1、關于分光光度法和氣相色譜法第1頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四第10章分光光度法和氣相色譜法10.1 分光光度法原理10.2 分光光度計10.3 氣相色譜法原理 10.4 氣相色譜儀第2頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.1分光光度法原理【能力目標】能根據朗伯-比爾定律計算被測物質的含量；會選擇合適的顯色劑及顯色條件。【知識目標】了解物質對光的選擇性吸收的原理；了解偏離朗伯-比爾定律的因素；掌握紫外-可見分光光度法的基本原理；掌握朗伯-比爾定律，以及吸光系數的意義。第3頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.1分光光

2、度法原理10.1.1 光吸收定律10.1.2 測定條件的選擇第4頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四光具有波粒二象性。具有同一波長的光稱為單色光，包含不同波長的光稱為復合光。通常將波長范圍很窄的復合光作為單色光。人們把能對人的視覺系統(tǒng)產生明亮和顏色感覺的電磁輻射稱為可見光，波長為380780nm。單一顏色的光并不是單色光。把兩種特定顏色的光按一定比例混合就可以得到白光，這兩種特定顏色的光稱為互補色光。10.1分光光度法原理第5頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四分光光度法具有儀器簡單、操作便捷、分析速度快、易于普及推廣；靈敏度高，適于測定低含量及微量

3、組分，適宜測定的含量范圍為0.001%0.1%；準確度高、選擇性好，相對誤差一般為1%3%。分光光度法在石油化工工業(yè)分析及環(huán)境監(jiān)測中占有重要地位，主要用于無機元素的測定。第6頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.1.1 光吸收定律10.1.1.1物質對光的選擇性吸收10.1.1.2光的吸收定律10.1.1.3顯色反應第7頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四凡是按波長順序排列的電磁輻射都稱為光譜。通常把吸光物質對電磁輻射吸收時其透射光的光譜稱為吸收光譜。若吸光物質是分子或離子團，則將其吸收光譜稱為分子吸收光譜；若吸光物質是原子蒸氣，則將其吸收光譜稱

4、為原子吸收光譜。分子吸收光譜分為紫外吸收光譜（200380nm）、可見吸收光譜（380780nm）、紅外吸收光譜（0.7825m）和遠紅外吸收光譜（251000m）。 10.1.1.1物質對光的選擇性吸收第8頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 保持待測物質溶液濃度和吸收池厚度不變，測定不同波長下待測物質溶液的吸光度A（或透射比T），以波長為橫坐標，吸光度A（透射比T）為縱坐標，繪制得到的曲線稱為吸收光譜，又稱為吸收曲線。它能清楚地描述物質對一定波長范圍光的吸收情況。圖10-2 KMnO4溶液的吸收光譜圖 第9頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 吸

5、光度最大處的波長稱為最大吸收波長，用符號max表示。在max處測得的摩爾吸光系數為max，max可以更直觀地反映用吸光光度法測定該吸光物質的靈敏度。 對同一物質，濃度不同時，同一波長下的吸光度A不同，最大吸收波長的位置和吸收光譜的形狀相似。 對于不同物質，由于它們對不同波長光的吸收具有選擇性，因此它們的max的位置和吸收光譜的形狀互不相同，可以據此對物質進行定性分析。 對于同一物質，在一定的波長下，隨著濃度的增加，吸光度A也相應增大。而且由于在max處吸光度A最大，在此波長下A隨濃度的增大最為明顯，可以據此對物質進行定量分析。 第10頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四1

6、0.1.1.2光吸收定律（1）朗伯-比爾定律 當一束平行的單色光通過一均勻、非散射和反射的吸收介質時，由于吸光物質與光子的作用，一部分光子被吸收，一部分光子透過介質。I0為入射光強度，It為透過的光強度。透射光強度It與入射光強度I0之比稱為透射比（或透光度），用T表示。透射比倒數的對數稱為吸光度，用A來表示。第11頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 當一束平行的單色光垂直入射通過一均勻、各向同性、非散射和反射的吸收介質時，它的吸光度與介質中吸收物質的濃度及吸收介質的光路長度成正比，這就是朗伯-比爾定律，又稱為光吸收定律。 吸光系數是指待測物質在單位濃度、單位厚度時的吸

7、光度，用K來表示。按照使用濃度單位的不同，可分為質量吸光系數、摩爾吸光系數和比吸光系數。 吸光系數K與吸光物質的性質、入射光波長及溫度等因素有關。第12頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 例10-1 用1，10-菲啰啉分光光度法測定鐵，配制鐵標準溶液濃度為4.00g/mL，用1cm的比色皿在510nm波長處測得吸光度為0.813，求鐵()一菲啰啉配合物的摩爾吸光系數。解： 第13頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 吸光度具有加和性。 當一束平行單色輻射，垂直入射，通過幾種彼此不起反應的物質所組成的吸收介質時，若該吸收介質的入射、出射面是互為平行的

8、平面，且它內部是各向同性的、均勻的、不發(fā)光不散射的，則該吸收介質總的吸光度等于幾種特征吸光度的總和，即吸光度具有加和性。可用下式表示 第14頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四當吸收池的厚度恒定時，以吸光度對濃度作圖應得到一條通過原點的直線。當吸光物質濃度較高時，明顯地看到通過原點向濃度軸彎曲的現象（個別情況向吸光度軸彎曲）。這種情況稱為偏離朗伯-比爾定律。若在曲線彎曲部分進行定量，將會引起較大的誤差。圖10-4 偏離朗伯-比爾定律（2）朗伯-比爾定律的影響因素第15頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 非單色光引起的偏離 使用好的單色器，將入射光波

