❶ 高效液相色谱的使用等各种仪器的使用
1 高效液相色谱仪的系统组成、工作原理
高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相) 内, 由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数, 在两相中作相对运动时, 经过反复多次的吸附- 解吸的分配过程, 各组分在移动速度上产生较大的差别, 被分离成单个组分依次从柱内流出, 通过检测器时, 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。
2 高效液相色谱仪的应用
高效液相色谱法只要求样品能制成溶液, 不受样品挥发性的限制,流动相可选择的范围宽,固定相的种类繁多,因而可以分离热不稳定和非挥发性的、离解的和非离解的以及各种分子量范围的物质。
与试样预处理技术相配合,HPL C 所达到的高分辨率和高灵敏度, 使分离和同时测定性质上十分相近的物质成为可能,能够分离复杂相体中的微量成分。随着固定相的发展, 有可能在充分保持生化物质活性的条件下完成其分离。
HPL C 成为解决生化分析问题最有前途的方法。由于HPL C具有高分辨率、高灵敏度、速度快、色谱柱可反复利用, 流出组分易收集等优点,因而被广泛应用到生物化学、食品分析、医药研究、环境分析、无机分析等各种领域。高效液相色谱仪与结构仪器的联用是一个重要的发展方向。
液相色谱- 质谱连用技术受到普遍重视, 如分析氨基甲酸酯农药和多核芳烃等; 液相色谱- 红外光谱连用也发展很快,如在环境污染分析测定水中的烃类, 海水中的不挥发烃类, 使环境污染分析得到新的发展。
分光光度计的工作原理：溶液中的物质在光的照射激发下，产生对光吸收的效应，这种吸收是具有选择性的，各种不同的物质都有各自的吸收光谱，因些当某单色光通过溶液时其能量就会被吸收而减弱，光能量减弱的程度和物质的浓度有一定的比例关系，即符合朗伯尔—比尔定律 T = I/I0 LogI0/I = KCL A = KCL 其中： T 透射比 I0 入射光强度 I 透射光强度 A 吸光度 K 吸收系数 L 溶液的光程长 C 溶液的浓度通常做物质鉴定、纯度检查，有机分子结构的研究。分光光度计分类：原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、可见分光光度计、红外分光光度计、紫外可见分光光度计 不同的分类有不同的应用领域：原子吸收分光光度计为冶金、地质环保、食品、医疗、化工、农林等行业的材料分析及质量控制部门进行常量、微量金属（半金属）元素分析的有力工具，是生产、教育、科研单位分析实验室的比备常规仪器之一。荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光光谱的一种仪器。应用于科研、化工、医药、生化、环保以及临床检验、食品检验、教学实验等领域。可见分光光度计具有透射比,吸光度,浓度直接测定,有自动调0%τ,100%τ功能.能选配5cm光径比色架及2.3.5cm矩形比色皿扩大测定范围.可选配PC软件包,经RS232C联结PC机,打印机实施功能扩大.广泛应用于治金、治药、食品工业、医药,卫生,化工,学校,生物化学,石油化工, ,质量控制,,环境保护及科研实验室等化学分析等红外分光光度计. 一般的红外光谱是指2.5-50微米（对应波数4000--200厘米-1）之间的中红外光谱，这是研究研究有机化合物最常用的光谱区域。红外光谱法的特点是：快速、样品量少（几微克-几毫克），特征性强（各种物质有其特定的红外光谱图）、能分析各种状态（气、液、固）的试样以及不破坏样品。红外光谱仪是化学、物理、地质、生物、医学、纺织、环保及材料科学等的重要研究工具和测试手段，而远红光谱更是研究金属配位化合物的重要手段。紫外可见分光光度计该仪器操作简单、功能完善、可靠性高，在国内居领先水平。该仪器操作简单、功能完善、可靠性高，可广泛用于药品检验、药物分析、环境检测、卫生防疫食品、化工、科研等领域对物质进行定性、定量分析。是生产、科研、教学的必备仪器。
