1、第一章 绪论,1-1 仪器分析定义、内容和分类,一.定义与内容分析化学是人们用来认识自然的重要手段之一，是一门研究物质组成状态和结构的学科。它包括化学分析和仪器分析两大部分。,前者是利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量，测定时需要使用化学试剂、天平和一些玻璃仪器。它是分析化学的基础。,后者是以物质的物理和物理化学性质为基础而建立起来的一种分析方法，测定时常常需要使用比较复杂的仪器，它是分析化学发展的方向。,通过本课程的学习，要求学生能够掌握常用仪器分析方法的原理和仪器的简单结构；初步具有根据分析的目的，结合学到的各种仪器分析的方法特点和应用范围，选择合适分析方法的能力。,仪器分
2、析与化学分析不同，具有以下几个特点：, 灵敏度高 检出用量小，样品用量由化学分析,的mL、mg级降至仪器分析的L、g级，甚至 更低。适用于微量、痕量和超痕量成分的测定。, 选择性好 很多仪器分析方法可通过选择或调整测定条件，使共存组分在测定时，相互间不产生干扰。, 操作简便 分析速度快,易于实现自动化。, 相对误差比较大 一般为5%，不适用于常量和高含量成分的测定。, 需要价格昂贵的专用仪器。,仪器分析方法很多，而且相互比较独立，自成体系。常用的仪器分析方法分为光化学分析法、电化学分析法、色谱法、质谱法和热分析法。,二.分类,1.光化学分析法基于电磁波作用于待测物质后产生辐射信号的变化而建立的
3、分析方法。光化学分析法分为光谱法和非光谱法两大类。,光谱法又可分为原子光谱法和分子光谱法。,属于原子光谱法的有原子发射光谱法、原子 吸收光谱法、原子荧光光谱法等。属于分子光 谱的有紫外-可见分光光度法、红外光谱法、分 子荧光光谱法、分子磷光光谱法等。,2.电化学分析法,该方法是以物质在溶液中和电极上的电化学性质为基础而建立起来的一种分析方法。测量时将试液构成某化学电池的组成部分，通过测量该电池的某些参数，如电阻(电导)、电动势、电流、电量的变化对物质进行分析。,根据测量参数的不同,电化学分析法可分为电导分析法，电位分析法，电解和库仑分析法及伏安和极谱分析法等。,3.色谱分析法,该方法根据混合物
4、中各组分在互不相溶的两相(通常称为固定相和流动相)中吸附能力、分配系数或其它亲和力作用的差异而建立的分离及测定方法。,4.其它方法,(1)质谱法 试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量分析器中按离子的质荷比(m/z)大小进行分离。根据质谱图上谱线的位置(m/z数)和谱线的相对强度来进行分析。,(2)热分析法该方法是通过测定物质的质量、体积、热导或反应热与温度之间的关系而建立起来的一种分析方法。有热重量法，差热分析法等。,1-2 仪器分析的发展趋势,当前分析化学的特点：不仅要解决静态物质的成分分析，而且要解决瞬时变化的暂态的物质的成分分析；不仅要解决物质总体的总量分析，而且要解决微区、薄层以及
5、元素所存在的状态与价态分析。,分析的灵敏度、准确度、精密度、速度和选择性等方面也达到了一个新的水平。其发展趋势体现在以下几个方面：,第一.各学科的相互渗透，出现了一些新的分析 方法。如电感偶合等离子体光谱(ICP)、激光拉曼光谱、激光光声光谱、电子能谱及化学修饰电极和半积分半微分极谱等。,第二.分析方法的相互渗透。不同分析方法的联用，又出现了一批新的分析方法与仪器，如色谱-质谱联用仪，色谱-核磁共振联用仪，色谱-红外光谱联用仪以及高效液相色谱与库仑、荧光、等离子体联用仪等。,第三.电子计算机在仪器分析中的应用，既可以进行程序控制，使分析自动化、连续化和数字化，也可进行基线校准、曲线校直、背景扣
6、除与数据处理，自动显示分析结果；而且能进行人机对话，实现智能化。,第四.对分析方法的理论和技术的深入研究，推动了一些分析方法的发展。如在极谱分析中发展了新型的脉冲伏安法、现代方波伏安法、间断扫描伏安法、多次溶出伏安法等。,第二章 分析化学中常用的分离与富集方法,在定量分析中，如果试样组成比较复杂，测定时往往会受其它组分影响，严重时可导致测定工作无法进行，因此需要选择适当的分离方法使待测组分与干扰组分达到分离；,另一方面，对于试样中微量或痕量组分的测定，则由于含量低于测定方法的检测限而造成测定工作的困难，为此需要富集后才能测定；,鉴于以上两种情况，本章讨论几种常用的分离与富集的方法。,2-1 沉
