射熒光 ①激發(fā)光譜與紫外吸收相似，但不完全重疊 ②熒光光譜與激發(fā)光譜相比在長(zhǎng)波長(zhǎng)處

熒光光譜的吸收峰只有一個(gè)，且與激發(fā)光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。③激發(fā)光譜與熒光光譜呈鏡像關(guān)系，例蒽的激發(fā)光譜與熒光光譜（在高分辨的熒光光譜圖上）

*激發(fā)光譜 a峰：分子基態(tài)S0→S2

* b峰：分子基態(tài)S0→Si的（V0、V1、V2、V3、V41、2、……為不同的能級(jí)）b0峰相當(dāng)于b0的躍遷線

b1峰相當(dāng)于b1的躍遷線

熒光光譜：C峰：分子從第一電子激發(fā)態(tài)的振動(dòng)能級(jí)基態(tài)躍遷至電子基態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí)而形成C0峰→C0躍遷線

C1峰→C1的躍遷線

教

案

內(nèi)

文

3、熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

(1)產(chǎn)生過(guò)程:(2)分子吸收光子，由基態(tài)→第一電子激發(fā)態(tài)或第二激發(fā)態(tài) →通過(guò)無(wú)輻射躍遷回到第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí) →躍遷到基態(tài)的各振動(dòng)能級(jí) →發(fā)出熒光

→通過(guò)無(wú)輻射躍遷回到基態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)（2）產(chǎn)生熒光的必要條件

×分子①吸收光能量（紫外－可見(jiàn)吸收強(qiáng)），產(chǎn)生躍遷。（n→л躍遷ε弱，所以引起的熒光極弱）②吸收后必須具有較高的熒光效率，才能產(chǎn)生熒光

物質(zhì)分子不是吸收熒光紫外光量子，即能夠發(fā)射一個(gè)熒光量子。物質(zhì)發(fā)射熒光的量子數(shù)與所吸收的激發(fā)態(tài)量子數(shù)的比值，稱為熒光效率或熒光量子產(chǎn)率 фf＝發(fā)出熒光的量子數(shù)/吸收激發(fā)光的量子數(shù)（3）熒光強(qiáng)度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系（內(nèi)部因素）①長(zhǎng)共軛結(jié)構(gòu)

×л→л躍遷產(chǎn)生強(qiáng)K帶紫外吸收。

Л電子共軛越長(zhǎng)，λex和λen將長(zhǎng)移。F、фf將增大 ②分子的剛性結(jié)構(gòu)和共平面效應(yīng)

分子的剛性結(jié)構(gòu)和共平面效應(yīng)增大，фf增大，且λem長(zhǎng)移。例： ③取代基

a、增加分子的л電子共軛程度，фf增大，λem長(zhǎng)移的基團(tuán) ―NH2,―OH,―OCH3,―NHR,―NR2,―CN等

b、減弱分子的л電子共軛程度，фf減小，甚至熒光卒滅的基團(tuán) ―COOH,―NO2,―C=O,―NO,―SH,―NHCONH3,―F,―Cl，―I,-Br等 c、對(duì)分子的л電子共軛作用小，對(duì)熒光影響不明顯。

+―R,―SO3H,―NH3等

4、影響熒光強(qiáng)度的外部因素

（1）溫度：溫度增大，фf小，碰撞幾率大，分子運(yùn)動(dòng)速度增大，無(wú)輻射躍遷增大，（2）溶劑：a,極性大，фf大。紅移 所以極性溶劑中，ΔEл→л×減小。b、粘度大，фf大，粘度小，分子碰撞幾率增大，所以фf小

（3）PH值的影響：對(duì)弱酸和弱堿的熒光物質(zhì)影響大。PH值不同，離子電離結(jié)構(gòu)不同。如：

（4）熒光熄滅劑：使фf減小或熒光強(qiáng)度與濃度不呈線性關(guān)系。

常見(jiàn)的熄滅劑有：鹵素離子、重金屬離子，氧分子、硝基化合物、重氮化合物、羰基和羧基混合物。

原因：分子碰撞；產(chǎn)生無(wú)熒光的配合物；I、Br溶解O2使易發(fā)生體系跨越至三線態(tài)；（5）散射光干擾

a、容器表面：方形影響小，原形影響大。

教

案

內(nèi)

文

可通過(guò)調(diào)整狹縫減小散射。

b、丁達(dá)爾散射：膠體顆粒產(chǎn)生的散射可盡量除去膠體顆粒；脫氣 c、瑞利散射：瑞利光波長(zhǎng)＝激發(fā)光波長(zhǎng)

分子吸收光子后，由基態(tài)較低振能級(jí)→較高能級(jí)，并在極短的時(shí)間內(nèi)返回原來(lái)的能級(jí)，釋放出與激發(fā)光相同波長(zhǎng)的光線。

d、拉曼散射

分子吸收光子，基態(tài)較低振動(dòng)能級(jí)→較高能級(jí)→回到稍高或稍低與原能級(jí)的振動(dòng)能級(jí)。拉曼光波長(zhǎng)?激發(fā)光波長(zhǎng) 可通過(guò)減小狹縫 加強(qiáng)濾光片

選擇激發(fā)波長(zhǎng)來(lái)減小拉曼光的干擾。（6）氫鍵的影響

與溶劑或其它溶液分子產(chǎn)生氫鍵，對(duì)熒光光譜和熒光強(qiáng)度有顯著的影響（7）表示活性劑的影響 增溶、增穩(wěn)、表面活性劑濃度增大→膠束→對(duì)熒光分子有遮蔽作用?！鷾p小分子碰撞幾率→保護(hù)激發(fā)單線態(tài)熒光分子→提高фf（8）自卒滅

熒光物質(zhì)濃度過(guò)大，>1g/l產(chǎn)生的熒光含被分子吸收。使熒光強(qiáng)度減小，發(fā)生濃度卒滅

5、熒光強(qiáng)度與濃度的關(guān)系（1）定量關(guān)系F?（I0-It）F:熒光強(qiáng)度。（I0-It）：被吸收的光強(qiáng)度 即F=（I0-It）.K′

K′常數(shù)，取決于фf根據(jù)Beer定律：

-EclIT/I0=10

-Ecl-2.3Ecl即：F= K′I0(1-10)= K′I0(1-e)

2n= K′I0[2.3Ecl-(-2.3Ecl)/2!-(-2.3Ecl)/3!-……-(-2.3Ecl)/n!] 當(dāng)Ecl?0.05時(shí)，即稀溶液 F=K′I02.3Elc=KC 所以，濃度低時(shí)，F(xiàn)與C成線性關(guān)系。（2）靈敏度高

可通過(guò)放大檢測(cè)信號(hào)，增加激發(fā)光強(qiáng)度，通過(guò)靈敏度。而吸收光譜：A＝-lgIt/I0 It/I0為比值，無(wú)法放大（3）定性、定量分析 ①定性分析：

依據(jù)激發(fā)光譜中地峰位鑒定物質(zhì)。

注意：影響因素多，測(cè)到地只是表觀光譜圖，須校正。一般用對(duì)照品對(duì)照 ②定量分析

方法：工作曲線法

比例法（標(biāo)準(zhǔn)曲線過(guò)原點(diǎn)）Fs-F0=KCs F樣-F0=KC樣 F0:空白溶液熒光強(qiáng)度

教

案

內(nèi)

文

多組分測(cè)定：與紫外分光光度法定量分析用 6熒光分光光度計(jì)（1）主要部件 ①激發(fā)光源：

疝燈（多用）:連續(xù)光源

汞燈：發(fā)射線光譜，產(chǎn)生不連續(xù)地一定波長(zhǎng)地光 另外：氘燈、鹵鎢燈等

②單色器：激發(fā)單色器（光源與樣品之間）

發(fā)射單色器(樣品與監(jiān)測(cè)器之間)熒光計(jì)：慮光片

熒光分光光度計(jì)：光柵作色散元件 ③吸收池：石英

④檢測(cè)器：光電倍增管

光電二極管陣列檢測(cè)器：迅速、瞬時(shí)測(cè)定熒光光譜（2）類型

熒光計(jì)

熒光分光光度計(jì)

（3）校正

（4）①波長(zhǎng)校正

用汞燈地標(biāo)準(zhǔn)譜線對(duì)單色器地波長(zhǎng)刻度進(jìn)行校正

②靈敏度：影響因素較多

a光源強(qiáng)度穩(wěn)定度單色器地性能 b波長(zhǎng)、狹縫

c空白溶液、拉曼散射、激發(fā)光、雜質(zhì)熒光 常用：硫酸奎寧溶液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校正 ③ 光譜校正

雙光束熒光分光光度計(jì)，參比光束抵消光學(xué)誤差 7熒光分析新技術(shù)

（1）激發(fā)熒光分析：

光源:激光、波長(zhǎng)純，強(qiáng)度大 檢測(cè)靈敏度高，樣品量<1ul-16最小可測(cè)10g 測(cè)量生化樣品、氣體樣品及有機(jī)化合物中地自由基（2）同步熒光分析 靈敏度高

在熒光物質(zhì)地激發(fā)光譜和發(fā)射光譜中選擇適宜地波長(zhǎng)差值Δλ，同時(shí)掃描熒光發(fā)射波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)，得同步熒光光譜。Fsp(λem,λex)=KCFexFem(3)膠束增溶增敏熒光分析 加入增溶增敏試劑，如

表面活性劑：SDS,CTMAB,CPB,PVA,Triton*100等 環(huán)糊精：α－CD，β－CD,γ-CD等

表面活性劑在臨界膠束濃度時(shí)，相差疏水基向里，親水基向外得具有一定大小內(nèi)腔得膠束，增溶、增敏

教

案

內(nèi)

文

其用于熒光分析，不僅提高了靈敏度、選擇性且可在分子水平模擬生物體系細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。對(duì)藥物在體內(nèi)的分布和作用機(jī)理進(jìn)行研究。（4）反相膠束增敏熒光分析法 形成親水基向里，疏水基向外的微囊

今年來(lái)在膜的模擬化學(xué)、蛋白質(zhì)液－液萃取，膠束催化，超細(xì)納米材料制備，有毒物質(zhì)降解、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。（5）時(shí)間分辨熒光分析

根據(jù)分子熒光壽命不同，在激發(fā)與檢測(cè)之間間隔一定時(shí)間，使不同分子達(dá)到分別檢測(cè)，從而可以消除共存組分的干擾。

將其用于免疫分析，“時(shí)間分辨熒光免疫分析儀“技術(shù)研究新進(jìn)展。標(biāo)記免疫分析與臨床，1995，vol2(1),54-57(6)三維熒光光譜分析

教

案

尾

頁(yè)

小

結(jié)：

思考題：本章學(xué)習(xí)了熒光分析法的原理、特點(diǎn)、儀器、方法及應(yīng)用，重點(diǎn)應(yīng)掌握：（1）掌握分子熒光、磷光和化學(xué)發(fā)光的產(chǎn)生機(jī)理；掌握激發(fā)光譜和發(fā)射光譜特征。

（2）掌握熒光與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及溶液的熒光（磷光）強(qiáng)度影響因素。

（3）熟悉熒光（磷光）分析法的特點(diǎn)及定量測(cè)定方法。（4）了解磷光分析法的類型。

（5）熟悉熒光、磷光和化學(xué)發(fā)光分析儀器的結(jié)構(gòu)。

（略）

第二篇：儀器分析教案

第三節(jié) 高效液相色譜法的主要類型及其分離原理

【教學(xué)目標(biāo)】

1.掌握液-液分配色譜法及化學(xué)鍵合相色譜法的分離原理，分配系數(shù)、固定相的類型和特點(diǎn) 2.熟悉高效液相色譜法的主要類型 3.熟悉高效液相色譜法的主要類型

4.了解各類高效液相色譜法的特點(diǎn)及應(yīng)用 【教學(xué)重點(diǎn)】

液-液分配色譜法及化學(xué)鍵合相色譜法；分離原理；分配系數(shù) 【教學(xué)難點(diǎn)】

分配系數(shù)；分配系數(shù)與組分流出順序的關(guān)系 【復(fù)習(xí)題】

1.氣相色譜法有哪幾種類型？各類氣相色譜法的固定相與流動(dòng)相的類型是什么？ 2.各類氣相色譜法的分離原理是什么？ 3.分配系數(shù)的定義是什么？意義是什么？

【講授新課】

與氣相色譜一樣，液相色譜分離系統(tǒng)也由兩相——固定相和流動(dòng)相組成。液相色譜的固定相可以是固定液、吸附劑、化學(xué)鍵合固定相（或在惰性載體表面涂上一層液膜）、離子交換樹(shù)脂或多孔性凝膠；流動(dòng)相是各種溶劑。被分離混合物由流動(dòng)相液體推動(dòng)進(jìn)入色譜柱。根據(jù)各組分在固定相及流動(dòng)相中的吸附能力、分配系數(shù)、離子交換作用或分子尺寸大小的差異進(jìn)行分離。色譜分離的實(shí)質(zhì)是樣品分子（以下稱溶質(zhì)）與溶劑（即流動(dòng)相或洗脫液）以及固定相分子間的作用，作用力的大小，決定色譜過(guò)程的保留行為。

根據(jù)其分離原理不同，高效液相色譜法可分為幾種類型：

一． 液-液分配色譜法及化學(xué)鍵合相色譜法

（一）液-液分配色譜法

1.固定相：將液體固定液涂漬在擔(dān)體上作為固定相。

流動(dòng)相：液體。

且要求，流動(dòng)相液體與固定相液體互不相溶。

2．分離原理：溶解——溶解分配平衡過(guò)程（組分溶解在固定相中—組分溶解在流動(dòng)相中），類似于液液萃取機(jī)理。

溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行分配時(shí)，在固定液中溶解度較小的組分較難進(jìn)入固定液，在色譜柱中向前遷移速度較快；在固定液中溶解度較大的組分容易進(jìn)入固定液，在色譜柱中向前遷移速度較慢，從而達(dá)到分離的目的。

3.分配系數(shù)：

當(dāng)樣品中的被測(cè)定組分在固定相和流動(dòng)相中達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，可以用分配系數(shù)來(lái)描述這個(gè)分配平衡過(guò)程：

其中，（1）分離的順序決定于分配系數(shù)的大?。?/p>

固定相對(duì)某組分的溶解力大于溶劑對(duì)某組分的溶解力，K↑，后流出色譜柱 固定相對(duì)某組分的溶解力小于溶劑對(duì)某組分的溶解力，K↓，先流出色譜柱

（2）某色譜條件下，兩組分分配系數(shù)差值為零，則代表兩組分在該色譜條件下不能分離。4.分類：

正相液-液色譜法：固定相極性＞流動(dòng)相極性，極性較小組分先出峰，極性較大組分后出峰 適于分離極性較強(qiáng)的物質(zhì)

反相液-液色譜法：固定相極性＜流動(dòng)相極性

極性較大組分先出峰，極性較小組分后出峰 適于分離非極性至中等極性的物質(zhì)

（二）化學(xué)鍵合相色譜法：

（1）固定相：將固定液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)共價(jià)鍵合到擔(dān)體（硅膠）表面作為固定相。

流動(dòng)相：液體。

（2）分離原理：同液-液分配色譜法。（3）分配系數(shù)：同液-液分配色譜法。（4）分類：同液-液分配色譜法。

（三）液-液分配色譜法與化學(xué)鍵合相色譜法的對(duì)比

液-液分配色譜法 化學(xué)鍵合相色譜法 與擔(dān)體結(jié)合方式 涂漬 共價(jià)鍵合

柱效對(duì)比 較低 較高

固定液是否流失 是 否

能否進(jìn)行梯度洗脫 否 能

另外，化學(xué)鍵合固定相表面固定液一般多為單分子層，因此無(wú)液坑，液層薄，傳質(zhì)速度快；且有載樣量大，化學(xué)性能穩(wěn)定，重現(xiàn)性高，色譜柱壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的液液分配色譜，成為液相色譜法中使用最廣泛的方法。

二．液-固吸附色譜法

1.固定相：液固吸附色譜法的固定相是固體吸附劑。吸附劑是一些多孔的固體顆粒物質(zhì)，在它的表面通常存在吸附中心點(diǎn)，可以有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分。流動(dòng)相：液體

2.分離原理：吸附——吸附競(jìng)爭(zhēng)平衡過(guò)程（組分吸附在固定相上—流動(dòng)相吸附在固定相上）

流動(dòng)相中的溶質(zhì)分子X(jué)（流動(dòng)相）被流動(dòng)相S帶入色譜柱后，在隨流動(dòng)相流動(dòng)的過(guò)程中，發(fā)生如下交換反應(yīng)：

其作用機(jī)制是被分離組分（溶質(zhì)分子X(jué)）與流動(dòng)相（溶劑分子S）爭(zhēng)奪吸附劑表面吸附活性中心的結(jié)果（競(jìng)爭(zhēng)吸附）。在這個(gè)過(guò)程中，交換能力較強(qiáng)的溶質(zhì)分子會(huì)競(jìng)爭(zhēng)得到更多的吸附中心點(diǎn)，從而在色譜柱中移動(dòng)較慢，從而達(dá)到分離的目的。3.分配系數(shù)：

其中，（1）分離的順序決定于分配系數(shù)的大?。?/p>

吸附劑對(duì)某組分的吸附力越強(qiáng)，K↑，后流出色譜柱 吸附劑對(duì)某組分的吸附力越弱，K↓，先流出色譜柱

（2）某色譜條件下，兩組分分配系數(shù)差值為零，則代表兩組分在該色譜條件下不能分離。

4.應(yīng)用：

液固色譜法適用于分離分子量中等，能溶于有機(jī)溶劑的非離子性化合物，此外，液固色譜法對(duì)于分離具有不同官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)相似的化合物、異構(gòu)體有較高的選擇性。

三．離子交換色譜法

1.固定相：是一種帶電荷的官能團(tuán)的固定基質(zhì)，稱為離子交換劑。為保證交換劑的電中性，基質(zhì)上還存在帶相反電荷的離子，稱為反離子。

目前常用的三大類離子交換劑基質(zhì)：合成樹(shù)脂、纖維素、硅膠。流動(dòng)相：具有一定pH和鹽濃度的緩沖溶液

2.分離原理：吸附——吸附競(jìng)爭(zhēng)平衡過(guò)程（反離子吸附在固定相上—組分離子吸附在固定相上）

在離子交換過(guò)程中，流動(dòng)相中存在的被分析離子（M+）與樹(shù)脂上吸附的反離子（Y-）之間發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，可用下列平衡表示：

