现代仪器分析-讲义荧光光谱仪部分

第三节 色谱法
一、色谱法发展简史 固定相（stationary phase）：按形状分为柱色 谱法，毛细管色谱法，平板色谱法；按材料 分为吸附色谱法，分配色谱法，离子交换色 谱法，凝胶色谱法，生物亲和色谱法 色谱柱 （packed column） 流动相（mobile phase）：气相色谱(gas chromatography，GC)；液相色谱(liquid chromatography，LC)；超临界流体色谱法 (supercritical fluid chromatography，SFC)
火焰法： CL 2Sb S 2Sb A C
石墨 炉法： mL CL V
第二节 荧光分析法
一、概述
荧光(fluorescence):当物质分子吸收光子能量
而被激发，然后从激发态的最低振动能 级返回到基态能级时所发射出的光 荧光分析法(fluorometry) :通过测定分子所发 射荧光的特征和强度，对物质进行定性、 定量分析的方法 分子荧光分析法（molecular fluorometry） :物 质在可见-紫外光区激发并发射的荧光
第十四章 现代仪器分析简介
学习目的要求
1.掌握原子吸收光谱法的原理、了解原子吸收光 谱仪的基本构造，熟悉标准曲线法及标准加 入法、熟悉灵敏度和检出限的计算方法。 。 2.熟悉激发光谱、发射光谱、荧光寿命、荧光效 率等概念，掌握荧光光谱的特点、影响物质 发光的因素及光强度与荧光物质浓度的关系， 了解荧光光谱仪的基本构造，熟悉标准曲线 法及比例法。 3.了解色谱分离理论、色谱仪的基本构造、进行 物质定性分析和定量测定的基本原理。
二、色谱仪
气相色谱仪示意图
高效液相色谱示意图
响应值与时 间的关系的 色谱图

《现代仪器分析》PPT课 件
现代仪器分析是一门前沿的科学技术，通过使用现代化的仪器设备，对样品 进行分析和测试，帮助我们更好地了解物质的组成和性质。
课程简介
介绍《现代仪器分析》课程的目标和内容，包括仪器使用的基本原理、实验操作技巧和数据分析方法。
现代仪器分析的基本概念
1 仪器选择
根据不同的分析需求选 择适合的仪器，如质谱 仪、色谱仪等。
环境样品测试
对环境中的污染物进行分析和 检测，保护环境和生态安全。
药物分析
对药物的质量和安全性进行分 析和评估，确保药物的有效性 和可靠性。
结论与总结
通过本课程的学习，我们深入了解了现代仪器分析的基本原理和实际应用，为今后的科学研究和实 践打下了坚实的物理和 化学原理，理解分析手 段和方法。
3 仪器操作
学习正确使用和操作仪 器，保证实验结果的准 确性和可靠性。
常见现代仪器分析技术
质谱技术
通过质谱设备，对样品中的 化合物进行定性和定量分析， 广泛应用于生物医药、环境 科学等领域。
光谱技术
利用不同波长的光与物质相 互作用的特性进行分析，如 紫外可见光谱、红外光谱等。
数据分析与处理
1
数据获取
通过仪器获得样品分析的原始数据，包括光谱图、质谱图等。
2
数据处理
对原始数据进行数据清洗、信号提取和数据变换等处理，以获得有用的信息。
3
数据解释
根据分析结果和相关背景知识，对数据进行解释和评估。
案例分析
化学分析
通过现代仪器对化学反应和反 应产物进行分析，帮助解决实 际问题。
色谱技术
通过分离样品中的化合物， 达到定性和定量分析的目的， 如气相色谱、液相色谱等。