7、淀分离法,这是一种较经典的分离方法，经过不断的发展与完善，目前还经常使用。,一.无机沉淀剂沉淀分离法,定量分析中，当试样组成较简单，如碳酸钠、氢氧化铁等，可直接把它们处理成溶液后进行滴定；但如果为混合试样时，如Fe3+、Zn2+混合溶液，要测其中的Fe3+含量，就必须除去Zn2+。,已知：,设Fe3+和Zn2+的初始浓度均为 0.01mol/L，通过计算，当OH-1.610-12mol/L(pH 2.2)，Fe3+开始沉淀；如果认为溶液中Fe3+=10-6mol/L时沉淀完全，则计算得到pH值为3.5；,同理，同浓度的Zn2+刚开始沉淀时，pH值为6.5，使0.01mol/LZn2+沉淀完全其
8、pH值应大于8.5。,由此可以得到，只要把pH值控制在3.56.5之间即可分离Fe3+和Zn2+。,1.氢氧化物沉淀分离法,像这种使用无机化合物作沉淀剂的，称之为无机沉淀剂沉淀分离法。,如上所述，用控制溶液pH值而使被测离子沉淀为氢氧化物的称为氢氧化物沉淀分离法。,一些常见金属氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH值，见P.381表13-1。,常用于氢氧化物沉淀分离法中的常用试剂有：,(1)NaOH溶液 可控制pH值12，用于两性金,属离子和非两性金属离子的分离；非两性金属离子一般均生成氢氧化物沉淀，两性的则生成含氧酸阴离子而留在了溶液中，介于两者之间的。则部分生成沉淀。,如有一混合溶液含Al3+
9、、Mg2+、Cu2+、Zn2+,当加入NaOH溶液后，Mg2+、Cu2+生成沉淀，而Al3+和Zn2+则留在溶液中生成含氧酸根离子AlO2-、ZnO2-。,(2)氨和氯化铵缓冲溶液 此溶液可控制pH值在89左右，常用于沉淀不与NH3形成配离子的许多金属离子，也可使许多两性金属离子生成氢氧化物沉淀。,如有一混合溶液含有Fe3+、Cr3+、Cu2+、Ag+, 加入氨和氯化铵缓冲溶液后， Fe3+和Cr3+沉淀下来， Cu2+和Ag+则生成Cu(NH3)42+和Ag(NH3)2+。,(3)氧化锌悬浊液 ZnO在水溶液中有如下平衡：,根据溶度积常数：,假设：Zn2+=0.01mol/L，pH6.5 Z
10、n2+=0.1mol/L，pH6 Zn2+=1.0mol/L，pH5.5,由此可见，Zn2+改变100倍，pH只改变了一个单位，氧化锌悬浊液可控制溶液pH在5.56.5之间。,利用氢氧化物沉淀分离的缺点是选择性较差，且大部分沉淀属于非晶形沉淀，同时还可能有共沉淀现象产生，P.181介绍了几种改善的方法。,2.硫化物沉淀分离法,沉淀为硫化物的即称为硫化物沉淀分离法。方法使用的沉淀剂为H2S，能与H2S生成沉淀物的金属离子约有40余种，且它们之间的溶解度相差悬殊。,由以上平衡得知，控制一定的pH值，即可控制S2-的浓度，进行沉淀分离。方法的缺点类似于氢氧化物沉淀法，即选择性较差，沉淀系非晶形沉淀，
11、吸附现象严重。,通过改用硫代乙酰胺为沉淀剂，利用其在酸性或碱性溶液中产生H2S和S2-来进行均相沉淀，则沉淀性能和分离效果将有所改善。,例：在pH23，可生成ZnS；在pH56可生成CoS和NiS；pH中性时，In3+和Tl3+可生成沉淀。,二.有机沉淀剂沉淀分离法,与无机沉淀剂相比较，有机沉淀剂在选择性和灵敏度方面性能要优越许多。,其与金属离子形成的沉淀主要存在三种形式： 螯合物沉淀、缔合物沉淀和三元配合物沉淀。,1.形成螯合物沉淀 所谓的螯合物是指具有五元或六元环的稳定配合物。即通过加入某种有机试剂，使之与溶液中的被测离子形成螯合物，举例P.384。,大部分这样的有机试剂必须含有较多的憎水
12、性基团，形成的螯合物不带电荷，难溶于水。,从水中分离得到沉淀后，可作进一步的测定。,2.形成缔合物的沉淀有些有机沉淀剂在水中可解离成带正电荷或带负电荷的大体积离子，这些离子与溶液中带不同电荷的金属离子（包括金属配离子）相互缔合，可生成不带电荷的难溶于水的中性分子而产生沉淀。举例见P.384。,有机沉淀剂与哪种金属离子能够形成沉淀，主要决定于有机沉淀剂分子中的官能团。,如：SH可与易生成硫化物的金属离子形成沉淀；OH可与易生成氢氧化物的金属离子形成沉淀；NH2易于金属离子形成螯合物。,3.形成三元配合物沉淀三元配合物指被沉淀的组分与两种不同的配位体形成三元混配配合物或三元离子缔合物。举例P.38
