內容簡介
《全國分析檢測人員能力培訓委員會(NTC)係列培訓教材·ATC007紫外:可見吸收光譜分析技術》可供廠礦企業、科研院所、高等院校、檢驗檢疫、環境監測等領域實驗室的檢測人員參考使用,也可作為有關部門培訓分析檢測人員的教材。
內頁插圖
目錄
1 紫外一可見吸收光譜法基礎知識
1.1 紫外一可見吸收光譜法概述及其特點
1.2 紫外一可見吸收光譜法的基礎理論、基本概念和名詞術語
1.2.1 光的基本特性
1.2.2 物質對光的吸收及吸收光譜麯綫
1.2.3 躍遷類型
1.2.4 紫外一可見吸收光譜常用術語
1.2.5 紫外吸收光譜與分子結構
1.2.6 影響紫外吸收光譜的主要因素
1.3 紫外一可見吸收光譜法定量分析的基本原理
1.3.1 物質的顔色
1.3.2 光吸收的基本定律及吸光度的加和性
1.3.3 偏離比爾定律的原因
1.4 分光光度法中主要顯色反應及顯色反應條件的選擇
1.4.1 光度分析對顯色反應的要求
1.4.2 主要顯色反應類型
1.4.3 顯色劑
1.4.4 顯色反應條件選擇
1.5 吸光度測量條件的選擇
1.5.1 波長的選擇
1.5.2 光譜帶寬的選擇
1.5.3 吸光度範圍的選擇
1.5.4 參比溶液的選擇
1.6 紫外一可見吸收光譜定性分析及其應用
1.6.1 定性分析的一般步驟
1.6.2 定性分析的常用方法
1.6.3 在定性分析中的應用
1.7 紫外一可見吸收光譜分析定量方法
1.7.1 常規法
1.7.2 差示分光光度法
1.7.3 雙波長分光光度法
1.7.4 導數分光光度法
1.7.5 多元配閤物光度法
1.7.6 動力學光度法
1.7.7 萃取光度法
1.7.8 固相光度法
1.7.9 浮選光度法
1.7.10 長光路毛細吸收管光度法
1.8 紫外一可見吸收光譜分析用的標準溶液和樣品製備
1.8.1 標準溶液的製備
1.8.2 樣品的製備
1.9 思考題
參考文獻
2 紫外一可見分光光度計使用和維護
2.1 紫外一可見分光光度計結構概況
2.2 紫外一可見分光光度計的主要部件
2.3 紫外一可見分光光度計的操作方法
2.4 紫外一可見分光光度計安裝和調試
2.5 紫外一可見分光光度計的日常保養維護、檢定和常見故障
2.6 思考題
參考文獻
3 紫外一可見吸收光譜分析法的標準和應用實例
3.1 紫外一可見吸收光譜分析法在我國標準中的應用概況
3.2 紫外一可見吸收光譜分析法標準實例解析
3.3 思考題
參考文獻
4 紫外一可見吸收光譜分析法中的數據處理和不確定度評定
4.1 數理統計中的一些基本概念
4.2 分析數據的統計處理
4.3 迴歸分析在紫外一可見吸收光譜分析法中的應用
4.4 不確定度評定基礎
4.5 紫外一可見吸收光譜法測量不確定度的評定
4.6 紫外一可見吸收光度法測量不確定度評定實例
4.7 思考題
參考文獻
附錄1 常用數據和顯色劑
附錄2 儀器質量指標檢測常用的標準物質與標準光源及紫外一可見分光光度計的主要技術指標
附錄3 分子吸收分光光度法通則(紫外和可見光部分)
精彩書摘
1.1 紫外一可見吸收光譜法概述及其特點
紫外一可見吸收光譜法是基於在200 nm一800 nm光譜區域內測定物質的吸收光譜或在某指定波長處的吸光度值,對物質進行定性、定量或結構分析的一種方法,該法又稱為紫外一可見分光光度法。紫外一可見吸收光譜法的發展經曆瞭一個漫長過程,已有百年以上的曆史。最初是利用某些離子和無機試劑形成有色物質,用目視比色法測定這些離子的含量,例如用硫氰化鉀來測定試樣中的微量鐵;用奈斯勒試劑測定氨等,采用的儀器是比色管。目視比色法可看作紫外一可見吸收光譜法的雛形。
紫外一可見吸收光譜屬於電子光譜,是由多原子分子的外層電子或價電子的躍遷而産生的。這種光譜可用於含有不飽和鍵的化閤物,尤其是含有共軛體係的化閤物的分析和研究。雖然紫外吸收光譜基本上隻能反映分子中發色團和助色團的特性,而不是反映整體分子的特徵,但在化閤物結構測定中仍有重要作用。
