第十四章 现代仪器分析简介

Modern Instrumental Analysis

内容提要

1. 原子吸收光谱法① 概述② 原理③ 原子吸收光谱仪④ 测量分析方法

2. 荧光分析法① 概述② 光强度与荧光物质浓度的关系

内容提要

③ 荧光光谱仪④ 定量分析方法及应用

3. 色谱法① 色谱法发展简史② 色谱仪③ 色谱法分离理论④ 色谱法中的定性和定量方法

第一节 原子吸收光谱法

一、概述• 原子吸收光谱法（ atomic absorption spectros

copy, AAS ）基于自由原子对辐射的吸收。选择一定波长的辐射光源，使与某一元素原子的基态和激发态跃迁能级对应，对辐射的吸收导致基态原子数减少。辐射吸收与基态原子浓度有关，即与待测元素的浓度相关。通过测定辐射的量，可获得样品中某元素的含量。

第一节 原子吸收光谱法

二、原理1. 原子吸收光谱的产生

• 不同元素核外电子从基态跃迁到第一激发态吸收的能量 (E)不同，因而吸收波长 ()不同：

= c/ = hc/h = hc/E

2. 原子吸收测量的基本关系式• 符合 Lambert-Beer 定律：

A= -lgT =0.4343KNL

K为吸收系数， N为自由原子总数， L为吸收层厚度。

第一节 原子吸收光谱法

三、原子吸收光谱仪1. 光源 广泛使用的是空心阴极灯 (hollow catho

de lamp) 。2. 原子化器 (atomizer) 原子化器的主要作用是

有效地将样品中待测元素转变成处于基态的气态原子。它的装置主要包括：喷雾器，雾化器和燃烧器三部分。

3. 单色器 常用的是平面光栅单色仪。4. 检测系统 主要由检测器、放大器、对数变换

器、指示仪表组成。

原子吸收光谱仪

第一节 原子吸收光谱法

四、测量分析方法1. 校准曲线法

• 配制一系列合适浓度的标准溶液，分别测定吸光度 A。以 A为纵坐标，浓度或含量 c为横坐标，绘制效准曲线。在相同条件下，测定被测试样的吸光度，从标准曲线上用内插

法求出未知试样浓度。

第一节 原子吸收光谱法

四、测量分析方法2. 标准加入法

• 取等量的数份被测试样，第一份不加被测元素，其余各准确加入已知浓度的被测元素 cs1、cs2 …、 csn，在相同条件下依次测定吸光度。做出浓度 c与吸光度 A的曲线。当被测试样中若不含被测元素，曲线应通过原点；如果曲线不通过原点，说明含有被测元素，并且其外延线与横坐标相交处到原点的距离，即为试样中被测元素浓度 cx。

标准加入法

第一节 原子吸收光谱法

四、测量分析方法2. 灵敏度和检出限

• 灵敏度 (S) 定义为标准曲线的斜率

– 检出限 (detection limit， L.D)，一般定义为3倍于噪音电平所对应的待测元素浓度。

3. 样品的处理

cA

S

m

3.

Ac

DL

第二节 荧光分析法

一、概述• 当物质分子吸收光子能量而被激发，然后从激发

态的最低振动能级返回到基态能级时所发射出的光称为荧光 (fluorescence)

• 根据物质的荧光谱线位置及其强度进行物质鉴定和物质含量测定的方法称为荧光分析法 (fluorome

try)

第二节 荧光分析法

一、概述1. 激发光谱和发射光

谱• 荧光是从第一激发态 S1的最低振动能级返回基态S0的各振动能级时的光辐射。

第二节 荧光分析法

一、概述1. 激发光谱和发射光

谱• 固定发射波长，测得的光谱称为荧光激发光谱。

• 固定激发波长，测得的光谱称为荧光发射光谱。

激发光谱 a 和发射光谱 b

第二节 荧光分析法

一、概述2. 荧光光谱的特点• 斯托克斯位移（ Stokes shift ） • 荧光发射光谱与激发波长无关 • 吸收光谱与发射光谱呈镜像对称关系

第二节 荧光分析法

一、概述3. 荧光寿命和荧光效率• 荧光寿命 f ：当除去激发光源，分子荧光强度降低到激发时最大荧光强度的 1/e所需的时间。

• 荧光效率又称荧光量子产率，发射荧光的光子数与基态分子吸收激发光的光子数之比：

ft

olnt

F

F

吸收激发光的光子数发射荧光的光子数

Φ

第二节 荧光分析法

一、概述4. 影响物质发光的因素 分子结构

– 分子中须有大的共轭 键；刚性平面结构的分子荧光效率高；给电子取代基增大荧光强度，吸电子取代基降低荧光强度。

外部因素 – 升高温度可降低荧光强度；溶剂极性的增加

荧光强度增加。溶剂的粘度减少降低荧光强度； pH 影响弱酸碱荧光物质的荧光强度。

• 荧光熄灭

第二节 荧光分析法

二、光强度与荧光物质浓度的关系根据 Lambert-Beer吸收定律：

A= -lg= bc,

It = Io10-bc

荧光强度 F正比于被荧光物质吸收的强度 Ia 和荧光效率

F = 2.303 Iobc =(2.303 Iob)c

F = K c

第二节 荧光分析法

三、荧光光谱仪 • 光源 • 单色器 • 样品池• 检测器

第二节 荧光分析法

四、定量分析方法及应用 1. 校准曲线法2. 比例法3. 荧光分析法的应用

① 无机化合物的荧光分析② 有机化合物的荧光分析③ 其它应用

DNA的荧光效率低，常用荧光分子作为探针标记 DNA。溴化乙锭 (EB) 是探测 DNA结构的典型的荧光探针分子，在激发波长 546nm，发射波长 590nm具有荧光强度与 DNA数量成正比的特点，可用于定量分析。

第三节 色谱法

一、色谱法发展简史 术语

固定相；色谱柱；流动相；洗脱液 分类

–根据流动相：气相色谱；液相色谱；超临界流体色谱法

–改变固定相的材料：吸附色谱法，分配色谱法，离子交换色谱法，凝胶色谱法，生物亲和色谱法等

–按照固定相的形状：柱色谱法，毛细管色谱法，平板色谱法。

俄国植物学家Tsweet

第三节 色谱法

二、色谱仪

第三节 色谱法

• 响应值与时间的关系的色谱图

第三节 色谱法

• 高效液相色谱

第三节 色谱法

• 色谱法分离理论

• ( 一 ) 基本术语

( 二 ) 塔板理论

( 三 ) 速率理论

( 四 ) 分离度

第三节 色谱法

• 色谱法中的定性和定量方法

( 一 ) 定性方法

( 二 ) 利用峰面积定量

( 三 ) 色谱法分析中生物样品的预处理