13、4。,三元配合物的沉淀反应选择性和灵敏度都较好 ，生成的沉淀物摩尔质量较大，作为后处理阶段的称量形式也较合适。缺点反应条件较难控制。,三.共沉淀分离法,重量分析中，共沉淀现象是指由于沉淀的表面吸附作用、混晶现象、吸留和包藏等原因，使重量分析的测定产生误差。,但利用上述的共沉淀现象，可达到微量和痕量组分的富集和分离的目的。,如：利用CuS沉淀的生成，可使至少0.02g Hg2+从一升溶液中与CuS一起沉淀出来；若单独沉淀其中的Hg2+，则因为浓度太低无法直接进行沉淀操作。,这里我们把CuS称为共沉淀剂或载体。这种方法称为共沉淀分离法。,利用共沉淀现象进行分离主要有三种情况：,1.利用表面吸附作用
14、进行共沉淀分离具有表面吸附作用的沉淀大都为胶状的非晶形沉淀，如Fe(OH)3、 Al(OH)3，因其沉淀的表面积大，吸附性能强，对痕量组分易产生吸留现象。,这种形式的沉淀，富集效率较高，但选择性较差，且引入过多的载体离子，往往给下一步的分析造成一定的难度。举例P.385,2.利用生成混晶进行的共沉淀分离如果两种金属离子的晶格相同，则在进行沉淀时，这两种金属离子就有可能生成混晶。常见的混晶有BaSO4-RaSO4，BaSO4-PbSO4，MgNH4AsO4-MgNH4PO4等。同样这种方法也存在载体干扰痕量组分的测定。,3.利用有机共沉淀剂进行的共沉淀分离方法的作用机理与无机共沉淀剂不同，可采用
15、离子与离子之间进行缔合进行共沉淀，也可利用胶体的凝聚作用进行共沉淀；其选择性优于无机,沉淀剂，并且由于共沉淀剂是有机物，因而沉淀后可以灼烧，不影响下一步的测定。,2-2 溶剂萃取分离法,一.分配系数，分配比和萃取效率，分离因数,溶剂萃取又称液液萃取法，使用与水不相溶的有机溶剂与试液一起振荡，试样中某些组分进入了有机相，某些组分留在了水相，达到彼此分离。该方法简单、快速、应用广泛。,方法的基本原理是基于不同的物质在不同溶剂,中分配系数的不同。,如有一溶质A，同时接触两种互不相溶的溶剂(水和某有机溶剂)，振荡后，A物质在两相中的分配达到了平衡，即：,A物质在两相中的浓度关系可用分配系数KD表示：
16、KD=A有/A水 如I2在水和CCl4之间的分配系数KD是一常数为85.3，即:,有些物质在两相中的存在形式与I2不同比较复,杂，如：Os(锇)，如果同样用CCl4来萃取溶液中OsO4时，水相中Os是以OsO4、OsO52-、HOsO-5等三种形式存在；此时若用分配系数(KD=OsO4有/ OsO4水)来表示锇元素在两相中分配就说明不了实际情况，为此引入了分配比D的概念，即：,由此可见，D是存在于两相中溶质总浓度之比。,如前所述，用CCl4萃取I2，溶质I2在两相中的存在形式完全相同，这时D=KD，但大多数情况下 DKD。,对于D较大的物质，根据公式可知，溶质进入有机相的量，有利于该物质与水相
17、中其它组分的分离，即萃取效率愈高。,当溶质A的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知水溶液的体积为V水，有机溶剂的体积为V有，则萃取效率(E)：,如果分子分母同除以A总水V有，得到：,可见，萃取效率E由分配比D及V水/V有决定，D，E，如果D不变，V水/V有，E；所以增加有机溶剂的用量，可提高萃取效率；实际工作中，一般不采用增加有机溶剂的用量，而是采取分几次加入溶剂的方法来提高萃取效率E。P.387举例说明。,如果两种共存的组分可同时被萃取到有机相，那么在考虑萃取效率E的同时，还必须考虑共存,组分的分离效果，一般用分离因素表示分离效果。=DA/DB，DA/DB表示A、B两种物质分配比的比值；或，DA与
18、DB相差，A、B两物质可达到定量分离；反之，A、B两物质就难以分离。,以上我们介绍了分配系数、分配比、萃取效率和分离因素。,二.萃取体系的分类和萃取条件的选择,萃取过程一般都用到有机溶剂，而无机物质中只有少数的共价分子可直接用有机溶剂萃取，多,数难溶于有机溶剂。为使这部分无机离子的萃取过程也能顺利进行，则必须在水溶液中加入某种试剂与被萃无机离子结合形成不带电荷并能溶于有机溶剂的中性分子，这种试剂称为萃取剂。,根据萃取剂与被萃离子所形成的分子性质的不同，可把萃取体系分类如下：,1.形成螯合物的萃取体系,此方法所用的萃取剂一般是有机弱酸，如Cu2+在pH=9的氨性溶液中，可与铜试剂(DDTC)生成
19、疏,水性的螯合物：,欲分离水溶液中的Cu2+，可在上述条件下加入铜试剂，然后用氯仿萃取，形成的螯合物即进入有机相。又如，用8-羟基喹啉作萃取剂分离一些金属离子，在P.388作了介绍。,另外，书上P.389有一个萃取剂与金属离子螯合和萃取过程的简单示意图。,2.形成离子缔合物的萃取体系,阴离子和阳离子通过互相缔合，形成中性分子，从而被有机溶剂所萃取。P.390举例说明。,有时在离子缔合物的萃取体系中，加入大量的与被萃化合物具有相同阴离子的盐类，可显著提高萃取效率，这种现象我们称为盐析现象。,3.形成三元配合物的萃取体系,如前所述，三元配合物具有选择性好，灵敏度高的特点，因而这类体系发展较快，研究