室内,给出的光称为磷光. ➢ 化学发光：当 2 种化学物质混合后给出的光. ➢ 萤火虫发光是一种生物发光.萤火虫会产生.荧光素酶
，导致发光. 类似化学发光，两种生物化学物质 混合产生光.
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分子吸收、荧光、磷光辐射跃迁
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无辐射跃迁——去活化过程
处于激发态分子不稳定，通过辐射或非辐射跃迁等去活 化过程返回至基态 。这些过程包括： 1）振动弛豫
；如苯环被卤素取代，从氟苯到碘苯，荧光逐渐减弱到消失
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5）溶剂效应： 溶剂极性可增加或降低荧光强度（改变—*及 n—* 跃迁的能量）； 与溶剂作用从而改变荧光物质结构
来增加或降低荧光强度。
6）温度：温度增加，荧光强度下降（因为内、外转换增加、粘度 或“刚性”降低）。因此体系降低温度可增加荧光分析灵敏度。
分析研究基质辅酶蛋白质色氨酸3对羟基苯基丙氨酸的反应机理3抗原抗体反应4研究蛋白质蛋白质核酸蛋白质糖蛋白质的相互作用5利用荧光检验fura2等分析细胞内离子ca2等6分析神经传递物质苯邻二酚胺等7研究核酸8研究生物膜氨基酸蛋白质脂质碳水化合物维生素辅酶抗生物质食品添加物调味料防酸化剂等食物油植物油动物油农药氨基甲酸酯类有机磷类1萘基醋酸1食品的成分分析定量分析2残留农药的检测各种有机化合物无机化合物高分子化合物纤维塑料橡胶等1微量分析2物性研究3光化学反应研究4高分子聚合研究5光敏材料的研究6大气水质土壤的污染评估多环芳香烃类7原油煤的分析荧光中涉及两类散
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激发光谱告诉我们什么？
• 化合物吸收波长 • 吸收强度 • 溶剂吸收波长
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激发光谱
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发射光谱告诉我们什么？

450 500 550 600 650 700 750
UV chip +RGB
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
450 500 550 600 650 700 750
• 显示、景观
• 室外照明：道路、停车场，室内照明
• 背光源
• 特殊照明：矿井、医院、博物馆、冰柜、仓库、情景照明
• 汽车照明和商用照明
2. 色分辨本领
表征仪器分开两条极为 靠近的光谱线的能力
由于干涉条纹有一定宽度，因此当两个波长相差很小时，两条纹 会重叠，以至不可分辨。
一个光栅有一定的色分辨率
计算条纹的宽度：
主极大位置 d sin k k
IP
I0
sin2 2
sin2 N sin2
d sin
主极大两侧极小的位置 光强极小
出来； • 无辐射跃迁过程：发光中心从激发态跃迁回基态，多余的能量以声子的形式释
放到晶格中，导致材料温度的升高； • 能量传输过程：激发能在基质与发光中心间、发光中心与发光中心间进行传递。
光波长的划分：
按照发光时间长短 荧光：物质在受激发时的发光 磷光：激发停止后的发光
荧光
按照激发方式
荧 光致发光（电磁辐射） 光 电致发光（电场能） 的 阴极射线发光（电子束的动能） 分 X射线发光及高能粒子发光 类 化学发光（化学能-光能：燃烧）
由光栅方程 d(sin ± sin)=m
当光栅位于某一个角度时（一定）， 衍射角与波长成正比。
可知在同一级干涉极大上，不同波长的光将散开，波长越长，衍射角越大。 当入射光为复合光时，光栅的这种色散作用可用来进行光谱分析。（波长）
谱线强度受单缝衍射光强分布曲线调制，光栅缝数越多， 谱线越细、越亮。（强度）

另外一种检测装置是闪烁计数器，如上图。闪烁计数器由闪烁晶体 和光电倍增管组成。X射线射到晶体后可产生光，再由光电倍增管放大， 得到脉冲信号。闪烁计数器适用于重元素的检测。 除上述两种检测器外，还有半导体探测器等等。
（3）检测器
用来接受X射线，并把它转化为可测量的量，如可见光、电
脉冲等。 X射线荧光光谱仪中常用的检测器有正比计数器、闪烁计数 器和半导体计数器。
分光晶体与检测 器同步转动进行扫 描。
4.2 X射线荧光光谱法的基本原理和仪器
（1）X射线管(光源)
分析重元素：钨靶 分析轻元素：铬靶 靶材的原子序数越大， X 光管压越高，连续谱强度 越大。
2.1 激发光源
两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。
X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上，激发出样品元素的特征 X射线，正常工作时，X射线管所消耗功率的0.2%左右转变为X射线辐射， 其余均变为热能使X射线管升温，因此必须不断的通冷却水冷却靶极。
Auger效应
Z<11的元素；
重 元 素的 外层 空 穴；
竞争
几率
荧光辐射
重元素内层 空穴；K, L 层；
1、X射线荧光光谱法特点
谱线简单，因为X射线荧光只发射特征线，而不发射连续 线，且主要采用K系和L系荧光。
分析灵敏度高:大多数元素检出限达 105 ~ 108 g / g 分析元素范围宽:B~U(5~92) 测量元素含量范围宽 :从常量至微量0.000x% — 100% 制样简单:固体, 粉末, 晶体、非晶体都可 无损分析：属于物理过程的非破坏性分析，试样不发生 化学变化
分光晶体的选择：
考虑之一：分辨率
Resolution of a crystal depends on : surface finish purity dispersion

