仪器分析电子教案

2024-04-21

仪器分析电子教案（精选6篇）

篇1：仪器分析电子教案

仪器分析教案：

遵义师范学院敖克厚

一、仪器分析要求

仪器分析实验是仪器分析课程的重要组成部分，通过实验可使学生更好的理解和掌握理论教学中所介绍的各种分析仪器的原理，正确掌握各种常用仪器的结构及基本操作技能，针对不同的分析对象，会正确选择适当的仪器分析方法，包括确定分析仪器﹑试剂﹑分析条件﹑分析步骤﹑获得实验数据及正确进行数据处理等。通过实验可培养学生综合应用各种仪器分析方法解决相应环境监测对象的能力。

二、实验须知

1、实验者应准备一本编有页码的实验记录本，不能使用单页纸或活页本。

2、写预习报告：实验前，应充分预习实验的方法和原理、实验步骤、仪器使用等内容。在实验记录本上，拟订好实验的操作步骤，预先记录实验必要的常数及计算公式。还应事先划好记录数据的表格，以便有条理且不遗漏地记录数据。

3、实验应紧张有序地进行。实验过程中应认真观察思考，如实地记录数据和实验现象，忠实地、完整地记录实验过程、测量数据及有关资料。记录的原始数据不得随意涂改。如果需废弃某些记录的数据，则可在其上划一道线。

4、还要始终保持实验场所的清洁、整齐和安静。每个学生都应遵守实验室规则，养成良好的实验习惯。药品、试剂、电、水、气体等都应节约使用，并重视实验室安全。实验室中的仪器不能随意摆弄，以防损坏或发生其他事故。

5、实验完成后，应及时写出实验报告。报告应包括：

①实验题目、完成日期、姓名、合作者

②实验目的、简要原理、所用仪器、试剂及主要实验步骤

③实验数据及计算结果，实验的讨论

④原始实验数据记录 ⑤解答实验思考题

报告中所列的实验数据和结论，应组织得有条理，合乎逻辑，还应表达得简明正确，并附上应有的图表。

二、实验数据及分析结果的表达

1.列表法

列表法表达数据，具有直观、简明的特点。实验的原始数据一般均以此方法记录。

列表需标明表名。表名应简明，但又要完整地表达表中数据的含义。此外，还应说明获得数据的有关条件。表格的纵列一般为实验号，而横列为测量因素。记录数据应符合有效数字的规定，并使数字的小数点对齐，便于数据的比较分析。一般使用三线表法记录数据。

一、列表法

列表法是以表格形式表示数据。其优点是列入的数据是原始数据，可以清晰地看出数据的过程，亦便于日后对计算结果进行检查和复核；可以同时列出多个参数的设置，便于同时考察多个变量之间的关系。当数据很多时，列表占用篇幅过大，显得累赘。用列表法表示数据时，需要注意规范化：

(1)选择适合的表格形式，在现在的科技文献中，通常采用三线制表格，而不采用网格式表。

(2)简明准确地标注表名，表名标注于表的上方。当表名不足以充分说明表中数据含义时，可以在表的下方加标注。

(3)表的第一行为表头，表头要清楚标明表内数据的名称和单位。名称尽量用符号表示。同一列数据单位相同时，将单位标注于该列数据的表头，各数据后不再加写单位。单位的写法采用斜线制。

(4)在列数据时，特别是数据很多时，每隔一定量的数据留一空行。上下数据的相应位数要对齐，各数据要按照一定的顺序排列。

2.图解法

图解法可以使测量数据间的关系表达得更为直观。在许多测量仪器中使用记录仪记录获得测量图形，利用图形可以直接地或间接求的分析结果。

⑴利用变量间的定量关系图形求得未知物含量

定量分析中的标准曲线，就是将自变量浓度为横坐标，应变量即各测定方法相应的物理量为纵坐标，绘制标准曲线。对于欲求的未知物浓度，可以由它测得的相应物理量值从标准曲线上查得。