9、長選擇在被測物質的最大吸收處，以克服非單色光引起的偏離。測定時應選擇適當的濃度范圍，使吸光度讀數在標準曲線的線性范圍內。 溶液的性質引起的偏離 朗伯-比耳定律適用于稀溶液。溶液濃度增大，破壞吸光度與濃度的線性關系。 如果溶液中的吸光物質不穩(wěn)定，發(fā)生解離、締合、形成新化合物或互變異構等化學變化而改變其濃度，導致偏離朗伯-比爾定律。 在測量前做好樣品的預處理，控制好顯色反應、溶液pH和化學平衡條件等。第16頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.1.1.3顯色反應（1）顯色反應 將無色或淺色的無機離子轉變?yōu)橛猩镔|的反應稱為顯色反應，所用的試劑稱為顯色劑。 顯色反應的類型主

10、要有氧化還原反應和配位反應兩大類。 對于顯色反應一般應滿足靈敏度高，有色物質的應大于104；選擇性好，干擾少，或干擾容易消除；有色化合物的組成恒定，符合一定的化 學式；要求有色化合物的化學性質 穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液 的吸光度基本恒定。有色化合物與 顯色劑之間的顏色差別要大，顯色 劑對光的吸收與有色化合物的吸收 峰波長之差（稱為對比度）大于 60nm。 第17頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）顯色劑無機顯色劑 許多無機試劑能與金屬離子發(fā)生顯色反應，但由于靈敏度和選擇性都不高，具有實際應用價值的不多。有機顯色劑 有機顯色劑分子中一般都含有生色團和助色團。生色

11、團是某些含不飽和鍵的基團，如偶氮基等。這些基團中的電子被激發(fā)時所需能量較小，波長200nm以上的光就可以做到，故往往可以吸收可見光而表現出顏色。助色團是某些含孤對電子的基團，如氨基、羥基和鹵代基等。這些基團與生色團上的不飽和鍵相互作用，可以影響生色團對光的吸收，使顏色加深。多元配合物 多元配合物是由三種或三種以上的組分所形成的配合物。目前應用較多的是由一種金屬離子與兩種配位體所組成的三元配合物。多元配合物在吸光光度分析中應用較普遍。第18頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四表10-1 幾種常用的有機顯色劑顯色劑測定元素反應介質顏色最大吸收波長磺基水楊酸Fe3+pH23紫紅

12、520鄰菲啰啉Fe2+pH=39橘紅510丁二酮肟Ni2+堿性，氧化劑存在紅470雙硫腙Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+控制酸度及加入掩蔽劑490550偶氮胂（）Th（）、Zr（）、U（IV）強酸性藍紫665675稀土金屬離子弱酸性鉻天青SA13+pH55.8紫紅530第19頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（3）顯色反應條件顯色劑用量 需加入過量顯色劑，以減少反應的可逆性。顯色劑加入太多，引起副反應，顯色劑的適宜用量是通過實驗來求得的。實驗方法：固定被測組分的濃度和其他條件，只改變顯色劑的加入量，測量吸光度，作出吸光度一顯色劑用量的關系曲線，當顯色劑用量達到某一

13、數值而吸光度無明顯增大時，表明顯色劑用量已足夠。溶液的酸度 酸度影響顯色劑的平衡濃度和顏色，影響被測金屬離子的存在狀態(tài)，影響配合物的組成。顯色反應的適宜酸度是通過實驗來確定的。實驗方法：通過實驗作出吸光度-pH關系曲線，從圖上確定適宜的pH范圍。第20頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 顯色時間 有些顯色反應瞬間完成，溶液顏色很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時間內保持不變；有些顯色反應雖能迅速完成，但有色化合物很快開始褪色；有些顯色反應進行緩慢，溶液顏色需經一段時間后才穩(wěn)定。因此，必須經實驗來確定最適合測定的時間區(qū)間。 實驗方法 配制一份顯色溶液，從加入顯色劑起計算時間，每隔

14、幾分鐘測量一次吸光度，制作吸光度一時間曲線，根據曲線來確定適宜時間。一般來說，對那些反應速率很快，有色化合物又很穩(wěn)定的體系，測定時間的選擇余地很大。第21頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四顯色溫度 選擇顯色溫度時可以做吸光度一顯色溫度曲線。一般顯色反應在室溫下進行，有些顯色反應必須加熱至一定溫度才能完成。溶劑的選擇 有機溶劑常降低有色化合物的解離度，從而提高顯色反應的靈敏度。有機溶劑還可能提高顯色反應的速率，影響有色配合物的溶解度和組成等。第22頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.1.2 測定條件的選擇10.1.2.1樣品溶液的選擇10.1.

15、2.2測定波長的選擇10.1.2.3參比溶液的選擇10.1.2.4吸光度范圍的選擇10.1.2.5儀器狹縫寬度的選擇10.1.2.6干擾的消除第23頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 分光光度法的測定是在溶液中進行的，固體樣品需要轉化為溶液。 無機樣品用合適酸溶解或堿熔融，有機樣品用有機溶劑溶解或提取。有時需要先經濕法或干法將樣品消化，然后再轉化為適合于測定的溶液。溶劑要有良好的溶解能力，在測定波長范圍內沒有明顯的吸收，被測組分在溶劑中有良好的吸收峰形，揮發(fā)性小、不易燃、無毒性、價格便宜等。 10.1.2.1樣品溶劑的選擇第24頁，共126頁，2022年，5月20日，1