法规与标准
加强国际合作，制定统一的法 规和标准，促进市场规范发展
。
感谢您的观看
THANKS
用途
X射线荧光光谱分析仪广泛应用于地质、冶金、石油、化工、 农业、医药、环境等领域，可对各种材料进行元素分析和化 学成分分析，如金属、非金属、矿物、环境样品等。
优缺点分析
优点
X射线荧光光谱分析仪具有快速、准确、非破坏性、多元素同时测定等优点。同 时，该仪器操作简便，可对各种材料进行无损检测，适用于现场分析和大量样品 分析。
食品安全
用于检测食品中的添加剂、农 药残留等。
考古学
用于鉴定文物年代和成分。
生物医学
用于研究生物组织、药物成分 等。
未来发展方向与挑战
智能化与自动化
提高分析仪器的智能化和自动 化水平，减少人为操作误差。
多元素同时分析
发展多元素同时测量的技术， 提高分析效率。
降低成本与维护
降低仪器成本和维护成本，提 高普及率和应用范围。
信号放大器用于放大测量系统输出的 信号，多道分析器用于将信号分道， 计算机和相关软件则用于处理和分析 数据，并输出结果。
数据处理系统通常包括信号放大器、 多道分析器、计算机和相关软件等部 件。
03 X射线荧光光谱分析仪的 应用
元素分析
总结词
X射线荧光光谱分析仪能够准确测定样品中各元素的含量，广泛应用于地质、环保、化工等领域。
环境样品分析
总结词
X射线荧光光谱分析仪能够用于环境样品中污染物的快速检测和定量分析。
详细描述
环境样品中的污染物通常以痕量或超痕量水平存在，X射线荧光光谱分析仪具有高灵敏度和低检测限 的特点，能够准确测定这些污染物元素的含量，为环境监测和污染治理提供有力支持。

二、分子荧光的发生(产生）过程
（一）分子能级与电子能级的多重性 1、分子能级的跃迁 （1）每个分子具有严格分立的电子能级（其中包括振动及转动能级） （2）基态分子吸收了特征频率能量之后，从低能级向高能级跃迁，即处于不同的激发态。
hν
E0
E1
ΔE= E1- E0
2、分子的激发态
①基态时，电子在各原子或分子轨道中成对存在，即某一给定的轨道中两个电子自旋配对。 ②所有的电子自旋配对的分子电子态称为基态单重态（S0）。 ③处于S0配对电子中，某一个电子受激跃迁到高能级，自旋不变，称为激发单重态（S1, S2, S3 ）
二、荧光分析与应用
１．特点： （1）灵敏度高 比紫外-可见分光光度法高2～4个数量级；为什么？（ 在黑背景下） 检测下限：0.1～0.1g/cm-3 （2）选择性强 既可依据特征发射光谱，又可根据特征吸收光谱； （3）试样量少 缺点：应用范围小。（物质种类，环境）
>1000
6.4
5.2
0.068
0.053
0.093
P/F
0.0023
0.014
0.23
1.4
2.5
2.6
τ F(s)
二 影响荧光强度的因素
1.溶剂的影响 除一般溶剂效应外，溶剂的极性、氢键、配位键的形成都将使化合物的荧光发生变化；溶剂极性增大，荧光光谱红移．荧光强度减弱。 2.温度的影响 荧光强度对温度变化敏感，温度增加，外转换去活的几率增加。荧光量子产率下降．荧光强度减弱。 3.溶液pH 对具有有酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制
第四章 分子发光（荧光及磷光）
分子荧光:Fluorescence 分子磷光:Phosphorescence
第一节 分子荧光和磷光分析的基本原理 一、荧光(Fluorescence)的发现 当紫外线照射到某些物质时，这些物质会发射各种颜色和不同强度的可见光，而当外光源停止照射时，所发射的光线随之消失，这种光线称之为荧光。 1757年西班牙医生及植物学家N.Monardes第一次记录荧光现象。但此后进展缓慢。 １８５２年Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，发现这些物质在吸收光能后能重新发射不同波长的光，从而引入了荧光是光发射的概念。他是第一个提出荧光作为分析手段的人。 1867年， Goppelsroder首次利用铝-桑色素配合物的荧光对铝进行测定，首次荧光分析工作 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928年，才由Jette和West提出了第一台荧光计