陽(yáng)離子交換： 陰離子交換：

被分離樣品中不同離子對(duì)交換劑具有不同的親和力，在發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附時(shí)，不同的樣品離子交換反離子的能力也不同。對(duì)交換劑親和力較強(qiáng)的樣品離子，交換反離子的能力較強(qiáng)，從而在色譜柱中遷移速度較慢，從而達(dá)到分離的目的。3.分配系數(shù)：

以陰離子交換平衡過(guò)程為例，分配系數(shù)：

其中，（1）分離的順序決定于分配系數(shù)的大小：

溶質(zhì)中某離子與離子交換劑的相互作用越強(qiáng)，K↑，后流出色譜柱 溶質(zhì)中某離子與離子交換劑的相互作用越弱，K↓，先流出色譜柱

（2）某色譜條件下，兩組分分配系數(shù)差值為零，則代表兩組分在該色譜條件下不能分離。

4.應(yīng)用：

離子交換色譜法特別適用于分離離子化合物、有機(jī)酸和有機(jī)堿等能電力的化合物和能與離子基團(tuán)相互作用的化合物。它不僅廣泛地應(yīng)用于有機(jī)物質(zhì)，而且廣泛地應(yīng)用于生物物質(zhì)的分離，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等生物分子，還能用于維生素的混合物、食品防腐劑、血清等的分離。5.分類：

陽(yáng)離子交換色譜和陰離子交換色譜

【小結(jié)】

1． 固定相：

液-液分配色譜法 將液體固定液涂漬在擔(dān)體上作為固定相

化學(xué)鍵合相色譜法 將固定液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)共價(jià)鍵合到擔(dān)體（硅膠）表面作為固定相 液-固吸附色譜法 吸附劑 離子交換色譜法 離子交換劑 2．分離原理

液-液分配色譜法 溶解——溶解分配平衡過(guò)程（組分溶解在固定相中—組分溶解在流動(dòng)相中）化學(xué)鍵合相色譜法 溶解——溶解分配平衡過(guò)程（組分溶解在固定相中—組分溶解在流動(dòng)相中）液-固吸附色譜法 吸附——吸附競(jìng)爭(zhēng)平衡過(guò)程（組分吸附在固定相上—流動(dòng)相吸附在固定相上）離子交換色譜法 吸附——吸附競(jìng)爭(zhēng)平衡過(guò)程（反離子吸附在固定相上—組分離子吸附在固定相上）3．各種色譜法的分配系數(shù)表示方法雖各不相同，但分配系數(shù)與組分流出順序的關(guān)系均可表述為，組分K↑，后流出色譜柱；組分K↓，先流出色譜柱。

【作業(yè)】

課后習(xí)題 2、6、9。

第九節(jié) 高效液相色譜法在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

【教學(xué)目標(biāo)】

1.了解高效液相色譜法在食品檢測(cè)中的具體應(yīng)用實(shí)例

2.能夠通過(guò)實(shí)例系統(tǒng)地了解之前所學(xué)關(guān)于高效液相色譜法的具體內(nèi)容 3.了解食品高效液相色譜法前處理知識(shí) 【教學(xué)重點(diǎn)】

外標(biāo)法定量的運(yùn)用 【教學(xué)難點(diǎn)】

不同定量方法的運(yùn)用 【復(fù)習(xí)題】

1.液相色譜法的主要定量方法包括哪幾種？

【講授新課】

5.動(dòng)物源食品呋喃唑酮?dú)埩袅康臏y(cè)定

呋喃唑酮（痢特靈）是一種抗菌效果非常好的廣譜抗生素藥物，曾被廣泛應(yīng)用于家禽、家畜、水產(chǎn)品中的疾病預(yù)防和治療。近年的研究表明，呋喃唑酮及其代謝物具有致基因突變和致癌性。美國(guó)1993年禁止呋喃唑酮作為獸藥，歐盟將其列為違禁藥品，我國(guó)農(nóng)業(yè)部第235號(hào)公告中也規(guī)定動(dòng)物性食品中呋喃唑酮檢出限為不得檢出。

（一）原理：反相色譜法

（二）色譜條件：

固定相：C18柱

流動(dòng)相：乙腈—磷酸溶液 檢測(cè)器：Uv-vis檢測(cè)器 檢測(cè)波長(zhǎng)：367nm 流速：1.0ml/min 進(jìn)樣量：20ul

（三）測(cè)定方法： 1．試樣前處理：

固體試料破碎→混合→初分離→濃縮→再分離→過(guò)濾→供試樣液

2．測(cè)定方法（外標(biāo)法）：

（1）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品溶液的配制與測(cè)定：精密稱取呋喃唑酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品適量，配制成一定濃度的溶液Cs。在上述色譜條件下得到色譜流出曲線，呋喃唑酮的保留時(shí)間在4.5min附近，得到呋喃唑酮峰的峰面積As。

（2）樣品溶液測(cè)定：試樣溶液在上述色譜條件下分離得到試樣的色譜流出曲線，得到試樣中呋喃唑酮的峰面積Ax。

（3）外標(biāo)法計(jì)算：利用下式即可計(jì)算的出樣品中的呋喃唑酮含量

二．高效液相色譜測(cè)定保健食品中的黃芪甲苷

黃芪是多年生草本豆科植物，藥用歷史悠久、廣泛。皂苷是黃芪中的主要有效成分之一，而黃芪皂苷以黃芪甲苷為主。黃芪甲苷具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗氧化、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，抑制內(nèi)毒素等作用。所以在一些保健食品中，黃芪甲苷作為功能性添加劑成分有添加。例如，蜂膠黃芪軟膠囊、蟲(chóng)草雞精口服液。

（一）原理：反相色譜法

（二）色譜條件：

固定相：C18柱 流動(dòng)相：乙腈—水

檢測(cè)器：二極管陣列檢測(cè)器 檢測(cè)波長(zhǎng)：227nm 流速0.8ml/min 進(jìn)樣量：10ul

（三）測(cè)定方法（外標(biāo)法峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線法）： 1．試樣前處理：

蟲(chóng)草雞精口服液試樣→濃縮→定容→過(guò)柱（大孔吸附樹(shù)脂）→濃縮→過(guò)濾→供試樣液 2．測(cè)定方法：

（1）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品溶液的配制與測(cè)定：精密稱取黃芪甲苷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品適量，配制為濃度從低到高的一系列溶液C1……C5（5.0，10.0，20.0，40.0，50.0μg/mL）。在上述色譜條件下依次得到相應(yīng)色譜流出曲線，并得到峰面積A1……A5。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：以峰面積A對(duì)濃度進(jìn)行線性回歸，得線性回歸方程，即為標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（3）樣品溶液測(cè)定：在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)，加載供試樣液，得到樣品色譜流出曲線，測(cè)量其中黃芪甲苷對(duì)應(yīng)峰的峰面積。

將樣品黃芪甲苷峰的峰面積帶入線性回歸方程，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法即可算出樣品中的黃芪甲苷含量。

三．高效液相色譜法同時(shí)進(jìn)行測(cè)定食品中安賽蜜、糖精、苯甲酸、山梨酸和咖啡因

食品添加劑若使用不當(dāng)，添加過(guò)量，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用。

（一）原理：反相色譜法

（二）色譜條件：

固定相：C18柱

流動(dòng)相：甲醇—檸檬酸銨 檢測(cè)器：Uv-vis檢測(cè)器 檢測(cè)波長(zhǎng)215nm 流速1.0ml/min 進(jìn)樣量20μL 柱溫40℃

（三）測(cè)定方法： 1．試樣前處理：

（1）乳狀液體樣品（果奶、冰淇淋等）：

試樣→沉淀蛋白質(zhì)→過(guò)濾、脫氣→供試樣液

（2）澄清液體樣品（汽水、可樂(lè)等）：

試樣→脫氣→稀釋→過(guò)濾→供試樣液

（3）固狀樣品（肉制品、醬脆菜等）：

試樣→搗碎→加入溶劑→沉淀蛋白質(zhì)→過(guò)濾、脫氣→供試樣液

2．測(cè)定方法（外標(biāo)法峰高標(biāo)準(zhǔn)曲線法）：

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：使用流動(dòng)相配制安賽蜜、糖精鈉、苯甲酸、山梨酸、咖啡因標(biāo)準(zhǔn)溶液（1mg/mL），將各標(biāo)準(zhǔn)液按照安賽蜜、糖精鈉、苯甲酸、山梨酸、咖啡因比例依次為5.0、4.0、5.0、5.0、5.0μg/mL混合，得到混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用水稀釋成6個(gè)濃度C1……C6

（2）確定成分峰位置：首先用各自的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，在色譜條件下進(jìn)行分析，定性確定每個(gè)峰對(duì)應(yīng)的成分。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線：在上述色譜條件下，6個(gè)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液分別得到相應(yīng)色譜流出曲線，并得到峰高h(yuǎn)1……h(huán)6。以峰高h(yuǎn)對(duì)含量進(jìn)行線性回歸，得各種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的線性回歸方程，即為標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（4）樣品溶液測(cè)定：在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)，加載供試樣液，得到每種樣品的色譜流出曲線，測(cè)量其中添加劑對(duì)應(yīng)峰的峰高。

將樣品添加劑相關(guān)峰的峰高帶入線性回歸方程，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法即可算出樣品中各種添加劑的含量。

四．反相高效液相色譜法測(cè)定巧克力中香蘭素

香蘭素是重要的食用香料之一，是食用調(diào)香劑，具有香莢蘭豆香氣及濃郁的奶香，是食品添加劑行業(yè)中不可缺少的重要原料，廣泛運(yùn)用在各種需要增加奶香氣息的調(diào)香食品中，香蘭素是國(guó)家允許添加的食品添加劑，按國(guó)標(biāo)添加不會(huì)對(duì)身體造成傷害。但大劑量食用可導(dǎo)致頭痛、惡心、嘔吐、呼吸困難，甚至損傷肝腎等。

（一）原理：反相色譜法

（二）色譜條件：

固定相：C18柱 流動(dòng)相：甲醇—水 檢測(cè)器：Uv-vis檢測(cè)器 檢測(cè)波長(zhǎng)：280nm 流速：1.0ml/min 進(jìn)樣量：10μL 柱溫：35℃

（三）測(cè)定方法： 1．試樣前處理：

巧克力樣品→加水加溫溶解→定容→離心取上層清液→過(guò)濾→供試樣液

2．測(cè)定方法：

外標(biāo)法峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量

參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)二．高效液相色譜測(cè)定保健食品中的黃芪甲苷中的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定方法

【小結(jié)】

1．樣品預(yù)處理：根據(jù)樣品狀態(tài)不同采用不同的預(yù)處理方法，再利用相似相溶粗提取要測(cè)的成分。2．分析實(shí)例中用的是反相色譜，其固定相為十八烷基硅烷鍵合硅膠，極性小于流動(dòng)相（乙腈-水；乙腈-磷酸鹽；甲醇-水；甲醇-檸檬酸）。且分析的樣品都是弱極性、中等極性的樣品。3．含量測(cè)定：外標(biāo)法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法、峰面積法、峰高法）

【作業(yè)】

課后題 10。

第三篇：儀器分析教案

儀器分析教案：

遵義師范學(xué)院 敖克厚

一、儀器分析要求

儀器分析實(shí)驗(yàn)是儀器分析課程的重要組成部分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生更好的理解和掌握理論教學(xué)中所介紹的各種分析儀器的原理，正確掌握各種常用儀器的結(jié)構(gòu)及基本操作技能，針對(duì)不同的分析對(duì)象，會(huì)正確選擇適當(dāng)?shù)膬x器分析方法，包括確定分析儀器﹑試劑﹑分析條件﹑分析步驟﹑獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及正確進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各種儀器分析方法解決相應(yīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)象的能力。

二、實(shí)驗(yàn)須知

1、實(shí)驗(yàn)者應(yīng)準(zhǔn)備一本編有頁(yè)碼的實(shí)驗(yàn)記錄本，不能使用單頁(yè)紙或活頁(yè)本。

2、寫預(yù)習(xí)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的方法和原理、實(shí)驗(yàn)步驟、儀器使用等內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)記錄本上，擬訂好實(shí)驗(yàn)的操作步驟，預(yù)先記錄實(shí)驗(yàn)必要的常數(shù)及計(jì)算公式。還應(yīng)事先劃好記錄數(shù)據(jù)的表格，以便有條理且不遺漏地記錄數(shù)據(jù)。

3、實(shí)驗(yàn)應(yīng)緊張有序地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真觀察思考，如實(shí)地記錄數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，忠實(shí)地、完整地記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程、測(cè)量數(shù)據(jù)及有關(guān)資料。記錄的原始數(shù)據(jù)不得隨意涂改。如果需廢棄某些記錄的數(shù)據(jù)，則可在其上劃一道線。

4、還要始終保持實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的清潔、整齊和安靜。每個(gè)學(xué)生都應(yīng)遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)則，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。藥品、試劑、電、水、氣體等都應(yīng)節(jié)約使用，并重視實(shí)驗(yàn)室安全。實(shí)驗(yàn)室中的儀器不能隨意擺弄，以防損壞或發(fā)生其他事故。

5、實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)及時(shí)寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)告應(yīng)包括：

①實(shí)驗(yàn)題目、完成日期、姓名、合作者

②實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?jiǎn)要原理、所用儀器、試劑及主要實(shí)驗(yàn)步驟

③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，實(shí)驗(yàn)的討論

④原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 ⑤解答實(shí)驗(yàn)思考題

報(bào)告中所列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論，應(yīng)組織得有條理，合乎邏輯，還應(yīng)表達(dá)得簡(jiǎn)明正確，并附上應(yīng)有的圖表。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果的表達(dá)

1.列表法

列表法表達(dá)數(shù)據(jù)，具有直觀、簡(jiǎn)明的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)一般均以此方法記錄。

列表需標(biāo)明表名。表名應(yīng)簡(jiǎn)明，但又要完整地表達(dá)表中數(shù)據(jù)的含義。此外，還應(yīng)說(shuō)明獲得數(shù)據(jù)的有關(guān)條件。表格的縱列一般為實(shí)驗(yàn)號(hào)，而橫列為測(cè)量因素。記錄數(shù)據(jù)應(yīng)符合有效數(shù)字的規(guī)定，并使數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，便于數(shù)據(jù)的比較分析。一般使用三線表法記錄數(shù)據(jù)。

一、列表法

列表法是以表格形式表示數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)是列入的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，可以清晰地看出數(shù)據(jù)的過(guò)程，亦便于日后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查和復(fù)核；可以同時(shí)列出多個(gè)參數(shù)的設(shè)置，便于同 時(shí)考察多個(gè)變量之間的關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)很多時(shí)，列表占用篇幅過(guò)大，顯得累贅。用列表法表示數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意規(guī)范化：

(1)選擇適合的表格形式，在現(xiàn)在的科技文獻(xiàn)中，通常采用三線制表格，而不采用網(wǎng)格式表。

(2)簡(jiǎn)明準(zhǔn)確地標(biāo)注表名，表名標(biāo)注于表的上方。當(dāng)表名不足以充分說(shuō)明表中數(shù)據(jù)含義時(shí)，可以在表的下方加標(biāo)注。

(3)表的第一行為表頭，表頭要清楚標(biāo)明表內(nèi)數(shù)據(jù)的名稱和單位。名稱盡量用符號(hào)表示。同一列數(shù)據(jù)單位相同時(shí)，將單位標(biāo)注于該列數(shù)據(jù)的表頭，各數(shù)據(jù)后不再加寫單位。單位的寫法采用斜線制。

(4)在列數(shù)據(jù)時(shí)，特別是數(shù)據(jù)很多時(shí)，每隔一定量的數(shù)據(jù)留一空行。上下數(shù)據(jù)的相應(yīng)位數(shù)要對(duì)齊，各數(shù)據(jù)要按照一定的順序排列。

2.圖解法

圖解法可以使測(cè)量數(shù)據(jù)間的關(guān)系表達(dá)得更為直觀。在許多測(cè)量?jī)x器中使用記錄儀記錄獲得測(cè)量圖形，利用圖形可以直接地或間接求的分析結(jié)果。

⑴利用變量間的定量關(guān)系圖形求得未知物含量

定量分析中的標(biāo)準(zhǔn)曲線，就是將自變量濃度為橫坐標(biāo)，應(yīng)變量即各測(cè)定方法相應(yīng)的物理量為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。對(duì)于欲求的未知物濃度，可以由它測(cè)得的相應(yīng)物理量值從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得。

⑵通過(guò)曲線外推法求值

分析化學(xué)測(cè)量中常用間接方法求測(cè)量值。如對(duì)未知試樣可以通過(guò)連續(xù)加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)得相應(yīng)方法的物理量變化，用外推作圖法求得結(jié)果。

3求函數(shù)的極值或轉(zhuǎn)折點(diǎn)

○ 3 實(shí)驗(yàn)常需要確定變量之間的極大、極小、轉(zhuǎn)折等，通過(guò)圖形表達(dá)后，可迅速求得其值。

如光譜吸收曲線中，峰值波長(zhǎng)及它的摩爾吸光系數(shù)的求得；滴定分析中，通過(guò)滴定曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)求得滴定終點(diǎn)等。

⑷圖解微分法和圖解積分法

如利用圖解微分法來(lái)確定電位滴定的終點(diǎn)，在氣相色譜法中，利用圖解積分法求色譜峰面積。

3.作圖方法

作圖的方法和技術(shù)將影響圖解結(jié)果，現(xiàn)將標(biāo)繪時(shí)的要點(diǎn)介紹如下：

⑴標(biāo)繪工具及圖紙

繪圖工具主要有鉛筆（1H），透明直尺及曲尺，圓規(guī)等。

一般情況下，均選用直角坐標(biāo)紙。如果一個(gè)坐標(biāo)是測(cè)量值的對(duì)數(shù)，則可用單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙，如直接電位法中，電位與濃度的曲線繪制。如果兩個(gè)坐標(biāo)都是測(cè)量值的對(duì)數(shù)，則要用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙。

⑵坐標(biāo)標(biāo)度的選擇

①以自變量為橫坐標(biāo)，應(yīng)變量為縱坐標(biāo)。

②選擇合適的坐標(biāo)標(biāo)繪變量，使測(cè)量結(jié)果盡可能繪得一條直線，便于繪制和應(yīng)用。

③繪出的直線或近乎直線的曲線，應(yīng)使它安置在接近坐標(biāo)的45角。

④標(biāo)的標(biāo)度。第一，應(yīng)使測(cè)量值在坐標(biāo)上的位置方便易讀。如坐標(biāo)軸上各線間距表示數(shù)量1、2、4或5是適宜的，但應(yīng)避免使用3、6、7或9等數(shù)字。第二，應(yīng)能表達(dá)全部有效數(shù)字，圖上讀出各物理量的精密度應(yīng)與測(cè)量的精密度一致。第三，坐標(biāo)的起始點(diǎn)不一定是零?？捎玫陀谧畹蜏y(cè)量值的某一整數(shù)作起點(diǎn)，高于最高測(cè)量值的某一整數(shù)作終點(diǎn)，以充分利用坐標(biāo)紙，但各個(gè)測(cè)量值的坐標(biāo)精密度不超過(guò)1-2個(gè)最小分度。