20、较多。P.390举例说明。,以上大都是针对金属离子的萃取分离，对于有机物的萃取分离，一般遵守“相似相溶”原则。即：极性有机物和有机物的盐类，通常溶于水而不溶于非极性的有机溶剂中；反之，非极性的有机化合物可溶于非极性的有机溶剂中。,2-3 色谱法,色谱法也称色层法、层析法。该方法由俄国植物学家M.茨维特在1906年创立，他用此方法为了分离叶绿素的成分。,其中起分离作用的柱称为色谱柱； 固定在柱内的填充物(如CaCO3)称 为固定相； 沿着柱流动的溶剂(如石油醚)称为流动相；,试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。,当流动相(石油醚)携带的混合物(叶绿素
21、)流经固定相时，组分与固定相发生了相互作用。由于混,合物中各组分在性质和结构上的差异，固定相对植物叶中不同组分(叶绿素中的色素)的吸附力不同，随着流动相的移动而使它们彼此分离，结果被固定相CaCO3吸附牢固的往下流动慢些，反之，流动快些，如此形成色谱带。,茨维特即根据谱带颜色对植物叶的色素进行鉴定分析，为此命名该方法为色谱法或层析法等(chromatography)。,一.色谱法的分类,1.按固定相和流动相性质的不同进行分类：,2.按固定相操作方式以及所处的状态不同进行分类：, 柱色谱将固定相装入玻璃管或金属管中做成色谱柱进行色谱工作。, 纸色谱利用滤纸作为层析工具进行色谱工作。, 薄层色谱把
22、一种吸附剂粉末铺在一玻璃板上，作为固 定相进行色谱工作,3.按色谱法的工作原理不同进行分类：, 吸附色谱 其固定相是一种吸附剂，利用它对被分组分吸附能力的差别来进行分离。, 分配色谱 其固定相是一种液体，利用不同组分在固定相和流动相两相间的分配系数的差别来进行分离。, 离子交换色谱利用离子交换原理进行分离。, 排阻色谱,利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用 进行分离。,二. 纸色谱法和薄层色谱法,1.纸色谱法,纸色谱法(paper chromatography)是在滤纸上进行的一种色谱分析法。,其固定相为结合于滤纸上的水分或其他溶剂；而滤纸则被看作一种惰性载体，不参与分离组分的过程；流动相(
23、展开剂)为分离过程中沿滤纸流动的溶剂。,纸色谱方法中，组分在固定相和流动相两相间作相对运动，其分离原理属于分配原理。,一般要求适合于做纸色谱的滤纸能吸收20 25%的水分。其中6%的水通过 氢键与滤纸纤维素上的羟基 结合，形成纸色谱中的固定 相。因此在纸色谱法分离中， 组分在两相中的分配系数起 主要作用。,分配系数定义为： K=Cs/CmCs表示组分在固定相中的浓度，Cm表示组分在流动相中的浓度。,在纸色谱和薄层色谱法中，组分的移动情况通常以比移值Rf来表示，其定义如下：,在纸色谱法和类似的其他色谱法中，Rf值与分配系数K值有关。两者的关系为：,如果在纸色谱中组分的K值愈大，说明组分在固定相(
24、水)中的分配量也愈大，该组分易溶于固定相，而不易溶于流动相,(K=Cs/Cm) d1减小， Rf减小，因此： Kd2/d1,该公式推导如下： 设组分移动距离为d1，流动相 移动距离为dm，两者之差为d2，则：Rf=d1/dm=d1/(d1+ d2),另一方面，组分的移动距离还与两相的体积比有关，Vs/Vmd2/d1 ；综合以上两式：d2/d1=K(Vs/Vm) 根据Rf的定义，可推出：K=Vm/Vs(1/Rf -1)如果实验条件固定，则决定组分Rf值的主要因素为它的分配系数。,在分配色谱中，当固定液的极性大于流动相的极性时，称为正相色谱；当固定液的极性小于流动相的极性时，称为反相色谱。,薄层色
25、谱法(thin layer chromatography)是在纸色谱法的基础上发展而来。薄层色谱按其分离机理也可分为两种，即分配色谱和吸附色谱。,通常在纸色谱中，因固定相(水)的极性较强，所以常属于正相色谱；如果将滤纸用极性较低的液体(如烃类)进行处理替代水作固定液，而以极性较大的溶剂为流动相，即可形成反相纸色谱。,2.薄层色谱法,吸附色谱是利用吸附剂对试样中各组分吸附能力的不同来进行分离。,分配色谱是利用试样中各组分在流动相和固定相中溶解度的不同，在两相间不断进行分配而达到分离的目的。,在一定温度下，组分在固定相与流动相之间的分配情况可用分配等温线表示，即达到分配平衡时组分在固定相中的浓度对