⑵通过曲线外推法求值

分析化学测量中常用间接方法求测量值。如对未知试样可以通过连续加入标准溶液，测得相应方法的物理量变化，用外推作图法求得结果。

3求函数的极值或转折点

○ 3 实验常需要确定变量之间的极大、极小、转折等，通过图形表达后，可迅速求得其值。

如光谱吸收曲线中，峰值波长及它的摩尔吸光系数的求得；滴定分析中，通过滴定曲线上的转折点求得滴定终点等。

⑷图解微分法和图解积分法

如利用图解微分法来确定电位滴定的终点，在气相色谱法中，利用图解积分法求色谱峰面积。

3.作图方法

作图的方法和技术将影响图解结果，现将标绘时的要点介绍如下：

⑴标绘工具及图纸

绘图工具主要有铅笔（1H），透明直尺及曲尺，圆规等。

一般情况下，均选用直角坐标纸。如果一个坐标是测量值的对数，则可用单对数坐标纸，如直接电位法中，电位与浓度的曲线绘制。如果两个坐标都是测量值的对数，则要用双对数坐标纸。

⑵坐标标度的选择

①以自变量为横坐标，应变量为纵坐标。

②选择合适的坐标标绘变量，使测量结果尽可能绘得一条直线，便于绘制和应用。

③绘出的直线或近乎直线的曲线，应使它安置在接近坐标的45角。

④标的标度。第一，应使测量值在坐标上的位置方便易读。如坐标轴上各线间距表示数量1、2、4或5是适宜的，但应避免使用3、6、7或9等数字。第二，应能表达全部有效数字，图上读出各物理量的精密度应与测量的精密度一致。第三，坐标的起始点不一定是零。可用低于最低测量值的某一整数作起点，高于最高测量值的某一整数作终点，以充分利用坐标纸，但各个测量值的坐标精密度不超过1-2个最小分度。

⑶图纸的标绘

①各坐标轴应标明该轴的变量名称及单位，并在纵轴的左面及横轴的下面，每隔一定距离标明变量的数值，即分度值，但不要将实验数据写在轴旁。标记分度值的有效数字一般应与测量数据相同。

②标绘数据时，可用符号代表点，如用“⊙”，其中心点代表测得的数据值，圆点的大小应与测量的精密度相当。若在一张图纸上绘几条曲线，则每组数据应选用不同的符号代表，如+、×、等，但在一张图纸上不宜标绘过多。当两个变量的精密度相差较大时，代表点可用矩形符号或变相矩形符号。

③会线时，如果两个量成线性关系，按点的分布情况作一直线，所绘的直线应与各点接近，但不必通过所有点，因为直线表示代表点的平均变动情况。在绘制曲线时，也应按此原则。如果毫无理由的将个别点远离曲线，这样所绘的曲线是不正确的，一般讲，曲线上不应有突然弯曲和不连续的地方，但如果这种情况确实超出了测量值的误差范围，则不能忽视。如光谱吸收曲线上的突然弯曲显示了峰肩的存在。

曲线的具体绘法，先用淡铅笔手绘一条曲线，再用曲线板依曲线逐段凑合描光滑，并注意各段描线的衔接，使整条曲线连续。⑷图名和说明

绘好图后应注上图名，测量的主要条件，最后标写姓名、日期。

4.分析结果的数值表示

报告分析结果时，必须给出多次分析结果的平均值以及它的精密度。注意数值所表示的准确度与测量工具、分析方法的精密度相一致。报告的数据应遵守有效数字规则。

重复测量试样，平均值应报告出有效数字的可疑数。例：三次重复测量结果为11.32、11.35、11.32，内中11.3为确定数，第四位为可疑数，其平均值应报告11.33。若三次结果为11.42、11.35、11.22，则小数点后一位就为可疑数，其平均值应报11.3。

当测量值遵守正态分布规律时，其平均值为最可信赖值和最佳值，它的精密度优于个别测量值，故在计算不少于四个测量值的平均值时，平均值的有效数字位数可增加一位。

一项测定完成后，仅报告平均值是不够的，还应报告这一平均值的偏差。在多数场合下，偏差值只取一位有效数字。只有在多次测量时，取两位有效数字，且最多只能取两位。然后用置信区间来表达平均值的可靠性更可取。

二、仪器分析实验中的数据处理知识：

1、曲线拟合

在仪器分析中，绝大多数情况下都是相对测量，需用校正曲线进行定量建立校正曲线，就是基于使偏差平方和达到极小的最小二乘法原理，回归分析：因变量：仪器响应值，自变量：被测定样品的已知值。