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色谱分析
定义：
最早的色谱分离方法是俄国的植物学家茨 维特于1906年首先提出来的。他把植物色素的 石油醚抽提液到入一根装有碳酸钙吸附剂的竖 直玻璃管中，并再加入纯的石油醚，任其自由 下流，结果在管内形成不同颜色的谱带，即溶 液中不同的色素得到了分离，“色谱”一词因 而得名。后来这种方法逐渐地用于无色物质得 分离，但“色谱”一词却沿袭析
定义： 通常将利用物质对光的选择吸收和被测
溶液对光的吸收程度与溶液中组分浓度 之间存在的定量关系，采用紫外可见分 光光度计进行定性定量分析的方法统称 为紫外可见分光光度法或紫外可见吸收 光谱法。
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红外光谱分析法
红外辐射泛指位于可见光和微波段之间的那一部分电 磁波谱．对有机化学家最有实际用处的是只限于 4000—666厘米-1(2．5-15.0微米)之间的范围．最近， 对近红外区14290—4000(0.7一2.5微米)和远红外区 700—200厘米-1(14.3—50微米)的兴趣正在增加．在 红外光谱分析中,一个十分简单的分子也可以给出一个
• （三）分析速度快 由于电子技术 计算机技术和激光技术的应用，分析 结果可在很短的时间内得出。例如发射光谱法可在2—3分钟内，同时测 定20—30种元素。傅立叶红外光谱法可在1—2秒中之内完成一个化合物 的红外谱图测定。气相色谱法可在5—20分钟内完成，对一个多组分复杂 有机混合物中各组分的定量分析。
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仪器分析发展趋势
• 一机多用或多机连用是今后的发展趋势，充分发挥各 种分析方法的优点，从而提高分析的效能，成为分析 复杂样品的有利工具。如GC—MS、GC—IR、HPLC—MS 等仪器，已实现了联机并应用于分析测试。

荧光分析法所测量的是待测物质所发射的 荧光强弱，它属于发散光谱。
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荧光光 谱仪的 分类
荧光光谱 仪
荧光光度 计
荧光分光光度 计
区别：单色器色散元件的不同
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Fluoscence荧光分光光度计
•FP-6500荧光分光光度计
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13
荧光光谱仪结构
激发光源 单色器 样品池 检测器 记录显示系统
☺ 环境监测（如水和空气中污染物的鉴别和计量等）。
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18
0.07
283
0.18
316
对-联三苯
0.93
342
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7
物质分子结构与荧光的关系
②具有刚性平面结构
ห้องสมุดไป่ตู้
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8
物质分子结构与荧光的关系
③具有最低的单线电子激发态S1为π- π型。 ④若取代基团为给电子取代基，荧光强度增加
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9
荧光光谱仪的工作原理
对于某一荧光物质的稀溶液，在激发光的 频率、强度以及液层厚度不变时，此荧光 物质所发出的荧光强度与溶液的浓度成正 比。由此可以通过测定荧光强度来求出该 物质的含量。
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14
荧光光谱仪结构
0.208
光源
激发单色器 吸收池 发射单色器
检测放大系统
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15
荧光分光光度计光路图
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16
仪器的使用与维护
注意事项
电源：触发电压、工作电流、稳定性 光源：启动预热、冷却重启、保持清洁 单色器：防潮、防尘、防污和防机械损伤 光电倍增管：避免高压时受到外来光线直射 样品池：清洗、插放方向、避免摩擦 个人防护 ： 避免紫外线损伤