26、流动相中浓度作图得到的曲线(固定相为吸附剂时称为吸附等温线)。,常用流动相按极性增强次序排列如下： 石油醚、环己烷、四氯化碳、苯、甲苯、氯仿、 乙醚、乙酸乙脂、正丁醇、正丙醇、1,2-二氯 甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、水、吡啶、醋酸。,3.分配等温线,一般有三种形式：,第一种为直线型，此时组分在两相间的分配与组分浓度无关，这种类型的物质展开后，斑点对称，形状较好呈圆形。,第二种为凸线型，又称Langmuir等温线，当组分浓度较高时，曲线向下弯曲，浓度大的区域较浓度小的区域移动快，在展开过程中形成前沿清晰而后面拖尾的斑点。,第三种为凹线型，又称Frenundlich等温线，与凸线型相反，组分浓度较高
27、时移动慢，斑点的后沿明显而前沿呈“伸舌头”状。,从三种等温线图可看出，在低浓度时它们都有一段呈线性的关系。,分离时如将样品量控制在一定范围内，则可获得较好的斑点形状，有利于鉴定和定量。,三.纸色谱和薄层色谱法的基本操作,两种方法的基本操作相同，包括点样、展开、显色、定位等几个步骤。分别概述如下：,1.纸和薄板的制备 纸色谱中选择滤纸的要求：,a.纸的质地要均一，厚薄均匀，平整无折痕，否则流动相流速不均匀，分离不规则。,b.纸纤维松紧程度适中，过于疏松则斑点易扩 散, 过于紧密则流速太慢，时间过长。,c.有适宜的厚度，流动相粘度大的(丁醇)宜用较薄的滤纸，粘度小的(己烷，氯仿等)则可用较厚的滤纸
28、。,d.有一定的机械强度，不易断裂。,e.纯度高，灰分在0.01%以下。常见的金属离子 杂质如Fe、Cu、Ca、Mg等含量不得过高，否则这些离子会与某些组分反应，影响分离效果或出现其它斑点。,需注意的是不同厂家，不同牌号的滤纸由于生产方法与生产条件不同，吸收的水分量不相同(有时pH值也不同)。实验时，特别在用纸色谱法进行定性鉴别时，应尽量将标准样品与未知样品点在同一纸上进行操作对照。, 薄板的制备(吸附色谱)：,在薄板制备中，将吸附剂均匀地涂铺在规定尺寸的玻璃板(或金属、塑料板)上，此过程称为铺层或铺板。通常有两种方法：,(1)干法制板：将吸附剂(氧化铝或硅胶)均匀撒 在薄层上，用手拉动两端带
29、有套圈的玻棒，套圈的厚度即为薄层所需的厚度，一般为0.25 0.3mm。此法的缺点：薄板不易保存，展开时毛细管作用力大，斑点较易扩散，展开方式只能近水平位置。,(2)湿法制板：称取一定量的吸附剂用适量溶剂(通常为水)调成糊状；根据所需薄层厚度及玻板的大小，量取一定体积的吸附剂糊状物倒在板上，振动，使之均匀分布形成薄层，然后平放阴干，置烘箱中活化(80105)1/22h，放于干燥器中备用。,吸附薄层中，对吸附剂有如下要求：,a.具有大的表面积与足够的吸附能力。,b.对不同的组分具有不同的吸附性，能较好地分离不同的物质。 c.在所用的溶剂和展开剂中不溶解。 d.不与试样中各组分、溶剂和展开剂起化学
30、反 应。 e.具有可逆的吸附性能。 f.为便于观察分离效果，最好使用白色固体。,最常用的吸附剂有硅胶，氧化铝，其次是聚酰胺，硅酸镁等；活性炭的吸附性太强，又呈黑色，不易观察；故现在很少使用。,如果做成分配薄层，则对所用载体的要求为：,a.表面积大。 b.在展开剂中不溶解，与展开剂和样品组分不起化学反应或分解作用。 c.对样品组分无吸附性(或吸附性极弱)。 d.对其上的固定液是惰性的。,常用的载体有纤维素和硅藻土等。,实际工作中，吸附剂、载体的选择，首先决定于样品的性质，即溶解度、酸碱性、极性以及与吸附剂是否起化学反应等等。,其次要考虑吸附剂载体是否容易得到以及价格问题等。,2.点样,在纸或薄层
31、板的一端约13cm处点上样品溶液，等溶剂挥发后即将纸或薄板放入槽内展开。,3.展开所谓展开即使流动相溶剂沿滤纸或薄层板 从点有样品的一端向另一端流动的过程。样品中组分被流动相带动前移，并由于各组分与固定相的作用力不同而得到分离。,纸色谱分离时，应将滤纸用流动相蒸汽饱和，展开时间也比薄层色谱长些。,4.定位经上述展开至溶 剂前沿到达纸或薄板 另一端时，即可将其 取出。待溶剂挥发干后，用适当方法确定斑点的位置。如荧光喷试剂等使斑点显色。,纸色谱与薄层色谱的检出方法很相似，根据不同的检出对象与检出目的，可选用不同的试剂与方法。,如果希望定位后，物质不改变，可采用非破环性检出法。如需确认某一成分，可用