自1945年美國Bcackman公司推齣世界上第一颱成熟的紫外一可見分光光度計商品儀器以後,紫外一可見分光光度計得到飛速發展。從單光束發展到準雙光束、雙光束和雙波長;儀器的光學元件由棱鏡分光發展到光柵分光;電子學元件由集成電路取代丫電子管和晶體管等分立元件組成的電路;儀器的自動化程度因采用瞭計算機技術得到瞭很大的提高;目前正嚮著高速、痕量、小型化、低雜散光和低噪聲方嚮發展。
經典的吸收光譜法對混濁試樣,存在背景吸收和乾擾組成的試樣的測定會産生較大誤差,甚至無法測定。從20世紀5。年代開始發展瞭許多新的分光光度分析方法,首先提齣並得到廣泛應用的是雙波長分光光度法,以後又産生瞭導數分光光度法、三波長法和正交函數法等。隨著計算機的廣泛使用,化學計量學在光度分析中的應用研究變得十分活躍,已獨自構成瞭計量學分光光度法這一新的分支學科,對解決復雜體係中各組分測定開闢瞭新的廣闊的途徑。
顯色劑和顯色體係的研究始終是紫外一可見吸收光譜法研究的重點,到2。世紀5。年代前後顯色劑的發展達到一個高峰,但新的顯色劑的研究始終沒有停止腳步,有機結構理論,有機閤成理論和配位化學理論的發展促進瞭顯色劑的研究。目前,新的高靈敏度、高選擇性的顯色劑不斷齣現,對許多無機和有機物的分析提供瞭更多的選擇。
本書討論的內容包括四方麵:紫外一可見吸收光譜的基本理論和基本方法;紫外一可見分光光度計的基本結構及其檢定;紫外一可見吸收光譜法在各類標準中的應用及紫外一可見吸收光譜法的數據處理和不確定評定。
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前言/序言
綜閤分析技術與應用:基礎理論、儀器操作與高級拓展 本書旨在為分析化學領域,尤其是麵嚮實驗室技術人員、質量控製工程師以及科研工作者提供一個全麵、深入且實用的技術參考。內容涵蓋瞭當前分析科學中幾大核心領域的原理、方法、儀器操作規範及數據處理技巧,側重於如何將理論知識轉化為實際的、高精度的檢測能力。 第一部分:分析化學基礎與質量保證體係 本部分首先迴顧瞭現代分析化學的基石——化學計量學、誤差分析與數據處理的基礎概念。詳細闡述瞭有效數字的錶示、係統誤差與隨機誤差的區分及控製策略,並引入瞭ISO/IEC 17025等國際公認的質量管理體係要求,強調瞭在日常檢測活動中建立和維護實驗室質量體係的重要性。 1.1 化學計量學與誤差控製: 迴歸分析與麯綫擬閤: 深入探討瞭綫性、非綫性迴歸模型的建立與選擇,重點解析瞭殘差分析在判斷模型適用性中的關鍵作用。討論瞭如何利用最小二乘法優化校準麯綫,並評估其置信區間。 方法的性能驗證(Validation): 詳細闡述瞭驗證一個分析方法的關鍵參數,包括準確度(Trueness)、精密度(Precision,包括重復性與再現性)、選擇性(Selectivity)、檢測限(LOD)與定量限(LOQ)的確定與報告標準。特彆關注瞭ICH和USP等行業標準對方法驗證的特定要求。 統計過程控製(SPC): 介紹瞭控製圖(如Shewhart圖、CUSUM圖)在日常監控分析過程穩定性中的應用,幫助操作人員及時發現過程漂移,保證檢測結果的長期可靠性。 1.2 樣品前處理技術精要: 樣品基體的復雜性是影響分析準確度的主要因素之一。本章著重介紹各類復雜樣品(如生物體液、環境水體、高分子材料、食品基質)的有效前處理策略。 液-液萃取(LLE)與固相萃取(SPE): 詳細比較瞭兩種萃取技術在分離機製、溶劑選擇、富集效率上的差異。提供瞭SPE柱的選擇指南,涵蓋瞭反相、正相、離子交換和混閤模式,並針對高粘度或脂溶性樣品提供瞭優化方案。 樣品消解與淨化: 針對ICP分析等對基質要求極高的檢測,詳細介紹瞭微波輔助酸消解(MARS)的操作規程、安全注意事項及常見消解缺陷的排查。 樣品濃縮與保護: 討論瞭凍乾、鏇轉蒸發等濃縮技術,並強調瞭在特定分析中,如何通過衍生化保護易揮發或不穩定的分析物。 --- 第二部分:分離科學的核心技術:色譜法詳解 色譜分析是現代分離技術的核心,本部分將色譜法拆解為理論基礎、儀器構造和應用實踐三個層麵進行係統講解。 2.1 色譜分離理論: 基本參數定義與關聯: 深入解析瞭保留時間、空體積、死時間、分配係數、選擇因子($alpha$)和容量因子($k'$)之間的數學關係。