1、仪器分析教案绪 论本章是仪器分析课程的介绍。主要是让学生了解化学分析与仪器分析的联系与区别，仪器分析方法的分类和它的发展情况，介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进行评价的几项指标。学时计划为 1 学时。内容提要：仪器分析与化学分析的区别与联系、仪器分析方法的分类及发展趋势。重点难点：仪器分析方法的分类授课方式：讲授一、仪器分析和化学分析化学分析定义仪器分析定义两者的区别在于：检测能力样品的需求量分析效率使用的广泛性精确度二、仪器分析方法的分类根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为四大类光学分析法以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法 的 变 化折 射 、 衍
2、 射 等 基 本 性 质物 质 之 后 ， 引 起 反 射 、非 光 谱 法 ： 电 磁 波 作 用 拉 曼 散 射磁 辐 射 的 吸 收 、 发 射 或光 谱 法 ： 依 据 物 质 对 电电化学分析法依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法色谱法以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。其它仪器分析方法包括质谱法、热分析法、放射分析等 。三、仪器分析的发展概述发展趋势计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理自动化。不同方法联用提高仪器分析的功能。各学科的互相渗透第一章 光学分析法基础本章是学习光学分析法之前应具备的基础知识。主要介绍光的波粒二象性
3、，原子光谱和分子光谱基础知识。在介绍电磁辐射基础上重点讲解能级跃迁图。本章计划学时为 1 学时。第一节 电磁辐射的性质一、电磁辐射的性质电磁辐射具有波动性和粒子性。波动性电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，可以用频率()、波长()和波数()等波参数表征。掌握频、波长、波数的定义及之间的关系。微粒性普朗克方程 E (11)ch该方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系起来，二、电磁波谱按照波长的大小顺序排列可得到电磁波谱，不同的波长属不同的波谱区，对应有不同的光子能量和不同的能级跃迁。能用于光学分析的是中能辐射区，包括紫外、可见光区和红外区。第四节 原子光谱和分子光谱 内容提要： 原子光谱项、原子光谱
4、能收图及原子光谱选择定则，分子光谱能收分子吸收光谱和分子发光光谱重点、难点：原子光谱项、分子光谱能及跃迁图授课方式： 讲授一、原子光谱原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁核外电子的运动状态原子接到电子的运动状态可以用主量数、角量子数 2、磁量子数和自旋量子数来描述。光谱项原子的能量状态需要用 n.L.S.J 四个量子数为参数的光谱项来表征。N 为主量子数，L总轨道角量子数，S总自旋量子数，J内量子数原子能级光谱项用 表示Ln1s2光谱支项用 表示J原子能级图把原子可能存在的光谱项及能级跃迁用图解的方式表示出来就得到原子能级图。谱线波长取决于两能级的能量差，不同能级之间跃迁产生的原子光谱是波长确
5、定，相互分隔的谱线，所以原子光谱是线状光谱。光谱选择定则只有符合光谱选择定则的跃迁才是允许的： ， ， ，1L0sJ1原子光谱原子发射光谱：处于激发态原子不稳定，当返回基态或较低能态时而发射出特征谱线。原子吸收光谱：当光辐射通过基态原子蒸气时，原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射，原子基态跃迁到较高能态。原子荧光光谱：气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁到激发态，再通过辐射跃回到基态或较低的能态产生的二次光辐射。三、分子光谱分子光谱分子光谱产生于分子能级的跃迁，分子能级中的电子能级，分子的振动能级以及转动能级。分子吸收光谱和分子发光光谱。分子吸收光谱：分子对辐射的选择性吸收由基态或较低能级跃迁到较
