2010-05-18 14:30:47 阅读33 评论0 字号:大中小
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。
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。
⒈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。
内容提要:标准曲线绘制、评价定量分析方法的指标:灵敏度、精密度、准确度和检出限
标准曲线是被测物质的浓度或会量与仪器响应信号的关系曲线。
线性范围:标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度(或会量)的范围
依据标准系列的浓度(或会量)和其相应的响应信号测量值来绘制。通常用“一元线性回归法”的数据统计方法来绘出y与x的关系式:
y=a+bx (1—1)
用来表证被测物质浓度x与其响应信号值y之间线性关系好坏程度的一个统计参数:
0<|r|<1。|r|越接近1,则y与x之间的线性关系就越好。
定义:物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度。
S= 或S= (2—2)
灵敏度S实际上就标准曲线的斜率,S值越大,方法的灵敏度越高。
定义:使用同一方法,对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。
s= (1—4)
Er= (1—6)
定义:某方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量。
检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标,是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标。
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,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。
电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场,可以用频率(υ)、波长(λ)和波数(δ)等波参数表征。掌握频、波长、波数的定义及之间的关系。
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。
内容提要: 原子光谱项、原子光谱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
原子接到电子的运动状态可以用主量数n、角量子数l2、磁量子数m和自旋量子数s来描述。
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
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定,相互分隔的谱线,所以原子光谱是线状光谱。
⑴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。
⑵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。
⑶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。
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。
⑴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。
⑶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。
本章地位:本章是仪器分析课程中光分析方法的{dy}章,光分析方法中的一些基本理论、基本概念、基本专业术语,在本章中首次出现并应用,对光分析方法起着建立基本框架、引导学习思路的作用。
紫外-可见吸收光谱法历史较久远,应用十分广泛,与其它各种仪器分析方法相比,紫外-可见吸收光谱法所用的仪器简单、价廉,分析操作也比较简单,而且分析速率较快。
在有机化合物的定性、定量分析方面,例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检查以及在xx、xx产物化学中应用较多。
本章内容: 本章主要讨论了紫外-可见吸收光谱的产生、紫外-可见分光光度计仪器原理和结构以及紫外-可见吸收光谱法在有机定性及结构分析中的应用。
讲解思路: 让学生首先了解: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。而各种化合物,无机化合物或有机化合物吸收光谱的产生在本质上是相同的,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。电子跃迁类型是本章的难点。{zh1}了解利用紫外-可见分光光度计可使物质产生吸收光谱并对其进行检测。鉴定的方法是本章的重点。
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。
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,σ、π和n电子就跃迁到高能态,可能产生的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*。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法。
内容提要:紫外-可见分光光度计主要由光源、单色器、吸收池、检测器及信号显示五部分组成。需讲解每部分的作用与原理。
光源
单色器:从连续光谱中获得所需单色光
吸收池:用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿
检测器:检测光信号。常用检测器有光电管和光电倍增管
信号显示器:是读数装置。
并了解仪器类型及功能,如单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计的工作原理。
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,操作严格,准确测定难度较大。