⑶圖紙的標(biāo)繪

①各坐標(biāo)軸應(yīng)標(biāo)明該軸的變量名稱及單位，并在縱軸的 左面及橫軸的下面，每隔一定距離標(biāo)明變量的數(shù)值，即分度值，但不要將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫在軸旁。標(biāo)記分度值的有效數(shù)字一般應(yīng)與測(cè)量數(shù)據(jù)相同。

②標(biāo)繪數(shù)據(jù)時(shí)，可用符號(hào)代表點(diǎn)，如用“⊙”，其中心點(diǎn)代表測(cè)得的數(shù)據(jù)值，圓點(diǎn)的大小應(yīng)與測(cè)量的精密度相當(dāng)。若在一張圖紙上繪幾條曲線，則每組數(shù)據(jù)應(yīng)選用不同的符號(hào)代表，如+、×、等，但在一張圖紙上不宜標(biāo)繪過(guò)多。當(dāng)兩個(gè)變量的精密度相差較大時(shí)，代表點(diǎn)可用矩形符號(hào)或變相矩形符號(hào)。

③會(huì)線時(shí)，如果兩個(gè)量成線性關(guān)系，按點(diǎn)的分布情況作一直線，所繪的直線應(yīng)與各點(diǎn)接近，但不必通過(guò)所有點(diǎn)，因?yàn)橹本€表示代表點(diǎn)的平均變動(dòng)情況。在繪制曲線時(shí)，也應(yīng)按此原則。如果毫無(wú)理由的將個(gè)別點(diǎn)遠(yuǎn)離曲線，這樣所繪的曲線是不正確的，一般講，曲線上不應(yīng)有突然彎曲和不連續(xù)的地方，但如果這種情況確實(shí)超出了測(cè)量值的誤差范圍，則不能忽視。如光譜吸收曲線上的突然彎曲顯示了峰肩的存在。

曲線的具體繪法，先用淡鉛筆手繪一條曲線，再用曲線板依曲線逐段湊合描光滑，并注意各段描線的銜接，使整條曲線連續(xù)。⑷圖名和說(shuō)明

繪好圖后應(yīng)注上圖名，測(cè)量的主要條件，最后標(biāo)寫姓名、日期。

4.分析結(jié)果的數(shù)值表示

報(bào)告分析結(jié)果時(shí)，必須給出多次分析結(jié)果的平均值以及它的精密度。注意數(shù)值所表示的準(zhǔn)確度與測(cè)量工具、分析 方法的精密度相一致。報(bào)告的數(shù)據(jù)應(yīng)遵守有效數(shù)字規(guī)則。

重復(fù)測(cè)量試樣，平均值應(yīng)報(bào)告出有效數(shù)字的可疑數(shù)。例：三次重復(fù)測(cè)量結(jié)果為11.32、11.35、11.32，內(nèi)中11.3為確定數(shù)，第四位為可疑數(shù)，其平均值應(yīng)報(bào)告11.33。若三次結(jié)果為11.42、11.35、11.22，則小數(shù)點(diǎn)后一位就為可疑數(shù)，其平均值應(yīng)報(bào)11.3。

當(dāng)測(cè)量值遵守正態(tài)分布規(guī)律時(shí)，其平均值為最可信賴值和最佳值，它的精密度優(yōu)于個(gè)別測(cè)量值，故在計(jì)算不少于四個(gè)測(cè)量值的平均值時(shí)，平均值的有效數(shù)字位數(shù)可增加一位。

一項(xiàng)測(cè)定完成后，僅報(bào)告平均值是不夠的，還應(yīng)報(bào)告這一平均值的偏差。在多數(shù)場(chǎng)合下，偏差值只取一位有效數(shù)字。只有在多次測(cè)量時(shí)，取兩位有效數(shù)字，且最多只能取兩位。然后用置信區(qū)間來(lái)表達(dá)平均值的可靠性更可取。

二、儀器分析實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理知識(shí)：

1、曲線擬合

在儀器分析中，絕大多數(shù)情況下都是相對(duì)測(cè)量，需用校正曲線進(jìn)行定量建立校正曲線，就是基于使偏差平方和達(dá)到極小的最小二乘法原理，回歸分析： 因變量：儀器響應(yīng)值，自變量：被測(cè)定樣品的已知值。

原理：最小二乘法，對(duì)若干個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)（x1,y1），（x2,y2），（xn,yn），用函數(shù)進(jìn)行擬合。從作圖的角度說(shuō)，就是根據(jù)平面上一組離散點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)倪B續(xù)曲線近似地?cái)M合這一組離散點(diǎn)，以盡可能完善到表示儀器響應(yīng)值和被測(cè)定量的之間的關(guān)系。這種基于最小二乘法原理研究因變量與自變量之間的相關(guān)關(guān)系的方法，稱為回歸分析。

用回歸分析建立儀器分析校正曲線，因變量是儀器響應(yīng)值，是具有概率分布的隨機(jī)變量，自變量是被測(cè)定量（濃度），為無(wú)概率分布的固定變量。所建立的校正曲線，描述了因變量與自變量之間的相關(guān)關(guān)系，并可根據(jù)各自變量的取值對(duì)因變量進(jìn)行預(yù)報(bào)和控制。

b?n ?xiyi??xi?yi

n?xi2???xi?2a ?y?bx相關(guān)系數(shù)

用最小二乘法原理擬合回歸方程，其斜率和截距分別為：所擬合的回歸方程及建立的曲線在統(tǒng)計(jì)上是否有意義，可用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。相關(guān)系數(shù)r是表征變量之間相關(guān) 7 程度的一個(gè)參數(shù)，若γ大于相關(guān)系數(shù)表中的臨界值r0.05，f，表示所建立的回歸方程和回歸線是有意義的；反之，γ若小于r0.05，f，則表示所建立的回歸方程和回歸線沒(méi)有意義。r的絕對(duì)值在0至1的范圍內(nèi)變動(dòng)，r值越大，表示變量之間相關(guān)的程度越密切。當(dāng)y隨x增大而增大，稱為y與x為正相關(guān)，為正值；當(dāng)y隨x增大而減少，稱y與x為負(fù)相關(guān)，r為負(fù)值。

表1

相關(guān)系數(shù)表臨界值r0.05，f

r?n?xy??x?y??x?x??y?y? ??n?y???y???n?x???x??????x?xy?y??iiiiii22ii2i2i2i2i 8

第四篇：儀器分析電子教案

《儀器分析》課程教案

第一章 引 言

一、課程簡(jiǎn)介

儀器分析法是以測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法。這類方法通常需要使用較特殊的儀器，故得名―儀器分析‖。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分析化學(xué)在方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面都發(fā)生了深刻的變化，特別是新的儀器分析方法不斷出現(xiàn)，且其應(yīng)用日益廣泛，從而使儀器分析在分析化學(xué)中所占的比重不斷增長(zhǎng)，并成為化學(xué)工作者所必需掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。

二、儀器分析方法的分類

三、儀器分析的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

優(yōu)點(diǎn)是：1.操作簡(jiǎn)便而快速，對(duì)于含量很低（如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-8或10-9數(shù)量級(jí)）的組分，則更具獨(dú)特之處。2.被測(cè)組分的濃度變化或物理性質(zhì)變化能轉(zhuǎn)變成某種電學(xué)參數(shù)（如電阻、電導(dǎo)、電位、電容﹑電流等），故易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和連接電子計(jì)算機(jī)。因此，儀器分析具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，儀器分析法 也是極為重要和必不可少的工具。

生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，不僅對(duì)分析化學(xué)在提高準(zhǔn)確度 ﹑ 靈敏度和分析速度等方面提出更高的要求，而且還不斷提出更多的新課題。一個(gè)重要的方面是要求分析化學(xué)能提供更多﹑更復(fù)雜的信息。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)是學(xué)科之間的相互交叉﹑滲透，各種新技術(shù)的引人﹑應(yīng)用等，促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展，使之不斷開(kāi)拓新領(lǐng)域﹑新方法。如電感耦合等離子體發(fā)射光譜﹑傅立葉變換紅外光譜﹑傅立葉變換核磁共振波譜﹑激光拉曼光譜﹑激光光聲光譜等。另外試樣的復(fù)雜性﹑測(cè)量難度﹑要

求信息量及響應(yīng)速度在不斷提高，這就需要將幾種方法結(jié)合起來(lái)，組成連用分析技術(shù)，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，起到方法間的協(xié)同作用，從而提高方法的靈敏度﹑準(zhǔn)確度及對(duì)復(fù)雜混合物的分辨能力，同時(shí)還可獲得兩種手段各自單獨(dú)使用時(shí)所不具備的某些功能，因而連用分析技術(shù)以成為當(dāng)前儀器分析方法的主要方向之一。計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)儀器分析的發(fā)展影響極大。在分析工作者的指令控制下，儀器自動(dòng)處于優(yōu)化的操作條件完成整個(gè)分析過(guò)程，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集﹑處理﹑計(jì)算等，直至動(dòng)態(tài)CRT顯示和最終曲線報(bào)表?，F(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)性能價(jià)格比的大幅度提高，已開(kāi)始采用功能完善的pc計(jì)算機(jī)，隨著硬件和軟件的平行發(fā)展，分析儀器將更為智能化﹑高效﹑多用途。

儀器分析方法的局限性： 除了方法本身的一些原因外，還有一個(gè)共同點(diǎn)，就是他們的準(zhǔn)確度不夠高，相對(duì)誤差通常在百分之幾左右，有的甚至更差。這樣的準(zhǔn)確度對(duì)低含量組分的分析已能完全滿足要求，但對(duì)常量組分的分析，就不能達(dá)到高的準(zhǔn)確度此外，在進(jìn)行儀器分析之前，時(shí)常要用化學(xué)方法對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理；同時(shí)，需要以標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行校準(zhǔn)，而很多標(biāo)準(zhǔn)物需要用化學(xué)分析方法來(lái)標(biāo)定。因此化學(xué)方法和儀器方法是相輔相成的。在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相配合。

四、學(xué)習(xí)內(nèi)容及時(shí)間安排

色譜分析法：氣相色譜法（8學(xué)時(shí)）﹑高效夜相色譜法（4學(xué)時(shí)）；電化學(xué)分析法：電位分析法（4學(xué)時(shí)）﹑極譜分析法（4學(xué)時(shí)）﹑庫(kù)侖分析法（4學(xué)時(shí)）；光學(xué)分析法：原子發(fā)射光譜法（6學(xué)時(shí)）﹑原子吸收光譜法（6學(xué)時(shí)）﹑紫外吸收光譜法（4學(xué)時(shí)）﹑紅外吸收光譜法（4學(xué)時(shí)）；核磁共振波譜法（4學(xué)時(shí)）；質(zhì)譜分析法（4學(xué)時(shí)）。

第二章 氣相色譜分析

基本要點(diǎn)：

1.了解色譜法的分類；

2.掌握色譜分析的基本原理；

3.理解柱效率的物理意義及其計(jì)算方法；

4.理解速率理論方程對(duì)色譜分離的指導(dǎo)意義。

5.掌握分離度的計(jì)算及影響分離度的重要色譜參數(shù)

第一節(jié) 氣相色譜分析概述

色譜法是一種分離技術(shù)。它以其具有高分離效能、高檢測(cè)性能、分析時(shí)間快速而成為現(xiàn)代儀器分析方法中應(yīng)用最廣泛的一種方法。它的分離原理是，使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動(dòng)的，稱為固定相，另一相是攜帶混合物流過(guò)此固定相的流體，稱為流動(dòng)相。

一、色譜法分類：

按流動(dòng)相的物態(tài)，色譜法可分為氣相色譜法(流動(dòng)相為氣體)和液相色譜法(流動(dòng)相為液體)；再按固定相的物態(tài)，又可分為氣固色譜法(固定相為固體吸附劑)、氣液色譜法(固定相為涂在固體上或毛細(xì)管壁上的液體)、液固色譜法和液液色譜法等。

按固定相使用的形式，可分為柱色譜法(固定相裝在色譜柱中)、紙色譜法(濾紙為固定相)和薄層色譜法(將吸附劑粉末制成薄層作固定相)等。

按分離過(guò)程的機(jī)制，可分為吸附色譜法(利用吸附劑表面對(duì)不同組分的物理吸附性能的差異進(jìn)行分離)、分配色譜法(利用不同組分在兩相中有不同的分配來(lái)進(jìn)行分離)、離子交換色譜法(利用離子交換原理)和排阻色譜法(利用多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小分子的排阻作用)等。

二、氣相色譜分析

氣相色譜法是利用氣體作為流動(dòng)相的一種色譜法。在此法中，載氣(是不與被測(cè)物作用，用來(lái)載送試樣的惰性氣體，如氫、氮等)載著欲分離的試樣通過(guò)色譜柱中的固定相，使試樣中各組分分離，然后分別檢測(cè)。其簡(jiǎn)單流程如圖 2-1 所示。

三、氣相色譜儀組成

Ⅰ.載氣系統(tǒng);Ⅱ.進(jìn)樣系統(tǒng);Ⅲ.色譜柱和柱箱；Ⅳ.檢測(cè)系統(tǒng)；Ⅴ.記錄系統(tǒng)。

四、色譜術(shù)語(yǔ)

基線——當(dāng)色譜柱后沒(méi)有組分進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，在實(shí)驗(yàn)操作條件下，反映檢測(cè)器系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變化的線稱為基線，穩(wěn)定的基線是一條直線。如圖 2-2 中所示的直線

基線漂移—— 指基線隨時(shí)間定向的緩慢變化。

基線噪聲——指由各種因素所引起的基線起伏。

保留值——表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時(shí)間的數(shù)值。通常用時(shí)間或用將組分帶出色譜柱所需載氣的體積來(lái)表示。在一定的固定相和操作條件下，任何一種物質(zhì)都有一確定的保留值，這樣就可用作定性參數(shù)。

死時(shí)間 tM ——指不被固定相吸附或溶解的氣體(如空氣、甲烷)從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)濃度最大

值時(shí)所需的時(shí)間。顯然，死時(shí)間正比于色譜柱的空隙體積。

保留時(shí)間tR——指被測(cè)組分從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間。

調(diào)整保留時(shí)間 tR' ——指扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，即 tR'=tR－tM

死體積 VM ——指色譜柱在填充后固定相顆粒間所留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和。VM =tMFO

保留體積VR——指從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后被測(cè)組分出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所通過(guò)的載氣體積，即VR =tRFO

調(diào)整保留體積VR' ——指扣除死體積后的保留體積，即

VR' =tR'.FO 或 VR' =VR－VM

同樣，V'R 與載氣流速無(wú)關(guān)。死體積反映了柱和儀器系統(tǒng)的幾何特性，它與被測(cè)物的性質(zhì)無(wú)關(guān)，故保留體積值中扣除死體積后將更合理地反映被測(cè)組分的保留特性。

相對(duì)保留值r21——指某組分 2 的調(diào)整保留值與另一組分 1 的調(diào)整保留值之比：

得越好，r21=1時(shí)，兩組分不能被分離。

區(qū)域?qū)挾取V峰區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線中一個(gè)重要的參數(shù)。從色譜分離角度著眼，希望區(qū)域?qū)挾仍秸胶谩Ｍǔ６攘可V峰區(qū)域?qū)挾扔腥N方法：

（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差σ 即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。

（2）半峰寬度Y 1/2又稱半寬度或區(qū)域?qū)挾?，即峰高為一半處的寬度，它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：

相對(duì)r21亦可用來(lái)表示固定相(色譜柱)的選擇性。值越大，相鄰兩組分的t'R相差越大，分離（3）峰底寬度Y自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所作切線在基線上的截距，如圖 2-2中的 IJ所示。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：Y=4σ保留值r21——指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留值之比：

第二節(jié) 氣相色譜分析理論基礎(chǔ)

一、氣相色譜分析的基本原理

1.氣-固色譜分析：固定相是一種具有多孔及較大表面積的吸附劑顆粒。試樣由載氣攜帶進(jìn)入柱子時(shí)，立即被吸附劑所吸附。載氣不斷流過(guò)吸附劑時(shí)，吸附著的被測(cè)組分又被洗脫下來(lái)。這種洗脫下來(lái)的現(xiàn)象稱為脫附。脫附的組分隨著載氣繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，又可被前面的吸附劑所吸附。隨著載氣的流動(dòng)，被測(cè)組分在吸附劑表面進(jìn)行反復(fù)的物理吸附、脫附過(guò)程。由于被測(cè)物質(zhì)中各個(gè)組分的性質(zhì)不同，它們?cè)谖絼┥系奈侥芰筒灰粯?，較難被吸附的組分就容易被脫附，較快地移向前面。容易被吸附的組分就不易被脫附，向前移動(dòng)得慢些。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，即通過(guò)一定量的載氣后，試樣中的各個(gè)組分就彼此分離而先后流出色譜柱。

2.氣-液色譜分析：固定相是在化學(xué)惰性的固體微粒(此固體是用來(lái)支持固定液的，稱為擔(dān)體)表面，涂上一層高沸點(diǎn)有機(jī)化合物的液膜。這種高沸點(diǎn)有機(jī)化合物稱為固定液。在氣—液色譜柱內(nèi)，被測(cè)物質(zhì)中各組分的分離是基于各組分在固定液中溶解度的不同。當(dāng)載氣攜帶被測(cè)物質(zhì)進(jìn)入色譜柱，和固定液接觸時(shí)，氣相中的被測(cè)組分就溶解到固定液中去。載氣連續(xù)進(jìn)入色譜柱，溶解在固定液中的被測(cè)組分會(huì)從固定液中揮發(fā)到氣相中去。隨著載氣的流動(dòng)，揮發(fā)到氣相中的被測(cè)組分分子又會(huì)溶解在前面的固定液中。這樣反復(fù)多次溶解、揮發(fā)、再溶解、再揮發(fā)。由于各組分在固定液中溶解能力不同。溶解度大的組分就較難揮發(fā)，停留在柱中的時(shí)間長(zhǎng)些，往前移動(dòng)得就慢些。而溶解度小的組分，往前移動(dòng)得快些，停留在柱中的時(shí)間就短些。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，各組分就彼此分離。

3.分配系數(shù)：在一定溫度下組分在兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度比稱為分配系數(shù)K。