原理：最小二乘法，对若干个对应的数据（x1,y1），（x2,y2），（xn,yn），用函数进行拟合。从作图的角度说，就是根据平面上一组离散点，选择适当的连续曲线近似地拟合这一组离散点，以尽可能完善到表示仪器响应值和被测定量的之间的关系。这种基于最小二乘法原理研究因变量与自变量之间的相关关系的方法，称为回归分析。

用回归分析建立仪器分析校正曲线，因变量是仪器响应值，是具有概率分布的随机变量，自变量是被测定量（浓度），为无概率分布的固定变量。所建立的校正曲线，描述了因变量与自变量之间的相关关系，并可根据各自变量的取值对因变量进行预报和控制。

bn xiyixiyi

nxi2xi2a ybx相关系数

用最小二乘法原理拟合回归方程，其斜率和截距分别为：所拟合的回归方程及建立的曲线在统计上是否有意义，可用相关系数进行检验。相关系数r是表征变量之间相关 7 程度的一个参数，若γ大于相关系数表中的临界值r0.05，f，表示所建立的回归方程和回归线是有意义的；反之，γ若小于r0.05，f，则表示所建立的回归方程和回归线没有意义。r的绝对值在0至1的范围内变动，r值越大，表示变量之间相关的程度越密切。当y随x增大而增大，称为y与x为正相关，为正值；当y随x增大而减少，称y与x为负相关，r为负值。

表1

篇2：仪器分析电子教案

一.教学内容 1． 2． 3．仪器分析的产生与发展概况仪器分析的分类与特点仪器分析的发展趋势

二．重点与难点

1.仪器分析与化学分析的联系和区别 2.仪器分析的分类依据与各类特点 3.仪器分析的发展趋势三．学时安排学时

一、课程简介

仪器分析法是以测量物质的物理性质为基础的分析方法。这类方法通常需要使用较特殊的仪器，故得名“仪器分析”。随着科学技术的发展，分析化学在方法和实验技术方面都发生了深刻的变化，特别是新的仪器分析方法不断出现，且其应用日益广泛，从而使仪器分析在分析化学中所占的比重不断增长，并成为化学工作者所必需掌握的基础知识和基本技能。

仪器分析是化学类专业必修的基础课之一。通过本课程的学习

1.要求学生掌握常用仪器分析方法的原理和仪器的简单结构； 2.要求学生初步具有根据分析的目的，结合学到的各种仪器分析方法的特点、应用范围，选择适宜的分析方法的能力。分析化学—化学分析、仪器分析

分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学，它包括化学分析和仪器分析两大部分。

化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。

仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复杂的仪器。

仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方向。

仪器分析的特点（与化学分析比较）

1.灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的g、L级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。

2.选择性好。很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。3.操作简便，分析速度快，容易实现自动化。仪器分析的特点（与化学分析比较）

4.相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。5.需要价格比较昂贵的专用仪器。

仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析基础上的发展。

不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成分析的全过程。

仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度；有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有机试剂和配合物化学等理论，所以在不少书籍中，把它列入化学分析。应该指出，仪器分析本身不是一门独立的学科，而是多种仪器方法的组合。可是这些仪器方法在化学学科中极其重要。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。因此，将它们称为 “化学分析中的仪器方法 ”更为确切。

二、仪器分析方法的分类

三、发展中的仪器分析

1.20世纪40~50年代兴起的材料科学，60 ~70年代发展起来的环 3 境科学都促进了分析化学学科的发展。80年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专

一、快速、简便的分析方法。

2.如生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进行分析。

3.信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。

4.计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度。它使许多以往难以完成的任务，如实验室的自动化，图谱的快速检索，复杂的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换主要依赖于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。5.联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。

联用分析技术：

1.气相色谱—质谱法（GC—MS）

2.气相色谱—质谱法—质谱法（GC—MS—MS）

3.气相色谱—原子发射光谱法（GC—AED）

4.液相色谱—质谱法（HPLC—MS）

四、仪器分析方法的优点是：

1.操作简便而快速，对于含量很低（如质量分数为 10-8 或 10-9

数量级）的组分，则更具独特之处。

2.被测组分的浓度变化或物理性质变化能转变成某种电学参数（如电阻﹑电导 ﹑电位 ﹑ 电容﹑电流等），故易于实现自动化和连接电子计算机。因此，仪器分析具有简便 ﹑ 快速﹑灵敏﹑易于实现自动化等特点。对于结构分析，仪器分析法也是极为重要和必不可少的工具。生产的发展和科学的进步，不仅对分析化学在提高准确度 ﹑灵敏度和分析速度等方面提出更高的要求，而且还不断提出更多的新、课题。一个重要的方面是要求分析化学能提供更多﹑更复杂的信息。