32、专属性显色剂或几种显色剂定位。,一般纸色谱所用的显色剂均可用于分配薄层，但颜色可能不同；薄板的灵敏度通常较纸色谱高，显色剂的应用取决于载体的性质。,一般定位方法分为物理检出法和化学检出法。,物理检出法属于非破坏性检出法，方法包括使用紫外光、碘和水。,分配薄层的载体和粘合剂均为无机物，可使用很多种试剂包括腐蚀性试剂浓硫酸等。而纸色谱则不能用。,对于未知化合物展开后在显色前，一般都先使用紫外光进行观察，常用的波长为254nm和365nm。芳香胺化合物使用365nm波长较多。如果被检化合物在紫外区某波长处有较强吸收，其特征为薄板用此波长照射时斑点处会变暗。,碘也属于非破坏性显色剂。显色迅速、灵敏。碘
33、的显色反应往往是可逆的；当化合物用I2定位后放置于空气中，I2即可升华，组分可恢复原来状态。,I2简单的显色方法：在一个密闭的容器中，放入几粒碘晶体一会儿整个容器即充满I2蒸汽。把展开后的薄板(晾干)放入盛碘的容器内，斑点即呈淡黄色或褐色。取出薄板，用小针画出斑点轮廓，在空气中放置一段时间，碘挥发以后颜色随之褪去。,I2对许多化合物(含氮，脂类，甾体，皂苷等)检出灵敏度较高。另外要注意被检化合物的性质，因为有的有机物与I2也可能进行不可逆的反应，导致化合物的结构发生改变。,水也是一种非破坏性的显色剂，通常用于 硅胶薄层，许多憎水性化合物的硅胶板展开后，用水喷薄板，在光照下观察，半透明薄板上可显
34、出不透明的斑点，此法已用于环己醇、烃类、胆酸等化合物的分析。,化学检出法在纸或薄层上使用一种或数种化学试剂与被检物反应，生成有色化合物而定位。这种试剂通常称为显色剂。对显色剂的基本要求：,1.背景与斑点颜色需形成鲜明对比。2.能在纸和薄板上显出一个轮廓清晰的斑点。 3.显出的颜色有足够的稳定性。4.反应灵敏，能显出微量组分。,常用的显色剂： H2SO4系列：硫酸水溶液 硫酸甲醇或 乙醇溶液 硫酸溶液 硫酸铵溶液喷雾后有的化合物立即反应，而有的则需加热经数分钟后才显色。, 磷钼酸铵溶液 (NH4)3P(Mo3O10)4适用于多种有机化合物的显色，常常喷后于120加热，磷钼酸铵的还原性物质显蓝色，
35、薄板如用氨气熏一熏，背景可变为无色。, 高锰酸钾溶液可与许多有机化合物反应，在淡红色背景下，斑点呈黄色。, 荧光黄溶液喷雾后，常常把板置于紫外光下观察，为芳香族与杂环化合物的通用显色剂,有时还常采用专用显色剂，如茚三酮为检测氨基酸的专用显色剂。要注意的是对于有些反应在纸色谱中是无法应用的。,综上所述，纸色谱和薄层色谱法相比较：,1.操作过程基本相同；,2.薄层分离所需时间较短，纸色谱分离所需时 间较长；,3.薄层分离能力强，斑点较集中，检出灵敏度较 高；纸色谱分离后斑点较为扩散，检出灵敏度 不如薄层；但有些水溶性物质如糖苷氨基 酸等用纸色谱法比用薄层法的分离效果好些,两者共有的优点是不需特殊设
36、备，操作简便, 可用于微克量样品的分离,2-4 离子交换分离法,该方法利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行的分离方法。,这种方法不仅可分离带不同电荷的离子，也可分离带相同电荷的离子，同时可富集微量或痕量组分，制备纯物质。,离子交换剂有无机交换剂也有有机交换剂，常用的大都为有机交换机，即离子交换树脂。,一.离子交换树脂,离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有稳定的网状结构的骨架部分，与酸、碱、弱氧化剂、某些有机溶剂都不起作用，如常用的聚苯乙烯型骨架，是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到：,此聚合物经浓硫酸磺化可制得聚苯乙烯型磺酸基离子交换树脂，用R表示。,这里把磺酸基称为可以交换的活性基团，
37、根据可被交换活性基团的不同，可把离子交换树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。,1.阳离子交换树脂,所谓的阳离子交换树脂是指在树脂上含有可以和阳离子发生交换作用的酸性基团，如-SO3H、-COOH、酚基和磷酸基等。根据这些酸性基团的酸性强弱，又可分为强酸型阳离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂。,强酸型的如R-SO3H，因其酸性较强，外界pH的变化对它影响很小，所以在酸性、中性、碱性溶液中均可使用，另外磺酸基上的H容易电离，所以交换速度快，与各种复杂的、无机的和有机的阳离子都可交换。,相反，弱酸型的如R-COOH，在溶液中有如下的平衡：,当溶液酸度过高时，交换过程就难以进行，只有当pH值4时，