红外光谱主要用来对有机化合物的官能团鉴别,是有机化合物结构分析中的四大谱学之一,是研究有机化合物化学键的振动和转动能级的跃迁,根据不同波数下产生的特征吸收情况提供化合物结构分析所需的信息。本章内容主要介绍红外光谱法的特点。红外吸收的基本理论,包括分子振动红外光谱产生的条件,红外吸收光谱仪结构及图谱分析。本章计划2学时。
⒉分子振动能级不仅取决于分子的组成,也与其化学键官能团的性质以及空间分布等结构密切相关。
⒊物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关系符合朗伯-比尔定律。
用 或 曲线表示,图谱上纵坐标用透射比表示T%,横坐标为波数 或波长(μm)。
内容提要: 分子振动、红外吸收光谱产生的条件、影响基团频率位移的因素
⒈谐振子 对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟
可见分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。如果用量子力学来处理,求解得到分子的振动能级与谐振子振动频率的关系为
实际上双原子分子不是理想的谐振子,只有当υ较小时,真实分子振动情况才与谐振子振动比较近似。
红外吸收谱带的强弱与分子偶极矩变化的大小有关,根据量子理论红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。
如:c=c双键和c=0双键的振动,由于c=0双键振动时,偶极矩变化较c=c双键大,因此c=0键的谱带强度比c=c双大得多。
偶极矩的变化与固有偶极矩有关,一般极性比较强的分子或基团吸收强度都比较大。
⑴基频区(4000~又称为特征区或官能团区,其特征吸收峰可作为鉴定基团的依据。
指纹区的吸收峰是由于c-c,c-0,c-x单键的伸缩振动以及分子骨架中多数基团的弯曲振动所引起。
分子中各基团的振动并不是孤立的要受到分子中其它部分特别是邻近基团的影响,这种影响可分为内部因素和外部因素。
红外光谱仪由光源、单色器、吸收地、检测器和记录系统五部分组成
⒈光源:要求能发射高强度连续红外国辐射,常用的有能斯特灯和硅碳棒
⒉吸收地:由于中红外光不能透过玻璃和石英,因此红外吸收地是一些无机盐晶体材料,常用晶体(易吸潮应保持干燥)
从光源发出的红外辐射分成两束:一束通过试样地作测量光束,另一束再过比池,经扇面切光器将测量光束和参比光束交替地投射到色散元件上。
与其它红的区别在于用迈克逊干涉计代替光栅单色器,用计算机对干涉图进行傅里叶变换处理,可得到红外吸收光谱图。
本章主要基态分子吸收了一定的能量后,跃迁至激发态再以辐射跃迁形式将能量释放后返回基态,产生分子发光,主要有荧光分析、磷光分析、化学发光分析。本章内容属较新的分析方法,日前处在研究的热门领域,在掌握分子能级跃迁的基础上,讲解各方法的特点。本章计划学时数为2学时。
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。
荧光分析法的{zd0}优点是灵敏度高,选择性也较好,应用范围广。
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{dy}激发态的{zd1}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。
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
要具有能够吸收紫外——可见光的分子结构如共轮体系,π电子的离域性越强,越易被激发而产生荧光。
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。
当条件一定时 (5-5)
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理或化学作用过程。
大多数无机化合物不产生荧光,只有与一些有机化合物形成有荧光的络合物才能对其进行测定。
结一些芳香族化合物基因,具有较强的荧光,可以直接进行分析测定,因此在生物化学、医药、环境、食品等领域有广泛的应用。
化学发光分析是利用某些化学反应所产生的光发射现象而建立的一种新的分析方法。
特点:灵敏度高,测定的线性范围宽,仪器设备简单,分析速度快
化学反应中某一反应产物的分子接受化学反应的化学能被激发形成电子激发态,在返回基态时,以辐射形式释放能量。
发光效率
对一级动力学反应,化学发光峰值强度与分析物浓度成线性关系。
⑴液相化学发光:鲁米诺在碱性溶液中,等氧化剂氧化可产生{zd0}波长在425nm的光辐射
大气中的氮氧化合物、硫化物,尤其是有些过渡金属离子能催化鲁米诺发光反应,由此而建立了这些金属离子的化学光分析方法。
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λ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。
{zh1}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。
内容提要:介绍原子发射光谱的概念,原子发射光谱的实质、方法过程及特点和应用
原子发射光谱法是根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的特征光谱的波长及其强度来测定物质中元素组成和含量的分析方法。
原子发射光谱法的分析过程如下:
(1)在激发光源中,将被测定物质蒸发、解离、电离、激发,产生光辐射。
(2)将被测定物质发射的复合光经分光装置色散成光谱。
(3)通过检测器检测被测定物质中元素光谱线的波长和强度,进行光谱定性和定量分析。
内容提要: 主要介绍原子发生光谱的产生,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10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。
λ——元素的特征波长 、分别为高能级和低能级能量
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。
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。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{zj1}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。