K=(組分在固定相中的濃度)/(組分在流動(dòng)相中的濃度)=CS/CM

一定溫度下，各物質(zhì)在兩相之間的分配系數(shù)是不同的。氣相色譜分析的分離原理是基于不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)，兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，試樣中的各組分就在兩相中進(jìn)行反復(fù)多次的分配，使原來(lái)分配系數(shù)只有微小差異的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而各組分彼此分離開(kāi)來(lái)。

4．分配比（容量因子）：以κ表示，是指在一定溫度、壓力下，在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在兩相中的質(zhì)量比：k=ms/mM

5．分配比 к 與分配系數(shù) K 的關(guān)系：

由式可見(jiàn)：

（1）分配系數(shù)是組分在兩相中濃度之比，分配比則是組分在兩相中分配總量之比。它們都與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并隨柱溫、柱壓的變化而變化。

（2）分配系數(shù)只決定于組分和兩相性質(zhì)，與兩相體積無(wú)關(guān)。分配比不僅決定于組分和兩相性質(zhì)，且與相比有關(guān)，亦即組分的分配比隨固定相的量而改變。

（3）對(duì)于一給定色譜體系(分配體系)，組分的分離最終決定于組分在每相中的相對(duì)量，而不是相對(duì)濃度，因此分配比是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的參數(shù)。

（4）組分在柱內(nèi)的線速度US將小于u，則兩速度之比稱為滯留因子 RS ：

RS=uS/u

二、色譜分離基本理論

1.塔板理論

塔板理論假定：

（1）在一小段間隔內(nèi)，氣相組成與液相組成很快達(dá)到分配平衡。用塔板高度 H 表示；

(2)載氣進(jìn)入色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動(dòng)式的，每次進(jìn)氣為一個(gè)板體積；

(3)試樣開(kāi)始時(shí)都因在第0號(hào)塔板上，且試樣沿柱方向的擴(kuò)散可略而不計(jì)；

(4)分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。

為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)色譜柱由5 塊塔板 [n=5]，n為柱子的理論塔板數(shù)，并以r表示塔板編號(hào)，r等于0，1，2，----，n-1，某組分的分配比k=1，則根據(jù)上述假定，在色譜分離過(guò)程中該組分的分布可計(jì)算如下：

開(kāi)始時(shí)，若有單位質(zhì)量，即 m=1(1mg 或1ug)的該組分加到第0號(hào)塔板上，分配達(dá)平衡后，由于K =1，即ms = mm , 故 ms = mm = 0.5。

當(dāng)一個(gè)板體積(1ΔV)的載氣以脈動(dòng)形式進(jìn)入0號(hào)板時(shí)，就將氣相中含 有 部分組分的載氣頂?shù)?號(hào)板上，此時(shí)0號(hào)板液相中ms部分組分及1號(hào)板氣相中的 mm 部分組分，將各自在兩相間重新分配，故0號(hào)板上所含組分總量為0.5，其中氣液兩相各為0.25；而1號(hào)板上所含 總量同樣為0.5，氣液兩相亦各為0.25。

以后每當(dāng)一個(gè)新的板體積載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱時(shí)，上述過(guò)程就重復(fù)一次，如下所示：

由流出曲線圖可以看出，組分從具有5塊塔板的柱中沖洗出來(lái)的最大濃度是在n為8或9時(shí)。流出曲線呈峰形但不對(duì)稱。這是由于柱子的塔板數(shù)太少的緣故。當(dāng)n>50時(shí)，就可以得到對(duì)稱的峰形曲線。在氣相色譜中，n 值是很大的，約為103~106，因而這時(shí)的流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線。

流出曲線上的濃度 C 與時(shí)間 t 的關(guān)系可表示：

由塔板理論可導(dǎo)出 n 與色譜峰半峰寬度或峰底寬度的關(guān)系：

而H=L/n

由式上式可見(jiàn)，色譜峰越窄，塔板數(shù)n越多，理論塔板高度H就越小，此時(shí)柱效能越高，因而 n或H可作為描述柱效能的一個(gè)指標(biāo)。

由于死時(shí)間 tM(或死體積VM)的存在，理論塔板n，理論塔板高度H并不能真實(shí)反映色譜分離的好壞。因此提出了將tM除外的有效塔板數(shù)n有效和有效塔板高度H有效作為柱效能指標(biāo)。其計(jì)算式為：

有效塔板數(shù)和有效塔板高度消除了死時(shí)間的影響，因而能較為真實(shí)地反映柱效能的好壞。色譜柱的理論塔板數(shù)越大，表示組分在色譜柱中達(dá)到分配平衡的次數(shù)越多，固定相的作用越顯著，因而對(duì)分離越有利。但還不能預(yù)言并確定各組分是否有被分離的可能，因?yàn)榉蛛x的可能性決定于試樣混合物在固定相中分配系數(shù)的差別，而不是決定于分配次數(shù)的多少，因此不應(yīng)把n有效看作有無(wú)實(shí)現(xiàn)分離可能的依據(jù)，而只能把它看作是在一定條件下柱分離能力發(fā)揮的程度的標(biāo)志。

2．速率理論

1956年荷蘭學(xué)者范弟姆特等提出了色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)理論，他們吸收了塔板理念的概念，并把影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素結(jié)合進(jìn)去，導(dǎo)出了塔板高度H與載氣線速度u的關(guān)系：H=A+B/U+Cu

其中A稱為渦流擴(kuò)散項(xiàng)，B為分子擴(kuò)散項(xiàng)，C為傳質(zhì)阻力項(xiàng)。

下面分別討論各項(xiàng)的意義：

(1)渦流擴(kuò)散項(xiàng)A氣體碰到填充物顆粒時(shí)，不斷地改變流動(dòng)方向，使試樣組分在氣相中形成類似―渦流‖的流動(dòng)，因而引起色譜的擴(kuò)張。由于A=2λdp，表明A與填充物的平均顆粒直徑dp的大小和填充的不均勻性λ有關(guān)，而與載氣性質(zhì)、線速度和組分無(wú)關(guān)，因此使用適當(dāng)細(xì)粒度和顆粒均勻的擔(dān)體，并盡量填充均勻，是減少渦流擴(kuò)散，提高柱效的有效途徑。

(2)分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u由于試樣組分被載氣帶入色譜柱后，是以―塞子‖的形式存在于柱的很小一段空間中，在―塞子‖的前后(縱向)存在著濃差而形成濃度梯度，因此使運(yùn)動(dòng)著的分子產(chǎn)生縱向擴(kuò)散。而 B=2rDg，r是因載體填充在柱內(nèi)而引起氣體擴(kuò)散路徑彎曲的因數(shù)(彎曲因子)，Dg為組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)。分子擴(kuò)散項(xiàng)與Dg的大小成正比，而Dg與組分及載氣的性質(zhì)有關(guān)：相對(duì)分子質(zhì)量大的組分，其Dg小，反比于載氣密度的平方根或載氣相對(duì)分子質(zhì)量的平方根，所以采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣(如氮?dú)?，可使B項(xiàng)降低，Dg隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。彎曲因子r 與填充物有關(guān)的因素。

(3)傳質(zhì)項(xiàng)系數(shù)CuC包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C1兩項(xiàng)。

所謂氣相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從移動(dòng)到相表面的過(guò)程，在這一過(guò)程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即進(jìn)行濃度分配。這種過(guò)程若進(jìn)行緩慢，表示氣相傳質(zhì)阻力大，就引起色譜峰擴(kuò)張。對(duì)于填充柱：

液相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從固定相的氣液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)到分配平衡，然后以返回氣液界面 的傳質(zhì)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也需要一定時(shí)間，在此時(shí)間，組分的其它分子仍隨載氣不斷地向柱口運(yùn)動(dòng)，這也造成峰形的擴(kuò)張。液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C1為：

對(duì)于填充柱，氣相傳質(zhì)項(xiàng)數(shù)值小，可以忽略。將常數(shù)項(xiàng)的關(guān)系式代入簡(jiǎn)化式得：

由上述討論可見(jiàn)，范弟姆特方程式對(duì)于分離條件的選擇具有指導(dǎo)意義。它可以說(shuō)明，填充均勻程度、擔(dān)體粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫、固定相液膜厚度等對(duì)柱效、峰擴(kuò)張的影響。

第三節(jié) 色譜分離條件的選擇

一、分離度

兩個(gè)組分怎樣才算達(dá)到完全分離？首先是兩組分的色譜峰之間的距離必須相差足夠大，若兩峰間僅有一定距離，而每一個(gè)峰卻很寬，致使彼此重疊，則兩組分仍無(wú)法完全分離；第二是峰必須窄。只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件時(shí)，兩組分才能完全分離。

為判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，可用分離度 R 作為色譜柱的分離效能指標(biāo)。其定義為 相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值：

R值越大，就意味著相鄰兩組分分離得越好。因此，分離度是柱效能、選擇性影響因素的總和，故可用其作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)。

從理論上可以證明，若峰形對(duì)稱且滿足于正態(tài)分布，則當(dāng)R=1時(shí)，分離程度可達(dá)98% ；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7% 因而可用R=1.5來(lái)作為相鄰兩峰已完全分開(kāi)的標(biāo)志。

當(dāng)兩組分的色譜峰分離較差，峰底寬度難于測(cè)量時(shí)，可用半峰寬代替峰底寬度，并用下式表示分離度：

二、色譜分離基本方程式

由分離度基本方程式可看出：

（1）分離度與柱效的關(guān)系(柱效因子)分離度與n的平方根成正比。

（2）分離度與容量比的關(guān)系(容量因子)，k >10 時(shí)，k/(k+1)的改變不大，對(duì)R的改進(jìn)不明顯，反而使分析時(shí)間在為延長(zhǎng)。因此k值的最佳范圍是1< k <10，在此范圍內(nèi)，既可得到大的R值，亦可使分析時(shí)間在不至于過(guò)長(zhǎng)。使峰的擴(kuò)展不會(huì)太嚴(yán)重對(duì)檢測(cè)發(fā)生影響。

度從 1.0 增加至 1.5，對(duì)應(yīng)于各 α 值所需的有效理論塔板數(shù)大致增加一倍。

分離度、柱效和選擇性參數(shù)之間的聯(lián)系為：

（3）分離度與柱選擇性的關(guān)系(選擇因子)，α越大，柱選擇性越好 , 分離效果越好。分離

三、分離操作條件的選擇

1.載氣及其流速的選擇

ss 對(duì)一定的色譜柱和試樣，有一個(gè)最佳的載氣流速，此時(shí)柱效最高，根據(jù)下式

H=A+B/u+CU

用在不同流速下的塔板高度H對(duì)流速u作圖，得H-u曲線圖。在曲線的最低點(diǎn)，塔板高度 H 最小(H最小)。此時(shí)柱效最高。該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速即為最佳流速u最佳，及H最小可由式微分求得：

當(dāng)流速較小時(shí)，分子擴(kuò)散(B項(xiàng))就成為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時(shí)應(yīng)采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣(N2，Ar)，使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。而當(dāng)流速較大時(shí)，傳質(zhì)項(xiàng)(C項(xiàng))為控制因素，宜

采用相對(duì)分子質(zhì)量較小的載氣(H2，He)，此時(shí)組分在載氣中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。

2.柱溫的選擇

柱溫直接影響分離效能和分析速度。首先要考慮到每種固定液都有一定的使用溫度。柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，否則固定液揮發(fā)流失。

3.固定液的性質(zhì)和用量

固定液對(duì)分離是起決定作用的。一般來(lái)說(shuō)，擔(dān)體的表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也就越多。為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使液膜薄一些。固定液液膜薄，柱效能提高，并可縮短分析時(shí)間。固定液的配比一般用5：100 到25：100，也有低于5：100的。不同的擔(dān)體為要達(dá)到較高的柱效能，其固定液的配比往往是不同的。一般來(lái)說(shuō)，擔(dān)體的表面積越大，固定液的含量可以越高。

4.擔(dān)體的性質(zhì)和粒度

要求擔(dān)體的表面積大，表面孔徑分布均勻。這樣，固定液涂在擔(dān)體表面上成為均勻的薄膜，液相傳質(zhì)就快，柱效就可提高。擔(dān)體粒度均勻、細(xì)小，也有利于柱效提高。但粒度過(guò)小，柱壓降增大，對(duì)操作不利。

5.進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量

進(jìn)樣必須快，一般在一秒鐘之內(nèi)。進(jìn)樣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增大峰寬，峰變形。進(jìn)樣量一般液體0.1-5微升，氣體0.1-10毫升，進(jìn)樣太多，會(huì)使幾個(gè)峰疊加，分離不好。

6.氣化溫度

在保證試樣不分解的情況下，適當(dāng)提高氣化溫度對(duì)分離及定量有利。

第四節(jié)

固定相及其選擇

一、氣-固色譜固定相

在氣—固色譜法中作為固定相的吸附劑，常用的有非極性的活性炭，弱極性的氧化鋁，強(qiáng)極性的硅膠等。它們對(duì)各種氣體吸附能力的強(qiáng)弱不同，因而可根據(jù)分析對(duì)象選用。一些常用的吸附劑及其一般用途均可從有關(guān)手冊(cè)中查得。

二、氣—液色譜固定相

1.擔(dān)體

擔(dān)體(載體)應(yīng)是一種化學(xué)惰性、多孔性的顆粒，它的作用是提供一個(gè)大的惰性表面，用以承擔(dān)固定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面上。對(duì)擔(dān)體有以下幾點(diǎn)要求：

（1）表面應(yīng)是化學(xué)惰性的，即表面沒(méi)有吸附性或和吸附性很弱，更不能與被測(cè)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)；

（2）多孔性，即表面積較大，使固定液與試樣的接觸面較大；

（3）熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械 強(qiáng)度，不易破碎；

（4）對(duì)擔(dān)體粒度的要求，一般希望均勻、細(xì)小，這樣有利于提高柱效。

氣—液色譜中所用擔(dān)體可分為硅藻土型和非硅藻土型兩類。常用的是硅藻土型擔(dān)體，它又是可分為紅色擔(dān)體和白色擔(dān)體兩種。在分析這些試樣時(shí)，擔(dān)體需加以鈍化處理，以改進(jìn)擔(dān)體孔隙結(jié)構(gòu)，屏蔽活性中心，提高柱效率。處理方法可用酸洗、堿洗、硅烷化等。

2.固定液

A.對(duì)固定液的要求

（1）揮發(fā)性小，在操作溫度下有較低蒸氣壓，以免流失。

（2）穩(wěn)定性好，在操作溫度下不發(fā)生分解。在操作溫度下呈液體狀態(tài)。

（3）對(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Γ駝t被載氣帶走而起不到分配作用。

（4）具有高的選擇性，即對(duì)沸點(diǎn)相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力。

（5）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被測(cè)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。

B.固定液的分離特征。

固定液的分離特征是選擇固定液的基礎(chǔ)。固定液的選擇，一般根據(jù)―相似相溶‖原理進(jìn)行，即固定液的性質(zhì)和被測(cè)組分有某些相似性時(shí)，其溶解度就大。如果組分與固定液分子性質(zhì)(極性)相似，固定液和被測(cè)組分兩種分子間的作用力就強(qiáng)，被測(cè)組分在固定液中的溶解度就大，分配系數(shù)就大，也就是說(shuō)，被測(cè)組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測(cè)組分和固定液兩種分子之間相互作用的大小有關(guān)。

分子間的作用力包括靜電力、誘導(dǎo)力、色散力、和氫鍵力等。

固定液的極性可以采用相對(duì)極性P來(lái)表示。規(guī)定強(qiáng)極性的固定液β , β'氧二丙腈 的相對(duì)極性 P=100，非極性的固定液角鯊?fù)榈南鄬?duì)極性P=0，然后用一對(duì)物質(zhì)正丁烷-丁二烯或環(huán)己烷-苯進(jìn)行試驗(yàn)，分別測(cè)定這一對(duì)試驗(yàn)物質(zhì)在β , β'氧二丙腈，角鯊?fù)榧坝麥y(cè)極性固定液的色譜柱上的調(diào)整保留值，然后計(jì)算欲測(cè)固定液的相對(duì)極性Px

這樣測(cè)得的各種固定液的相對(duì)極性均在 0-100 之間，為了便于在選擇固定液時(shí)參考，又將其分為五級(jí)，每20為一級(jí)，P在0～+1間為非極性固定液，+1～+2為弱極性固定液，+3為中等極性固定液，+4～+5為強(qiáng)極性固定液，非極性亦可用―氯化銀電極作為內(nèi)參比電極。

二、pH測(cè)定原理

當(dāng)玻璃電極浸入被測(cè)溶液時(shí)，玻璃膜處于內(nèi)部溶液 和待測(cè)溶液之間，這時(shí)跨越玻璃膜產(chǎn)生一電位差ΔEM（這種電位差稱為膜電位），它與氫離子活度之間的關(guān)系符合能斯特公式：

三、電池組成在一定條件下電動(dòng)勢(shì)與溶液的pH之間呈直線關(guān)系，其斜率為2.303RT/F，25℃時(shí)為0.05916V，即溶液pH變化一個(gè)單位時(shí)，電動(dòng)勢(shì)將改變59.16mV(25℃)。這就是以電位法測(cè)定pH的依據(jù)。

第四節(jié)

離子選擇性電極與膜電位

一、離子選擇性電極

離子選擇性電極是一種以電位法測(cè)量溶液中某些特定離子活度的指示電極。PH玻璃電極，就是具有氫離子專屬性的典型離子選擇性電極。

用離子選擇性電極測(cè)定有關(guān)離子，一般都是基于內(nèi)部溶液與外部溶液之間產(chǎn)生的電位差，即所謂膜電位。

二、膜電位的形成

以玻璃電極為例，玻璃電極浸入水溶液中時(shí)，形成一層很薄（10-4~10-5mm）的溶脹的硅酸層（水化層）。若膜的內(nèi)、外側(cè)水化層與溶液間的界面電位分別為E內(nèi)及E試，則膜電位ΔEM應(yīng)為：

第五節(jié)

離子選擇性電極的選擇性

理想的離子選擇性電極是只對(duì)特定的一種離子產(chǎn)生電位響應(yīng)。事實(shí)上，電極不僅對(duì)一種離子有

響應(yīng)，與欲測(cè)離子共存的某些離子也能影響電極的膜電位。

荷，則考慮了干擾離子的膜電位的通式為：

Ki,j為干擾離子j對(duì)欲測(cè)離子i的選擇性系數(shù)?？衫斫鉃樵谄渌鼦l件相同時(shí)提供相同電位的欲測(cè)離子的活度ai和干擾離子活度aj的比值：