38、羧基才具备一定的离子交换能力；对于酚基，pH值必须9.5。虽然应用上,受到一定的限制，但选择性提高了，可用来分离不同强度的有机碱。,上述各种树脂均利用了酸性基团中H+与溶液中的其它阳离子进行交换来达到分离的目的，因此这类阳离子交换树脂也称为H-型阳离子交换树脂。如R-SO3H与溶液中Na+的交换反应可表示如下：,溶液中的Na+进入树脂的网状结构中，交换了磺酸基上的H+，H+则进入了溶液，此时树脂转化为Na型，此过程称为交换过程；如果以适当浓度的酸溶液处理已交换的树脂(Na型)，反应向反方向进行，树脂可恢复原状，此过程称为再生或洗脱过程。再生后的树脂可重复使用。,1.阴离子交换树脂,阴离子交换树
39、脂一本含有碱性基团，可以交换溶液中的阴离子。如：伯氨基-NH2、仲胺基-NH(CH3)、叔胺基-N(CH3)2，季胺基-N(CH3)3OH-,-N(CH3)+3OH-，,第二章 紫外-可见分光光度法,紫外-可见分光光度法属于分子吸收光谱法，主要产生于价电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物的定性和定量测定。,该方法灵敏度高，选择性好，仪器设备价格适中。在分析化学领域中是一种较受欢迎的方法。,在介绍分子吸收光谱法之前，先了解一下电磁辐射的性质。,2-1 电磁辐射的性质,电磁辐射包括无线电波、微波、红外、紫外及X射线和射线等形式。其在真空中的传播速度等于光速： c=31010 cm/s,由光
40、学知识可知，电磁辐射具有波微两重性。,一. 波动性光的波动性可用以下的波动性参数来描述。,1.周期T相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所 需要的时间间隔称为周期。单位为s。,2.频率单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波 谷的数目。即单位时间内电磁场振动的次数，称为频率，其值等于T的倒数，单位为Hz。,3.波长相邻两个波峰或波谷间的直线距离。不同电磁 波谱区可采用不同的单位。用cm、m和nm表示。,4.波数波长的倒数，即每cm长度内含有波长的数目，单位cm-1。,5.传播速度cc= 单位：cm/s,二.微粒性,光的微粒性特征为：光由光子组成，而光子具有能量，其能量与波长之间的关系为：E=h
41、=hc/h-普朗克常数 6.62610-34Js,由上式可知，不同波长的光具有不同的能量，波长愈长，光的能量愈低；反之，则愈高。,2-2 分子光谱概述,如果某分子吸收了光辐射的能量，其外层电子可从较低能级跃迁至较高能级，但由于分子内部运动的能级变化较复杂，所以分子吸收光谱相对也较复杂。,在分子内部除了电子运动外，还存在核间的相对运动，即核的振动和分子绕着重心的转动。如图所示：,A、B表示不同能量的电子能级；在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个振动能级；在同一电子能级和同一振动能级中，因转动能量不同而分为若干个转动能级。,若用E电、E振、E转分别表示三个能级，则三者的关系为：E电E振E转。
42、,E电约为120ev，E振在0.051ev之间，E转一般小于0.05ev，由此可算出相应的波长分别为：E电601250nm，E振、E转50m1.25cm。,在电子能级发生变化时，往往不可避免地伴随着分子的振动和转动能级的变化。因此分子光谱通常比原子光谱复杂。,所以前者的吸收光谱基本位于紫外或可见光区内；后者的吸收光谱则属于红外和远红外区。而分子的总能量 E =E电+E振+E转。,由分子光谱可知:, 如果用红外光去激发分子，则不足以引起电子能级的跃迁，而只能引起分子的振动和转动能级的跃迁；各种物质的分子对红外光的吸收与其分子结构密切相关，因此红外吸收光谱可应用于分子结构的研究。, 物质对不同波长
43、的光线具有不同的吸收能力，物质也只能选择性地吸收那些能量相当于该分子内部三种能量总合(E电+E振+E转)的辐射光。,由于每种物质分子内部结构的不同，它们的能级千差万别，如此就决定了它们对不同波长光线的选择性吸收。,2-3 Lamber-Beer定律,一.吸光度和透光度当一束平行光通过均匀的液体时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿反射。,设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透射光强度为It，反射光强度为Ir，则I0=Ia+It+Ir。,在分析时，一般在仪器中放两个相同材料和厚度的器皿分别盛装待测液和参比液，使强度为I0的单色光分别通过两器皿，然后再测量透射光强度，如此可抵消反射光
