请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

Discuz! Board

 找回密码
 立即注册
搜索
热搜: 活动 交友 discuz

仪器说|有关仪器分析的一些基本概念 

一般的说,仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备,通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。这些方法一般都有独立的方法原理及理论基础。

仪器分析的分类

1.光分析法

光谱法和非光谱法

非光谱法是指那些不以光的波长为 特征的信号,仅通过测量电磁幅射的某些基本性质(反射,折射,干射,衍射,偏振等)。

光谱法则是以光的吸收,发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多,是主要的光分析方法。

2. 电分析化学方法

以电讯号作为计量关系的一类方法, 主要有五大类:

电导、 电位、 电解、 库仑及伏安。

3. 色谱法

是一类分离分析方法, 主要有气相色谱和液相色谱。


4. 其它仪器分析方法

① 质谱, ② 热分析,③ 放射分析

一.原子光谱的产生

原子的核外电子一般处在基态运动,当获取足够的能量后,就会从基态跃迁到激发态,处于激发态不稳定(寿命小于10-8s),迅速回到基态时,就要释放出多余的能量,若此能量以光的形式出显,既得到发射光谱。

激发电位:

从低能级到高能级需 要的能量.

共振线:

具有最低激发电位的谱线.

原子线(Ⅰ) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) 相似谱线

Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT (2) (玻兹曼方程)

gi,g0 为激发态和基态的统计权,Ei为激发电位,K为Boltzmann常数,T为温度。

2)代入(1)得:

Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT

此式为谱线强度公式。

Iij 正比于基态原子N0 ,也就是说 Iij ∝C,这就是定量分析依据。影响Iij的因素很多,分别讨论如下:

1.光谱项

原子光谱是由原子外层的价电子在两能级间跃迁而产生的,原子的能级通常用光谱项符号来表示:

n2S+1LJ or n M LJ

n为主量子数;L为总量子数;S为总自旋量子数;J为内量子数。M=2S+1,称为谱线的多重性。J又称光谱支项。

跃迁遵循选择定则:

1)主量子数n变化,Δn为整数,包括0。

2)总角量子数L的变化,ΔL=±1。

3)内量子数J变化,ΔJ=0**1。但当J=0时, ΔJ=0的跃迁是禁戒的。

4)总自旋量子数S的变化,ΔS=0,即单重项只跃迁到单重项,三重项只跃迁到三重项。

2.自蚀

在谱线上,常用r表示自吸,R表示自蚀。

在共振线上,自吸严重时谱线变宽, 称为共振变宽

击穿电压:使电极间击穿而发生自持放 电的最小电压。

自持放电:电极间的气体被击穿后,即使没有外界的电离作用,仍能继续保持电离,使放电持续。

燃烧电压:自持放电发生后,为了维持放电所必需的电压。

由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。由较低级的激发态(第一激发态)直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线,一般也是元素的最灵敏线。当该元素在被测物质里降低到一定含量时,出现的最后一条谱线,这是最后线,也是最灵敏线。用来测量该元素的谱线称分析线。

⑵分辩率

实际分辩率:指摄谱仪的每毫米感光板上所能分辩开的谱线的条数。或在感光板上恰能分辨出来的两条谱线的距离。

理论分辩率

R=λ/Δλ

注:λ为两谱线的平均值,Δλ为它们的差值。

b.平面光栅 Δ=d(sinφ+sinφ′) 当 Δ=±Kλ, 则 Kλ=d(sinφ+sinφ′) -----为光栅公式.

例:对一块宽度为50mm,刻线数为600条/mm的光栅,它的一级光栅的分辩能力为多少?

解:R=1×50×600=3×104

此时,在6000埃附近的两条谱线的距离为多少?

解:Δλ=λ/R =6000/3000=0.2 埃

当内标元素的含量一定时,C2为常数;又当内标线无自吸时,b2=1

此时, I2 = a2

分析线对的强度可表示为:

I1/I2 = a Cb

取对数后,得到 :

log R = log(I1/I2)

= b log C + log a

此为内标法定量分析的基本公式。

使用内标法必须具备下列条件:

1.分析线对应具有相同或相近的激发电位和电离电位。

2.内标元素与分析元素应具有相近的沸点,化学活性及相近的原子量。

3.内标元素的含量,应不随分析元素的含量变化而变化。

4.内标线及分析线自吸要小。

5.分析线和内标线附近的背景应尽量小。

6.分析线对的波长,强度及宽度也尽量接近。

原子吸收光谱法(AAS)

一. 基本原理:它是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。

基态 第一激发态,又回到基态,发射出光谱线,称共振发射线。

同样从基态跃迂至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线(简称为共振线)

锐线光源

空心阴极灯:即发射线半宽度远小于吸收线半宽度光源.