－

設(shè)i為某離子選擇性電極的欲測(cè)離子，j為共存的干擾離子，nj及ni分別為i離子及j離子的電

例如Ki,j=102(ni=nj=1)，意味著aj一百倍于ai時(shí)，j離子所提供的電位才等于i離子所提供的電位。顯然,Ki,j愈小愈好。選擇性系數(shù)愈小，說(shuō)明j離子對(duì)i離子的干擾愈小,亦即此電極對(duì)欲測(cè)離子的選擇性愈好。

選擇性系數(shù)可以估量某種干擾離子對(duì)測(cè)定造成的誤差，根據(jù)Ki,j的定義，在估量測(cè)定的誤差時(shí)可用下式計(jì)算：

第六節(jié)

離子選擇性電極的種類和性能

離子選擇性電極分類：

(1)原電極

⒈ 晶體(膜電極)a.均相膜電極 b.非均相膜電極 ⒉ 非晶體(膜)電極 a.剛性基質(zhì)電極 b.活動(dòng)載體電極

（2）敏化電極

⒈ 氣敏電極 ⒉ 酶(底物)電極

一、晶體(膜)電極

這類電極的薄膜一般是由難溶鹽經(jīng)過(guò)加壓或拉制成單、多晶或混晶的活性膜。晶體膜又可分為均相膜和非均相膜兩類。均相膜電極的敏感膜由一種或幾種化合物的均勻混合物的晶體構(gòu)成，而非均相膜則除了電活性物質(zhì)外，還加入某種惰性材料，其中電活性物質(zhì)對(duì)膜電極的功能起決定性作用。如氟電極，將氟化鑭單晶封在塑料管的一端，管內(nèi)裝 0.1mol/LnaF-0.1mol/LNaCl溶液(內(nèi)部溶液)，以Ag-AgCl電極作為內(nèi)參比電極，即構(gòu)成氟電極，氟化鑭單晶可移動(dòng)離子是F-，所以電極電位反映試液中F活度：

硫化銀膜電極是另一常用的晶體膜電極，將AgS晶體粉末置于模具中，加壓力使之形成一堅(jiān)實(shí)的薄片裝成電極。晶體中可移動(dòng)離子是Ag+，所以膜電位對(duì)Ag+敏感。

二、非晶體(膜)-剛性基質(zhì)電極

如表 4-1 列出陽(yáng)離子玻璃電極的玻璃膜組成及性能。

三、活動(dòng)載體電極(液膜電極)

此類電極是用浸有某種液體離子交換劑的惰性多孔膜作電極膜制成。

四、敏化電極

包括氣敏電極、酶電極等。

氣敏電極是基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極。它是一種化學(xué)電池，由一對(duì)電極，即離子選擇性電極(指示電極)與參比電極組成。這一對(duì)電極組裝在一個(gè)套管內(nèi)，管中盛電解質(zhì)溶液，管的底部緊靠選擇性電極敏感膜，裝有透氣膜，使電解與外部試液隔開(kāi)。試液中待測(cè)組分氣體擴(kuò)散通過(guò)透氣膜，進(jìn)入離子電極的敏感膜與透氣膜之間的極薄層內(nèi)，使液層內(nèi)某一能由離子電極測(cè)出組分的量。

酶電極也是一種基于界面反應(yīng)敏化的離子電極。此處的界面反應(yīng)是酶催化的反應(yīng)。

五、離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管

ISFET 是在金屬氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體(MOSFET)基礎(chǔ)上構(gòu)成的，它既具有離子選擇電極對(duì)敏感離子響應(yīng)的特性，又保留場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

第七節(jié)

測(cè)定離子活度的方法

用離子選擇性電極測(cè)定離子活度時(shí)也是將它浸入待測(cè)溶液而與參比電極組成一電池，并測(cè)量其電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于各種離子選擇性電極，電池電動(dòng)勢(shì)如下公式：

動(dòng)勢(shì)可測(cè)定欲測(cè)離子的活度。?

標(biāo)準(zhǔn)曲線法

將離子選擇性電極與參比電極插入一系列活(濃)度已確知的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。然后以測(cè)得的E值對(duì)相應(yīng)的lgai(lgci)值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(校正曲線)。在同樣條件下測(cè)出對(duì)應(yīng)于欲測(cè)溶液的E值，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線 上查出欲測(cè)溶液中的離子活(濃)度。要求測(cè)定的是濃度，而離子選擇性電極根據(jù)能斯特公式測(cè)量的則是活度。

在實(shí)際工作中，加入―離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑‖來(lái)控制離子強(qiáng)度。? 標(biāo)準(zhǔn)加入法

設(shè)某一未知溶液待測(cè)離子濃度為cx，其體積為V0，測(cè)得電動(dòng)勢(shì)為E1，E1與cx 應(yīng)符合如下關(guān)系：

式中x1是游離的（即未絡(luò)合）離子的分?jǐn)?shù)。

然后加入小體積VS(約為試樣體積的1/100)待測(cè)待測(cè)離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后再測(cè)量其電動(dòng)勢(shì)E2，于是得：

工作電池的電動(dòng)勢(shì)在一定實(shí)驗(yàn)條件下與欲測(cè)離子的活度的對(duì)數(shù)值呈直線關(guān)系。因此通過(guò)測(cè)量電

第八節(jié)

影響測(cè)定的因素

? 溫度 ? 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量 ? 干擾離子 ? 溶液的 pH ? 被測(cè)離子的濃度 ? 響應(yīng)時(shí)間 ? 遲滯效應(yīng)

第九節(jié)

電位滴定法

電位滴定法是一種用電位法確定終點(diǎn)的滴定方法。進(jìn)行電位滴定時(shí)，在待測(cè)溶液中插入一個(gè)指示電極，并與一參比電極組成一個(gè)工作電池。隨著滴定劑的加入，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，待測(cè)離子或與之有關(guān)的離子的濃度不斷變化，指示電極電位也發(fā)生相應(yīng)的變化。而在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近發(fā)生電位的突躍，因此，測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的變化，就能確定滴定終點(diǎn)。由此可見(jiàn)，電位滴定與電位測(cè)定法不同，它是以測(cè)量電位的變化情況為基礎(chǔ)的。

滴定終點(diǎn)的確定方法通常有下列三種方法?，F(xiàn)討論幾種確定終點(diǎn)的方法。1.E—V 曲線法

用加入滴定劑的體積（V）作橫坐標(biāo)，電動(dòng)勢(shì)讀數(shù)（E）作縱坐標(biāo)，繪制 E-V 曲線，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為化學(xué)計(jì)量點(diǎn)。

2．繪(Δ E/ΔV)–V 曲線法

Δ E/ΔV 值對(duì) V 作圖，可得一呈現(xiàn)尖峰狀極大的曲線，尖峰所對(duì)應(yīng)的 V 值即為滴定終點(diǎn)。

3．二級(jí)微商法

二級(jí)微商 Δ2E/ΔV2 =0 時(shí)就是終點(diǎn)。計(jì)算方法如下：

對(duì)應(yīng)于 24.30mL：

第十節(jié)

電位滴定法的應(yīng)用和指示電極的選擇

1．酸堿滴定：pH 玻璃電極作指示電極，甘汞電極作參比電極 2．氧化還原滴定：鉑電極作指示電極，以甘汞電極作參比電極 3．沉淀滴定：根據(jù)不同沉淀反應(yīng)采用不同指示電極。4．絡(luò)合滴定：指示電極用鉑電極、參比電極用甘汞電極。

第五章 極譜分析法

基本要點(diǎn)：

1.了解極譜分析法的基本原理； 2.掌握極譜定量依據(jù)-擴(kuò)散電流方程式； 3.理解極譜干擾電流及其消除方法； 4.掌握半波電位及其極譜波方程式； 5．了解新極譜法的原理和應(yīng)用。

第一節(jié)

極譜分析概述

一、極譜分析的基本裝置

極譜分析是一種在特殊條件下進(jìn)行的電解過(guò)程。裝置如圖5-1所示。

以滴汞電極為陰極，飽和甘汞為陽(yáng)極進(jìn)行電解，當(dāng)C點(diǎn)在分壓電阻（R）上自左向右逐漸和均勻移動(dòng)時(shí)，工作電池E施加給兩極上的電壓逐漸增大。在此過(guò)程中C點(diǎn)的每一個(gè)位置都可以從電流表A和電壓表V上測(cè)得相應(yīng)的電流i和電壓V值。從而可繪制成i-V曲線（圖5-2），此曲線呈階梯形式，稱為極譜波。最后可根據(jù)極譜波對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行分析。

二、極譜波

極譜波可分為如下幾部分：

① 殘余電流部分 ② 電流上升部分 ③ 極限電流部分

在排除了其他電流的影響以后，極限電流減去殘余電流后的值，稱為極限擴(kuò)散電流，簡(jiǎn)稱擴(kuò)散電流（用id表示）。id與被測(cè)物（Cd2+）的濃度成正比，它是極譜定量分析的基礎(chǔ)。當(dāng)電流等于極限電流的一半時(shí)相應(yīng)的滴汞電極電位，稱為半波電位（用E1/2表示）。不同的物質(zhì)具有不同的半波電位，這是極譜定性分析的根據(jù)。

三、極譜過(guò)程的特殊性

1．電極的特殊性

電極的特殊性表現(xiàn)在極譜分析是用一個(gè)通常是面積很小的滴汞電極，另一個(gè)通常是面積很大的飽和甘汞電極(而一般電解分析使用二個(gè)面積大的電極)。極化電極也可以是其他的固體微電極，但通常情況下，均使用滴汞電極，因?yàn)樗腥缦聝?yōu)點(diǎn)：

① 汞滴的不斷下滴，電極表面吸附雜質(zhì)少，表面經(jīng)常保持新鮮，測(cè)定的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好；

② 氫在汞上的超電位比較大；

③ 許多金屬可以和汞形成汞齊；

④ 汞易提純。缺點(diǎn)是：

① 汞易揮發(fā)且有毒；

② 汞能被氧化；

③ 汞滴電極上殘余電流大，限制了測(cè)定靈敏度。

2．電解條件的特殊性

電解條件的特殊性表現(xiàn)在極譜分析是溶液保持靜止并且使用了大量的電解質(zhì)。溶液保持靜止，則對(duì)流切向運(yùn)動(dòng)可忽略不計(jì)；加入大量電解質(zhì)，則可消除離子的電遷移運(yùn)動(dòng)。

第二節(jié)

極譜定量分析

一、尤考維奇方程式

此式為瞬時(shí)電流擴(kuò)散公式。表示滴汞電極的擴(kuò)散電流（id）t隨時(shí)間而增加，也就是隨著汞滴表面積的增長(zhǎng)而作周期性的變化。當(dāng) t=0 時(shí)，（id）t =0；t= τ(滴汞周期，即汞滴從開(kāi)始生長(zhǎng)到滴下所需的時(shí)間)時(shí)，（id）t為最大用（id）t最大表示：

擴(kuò)散電流隨時(shí)間而變化，但由于汞滴周期性地下落，擴(kuò)散電流周期性地重復(fù)變化。通常在極譜分析中使用長(zhǎng)周期的檢流計(jì)。它記錄的是平均電流，因此可以用每一滴汞滴在整個(gè)成長(zhǎng)過(guò)程中所流過(guò)電量的庫(kù)侖數(shù)除以滴汞周期來(lái)表示：

式中：（id）平均----平均極限擴(kuò)散電流（μA）；

n----電極反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù);

D----電極上起反應(yīng)物質(zhì)在溶液中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2 /s）;

m----汞流速度（mg/s）;

τ----滴汞周期（s）;

c----被測(cè)物質(zhì)的濃度（mmol/l）;

式（3）被稱為尤考維奇方程式，該式定量的闡明了極限擴(kuò)散電流與濃度的關(guān)系。各項(xiàng)因素不變時(shí)，可合并為一個(gè)常數(shù) K(K=605nD1/2m2/3τ1/6，稱為尤考維奇常數(shù))則在一定濃度范圍內(nèi)，擴(kuò)散電流與被測(cè)物質(zhì)濃度成正比：

二、影響擴(kuò)散電流的因素

1．毛細(xì)管特性

m 與τ稱為毛細(xì)管特性，m2/3τ1/6這個(gè)數(shù)為毛細(xì)管常數(shù)。該常數(shù)除了與毛細(xì)管的內(nèi)徑等因素有關(guān)外，還與汞柱壓力有關(guān)。所以，在一定實(shí)驗(yàn)條件下，擴(kuò)散電流也與汞柱高度的平方根成正比。

2．滴汞電極電位

滴汞電極電位的改變對(duì)滴汞周期τ的影響較為顯著。因?yàn)椴煌娢粫r(shí)汞同溶液間的表面張力不同

3．溫度

實(shí)驗(yàn)證明，室溫時(shí)，溫度每升高一攝氏度，將使擴(kuò)散電流約增加1.3%，所以，在極譜法中要求溫度固定。

4．溶液組分

擴(kuò)散系數(shù)與溶液的黏度有關(guān)，黏度越大，物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)越小，因此擴(kuò)散電流也隨之減小。溶液組分不同其黏度也不同，對(duì)擴(kuò)散電流的影響也隨之不同。

三、定量分析法

擴(kuò)散電流的大小在極譜圖上通常用波高來(lái)表示：

h=Kc

(1）

? 波高的測(cè)定

?平行線法

? 三切線法

? 定量分析方法

（1）直接比較法：

將濃度為Cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液及濃度為Cx的未知溶液在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，分別作出極譜圖，測(cè)得其波高。由式：

hs =KCs

hx =KCx

兩式相除得： cx =hxcs/h s

由上式可求物質(zhì)濃度。

(2)工作曲線法

配制一系列含有不同濃度的被測(cè)離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同實(shí)驗(yàn)條件下作極譜圖，測(cè)得波高。以波高為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)作圖，可得一直線。然后在上述條件下測(cè)定未知溶液的波高，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得溶液的濃度。

(3)標(biāo)準(zhǔn)加入法

取一定體積為Vx(單位為mL)的未知溶液，設(shè)其濃度為Cx，作出極譜圖。然后加入濃度Cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液Vs（單位為mL），再在相同條件下作出極譜圖。分別測(cè)量加入前、后的波高為 h、H。

第三節(jié) 干擾電流及其消除方法

一、殘余電流

在進(jìn)行極譜分析時(shí)，外加電壓雖未達(dá)到被測(cè)物質(zhì)的分解電壓，但仍有微小的電流通過(guò)電解池，這種電流稱為殘余電流。殘余電流（i r）有以下兩部分組成：

（1）電解電流(if)：電解電流是由于溶液中微量的易被還原的雜質(zhì)在滴汞電極上還原時(shí)所產(chǎn)生的。

（2）電容電流（ic）

電容電流來(lái)源于滴汞電極同溶液界面上雙電層的充電過(guò)程。

在測(cè)定擴(kuò)散電流時(shí)，對(duì)殘余電流一般采用作圖的方法加以扣除。

二、遷移電流

遷移電流是指主體溶液中的離子，受靜電引力的作用達(dá)到電極表面，在電極上還原而產(chǎn)生的電流。消除遷移電流的方法是在溶液中加入大量支持電解質(zhì)。

三、極譜極大

極譜極大也稱為畸峰，是極譜波中的一種異?；蛱厥猬F(xiàn)象。它是指在電解開(kāi)始后，電流隨電位的增加而迅速增大的一個(gè)極大值，然后再下降到正常的擴(kuò)散電流值，這種使極譜波上形成的一個(gè)突起的異常峰即稱極譜極大。

極大可用表面活性劑來(lái)抑制，抑制極大的表面活性劑稱為極大抑制劑，常用的極大抑制劑有明膠，聚乙烯醇及某些有機(jī)染料等。

四、氧波

溶解在溶液中的氧，能在滴汞電極上發(fā)生電極反應(yīng)而產(chǎn)生極譜波，稱為氧波。

第一個(gè)氧波的半波電位約為-0.2V(vs SCE), 第二個(gè)氧波的半波電位約為-0.8V(vs SCE)(圖10-8曲線2)。兩個(gè)還原波占據(jù)了從0～-1.2V的整個(gè)電位區(qū)間，這正是大多數(shù)金屬離子還原的電位范圍。氧將重疊在被測(cè)物質(zhì)的極譜波上而干擾測(cè)定。

除氧的方法有以下幾種：

① 在溶液中通入惰性氣體如：N2、H2或CO2。從而消除氧波。N2或H2可用于任何溶液，而CO2只能用于酸性溶液。

② 在中性或堿性溶液中，可加入亞硫酸鈉除氧：

③ 在強(qiáng)酸性溶液中，加入Na2CO3而生成大量CO2氣體以驅(qū)氧。④ 在弱酸性溶液中，利用抗壞血酸除氧效果也很好。

五、氫波，疊波和前波

1．氫波

溶液中的氫離子在滴汞電極上還原而產(chǎn)生的極譜波，稱為氫波。如果被測(cè)物質(zhì)的極譜波與氫波近似，則氫波對(duì)測(cè)定會(huì)有干擾。

2．疊波

兩種物質(zhì)的半波電位如果相差不大（小于 0.2V），那末這兩種物質(zhì)的極譜波就會(huì)重疊起來(lái)，這種情況稱為疊波。

3．前波

當(dāng)溶液中存在著一種較待測(cè)物質(zhì)的半波電位為正且濃度很大（其量大于被測(cè)物質(zhì)的10倍）的物質(zhì)時(shí)，由于該種物質(zhì)的擴(kuò)散電流很大，故掩蓋了待測(cè)物質(zhì)的波，這種干擾成為前波。

六、底液及其選擇

1．底液的組成

(1)支持電解質(zhì)（以消除遷移電流）；(2)極大抑制劑（以消除極大）；(3)除氧劑（以消除氧波）；(4)其它有關(guān)試劑，如用以控制溶液酸度，改善波形的緩沖劑，絡(luò)合劑等等。

2．底液的選擇

選擇底液的原則：

（1）使極譜波的波形較好，也就是使極譜波的波形較陡，波的上下都有良好的平臺(tái)，最好是可逆的極譜波。

（2）干擾少。

（3）成本低，操作簡(jiǎn)便。

（4）最好能同時(shí)測(cè)定幾種元素。

第四節(jié) 極譜波的半波電位及其它影響因素

一.、可逆波與不可逆波

1．可逆波

電極反應(yīng)的速度較快，比電活性物質(zhì)從溶液向電極表面擴(kuò)散的速度來(lái)得快。極譜波上任何一點(diǎn)的電流都受擴(kuò)散速度所控制，電極反應(yīng)的進(jìn)行不表現(xiàn)出明顯的超電位，在任一電位下，電極表面迅速達(dá)到平衡，能斯特公式完全適用。可逆極譜波的波形一般很好。