44、的影响。,什么叫透光度？即透射光的强度(It)与入射光的强度(I0)之比称为透光度或透射比。用T表示：T= It/I0,不难理解，溶液的透光度，它对光的吸收； 反之，则吸收。,一般用吸光度A来表示物质对光的吸收程度。其定义为： A=lg(1/T)=lg(I0/It)实际应用中，T以百分率表示。,二. Lamber-Beer定律该定律是光吸收基本定律，也是分光光度分析法的依据和基础。,Lamber-Beer定律指出，当入射光波长一定时，溶液的吸光度A是待测物质浓度c和液层厚度b的函数。,Lamber和Beer分别于1760年和1852年研究了吸光度与液层厚度、溶液浓度之间的定量关系。,Lambe
45、r定律指出，当用一定波长的单色光照射某一固定浓度的溶液时，其吸光度与光透过的液层厚度成正比。数学表达式为：A=kb 式中k为比例常数，b为液层厚度。,Beer定律指出，当用一定波长的单色光照射厚度一定的均匀溶液时，其吸光度与溶液的浓度成正比。数学表达式为：A=kc 式中k为比例常数，c为溶液浓度。,当溶液浓度(c)和液层厚度(b)均可变时，它们都会影响吸光度(A)的数值。合并L和B两式，即得到L-B定律： A=kbc, L-B定律的推导：据量子化理论，光是由光子组成，其能量 E=h。,吸收过程就是光子被吸光质点(分子或离子)所俘获，结果使吸光质点能量增加而处于激发态；它们俘获光子的几率与其面积
46、有关。,如图所示，假设有一束强度为I0的单色平行光，垂直通过一横面积为s的均匀介质。,当光强度为Ix的单色光通过吸收层(db)后，光强度减弱了dIx，则厚度为db的吸收层对光的吸收率为-dIx/Ix，,又由于db为无限小，所以截面积上所有吸光质点所占的面积之和(ds)与横截面积(s)之比(ds/s)可视为该截面积上光子被吸收的几率，即： -dIx/Ix=ds/s,如果在吸收介质里含有m种吸光质点，且它们之间没有相互作用，设ai为第i种吸光质点对特定光子的吸收面积，dni为ds中第i种吸光质点的数目，则：,代入上式，得到:,当光束通过厚度为b的吸收层时，对上式两边积分，得到：,根据前述的吸光度A
47、=lgI0/It定义，可得到:,将式子中截面积s用均匀介质的体积V和光程b来表示，即：s=V/b 代入上式，,NA为Avogadro常数；ni/(NAV)即为第i种质点在均匀介质中的浓度(ci)；将0.4343NAai合并为常数k，则：,该公式表明：总吸光度等于吸收介质内各吸光物质的吸光度之和。即吸光度具有加和性。这是进行多组分光度分析的理论基础。如果吸收介质内只有一种吸光物质时，公式可简化为:A=kbc,从L-B定律的表达式中可知，k值随c、b所取的单位不同而不同。当c以gL-1为单位，b以cm为单位时，k用a来表示，称为吸光系数，单位为Lg-1cm-1。此时， A=abc,三.比例常数的表
48、示形式,如果溶液的浓度c以moL/L为单位，b以cm为单位，k称为摩尔吸收系数，用表示。单位：LmoL-1cm-1。它的物理意义是：浓度为1moL/L，厚度为1cm的溶液，在一定波长下测得的吸光度大小。此时, A=bc,除了用a、表示吸光度分析的灵敏度外,常用的还有桑德尔灵敏度和百分吸收系数。, 桑德尔灵敏度S是指人眼借助颜色反应，在单位截面积柱内能够检出的物质最低含量，以gcm-2表示。将此概念推广到各种光度仪器，则规定仪器的检测限A为0.001时，单位截面积光程内所能检测出的吸光物质的最低含量。同样以gcm-2表示。,S与的关系可推导如下：,A=0.001=bc bc=0.001/ 这里c
49、的单位为：moLL(dm3)-1=moLcm-310-3 而b的单位为cm, 故bc的单位为：moLcm-210-3 即单位截面积光程内吸光物质的物质量。,如果乘以吸光物质的摩尔质量M，即为单位截面积光程内吸光物质质量。,S=(bc/1000)M106 (gcm-2)=bcM103 (gcm-2) 把bc=0.001/ 代入:S=(0.001/)M103 S=M/(gcm-2), 百分吸收系数 对于不知道分子量的物质，c常采用百分浓度表示，相应的系数称为百分吸收系数或比吸收系数，用 来表示。它的物理意义为：,含有1%浓度的溶液，在1cm厚的吸收池中测得的吸光度。单位：102cm2/g 推导过程：,=aMA=abc c的单位：g/L g/(103cm3) A= bc c的单位：g/102mL g/102cm3,