课时分配

光学分析法（33学时）

1.绪论（1学时）；

2.光学分析法导论（2学时）3.原子发射光谱法（5学时）

4.原子吸收光谱法和原子荧光光谱法（6学时）5.紫外—可见分光光度法（5学时）6.红外光谱法（3学时）

7.分子发光分析法（5学时）

8.核磁共振波谱法（3学时）

9.质谱法（3学时）电学分析法（17学时）

1.电分析化学导论（3学时）

2.电位分析法（4学时）

3.电解和库仑分析法（4学时）

4.伏安和极谱分析法（6学时）色谱分析法（14学时）

1.色谱分析导论（4学时）

2.气相色谱法（5学时）

3.液相色谱法（5学时）

*其他仪器分析方法简介：（2学时）

参考书

仪器分析

（武汉大学）（教材）

仪器分析教程

北京大学化学系

仪器分析教学组（主要参考书）

分析化学（仪器分析部分）仪器分析原理

方惠群等参考书（学术期刊）国内

1.分析化学

2.高等学校化学学报

3.光谱学与光谱分析国外

1.Analytical

Chemistry

2.Analyst

林树昌等

篇3：电子仪器失效故障分析

1 电子仪器的可靠性分析

所谓的电子仪器可靠性, 主要是指电子仪器在规定的运行条件下, 能够按照预定的要求完成任务, 而不发生故障的概率, 能够保证生产的正常进行。电子仪器的可靠性与电子器件的稳定性具有重要的联系, 针对故障发生的时期, 可将其分为三个阶段。第一阶段为早期故障期, 主要是在电子器件设计和生产制造的过程中出现的, 由于设计工艺或者生产方式不符合预定的流程, 在电子器件的内部出现隐藏性的故障, 在后期使用的过程中就会暴露出来, 对电子仪器的可靠性造成极大的影响。第二阶段为偶然故障期阶段, 此时出现的故障率较低, 主要是在电子仪器运行的过程中, 由于人为操作的失误或者外力的干扰比较强烈时可能会对电子仪器的可靠性造成影响。第三阶段为耗损故障期, 电子仪器在长期使用的过程中, 受到自身性能以及运行环境的影响, 各部分结构会逐渐老化, 由此故障发生率逐渐升高。

2 元器件的故障分析

元器件是构成电子仪器的基础单元, 所以当元器件出现故障时, 电子仪器的可靠性就会受到影响。元器件的故障主要是指某个参数超出了规定的权限范围, 此时元器件就会受到损坏。元器件受损会根据损坏的程度分为部分损坏和完全损坏, 部分损坏是指元器件的部分功能失效, 但是电气仪器还能够运行, 比如说在电容器的损耗增加的状况下, 电子仪器也可以运行。完全损坏是指元器件的功能已经完全丧失, 电子仪器已经无法正常运行, 比如说电容器开路或者短路等现象, 此时电子仪器无法运行。在实际运行中, 元器件的部分损坏可以允许存在, 但是完全损坏则无法容忍。其中有些故障具有较强的隐蔽性, 平时很难发现, 这类故障被称为软故障。所以为了保证元器件运行的可靠性, 在平时要加强运行监测, 及时发现问题及时解决, 降低故障的发生率, 提高运行稳定性。