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。
内容提要:首先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{jd1}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{jd1}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
测定分析线对的强度比R~lgC作校正曲线,所求的元素含量xx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。
(2)摄谱法:分析线对的黑度差ΔS与试样中被测元素含量的对数值lgC成线性关系
(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。
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xx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。
内容提要:简介原子吸收法的概念,并与其它吸收光谱法作比较,找出不同点。
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ΔλD和ΔλL影响,锐线光源发射线变宽受ΔλD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xx。
重、难点:(1)
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
(3)单色器
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。
内容提要: 原子吸收光谱分析尽管干扰较少,但是在实际工作中,干扰效应仍然经常发生,有时还较严重。
主要介绍物理干扰、化学干扰、电离干扰和光谱干扰的本质及其抑制干扰的方法。
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、特征质量()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。
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。
本章是电分析化学的基础知识,主要介绍电分析化学的分类、化学电池、电极电位与液体接界电位,电极的种类名称,膜电极等有关电分析化学的基本概念和基础知识。本章的计划学时数为2学时。
{dy}类:在某些特定条件下,通过待试液的浓度与化学电池中某些电参量的关系进行定量分析,如电导、电位、库仑极谱及伏安分析
第三类:通过电极反应把被测物质,转变为金属或其它形式的搓化物,用重量法测定基会量。
实现某种电化学反应的能量由外电源供给则这种化学电池称为电解池仍以铜电极和锌电极为例。
应注意:阳极、阴极是对实际发生的反应而言,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应;
正极、负极是对电荷的流向而言,电子流出为负极,电子流入为正极。
规定:⒈发生氧化反应的一极(阳极)写在左边,发生还原反应的写在右边。
⒉电池组成的每一个接界面用单竖线“∣”隔开,两种溶液通过盐桥连接,用双竖线“‖”表示。
⒊电解质溶液位于两电极之间,并应注明浓度,如有气体应注明压力、温度
内容提要: 电极电位定义、液体接界电位的产生、电极极化的形成
电极电位的产生是由于金属与溶液交界面发生了电荷交换的结果,在金属与溶液之间产生了一定的电位差,这种电位差就是电极电位。
单个电极的电位值目前尚无法测定,它与标准电极组成电池,规定氢标准电极电位为零,测得的电池电动势即为待测电极的电极电位。
∣‖待测电极
在不同电解质或浓度不同的同种电解质溶液界面之间,由于离子扩散通过界面的速率不同,在两液体界面之间有微小的电位差产生,这种电位差称为液体接界电位。
由于 和 的扩散速度几乎相等,所以在两个溶液界面之间使用盐桥可以减小液接电位。
极化是指电流通过电极与溶液的界面时,电极电位偏离平衡电位的现象。
⒈浓差极化:电解过程中电极表面溶液的浓度与主体溶液存在差别,这种由于浓度差别引起的极化叫浓差极化。
电化学极化是由于电极反应速率较慢引起的,这种因电极反应迟缓所引起的极化现象称为电化学极化。
由惰性金属与全有可溶性的氧化和还原物质的溶液组成的电极。如
在电化不测量过程中,溶液主体浓度不发生变化的电极称为指示电极。如有较大电流通过,溶液主体浓度发生显蓍变化的电极称为工作电极。
辅助电极(对电极)与工作电极形成通路,它只提供电子传递的场所。
电解过程中,插入试样电极的电位xx随外加电压的变化而变化,这类电极称为极化电极,当电极电位不随外加电压而变化,这类电极称为去极化电极。
电位分析法是根据测量到的电极电位、由能斯特方程式求得被测物质的浓度,电位分析法通常分为直接电位法和电位滴定法,本章主要内容如下1.离子选择性电极的分类及响应机理,2. 离子选择性电极的性能参数,3. 测定离子活(浓)度的方法,4 电位滴定法,要掌握的重点,难点和知识要点是,电位法测定溶液pH值的原理,pH玻璃电极的特性及对溶液pH测定的影响,选择电极的结构,其响应电位与测定液中氟离子活度之间的关系,膜电极的响应没有{jd1}的专一性,而只有相对的选择性,在表达电极电位与各组分的浓度关系时可用下述方程式表示:E=k± ,直接法校正曲线法和标准加入法是离子选择电极的常用定量分析方法,了解这些方法的各自特点,掌握定量分析的操作,电位滴定反应的类型及其指示电极的选择,本章以讲授为主,学时为5。
本节主要介绍离子选择电极的分类及pH玻璃电极的结构、响应机理、特性及pH的测定、晶体膜电极主要介绍了电极的结构及电极的电位、测的条件,简介了液膜电极、气敏电极酶电极。本节重点在于pH玻璃电极的响应机理,pH的测定选择电极的结构及其浓度检测。难点在于pH膜电位的形成及其公式的推导。本节采用授课方式。
它包括pH敏感膜、内参比电极(AgCl/Ag)内参比液带屏蔽的导线组成,玻璃电极的核心部分是玻璃敏感膜。
纯的制成的石英玻璃由于没有可供离子交换用的电荷质点,不能完成传导电荷的任务,因此石英玻璃对氢离子没有响应。然而在石英玻璃中加入碱金属的氧化物(如),将引起硅氧键断裂形成荷电的硅氧交换点位,当玻璃电极浸泡在水中,溶液中的氢离子可进入玻璃膜与钠离子交换而占据钠离子的点位,交换反应为:
此交换反应的平衡常数很大,由于氢离子取代了钠离子的点位,玻璃膜表面形成了一个类似硅酸结构( )的水化胶层。图1显示了玻璃膜表面与内部离子的分布情况。
1、不对称电位:如果玻璃膜两侧溶液的pH相同,则膜电位应等于零,但实际上仍有一微小的电位差存在,这个电位差称为不对称电位。
2、碱差:pH>10或钠离子浓度较高的溶液时,测得的pH比实际数值偏低,这种现象称之为碱差(钠差)。
Ag/AgCl,0.1mol/L HCl|玻璃膜|试液式标准缓冲溶液||KCl(饱和),
在实际中,的测定是通过与标准缓冲溶液的相比较而确定的。
它由内参比电极、内参比溶液、单晶膜、电极杆屏蔽导线组成,氟电极的核心部分是单晶膜。
若将氟电极浸入待测试液中,由于氟离子的扩散而在电极表面形成双电层产生膜电位,其膜电位公式如下:
氟电极的电位为内=E膜 (E内—内参比电极电位)(9-14)
使用氟离子选择性电极时,溶液的pH应控制在5-6之间,离子选择电极定量的依据
对于Ag+电极 (9-17)
液膜电极也称流动载体电极,与玻璃电极不同,其敏感膜不是同体,而是液体,如 选择电极其结构如图9-5。电极内装有两种溶液,一种是内部溶液(0.1mol·()另一种是具有可交换点位的液体高子交换剂,敏感膜将内参比溶液和试液隔开,这时在每个界面将建立下述平衡
气敏电极是一种气体传感器,常用于分析溶解水溶液中的气体。它的作用原理是利用待测气体与电解质溶液发生反应生成一种离子选择性电极响应的离子。由于这种离子的活度(浓度)与溶解的气体量成正比,因此,电极响应直接与试样中气体的活度(浓度)有关,如
将生物酶涂布在离子选择性电极的敏感膜上,试液中待测物质受酶的催化发生化学反应产生能为离子选择性电极敏感膜所响应的离子,由此可间接测定试液中物质的含量。如
产物铵离子在铵电极上产生电位的响应,从而间接测定了试样中脲的含量。
本节介绍了离子选择性电极的性能参数、电位选择参数、线性范围和检测限及响应时间。通过这些参数可以估计电极的性能,本节重点在于讲解清楚含干扰离子存在的能斯特方程式。授课采用讲授的方式。
式中I为被测离子,j和k为干扰离子,a、b分别是j和k离子所带的电荷数,、和分别为I离子,j离子和k离子的活度,n为I离子的电荷数,和为电位选择系数。
固定干扰法:配制一系列干扰离子j浓度相同而被测离子i浓度不同的溶液,将欲测的离子选择性电极插入各溶液中,测量相应的电位值然后将测得的电位值作图(),可得到如图9-7的曲线,如果i、j均为一价阳离子,则在标准曲线直线部分(9-21)
在水平曲线部分 (9-22
(9-23)
将离子选择性电极的电位(正)对响应离子活度的对数值作图,得到标准曲线(如图9-8),图中AB为离子选择性电极响应的线性范围。直线AB的斜率即为离子选择性电极的响应斜率,M所对应的浓度为电极的检测限。
从参比电极与离子选择性电极同时接触试液时算起,直到电极电位值达到与稳定值相差1 mV所需的时间。
本节介绍了浓度与活度及测定离子活度的方法、标准曲线法、标准加入法及连续标准加入法,是测定离子浓度(活度)的常用方法。本节重点与难点在一了解活度与浓度及连续标准加入法。采用讲授的方式。
若总离子强度保持相同时,离子活度系数保持不变,则 视为恒定,则上式可写为: -24)
电位分析法中采用总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)的方法来控制溶液的总离子强度。
将离子选择性电极与参比电极插入一系列已知的标准溶液中,测出相应的电动势,绘制标准曲线,用同样的方法测定试样溶液的E值,即可从标准曲线上查出被测溶液的浓度。
(9-25)
(9-26)
(9-32)
25℃ (9-33)
相对误差= =(3900n· (9-34)
当 ±0.001V,一价离子相对误差±3.9%,二价离子为±7.8%
电位滴定法是一种利用电位确定终点的分析方法,电位滴定法与直接电位不同,它是以测量电位的变化为基础的方法,不以某一确定的电位值为计算的依据。本节的重点与难点在于掌握判断滴定终点的方法。
电位滴定法是根据电池电动势在滴定过程中的变化来确定滴定终点的一种方法,其装置如图9-13。
(21.40-21.30)∶(-2800-2700)=(x-21.30)∶(0-2700)
伏安与极谱分析法是根据电解池中所发生的电化学现象,通过记录电流-电压曲线进行分析的方法。所不同的是伏安法使用固体或固定电极作工作电极而极谱法使用液态汞电极作工作电极,本章的重点、难点与需要掌握的知识要点如下:1.极谱波的形成。极谱定量分析的基础是极限扩散电流与溶液中待测离子的浓度呈正比,即=kC, 扩散电流方程式
极谱定量方法:除标准曲线法之外,常用标准加入法;极谱波方程式描述了扩散电流与电位之间的关系,简单金属离子的极谱波方程式: ,金属络合物的极谱波方程式:
脉冲极谱法的基本原理和主要特点,单扫描示波极谱法的原理及其特点,循环伏安法的原理及特点,溶出伏安法的原理及其应用。本章以课堂讲授的方式,学时分配为5。
极谱分析法是以滴汞电极作工作电极电解被分析物质的稀溶液,根据电流-电压曲线进行分析的方法。若工作电极为固态电极(玻璃电极、汞膜电极等)称之为伏安法。
极谱分析法现已发展并出现了单扫描示波极谱,交流极谱、脉冲极谱、溶出伏安和极谱催化波等现代极谱法。
1、灵敏度高。普通极谱-,现代极谱-。
本节介绍了经典极谱波的形成,难点与重点在于对电流-电压曲线的解释,采用课堂讲授的方式。
以5.0×·为例,电解质为0.1mol·
=+ lg (10-1)
及分别表示铅离子及铜汞齐在电极表面的浓度,表示汞齐电极的标准电极电位。
式 i=-[Pb2+]o) (10-2)
=k[Pb2+] (10-3)
极限扩散电流正比于溶液中的待测物质的浓度──极谱定量分析的基础。
半波电位:扩散电流为极限扩散电流一半时的滴汞电极的电位,半波电位可作为定性分析的依据。
(10-4)
电解条件的特殊性表现在被分析物质的浓度一般较小,电解过程中,被测离子达到电极表面发生电解反应,主要由三种传质方式:电迁移、对流和扩散。
(6) 滴汞电极作阴极时,氧化电位一般不能超过+0.40 V。
本节主要介绍极谱电流的方程式及影响扩散电流的因素。重点在于理解扩散电流方程式。
(10-5)
式中:n为电极反应中的电子转移数,D为被测组分的扩散系数·,-汞流速(mg·,τ为滴下时间(s),c-待测物质浓度(m mol/L),iτ为任一瞬间的电流(mA).