16、1點9分，星期四 在定量分析中，選擇被測物質的最大吸收波長max作為測量波長，靈敏度高而且能夠減少或消除由非單色光引起的對朗伯-比爾定律的偏離。 若在max處有其他吸光物質干擾測定時，應根據“吸收最大、干擾最小”的原則來選擇入射光波長，以減少朗伯-比耳定律的偏差。10.1.2.2測定波長的選擇第25頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 參比溶液用來調節(jié)儀器的零點，消除由于吸收池壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差，并扣除干擾的影響。（1）溶劑參比 如果樣品基體、試劑及顯色劑均在測定波長無吸收，則可用溶劑作參比溶液。（2）試劑參比 如果顯色劑或試劑有吸收，可用空白溶液作參

17、比溶液。（3）試液參比 如果顯色劑及溶劑不吸收，而樣品基體組分有吸收，則應采用不加顯色劑的樣品溶液作參比溶液。（4）褪色參比 如果顯色劑、試劑及樣品基體均有吸收，則應使用褪色參比溶液。褪色參比溶液是指在吸光樣品溶液（或顯色溶液）中加入適當試劑，使吸光物質或顯色化合物破壞（或顏色褪去）后的溶液。10.1.2.3參比溶液的選擇第26頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 當濃度較大或濃度較小時，相對誤差都比較大。在實際測定時，只有使待測溶液的透射比T在15%65%之間，或使吸光度A在0.20.8之間，才能保證測量的相對誤差較小。當吸光度A=0.434或透射比T=36.8%時，測

18、量的相對誤差最小。可通過控制溶液的濃度或選擇不同厚度的吸收池來達到目的。10.1.2.4吸光度范圍的選擇第27頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四狹縫寬度過大時，入射光的單色性降低，標準曲線偏離朗伯-比耳定律，準確度降低；狹縫寬度過窄時，光強變弱，測量的靈敏度降低。選擇狹縫寬度的方法：測量吸光度隨狹縫寬度的變化，狹縫寬度在一個范圍內變化時，吸光度是不變的，當狹縫寬度大到某一程度時，吸光度才開始減小。在不引起吸光度減小的情況下，盡量選取最大狹縫寬度。10.1.2.5儀器狹縫寬度的選擇第28頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 （1）控制酸度 利用控制酸

19、度的方法提高反應的選擇性，以保證主反應進行完全。例如，雙硫腙能與Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多種金屬離子形成有色配合物，在0.5mol/LH2SO4介質中Hg2+仍能定量進行，其他離子不發(fā)生反應。 （2）選擇掩蔽劑 利用掩蔽劑消除干擾，選取的掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑以及它與干擾物質形成的配合物的顏色應不干擾待測離子的測定。 （3）分離 采用預先分離的方法，如沉淀、萃取、離子交換、蒸發(fā)和蒸餾以及色譜分離法。10.1.2.6干擾的消除第29頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2分光光度計【能力目標】能熟練操作分光光度計；會運用分光光度定量方

20、法完成實際測定任務。 【知識目標】了解紫外-可見分光光度計的類型和基本結構；掌握紫外-可見分光光度計的使用方法；了解分光光度計波長、透射比、穩(wěn)定度、吸收池配套性的檢驗方法。 第30頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2分光光度計10.2.1 分光光度計結構10.2.2 分光光度計的使用方法10.2.3 分光光度分析方法第31頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.1 分光光度計結構10.2.1.1 光源10.2.1.2 單色器10.2.1.3 吸收池10.2.1.4 檢測器10.2.1.5 信號處理和顯示系統(tǒng)第32頁，共126頁，2022

21、年，5月20日，11點9分，星期四光源是能發(fā)射所需波長的光的器件。光源應滿足的條件是在儀器的工作波段范圍內可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的光強度，其能量隨波長變化小，穩(wěn)定性好，使用壽命長?？梢姽庠闯Ｓ霉庠礊榘谉牍庠?，如鎢燈和碘鎢燈等。紫外光源主要采用氫燈、氘燈和氚燈等放電燈。10.2.1.1光源紫外光源-氘燈(185-375 nm)可見光源-鎢燈(320-2500nm)第33頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.1.2單色器單色器是能從光源發(fā)射的光中分離出一定波長范圍譜線的器件。它由入射狹縫、準直裝置（透鏡或反射鏡）、色散元件（棱鏡或光柵）、聚焦裝置（透鏡或凹面反射鏡

22、）和出口狹縫五部分組成。色散元件分別為棱鏡和反射光柵。第34頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.1.3吸收池吸收池也稱比色皿，是盛放待測流體（流體、氣體）試樣的容器。它應具有兩面互相平行，透光且精確厚度的平面，能借助機械操作能把待測試樣間斷或連續(xù)地排到光路中，以便吸收測量的光通量。石英池用于紫外-可見光區(qū)，玻璃池用于可見和近紅外區(qū)。長度為1cm（幾厘米到10cm或更長）第35頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.1.4檢測器檢測器是能把光信號轉變?yōu)殡娦盘柕钠骷?。檢測器具有高靈敏度、高信噪比、響應速度快，在整個研究的波長范圍內有恒定的

23、響應，在沒有光照射時，其輸出應為零，產生的電信號應與光束的輻射功率呈正比。在紫外-可見光區(qū)常用的檢測器有光電池、光電管、光電倍增管、硅光電二極管檢測器等。第36頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 通常信號處理器是一種電子器件，它可放大檢測器的輸出信號，也可以把信號從直流變成交流（或相反），改變信號的相位，濾掉不需要的成分。信號處理器也可用來執(zhí)行某些信號的數學運算。如微分、積分或轉換成對數。 在現代儀器中，常用的讀出器件有數字表、記錄儀、電位計標尺、陰極射線管等，現在的顯示系統(tǒng)多通過計算機輸出。10.2.1.5信號處理和顯示系統(tǒng)第37頁，共126頁，2022年，5月20日

