仪器分析(2)

2019-01-07 18:00

参比电极和盐桥

参比电极基本性质:1、可逆性;2、重现型;3、稳定性 分类:标准氢电极、甘汞电极和银—氯化银电极 盐桥作用:接通电路,消除或减小液接电位

使用条件:1、盐桥中电解质不含有被测离子;2、电解质的正负离子的迁移率应该基本相等;3、要保持盐桥内离子浓度尽可能的大,以保证减小液接电位 扩散电位:由于离子扩散速度的不同造成的电位差 离子选择电极电位=内参比电极+膜电位 离子选择电极类型:

1、 玻璃电极

2、 晶体膜电极:I)、氟离子单晶膜电极;II)、硫、卤素离子电极 3、 流动载体电极:液膜电极

4、 气敏电极:一种气体传感器,测定溶液或其他介质中气体的含量

5、 生物电极:一种将生物化学和电化学原理结合而制成的电极(分为酶电极、离子敏感场效应晶体管、组织电极)

响应时间:从离子选择电极与参比电极一起与试液接触时算起,直至电池电动势达到稳定值时为止,在此期间所经过的时间为实际响应时间 分析方法:直接比较法、校准曲线法、标准加入法

电位滴定法

滴定终点的确定:滴定反应发生时,在化学计量点附近,由于被滴定物质的浓度发生突变,指示电极的电位随之产生突越,由此确定滴定终点 滴定反应类型以及指示电极的选择

1、 酸碱反应可用pH玻璃电极作指示电极

2、 氧化还原反应在滴定过程中,溶液中氧化态和还原态的浓度比值发生变化,可采用

零类电极作指示电极,一般都用铂电极 3、 沉淀反应滴定可根据不同的沉淀反应,选用不同的指示电极

4、 络合反应用EDTA进行电位滴定时,可采用两种类型的指示电极;一是应用于个别

反应的指示电极;另一种能够指示多种金属离子的电极,谓之pM电极

伏安法与极谱法

液相传质方式:对流、电迁移、扩散

直流直谱装置:以滴汞电极为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极组成的电解池 干扰电流及其消除方法:

残余电流:来源于微量杂志的氧化还原所产生的电流,采用作图法加以扣除

迁移电流:加入大量支持电解质可以消除

极谱极大:在电流—电位曲线上出现的比扩散电流要大得多的突发电流峰:通常采用加入表面活性剂来抑制

氧电流:通入惰性气体,或在中性或碱性溶液中加入亚硫酸钠,强酸中加入碳酸钠或铁粉,从而消除氧的电流干扰

脉冲极谱:方波极谱法、常规脉冲极谱法、示差脉冲极谱法 伏安法:线性扫描伏安法、循环伏安法、溶出伏安法、

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单扫描极谱法(示波极谱法)特点

1、 在汞滴的生长后期施加线性扫描电压,且扫描速度快 2、 在阴极射线示波器记录电流—电位曲线

3、 在一滴汞生长周期内完成一个极谱波的测定 循环伏安法(三角波电位扫描):从其实电位Ei开始,线性扫描到终止电位Et后,再扫描到起始电位

溶出伏安法:先将被测物质以某种方式富集在电极表面,而后借助线性电位扫描或脉冲技术将电极表面富集物质溶出根据溶出过程得到的电流—电位曲线来进行分析的方法(阳极溶出伏安法、阴极溶出伏安法、吸附溶出伏安法、) 伏安法常用的电极:汞电极、碳电极、金属电极、化学修饰电极

电解和库仑法

过电压:指工频下交流电压均方根值升高,超过额定值的10%,并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象

过电位:电极的电位差值,无电流通过(平衡状态下)和有电流通过之电位差值。 影响过电位的因素:1、电极材料和电极表面状态;2、析出物质的形态;3、电流密度;4、温度

电分析方法的应用

1、 控制电流电解法:指恒电流电解法,在恒定的电流条件下进行电解,然后直接称量电极上析出物质的质量来进行分析,主要用于精铜产品的鉴定和仲裁分析 2、 控制电位电解法:控制阴极或者阳极电位为一恒定值条件下进行电解的方法,特

点是选择性高,可用于分离并测定银(与铜分离)、铜(与铋、铅、银、镍等分离)、铋(与铅、锡、镝等分离)、镉(与锌分离)等

库仑法

控制电位库仑法优点:具有准确、灵敏、选择性高,特别适用于混合物质的测定,同样也是研究电极过程、反应机理等方面的有效方法 控制电流库仑法

滴定终点的确定:化学指示剂法、电流法(单指示电极电流法、双指示电极电流法) 库仑滴定法特点:

1、 可以使用不稳定的滴定剂

2、 能用于常量组分及微量组分的分析,能作为标准方法

3、 控制电位法同样适用于库仑滴定,提高了选择性

4、 可以采用酸碱中和、氧化—还原、沉淀以及络合等各类反应进行滴定 微库仑分析方法:动态库仑滴定

其他库仑分析法:Karl Fischer(卡尔·费歇尔)滴定法、库仑阵列电极 电化学分析新方法

化学修饰电极类型:吸附型、共价键合型、聚合物型、复合型 化学修饰电极功能:富集作用、化学转换、电催化、渗透性

生物电化学传感器;酶传感器(以氧作为待女子受体的酶传感器、接替型酶传感器、直接电子传递型酶传感器)

电化学免疫传感器:电流型免疫传感器、电位型免疫传感器

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生物成分的表面固定化法:夹心法、交联法、包埋法、共价键合法、吸附法

微电极特点:1、电极表面的液相传质速率加快,提高测量响应速度;2、通过电流的电流很小,在高阻抗体系的伏安法测量中可以不考虑欧姆电位降的补偿;3、提高灵敏度、4、可以用于生物活体及单细胞分析

微电极的基本性质:1、容易达到稳定电流;2、微电极的时间常数很小;3、适用于高阻抗溶液体系

色谱法导论

色谱法也称为层析法;是高效制备分离方法; 色谱法分类:

按固定相的形态分类:固定相装在色谱柱内称为柱色谱,根据柱管的大小、结构、制备方法可分为填充柱、整体柱、毛细管柱或开管柱

按色谱动力学过程分类:淋洗色谱法(又称洗提法)、置换色谱法(又称排代法、顶替法)、迎头色谱法(前沿法)

按两相的物理形态、分离机理等分类:液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱 色谱法与其他方法的比较

与精馏、萃取分离的比较:

1、 色谱法分析趋于平衡过程

2、 色谱法具有速度较快、效率和选择性高的特点

3、 色谱法可分离沸点、溶解度相同的组分,可分离物理、化学性质相近,其他分离方法不能或难以分离的组分

4、 精馏、萃取等适用于色谱法的前处理 5、 色谱法分离过程中分离组分被稀释 与化学分析方法比较

1、 色谱法不受化学性质限制

2、 化学分析较色谱法操作简便、快捷

3、 色谱法适用于分析多组分的混合物

4、 色谱法在进行定量分析时,必须要用各种纯物质测定定量矫正因子,定量测定比较复杂

与光谱、质谱分析方法比较

1、 色谱法不具备定性分析功能

2、 色谱法主要特点是用于多组分复杂混合物的分离分析

3、 色谱仪器的价格相对与质谱、光谱仪器低廉、适用范围广 4、 色谱检测器比分子光谱法灵敏度更高,比质谱灵敏度低 色谱分离体系:固定相与不定相(即流动相)

气相色谱的流动相为气体,常称为载气;液相色谱流动相常称为淋洗液或洗脱液 线速度u=L/tM(单位时间内流动相流经色谱柱的长度) 保留值:溶质在色谱柱或色谱体系中保留行为的度量

比移值:溶质通过色谱柱的平均线速度u与流动相平均线速度ux之比 符号表示:Rf=ux/u=nm/(nm+ns)

死时间:流动相流经色谱柱的平均时间tm=L/u

保留时间:溶质通过色谱主动时间,从进样到柱后洗出最大浓度的时间tR=L/ux

ux为溶质通过色谱柱的平均线速度

调整保留时间:溶质在固定相上滞留的时间,即保留时间减去死时间t′R=tR-tM

保留因子:溶质分布在固定相和流动相的分子数或物质的量之比k=ns/nm=cSVS/cMVM=KVS/VM

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又可导出k=(tR/tM)-1=(tR-tM)/tM=t′R/tM

相对保留值:表述两组分或组分间保留差异,也称为选择性因子

α=K1/K2=k2/k1=t′2/t′1

色谱过程的理论处理类型:1、线性理想色谱;2、线性非理想色谱;3、非线性理想色谱;4、非线性非理想色谱

塔板理论计算公式:

N=8ln2(VR/2ΔV1/2)2=5.54(VR/2ΔV1/2)2=5.54(tR/2Δ

)2

1/2

N为理论塔板数,2ΔV1/2、2Δt1/2分别为以体积,时间为单位的色谱峰半高宽度 或者

2

N=16(tR/W) 有效理论塔板数: Neff=5.54((tR-tM)/2Δ

1/2

)=5.54(t′R/2Δ1/2)=16(t′R/W) Heff=L/Neff

2

2

222

又可推出: N=[(1+k)/k]Neff H=[k/(1+k)]Heff

理论塔板数反映色谱过程中溶质趋于分布平衡的次数和分离迁移与离散迁移的比值 速率理论:

速率理论方程:H=A+B/u+Cu+(Cs+Cm)u H越小,柱效月高 影响柱效的变量:流动相流速、填料粒径、色谱柱温

分离度:相邻两组分色谱峰保留值tR2、tR1之差与峰底W2、W1平均宽度之比 R=(tR2-tR1)/1/[2(W2+W1)]=2(tR2+tR1)/(W2+W1)

当R=1,两色谱峰交叠约4%,可称为基本分离。当R=1.5时,两色谱峰交叠约0.3%,可视为完全分离

分离方程:R=N /4×[(α-1)/α]×[k2/(1+k2)]

222

N=16R[α/(α-1)][(k2+1)/k2]

色谱法的选择:各种气体、沸点500℃以下挥发性、热稳定性的试样,一般采用气相色谱分析法;非挥发试样,包括有机物、无机物、高分子化合物、可解离化合物等均可采用高效液相色谱分析;薄层色谱通常为非仪器分析方法,操作简便,可作为高效液相色谱流动相、固定相选择的辅助手段 分离条件的优化:

1、 提高理论塔板高度:适当增加柱长;提高柱效; 2、 调节、控制保留因子

3、 提高选择性因子:改变柱温、改变流动相组成、改变固定相

色谱的定量方法:标准校正法或者外标法、内标法;

气相色谱仪:填充式气相色谱仪、毛细管气相色谱仪、制备型气相色谱仪、

毛细管气相色谱仪与填充柱气相色谱仪的比较:主要差别在于前者的柱前装置一个分流/不分流进样器,柱后装有尾吹气路,增加辅助尾吹气,使试样通过检测器加速器,减少峰的扩宽,并使局部浓度增大,以提高检测的灵敏度 气相色谱检测器:

按流出曲线类型分类:微分型和积分型 按检测特性分类:浓度型和质量型 按选择性分类:通用型和选择型

检测器的性能指标:灵敏度、检出限、最小检测量和最小检测浓度、线性范围

常见的气相色谱检测器:热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器火焰光度检测器、氮磷检测器、气相色谱—质谱联用 气相色谱固定相:

固体固定相:包含固体吸附剂、高分子多孔微球、化学键合固定相等。一般用于分离永

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久性气体无机气体和低沸点碳氢化合物、几何异构体或者强极性物质

载体:气相色谱载体又称为担体,为多孔性颗粒材料 载体类型:硅藻土型和非硅藻土型

硅藻土载体的预处理:使载体表面钝化,降低其吸附性从而减少拖尾现象发生,提高柱效。预处理方法一般有酸洗或者碱洗

液体固定相的基本要求:对组分有良好的分离和选择性;热稳定性和化学稳定性好;在操作温度下,有较低的蒸气压,保证固液的最高使用温度,防止固定液流失;润湿性好 按固定液的化学结构分类:1、烃类;2、醇和聚醇;3、酯和聚酯;4、聚硅氧烷类;5、特殊选择性固定液;

填充柱的制备:1、固定液涂质;2、填充柱老化

毛细管柱的特点:柱的渗透性好;柱效高,可用长色谱柱;相比高、传质快、柱容量小 毛细管柱类型:涂壁开管柱;壁处理开管柱;多孔层开管柱;载体涂层开管柱;填充毛细管柱

毛细管柱的制备:1、毛细管柱的材料;2、拉制;3、内壁粗糙化、惰化;4、固定液的涂渍;5、固定相的固定化

毛细管柱的评价:1、以理论塔板数N代表的柱效;2、涂渍效率CE;3、表面惰性 固定液的选择:

按照“相似相溶”原则来选择;根据固定液的选择性常数来选择;固定液的含量 载体及其粒度的选择:

若试样相对分子质量大、沸点高、极性大、使用的固定液量少,大都选择白色载体;试样的相对分子质量小、沸点低、非极性、固定液的用量多,则应选用红色载体;对于具有强极性、热和化学不稳定的化合物,可用玻璃载体;

柱长的选择:填充柱一般为1~5m,毛细管柱一般为20~50m,对于一般的分析分离来说,填充柱内径为3~6mm,毛细管柱内径为0.2~0.5mm 气相色谱操作条件的选择:

1、载气及载气线速度的选择—首先要适应所用的检测器的特点,其次要考虑载气对柱效和分析速度的影响;

2、温度的选择—气化室温度、检测器温度、柱温;3、进样量;

气相色谱分析的应用:1、环境中有机污染物的分析;2、食品分析;3、生物、医学;4、石油化工;

高效液相色谱

高效液相色谱的基本特点:

1、 高效、高速、高灵敏度;

2、 填料粒径和流动相性质影响色谱柱效; 3、 局限性 4、适用范围广 操作条件:

1、 流动相对色谱分离选择性的影响 2、 柱外效应

3、 操作压力—高压

高效液相色谱分类(根据色谱固定相和色谱分离的物理化学原理或分离机理)

1、 吸附色谱 2、 分配色谱

3、 离子交换色谱

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