或 (10-5’)
残余电流由两部分组成:一部分是电解电流,另一部分是充电电流。
由于离子受静电引力作用,使更多的离子趋向电极表面,并在电极上还原所产生的电流,称之为迁移电流。
在电解开始后,电流随电位的增加迅速增大到一个极大值,然后下降到扩散电流区域。电流恢复正常,这种现象称为极谱极大。
本节主要介绍了极谱波的种类及极谱波方程式,难点在于极谱波方程式的推导,采用课堂讲授的方式进行。
1、可逆波。电极反应的速率远比扩散速率快,极谱波上任何一点的电流都受扩散速率所控制。
2、不可逆波。电极反应速率比扩散速率慢,极谱波上的电流不xx由扩散速度所控制,而受电极反应速率所控制。
(10-6)
式中-电极表面的浓度,汞齐中铜的浓度,Eσ是汞齐电极的标准电极电位,扩散电流为:
i=Ks([Pb2+]-[Pb2+]o) (10-7)
[d=Ks[Pb2+] (10-8)
由(10-7)、(10-8)可得:[Pb2+]o= (10-9)
i=Ka([Pb]o-0) (10-10)
i=Ka[Pb]o (10-11)
(10-13)
(10-14)
(10-14’)
则 (10-15)
式 (10-15’)
(10-17)
或 (10-18)
(10-20)
(10-21)
(10-22)
(10-23)
又因为 (10-24)
将式(10-22)、式(10-23)、(10-24)代入式(10-19)得:
(10-28)
一般情况下, 与Ds近似相等,由式(10-27)减式(10-14’)得:
(10-29)
(1) 金属络离子的半波电位比简单金属离子的半波电位员,稳定常数愈大,半波电位愈负,底液中络合剂的浓度愈大,半波电位愈负。
(2) 在(10-27)中,前三项为常数,因此该式可写成下式
(10-30)
根据(10-16),以 作图,可得一直线,据此可用作图法求得 和n值。
(10-31)
(10-32)
(10-33)
若 符合式(10-33),则极谱波为可逆波,若差值不符合式(10-33),则不是可逆波。
本节介绍了极谱定量分析的方法,重点在于标准曲线法,采用自学方式进行。
本节介绍了极谱催化波的概念及类型。对这些内容作一般的了解,重点在于理解什么是催化波,本节采用课堂讲授的方式。
催化电流与汞柱高度无关,扩散电流与汞柱高度的平方根成正比。
铂族元素在稀酸溶液中能形成氢催化波。此外,一些含氮式含硫的有机化合物式它们的金属络合物也能产生氢催化波,其反应过程如下:
本节介绍单扫描极谱法的基本原理及其定量的依据。重点在于定量分析的原理,本节采用课堂讲授的方式进行。
应用阴极射线示波器作为测量工具的极谱法,称为单扫描极谱法(single Sweep Polarography),单扫描是指一滴汞上只加一次扫描电压。
在单扫描极谱法中,滴汞周期7s,其中5s为休止期电压停扫,在滴汞滴下前的2s区间,加上一次电压,扫描电压为0.5v。
(10-36)
式中: -峰电流-电极反应电子数-扩散系数
-极化速率-电极面积-被测物质浓度(mol/L)
25℃ 还原波) (10-37)
(10-38)
本节介绍了循环伏安法的基本原理及该方法的应用,难点与重点在于如何利用该方法判断电极过程。采用课堂教学的方式进行。
循环伏安法是将线性扫描电压施加在电极上,电压与扫描时间的关系如10-19所示,从起始电压U,沿某一方向扫描到终止电压U,后,再以同样的速度反方向扫至起始电压,完成一次循环。当电位从正向负扫描时,电活性物质在电极上发生还原反应,产生还原波,其峰电流为,峰电位为;当逆向扫描时,电极表间上的还原态物质发生氧化反应,其峰电流为,峰电位为。
本节介绍现代极谱法-脉冲极谱法的基本原理及该方法的特点,重点在于理解常规脉冲极谱和差示脉冲极谱的异同点。本节采用课堂讲授的方式进行。
脉冲极谱法是在一个缓慢变化的直流电压下,在滴汞电极的每一滴汞生长的后期。叠加一个小振幅的周期性的脉冲电压,并在脉冲电压的未期测量电解电流的极谱法。
根据所加电压方式的不同,可分为常规脉冲极谱法和微分脉冲极谱法。
(10-39)
(10-40)
本节介绍溶出伏安法(阴极、阳极溶出)的基本原理,重点在于掌握阳极溶出伏安的基本原理,