24、，11點9分，星期四10.2.2 分光光度計的使用方法10.2.2.1 721型可見分光光度計10.2.2.2 UV-1801型紫外-可見分光光度計10.2.2.3 使用方法第38頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 圖10-6 721型分光光度計的光學系統(tǒng)1-鎢燈；2-透鏡；3-玻璃棱鏡；4-準直鏡；5、12-保護玻璃；6-狹縫；7-反射鏡；8-光欄；9-聚光透鏡；10-吸收池；11-光閘；13-光電管10.2.2.1 721型可見分光光度計第39頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.2.2 UV-1801型紫外-可見分光光度計UV-180

25、1型紫外可見分光光度計的光學系統(tǒng)圖D-氘燈；W-鎢燈；G-光柵；N-接收器；M1-聚光鏡；M2、M5-保護片；M3、M4-準直鏡；T1、T2-透鏡；F1F5-濾色片；S1、S2-狹縫；Y-樣品池第40頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（1）不連接計算機 打開儀器主機右側電源開關，稍等約十幾秒鐘，按儀器面板鍵盤上除“RESET”的其他任意鍵，儀器進行自檢。儀器藍色液晶大屏幕上五項都顯示“OK”后，預熱時間20min以后，按任意鍵進入儀器操作主菜單。按數字鍵2，進入“光度測量”，按儀器面板上參數設置鍵“F1”，進入“參數設置”，選擇或輸入所需波長及其他參數，按“Enter”

26、鍵進行編輯確認。根據儀器提示，將樣品拉入光路，按“F2”進行樣品測定。測量完畢關閉電源，清洗比色皿放入比色皿盒。10.2.2.3使用方法第41頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）聯(lián)接計算機 打開計算機桌面上的“UVSoftware”圖標，點擊左下方“初始化”按鈕，儀器將進行反控自檢。單擊工具欄菜單上的“光譜掃描”，進入光譜掃描測量方式。單擊“參數”，進行參數設置。單擊“測量”，根據提示拉入參比，按“確定”按鈕。參比測量完成，根據提示拉入樣品液，點擊“OK”按鈕。單擊“峰谷檢測”，彈出峰谷檢測精度設置窗口，輸入檢測精度，確定最大吸收波長。測量完成后，保存并打印譜圖。單

27、擊工具欄菜單上的“定量分析”，便進入定量分析方式。單擊菜單欄的“儀器”點擊“比色皿校正”，進行比色皿校正。根據提示拉入參比，點擊“確定”按鈕。單擊“參數”，進行參數設置。單擊工具欄菜單上的“測量”，根據提示拉入標樣液，點擊“確定”按鈕。標樣測量完畢，在濃度欄內輸入對應標樣的濃度值，按“擬合”進行曲線擬合。界面上顯示出以上測量參數所建立的曲線，并且顯示擬合的相關系數和建立的曲線方程。點擊界面右下方的未知樣處，使“未知樣”變成“未知樣一一正在使用”，單擊“測量”，根據提示拉入未知樣溶液，點擊“OK”按鈕，界面上顯示出未知樣濃度測量結果。測量完成后，保存測量結果。吸收池配套性檢驗方法是在220nm（

28、石英吸收池）和440nm（玻璃吸收池）波長處，每個吸收池中裝入蒸餾水，將一個吸收池的透射比調至100%T，測量其他各吸收池的透射比值，其差值不大于0.5%T則吸收池的配套性合格。第42頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.2.3.1目視比色法10.2.3.2分光光度法10.2.3.3紫外分光光度法10.2.3分光光度分析方法第43頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質含量的方法稱為目視比色法。在相同條件下，如果被測溶液與標準溶液具有相同顏色，則被測溶液與標準溶液的濃度相同。標準系列法，其方法是使用一套由同種材料

29、制成的、大小形狀相同的比色管（平底玻璃管），其中分別加入一系列不同濃度的標準溶液和待測液，在實驗條件相同的情況下，再加入等量的顯色劑和其他試劑，稀釋至一定體積搖勻，然后從管口垂直向下觀察，比較待測溶液與標準溶液顏色的深淺。若待測溶液與某一標準溶液顏色深度一致，則說明兩者濃度相等；若待測溶液顏色介于兩標準溶液之間，則取其算術平均值作為待測溶液的濃度。 10.2.3.1目視比色法第44頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（1）計算法 如果待測組分的吸光系數已知，可以通過測定溶液的吸光度，直接根據朗伯-比耳定律，求出組分的濃度或含量。（2）直接比較法 在相同的條件下，分別測定標

30、準溶液（濃度為c0）和樣品溶液（濃度為cx）的吸光度A0和Ax，由下式求出待測物質的濃度。10.2.3.2分光光度法第45頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（3）工作曲線法（標準曲線法）先配制一系列濃度不同的標準溶液，在與樣品相同條件下，分別測量其吸光度。將吸光度與對應濃度作圖，所得直線稱工作曲線（標準曲線）如圖10-8所示，然后測定試樣的吸光度，再從工作曲線上查出試樣溶液的濃度。圖10-8工作曲線第46頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（4）多組分的定量分析兩個以上吸光組分的混合物，根據其吸收峰的互相干擾情況，分為三種情況，如圖10-10所示。