3 电子仪器故障分析及检查的基本方法

3.1 初步检查中的观察法。

观察法可分为不通电观察法和通电观察法。它利用人的感官去发现明显故障, 常可直接找到元器件故障。

3.2 判断故障部位的基本方法

3.2.1信号寻迹法:将合格的测试信号注入仪器的相应部分, 用示波器或仪器终端指示器观察响应是否正常。测试信号可以从前级输入, 由示波器逐级观察判断故障部位;也可由后级逐次向前推移输入, 用终端指示器或示波器观察判断故障部位。在多单元电路系统中常用“分块”法, 以加快故障诊断的速度。3.2.2交流短路法 (用电容旁路法) :它常用于判断产生寄生振荡和寄生调制的电路部位。若在某级电路的输入端并接适当容量和耐压的电容器时故障消失, 则问题在该级前面各级电路;若故障仍存在, 则毛病在该级或后级, 据此, 可判断出故障部位。3.2.3波形观察法:它是利用仪器内部信号源用示波器观测有关电路输入输出波形从而确定故障部位方法。3.2.4测量电压法:在判断故障部位时, 它用于检查仪器内各电源电压是否正常。3.2.5替代法:用整块印刷电路插板等部件 (可用备件或用同型号仪器上相同的正常部件) , 替代怀疑有故障的部件, 看故障是否消失, 从而判断故障的部位。3.2.6分割测试法:若一复杂电路, 它由若干个互相关联的子电路组成, 检查时可断开其中一个子电路, 观测其对故障现象的影响。振荡器可分解为放大器和正反馈电路两部分;一个有源积分电路可分解为放大器和积分电路两部分。分别检查电路, 就可判断哪个子电路有故障。

4 元器件故障检查的基本方法

4.1 测量电压法:

这是最常用、最方便的方法。它可不拆焊元器件而发现故障。电压测量法是通过对电路节点电压测量判断电路哪个器件有故障, 一些仪器说明书中提供了相当数量的节点电压值, 这就给寻找故障器件提供了极大的方便。

注意, 测电压法通常检查电路节点的直流电压, 它可检查电路的直流工作状态 (静态) 是否正常, 但对电路的交流工作状态 (动态) 是否正常缺少判断能力。

4.2波形观测法:

它可观察检查电路元器件交流工作状态是否正常。

4.3替代法:

它是用正常器件去替代可疑器件, 看故障现象是否消失。

4.4 测量电阻法:

电阻器、电容器、晶体管、集成电路等器件往往可以通过阻值测量来粗略判断其好坏, 但测试时应在仪器断电时进行, 并应注意断开被测器件与电路的电联系。在烧保险丝时, 用该法判断哪路负载短路十分有效。

4.5 改变现状法:

它特别适用于检查虚焊、接触不良、温升后性能变坏等引起的不稳定故障;烙铁靠近器件可观察温升后的变化等。

4.6 用器件测试仪器设备检测器件:

器件测试仪器可分为两大类:一类是可在线检测的仪器, 它能在线检测电阻、电容、晶体管等的量值, 还能在不割断印刷线路的情况下直接测试该线路的电流;另一类不具有在线检测功能, 如电子管测试仪、晶体管图示仪;集成电路测试仪;电桥等。

结束语

电子仪器一般都比较精密, 由于内部电路以及结构比较复杂, 所以在运行时的可靠性非常重要。电子仪器的故障失效主要是在设计、制造和使用中产生的, 所以为了提高运行的可靠性, 在前期的采购阶段, 应该对元器件的结构和各项性能进行严密的试验, 保证各部分结构的性能稳定。在日常使用中应该做好维修养护工作, 为电子仪器的可靠运行创造有利的环境, 减少外界环境对其可靠性造成的影响。在养护阶段, 要对处于生命周期最后阶段的仪器进行重点检查, 发现性能失效的元器件要及时更换, 保证电气仪器运行的可靠性。

摘要：随着科学技术的发展, 电子仪器在工业生产中应用的越来越广泛, 有效的推动了工业化的进程。电子仪器属于高精的仪器范围, 所以在运行时对于环境以及技术有着较高的要求。为了提高工业生产的效率, 电子仪器越来越趋向于精密化和智能化, 由此在稳定性方面也相应的有所提高。一旦电子仪器发生失效故障, 将会对生产带来极大的影响, 造成一定的经济损失。所以要确保电子仪器在使用过程中各个环节的准确性, 提高运行效率, 降低故障的发生率。文章对于电子仪器失效故障的相关问题进行了分析, 对于提高电子仪器运行的稳定性具有重要的意义。

关键词：电子仪器,失效分析,可靠性

参考文献

[1]万向荣.电子仪器失效 (故障) 分析[J].电子质量, 2005, 9, 30.