红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库。人们只需把测得未知物的红外光谱与标准谱图库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。当代红外光谱技术的发展已使红外光谱的意义远远超越了对样品进行简单的常规测试并从而推断化合物的组成的阶段。红外光谱仪与其它多种测试手段联用衍生出许多新的分子光谱领域，例如，色谱技术与红外光谱仪联合为深化认识复杂的混合物体系中各种组份的化学结构创造了机会；把红外光谱仪与显微镜方法结合起来，形成红外成像技术，用于研究非均相体系的形态结构，由于红外光谱能利用其特征谱带有效地区分不同化合物，这使得该方法具有其它方法难以匹敌的化学反差。另外，随着电子技术的日益进步，半导体检测器已实现集成化，焦平面阵列式检测器已商品化，它有效地推动了红外成像技术的发展，也为未来发展非傅里叶变换红外光谱仪创造了契机。随着同步辐射技术的发展和广泛应用，现已出现用同步辐射光作为光源的红外光谱仪，由于同步辐射光的强度比常规光源高五个数量级，这能有效地提高光谱的信噪比和分辨率，特别值得指出的是，近年来自由电子激光技术为人们提供了一种单色性好，亮度高，波长连续可调的新型红外光源，使之与近场技术相结合，可使得红外成像技无论是在分辨率和化学反差两方面皆得到有效提高。
原子吸收光谱仪
原子吸收光谱仪
基本原理：仪器从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素的含量。
用 途：
原子吸收光谱仪可测定多种元素，火焰原子吸收光谱法可测到10-9g/mL数量级，石墨炉原子吸收法可测到10-13g/mL数量级。其氢化物发生器可对8种挥发性元素汞、砷、铅、硒、锡、碲、锑、锗等进行微痕量测定。
因原子吸收光谱仪的灵敏、准确、简便等特点，现已广泛用于冶金、地质、采矿、石油、轻工、农业、医药、卫生、食品及环境监测等方面的常量及微痕量元素分析。
原子吸收光谱仪－基本知识
Ⅰ、基本知识
1.方法原理
原子吸收是指呈气态的原子对由同类原子辐射出的特征谱线所具有的吸收现象。
当辐射投射到原子蒸气上时，如果辐射波长相应的能量等于原子由基态跃迁到激发态所需要的能量时，则会引起原子对辐射的吸收，产生吸收光谱。基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到激发态。
2.原子吸收光谱仪的组成
原子吸收光谱仪是由光源、原子化系统、分光系统和检测系统组成。
A 光源
作为光源要求发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性
一般采用：空心阴极灯 无极放电灯
B 原子化器（atomizer）
可分为预混合型火焰原子化器（premixed flame atomizer）,石墨炉原子化器(graphite furnace atomizer),石英炉原子化器(quartz furnace atomizer)，阴极溅射原子化器(cathode sputtering atomizer)。
a 火焰原子化器：由喷雾器、预混合室、燃烧器三部分组成
特点：操作简便、重现性好
b 石墨炉原子化器：是一类将试样放置在石墨管壁、石墨平台、碳棒盛样小孔或石墨坩埚内用电加热至高温实现原子化的系统。其中管式石墨炉是最常用的原子化器。
原子化程序分为干燥、灰化、原子化、高温净化
原子化效率高：在可调的高温下试样利用率达100%
灵敏度高：其检测限达10-6~10-14
试样用量少：适合难熔元素的测定
c.石英炉原子化系统是将气态分析物引入石英炉内在较低温度下实现原子化的一种方法，又称低温原子化法。它主要是与蒸气发生法配合使用（氢化物发生，汞蒸气发生和挥发性化合物发生）。