31、（a） （b） （c） 圖10-10 混合物的吸收光譜第47頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四吸收光譜部分重疊 圖10-10（b）的情況表明兩種組分x對y的測定有干擾，而y對x的測定沒有干擾。首先測定純物質x和y分別在1、2處的吸光系數 、 、 和 ，再單獨測量混合組分溶液在1處的吸光度，求得組分x的濃度cx。然后在2處測量混合溶液的吸光度，根據吸光度的加和性，即得 可求出組分y的濃度。第48頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四吸收光譜相互重疊 圖10-10（c）的情況表明，兩組分在1、2處都有吸收，兩組分彼此互相干擾。首先測定純物質x和y分別在1

32、、2處的吸光系數 、 、 和 ，再分別測定混合組分溶液在1、2處溶液的吸光度及，然后列出聯(lián)立方程 第49頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（1）紫外吸收光譜的產生分子的紫外吸收光譜是由價電子能級的躍遷而產生的，電子能級間隔為120eV紫外與可見光區(qū)。物質對紫外光的吸收與價電子的激發(fā)有關，吸收峰的波長與物質的鍵型有關系，可以定性鑒定分子中的官能團，也可以用紫外吸收光譜定量測定含有吸收官能團的化合物。10.2.3.3紫外分光光度法第50頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）電子躍遷類型基態(tài)有機化合物的價電子包括成鍵電子、成鍵電子和非鍵電子（以n表示

33、）。分子的空軌道包括反鍵*軌道和反鍵*軌道，因此，可能產生的躍遷有*、*、n*、n*等，如圖10-11所示。 圖10-11 紫外-可見光譜區(qū)產生的吸收帶類型COHnpsHCHHOoooo=o=n第51頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（3）紫外吸收圖譜 生色團 生色團就是能在一分子中導致在2001000nm的光譜區(qū)內產生特征吸收帶的具有不飽和鍵和未共享電子對的基團。有機化合物的顏色與化合物存在某種基團有關，例如一N=N一、一N=O等，這些基團使物質具有顏色故稱為生色團。 助色團 助色團可分為吸電子助色團和給電子助色團。吸電子助色團是一類極性基團，給電子助色團是指帶有未成

34、鍵n電子的雜原子的基團。例如-OR，-NIHR，-SH，-Cl，-Br，-I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當它們與生色團相連時，會使其吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生移動，并且增加其吸收強度。第52頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 藍移和紅移 在有機化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生移動。向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移。 增色效應和減色效應 由于有機化合物的結構變化使吸收峰摩爾吸光系數增加（減少）的現象稱為增色效應（減色效應）。 溶劑效應 改變溶劑的極性，會引起吸收帶形狀的變化，還會使吸收帶的最大吸

35、收波長發(fā)生變化。 盡量選用低極性溶劑；能很好地溶解被測物，并且形成的溶液具有良好的化學和光化學穩(wěn)定性；溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。第53頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 吸收帶 R吸收帶。R吸收帶是由n-共軛基團n*躍遷產生的。K吸收帶。K吸收帶是由共軛鍵*躍遷產生的。B吸收帶。B吸收帶由苯環(huán)共軛鍵*躍遷產生的芳香族化合物的特征吸收帶。E吸收帶。E吸收帶屬于苯環(huán)共軛鍵*躍遷，也是芳香族化合物的特征吸收帶。苯的E帶分為E1帶和E2帶。E1帶max=184nm（=60000），E2帶max=204nm（=7900）。第54頁，共126頁，2022年，5月20日，11

36、點9分，星期四（4）紫外吸收光譜類型飽和烴及其取代衍生物不飽和烴醛、酮羧酸、酯芳香烴雜環(huán)化合物第55頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 定性鑒定 吸收光譜曲線的形狀、吸收峰的數目以及最大吸收波長的位置和相應的摩爾吸收系數，是進行定性鑒定的依據，其中最大吸收波長max及相應的max是定性鑒定的主要參數。確定未知不飽和化合物結構的結構骨架，一般有兩種方法：比較吸收光譜曲線；用經驗規(guī)則計算最大吸收波長max，然后與實測值比較。比較法是在相同的測定條件下，比較未知物與已知標準物的吸收光譜曲線，如果它們的吸收光譜曲線完全等同，則可以認為待測試樣與已知化合物有相同的生色團。也可以各

37、種有機化合物的紫外與可見光譜標準譜圖或有關電子光譜數據表。參照一些經驗規(guī)則以及其他方法（如紅外光譜法、核磁共振波譜、質譜，以及化合物某些物理常數等）。經驗規(guī)則，如伍德沃德（Woodward）規(guī)則、斯科特（Scott）規(guī)則，通過計算其最大吸收波長與實測值比較后，進行初步定性鑒定。（5）定性分析第56頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 結構分析 紫外吸收光譜在研究化合物結構中的主要作用是推測官能團、結構中的共軛關系和共軛體系中取代基的位置、種類和數目。官能團的鑒定。先將樣品盡可能提純，然后繪制紫外吸收光譜。由所測出的光譜特征，根據一般規(guī)律對化合物作初步判斷。順反異構體的確定

38、。順反異構體的波長吸收強度不同，由于反式構型沒有立體障礙，偶極矩大，而順式構型有立體障礙。因此反式的吸收波長和強度都比順式的大?；プ儺悩嬻w的確定。紫外吸收光譜除應用于推測所含官能團外，還可對某些同分異構體進行判別。常見的異構體有酮一烯醇式、醇醛的環(huán)式一鏈式、酰胺的內酰胺一內酰亞胺式等。 化合物純度的檢測 紫外吸收光譜能檢查化合物中是否含具有紫外吸收的雜質，如果化合物在紫外光區(qū)沒有明顯的吸收峰，而它所含的雜質在紫外光區(qū)有較強的吸收峰，就可以檢測出該化合物所含的雜質。 用吸光系數來檢查物質的純度。當試樣測出的摩爾吸光系數比標準樣品測出的摩爾吸光系數小時，其純度不如標樣。相差越大，試樣純度越低。第5

