分析化学光学分析法

环境监测常用分析方法简介环境样品的测试方法是在现代分析化学各个领域的测试技术和手段的基础上发展起来的，用于研究环境污染物的性质、来源、含量、分布状态和环境背景值。

随科学技术的不断发展，除经典的化学分析、各种仪器分析为环境分析监测服务外，一些新的测试手段和技术，如色谱-质谱联用、激光、中子活化法、遥感遥测技术也很快被广泛应用于环境污染的监测中，为了及时反映监测对象和取样时的真实情况，确切掌握环境污染连续变化的状况，许多小型现场监测仪器和大型自动监测系统也获得迅速的发展。

一、化学分析法是以特定的化学反应为基础的分析方法，分重量分析法和容量分析法两类。

重量法操作麻烦，对于污染物浓度低的，会产生较大误差，它主要用于大气中总悬浮颗粒、降尘量、烟尘、生产性粉尘及废水中悬浮固体、残渣、油类、硫酸盐、二氧化硅等的测定。

随着称量工具的改进，重量法得到进一步发展。

例如，近几年用微量测重法测定大气飘尘和空气中的汞蒸汽等。

容量法具有操作方便、快速、准确度高、应用范围广、费用低的特点，在环境监测中得到较多应用，但灵敏度不够高，对于测定浓度太低的污染物，也不能得到满意的结果。

它主要用于水中的酸碱度、NH3-N、COD、BOD、DO、Cr6+、硫离子、氰化物、氯化物、硬度、酚等的测定，及废气中铅的测定。

二、光学分析法是以光的吸收、辐射、散射等性质为基础的分析方法，主要有以下几种：（一）分光光度法是一种具有仪器简单、容易操作、灵敏度较高、测定成分广等特点的常用分析法。

可用于测定金属、非金属、无机和有机化合物等。

在国内外的环境监测分析法中占有很大的比重。

（二）原子吸收分光光度法是在待测元素的特征波长下，通过测量样品中待测元素基态原子（蒸气）对特征谱线吸收的程度，以确定其含量的一种方法。

此法操作简便、迅速、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、测定元素范围广，是环境中痕量金属污染物测定的主要方法，可测定70多种元素，国内外都用作测定重金属的标准分析方法。

1.分析方法的分类按原理分：化学分析:以物质的化学反应为基础的分析方法仪器分析:以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法光学分析方法：光谱法，非光谱法电化学分析法：伏安法，电导分析法等色谱法：液相色谱，气相色谱，毛细管电泳其他仪器方法：热分析按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析按分析对象：无机分析，有机分析，生物分析，环境分析等按试样用量及操作规模分：常量、半微量、微量和超微量分析按待测成分含量分：常量分析(>1%), 微量分析(0.01-1%), 痕量分析(<0.01％)2.定量分析的操作步骤1) 取样2) 试样分解和分析试液的制备3) 分离及测定4) 分析结果的计算和评价3.滴定分析法对化学反应的要求➢有确定的化学计量关系，反应按一定的反应方程式进行➢反应要定量进行➢反应速度较快➢容易确定滴定终点4.滴定方式a.直接滴定法b.间接滴定法如Ca2+沉淀为CaC2O4，再用硫酸溶解，用KMnO4滴定C2O42-,间接测定Ca2+c.返滴定法如测定CaCO3,加入过量盐酸，多余盐酸用标准氢氧化钠溶液返滴d.置换滴定法络合滴定多用5.基准物质和标准溶液基准物质: 能用于直接配制和标定标准溶液的物质。

要求：试剂与化学组成一致；纯度高；稳定；摩尔质量大；滴定反应时无副反应。

标准溶液: 已知准确浓度的试剂溶液。

配制方法有直接配制和标定两种。

6.试样的分解分析方法分为干法分析（原子发射光谱的电弧激发）和湿法分析试样的分解：注意被测组分的保护常用方法：溶解法和熔融法对有机试样,灰化法和湿式消化法7.准确度和精密度准确度: 测定结果与真值接近的程度，用误差衡量。

绝对误差: 测量值与真值间的差值, 用 E 表示 E = x - x T相对误差: 绝对误差占真值的百分比,用E r 表示 E r =E /x T = x - x T /x T ×100％ 精密度: 平行测定结果相互靠近的程度，用偏差衡量。

1.按原理分：化学分析:以物质的化学反应为基础的分析方法仪器分析:以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法光学分析方法：光谱法，非光谱法电化学分析法：伏安法，电导分析法等色谱法：液相色谱，气相色谱，毛细管电泳其他仪器方法：热分析按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析2.按试样用量及操作规模分：常量、半微量、微量和超微量分析按待测成分含量分：常量分析(>1%), 微量分析(0.01-1%), 痕量分析(<0.01％)3.定量分析的一般步骤配制标准溶液用的方法：（1）直接法直接准确称取一定量的物质，溶解后。