2．不可逆波

電極反應(yīng)的速度相對(duì)于電活性物質(zhì)從溶液向電極表面擴(kuò)散的速度來(lái)說(shuō)要慢得多。溶液中電活性物質(zhì)與電極間電子交換過(guò)程比較慢。要是電活性物質(zhì)在電極反應(yīng)，產(chǎn)生電流，就需要一定的活化能，也就是要增加額外的電壓，表現(xiàn)出明顯的超電位。因此，不能簡(jiǎn)單的應(yīng)用能斯特方程式。不可逆極譜波的波形較差，延伸較長(zhǎng)。

在極譜分析中，由于不可逆波的波形延伸很長(zhǎng)，不便于測(cè)量，且易受其它極譜波的干擾，對(duì)分析不利。實(shí)際工作中常利用合適的絡(luò)合劑，使不可逆波變?yōu)榭赡娌ɑ蚪朴诳赡娌ā?/p>

二、極譜波方程式

極譜波的電流與滴汞電極電位之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為極譜波方程式。不同的反應(yīng)類型具有不同的極譜波方程式。簡(jiǎn)單金屬離子的極譜波方程式如下：

Ede = E1/2 +(RT/nF)ln(id-i)/i

(7)

式（7）為滴汞電極電位Ede與電流i之間的關(guān)系式，稱為還原波方程式。

三、半波電位的測(cè)定和極譜波的對(duì)數(shù)分析

半波電位可根據(jù)極譜波方程式用作圖法求得，以lg[i/(id-i)]為縱坐標(biāo)，Ede為橫坐標(biāo)作圖可得一直線。在此直線上，當(dāng)lg[i/(id-i)]=0時(shí)一點(diǎn)的電位即為半波電位。

從半波電位方程式可以看出，這種對(duì)數(shù)作圖法所得直線的斜率為n/0.059。根據(jù)對(duì)數(shù)圖（對(duì)數(shù)分析曲線），不但可以準(zhǔn)確測(cè)量半波電位，而且可求得電極反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)n。另外，還可用來(lái)判別極譜波的可逆性。

四、半波電位的特性及其影響因素

1．半波電位的特性

① 當(dāng)溫度和支持電解質(zhì)濃度一定時(shí)，則半波電位數(shù)值一定，而與在電極上進(jìn)行反應(yīng)的離子濃度無(wú)關(guān)。圖5-6可以看出半波電位值與其濃度無(wú)關(guān)。

② 半波電位的數(shù)值與所用儀器（如毛細(xì)管，檢流計(jì)）的性能無(wú)關(guān)。③ 半波電位與共存的其它反應(yīng)離子無(wú)關(guān)。2.半波電位的影響因素（1）支持電解質(zhì)的種類

（2）溶液的酸度（3）溫度（4）絡(luò)合物的形成

（5）半波電位與標(biāo)準(zhǔn)電極電位的關(guān)系 ① E1/2與E0基本相等 ② E1/2較E0為正 ③ E1/2較E0為負(fù)

第五節(jié) 極譜分析法的應(yīng)用

極譜分析是一種快速的微量分析方法。它的應(yīng)用范圍很廣，即可用于無(wú)機(jī)物質(zhì)的分析也可用于有機(jī)物質(zhì)的分析，只要被測(cè)物質(zhì)可以在滴汞電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，就能用極譜分析法進(jìn)行直接或間接測(cè)定。

純金屬礦石以及合金材料中雜質(zhì)元素的測(cè)定用極譜法也很方便。許多有機(jī)化合物，其中包括醛類、酮類、醌類、不飽和酸類、硝基和亞硝基化合物、偶氮與重氮化合物、鹵化物及維生素等均可用該法測(cè)定。

此外，極譜法測(cè)定許多絡(luò)合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)，而且是研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)的一個(gè)很有用的方法。

第六章

電解分析法和庫(kù)侖分析法

基本要點(diǎn)：

1.熟悉法拉第電解定律； 2.掌握控制電位電解的基本原理； 3.理解控制電位庫(kù)侖分析方法；

4.掌握恒電流庫(kù)侖滴定的方法原理及應(yīng)用。

電解分析法包括兩方面的內(nèi)容：

1．利用外加電源電解試液后，直接稱量在電極上析出的被測(cè)物質(zhì)的重（質(zhì)）量來(lái)進(jìn)行分析，稱為電重量分析法。

2．將電解的方法用于元素的分離，稱為電解分離法。

庫(kù)倫分析法是利用外加電源電解試液，測(cè)量電解完全時(shí)所消耗的電量，并根據(jù)所消耗的電量來(lái)測(cè)量被測(cè)物質(zhì)的含量。

第一節(jié)

電解分析的基本原理

一、電解現(xiàn)象

電解是一個(gè)借外部電源的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)向著非自發(fā)方向進(jìn)行的過(guò)程。電解池的陰極為負(fù)極，它與外界電源的負(fù)極相連；陽(yáng)極為正極，它與外界電源的正極相連。

例如：在CuSO4溶液侵入兩個(gè)鉑電極，通過(guò)導(dǎo)線分別與電池的正極和負(fù)極相聯(lián)。如果兩極之間有足夠的電壓，那末在兩電極上就有電極反應(yīng)發(fā)生。

陽(yáng)極上有氧氣放出，陰極上有金屬銅析出。通過(guò)稱量電極上析出金屬銅的重量來(lái)進(jìn)行分析，這就是電重量法。

二、分解電壓與超電壓

分解電壓可以定義為:被電解的物質(zhì)在兩電極上產(chǎn)生迅速的和連續(xù)不斷的電極反應(yīng)時(shí)所需的最小的外加電壓。從理論上講，對(duì)于可逆過(guò)程來(lái)說(shuō)，分解電壓在數(shù)值上等于它本身所構(gòu)成的原電池的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)與分解電壓數(shù)值相等，符號(hào)相反。反電動(dòng)勢(shì)阻止電解作用的進(jìn)行，只有當(dāng)外加電壓達(dá)到能克服此反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電解才能進(jìn)行。實(shí)際分解電壓并不等于（而是大于）反電動(dòng)勢(shì)，這首先是由于存在超電壓之故。

超電位（以符號(hào)η來(lái)表示）是指使電解已十分顯著的速度進(jìn)行時(shí)，外加電壓超過(guò)可逆電池電動(dòng)勢(shì)的值。超電壓包括陽(yáng)極超電位和陰極超電位。對(duì)于電極來(lái)說(shuō)，實(shí)際電位與它的可逆

電位之間的偏差稱為超電位。在電解分析中，超電位是電化學(xué)極化和濃差極化引起的，前者與電極過(guò)程的不可逆性有關(guān)。后者與離子到達(dá)電極表面的速度有關(guān)。超電位是電極極化的度量。超電位的大小與很多因素有關(guān)，主要有以下幾方面：

1．電極的種類及其表面狀態(tài)； 2．析出物的形態(tài)； 3．電流密度； 4．溫度； 5．機(jī)械攪拌。

三、電解方程式

在電解過(guò)程中，外加電壓(V),反電動(dòng)勢(shì)(E反)，電解電流(i)及電解池內(nèi)阻(R)之間的關(guān)系可表示如下：

壓，以硫酸銅溶液為例，該電解池所需的外加電壓為：

V = E反 + η+ iR = 0.91+0.72+0.05 =1.68V

四、兩種電解過(guò)程

能斯特方程式有兩方面的含義：

1．對(duì)于一定的氧化還原體系（即E一定），電極表面氧化態(tài)與還原態(tài)活度的比率決定電極電位。

2．對(duì)于一定的氧化還原體系（即E一定），電極電位決定電極表面氧化態(tài)與還原態(tài)活度的比率。

究竟哪一個(gè)起主導(dǎo)作用，這要看具體的電解過(guò)程。電解過(guò)程有兩種：控制電流電解過(guò)程和控制電位電解過(guò)程。在控制電流電解過(guò)程中，外加電壓一般較大，保證電極上總有化學(xué)反應(yīng)不斷發(fā)生，電流強(qiáng)度基本保持不變。在控制電位電解過(guò)程中，調(diào)節(jié)外加電壓，工作電極的電位控制在某一定數(shù)值或某一小范圍內(nèi)，使被測(cè)離子在電極上析出，其它離子留在溶液中。

第二節(jié)

電解分析法

一、.控制電流電解分析法

1．儀器裝置

2．控制電流電解過(guò)程中的電位—時(shí)間曲線

電解過(guò)程中陰極電位與時(shí)間的關(guān)系曲線。

電解一開(kāi)始，陰極電位立即從較正的電位向負(fù)的方向變化，到電位達(dá)到Fe3+的還原電位時(shí)，陰

電解方程式是電化學(xué)分析法的基本定律之一。通過(guò)（1）可以計(jì)算出溶液電解所需的合理外加電

極電位符合能斯特方程式：

3．應(yīng)用

表6-2 用控制電流電解分析法測(cè)定的常見(jiàn)元素

控制電流電解法一般只適用于溶液中只含一種金屬離子的情況。如果溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子，且其還原電位相差不大，就不能用該法分離測(cè)定，所以選擇性不高是該法的最大缺點(diǎn)。但這種方法可以分離電動(dòng)序中氫以前和氫以后的金屬。

二、控制陰極電位電解分析法

在控制陰極電位電解分析法中，調(diào)節(jié)外加電壓是工作電極的電位控制在一定范圍內(nèi)或某一電位值，使被測(cè)離子在工作電極上析出，而其它離子還留在溶液中，從而達(dá)到分離和測(cè)定元素的目的。

1．裝置（圖6-4）

2．陰極電位的選擇

需要控制的電位值，通常是通過(guò)比較在分析實(shí)驗(yàn)條件下共存離子的i-E曲線而確定的。從圖中可以看出，要使甲離子還原，陰極電位須負(fù)于a，但要防止乙離子析出，陰極電位又須正與b，因此，陰極電位控制在a與b之間就可使甲離子定量析出而乙離子仍留在溶液中。

3．控制電位電解過(guò)程中電流與時(shí)間的關(guān)系

在控制電位電解過(guò)程中，由于被測(cè)金屬離子在陰極上不斷還原析出，所以電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，最后達(dá)到恒定的最小值。

由曲線圖可知，電解電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)以負(fù)指數(shù)關(guān)系衰減。陰極電位雖然不變，但外加電壓卻隨時(shí)間下降。因此，在控制陰極電位電解過(guò)程中，需要不斷的降低外加電壓，同時(shí)電解電流也隨時(shí)間而逐漸減小。當(dāng)電流趨于零時(shí)，說(shuō)明電解已經(jīng)完全。

4．應(yīng)用

控制陰極電位電解法的最大特點(diǎn)是它的選擇性好，所以它的用途較控制電流電解法廣泛。只要陰極電位選擇得當(dāng)，可以使共存金屬離子依次先后在陰極上分別析出，實(shí)現(xiàn)分離或分別定量測(cè)定。

第三節(jié)

電重量分析的實(shí)驗(yàn)條件

一、影響金屬析出性質(zhì)的因素

1．.電流密度的影響 2．?dāng)嚢韬图訜岬挠绊?3．酸度的影響 4．絡(luò)合劑的影響

二、陰極干擾反應(yīng)及其消除方法

溶解氧或氯的影響

陽(yáng)極上的再氧化

Pt 陽(yáng)極的溶解

第四節(jié) 庫(kù)侖分析法基礎(chǔ)

一、法拉第定律

法拉第定律包括兩方面內(nèi)容：

1．電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，物質(zhì)在電極上析出的質(zhì)量與通過(guò)電解池的電量成正比，即與電流密度和通過(guò)電流的時(shí)間的乘積成正比。這是法拉第第一定律。

m ∝ Q

m ∝ i.t;Q = i.t

2．相同的電量通過(guò)各種不同的電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上所獲得的各種產(chǎn)物的質(zhì)量與它們的摩爾質(zhì)量成正比。這是法拉第第二定律。

合并法拉第第一，第二定律可以得到

m = MB.i.t /F

式中，MB為電解產(chǎn)物的摩爾質(zhì)量。MB /F 相當(dāng)于通過(guò)1庫(kù)倫電量使物質(zhì)在電極上析出的質(zhì)量。

二、電流效率

由法拉第電解定律可知，當(dāng)物質(zhì)以100%的電流效率進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，那麼就可以通過(guò)測(cè)量進(jìn)行電解反應(yīng)所消耗的電量(庫(kù)倫數(shù))，求得電極上起反應(yīng)的物質(zhì)的量。所謂100%的電流效率，指電解時(shí)電極上只發(fā)生主反應(yīng)，不發(fā)生副反應(yīng)。

影響電流效率的主要因素有：

溶劑的電極反應(yīng)。

電解質(zhì)中的雜質(zhì)在電極上的反應(yīng)

溶液中可溶性氣體的電極反應(yīng)

電極自身的反應(yīng)

電解產(chǎn)物的再反應(yīng)

第五節(jié)

控制電位庫(kù)侖分析法

原理和裝置

控制電位庫(kù)侖分析用控制電極電位的方法進(jìn)行電解，并用庫(kù)侖計(jì)或作圖法來(lái)測(cè)定電解時(shí)所消耗的電量，由此計(jì)算出電極上起反應(yīng)的被測(cè)物質(zhì)的量。

測(cè)量電量的方法：

庫(kù)侖計(jì)——?dú)溲鯕怏w庫(kù)侖計(jì)的構(gòu)造，它由一支帶有活塞和兩個(gè)鉑電極的玻管同一支刻度管相連接，管中充以0.5mol/LK2SO4溶液。當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，鉑陰極上析出氫氣，鉑陽(yáng)極上析出氧氣，從右邊管中電解前后液面差就可讀出氫氧氣體的總體積。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每庫(kù)侖電量析出0.1739mL氫氧混合氣體。根據(jù)法拉第定律，即可得到被測(cè)物質(zhì)的量。

第六節(jié) 控制電流庫(kù)侖分析法

一、基本原理和裝置

1．.控制電流庫(kù)侖分析基本原理

廣義上說(shuō)，控制電流庫(kù)侖分析是指以恒定電流進(jìn)行電解，測(cè)量電解完全時(shí)所消耗的時(shí)間，再由法拉第定律計(jì)算分析結(jié)果的分析方法。它可按下述兩種類型進(jìn)行：

(1)被測(cè)定物質(zhì)直接在電極上起反應(yīng)；

(2)在試液中加入大量物質(zhì)，使此物質(zhì)經(jīng)電解反應(yīng)后產(chǎn)生一種試劑，然后此試劑與被測(cè)物起反應(yīng)。一般都按第二種類型進(jìn)行。

這種方法是在試液中加入適當(dāng)?shù)妮o助劑后，以一定強(qiáng)度的恒定電流進(jìn)行電解，由電極反應(yīng)產(chǎn)生一種―滴定劑‖。該滴定劑與被測(cè)物質(zhì)發(fā)生定量反應(yīng)。當(dāng)被測(cè)物質(zhì)作用完后，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ甘窘K點(diǎn)并立即停止電解。由電解進(jìn)行的時(shí)間t(s)及電流強(qiáng)度I(A)，可按法拉第定律計(jì)算被測(cè)物的量

2．儀器裝置（圖6-6）

二、指示終點(diǎn)的方法

1．.化學(xué)指示劑法

普通容量分析中所用的化學(xué)指示劑，均可用于庫(kù)侖滴定法中。例如，肼的測(cè)定，電解液中有肼和大量KBr，加入MO為指示劑，電極反應(yīng)為：

電極上產(chǎn)生的Br2與溶液中的肼起反應(yīng)： NH2-NH2 + 2Br2 = N2 + 4HBr 過(guò)量的Br2使指示劑退色，指示終點(diǎn)，停止電解。2．電位法

利用庫(kù)侖滴定法測(cè)定溶液中酸的濃度時(shí)，用玻璃電極和甘汞電極為檢測(cè)終點(diǎn)電極，用pH計(jì)指示終點(diǎn)。此時(shí)用Pt電極為工作電極，銀陽(yáng)極為輔助電極。電極上的反應(yīng)為：

由工作電極發(fā)生的反應(yīng)使溶液中OH-產(chǎn)生了富余，作為滴定劑，使溶液中的酸度發(fā)生變化，用pH計(jì)上pH的突躍指示終點(diǎn)。3．死停終點(diǎn)法

通常是在指示終點(diǎn)用的兩只鉑電極上加一小的恒電壓，當(dāng)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，由于試液中存在一對(duì)可逆電對(duì)（或原來(lái)一對(duì)可逆電對(duì)消失），此時(shí)鉑指示電極的電流迅速發(fā)生變化，則表示終點(diǎn)到達(dá)。

三、庫(kù)侖滴定的應(yīng)用及特點(diǎn)

凡是與電解所產(chǎn)生的試劑能迅速而定量地反應(yīng)的任何物質(zhì)，均可用庫(kù)侖滴定法測(cè)定。

庫(kù)侖滴定具有下列特點(diǎn)：

（1）不需要基準(zhǔn)物質(zhì)。

（2）不需要標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（3）靈敏度高，適于微量和痕量分析。

（4）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化，便于遙控分析。

第七章 原子發(fā)射光譜分析

基本要點(diǎn)：

1.了解原子發(fā)射光譜分析的基本原理；

2.掌握各種激發(fā)光源的特點(diǎn)及光源的選擇；

3.理解光譜儀的基本組成和作用；

4.掌握光譜定性分析方法及操作過(guò)程；

5．掌握光譜內(nèi)標(biāo)法定量分析的基本原理和方法。

第一節(jié) 光學(xué)分析法概要

1．定義：光學(xué)分析法主要根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射以及物質(zhì)與電磁輻射的相互作用來(lái)進(jìn)行分析的。

2．電磁波譜：

射線 5～140pm

X射線 10－3～10nm

光學(xué)區(qū) 10～1000μm

其中：遠(yuǎn)紫外區(qū) 10～200nm

近紫外區(qū) 200～380nm

可見(jiàn)區(qū) 380～780nm

近紅外區(qū) 0.78～2.5μm

中紅外區(qū) 2.5～50μm

遠(yuǎn)紅外區(qū) 50～1000μm

微波 0.1mm～1m

無(wú)線電波 >1m

3．光學(xué)分析法分類

（1）光譜分析方法：

基于測(cè)量輻射的波長(zhǎng)及強(qiáng)度。這些光譜是由于物質(zhì)的原子或分子的特定能級(jí)的躍遷所產(chǎn)生的，根據(jù)其特征光譜的波長(zhǎng)可進(jìn)行定性分析；而光譜的強(qiáng)度與物質(zhì)的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析。根據(jù)輻射能量傳遞的方式，光譜方法又可分為發(fā)射光譜、吸收光譜、熒光光譜、拉曼光譜等等。