6、高能级产生的分子光谱。如紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱。分子发光光谱化 学 发 光电 致 发 光光 致 发 光 ： 荧 光 、 磷 光拉曼光谱：入射光子与溶液中试样分子间的非弹性碰撞，发生能量交换，产生与入射光频率不同的散射光。第二章 原子发射光谱分析法本章地位： 原子发射光谱分析法在发现新元素和推动原子结构理论的建立方面曾做出过重要贡献，在各种无机材料的定性、半定量及定量分析方面也曾发挥过重要作用。近 20 年来，由于新型光源、色散仪和检测技术的飞速发展，原子发射光谱分析法得到更广泛的应用。学习中应使同学们了解本章知识理论及应用在光分析法中的重要地位。本章内容： 本章主要讲述原子发射光谱法的
7、基本原理、基本仪器以及光谱定性、半定量及定量分析的方法和应用。讲解思路： 首先介绍原子发射光谱的产生、元素的原子和离子所产生的原子线和离子线都是该元素的特征光谱。谱线的波长 和强度 I 是本法对物质进行定性分析和定量分析的依据。之后详细介绍原子产生特征光谱的机理以及影响谱线强度的定义这是本章的重点内容。介绍原子发射光谱仪器时首先介绍三部分框架，再介绍每部分的具体构成和重点元件，如 ICP 光源和光栅色散原理。最后介绍原子发射光谱的定性、半定量及定量分析方法，其中摄谱法中的乳剂特性曲线，及定量分析中的内标法原理是本章的重难点。课时分配：6 学时。第一节 基本原理内容提要： 主要介绍原子发生光谱的
8、产生，物质受到外界能量的作用，基态原子被激发到激发态，激发态很不稳定，在 108 时间内，返回到基态，所受能量以光辐射形式释放产生原子发射光谱。= 元素的特征波长 E 2、E 1分别为高能级和低能级hCEc12能量谱线的强度影响谱线强度的因素，从上式可知主要有 4 种因素一一进行分析。重点： 谱线的波长和强度是两个重要的参数。授课方式：讲授、挂图。第二节 分析仪器内容提要： 原子发射光谱法所用仪器通常包括激发光源、分光系统、及检测系统三部分。激发光源主要有直流电弧、低压交流电弧、高压电容火花及新型光源 ICP。各种光源有其不同的性能（激发温度、蒸发温度、热性质、强度、稳定性等）可供各类试样选择
9、。相比之下，ICP 由于热稳定性好，基体效应小，检出限低，线性范围宽而被公认为最具活力、前途广阔的激发光源。分光系统中主要是分光元件，现代仪器多用光栅作分光元件，需介绍光栅分光原理、分光性能（色散率、分辨率）检测系统有摄谱法、光电直读法，分别介绍各自的原理和性能。重、难点：ICP 光源的结构、原理、分析性能是重点，平面反射闪耀光栅的分光原理及结论也较重要。摄谱法中的感光板的乳剂特性曲线及光电光谱法中电压与谱线强度的关系较难理解，详细介绍。授课方式：讲授、挂图。第三节 分析方法内容提要： 在原子光谱分析中，根据谱线的波长进行定性分析，根据谱线的强度进行定量分析。主要介绍定性及半定量分析方法。首先
10、介绍光谱定量分析的基本原理，导出定量分析基本关系式 I=aC，取对数lgI=blgC+lga这是光谱定量分析的基本公式。此种方法为绝对强度法，实验中不可能保证a 为一常数，所以一般分析时不用谱线的绝对强度而用相对强度。引出内标法定量分析原理。内标法：在同一试样中在 分 析 线 对基 体 元 素 中 选 一 内 标 线 线被 分 析 元 素 中 选 一 分 析 测定分析线对的强度比 RlgC 作校正曲线，所求的元素含量消除了实验条件的影响。内标法的使用必须注意分析线对的正确选择。重难点：（1）内标法定量分析原理（2）摄谱法：分析线对的黑度差 S 与试样中被测元素含量的对数值 lgC 成线性关系S
11、rblgC+rlgA（3）光电直读光谱法：测量分析线对积分电容器的充电电压就可直接求出被测元素含量。AlgCbUlg21授课方式：讲授、挂图第三章 原子吸收与原子荧光光谱法本章地位： 本章内容在仪器分析课程中是较为重要的一章内容，由于该分析方法具有灵敏度高、抗干扰能力强、精密度高、选择性好、仪器简单、操作方便等特点。自 20 世纪 60 年代以后，原子吸收光谱分析法得到迅速发展，应用极为普及，所以有关本方法的理论课程也非常重要。本章内容：主要介绍原子吸收光谱法的基本原理、基本仪器装置、定量分析方法，并简介原子荧光光谱法。讲解思路： 在本章之前已分别介绍了紫外可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、原子
