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光學(xué)儀器分析基本概念和原理

閱讀:24發(fā)布時(shí)間:2024-3-2

  1.原子光譜:原子的核外電子一般處在基態(tài)運(yùn)動(dòng),當(dāng)獲取足夠的能量后,就會(huì)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),處于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定(壽命小于10-8s),迅速回到基態(tài)時(shí),就要釋放出多余的能量,若此能量以光的形式出現(xiàn),即得到發(fā)射光譜。原子吸收光譜法?煟粒粒櫻牭幕?本原理是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對(duì)特定譜線(xiàn)的吸收作用來(lái)進(jìn)行定量分析。
  
  2.激發(fā)電位是指從低能級(jí)到高能級(jí)需要的能量。*激發(fā)態(tài),又回到基態(tài),發(fā)射出光譜線(xiàn),稱(chēng)共振發(fā)射線(xiàn)。同樣從基態(tài)躍遷至*激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線(xiàn)稱(chēng)為共振吸收線(xiàn)(簡(jiǎn)稱(chēng)為共振線(xiàn)),即具有zui低激發(fā)電位的譜線(xiàn)。由激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)所輻射的譜線(xiàn)稱(chēng)為共振線(xiàn)。由較低級(jí)的激發(fā)態(tài)(*激發(fā)態(tài))直接躍遷至基態(tài)的譜線(xiàn)稱(chēng)為*共振線(xiàn),一般也是元素的zui靈敏線(xiàn)。當(dāng)該元素在被測(cè)物質(zhì)里降低到一定含量時(shí),出現(xiàn)的zui后一條譜線(xiàn),這是zui后線(xiàn),也是zui靈敏線(xiàn)。用來(lái)測(cè)量該元素的譜線(xiàn)稱(chēng)分析線(xiàn)。
  
  3.實(shí)際分辨率:指攝譜儀的每毫米感光板上所能分辨開(kāi)的譜線(xiàn)的條數(shù)。或在感光板上恰能分辨出來(lái)的兩條譜線(xiàn)的距離。理論分辨率R=λ/Δλ?煢宋?兩譜線(xiàn)的平均值,Δλ為它們的差值。
  
  4.銳線(xiàn)光產(chǎn)生原理?熢詬哐溝緋∠壟?陰極向正*速飛濺放電??與載氣原子碰撞??使之電離放出二次電子??而使場(chǎng)內(nèi)正離子和電子增加以維持電流。載氣離子在電場(chǎng)中大大加速??獲得足夠的能量??轟擊陰極表面時(shí)??可將被測(cè)元素原子從晶格中轟擊出來(lái)??即謂濺射??濺射出的原子大量聚集在空心陰極內(nèi)??與其它粒子碰撞而被激發(fā)??發(fā)射出相應(yīng)元素的特征譜線(xiàn)——共振譜線(xiàn)。
  
  5.化學(xué)計(jì)量火焰:由于燃?xì)馀c助燃?xì)庵扰c化學(xué)計(jì)量反應(yīng)關(guān)系相近,又稱(chēng)為中性火焰,這類(lèi)火焰??溫度高、穩(wěn)定、干擾小背景低,適合于許多元素的測(cè)定。
  
  6.富燃火焰:指燃?xì)獯笥诨瘜W(xué)元素計(jì)量的火焰。其特點(diǎn)是燃燒不*,溫度略低于化學(xué)火焰,具有還原性,適合于易形成難解離氧化物的元素測(cè)定;干擾較多,背景高。
  
  7.貧燃火焰:指助燃?xì)獯笥诨瘜W(xué)計(jì)量的火焰,它的溫度較低,有較強(qiáng)的氧化性,有利于測(cè)定易解離,易電離元素?熑緙罱鶚簟?
  
  8.光譜通帶:W=D·S被測(cè)元素共振吸收線(xiàn)與干擾線(xiàn)近,選用W要小,干擾線(xiàn)較遠(yuǎn),可用大的W,一般單色器色散率一定,僅調(diào)狹縫確定W。
  
  9.物理干擾?熓侵甘砸河氡曜既芤何錮硇災(zāi)視脅畋鴝?產(chǎn)生的干擾。粘度、表面張力或溶液密度等變化,影響樣品霧化和氣溶膠到達(dá)火焰的傳遞等會(huì)引起的原子吸收強(qiáng)度的變化。非選擇性干擾。消除方法:配制被測(cè)試樣組成相近溶液,或用標(biāo)準(zhǔn)化加入法。濃度高可用稀釋法。
  
  10.化學(xué)干擾?熁?學(xué)干擾是指被測(cè)元原子與共存組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物,影響被測(cè)元素原子化。
  