（2）非光譜分析法：

不涉及光譜的測(cè)定，即不涉及能級(jí)的躍遷，而主要是利用電磁輻射與物質(zhì)的相互作用。引起電磁輻射在方向上的改變或物理性質(zhì)的變化，而利用這些改變可以進(jìn)行分析。

第二節(jié)

原子發(fā)射光譜分析的基本原理

一、原子光譜的產(chǎn)生

原子發(fā)射光譜分析是根據(jù)原子所發(fā)射的光譜來(lái)測(cè)定物質(zhì)的化學(xué)組分的。不同物質(zhì)由不同元素的原子所組成，而原子都包含著一個(gè)結(jié)構(gòu)緊密的原子核，核外圍繞著不斷運(yùn)動(dòng)的電子。每個(gè)電子處于一定的能級(jí)上，具有一定的能量。在正常的情況下，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的能量是最低的，這種狀態(tài)稱為基態(tài)。但當(dāng)原子受到能量(如熱能、電能等)的作用時(shí)，原子由于與高速運(yùn)動(dòng)的的氣態(tài)粒子和電子相互碰撞而獲得了能量，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到更高的能級(jí)上，處在這種狀態(tài)的原子稱激發(fā)態(tài)。電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)所需的能量稱為激發(fā)電位，當(dāng)外加的能量足夠大時(shí)，原子中的電子脫離原子核的束縛力，使原子成為離子，這種過(guò)程稱為電離。離子中的外層電子也能被激發(fā)，其所需的能量即為相應(yīng)離子的激發(fā)電位。處于激發(fā)態(tài)的原子是十分不穩(wěn)定的，在極短的時(shí)間內(nèi)便躍遷至基態(tài)或其它較低的能級(jí)上。當(dāng)原子從較高能級(jí)躍遷到基態(tài)或其它較低的能級(jí)的過(guò)程中，將釋放出多余的能量，這種能量是以一定波長(zhǎng)的電磁波的形式輻射出去的。

E2,E1分別為高能級(jí)、低能級(jí)的能量，h為普朗克(Planck)常數(shù)；v 及λ分別為所發(fā)射電磁波的頻率及波長(zhǎng)，c為光在真空中的速度。

每一條所發(fā)射的譜線的波長(zhǎng)，取決于躍遷前后兩個(gè)能級(jí)之差。由于原子的能級(jí)很多，原子在被激發(fā)后，其外層電子可有不同的躍遷，但這些躍遷應(yīng)遵循一定的規(guī)則(即―光譜選律‖)，因此對(duì)特定元素的原子可產(chǎn)生一系列不同波長(zhǎng)的特征光譜線，這些譜線按一定的順序排列，并保持一定的強(qiáng)度比例。

光譜分析就是從識(shí)別這些元素的特征光譜來(lái)鑒別元素的存在(定性分析)，而這些光譜線的強(qiáng)度又與試樣中該元素的含量有關(guān)，因此又可利用這些譜線的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定元素的含量(定量分析)。

二、發(fā)射光譜分析的過(guò)程

1．試樣在能量的作用下轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子，并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)。當(dāng)從較高的能級(jí)躍遷到較低的能級(jí)時(shí)，原子將釋放出多余的能量而發(fā)射出特征譜線。

2．所產(chǎn)生的輻射經(jīng)過(guò)攝譜儀器進(jìn)行色散分光，按波長(zhǎng)順序記錄在感光板上，就可呈現(xiàn)出有規(guī)則的譜線條，即光譜圖。

3．根據(jù)所得光譜圖進(jìn)行定性鑒定或定量分析。

第三節(jié)

光譜分析儀器

進(jìn)行光譜分析的儀器設(shè)備主要由光源、分光系統(tǒng)(光譜儀)及觀測(cè)系統(tǒng)三部分組成。

一、光源

（一）光源的作用

首先，把試樣中的組分蒸發(fā)離解為氣態(tài)原子，然后使這些氣態(tài)原子激發(fā)，使之產(chǎn)生特征光譜。因此光源的主要作用是對(duì)試樣的蒸發(fā)和激發(fā)提供所需的能量。

（二）常用光源類型

1．直流電弧

利用直流電作為激發(fā)能源。常用電壓為150～380V，電流為5—30A?？勺冸娮?稱作鎮(zhèn)流電阻)用以穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電流的大小，電感(有鐵心)用來(lái)減小電流的波動(dòng)。G為放電間隙。這種光源的弧焰溫度與電極和試樣的性質(zhì)有關(guān)，一般可達(dá)4000—7000K，可使70種以上的元素激發(fā)，所產(chǎn)生的譜線主要是原子譜線。其主要優(yōu)點(diǎn)是分析的絕對(duì)靈敏度高，背景小，適宜于進(jìn)行定性分析及低含量雜質(zhì)的測(cè)定，但因弧光游移不定，再現(xiàn)性差，電極頭溫度比較高，所以這種光源不宜用于定量分析及低熔點(diǎn)元素的分析。

2．交流電弧

高壓電弧工作電壓達(dá)2000～4000V，可以利用高電壓把弧隙擊穿而燃燒，低壓交流電弧工作電壓一般為110～220V，必須采用高頻引燃裝置引燃，交流電弧發(fā)生器的典型電路如圖7-2所示。

由于交流電弧的電弧電流有脈沖性，它的電流密度比在直流電弧中要大，弧溫較高(略高于4000～7000K)，所以在獲得的光譜中，出現(xiàn)的離子線要比在直流電弧中稍多些。這種光源的最大優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性比直流電弧高，操作簡(jiǎn)便安全，因而廣泛應(yīng)用于光譜定性、定量分析，但靈敏度較差些。

3.高壓火花

這種光源的特點(diǎn)是放電的 穩(wěn)定性好，電弧放電的瞬間溫度可高達(dá)10000K以上，適用于定量分析及難激發(fā)元素的測(cè)定。由于激發(fā)能量大，所產(chǎn)生的譜線主要是離子線，又稱為火花線。但電極頭溫度較低，因而試樣的蒸發(fā)能力較差，較適合于分析低熔點(diǎn)的試樣。缺點(diǎn)是靈敏度較差，背景大，不宜作痕量元素分析。

4．電感耦合高頻等離子體焰炬

這是當(dāng)前發(fā)射光譜分析中發(fā)展迅速、極受重視的一種新型光源。ICP—AES具有靈敏度高，檢測(cè)限低,精密度好(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差一般為0.5%～2%)，工作曲線線性范圍寬，因此同一份試液可用于從宏量至痕量元素的分析，試樣中基體和共存元素的干擾小，甚至可以用一條工作曲線測(cè)定不同基體的試樣同一元素。這就為光電直讀式光譜儀了提供了一個(gè)理想的光源。

二、光譜儀(攝譜儀)

（一）作用將光源發(fā)射的電磁波分解為按一定次序排列的光譜。

（二）類型

1．棱鏡攝譜儀

(1)組成：棱鏡攝譜儀主要由照明系統(tǒng)、準(zhǔn)光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)(棱鏡)及投影系統(tǒng)(暗箱)四部分組成。

(2)棱鏡攝譜儀的光學(xué)特性：

色散率——是把不同波長(zhǎng)的光分散開(kāi)的能力，通常以倒數(shù)線色散率來(lái)表示：dλ/dl，即譜片上每一毫米的距離內(nèi)相應(yīng)波長(zhǎng)數(shù)(單位為nm)。

分辨率——是指攝譜儀的光學(xué)系統(tǒng)能夠正確分辨出緊鄰兩條譜線的能力。用兩條可以分辨開(kāi)的光譜 波長(zhǎng)的平均值λ與其波長(zhǎng)差Δλ之比值來(lái)表示，即R=λ/Δλ。

棱鏡攝譜儀的理論分辨率R 0 可用下式表示：

R 0 =mt·dn/dλ

（2）

集光本領(lǐng)——是指攝譜儀的光學(xué)系統(tǒng)傳遞輻射的能力，2．光柵攝譜儀

光柵攝譜儀應(yīng)用光柵作為色散元件，利用光的衍射現(xiàn)象進(jìn)行分光。光柵攝譜儀比棱鏡攝譜儀有

更高的分辨率，且色散率基本上與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，它更適用于一些含復(fù)雜譜線的元素如稀土元素、鈾、釷等試樣的分析。

三、觀測(cè)設(shè)備

1．光譜投影儀（映譜儀）

在進(jìn)行光譜定性分析及觀察譜片時(shí)需用此設(shè)備。一般放大倍數(shù)為20倍左右。

2．測(cè)微光度計(jì)（黑度計(jì)）

用來(lái)測(cè)量感光板上所記錄的譜線黑度，主要用于光譜定量分析。

黑度S則定義為：

第四節(jié)

光譜定性分析

一、基本概念

通過(guò)檢查譜片上有無(wú)特征譜線的出現(xiàn)來(lái)確定該元素是否存在，稱為光譜定性分析。在分析一種元素時(shí)，一般只要檢測(cè)到該元素的少數(shù)幾條靈敏線或―最后線‖，就可確定該元素存在。所謂‖靈敏線―是指各種元素譜線中最容易激發(fā)或激發(fā)電位較低的譜線。靈敏線又可稱為―最后線‖。由激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)時(shí)所輻射的譜線稱為共振線。由較低能級(jí)的激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）直接躍基態(tài)時(shí)所輻射的譜線稱為第一共振線，一般也是元素的最靈敏線。在實(shí)際定性分析中。是根據(jù)靈敏線或最后線來(lái)檢測(cè)元素的，因此這些譜線又可稱為分析線。

二、光譜定性分析的方法

1．比較法

即將試樣與已知的鑒定元素的化合物在相同的條件下并列攝譜，然后將所得光譜圖進(jìn)行比較，經(jīng)確定某些元素是否存在。

2．鐵光譜比較法：

用鐵的光譜來(lái)進(jìn)行比較。將試樣和純鐵并列攝譜。因?yàn)殍F的光譜譜線較多，在我們常用 的鐵光譜的210.0—660.0nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，大約有4600條譜線，其中每條譜線的波長(zhǎng)，都已作了精確的測(cè)定，載于譜線表內(nèi)。所以用鐵的光譜線作為波長(zhǎng)的標(biāo)尺是很適宜的。一般就將各個(gè)元素的分析線按波長(zhǎng)位置標(biāo)插在鐵光譜圖的相應(yīng)位置上，預(yù)先制備了―元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖‖。

在進(jìn)行定性分析時(shí)，只要在映譜儀上觀察所得譜片，使元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖上的鐵光譜譜線與譜片上攝取的鐵譜線相重合，如果試樣中未知元素的譜線與標(biāo)準(zhǔn)光譜圖中已標(biāo)明的某元素譜線出現(xiàn)的位置相重合，則該元素就有存在的可能。

三、光譜定性分析的操作過(guò)程

1．試樣處理

2．?dāng)z譜

3．檢查譜線

第五節(jié)

光譜定量分析

一、光譜定量基本公式

根據(jù)被測(cè)試樣光譜中欲測(cè)元素的譜線強(qiáng)度來(lái)確定元素濃度。

I=acb

(4)

這是光譜定量分析依據(jù)的基本公式。對(duì)式（4）取對(duì)數(shù)得：

lgI=b·lgc＋lga(5)

以lgI對(duì)lgc作圖，所得曲線在一定濃度范圍內(nèi)為一直線

實(shí)際光譜分析中，常采用內(nèi)標(biāo)法。內(nèi)標(biāo)法的原理如下： 在被測(cè)元素的譜線中選一條線作為分析線，在基體元素（或定量加入的其它元素）的譜線中選一條與分析線相近的譜線作為內(nèi)標(biāo)線（或稱比較線），這兩條譜線組成所謂分析線對(duì)。分析線與內(nèi)標(biāo)線的絕對(duì)強(qiáng)度的比值稱為相對(duì)強(qiáng)度。內(nèi)標(biāo)法就是借測(cè)量分析線對(duì)的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行定量分析的。內(nèi)標(biāo)法的基本公式：

以lgR對(duì)lgc所作的曲線即為相應(yīng)的工作曲線，其形狀與圖7相同。只要測(cè)出譜線的相對(duì)強(qiáng)度R，便可從相應(yīng)的工作曲線上求得試樣中欲測(cè)元素的含量。對(duì)內(nèi)標(biāo)元素和分析線對(duì)的選擇應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)原來(lái)試樣內(nèi)應(yīng)不含或僅含有極少量所加內(nèi)標(biāo)元素。亦可選用此基體元素作為內(nèi)標(biāo)元素。

(2)要選擇激發(fā)電位相同或接近的分析線對(duì)。

(3)兩條譜線的波長(zhǎng)應(yīng)盡可能接近。

(4)所選線對(duì)的強(qiáng)度不應(yīng)相差過(guò)大。

(5)所選用的譜線應(yīng)不受其它元素譜線的干擾，也應(yīng)不是自吸收嚴(yán)重的譜線。

(6)內(nèi)標(biāo)元素與分析元素的揮發(fā)率應(yīng)相近。

二、乳劑特性曲線，內(nèi)標(biāo)法基本關(guān)系式

乳劑特性曲線通常以黑度值S為縱坐標(biāo)，曝光量的對(duì)數(shù)lgH為橫坐標(biāo)作圖（圖7-8）。

此曲線AB部分為曝光不足部分，CD部分為曝光過(guò)度部分，BC部分為曝光正常部分。其

斜率為r,則：

r = tgα(7)

γ稱為感光板的反襯度，表示當(dāng)曝光量改變時(shí)，黑度變化的快慢。截距為lgHi，Hi稱為乳劑的惰延量。感光析的靈敏度取決于Hi的大小，Hi愈大，愈不靈敏。橫軸上的投影（bc線段）稱為乳劑的展度，表示特性曲線直線部分的曝光量對(duì)數(shù)的范圍。對(duì)于正常曝光部分，S與lgH之間的關(guān)系最簡(jiǎn)單，可用直線方程表示：

S = tgα(lgH－lgH i)= γ(lgH－lgH i)(8)

γlgH i 為一定值并以i表示，則：

S =γlgH－i(9)

H ≈ t S = γlgI t －I(10)

在光譜定量分析中，分析線及內(nèi)標(biāo)線的黑度為：

S1 =γ1lgI1t1 －i1(11)

S2 =γ2lgI2t2 －i2(12)

因?yàn)樵谕桓泄獍迳?，曝光時(shí)間相等，即t1 =t2，γ1=γ2 =γ，i1 =i2 =i，則分析線對(duì)的黑度差ΔS為：

ΔS = S1 －S2 =γ = rlg R(13)

將式(6)代入上式：

ΔS=γlgR=γb 1 lg c ＋γlg A(14)

在一定條件下，分析線對(duì)的黑度差與試樣中該組分的含量c的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系。

三、光譜定量分析方法－三標(biāo)準(zhǔn)試樣法

實(shí)際工作中并不需要求出r，b 1，lgA的值。而是將三個(gè)以上的標(biāo)準(zhǔn)試樣和被分析試樣于同一實(shí)驗(yàn)條件下攝取光譜于同一感光板上。由各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣分析線對(duì)的黑度差與校準(zhǔn)試樣中欲測(cè)成分的c含量的對(duì)數(shù)繪制工作曲線。

然后由被測(cè)試樣光譜中測(cè)得分析線對(duì)的黑度差，從工作曲線中即可查得試樣中該成分的含量。

第六節(jié)

光譜半定量分析

1．譜線呈現(xiàn)法

2．譜線強(qiáng)度比較法

3．均稱線對(duì)法

第七節(jié)

原子發(fā)射光譜分析法的應(yīng)用

原子發(fā)射光譜分析在鑒定金屬元素方面（定性分析）具有較大的優(yōu)越性，不需分離、多元素同時(shí)測(cè)定、靈敏、快捷，可鑒定周期表中約70多種元素，長(zhǎng)期在鋼鐵工業(yè)（爐前快速分析）、地礦等方面發(fā)揮重要作用；

在定量分析方面，原子吸收分析有著優(yōu)越性；

80年代以來(lái)，全譜光電直讀等離子體發(fā)射光譜儀發(fā)展迅速，已成為無(wú)機(jī)化合物分析的重要儀器。

第八章

原子吸收光譜分析

第一節(jié)

原子吸收光譜分析基本原理

一、概述 原子吸收現(xiàn)象：原子蒸氣對(duì)其原子共振輻射吸收的現(xiàn)象；1802年被人們發(fā)現(xiàn)；1955年以前，一直未用于分析化學(xué)，為什么？

澳大利亞物理學(xué)家 Walsh A（瓦爾西）發(fā)表了著名論文：《原子吸收光譜法在分析化學(xué)中的應(yīng)用》

奠定了原子吸收光譜法的基礎(chǔ)，之后迅速發(fā)展。特點(diǎn)：

(1)檢出限低，10-10～10-14 g；(2)準(zhǔn)確度高，1%～5%；

(3)選擇性高，一般情況下共存元素不干擾；(4)應(yīng)用廣，可測(cè)定70多個(gè)元素（各種樣品中）； 局限性：

難熔元素、非金屬元素測(cè)定困難、不能同時(shí)多元素

二、原子吸收光譜的產(chǎn)生

1.原子的能級(jí)與躍遷

基態(tài)?第一激發(fā)態(tài)，吸收一定頻率的輻射能量。

產(chǎn)生共振吸收線（簡(jiǎn)稱共振線）

吸收光譜

激發(fā)態(tài)?基態(tài)

發(fā)射出一定頻率的輻射。

產(chǎn)生共振吸收線（也簡(jiǎn)稱共振線）

發(fā)射光譜

2.元素的特征譜線

（1）各種元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同

基態(tài)?第一激發(fā)態(tài)：

躍遷吸收能量不同——具有特征性。

（2）各種元素的基態(tài)?第一激發(fā)態(tài)

最易發(fā)生，吸收最強(qiáng)，最靈敏線。特征譜線。

（3）利用原子蒸氣對(duì)特征譜線的吸收可以進(jìn)行定量分析

三、譜線的輪廓與譜線變寬

原子結(jié)構(gòu)較分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，理論上應(yīng)產(chǎn)生線狀光譜吸收線。

實(shí)際上用特征吸收頻率輻射光照射時(shí)，獲得一峰形吸收(具有一定寬度)。

由：It=I0e-Kvb，透射光強(qiáng)度 It和吸收系數(shù)及輻射頻率有關(guān)。

以Kv與? 作圖： 吸收峰變寬原因：

（1）自然寬度

照射光具有一定的寬度。

（2）溫度變寬（多普勒變寬）ΔVD

多普勒效應(yīng)：一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的原子發(fā)出的光，如果運(yùn)動(dòng)方向離開(kāi)觀察者（接受器），則在觀察者看來(lái)，其頻率較靜止原子所發(fā)的頻率低，反之，高。