当用线光源时, 可用K0 代替 Kν ,用吸光度表示: A=lgI0/I=lg[1/exp(-K01)]=0.43K01

A= k·N·1

锐线光产生原理:在高压电场下, 阴极向正极高速飞溅放电, 与载气原子碰撞, 使之电离放出二次电子, 而使场内正离子和电子增加以维持电流。载气离子在电场中大大加速, 获得足够的能量, 轰击阴极表面时,

可将被测元素原子从晶格中轰击出来, 即谓溅射, 溅射出的原子大量聚集在空心阴极内, 与其它粒子碰撞而被激发,发射出相应元素的特征谱线-----共振谱线。

化学计量火焰:由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相近,又称为中性火焰 ,这类火焰,

温度高、稳定、干扰小背景低,适合于许多元素的测定。

富燃火焰: 指燃气大于化学元素计量的火焰。其特点是燃烧不完全,温度略低于化学火焰,具有还原性,适合于易形成难解离氧化物的元素测定;干扰较多,背景高。

贫燃火焰:指助燃气大于化学计量的火焰,它的温度较低,有较强的氧化性,有利于测定易解离,易电离元素,如碱金属。

光谱通带:W = D·S 被测元素共振吸收线与干扰线近,选用W要小,干扰线较远,可用大的W,一般单色器色散率一定,仅调狭缝确定W。

物理干扰: 是指试液与标准溶液物理性质有差别而产生的干扰。粘度、表面张力或溶液密度等变化,影响样品雾化和气溶胶到达火焰的传递等会引起的原子吸收强度的变化。非选择性干扰。消除方法:配制被测试样组成相近溶液,或用标准化加入法。浓度高可用稀释法

化学干扰: 化学干扰是指被测元原子与共存组分发生化学反应生成稳定的化合物,影响被测元素原子化。

电离干扰:在高温下原子会电离使基态原子数减少, 吸收下降, 称电离干扰. 消除的方法是加入过量消电离剂, 所谓的消电离剂,是电离电位较低的元素, 加入时, 产生大量电子, 抑制被测元素电离。

光谱干扰:吸收线重叠待测元素分析线与共存元素的吸收线重叠

背景干扰:背景干扰也是光谱干扰,主要指分子吸与光散射造成光谱背景。分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射吸收,分子吸收是带光谱。光散射是指原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光产生散射,造成透过光减小,吸收值增加。背景干扰,一般使吸收值增加。产生正误差。

标准加入法: Ax = k C A0 = k(C0 + Cx) Cx = AxC0/(A0-Ax)标准加入法能消除基体干扰,不能消背景干扰。使用时,注意要扣除背景干扰。

习惯灵敏度 现定义:特征浓度,是指产生1%吸收时,水溶液中某元素的浓度。通常用mg/ml/1%表示半反应式的写法及电极符号: Ox + ne- = Red 以还原形式表示,规定金属电极与标准氢电极组成电池时,金属带静电的符号为正电荷时,则其电极电位为正值,金属带负电荷时,则其电极电位为负值。推广之,任何两电极组成的电池,正者即为“正极”,负者即为“负极”。

化学电池是化学能与电能互相转换的装置.能自发地将化学能转变成电能的装置称为原电池;而需要从外部电源提供电能迫使电流通过,使电池内部发生电极反应的装置称为电解电池。当电池工作时,电流必须在电池内部和外部流通,构成回路。电流是电荷的流动,外部电路是金属导体,移动的是带负电荷的电子。电池内部是电解质溶液,移动的是分别带正、负电荷的离子。为使电流能在整个回路中通过,必须在两个电极的金属/溶液界面处发生有电子跃迁的电极反应,即离子从电极上取得电子,或将电子交给电极。通常将发生氧化反应的电极(离子失去电子)称为阳极,发生还原反应的电极(离子得到电子)称为阴极。

写电池式的规则:

(1)左边电极进行氧化反应,右边电极进行还原反应。

(2) 电极的两相界面和不相混的两种溶液之间的界面、都用单竖线“︱”表示。当两种溶液通过盐桥连接时,已消除液接电位时,则用双竖线“‖”表示。

(3)电解质位于两电极之间。

(4)气体或均相电极反应,反应本身不能直接作电极,要用惰性材料作电极,以传导电流,在表示图中要指出何种电极材料(如Pt, Au, c等)。

(5)电池中的溶液应注明浓(活)度,如有气体则应注明压力,温度,若不注明系指摄氏25oC和1大气压。发生氧化反应的电极称为阳极,发生还原反应的电极称为阴极。

而电极的正和负是由两电极二者相比较,正者为正,负者为负。也就是说,阳极不一定是正极,负极也不一定是阴极。

膜电位: 膜电位是膜内扩散电位和膜与电解质溶液形成的内外界面的Dinann电位的代数和。

φM = φD外 + φd + φD内

选择电极电位φISE:φISE=φ内参+φM=k* ±RT/FlnαI外

k*内包括了φd,φ内参,αⅡ,αI内常数。E电= φ SCE —φISE

对参比电极的要求要有“三性”