  11.電離干擾?熢詬呶孿略?子會(huì)電離使基態(tài)原子數(shù)減少??吸收下降??稱(chēng)電離干擾。消除的方法是加入過(guò)量消電離劑??所謂的消電離劑??是電離電位較低的元素??加入時(shí)??產(chǎn)生大量電子??抑制被測(cè)元素電離。
  
  12.光譜干擾?熚?收線(xiàn)重疊待測(cè)元素分析線(xiàn)與共存元素的吸收線(xiàn)重疊。
  
  13.背景干擾?煴塵案扇乓彩槍餛贅扇牛?主要指分子吸與光散射造成光譜背景。分子吸收是指在原子化過(guò)程中生成的分子對(duì)輻射吸收,分子吸收是帶光譜。光散射是指原子化過(guò)程中產(chǎn)生的微小的固體顆粒使光產(chǎn)生散射,造成透過(guò)光減小,吸收值增加。背景干擾,一般使吸收值增加。產(chǎn)生正誤差。標(biāo)準(zhǔn)加入法能消除基體干擾,不能消除背景干擾。使用時(shí),注意要扣除背景干擾。
  
  14.習(xí)慣靈敏度:特征濃度,是指產(chǎn)生1%吸收時(shí),水溶液中某元素的濃度通(常用mg/ml/1%表示)。
  
  15.質(zhì)譜法是通過(guò)將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)離子并按質(zhì)荷比?煟停?Z?牬笮〗?行分離并記錄其信息的分析方法。所得結(jié)果以圖譜表達(dá),即所謂的質(zhì)譜圖(亦稱(chēng)質(zhì)譜,MassSpectrum)。根據(jù)質(zhì)譜圖提供的信息可以進(jìn)行多種有機(jī)物及無(wú)機(jī)物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、樣品中各種同位素比的測(cè)定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析等。而在實(shí)際工作中,有時(shí)很難找到相鄰的且峰高相等的兩個(gè)峰,同時(shí)峰谷又為峰高的10%。在這種情況下,可任選一單峰,測(cè)其峰高5%處的峰寬W0.05,即可當(dāng)作上式中的Δm,此時(shí)分辨率定義R=m/W0.05。質(zhì)譜儀的分辨本領(lǐng)由幾個(gè)因素決定:(Ⅰ)離子通道的半徑;?煝潁┘鈾倨饔?xùn)V占?器狹縫寬度;(Ⅲ)離子源的性質(zhì)。質(zhì)譜儀的靈敏度有靈敏度、相對(duì)靈敏度和分析靈敏度等幾種表示方法。靈敏度是指儀器可以檢測(cè)到的zui小樣品量;相對(duì)靈敏度是指儀器可以同時(shí)檢測(cè)的大組分與小組分含量之比;分析靈敏度則指輸入儀器的樣品量與儀器輸出的信號(hào)之比。
  
  16.質(zhì)量分析器的主要類(lèi)型有:磁分析器、飛行時(shí)間分析器、四極濾質(zhì)器、離子捕獲分析器和離子回旋共振分析器等。
  
  17.分子離子峰?熓匝?分子在高能電子撞擊下產(chǎn)生正離子。
  
  18.分子離子的質(zhì)量對(duì)應(yīng)于中性分子的質(zhì)量,這對(duì)解釋本質(zhì)譜十分重要。幾乎所有的有機(jī)分子都可以產(chǎn)生可以辨認(rèn)的分子離子峰,有些分子如芳香環(huán)分子可產(chǎn)生較大的分子離子峰,而高分子量的烴、脂肪醇、醚及胺等則產(chǎn)生較小的分子離子峰。若不考慮同位素的影響,分子離子應(yīng)該具有zui高質(zhì)量。分子中若含有偶數(shù)個(gè)氮原子,則相對(duì)分子質(zhì)量將是偶數(shù);反之,將是奇數(shù)。這就是所謂的“氮律”。
  
  19.原子熒光光譜法是1964年以后發(fā)展起來(lái)的分析方法。原子熒光光譜法是以原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的發(fā)射光譜分析法。但所用儀器與原子吸收光譜法相近。原子熒光光譜的產(chǎn)生:氣態(tài)自由原子吸收特征輻射后躍遷到較高能級(jí),然后又躍遷回到基態(tài)或較低能級(jí)。同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)輻射波長(zhǎng)相同或不同的輻射即原子熒光。原子熒光為光致發(fā)光,二次發(fā)光,激發(fā)光源停止時(shí),再發(fā)射過(guò)程立即停止。原子熒光的類(lèi)型:原子熒光分為共振熒光、非共振熒光與敏化熒光等三種類(lèi)型。(1)共振熒光發(fā)射與原吸收線(xiàn)波長(zhǎng)相同的熒光為共振熒光。(2)非共振熒光熒光的波長(zhǎng)與激發(fā)光不同時(shí),稱(chēng)非共振熒光。??Ⅰ.直躍線(xiàn)熒光,Ⅱ.階躍線(xiàn)熒光,Ⅲ.anti—stores熒光。Ⅰ和Ⅱ均為Stores熒光。)(3)敏化熒光受激發(fā)的原子與另一種原子碰撞時(shí),把激發(fā)能傳遞給另一個(gè)原子使其激發(fā),后者再?gòu)妮椛湫问饺ゼぐl(fā)而發(fā)射熒光即為敏化熒光。熒光猝滅受激原子和其他粒子碰撞,把一部分能量變成熱運(yùn)動(dòng)與其他形式的能量,因而發(fā)生無(wú)輻射的去激發(fā)過(guò)程。
  