?VD?7.162?10?7?V0T M（3）壓力變寬（勞倫茲變寬，赫魯茲馬克變寬）ΔVL 由于原子相互碰撞使能量發(fā)生稍微變化。

勞倫茲變寬：

待測(cè)原子和其他原子碰撞。隨原子區(qū)壓力增加而增大。

赫魯茲馬克變寬（共振變寬）：

同種原子碰撞。濃度高時(shí)起作用，在原子吸收中可忽略（4）自吸變寬

光源空心陰極燈發(fā)射的共振線被燈內(nèi)同種基態(tài)原子所吸收產(chǎn)生自吸現(xiàn)象。燈電流越大，自吸現(xiàn)象越嚴(yán)重。

（4）場(chǎng)致變寬 外界電場(chǎng)、帶電粒子、離子形成的電場(chǎng)及磁場(chǎng)的作用使譜線變寬的現(xiàn)象；影響較??；

在一般分析條件下ΔVD為主。

四、積分吸收和峰值吸收

1.積分吸收

鎢絲燈光源和氘燈，經(jīng)分光后，光譜通帶0.2mm。而原子吸收線半寬度：10-3mm。如圖： 若用一般光源照射時(shí)，吸收光的強(qiáng)度變化僅為0.5%。靈敏度極差。

理論上：

收輻射的基態(tài)原子數(shù)N0。

這是一種絕對(duì)測(cè)量方法，現(xiàn)在的分光裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

(△λ=10-3，若λ取600nm，單色器分辨率R=λ/△λ=6×105)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法解決的難題！

能否提供共振輻射（銳線光源），測(cè)定峰值吸收？

2.銳線光源

在原子吸收分析中需要使用銳線光源，測(cè)量譜線的峰值吸收，銳線光源需要滿足的條件：

（1）光源的發(fā)射線與吸收線的ν0一致。

（2）發(fā)射線的Δν1/2小于吸收線的 Δν1/2。

提供銳線光源的方法：

空心陰極燈

如果將公式左邊求出，即譜線下所圍面積測(cè)量出（積分吸收）。即可得到單位體積原子蒸氣中吸

πe2Kvdv?N0f ?mc????3.峰值吸收

采用銳線光源進(jìn)行測(cè)量，則Δνe<Δνa，由圖可見(jiàn)，在輻射線寬度范圍內(nèi)，Kν可近似認(rèn)為不變，并近似等于峰值時(shí)的吸收系數(shù)K0

上式的前提條件：（1）Δνe<Δνa ；

（2）輻射線與吸收線的中心頻率一致。

五、基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度

原子吸收光譜是利用待測(cè)元素的原子蒸氣中基態(tài)原子與共振線吸收之間的關(guān)系來(lái)測(cè)定的。

需要考慮原子化過(guò)程中，原子蒸氣中基態(tài)原子與待測(cè)元素原子總數(shù)之間的定量關(guān)系。

熱力學(xué)平衡時(shí)，兩者符合Boltzmann分布定律：

NjN0?PjP0e?E0?EjkT?PjP0e??EkT?PjP0e?h?kT

上式中Pj和PO分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重，激發(fā)態(tài)原子數(shù)Nj與基態(tài)原子數(shù)No之比較小，<1%?？梢杂没鶓B(tài)原子數(shù)代表待測(cè)元素的原子總數(shù)。公式右邊除溫度T外，都是常數(shù)。T一定，比值一定。

六、定量基礎(chǔ)

It?I0e?K??b

第二節(jié)

原子吸收光譜儀及主要部件

一、流程

2.原子吸收中的原子發(fā)射現(xiàn)象

在原子化過(guò)程中，原子受到輻射躍遷到激發(fā)態(tài)后，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將再躍遷至基態(tài)，故既存在原子吸收，也有原子發(fā)射。但返回釋放出的能量可能有多種形式，產(chǎn)生的輻射也不在一個(gè)方向上，但對(duì)測(cè)量仍將產(chǎn)生一定干擾。

消除干擾的措施：

將發(fā)射的光調(diào)制成一定頻率；檢測(cè)器只接受該頻率的光信號(hào)；

原子化過(guò)程發(fā)射的非調(diào)頻干擾信號(hào)不被檢測(cè)；

二、光源

1.作用

提供待測(cè)元素的特征光譜。獲得較高的靈敏度和準(zhǔn)確度。

光源應(yīng)滿足如下要求；

（1）能發(fā)射待測(cè)元素的共振線；（2）能發(fā)射銳線；

（3）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。2.空心陰極燈： 3.空心陰極燈的原理

施加適當(dāng)電壓時(shí)，電子將從空心陰極內(nèi)壁流向陽(yáng)極;與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正電荷，其在電場(chǎng)作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊;使陰極表面的金屬原子濺射出來(lái)，濺射出來(lái)的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，于是陰極內(nèi)輝光中便出現(xiàn)了陰極物質(zhì)和內(nèi)充惰性氣體的光譜。

用不同待測(cè)元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈。

空心陰極燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)。優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2）每測(cè)一種元素需更換相應(yīng)的燈。

三、原子化系統(tǒng)

1.作用

將試樣中離子轉(zhuǎn)變成原子蒸氣

第五篇：儀器分析課程教案

第十二章 電解分析法和庫(kù)侖分析法

一、基本要點(diǎn)：

1.熟悉法拉第電解定律；

2.掌握控制電位電解的基本原理； 3.理解控制電位庫(kù)侖分析方法；

4.掌握恒電流庫(kù)侖滴定的方法原理及應(yīng)用。

二、學(xué)時(shí)安排：4學(xué)時(shí)

電解分析法包括兩方面的內(nèi)容：

1．利用外加電源電解試液后，直接稱量在電極上析出的被測(cè)物質(zhì)的重（質(zhì)）量來(lái)進(jìn)行分析，稱為電重量分析法。2．將電解的方法用于元素的分離，稱為電解分離法。

庫(kù)倫分析法是利用外加電源電解試液，測(cè)量電解完全時(shí)所消耗的電量，并根據(jù)所消耗的電量來(lái)測(cè)量被測(cè)物質(zhì)的含量。

第一節(jié) 電解分析的基本原理

一、電解現(xiàn)象

電解是一個(gè)借外部電源的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)向著非自發(fā)方 向進(jìn)行的過(guò)程。電解池的陰極為負(fù)極，它與外界電源的負(fù)極相連；陽(yáng)極為正極，它與外界電源的

正極相連。

例如：在CuSO4溶液侵入兩個(gè)鉑電極，通過(guò)導(dǎo)線分別與電池的正極和負(fù)極相聯(lián)。如果兩極之間有足夠的電壓，那末在兩

電極上就有電極反應(yīng)發(fā)生。

陽(yáng)極上有氧氣放出，陰極上有金屬銅析出。通過(guò)稱量電極上析

出金屬銅的重量來(lái)進(jìn)行分析，這就是電重量法。

二、.分解電壓與超電壓

分解電壓可以定義為:被電解的物質(zhì)在兩電極上產(chǎn)生迅速 的和連續(xù)不斷的電極反應(yīng)時(shí)所需的最小的外加電壓。從理論上 講，對(duì)于可逆過(guò)程來(lái)說(shuō)，分解電壓在數(shù)值上等于它本身所構(gòu)成的 原電池的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)與分解電 壓數(shù)值相等，符號(hào)相反。反電動(dòng)勢(shì)阻止電解作用的進(jìn)行，只有當(dāng) 外加電壓達(dá)到能克服此反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電解才能進(jìn)行。實(shí)際分解電 壓并不等于（而是大于）反電動(dòng)勢(shì)，這首先是由于存在超電壓之 故。

超電位（以符號(hào)η來(lái)表示）是指使電解已十分顯著的速度 進(jìn)行時(shí)，外加電壓超過(guò)可逆電池電動(dòng)勢(shì)的值。超電壓包括陽(yáng)極超 電位和陰極超電位。對(duì)于電極來(lái)說(shuō)，實(shí)際電位與它的可逆

電位之間的偏差稱為超電位。在電解分析中，超電位是電 化學(xué)極化和濃差極化引起的，前者與電極過(guò)程的不可逆性有關(guān)。后者與離子到達(dá)電極表面的速度有關(guān)。超電位是電極極化的度

量。超電位的大小與很多因素有關(guān)，主要有以下幾方面： 1．電極的種類及其表面狀態(tài)； 2．析出物的形態(tài)； 3．電流 密度； 4．溫度； 5．機(jī)械攪拌。

三、電解方程式

在電解過(guò)程中，外加電壓(V),反電動(dòng)勢(shì)(E反)，電解電流(i)及電解池內(nèi)阻(R)之間的關(guān)系可表示如下：

電解方程式是電化學(xué)分析法的基本定律之一。通過(guò)（1）可以計(jì)算出溶液電解所需的合理外加電壓，以硫酸銅溶液為例，該電解池所需的外加電壓為：

V = E反 + η+ iR = 0.91+0.72+0.05 =1.68V

四、兩種電解過(guò)程

能斯特方程式有兩方面的含義：

1．對(duì)于一定的氧化還原體系（即與還原態(tài)活度的比率決定電極電位。2．對(duì)于一定的氧化還原體系（即極表面氧化態(tài)與還原態(tài)活度的比率。

究竟哪一個(gè)起主導(dǎo)作用，這要看具體的電解過(guò)程。電解過(guò) 程有兩種：控制電流電解過(guò)程和控制電位電解過(guò)程。在控制電流 電解過(guò)程中，外加電壓一般較大，保證電極上總有化學(xué)反應(yīng)不斷 發(fā)生，電流強(qiáng)度基本保持不變。在控制電位電解過(guò)程中，調(diào)節(jié) 外加電壓，工作電極的電位控制在某一定數(shù)值或某一小范圍內(nèi)，使被測(cè)離子在電極上析出，其它離子留在溶液中。第二節(jié) 電解分析法

一、.控制電流電解分析法 1．儀器裝置

2．控制電流電解過(guò)程中的電位—時(shí)間曲線

電解過(guò)程中陰極電位與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖所示。

一定），電極表面氧化態(tài)

一定），電極電位決定電

電解一開(kāi)始，陰極電位立即從較正的電位向負(fù)的方向變化，到電位達(dá)到的還原電位時(shí)，陰極電位符合能斯特方程式:

3．應(yīng)用

用控制電流電解分析法測(cè)定的常見(jiàn)元素

控制電流電解法一般只適用于溶液中只含一種金屬離子的情況。如果溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子，且其還原電位相差不大，就不能用該法分離測(cè)定，所以選擇性不高是該法的最大缺點(diǎn)。但這種方法可以分離電動(dòng)序中氫以前和氫以后的金屬。

二、控制陰極電位電解分析法

在控制陰極電位電解分析法中，調(diào)節(jié)外加電壓是工作電極的電位控制在一定范圍內(nèi)或某一電位值，使被測(cè)離子在工作電極上析出，而其它離子還留在溶液中，從而達(dá)到分離和測(cè)定元素的目的。

1．裝置2．陰極電位的選擇

需要控制的電位值，通常是通過(guò)比較在分析實(shí)驗(yàn)條件下共存 離子的i-E曲線而確定的。從圖中可以看出，要使甲離子還原，陰極電位須負(fù)于a，但要防止乙離子析出，陰極電位又須正與b，因此，陰極電位控制在a與b之間就可使甲離子定量析出而乙離 子仍留在溶液中。

3．控制電位電解過(guò)程中電流與時(shí)間的關(guān)系

在控制電位電解過(guò)程中，由于被測(cè)金屬離子在陰極上不斷還 原析出，所以電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，最后達(dá)到恒定的最小值。由曲線圖可知，電解電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)以負(fù)指數(shù)關(guān)系衰減。陰極 電位雖然不變，但外加電壓卻隨時(shí)間下降。因此，在控制陰極電 位電解過(guò)程中，需要不斷的降低外加電壓，同時(shí)電解電流也隨時(shí) 間而逐漸減小。當(dāng)電流趨于零時(shí)，說(shuō)明電解已經(jīng)完全。4．應(yīng)用

控制陰極電位電解法的最大特點(diǎn)是它的選擇性好，所以它的 用途較控制電流電解法廣泛。只要陰極電位選擇得當(dāng)，可以使共 存金屬離子依次先后在陰極上分別析出，實(shí)現(xiàn)分離或分別定量測(cè) 定。

第三節(jié) 電重量分析的實(shí)驗(yàn)條件 一．影響金屬析出性質(zhì)的因素 1．電流密度的影響 2．?dāng)嚢韬图訜岬挠绊?3．酸度的影響

4．絡(luò)合劑的影響

二、陰極干擾反應(yīng)及其消除方法 溶解氧或氯的影響 陽(yáng)極上的再氧化 Pt 陽(yáng)極的溶解

第四節(jié) 庫(kù)侖分析法基礎(chǔ)

一、法拉第定律 法拉第定律包括兩方面內(nèi)容：

1．電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，物質(zhì)在電極上析出的質(zhì)量與通過(guò)電解池的電量成正比，即與電流密度和通過(guò)電流的時(shí)間的乘積成正比。這是法拉第第一定律。

m ∝ Q

m ∝ i.t;Q = i.t

2．相同的電量通過(guò)各種不同的電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上所獲得的各種產(chǎn)物的質(zhì)量與它們的摩爾質(zhì)量成正比。這是法拉第第二定律。合并法拉第第一，第二定律可以得到

m = MB.i.t /F

式中，MB為電解產(chǎn)物的摩爾質(zhì)量。MB /F 相當(dāng)于通過(guò)1庫(kù)倫電量使物質(zhì)在電極上析出的質(zhì)量。

二、電流效率

由法拉第電解定律可知，當(dāng)物質(zhì)以100%的電流效率進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，那麼就可以通過(guò)測(cè)量進(jìn)行電解反應(yīng)所消耗的電量(庫(kù)倫數(shù))，求得電極上起反應(yīng)的物質(zhì)的量。所謂100%的電流效率，指電解時(shí)電極上只發(fā)生主反應(yīng)，不發(fā)生副反應(yīng)。影響電流效率的主要因素有：

溶劑的電極反應(yīng)。

電解質(zhì)中的雜質(zhì)在電極上的反應(yīng)

溶液中可溶性氣體的電極反應(yīng)

電極自身的反應(yīng)

（5）電解產(chǎn)物的再反應(yīng)

第五節(jié) 控制電位庫(kù)侖分析法

原理和裝置

控制電位庫(kù)侖分析用控制電極電位的方法進(jìn)行電解，并用庫(kù)侖計(jì)或作圖法來(lái)測(cè)定電解時(shí)所消耗的電量，由此計(jì)算出電極上起反應(yīng)的被測(cè)物質(zhì)的量。

測(cè)量電量的方法：

庫(kù)侖計(jì)——?dú)溲鯕怏w庫(kù)侖計(jì)的構(gòu)造

它由一支帶有活塞和兩個(gè)鉑電極的玻管同一支刻度管相連接，管中充以0.5mol/LK2SO4溶液。當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，鉑陰極上析出氫氣，鉑陽(yáng)極上析出氧氣，從右邊管中電解前后液面差就可讀出氫氧氣體的總體積。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每庫(kù)侖電量析出0.1739mL氫氧混合氣體。根據(jù)法拉第定律，即可得到被測(cè)物質(zhì)的量。

第六節(jié) 控制電流庫(kù)侖分析法

一、基本原理和裝置

1．.控制電流庫(kù)侖分析基本原理

廣義上說(shuō)，控制電流庫(kù)侖分析是指以恒定電流進(jìn)行電解，測(cè)量電解完全時(shí)所消耗的時(shí)間，再由法拉第定律計(jì)算分析結(jié)果的分析方法。它可按下述兩種類型進(jìn)行：

(1)被測(cè)定物質(zhì)直接在電極上起反應(yīng)；

(2)在試液中加入大量物質(zhì)，使此物質(zhì)經(jīng)電解反應(yīng)后產(chǎn)生一種試劑，然后此試劑與被測(cè)物起反應(yīng)。一般都按第二種類型進(jìn)行。這種方法是在試液中加入適當(dāng)?shù)妮o助劑后，以一定強(qiáng)度的恒定電流進(jìn)行電解，由電極反應(yīng)產(chǎn)生一種“滴定劑”。該滴定劑與被測(cè)物質(zhì)發(fā)生定量反應(yīng)。當(dāng)被測(cè)物質(zhì)作用完后，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ甘窘K點(diǎn) 8 并立即停止電解。由電解進(jìn)行的時(shí)間t(s)及電流強(qiáng)度I(A)，可按法拉第定律計(jì)算被測(cè)物的量 2．儀器裝置

二、指示終點(diǎn)的方法 1．.化學(xué)指示劑法

普通容量分析中所用的化學(xué)指示劑，均可用于庫(kù)侖滴定法

中。例如，肼的測(cè)定，電解液中有肼和大量KBr，加入MO為指示劑，電極反應(yīng)為：

電極上產(chǎn)生的Br2與溶液中的肼起反應(yīng)：

NH2-NH2 + 2Br2 = N2 + 4HBr 過(guò)量的Br2使指示劑退色，指示終點(diǎn)，停止電解。2．電位法

利用庫(kù)侖滴定法測(cè)定溶液中酸的濃度時(shí)，用玻璃電極和甘汞電極為檢測(cè)終點(diǎn)電極，用pH計(jì)指示終點(diǎn)。此時(shí)用Pt電極為工作電極，銀陽(yáng)極為輔助電極。電極上的反應(yīng)為：

由工作電極發(fā)生的反應(yīng)使溶液中OH-產(chǎn)生了富余，作為滴定劑，使溶液中的酸度發(fā)生變化，用pH計(jì)上pH的突躍指示終點(diǎn)。

3．死停終點(diǎn)法

通常是在指示終點(diǎn)用的兩只鉑電極上加一小的恒電壓，當(dāng)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，由于試液中存在一對(duì)可逆電對(duì)（或原來(lái)一對(duì)可逆電對(duì)消失），此時(shí)鉑指示電極的電流迅速發(fā)生變化，則表示終點(diǎn)到達(dá)。

三、庫(kù)侖滴定的應(yīng)用及特點(diǎn)

凡是與電解所產(chǎn)生的試劑能迅速而定量地反應(yīng)的任何物質(zhì)，均可用庫(kù)侖滴定法測(cè)定。

表：庫(kù)侖滴定應(yīng)用實(shí)例

庫(kù)侖滴定具有下列特點(diǎn)：

（1）不需要基準(zhǔn)物質(zhì)。

（2）不需要標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（3）靈敏度高，適于微量和痕量分析。

（4）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化，便于遙控分析。