39、7頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四紫外分光光度定量分析與可見分光光度定量分析的定量依據和定量方法相同。在進行紫外定量分析時應選擇好測定波長和溶劑，一般選擇max作測定波長，若在max處共存的其他物質也有吸收，則應另選較大，而共存物質沒有吸收的波長作測定波長。選擇溶劑時要注意所用溶劑在測定波長處應沒有明顯的吸收，而且對被測物溶解性要好，不和被測物發(fā)生作用，不含干擾測定的物質。（6）定量分析第58頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3 氣相色譜法原理【能力目標】能根據色譜圖明確色譜有關術語；會選擇合適的顯色劑及顯色條件。【知識目標】了解氣-固、

40、氣-液色譜的分離原理；掌握氣相色譜圖和氣相色譜的有關術語。第59頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.1 氣相色譜法原理10.3.2 氣相色譜圖及有關術語10.3 氣相色譜法原理第60頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四俄國植物學家茨維特（Tswett）于1906 年研究植物葉子的色素成分時，將植物葉子的萃取物倒入填有固定相（碳酸鈣）的直立玻璃管內，然后加入流動相（石油醚），色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶，由此得名色譜法。填充固定相（碳酸鈣）的玻璃柱管叫做色譜柱，把柱中出現的有顏色的色帶叫做色譜圖。色譜分析法實質上是一種物理化學分

41、離方法，即利用不同物質在兩相（固定相和流動相）中具有不同的分配系數（或吸附系數），當兩相作相對運動時，這些物質在兩相中反復多次分配（即組分在兩相之間進行反復多次的吸附、脫附或溶解、揮發(fā)過程）從而使各物質得到完全分離。10.3 氣相色譜法原理第61頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（1）按固定相和流動相所處的狀態(tài)分類分類流動相固定相類型液相色譜液體固體液-固色譜液體液體液-液色譜氣相色譜氣體固體氣-固色譜氣體液體氣-液色譜第62頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）按分離機制分類 吸附色譜法。利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強弱不同而得以分

42、離的方法，稱為吸附色譜法。分配色譜法。利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達到分離的方法稱為分配色譜法。離子交換色譜。利用溶液中不同離子與離子交換劑間的交換能力的不同而進行分離的方法?？臻g排斥（阻）色譜法。利用多孔性物質對不同大小的分子的排阻作用進行分離的方法。氣相色譜法是基于色譜柱能分離樣品中各個組分，檢測器能連續(xù)響應，能同時對各組分進行定性定量的一種分離分析方法。第63頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.1氣相色譜法原理 圖10-13 色譜分離過程 塔板理論將色譜柱看作一個分餾塔，待分離組分在分餾塔的塔板間移動，在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間

43、形成平衡，隨著流動相的流動，組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板，并不斷形成新的平衡。一個色譜柱的塔板數越多，則其分離效果就越好。 速率理論方程式亦稱范弟姆特方程式 。 H = A + B/u + Cu第64頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.1.1氣-固色譜法分離原理氣-固色譜的固定相是固體吸附劑，氣體試樣由載氣攜帶進入色譜柱，與吸附劑接觸時，很快被吸附劑吸附。隨著載氣的不斷通入，被吸附的組分又從固定相中洗脫出來（稱為脫附），脫附下來的組分隨著載氣向前移動時有再次被固定相吸附。隨著載氣的流動，組分吸附-解析的過程反復進行。由于組分性質的差異，固定相對它們的吸

44、附能力有所不同。易被吸附的組分，脫附較難，在利用不同物質在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同實現物質的分離。第65頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.1.2氣-液色譜法分離原理氣-液色譜的固定相是涂在載體表面的固定液，氣體試樣由載氣帶進入色譜柱，與固定液接觸時，氣相中各組分就溶解到固定液中。隨著載氣的不斷通入，被溶解的組分又從固定液中揮發(fā)出來，揮發(fā)出來的組分隨著載氣向前移動時有再次被固定液溶解。隨著載氣的流動，溶解-揮發(fā)的過程反復進行。由于組分性質的差異，固定液對它們的溶解能力將有所不同。易被溶解的組分，揮發(fā)較難，在柱內移動的速度慢，停留的時間長；反之，不易被

45、溶解的組分，揮發(fā)快，在柱內停留的時間短。經一定的時間間隔（一定柱長）后，性質不同的則分便達到彼此的分離。第66頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.2.1 氣相色譜圖10.3.2.2 有關術語10.3.2 氣相色譜圖及有關術語第67頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.2.1氣相色譜圖圖10-14 氣相色譜圖第68頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.3.2.2有關術語（1）基線在實驗條件下，色譜柱后僅有純流動相進入檢測器時的流出曲線稱為基線?；€在穩(wěn)定的條件下應是一條水平的直線，如直線OO所示，它的平直與否