重點闡述瞭塔闆理論(HETP/N)在評估分離效率中的作用。 峰形分析與理論: 探討瞭色譜峰的正常分布與偏離(如拖尾、前沿)産生的原因,引入瞭Van Deemter方程,解釋瞭流速、分子擴散、傳質阻力對有效塔闆數的影響機製,指導用戶優化流動相流速以獲得最佳分離效果。 2.2 高效液相色譜(HPLC)實踐: 本章節聚焦於HPLC係統的構建、操作與維護。 HPLC係統組件: 詳細介紹高壓泵(如往復泵的脈動消除)、進樣係統(如六通閥的工作原理)、色譜柱(固定相的化學修飾與選擇)以及檢測器接口的優化。 梯度洗脫策略: 解釋瞭梯度洗脫相比等度洗脫在處理復雜樣品中的優勢,並提供瞭基於樣品復雜度和分析物極性範圍的梯度程序設計方法。 反相色譜柱的維護與壽命延長: 討論瞭柱床汙染的類型(如強吸附雜質、沉澱物)以及針對性的清洗方案,如反衝洗、梯度反衝、使用強溶劑置換等,以維持分離重現性。 2.3 氣相色譜(GC)與熱解GC: GC部分側重於揮發性及熱穩定性有機化閤物的分析。 進樣係統與汽化室: 詳細對比瞭分流/不分流(Split/Splitless)進樣模式的適用條件。解釋瞭冷柱頭進樣技術(Cold On-Column Injection)在分析高沸點、熱不穩定樣品中的關鍵作用。 色譜柱的選擇: 闡述瞭固定相的化學性質(如極性、交聯度)如何影響分析物的選擇性,指導用戶根據分析目標選擇閤適的毛細管柱(如聚二甲基矽氧烷基柱)。 熱解技術(Pyrolysis): 介紹瞭熱解GC在聚閤物材料鑒定、潤滑油添加劑分析中的應用,重點討論瞭熱解溫度的精確控製對結果的影響。 --- 第三部分:電化學與原子光譜分析技術 本部分擴展到對元素和無機離子的定量分析技術,著重介紹電化學傳感和基於原子激發態的光譜技術。 3.1 電化學分析基礎: 電位分析法與極化: 解釋瞭能斯特方程在電位測量中的應用,以及液絡部電位對測量的乾擾。討論瞭參比電極(如甘汞電極、Ag/AgCl電極)的維護與正確使用。 伏安法技術: 詳細介紹瞭綫性掃描伏安法(LSV)、循環伏安法(CV)和溶齣伏安法(SV)。CV在研究氧化還原機理方麵的應用,以及SV在痕量重金屬(如鉛、鎘)檢測中的高靈敏度優勢。 3.2 原子吸收光譜(AAS)與發射光譜(AES): 火焰原子吸收光譜(FAAS): 強調瞭火焰條件(如燃料與氧化劑的比例)對原子化效率的影響。討論瞭背景校正技術(如氘燈校正)的應用時機。 石墨爐原子吸收光譜(GFAAS): 重點講解瞭程序升溫控製在GFAAS中的關鍵性。詳細分解瞭乾燥、灰化(基體修飾劑的選擇與作用)、原子化三個階段的優化參數,以實現超痕量元素的準確測定。 電感耦閤等離子體發射光譜(ICP-OES): 介紹瞭等離子體炬的産生機製與穩定性控製。討論瞭多元素同時測定的原理,以及如何通過選擇閤適的譜綫和背景校正來消除光譜重疊乾擾。 --- 第四部分:光譜數據處理與結果的可靠性評估 分析的終點在於可靠的數據報告。本部分聚焦於光譜信號的解析、乾擾校正和結果的最終判定。 4.1 乾擾的識彆與消除: 光譜乾擾(Spectral Interferences): 在發射光譜中,討論瞭如何通過選擇背景較清潔的分析波長或使用譜綫掃描分析來消除原子綫與分子綫之間的重疊。 基體效應(Matrix Effects): 在原子光譜和電化學中,闡述瞭基質對霧化效率、電極反應動力學的影響。介紹瞭標準加入法和稀釋法作為消除基體效應的實用手段。 色譜峰的積分與校正: 探討瞭不同積分算法(如斜綫積分、基綫校正)對峰麵積準確性的影響,並指導如何使用內標法或歸一化法進行相對定量。 4.2 報告與溯源性: 不確定度評定(Uncertainty Budget): 依據ISO導則,指導讀者如何係統地匯總影響最終結果的各個分量(如校準不確定度、進樣不確定度、重復性不確定度),並計算齣總不確定度。 可溯源性鏈的建立: 強調瞭標準物質(CRM)在建立測量溯源性中的核心地位,指導如何選擇和使用閤適的CRM來驗證方法的準確度。 全書內容結構緊湊,理論闡述清晰,並穿插大量實際操作中的“陷阱”與“技巧”,旨在培養操作者從“會用儀器”到“理解儀器並優化方法”的綜閤分析能力。