在容量瓶内稀释到一定体积，然后算出该溶液的浓度。

必须具备一下三个条件：第一物质必须足够的纯度，含量大于等于99.9%。

一般可用基准物质或优级纯试剂；第二物质的组成与化学式应完全符合；第三稳定。

（2）间接法粗略地称取一定量的物质，配制成所需浓度，用基准物质或另一种标准溶液来测定。

第四具备较大的摩尔质量。

4.样品采样（1）固体采样土壤样品: 采集深度0-15cm的表地为试样，按3点式(水田出口，入口和中心点)或5点式(两条对角线交叉点和对角线的其它4个等分点)取样。

每点采1-2kg，经压碎、风干、粉碎、过筛、缩分等步骤，取粒径小于0.5 mm的样品作分析试样。

沉积物: 用采泥器从表面往下每隔1米取一个试样，经压碎、风干、粉碎、过筛、缩分，取小于0.5 mm的样品作分析试样。

金属试样: 经高温熔炼，比较均匀，钢片可任取。

对钢锭和铸铁，钻取几个不同点和深度取样，将钻屑置于冲击钵中捣碎混匀作分析试样。

（2）液体试样液体试样一般比较均匀，取样单元可以较少当物料的量较大时，应从不同的位置和深度分别采样，混合均匀后作为分析试样，以保证它的代表性液体试样采样器多为塑料或玻璃瓶，一般情况下两者均可使用。

但当要检测试样中的有机物时，宜选用玻璃器皿；而要测定试样中微量的金属元素时，则宜选用塑料取样器，以减少容器吸附和产生微量待测组分的影响（3）气体试样⏹用泵将气体充入取样容器；采用装有固体吸附剂或过滤器的装置收集；过滤法用于收集气溶胶中的非挥发性组分⏹固体吸附剂采样：是让一定量气体通过装有吸附剂颗粒的装置，收集非挥发性物质⏹大气试样，根据被测组分在空气中存在的状态(气态、蒸气或气溶胶)、浓度以及测定方法的灵敏度，可用直接法或浓缩法取样⏹贮存于大容器(如贮气柜或槽)内的物料，因密度不同可能影响其均匀性时，应在上、中、下等不同处采取部分试样后混匀大气试样静态气体试样直接采样，用换气或减压的方法将气体试样直接装入玻璃瓶或塑料瓶中或者直接与气体分析仪连接动态气体试样采用取样管取管道中气体，应插入管道1/3直径处，面对气流方向常压，打开取样管旋塞即可取样。

第三章光学分析法导论1．解释下列名词（1）原子光谱和分子光谱；（2）发射光谱和吸收光谱；（3）线光谱和带光谱；（4）光谱项和光谱支项；（5）统计权重和简并度；（6）禁戒跃迁和亚稳态；（7）单重态和多重态；（8）原子发射光谱和原子荧光光谱；（9）荧光、磷光和化学发光；（10）Raman光谱。

答：（1）由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称为原子光谱；由分子的各能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。

（2）当原子受到外界能量的作用时，激发到较高能级上处于激发态。

但激发态的原子很不稳定，一般在10－8s内返回到基态或较低能态而发射出的特征谱线形成的光谱称为原子发射光谱；当基态原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射后跃迁到较高能级，这种选择性吸收产生的原子特征的光谱称为原子吸收光谱。

（3）从谱线上看时线状的，谱峰很锐，很尖，谱宽大概3～10nm，主要是原子受激辐射的谱线称为线光谱。

带状的，谱峰较宽，像山峰一样，谱宽从几十纳米到几百纳米都有，主要是分子受激辐射的谱线称为带光谱。

（4）用n、L、S、J四个量子数来表示的能量状态称为光谱项，符号为n2S＋1L；把J 值不同的光谱项称为光谱支项，符号为n2S＋1L J。

（5）由能级简并引起的概率权重称为统计权重；在磁场作用下，同一光谱支项会分裂称2J＋1个不同的支能级，2J＋1称为能级的简并度。

（6）不符合光谱选择定则的跃迁称为禁戒跃迁；若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。

（7）单重态电子两两成对，单电子数为零；多重态是有两个电子自旋平行。

（8）利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的方法称为原子发射光谱；原子荧光光谱法是测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。

（9）光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道，第一激发单线态是不稳定的，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，产生的光称为荧光；如果受激发分子的电子在激发态发生自旋反转，当它所处单重态的较低振动能级与激发三重态的较高能级重叠时，就会发生系间窜跃，到达激发三重态，经过振动驰豫达到最低振动能级，然后以辐射形式发射光子跃迁到基态的任一振动能级上，这时发射的光子称为磷光；物质在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象称为化学发光。