[2]郝明飞.浅谈电子仪器的管理手段和故障维修方法[J].仪器仪表用户, 2011, 2, 8.

篇4：电子测量仪器抗干扰技术措施分析

[关键词]电子测量仪干扰抗干扰问题技术措施

[中图分类号]TN97

[文献标识码]A

[文章编号]1672-5158（2013）05-0166-01

一、干扰现象

（一）、干扰的定义

干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。对于电测系统来说，干扰就是指对电测系统或仪器的测量结果产生影响的各种内部或外部的无用信号。干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、振动干扰和声波干扰等等，其中，电磁干扰是最为常见的干扰方式，电磁干扰对于系统的影响也最大。电磁干扰容易对系统的性能或信号传输产生有害的影响，使信号的数据发生瞬态变化，加大误差，严重时可能会导致整个系统出现故障。

（二）、干扰的来源

产生干扰必须具备三个因素：干扰源、传播途径和接受载体。对于电磁干扰来说，许多的设备都能够成为干扰源，例如继电器、变压器、微波电器、电动机、高压电线等，这些设备都能够产生电磁信号，对电子测量仪器进行参数检测造成影响。另外，宇宙射线、太阳光和雷电这些自然现象也会产生电磁信号，成为干扰源。电磁信号在空中是直线传播的，具有极强的穿透能力，电磁信号还能够通过导线传人电子测量仪器，传播的途径众多，也是电磁干扰现象十分广泛的原因之一。电子测量仪器就是很好的接受载体，它会吸收干扰信号，影响参数检测。所以，干扰是会对系统造成有害影响的，除去干扰形成因素的任何一个，都能够有效地避免干扰。抗干扰技术就是针对干扰的三个要素进行研究和处理，破坏其中的一个或几个干扰生成的要素。

二、几种常用的电子测量仪器抗干扰技术措施

电子测量仪器容易出现干扰问题，通过干扰现象的来源进行分析，可以知道，提高电子测量仪器抗干扰性能最理想的方法就是抑制干扰源，使其不向外产生干扰或者将其产生干扰造成的影响限制在允许的范围之内。对于生产车间来说，想要生产的过程中不产生干扰源几乎是不可能的。有些干扰是避免不了的，例如电网和外界环境的干扰。所以，在电子测量仪器来说，除了要对一些干扰源进行抑制之外，还需要在产品自身设计方面进行研究，提高其抗干扰性能。常见的电子测量仪器抗干扰技术措施如下所述：

（一）、屏蔽技术

屏蔽技术室利用导电或导磁材料制成的盒状的或壳状的屏蔽体，可以将干扰源或者受干扰对象包围起来，这样就可以割断或者削弱干扰源的空间耦合通道，组织干扰源向受干扰对象传输电磁能量。根据屏蔽的干扰场的性质的不同，一般可以将屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种类型。通常采用电场屏蔽的方式来消除或者抑制由于电场耦合而引起的干扰，使用铜和铝等导电性能良好的金属材料充当屏蔽体，且屏蔽体要保持良好的接地。磁场屏蔽是为了消除或者抑制由于磁场耦合而引起的干扰，一般可以用高磁导率的材料来充当屏蔽体，从而保障磁路的畅通。对于一些电气设备，既存在电场耦合，又存在磁场耦合，例如，变压器、发电机等等，变压器的电磁屏蔽一般采取的是在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环，漏磁短路环会产生反磁通来抵消部分的漏磁通，从而使变压器外的磁通减弱。另外，在同轴电缆中，可以在电缆线中设置屏蔽层，防止信号在传输的过程中受到电磁干扰。同时，为了防止电磁干扰发生在通信电缆里面，可以在生产车间的通信电缆外面包裹一层薄膜，这样就能够起到屏蔽外界电磁干扰的作用。需要注意的是，对电磁干扰的屏蔽效果与屏蔽层的数量和每一层的厚度是有很大关系的。

（二）、隔离技术

隔离技术是抑制干扰的有效手段之一，它是指把干扰源与接收系统隔离开来，从而让干扰耦合通道被切断，使得干扰信号无法传输。比较常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。光电隔离需要用到的仪器是光电耦合器，光电隔离借助光作为媒介来耦台隔离两端输入和输出的电信号，它所具有的隔离能力比较强，能够有效地提高电子测量仪器的抗干扰能力；变压器隔离主要用在传输交流信号的过程中，需要用到隔离变压器来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度；继电器隔离主要是利用继电器的线圈来接受电信号，在利用其触电来控制和传输电信号，这样就可以通过不和电产生联系而将强电和弱电分离开来。