溶出伏安法,是以电解富集和溶出测定相结合的一种电化学测定方法,它首先将工作电极固定在产生极限电流的电位进行电解,使被测物质富集在电极上,然后反方向改变电位,让富集在电极上的物质重新溶出。其伏安曲线如图10-26,溶出伏安法按照伏出时工作电极发生氧化反应式还原反应,可以分为阳极溶出伏安法和阴极溶出伏安法。
(10-41)
式中,A-电极面积,D-扩散系数,V-溶液体积, -扩散层厚度
溶出技术常采用线性扫描溶出法,在悬和电极上溶出峰电流公式表示为:
(10-42)
(10-43)
常用的工作电极有三类,其结构如图10-29、10-30、10-31。
本章的电解分析是经典的电化学分析方法,它是通过电解后直接称量电析上析出的被测物质的分析方法。内容包括电解分析的基本原理、电解分析方法的应用。库仑分析是在电解分析的基础上发展起来的,它是根据电过程中消耗的电量求得被测物质的含量。在祥细的讲解电解分析的基础,将计量参数由称量沉积物重量转换为以通过电解池的电量来进行计量。本章计划学时数4学时。
内容提要: 电解过程中的电流与电压的关系,分解电压与析出电位及电解分析方法的应用。
电解:在电解池的两个电极上施加直流电压,使物质在电极上发生氧化还原反应而引起物质分解的过程。
以电解溶液为例,通过改变电阻R调节两电极上的电压,将通过电解池电流i对所施加的外加电压作图,可得i—v曲线。
残余电流:当外加电压很小时,有一个逐渐增加的微小电流通过电解池,这个微小电流称为残余电流。
当电位增大到某一数值时,电流迅速增大,并随电压的增大直线上升,电解池内发生明显的电极反应。
电解发生后,电解产物铜和氧气分别沉积和被吸附在阴极和阳极上,形成铜电极和氧电极构成原电池,该原电池的电动势与外加电压相反阴止电解作用的进行,要维持电析反应进行,必须增大外加电压。
电解中,不断调节外加电压,使通过电解池的电流恒定。
特点:电解电流大,并且基本恒定,它的电解效率高,分析速度快。由于阴极电位不断负移,其它离子也有可能沉积下来,所以选择性差。
为了使两种或两种以上的金属定量的分离,把阴极电位控制在一定的范围内电解,从而达到分步测量。
阴极电位的选择,如果两种金属离子的还原电位相差较大,可以控制阴极电位电解,使两种金属分离,通过能斯特方程计算,可以得出起始浓度大致相同的两种一价离子,只要其标准电位相差0.3v以上,就可以通过控制阴极电位电解使其定量分离,对二价和三价离子相差分别为0.15,0.10v就可分步测定。
特点:由于控制阴极电位,能有效地防止共存离子的干扰,因此选择性好。
在电极上析出物质的质量与通过电解池的电量计量关系可用下式表达:
库仑分析的先决条件是电流效率为100%,实际应用中受到一些副反应的影响。
由于控制电位,电解过程中通过电解池的电流发生变化,电量的获得比较麻烦,因此在电路中串联一个库仑计,来求得通过电解池的电量。
如气体库仑计,在25℃,下,每库仑电量析出0.1741吨氢氧混合气体,根据电解过程中,氢氧库仑计中的气体体积,可得到电量参数。从而求得被测物质的浓度。
控制电位库仑分析法的主要特点是选择性好,灵敏度高,准确度好,不需要基准物质。已用于50多种元素的测定和研究。
由工作电极上的电极反应产生的一种“滴定剂 ”与被测物质进行定量反应。当被测物质反应xx后,终点指示系统发出终点信号,电解立即停止,根据法拉第定律,求得被测物质的质量。
实际上是一个恒电流电解装置,它包括电解发生系统和终点指地系统。电解发系统的作用是提供一定的恒电流,产生滴定剂并记录电解时间,指示系统的作用是指示滴定终点。
⑴指示剂法 用于滴定分析的指示剂可用来确定库仑滴定的终点常用的有甲基橙、酚酞、-1淀粉等,要求指示剂不起电极反应
⑶死停终点法:在电解池中插入两个铂电极作为指示电极,线路中串联一个灵敏的流计,滴定达终点时,由溶液中产生一对可逆电对槿丰在的可逆电对消失,检流计中有电流变化指示终点的到达。
本章是仪器分析传统分类中的色谱分析部分,主要分析对象是有机化合物,该方法的使用范围广,实用价值强。内容包括气相色谱和液相色谱,不仅介绍色谱分析方法的理论知识,还强调它的实际应用。本章计划学时数为8学时。