12、发射光谱法等多种光谱法，所以需先将原子吸收光谱法与其它光谱法作大致比较，找出相同点与不同点。再介绍原子吸收光谱法的特点。原子吸收光谱的原理是本章的难点，里面涉及到一些较难的概念，如吸收线的轮廓与变宽、积分吸收测量法、峰值吸收测量法等需重点讲解。原子吸收光谱仪首先介绍框架图，再介绍各部分功能与原理、原子吸收光谱法的干扰虽比发射光谱少但仍存在有时甚至较严重，所以，需介绍干扰效应的类型、本质及消除方法。原子吸收光谱定量分析方法中，灵敏度和检测限两项评价指标是难点，应适当举例介绍。学时分配：5 学时第一节 原子吸收光谱法的基本原理内容提要： 首先介绍原子吸收线的产生。当基态原子吸收了一定辐射能后，基态
13、原子被激发跃迁到不同的较高能态，产生不同的原子吸收线。原子吸收光谱分析法是基于元素的基态原子蒸气对同种元素的原子特征谱线的共振吸收作用来进行定量分析的。无论是原子发射线还是原子吸收线都不是一条严格的几何线，谱线有一定的轮廓，在一定条件影响下，谱线会变宽。介绍谱线变宽因素。吸收线变宽主要受 D和 L影响，锐线光源发射线变宽受 D和自吸变宽的影响。在分析中，谱线的变宽往往会导致原子吸收分析的灵敏度下降，所以要求控制外界条件影响。对发射线尤其要保证是锐线光源，以使吸收完全。重、难点：（1）基 态 原 子 数 与 原 子 化 温 度 服 从 波 兹 曼 公 式 关 键 在 于 No 的 产 生KTEj
14、ePoNj（2）积分吸收与 No 的关系 ofmCedk2v（3）峰值吸收与被测定元素含量的关系vodkb2KKNo峰值测量可依据 LCKAeIIlgALvvo 授课方式：讲授、挂图第二节 原子吸收光谱法的仪器装置内容提要： 原子吸收光谱仪主要由锐线光源、原子化器、分光系统、检测系统和电源同步调制系统五部分组成。产生原理（1）光源空心阴极灯产生锐线光源 影响因素特点（2）原子化器 原 子 化 、 除 残 。 燥 、 灰 化 、 电 源 。 测 定 过 程 ： 干无 火 焰 ： 石 墨 管 、 炉 体 、 燃 烧 器 、 火 焰火 焰 ： 喷 雾 器 、 雾 化 室 质尤 其 是 火 焰 的 组
15、 成 和 性 求应 介 绍 对 每 一 部 分 的 要 （3）单色器 狭 缝 宽 度取 决 于光 强 度分 辨 率 在 AAS 中以单色器的通带表示狭缝宽度。通带光线通过出射狭缝的谱带宽度。（4）检测系统：包括光电倍增长、检波放大器、读数装置注意介绍：放大器采用和空心阴极灯同频率的脉冲或方波调制光源，以避免火焰发射产生的直流信号对测定的干扰。重点： 光谱通带的概念和作用授课方式：讲授、挂图第三节 原子吸收光谱定量分析内容提要： 原子吸收光谱定量分析方法有标准曲线法和标准加入法。重、难点： 元素的特征浓度 Cc、特征质量（m c）和检出限（D）是评价原子吸收光谱分析仪器和分析方法的重要指标。%)
16、1/mLg(A04.Csc /.vsc)g3D1s（A（授课方式：讲授第四节 原子荧光光谱法指导学生了解原子荧光光谱法的基本原理、仪器装置以及定量分析方法。第四章 紫外、可见吸收与分子荧光光谱法第一节 紫外、可见吸收光谱法概述内容提要：介绍紫外可见吸收光谱法的基本概念。紫外可见吸收光谱法是根据溶液中物质的分子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法。也称作紫外和可见吸收光度法，它包括比色分析和紫外可见分光光度法。第二节 有机物与无机物的紫外、可见吸收光谱内容提要：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。无机化合物和有机化合物吸收光谱