化学分析工作原理化学分析是一种通过实验手段对物质组成和性质进行研究的方法。

它在各个领域都有着广泛的应用，包括环境监测、食品安全、医学诊断等等。

化学分析的工作原理是通过一系列的化学反应和物理测量来确定样品的成分和特性。

本文将介绍常见的化学分析方法及其工作原理。

一、光谱分析法光谱分析法是一种通过测量样品与电磁辐射之间的相互作用，来研究样品组成和分子结构的方法。

常见的光谱分析方法包括紫外可见光谱、红外光谱、质谱等。

其中，紫外可见光谱通过测量样品对紫外或可见光的吸收来确定样品的成分和浓度。

红外光谱则通过测量样品吸收或发射的红外光谱带，来分析样品的有机和无机成分。

质谱则通过测量样品中离子的质量和相对丰度来确定样品中的分子结构。

二、色谱分析法色谱分析法是一种通过样品中物质在固定或流动相中的分配行为进行分析的方法。

常见的色谱分析方法包括气相色谱、液相色谱、层析等。

气相色谱是利用物质在气相流动相中的分配行为实现分离和鉴定的方法。

液相色谱则是利用物质在液相流动相中与固定相之间的相互作用进行分离和鉴定。

层析则是利用物质在液体静相或气体流动相与固定相之间的分配行为进行分离。

三、电化学分析法电化学分析法是利用电化学过程进行分析的方法，包括电解、电沉积和电催化等。

电解是将样品溶解在电解质溶液中，通过施加电场使溶液中的离子发生电解，从而确定样品的成分和浓度。

电沉积则是通过电化学方法将样品中的金属离子还原为金属，从而定量测定样品中金属离子的含量。

电催化则是指通过电化学反应使被测物质发生催化反应，并通过测量电流或电势变化来确定样品中物质的含量。

四、光谱仪器分析法光谱仪器分析法是利用光谱仪器进行分析的方法，包括核磁共振、质谱、拉曼、荧光等。

核磁共振通过测量样品中核自旋的能级差距和各能级上核子的自旋取向，来研究样品分子的结构和性质。

质谱通过测量样品中离子的质量和丰度，来确定样品中的分子结构和相对含量。

拉曼通过测量样品散射光的频率和强度，来分析样品的分子结构和化学键的振动状态。

分光光度分析法基本原理
分光光度分析法是一种常用的光学分析方法，基于分子或离子的吸收、散射、荧光等光学性质来定量分析化学物质的方法。

其基本原理可以归纳为以下几个步骤：
1.样品处理：首先，需要将待测的化学物质转化为可测量的形式。

这可能包括溶解、稀释、提取或反应等一系列的样品处理步骤。

2.光源：分光光度分析法使用一种合适的光源，例如白炽灯、
汞灯或滤光片光源，以产生一定波长范围内的光线。

3.选择光谱范围：根据物质的吸收特性，选择适当的光谱范围
用于测试。

常用的光谱范围包括紫外-可见光谱范围、红外光
谱范围等。

4.样品吸收：将样品吸收测量。

通过光源发出的光经过样品后，被样品中的化学物质吸收。

吸收的程度与待测物质的浓度成正比。

可以使用单光束光度计或双光束光度计进行测量。

5.基线校正：为了减少其他介质的吸收对测量结果的影响，需
要进行基线校正。

通常会测量一个不含待测物质的参比溶液，并将其光谱作为基线进行校正。

6.标准曲线：为了获得待测物质的浓度，需要建立一个标准曲线。

通过测量一系列已知浓度的标准溶液的吸光度，并绘制吸光度和浓度的关系曲线，可以确定未知样品的浓度。

7.结果分析：通过进行吸光度测量、基线校正和标准曲线拟合，可以计算出待测物质的浓度。

总的来说，分光光度分析法基于根据待测物质吸收特性对其进行量化分析。

通过选择合适的光源、光谱范围，进行样品吸收测量，并依靠标准曲线和基线校正，可以得出待测物质的浓度。

分光光度法的特点
分光光度法是一种常见的分析化学方法，其特点主要体现在以下几个方面：
1. 准确性高：分光光度法可以通过精确的光学测量，对样品中存在的化学物质进行定量测量。

这种方法常常被用于对低浓度物质的分析，能够达到非常高的准确性。

2. 灵敏度高：分光光度法能够检测到非常微小的化学物质含量，通常只需要少量的样品即可进行测试。

3. 可选择性强：分光光度法能够通过改变测试条件和参数，实现对不同化学物质的测量和检测，具有很强的选择性。

4. 操作简单：分光光度法的操作相对简单，不需要复杂的化学反应步骤，只需要样品溶液和光源即可。

5. 适用性广：分光光度法可以应用于各种类型的化学物质分析，包括有机物和无机物，液态和固态样品等。

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