d.阴极溅射原子化器是利用辉光放电产生的正离子轰击阴极表面，从固体表面直接将被测定元素转化为原子蒸气。
C 分光系统（单色器）
由凹面反射镜、狭缝或色散元件组成
色散元件为棱镜或衍射光栅
单色器的性能是指色散率、分辨率和集光本领
D 检测系统率
由检测器（光电倍增管）、放大器、对数转换器和电脑组成
3.最佳条件的选择
A 吸收波长的选择
B 原子化工作条件的选择
a 空心阴极灯工作条件的选择（包括预热时间、工作电流）
b 火焰燃烧器操作条件的选择（试液提升量、火焰类型、燃烧器的高度）
c 石墨炉最佳操作条件的选择（惰性气体、最佳原子化温度）
C 光谱通带的选择
D 检测器光电倍增管工作条件的选择
4.干扰及消除方法
干扰分为：化学干扰、物理干扰、电离干扰、光谱干扰、背景干扰
化学干扰消除办法：改变火焰温度、加入释放剂、加入保护络合剂、加入缓冲剂
背景干扰的消除办法：双波长法、氘灯校正法、自吸收法、塞曼效应法
❷ 原子吸收分光光度计各个部分的作用
原子吸收分光光度计有单光束和双光束两种类型如果将原子化器当作分光光度计的比色皿，其仪器的构造与分光光度计很相似。与分光光度计相比，不同点：
(1)采用锐线光源[为什么？]；
(2)单色器在火焰与检测器之间。如果像分光光度计那样，把单色器置于原子化器之前，火焰本身所发射的连续光谱就会直接照射在PMT上，会导致PMT寿命缩短，甚至不能正常工作。
(3)原子化系统：除了光源发射的光外，还存在：a. 火焰本身所发射的连续光谱；b. 原子吸收中的原子发射现象。在原子化过程中，基态原子受到辐射跃迁到激发态后，处于不稳定状态，返回基态时，可能将能量又以光的形式释放出来。故既存在原子吸收，也有原子发射。产生的辐射也不一定在一个方向上，但对测量仍将产生一定干扰。
消除干扰的措施：对光源进行调制。将发射的光调制成一定频率，检测器只接受该频率的光信号；原子化过程发射的非调频干扰信号不被检测。a. 机械调制：在光源的后面加一个由同步马达带动的扇形板作机械斩波器。当Chopper以一定的速度转动时，当光源的光以一定的频率断续通过火焰。因而在检测器后面将得到交流信号，而火焰发射的信号是直流信号，在检测系统中采用交流放大器，可排除。b.电调制：即对空心阴极灯采用脉冲供电（400~500Hz）。优点，能提高等的发射强度及稳定性，延长灯的寿命。 近代仪器多采用此法。
单光束原子吸收分光光度计：结构简单、价廉；但易受光源强度变化影响，灯预热时间长，分析速度慢。
双光束仪器一束光通过火焰，一束光不通过火焰，直接经单色器此类仪器可消除光源强度变化及检测器灵敏度变动影响。可消除光源不稳定性造成的误差。
可见，原子吸收分光光度计一般由光源，原子化器，单色器，检测器等四部分组成。
一、光源
1．作用：提供待测元素的特征谱线——共振线。获得较高的灵敏度和准确度。
光源应满足如下要求：
①. 辐射的共振线半宽度明显小于吸收线的半宽度---—锐线光源（Δν≤2×10-3nm）；
②. 共振辐射强度足够大，以保证有足够的信噪比；
③. 稳定性好，背景小 。
常用的光源是空心阴极灯（Hollow Cathode Lamp）。
2. 空心阴极灯：
a.构造：低压气体放电管（Ne、Ar）；一个阳极：钨棒（末端焊有钛丝或钽片，作用是吸收有害气体）；一个空心圆柱形阴极：待测元素（由待测元素制成，或将待测元素衬在内壁如低熔点金属、难加工金属、活泼金属采用合金）； 一个带有石英窗的玻璃管，管内充入低压惰性气体 。
①．雾化器：作用是将试样溶液分散为极微细的雾滴，形成直径约10μm的雾滴的气溶胶（使试液雾化）。对雾化器的要求：a. 喷雾要稳定；b.雾滴要细而均匀； c. 雾化效率要高。 d.有好的适应性。其性能好坏对测定精密度、灵敏度和化学干扰等都有较大影响。因此，雾化器喷是火焰原子化器的关键部件之一。
常用的雾化器有以下几种：气动雾化器，离心雾化器，超声喷雾器和静电喷雾器等。目前广泛采用的是气动雾化器。