17、的产生本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。有 机 化 合 物 吸 收 可 见 光 或 紫 外 光 ， 、 和 n 电 子 就 跃 迁 到 高 能 态 ， 可 能 产 生 的跃 迁 有 *、 n *、 *和 n *。 各 种 跃 迁 所 需 要 的 能 量 或 吸 收 波 长与 有 机 化 合 物 的 基 团 、 结 构 有 密 切 关 系 ， 根 据 此 原 理 进 行 有 机 化 合 物 的 定 性 和 结构 分 析。无机络合物吸收带主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁而产生的。电荷转移跃迁的摩尔吸收系数很大，根据朗伯比尔定律，可以建立这些络合物的定量分析方
18、法。重、难点：分子的电子能级和跃迁生色团的共轭作用d-d 配位场跃迁金属离子影响下的配位体 *跃迁。授课方式：讲授，使用挂图。第三节 紫外、可见吸收光谱法的应用内容提要： 紫外可见吸收光谱法用于有机化合物的定性、定量和结构分析。由于有机化合物的紫外可见吸收光谱比较简单、特征性不强，吸收强度不高，因此应用有一定的局限性。但它能够帮助推断未知物的结构骨架、配合红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等进行定性和结构分析，它是一种有用的辅助手段。重点： 化合物的鉴定、结构分析事例。有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法。将未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数目、位置、相对强度以及吸收峰的形状与已知标准物
19、的吸收光谱进行比较，以此推断未知化合物的骨架。但大多数有机化合物的紫外可见光谱比较简单，特征性不明显，而且很多生色团的吸收峰几乎不受分子中其它非吸收基团的影响，因此，仅利用紫外光谱数据来鉴别未知化合物有较大局限性。结构分析：紫外吸收光谱虽然不能对一种化合物作出准确鉴定，但对化合物中官能团和共轭体系的推测与确定却非常有效。难点： 催化动力学光度法原理。所谓催化动力学分析法是指通过测量反应速率来进行定量分析的方法。许多化学反应在催化剂存在下，可以加快反应速率，而催化反应速率在一定范围内与催化剂浓度成比例关系，因此以光度法检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。但影响该法准确度的因素很多，操作
20、严格，准确测定难度较大。授课方式：讲授，配合实验事例。第三节 分子荧光光谱法内容提要：荧光产生原理，荧光效率及影响因素，荧光强度与溶液浓度的关系，荧光仪器及荧光的分析应用。重点、难点：荧光的产生机理授课方式： 讲授一、概述根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量公析。荧光分析法的最大优点是灵敏度高，选择性也较好，应用范围广。二、基本原理分子荧光的产生处于各激发态不同振动能级上分子，通过无辐射跃迁，释放一部分能量跃回到第一激发态的最低振动能级上，再以辐射跃迁形式回到基态的各振动能极上，产生分子荧光。荧光效率及其影响因素荧光效率荧光效率定义为发荧光的分子数目与激发态分子总的比值即荧光效率
21、( ) (41)f激 发 态 分 子 总 数发 荧 光 的 分 子 数若以各种跃迁的速率常数来表示，则 (42)fifKK f为荧光发射过程中的速率常数 非辐射跃迁的速率常数之和iK荧光与分子结构的关系要具有能够吸收紫外可见光的分子结构如共轮体系， 电子的离域性越强，越易被激发而产生荧光。分子的刚性平面结构有利于荧光的产生环境因素对荧光的影响溶剂的极性增加对激发态产生更大的稳定作用，会使荧光强度增强温度也影响到荧光强度对大多数荧光物质，温度升高，使非辐射跃迁几率增大，荧光效率降低。溶液的 pH 值影响到荧光物质的存在，也影响荧光效率。荧光强度与溶液浓度的关系荧光强度 )I(I0faff 由于 A Ilg0 AI (43) !3).2(!).(3.2I)I1(0fA0f若溶液很稀 A0.05，则 kbcI3.2I.I0f0ff当条件一定时 (45)KCf上式为荧光定量分析的基本关系式荧光猝天：荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间所发生的导致荧光强度下降的物