(1)可逆性 有电流流过(μA)时,反转变号时,电位基本上保持不变。

(2)重现性 溶液的浓度和温度改变时,按Nernst 响应,无滞后现象。

(3)稳定性 测量中电位保持恒定、并具有长的使用寿命。抗原是一种进入机体后能******机体产生免疫反应的物质.它可能是生物体(如各种微生物),也可能是非生物体(如各种异类蛋白、多糖等).设在铂电极上电解硫酸铜溶液(装置见图15k-l)。当外加电压较小时,不能引起电极反应,几乎没有电流或只有很小电流通过电解池。如继续增大外加电压,电流略为增加,直到外加电压增加至某一数值后,通过电解池的电流明显变大。这时的电极位位称析出电位(φ析),电池上的电压称分解电压(E分).而发生的电解现象是,阴极上Cu2+离子比H+离子更易被还原。

Faraday定律:电解过程中,在电极上析出的物质的重量与通过电解池的电量之间的关系,遵守Faraday定律电流效率ηe为: ηe=ie/(ie+is+iimp)×100%=ie/ iT ×100%

由恒电流发生器产生的恒电流通过电解池,被测物质直接在电极上反应或在电极附近由于电极反应产生一种能与被测物质起作用的试剂,当被测物质作用完毕后,由指示终点的仪器发出信号,立即关掉计时器。由电解进行的时间t(S)和电流强度(A),可求算出被测物质的量W(g)。此法又称为控制电流库仑滴定法,简称为库仑滴定法。

这种方法并不测量体积而测量电量。 它与普通容量分析法突出的不同点在于,滴定剂不是由滴定管向被测溶液中滴加,而是通过恒电流电解在试液内部产生,电生滴定剂的量又与电解所消耗的电量成正比。 因此,可以说库仑滴定是一种以电子作一滴定剂的容量分析。

在电解池中,上述三种传质过程总是同时发生的.然而,在一定条件下起主要作用的往往只有其中的一种或两种.例如,即使不搅拌溶液,在离电极表面较远处液流速度的数值往往比电极附近的大几个数量级,因而扩散和电迁传质作用可以忽略不计.但是,在电极表面附近的薄层液体中,液流速度却一般很小,因而起主要作用的是扩散及电迁过程.如果溶液中除参加电极反应的粒子外还存在大量不参加电极反应的“惰性电解质”,则粒子的电迁速度将大大减小.在这种情况下,可以认为电极表面附近薄层液体中仅存在扩散传质过程.这就是伏安和极谱需要的研究条件。

充电电流(ic)—电容电流—非Faraday电流

扩散电流(i)—极限扩散电流(id)

极限电流(iI)=id+ir

迁移电流(im)—电场引起

残余电流(ir)→iF+ic

氧化电流(ia)—还原电流(ic)

扩散→浓差极化→完全浓差极化

溶出安伏法包含电解富集和电解溶出两个过程.首先是电解富集过程.它是将工作电极固定在产生极限电流电位(图)进行电解,使被测物质富集在电极上.为了提高富集效果,可同时使电极旋转或搅拌溶液,以加快被测物质输送到电极表面.富集物质的量则与电极电位、电极面积、电解时间和搅拌速度等因素有关。

极谱催化波是一种动力波.动力波则是一类在电极反应过程中同时还受某些化学反应速度所控制的极谱电流.根据有关化学反应的情况,可以将其分为三种类型:先行反应简称CE过程,平行反应简称EC(R)过程,后行反应简称EC过程。

质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(M/Z)大小进行分离并记录其信息的分析方法。 所得结果以图谱表达,即所谓的质谱图(亦称质谱,Mass Spectrum)。 根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。

而在实际工作中,有时很难找到相邻的且峰高相等的两个峰,同时峰谷又为峰高的10%。在这种情况下,可任选一单峰,测其峰高5%处的峰宽W0.05,即可当作上式中的Δm,此时分辨率定义为

R = m/W0.05

质谱仪的分辨本领由几个因素决定:(i)离子通道的半径;(ii)加速器与收集器狭缝宽度;(iii)离子源的性质。

质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度等几种表示方法。

绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量;相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比;分析灵敏度则指输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。

质量分析器的主要类型有:磁分析器、飞行时间分析器、四极滤质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分析器等。

分子离子峰:试样分子在高能电子撞击下产生正离子

分子离子的质量对应于中性分子的质量,这对解释本知质谱十分重要。几乎所有的有机分子都可以产生可以辨认的分子离子峰,有些分子如芳香环分子可产生较大的分子离子峰,而高分子量的烃、脂肪醇、醚及胺等则产生较小的分子离子峰。若不考虑同位素的影响,分子离子应该具有最高质量。分子中若含有偶数个氮原子,则相对分子质量将是偶数;反之,将是奇数。这就是所谓的“氮律”。

由于分子离子峰的相对强度直接与分子离子稳定性有关,其大致顺序是:

芳香环>共轭烯>烯>脂环>羰基化合物>直链碳氢化合物>醚>脂>胺>酸>醇>支链烃

在同系物中,相对分子质量越大则分子离子峰相对强度越小。

内容来源:化学分析网

今日: 0|昨日: 0|帖子: 7|会员: 3|欢迎新会员: mjjsz1

Archiver|手机版|小黑屋|DiscuzX |网站地图

GMT+8, 2022-11-29 00:00 , Processed in 1.170002 second(s), 28 queries .

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

返回顶部