其原理如图所示：高速助燃气流通过毛细管口时，把毛细管口附近的气体分子带走，在毛细管口形成一个负压区，若毛细管另一端插入试液中，毛细管口的负压就会将液体吸出，并与气流冲击而形成雾滴喷出。
形成雾滴的速率：a. 与溶液的粘度和表面张力等物理性质有关。b. 与助燃器的压力有关：增加压力，助燃气流速加快，可是雾滴变小。但压力过大，单位时间进入雾化室的试液量增加，反而使雾化效率下降。c.与雾化器的结构有关；如气体导管和毛细管孔径的相对大小。
②．燃烧器：试液雾化后进入预混和室（雾化室），与燃气在室内充分混合。对雾化室的要求是能使雾滴与燃气、助燃气混合均匀，“记忆”效应小。雾化室设有分散球（玻璃球），较大的雾滴碰到分散球后进一步细微化。另有扰流器，较大的雾滴凝结在壁上，然后经废液管排出。最后只有那些直径很小，细而均匀的雾滴才能进入火焰中。（雾化率10%）。
燃烧器可分为：“单缝燃烧器”（喷口是一条长狭缝，a.缝长10cm,缝宽0.5~0.6cm，适应空气-乙炔火焰；b. 缝长5cm，缝宽0.46cm，适应N2O-乙炔火焰）、“三缝燃烧器”（喷口是三条平行的狭缝）和“多孔燃烧器”（喷口排在一条线上小孔）。
目前多采用“单缝燃烧器”。做成狭缝式，这种形状即可获得原子蒸气较长的吸收光程，又可防止回火。 但“单缝燃烧器”产生的火焰很窄，使部分光束在火焰周围通过，不能被吸收，从而使测量的灵敏度下降。采用“三缝燃烧器”，由于缝宽较大，并避免了来自大气的污染，稳定性好。但气体耗量大，装置复杂。
③.火焰： 原子吸收所使用的火焰，只要其温度能使待测元素离解成自由的基态原子就可以了。如超过所需温度，则激发态原子增加，电离度增大，基态原子减少，这对原子吸收是很不利的。因此，在确保待测元素能充分原子化的前提下，使用较低温度的火焰比使用较高温度火焰具有较高的灵敏度。但对某些元素，温度过低，盐类不能离解，产生分子吸收，干扰测定。表8-3。可见，火焰的温度取决于燃气和助燃气的种类以及其流量。
按照燃气和助燃气比例不同，可将火焰分为三类：
a.化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，适用于测定许多元素。
b.富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。
c. 贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。
火焰的组成关系到测定的灵敏度、稳定性和干扰等。常用的火焰有空气—乙炔、氧化亚氮—乙炔、空气—氢气等多种。
i. 空气---乙炔火焰：空气—乙炔火焰最为常用。其最高温度2300℃，能测35种元素。但不适宜测定已形成难理解氧化物的元素，如Al,Ta,Zr,Ha等。
贫燃性空气—乙炔火焰，其燃助比小于1：6，火焰燃烧高度较低，燃烧充分，温度较高，但范围小，适用于不易氧化的元素。富燃性空气—乙炔火焰，其燃助比大于1：3，火焰燃烧高度较高，温度较贫然性火焰低，噪声较大，由于燃烧不完全，火焰成强还原性气氛（如CN,CH,C等），有利于金属氧化物的离解：
MO+C→M+CO
MO+CN→M+N+CO
MO+CH→M+C+OH
故适用于测定较易形成难熔氧化物的元素。
日常分析工作中，较多采用化学计量的空气—乙炔火焰（中性火焰），其燃助比为1：4。这种火焰稳定、温度较高、背景低、噪声小，适用于测定许多元素。
Ii．氧化亚氮—乙炔焰：其燃烧反应为：
5N2O→5N2+5/2O2+Q (大量Q使乙炔燃烧)
C2H2+5/2O2→2CO2+H2O
火焰温度达3000℃。火焰中除含C,CO,OH等半分解产物外，还含有CN,NH等成分，因而具有强化原性，可使许多易形成难离解氧化物元素原子化（如Al,B,Be,Ti,V,W,Ta,Zr,Ha等），
MO+CN→M+N+CO
MO+NH→M+N+OH
产生的基态原子又被CN,NH等气氛包围，故原子化效率高。另由于火焰温度高，化学干扰也少。可适用于难原子化元素的测定，用它可测定70多种元素。