  20.不動(dòng)的一相,稱(chēng)為固定相;另一相是攜帶樣品流過(guò)固定相的流動(dòng)體,稱(chēng)為流動(dòng)相。不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí),從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱(chēng)為死時(shí)間。試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間,稱(chēng)為保留時(shí)間。某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱(chēng)為該組份的調(diào)整保留時(shí)間,即tR′=tR-tM。死體積可由死時(shí)間與流動(dòng)相體積流速F0(L/min)計(jì)算:VM=tM·F0。指從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相體積。保留體積與保留時(shí)間tR的關(guān)系如下:VR=tR·F0某組份的保留體積扣除死體積后,稱(chēng)該組份的調(diào)整保留體積,即VR′=VR-VM。某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比,稱(chēng)為相對(duì)保留值?煴匭胱⒁猓?相對(duì)保留值不是兩個(gè)組份保留時(shí)間或保留體積之比?牎?
  
  21.從色譜流出曲線(xiàn)上,可以得到許多重要信息:(l)根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù),可以判斷樣品中所合組份的zui少個(gè)數(shù)。(2)根據(jù)色譜峰的保留值?熁蛭恢茫?,可以進(jìn)行定性分析。(3)根據(jù)色譜峰下的面積或峰高,可以進(jìn)行定量分析。(4)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾龋窃u(píng)價(jià)色譜柱分離效能的依據(jù)。(5)色譜峰兩峰間的距離,是評(píng)價(jià)固定相?熀土鞫?相?犙≡袷欠窈鮮實(shí)囊讕蕁?
  
  22.色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離,組分要達(dá)到*分離,兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn),兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的,即與色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但是兩峰間雖有一定距離,如果每個(gè)峰都很寬,以致彼此重疊,還是不能分開(kāi)。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的,即與色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此,要從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來(lái)研究色譜行為。描述這種分配的參數(shù)稱(chēng)為分配系數(shù)見(jiàn)它是指在一定溫度和壓力下,組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值?煟耍牎7峙潯扔殖迫萘懇蜃櫻?它是指在一定溫度和壓力下,組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí),分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比?煟耄牎#脛翟醬螅?說(shuō)明組分在固定相中的量越多,相當(dāng)于柱的容量大,因此又稱(chēng)分配容量或容量因子。它是衡量色譜柱對(duì)被分離組分保留能力的重要參數(shù)。k值也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化,而且還與流動(dòng)相及固定相的體積有關(guān)。分配比k值可直接從色譜圖測(cè)得。設(shè)流動(dòng)相在柱內(nèi)的線(xiàn)速度為u,組分在柱內(nèi)線(xiàn)速度為us,由于固定相對(duì)組分有保留作用,所以us<u.此兩速度之比稱(chēng)為滯留因子Rs。通過(guò)選擇因子α把實(shí)驗(yàn)測(cè)量值k與熱力學(xué)性質(zhì)的分配系數(shù)K直接起來(lái),α對(duì)固定相的選擇具有實(shí)際意義。如果兩組分的K或k值相等,則α=1,兩個(gè)組分的色譜峰必將重合,說(shuō)明分不開(kāi)。兩組分的K或k值相差越大,則分離得越好。因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。R值越大,表明相鄰兩組分分離越好。一般說(shuō),當(dāng)R<1時(shí),兩峰有部分重疊;當(dāng)R=1時(shí),分離程度可達(dá)98%;當(dāng)R=1.5時(shí),分離程度可達(dá)99.7%。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已*分離的標(biāo)志。
  
  23.氣相色譜檢測(cè)器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。目前檢測(cè)器的種類(lèi)多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)檢測(cè)原理的不同,可將其分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩種:熱導(dǎo)檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器?熍ǘ刃圖觳餛鰨牷鷓胬胱踴?檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器?熤柿啃圖觳餛鰨牎H鵲技觳餛鰳熂負(fù)醵運(yùn)?有物質(zhì)都有響應(yīng),通用性好,而且線(xiàn)性范圍寬,價(jià)格便宜,因此是應(yīng)用zui廣,zui成熟的一種檢測(cè)器。火焰離子化檢測(cè)器?煴熱鵲技觳餛韉牧槊舳雀咴跡保埃潮叮?檢出限低,可達(dá)10-12g·S-1。一個(gè)優(yōu)良的檢測(cè)器應(yīng)具以下幾個(gè)性能指標(biāo):靈敏度高、檢出限低、死體積小、響應(yīng)迅速、線(xiàn)性范圍寬、穩(wěn)定性好。
  
