光学仪器分析基本概念和原理

  1.原子光谱:原子的核外电子一般处在基态运动,当获取足够的能量后,就会从基态跃迁到激发态,处于激发态不稳定(寿命小于10-8 s),迅速回到基态时,就要释放出多余的能量,若此能量以光的形式出现,即得到发射光谱。

  原子吸收光谱法 AAS的基本原理是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析。

  2. 激发电位是指从低能级到高能级需要的能量。第一激发态,又回到基态,发射出光谱线,称共振发射线。同样从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线(简称为共振线),即具有最低激发电位的谱线。由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。由较低级的激发态(第一激发态)直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线,一般也是元素的最灵敏线。当该元素在被测物质里降低到一定含量时,出现的最后一条谱线,这是最后线,也是最灵敏线。用来测量该元素的谱线称分析线。

  3. 实际分辨率:指摄谱仪的每毫米感光板上所能分辨开的谱线的条数。或在感光板上恰能分辨出来的两条谱线的距离。

  理论分辨率R=λ/Δλ λ为两谱线的平均值,Δλ为它们的差值.

  4. 锐线光产生原理

  在高压电场下,阴极向正极高速飞溅放电,与载气原子碰撞使之电离放出二次电子,而使场内正离子和电子增加以维持电流. 载气离子在电场中大大加速,获得足够的能量,轰击阴极表面时,可将被测元素原子从晶格中轰击出来,即谓溅射.溅射出的原子大量聚集在空心阴极内, 与其它粒子碰撞而被激发,发射出相应元素的特征谱线——共振谱线。

  5. 化学计量火焰:由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相近,又称为中性火焰 ,这类火焰温度高、稳定、干扰小背景低,适合于许多元素的测定。

  6. 富燃火焰:指燃气大于化学元素计量的火焰。其特点是燃烧不完全,温度略低于化学火焰,具有还原性,适合于易形成难解离氧化物的元素测定;干扰较多,背景高。

  7. 贫燃火焰:指助燃气大于化学计量的火焰,它的温度较低,有较强的氧化性,有利于测定易解离,易电离元素如碱金属。

  8. 光谱通带:W=D·S被测元素共振吸收线与干扰线近,选用W要小,干扰线较远,可用大的W,一般单色器色散率一定,仅调狭缝确定W。

  9. 物理干扰 :是指试液与标准溶液物理性质有差别而产生的干扰。粘度、表面张力或溶液密度等变化,影响样品雾化和气溶胶到达火焰的传递等会引起的原子吸收强度的变化。非选择性干扰。消除方法:配制被测试样组成相近溶液,或用标准化加入法。浓度高可用稀释法。

  10. 化学干扰:化学干扰是指被测元原子与共存组分发生化学反应生成稳定的化合物,影响被测元素原子化.

  11. 电离干扰:在高温下原子会电离使基态原子数减少,吸收下降,称电离干扰。消除的方法是加入过量消电离剂。 所谓的消电离剂,是电离电位较低的元素。加入时,产生大量电子,抑制被测元素电离。

  12. 光谱干扰:吸收线重叠待测元素分析线与共存元素的吸收线重叠。

  13. 背景干扰:背景干扰也是光谱干扰,主要指分子吸与光散射造成光谱背景。分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射吸收,分子吸收是带光谱。光散射是指原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光产生散射,造成透过光减小,吸收值增加。背景干扰,一般使吸收值增加。产生正误差。标准加入法能消除基体干扰,不能消除背景干扰。使用时,注意要扣除背景干扰。

  14. 习惯灵敏度:特征浓度,是指产生1%吸收时,水溶液中某元素的浓度通(常用mg/ml/1%表示)。

  15. 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比。M/Z,大小进行分离并记录其信息的分析方法。所得结果以图谱表达,即所谓的质谱图(亦称质谱,Mass Spectrum)。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。而在实际工作中,有时很难找到相邻的且峰高相等的两个峰,同时峰谷又为峰高的10%。在这种情况下,可任选一单峰,测其峰高5%处的峰宽W0.05,即可当作上式中的Δm,此时分辨率定义R=m/W0.05 。质谱仪的分辨本领由几个因素决定:

  (Ⅰ)离子通道的半径;

  (Ⅱ)加速器与收集器狭缝宽度。

  (Ⅲ)离子源的性质。

  质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度等几种表示方法。

  绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量;相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比;分析灵敏度则指输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。

  16. 质量分析器的主要类型有:磁分析器、飞行时间分析器、四极滤质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分析器等。

  17. 分子离子峰:试样分子在高能电子撞击下产生正离子。

  18. 分子离子的质量对应于中性分子的质量,这对解释本质谱十分重要。几乎所有的有机分子都可以产生可以辨认的分子离子峰,有些分子如芳香环分子可产生较大的分子离子峰,而高分子量的烃、脂肪醇、醚及胺等则产生较小的分子离子峰。若不考虑同位素的影响,分子离子应该具有最高质量。分子中若含有偶数个氮原子,则相对分子质量将是偶数;反之,将是奇数。这就是所谓的“氮律”。

  19. 原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的分析方法。原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。但所用仪器与原子吸收光谱法相近。原子荧光光谱的产生:气态自由原子吸收特征辐射后跃迁到较高能级,然后又跃迁回到基态或较低能级。同时发射出与原激发辐射波长相同或不同的辐射即原子荧光。

  原子荧光为光致发光,二次发光,激发光源停止时,再发射过程立即停止。

  原子荧光的类型:原子荧光分为共振荧光、非共振荧光与敏化荧光等三种类型。

  (1)共振荧光 发射与原吸收线波长相同的荧光为共振荧光。

  (2)非共振荧光 荧光的波长与激发光不同时,称非共振荧光。

  (3)敏化荧光 受激发的原子与另一种原子碰撞时,把激发能传递给另一个原子使其激发,后者再从辐射形式去激发而发射荧光即为敏化荧光。

  荧光猝灭受激原子和其他粒子碰撞,把一部分能量变成热运动与其他形式的能量,因而发生无辐射的去激发过程。

  20. 不动的一相,称为固定相;另一相是携带样品流过固定相的流动体,称为流动相。不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时,从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间。试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间,称为保留时间。

  某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整保留时间,即tR′=tR-tM。

  死体积可由死时间与流动相体积流速F0(L/min)计算: VM=tM·F0。

  指从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间tR的关系如下:VR=tR·F0

  某组份的保留体积扣除死体积后,称该组份的调整保留体积,即VR′=VR-VM

  某组份2的调整保留值与组份1的调整保留值之比,称为相对保留值