iii.氧屏蔽空气---乙炔火焰：用氧气流将空气-乙炔火焰与大气隔开。特点是温度高、还原性强。适合测定Al等一些易形成难离解氧化物的元素。
2. 无火焰原子化装置
无火焰原子化装置是利用电热、阴极溅射、等离子体或激光等方法使试样中待测元素形成基态自由原子。目前广泛使用的是电热高温石墨炉原子化法。
石墨炉原子器本质就是一个电加热器，通电加热盛放试样的石墨管，使之升温，以实现试样的蒸发、原子化和激发。
①．结构：See. Power Point
石墨炉原子器由石墨炉电源、炉体和石墨管三部分组成。将石墨管固定在两个电极之间（接石墨炉电源），石墨管具有冷却水外套（炉体）。石墨管中心有一进样口，试样由此注入。
石墨炉电源是能提供低电压（10V），大电流（500A）的供电设备。当其与石墨管接通时，能使石墨管迅速加热到2000~3000度的高温，以使试样蒸发、原子化和激发。炉体具有冷却水外套（水冷装置），用于保护炉体。当电源切断时，炉子很快冷却至室温。炉体内通有惰性气体（Ar,N2），其作用是：a.防止石墨管在高温下被氧化；b.保护原子化了的原子不再被氧化；c.排除在分析过程中形成的烟气。另外，炉体两端是两个石英窗。
②．石墨炉原子化过程一般需要经四部程序升温完成
a. 干燥：在低温（溶剂沸点）下蒸发掉样品中溶剂。通常干燥的温度稍高于溶剂的沸点。对水溶液，干燥温度一般在100℃左右。干燥时间与样品的体积有关，一般为20~60s不等。对水溶液，一般为1.5s/μL。
b. 灰化：在较高温度下除去比待测元素容易挥发的低沸点无机物及有机物，减少基体干扰。
c. 高温原子化：使以各种形式存在的分析物挥发并离解为中性原子。原子化的温度一般在2400~3000℃（因被测元素而已），时间一般为5~10s。可绘制A—T,A—t曲线来确定。
d. 净化（高温除残）：升至更高的温度，除去石墨管中的残留分析物，以减少和避免记忆效应。
③．石墨炉原子化法的特点
优点：
a.试样原子化是在惰性气体保护下，愈强还原性的石墨介质中进行的，有利于易形成难熔氧化物的元素的原子化。
b.取样量少。通常固体样品，0.1~10mg，液体样品1~50μL。
c.试样全部蒸发，原子在测定区的平均滞留时间长，几乎全部样品参与光吸收，绝对灵敏度高。10-9~10-13g。一般比火焰原子化法提高几个数量级。
d.测定结果受样品组成的影响小。
f.化学干扰小。
缺点：
a.精密度较火焰法差（记忆效应），相对偏差约为4—12%（加样量少）。b.有背景吸收（共存化合物分子吸收），往往需要扣背景。
3. 其它原子化法（化学原子化法）
①．氢化物原子化法
氢化物原子化方法属低温原子化方法（原子化温度700~900゜C）。主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素。
原理：在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。例
AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl +4HBO2+13H2
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，然后引入加热的石英吸收管内，使氢化物分解成气态原子，并测定其吸光度。
特点：原子化温度低 ；灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）；基体干扰和化学干扰小。
②．冷原子化法
主要应用于：各种试样中Hg元素的测量；
汞在室温下，有一定的蒸气压，沸点为357 °C 。只要对试样进行化学预处理还原出汞原子，由载气（Ar或N2）将汞蒸气送入吸收池内测定。
原理：将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。
特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）