46、可反應出實驗條件的穩(wěn)定情況。基線噪聲是指由各種因素所引起的基線起伏，如圖10-15（a）所示。基線漂移是指基線隨時間定向的緩慢變化，如圖10-15（b）所示。 （a） （b） 圖10-15基線噪聲和基線漂移第69頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四當某組分從色譜柱流出時，檢測器對該組分的響應信號隨時間變化所形成的峰形曲線稱為該組分的色譜峰。色譜峰一般呈高斯正態(tài)分布。實際上一般情況下的色譜峰都是非對稱的色譜峰即非高斯峰。 前伸峰 前沿平緩后部陡起的不對稱色譜峰，如圖10-16（a）所示。 拖尾峰 前沿陡起后部平緩的不對稱色譜峰，如圖10-16（b）所示。平頂峰 出色譜峰不是

47、尖峰，而是其頂部有一平臺，如圖10-16（c）所示。饅頭峰 峰形比較矮而胖像饅頭一樣的色譜峰，如圖10-16（d）所示。（a） （2）色譜峰（b） （c） （d） 第70頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（3）峰高和峰面積峰高（h）是指峰頂到基線的距離。峰面積（A）是指每個組分的流出曲線與基線間所包圍的面積。峰高或峰面積的大小與每個組分在樣品中的含量相關，因此色譜圖中，峰高和峰面積是氣相色譜進行定量分析的主要依據。（4）峰拐點峰拐點是指在組分流出曲線上二階導數等于零的點，如E、F 點。（5）峰寬與半峰寬峰寬（Wb）是指色譜峰兩側拐點所作的切線與基線兩交點之間的距離，如I

48、 J。半峰寬（W1/ 2 ）是指在峰高1/2h 處的峰寬，如GH。（6）保留值表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時間的數值。它反映組分與固定相之間作用力的大小，通常用保留時間（亦稱停留時間）或用將組分帶出色譜柱所需載氣的體積（保留體積）表示。在一定的固定相和操作條件下，任何一種物質都有一確定的保留值，這樣就可用作定性參數。第71頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四死時間（tM） 是指不被固定相吸附或溶解的氣體( 如空氣、甲烷) 從進樣開始到柱后出現濃度最大值時所需的時間。顯然，死時間正比于色譜柱的空隙體積。保留時間（tR） 是指被測組分從進樣開始到柱后出現濃度最大值時所需的

49、時間。保留時間是色譜峰位置的標志。調整保留時間（tR） 是指扣除死時間后的保留時間，即 tR= tRtM 此式說明tR由tM與tR二部分組成。就是說tR等于組分因固定相作用引起滯留時間tR加上組分因流動相作用引起滯留時間tM，它更確切地表達了被分析組分的保留特性，是氣相色譜定性分析的基本參數。死體積（VM） 是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器的空間的總和。若操作條件下色譜柱內載氣的平均流速為 Fc （mL /min），則 VM=tMFC第72頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四保留體積（VR） 是指從進樣開始到柱后被測組分出現

50、濃度最大值時所通過的載氣體積，即 VR=tRFC調整保留體積（VR） 指扣除死體積后的保留體積，即 VR = tR FC=( tRtM) Fc= VRVM同樣，VR與載氣流速無關。死體積反映了色譜柱和儀器系統(tǒng)的幾何特性，它與被測物的性質無關，故保留體積值中扣除死體積后將更合理地反映被測組分的保留特性。相對保留值（ris） 指一定實驗條件下某組分i 的調整保留值與標準物質s 的調整保留值之比 ris僅僅與柱溫和固定相性質有關，而與載氣流量及其他實驗條件無關。因此是色譜定性分析的重要參數之一。第73頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四選擇性因子（ ）指相鄰兩組分的調整保留值之

51、比。 分配系數（K） 是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達平衡時的濃度之比值，即 第74頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4氣相色譜儀【能力目標】能熟練操作氣相色譜儀；會根據被測物的性質選擇色譜測定條件。【知識目標】了解氣相色譜儀的分類和基本結構，熟悉氣相色譜儀的使用方法，掌握色譜定性分析方法；熟悉色譜操作條件的選擇；掌握定量分析歸一化法、內標法、內標標準曲線法、外標標準曲線法等定量方法。第75頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.1 氣相色譜分析流程10.4.2 氣相色譜儀的基本結構10.4.3 氣相色譜儀的使用說

52、明10.4.4 氣相色譜分析方法10.4 氣相色譜儀第76頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.1氣相色譜分析流程 圖10-17 單柱單氣路結構示意圖 1.載氣鋼瓶；2.減壓閥；3.凈化器；4.氣流調節(jié)閥； 5.轉子流量計；6.氣化室；7.色譜柱；8.檢測器 第77頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四 圖10-18雙柱雙氣路結構示意圖 1.載氣鋼瓶；2.減壓閥；3.凈化器；4.穩(wěn)壓閥；5.壓力表；6、6.針形閥；7、7.轉子流量計；8、8. 進樣氣化室；9、9.色譜柱；10.檢測器第78頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期

53、四10.4.2.1 氣路系統(tǒng)10.4.2.2 進樣系統(tǒng)10.4.2.3 分離系統(tǒng)10.4.2.4 檢測系統(tǒng)10.4.2.5 溫度控制系統(tǒng)10.4.2.6 數據處理系統(tǒng)10.4.2 氣相色譜儀的基本結構第79頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.2.1氣路系統(tǒng) 氣路系統(tǒng)由氣體鋼瓶、減壓閥、空氣壓縮機、凈化管、穩(wěn)壓閥、針形閥、穩(wěn)流閥、管路連接裝置、載氣流量計等部件組成。氣路系統(tǒng)是一個載氣連續(xù)運行的密閉管路系統(tǒng)。要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定及流速測量準確。氣相色譜的載氣是載送樣品進行分離的惰性氣體，是氣相色譜的流動相。常用的載氣為氮氣、氫氣（在使用氫火焰離子化檢測器

