仪器分析第5讲 光学分析法概述(第七章)

光学分析法的原理及应用1. 原理光学分析法是一种利用光的性质进行分析的方法。

它基于光的吸收、散射、发射等现象，通过对光的测量和分析来获得样品的信息。

下面将介绍几种常见的光学分析法及其原理。

1.1 吸收光谱分析法吸收光谱分析法是通过样品对特定波长的光进行吸收来分析样品的成分或浓度。

当光经过样品时，样品中的物质会吸收光的能量，吸收的程度与物质的浓度成正比。

通过测量光的透射率或吸光度，可以推断样品中各组分的浓度。

1.2 散射光谱分析法散射光谱分析法是通过样品对入射光产生的散射进行分析。

样品中的微粒会散射光线，散射光的强度和颜色与样品中微粒的特性相关。

通过测量散射光的强度和角度分布，可以研究样品的颗粒大小、浓度和形态等信息。

1.3 发射光谱分析法发射光谱分析法是通过样品受激后发射出的光来分析样品的成分或性质。

当样品受到外部激发光的作用，其内部的原子或分子会跃迁到激发态，并发射出特定波长的光。

通过测量发射光的强度和波长，可以确定样品中的元素或化合物的存在及其浓度。

2. 应用光学分析法在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用。

2.1 环境监测光学分析法可以用于环境监测中的大气污染分析、水质监测等。

通过测量样品中特定波长的光的吸收或散射，可以分析出大气中的气体浓度、水中的溶解物浓度等信息，为环境保护和治理提供科学依据。

2.2 生物医学光学分析法在生物医学领域中有广泛的应用，例如荧光显微镜、光声成像等。

通过测量样品发射的荧光信号或受到激光激发后的声波信号，可以获得生物样品的形态、结构和功能信息，从而应用于细胞生物学、病理学等领域的研究和诊断。

2.3 食品安全光学分析法可以用于食品安全领域的污染物检测和成分分析。

例如，通过测量食品中特定波长光的吸收或散射来检测农药、重金属等的残留量，或者分析食品的营养成分和品质。

2.4 材料科学光学分析法在材料科学中也有广泛的应用，例如红外光谱分析、拉曼光谱分析等。

通过测量样品对不同波长或频率光的吸收、散射或发射，可以研究材料的结构、性质和组成，从而指导材料的设计、合成和应用。

《仪器分析技术》课程教学大纲2023一、教学目的和要求仪器分析技术是测量物质的化学组成、分子结构、物理性质和状态，进行科学研究与质量监控的重要手段，是研究生必须掌握的基础知识之一。

《仪器分析》是化学与化学工程、材料工程、生物和生物工程各专业的基础课程之一。

鉴于硕博士研究生在本科阶段已经具备一定的课程基础知识，并且仪器分析技术种类繁多，发展迅速，本课程《仪器分析技术》教学大纲及教学内容的编制主要遵循“通用、精炼、新进展”的原则，通过这门课程的教学，可帮助学员较好地掌握本研究所研究领域较通用的仪器分析技术，重点学习测量误差和不确定度、各类仪器分析技术的原理、仪器结构和构效关系、主要实验技术/方法的特点、影响检测的主要因素、谱图解析的一般步骤和方法、前沿技术进展和典型应用实例等内容。

从而提高学生使用本研究所大中型仪器进行科研工作的能力。

本课程采用课堂教学、实验实验和多媒体辅助教学等多种教学手段相结合的方式完成教学内容。

教学内容注重实践应用价值，通过本课程学习，学员应能够在两个方面得到能力提升：（1）正确选择分析技术和分析仪器的能力。

（2）评判数据质量，解析数据、挖掘数据信息的能力。

二、预修课程本课程是在学生已完成本科分析化学和仪器分析课程或了解相关知识，具有较好的化学专业基础知识，特别是具备较好的“定性定量分析”的概念基础上开设的。

三、适用对象化学与化学工程、材料工程、生物和生物工程相关专业博硕士研究生。

四、授课方式采用课堂理论教学和实验演示教学相结合的授课方式，并结合讨论、学生自学、课外辅导答疑以及考核。

五、课程内容课堂理论教学总计42学时，实验演示教学18.5学时，分6个技术模块共计11章展开教学，模块I包括第一章和第二章，模块II-VI包括第三章至第十一章。

其中，模块1为必选项，在模块II-VI中，不同专业研究生可根据自身专业基础和技术需求情况，从第三章至第十一章教学内容中任选数个章节学习。

总学时数不少于36学时。

仪分第一章、仪器分析的定义：采用比较复杂或特殊的仪器，通过测量表征物质的某些物理或物理化学的性质参数及其变化规律来确定物质的化学组成，状态及结构的方法。

判断仪器的好坏：精密度、灵敏度、检出限、线性范围及选择性等。

仪器分析的特点是：易于自动化和智能化，灵敏度高、选择性好、无损分析、分析速度快缺点的准确度较低，不适用于常量和高含量的测定。

第二章、光学分析方法，按能量交换分：吸收光谱法和发射光谱法，按作用结果分：原子光谱（线状光谱）和分子光谱（带状光谱）。

非光谱法没有能级之间的跃迁。

分子跃迁：原子能级跃迁、振动和转动。

光学光谱仪器基本上都由五部分组成：1、光源，2、单色器，3、试样池，4、检测器，5、信号显示系统。

第四章、原子吸收光谱法（AAS）。

原子吸收：气态基态原子对于同种原子发射出来的特征光谱辐射具有吸收能力的现象。

原子吸收分光光度计主要由：锐线光源、原子化器、分光系统和检测系统等四部分组成。

原子吸收光谱与紫外-可见分光光度法的比较：它们都是在电磁辐射作用下，吸收辐射能发生核外层电子的跃迁所产生的。

其波长范围均在近紫外到近红外光区。

原子吸收光谱与紫外-可见光谱的主要区别在于吸收机制不同，前者属于原子光谱，是由原子所产生的吸收，是线状光谱，而后者是属于分子光谱，是分子所引起的吸收，产生带状光谱，谱带很宽。