色谱法是1901年由俄国植物学家茨维特提出,最初的认识是在于它的分离价值,用于分离植物中的色素等有色物质。现代的发展,不再局限于有色物质,而且大量用于分离无色物质。
A、B两组分组成的混合物,由载气携带进入色谱柱。由于A、B两组分在固定相和流动相之间的分配系数不同,当A、B两组分随载气沿柱出口方向不断移动时,就会产生差速迁移而逐渐分离。
⑴色谱峰:组分从色谱柱流出,检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。
⑵基线:仅有载气通过色谱柱时,检测响应信号随时间变化的曲线。稳定的基线应该是一条平行于时间坐标的直线。
标准偏差δ:它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半
半高峰宽:峰高一半处对应的色谱峰宽 =2.354δ
色谱峰底宽:色谱峰两侧拐点作切线与基线交点间距离=4δ
死时间:不被保留的组分从进样到色谱峰{zd0}值出现的时间
调整保留时间ˊ:扣除死时间后的保留时间 ˊ=-
保留体积: = 色谱柱出口载气流量
⒈分配平衡: 用分配系数、分配比来描述组分在给定两相间的分配行为。
分配系数K:在一定的温度、压力下,组分在液相和气相之间分配达到平衡时的浓度比
分配比k:在一定的温度、压力下,组分在液相和气相之间分配达到平衡时的质量比
将色谱柱假想为一个精馏塔,塔内有一系列连续的、相等体积的塔板,每一块塔板的高度称理论塔板高度H。并假设在每一块塔板上被分离组分在气液两相间瞬时达到一次分配平衡,若色谱柱长为L 则:
n理论塔板数 (12-12)
这是荷兰学者范第姆特于1956年提出的色谱过程动力学理论。
、B、C为常数,分别代表涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项系数
⒈涡流扩散项A 组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起色谱峰变宽
⒉分扩散项 : 组分在色谱柱内运动,存在浓度梯度,引起色谱峰变宽
⒈分离度R 相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比
⒈气路系统:它是载气连续运行的密闭管路系统,结与路系统的要求是密封性好流速稳定。一般用皂膜流量计测得柱后载气流量F。
⒊分离系统: 主要是在色谱柱内完成试样的分离,有填充柱和毛细管柱两种
⒋温度控制系统: 对气化室,色谱柱和检测器部件的温度进行设定和控制。
主要是检测器和记录仪组成,检测器是将组分的浓度或质量大小转变成电信号,常见的
它由金属池体和装入池体内两个xx结称孔道内的热敏元件所组成,是基于被分离组分
与载气的导热系数不同进行检测。是一种非破坏检测器,对各种物质都有响应。
主要有离子室、火焰喷嘴极化电极和吸集极构成,根据含碳有机化合物在氢火焰中发生
由两个电极和筒状的β放射源(63Ni)组成,带电负性组分进入电离室后,捕获低能量
的自由电,使基始电流下降,电流下降值与进入检测器的电负性组分含量成正比。
主要对含硫、磷化合物有选择性响应,硫的检测波长394n,磷的检测波长526nm
常用的载气有氢、氮、氩、氦等惰性气体。一般用热导检测器时,使用氢、氦气体,其
固体固定相是表面有一定活性的固体吸附剂,如活性炭、硅胶、氧化铝分子筛等,不同
载体:要求比表面积大,化学稳定性和热稳定性好,颗粒均匀,有一定的机械强度。
固定液:高沸点有机液体,要求有适当的溶解性能,选择性好,挥发性小,热稳定性好,
化学衍生化,通过合适的化学反应,改变组分的色谱的分离性质,将极性过强,挥发性
裂解色谱技术:将一些难挥发的固体试样在裂解器中裂解成低分子碎片后,再由载气带
色谱法主要利用保留值定性,但在很多情况下,仍需借助其它手段。
气相色谱定量分析的依据是被测组分的质量与其色谱峰面积成正比
内标法:在一定量的试样中,加入一定量的内标物,根据待测组分和内标物峰面积及内
采用高压泵输送流动相,梯度洗脱,可在柱后直接检测流出液成分,通过改变溶剂极性