  24.柱溫的選擇在使zui難分離的組分有盡可能好的分離前提下,采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞兀员A魰r(shí)間適宜,峰形不拖尾為度。柱溫不能高于固定液的zui高使用溫度。進(jìn)樣量的選擇:一般說(shuō)來(lái),色譜柱越粗、越長(zhǎng)固定液含量越高,容許進(jìn)樣量越大。
  
  25.氣相色譜法分析對(duì)象只限于分析氣體和沸點(diǎn)較低的化合物,它們僅占有機(jī)物總數(shù)的20%。對(duì)于占有機(jī)物總數(shù)近80%的那些高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、摩爾質(zhì)量大的物質(zhì),目前主要采用液相色譜法進(jìn)行分離和分析。氣相色譜采用流動(dòng)相是惰性氣體,它對(duì)組分沒(méi)有親和力,即不產(chǎn)生相互作用力,僅起運(yùn)載作用。而液相色譜法中流動(dòng)相可選用不同極性的液體,選擇余地大,它對(duì)組分可產(chǎn)生一定親和力,并參與固定相對(duì)組分作用的劇烈競(jìng)爭(zhēng)。因此,流動(dòng)相對(duì)分離起很大作用,相當(dāng)于增加了一個(gè)控制和改進(jìn)分離條件的參數(shù),這為選擇*分離條件提供了極大方便。氣相色譜一般都在較高溫度下進(jìn)行的,而液相色譜法則經(jīng)常可在室溫條件下工作。總之,液相色譜法是吸取了氣相色譜與經(jīng)典液相色譜優(yōu)點(diǎn),并用現(xiàn)代化手段加以改進(jìn),因此得到迅猛的發(fā)展。目前液相色譜法已被廣泛應(yīng)用于分析對(duì)生物學(xué)和醫(yī)藥上有重大意義的大分子物質(zhì),例如蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖類(lèi)、植物色素、高聚物、染料及藥物等物質(zhì)的分離和分析。
  
  26.液一液分配色譜法(LLPC)液液分配色譜的分離原理基本與液液萃取相同,都是根據(jù)物質(zhì)在兩種互不相溶的液體中溶解度的不同,具有不同的分配系數(shù)。化學(xué)鍵合相色譜法(CBPC)采用化學(xué)鍵合相的液相色譜稱(chēng)為化學(xué)鍵合相色譜法,簡(jiǎn)稱(chēng)鍵合相色譜。液一固吸附色譜法?煟蹋櫻粒茫?當(dāng)流動(dòng)相通過(guò)固定相(吸附劑)時(shí),吸附劑表面的活性中心就要吸附流動(dòng)相分子。同時(shí),當(dāng)試樣分子(X)被流動(dòng)相帶入柱內(nèi),只要它們?cè)诠潭ㄏ嘤幸欢ǔ潭鹊谋A艟鸵〈鷶?shù)目相當(dāng)?shù)囊驯晃降牧鲃?dòng)相溶劑分用。于是,在固定相表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附?熇胱詠換簧?譜法(IEC)離子交換原理和液相色譜技術(shù)的結(jié)合來(lái)測(cè)定溶液中陽(yáng)離子和陰離子的一種分離分析方法。離子色譜法(IC)離子色譜法是由離子交換色譜法派生出來(lái)的一種分離方法。通過(guò)分離柱后的樣品再經(jīng)過(guò)抑制柱,使具有高背景電導(dǎo)的流動(dòng)相轉(zhuǎn)變成低背景電導(dǎo)的流動(dòng)相,從而用電導(dǎo)檢測(cè)器可直接檢測(cè)各種離子的含量。離子對(duì)色譜法(IPC)離子對(duì)色譜法是將一種(或數(shù)種)與溶質(zhì)離子電荷相反的離子(稱(chēng)對(duì)離子或反離子)加到流動(dòng)相或固定相中,使其與溶質(zhì)離子結(jié)合形成離子對(duì),從而控制溶質(zhì)離子保留行為的一種色譜法。尺寸排阻色譜法(SEC)基于試樣分子的尺寸和形狀不同來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的。體積大的分子不能滲透到孔穴中去而被排阻,較早地被淋洗出來(lái);中等體積的分子部分滲透;小分子可*滲透入內(nèi),zui后洗出色譜柱。

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