原子吸收光谱法的特点：1灵敏度高，检测限低；2测量精度好，3选择性好，4分析速度快应用范围广，5仪器比较简单，操作方便，价格较低廉，一般实验室都可配备。

缺点是：多元素测定尚有困难；测定难熔元素还不能令人满意。

从基态跃迁到第一激发态，所需要的能量最小、跃迁概率最大，因此对大多数元素来说，这条共振线也就是最灵敏的谱线。

影响谱线变宽的主要因素有，多普勒变宽和劳伦茨变宽。

实现峰值吸收测量必须满足的两个条件：1必须使通过吸收介质的发射线的中心频率与吸收线的中心频率严格一致，2发射线的半宽度远远小于吸收线的半宽度。

第一章、绪论1、了解分析化学发展的过程阶段一：16世纪天平的出现，分析化学具有了科学的内涵20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学理论基础。

第一次变革，20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少与精度低。

阶段二：20世纪40年代后，仪器分析的大发展时期第二次变革，仪器分析的发展。

阶段三：八十年代处初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革2、掌握仪器分析的分类与发展特点分类：电化学分析法、光学分析法、色谱分析法、其它仪器分析法。

发展特点：提高灵敏度，解决复杂体系的分离问题，微型化及微环境的表征与测量，扩展时空多维信息，形态、状态分析及表征，生物大分子及生物活性物质的表征与测定，非破坏性检测与遥测，自动化及智能化。

3、分析仪器的性能应从哪些方面进行评价？精密度：标准偏差、相对标准偏差、方差、变异系数误差：绝对误差、相对误差灵敏度：校正灵敏度、分析灵敏度检测限：空白加3倍的空白标准偏差线性范围：可以分析的浓度范围选择性：选择性系数4、仪器分析常用的校正方法？各有何特点？标准曲线法：标准物配制浓度要准确，标准基体与样品基体一致标准加入法：基体相近，基体干扰相同，但适用于小数量的样品分析内标法：克服或减少仪器或方法的不足等引起的随机误差或系统误差5、了解分析仪器的组成部分信号发生器——（分析信号）——检测器——（输入信号）——信号处理器——读出装置6、内标元素与分析线对选择的条件？内标元素应是原来试样中不含或含量少的元素，内标物的激发电位应与分析线相同或尽量相近，内标元素的待测元素应具有相近的电离电位，两条谱线的波长应接近，分析线对附近的背景干扰应尽量小第二章：离心与电泳技术1、理解相对离心力场（g）与沉降系数（s）的物理意义。

相对离心力场：转头所产生的最大离心力场是重力场的多少倍。

沉降系数：单位离心力场的沉降速度。

迁移率：单位电场强度下电荷移动速率，取决于物质本身。

2、掌握梯度离心的原理、优点与梯度材料选择条件。

仪器分析知识点总结各章第一章仪器分析的基本概念和原理1.1 仪器分析的定义仪器分析是利用仪器设备对样品进行检测、分析和测量，以获取样品中特定组分的含量、性质和结构等信息的一种分析方法。

1.2 仪器分析的分类仪器分析按照分析方法的不同可以分为物理分析、化学分析和生物分析三大类，其中每类又分为多个不同的分支。

1.3 仪器分析的基本原理仪器分析的基本原理是根据目标分析物的性质和特点，选用合适的分析仪器进行检测和分析。

常用的仪器分析原理包括光谱分析原理、色谱分析原理、质谱分析原理等。

第二章光谱分析2.1 光谱分析的基本概念光谱分析是利用样品对电磁波的吸收、散射、发射或者透射特性进行分析的方法，分析样品中的成分、结构和性质。

2.2 原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析（AAS）是利用原子对特定波长的光的吸收特性来测定样品中金属元素的含量的分析方法。

原子吸收光谱分析的原理是利用吸收特性和比例计算出样品中目标元素的含量。

2.3 紫外可见光谱分析紫外可见光谱分析（UV-Vis）是利用样品对紫外和可见光的吸收特性进行分析的方法，常用于测定有机物和某些无机物的含量和结构。

2.4 荧光光谱分析荧光光谱分析是利用样品对激发光的发射特性进行分析的方法，荧光光谱常用于生物分析、环境分析和材料科学等领域。

第三章色谱分析3.1 色谱分析的基本概念色谱分析是利用色谱仪器对样品中的组分进行分离、检测和定量测定的方法，主要包括气相色谱分析、液相色谱分析和超临界流体色谱分析等。

3.2 气相色谱分析气相色谱分析（GC）是将样品分离为各个成分，再通过气相色谱柱进行分离和检测的方法，主要用于分析有机物、气体和挥发性物质。

3.3 液相色谱分析液相色谱分析（HPLC）是将样品分离为各个成分，再通过液相色谱柱进行分离和检测的方法，主要用于分析生物化学物、药物和小分子有机化合物等。

3.4 色谱联用技术色谱联用技术是将不同色谱方法和检测手段结合起来，以达到更高的分离能力和检测灵敏度，常见的色谱联用技术包括气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）等。