或强度进而改变色谱柱效能,分离选择性和组分的容量因子,实现改善色谱系统分离度的目的。
⒈高压输液系统,是提供足够恒定的高压,使流动相以稳定的流量快速渗透通过固定相。
液相色谱常见检测器有:紫外光度检测器,示差折光检测器、荧光检测器电化学检测器。
⒈液—固吸附色谱:基于各组分在固体吸附剂表面上具有不同吸附能力而进行分离。
⒉液—液分配色谱:组分在两相间经过反复多次分配各组分间产生差速迁移,从而实现分离。
⒊化学键合相色谱:通过共价键将有机固定液结合到硅胶载体表面得到各种性能的固定相。
⒋离子交换色谱:离子交换树脂上可电离的离子与流动相中带相同电荷的组分离子进行可逆交换,由于亲和力的不同彼此分离。
⒌离子色谱:用离交换树酯作为固定相,电解质溶液为流动相,用电导检测器检测。
本章内容是有机化合物结构分析中重要的手段之一。在化学、医学、生物学、物理学科
领域均有使用。主要介绍核磁共振的基本原理,核磁共振波谱的主要参数,核磁共振波谱仪及核磁共振波谱的应用。本章计划学时数为2学时。
内容提要: 原子核的磁性、核自旋能级和核磁共振、核自旋能级分布和驰豫。
大多数原子核都有自旋现象,具有核自旋角动量(P),自旋产生磁场具有核磁矩(μ)
⒈核自旋能级:有自旋现象的原子核,在外磁场中,由于磁矩μ和磁场的相互作用,核自旋取向数有(2I+1)个。角动量在Z轴上分量
磁性核一面自旋另一面又以自旋轴以一定角度围绕外磁场方向进行回旋运动,这种运动称为拉莫尔进动。它有一定的回旋频率υ0。当射频的频率正好等于自旋进动频率时,自旋的核就会吸收射频,从低能级跃迁至高能级,这种现象称核磁共振。
当核置于磁场后,处于低能态核和处于高能态核的分布,可以玻尔兹曼分布定律计算。
高能态核往往是通一些非辐射途径回到低能态,这种过程叫核自旋驰豫。它有两种形式即自旋—晶格驰豫和自旋—自旋驰豫。
当核自旋时,核周围的云也随之转动,在外磁场作用下,会感应产生一个与外加磁场方向相反的次级磁场,使外磁场减弱,这种作用称为屏蔽效应。由于氢核具有不同的屏蔽常数σ,引起外磁场或共振频率的移动这种现象称为化学位移。
对于H核,采用的标准物质是四甲基硅烷(TMS)其δ=0
与氢核相连的原子或原子团电负性越强,使氢核周围电子云密度降低,产生去屏蔽效应;元素的电负性越大,去屏蔽效应越大,氢核的化学位移δ值越大。
这种自旋偶合,会引起共振峰的分裂,使谱线增多,简称自旋裂分。
由自旋偶合作用产生的多重峰,裂分峰的间距称为偶合常数,以J表示单位为 ,J值的大小表示氢核间相互偶合作用的强弱。
是指射频的频率或外磁场的强度是连续变化的,即进行连续扫描一直到被观测的核依次被激发发生核磁共振。
采用恒定的磁场,用一定频率宽度的射频强脉冲辐照试样,激发全部欲观测的核,得到全部共振信号。当脉冲发射时,试样中每种核都对脉冲单个频率产生吸收。
质谱是确是化合物分子量的有力手段,它不仅能够准确测定分子的质量而且可以确定化合物的化学式和进行结构分析。本章内容包括质谱分析法原理、质谱图和主要离子峰以及质谱分析法的应用。本章计划学时数为2学时。
采用高速电子来撞击气态分子或原子,将电离后的正离子加速导入质量分析器中,然后按质荷比的大小顺序进行收集和记录,即得到质谱图。根据质谱峰的位置进行物质的定性和结构分析,根据峰的强度进行定量分析。
为了降低背景以及减少离子间或离子与分子间的碰撞,离子源,质量分析器及检测器必须处于高真空状态。
使试样分子或原子离子化,同时具有聚集和准直作用,使离子汇聚成具有一定必何形状和能量的离子束。
将离子源产生的离子按 的大小分离聚集,种类较多,骨单聚集质量分析器,双聚集质量分析器,四极滤质器。
质谱图是以质荷比m/z为横坐标,离子强度为纵坐标来表示质谱数据。
分子受电子束轰击后,失去一个电子而生成的离子 称为分子离子。
当电子轰击的能量超过分子离子电 所需要的能量时,可能使分子离子的化学键进一步断裂,产生质量数较低的碎片称为碎片离子。
有些碎片离子不是仅仅通过键的简单断裂,有时还会通过分子内某些原子或基团的重新排裂或转移而形成离子这种碎片离子称为重排离子。
在质谱图上利用分子峰的m/z可以准确地确定该化合物的村相对分子质量。