54、時作燃氣，在使用熱導檢測器時常作為載氣）、氦氣、氬氣（氦、氬由于價格高，應用較少）。氣路不密封將會使實驗出現異?，F象，造成數據的不準確或爆炸事故。氣路檢漏最常用方法是皂膜檢漏法：用毛筆蘸上肥皂水涂在各接頭上檢漏，檢畢應使用干布將皂液擦凈。一旦發(fā)生漏氣，立即關機，直至檢修（如更換密封圈，螺母或管道等）后不再漏氣，方可開機。用轉子流量計和皂膜流量計測量載氣流量，來正確選擇載氣流速，提高色譜柱的分離效能，縮短分析時間?，F在儀器使用電子壓力控制器自動控制分流進樣器及檢測器中載氣流速。第80頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.2.2進樣系統(tǒng)（1）進樣器 氣體進樣器 氣體樣

55、品可以用平面六通閥（又稱旋轉六通閥）進樣，通過定量管，將管中氣樣帶入色譜柱中。定量管有0.5mL、1mL、3mL、5mL等規(guī)格。第81頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四液體進樣器 采用微量注射器進樣，常用的微量注射器有1L、10L、50L、100L等規(guī)格。固體樣品用溶劑溶解后，用微量注射器進樣。對高分子化合物進行裂解色譜分析時，通常先將少量高聚物放入專用的裂解爐中，經過電加熱、高聚物分解、氣化、然后再由載氣將分解產物帶入色譜儀進行分析。冷柱進樣、頂空進樣和自動進。第82頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四電加熱器，將液體樣品瞬間氣化為蒸汽。注射針頭

56、將樣品注入熱區(qū)時，樣品瞬間氣化，然后由載氣將氣化了的樣品迅速帶入色譜柱內。要求氣化室的熱容量要大，溫度要足夠高，死體積小，提高柱效，常見為0.2mL1mL；襯管內壁具有足夠惰性，不對樣品發(fā)生吸附、催化作用等。正確選擇液體樣品的氣化溫度，對高沸點和易分解的樣品，在氣化溫度下，樣品能瞬間氣化而不分解，一般儀器的的最高氣化溫度為350420，有的可達450，大部分的氣相色譜儀應用的氣化溫度都在400以下，高檔儀器的氣化室有程序升溫功能。氣化室的溫度可使用溫度計或熱電偶測量，通過測溫毫伏計指示出氣化室溫度。 （2）氣化室第83頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.2.3分

57、離系統(tǒng)分離系統(tǒng)主要由柱箱和色譜柱組成。（1）柱箱 柱箱的尺寸和控溫參數是柱箱的兩個基本參數。 柱箱的尺寸決定是否能安裝多根色譜柱，及操作是否方便。體積一般不超過15dm3，室溫450，程序升溫裝置。部分氣相色譜儀帶有低溫功能，低溫一般用液氨或液態(tài)CO2來實現的，主要用于冷柱上進樣。第84頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）色譜柱類型填充柱和毛細管柱又稱為開管柱。填充柱是指在柱內均勻、緊密填充固定相的色譜柱。其形狀多為U形或螺旋形，內徑2 4 mm，長1 5m；材料多為玻璃和不銹鋼兩種。毛細管柱由管身和固定相兩部分組成。內徑0.1 0.5mm，長達幾十至100m。通常

58、彎成直徑1030cm的螺旋狀。分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱。毛細管柱因滲透性好、傳質快，因而分離效率高(n可達106)、分析速度快、樣品用量小。第85頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四表10-4常用色譜柱的特點和用途參數柱長/m內徑/mm柱效N/m進樣量/ng液膜厚度/m相對壓力主要用途填充柱經典152450010001010610高分析樣品微型1分析樣品制備4制備純化學品WCOT微徑柱1100.1400080001010000.11低快速GC常規(guī)柱10600.20.3230005000常規(guī)分析大口徑柱10500.530.7510002000定量分析第86頁，共126

59、頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四10.4.2.4檢測系統(tǒng)檢測器是用來連續(xù)監(jiān)測經色譜柱分離后的流出物的組成和含量變化的裝置，作用是將色譜柱分離后的各組分的濃度信號轉變成電信號。利用溶質（被測物）的某一物理或化學性質與流動相有差異的原理，當溶質從色譜柱流出時，會導致流動相背景值發(fā)生變化，并將這種變化轉變成可檢測的信號，從而在色譜圖上以色譜峰的形式記錄下來。 氣相色譜檢測器按其原理與檢測特性主要分為濃度型檢測器、質量型檢測器。濃度型檢測器有熱導池檢測器(TCD)、電子捕獲檢測器(ECD)；質量型檢測器有氫火焰離子化檢測器(FID)、火焰光度檢測器(FPD)、氮磷檢測器(NPD)。檢測器

60、的性能指標是在色譜儀工作穩(wěn)定的前提下進行討論的，主要指靈敏度、檢測限、噪聲、線性范圍和響應時間等指標。 第87頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（1）熱導池檢測器。 （a）雙臂熱導池 (b) 四臂熱導池 圖10-20 熱導池檢測器的結構示意圖第88頁，共126頁，2022年，5月20日，11點9分，星期四（2）氫火焰離子化檢測器(FID)FID是利用氫火焰作電離源，使有機物電離，而產生微電流的檢測器。是破壞性的、質量型檢測器。能分析在火焰中離子化的有機物，不能分析在火焰中不電離的物質，如H2O、O2 、N2、CO、CO2、CO、SO2 等無機物。也可利用NH3、H2O、