（三）、滤波技术

滤波的形式有多种，主要有波形滤波、频率滤波、时间滤波、空间滤波、软件滤波和幅度滤波等。滤波主要是通过挡住噪声，只让有效地信号输出。干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽很多，所以可以采取滤波的方式来抑制干扰。根据滤波器频率的特性，可以将滤波器分为低通、高通、带通、带阻等类型。

（四）、接地技术

为了提高电子测量仪器的抗干扰性能，还可以通过接地技术来实现。接地技术主要是将电路、设备机壳等与大地相连，这样就能够给系统提供一个基准电位。接地可以分为保护接地、屏蔽体接地和信号接地三种类型。通过接地的方式，不仅能够防止设备使用时漏电造成人身安全，还能够有效地抑制干扰。

三、结束语

综上所述，在电气化的环境下，干扰现象时有发生。如果干扰源不能够消失，就需要想办法让其对其他设备的使用造成的干扰降低到最小。通过屏蔽技术、隔离技术、滤波技术和接地技术能够有效地抑制干扰信号的传输，保证电子测量仪器能够在允许的范围内进行参数检测。

参考文献

[1]诸帮田.电子电缆实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2010

[2]徐科军，陈荣保，张素巍.自动检测和仪表中的共性技术[M].北京，清华大学出版社

篇5：仪器分析电子教案

分子发光分析法

8．1教学建议

一、从光谱定性分析和定量分析的依据和方法入手，在了解分子发光分析特点的基础上，介绍分子荧光与磷光光谱分析法的基本原理、仪器结构组成、常规测定方法及应用。

二、在比较分子荧光与磷光光谱分析法的基础上，介绍化学发光分析方法的基本原理及分析特点与应用。

8．2主要概念

一、教学要求：

（一）、掌握分子荧光与磷光光谱分析方法的基本原理；

（二）、掌握荧光与磷光分析仪器的结构组成、常规测定方法及应用；

（三）、掌握化学发光法的基本原理及应用；

二、内容要点精讲第一节

荧光分析法

一、概述

分子荧光分析法是根据物质的分子荧光光谱进行定性，以荧光强度进行定量的一种分析方法。

荧光分析的特点：

灵敏度高：视不同物质，检测下限在0.1~0.001mg/mL之间。可见比UV-Vis的灵敏度高得多。

选择性好：可同时用激发光谱和荧光发射光谱定性。

结构信息量多：包括物质激发光谱、发射光谱、光强、荧光量子效率、荧光寿命等。应用不广泛：主要是因为能发荧光的物质不具普遍性、增强荧光的方法有限、外界环境对荧光量子效率影响大、干扰测量的因素较多。

二、基本原理

1、分子荧光的产生

处于分子基态单重态中的电子对，其自旋方向相反，当其中一个电子被激发时，通常跃迁至第一激发态单重态轨道上，也可能跃迁至能级更高的单重态上。这种跃迁是符合光谱选律的，如果跃迁至第一激发三重态轨道上，则属于禁阻跃迁。单重态与三重态的区别在于电子自旋方向不同，激发三重态具有较低能级。在单重激发态中，两个电子平行自旋，单重态分子具有抗磁性，其激发态的平均寿命大约为10-8s;而三重态分子具有顺磁性，其激发态的平均寿命为10-4~1s以上(通常用S和T分别表示单重态和三重态)。

处于激发态的电子，通常以辐射跃迁方式或无辐射跃迁方式再回到基态。辐射跃迁主要涉及到荧光、延迟荧光或磷光的发射；无辐射跃迁则是指以热的形式辐射其多余的能量，包括振动弛豫(VR)、内部转移(IR)、系间窜跃(IX)及外部转移(EC)等，各种跃迁方式发生的可能性及程度，与荧光物质本身的结构及激发时的物理和化学环境等因素有关。

2、去活化过程(Deactivation)

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(Vibrational Relaxation, VR)在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层失活至低振动能层的过程，称为振动弛豫。

(2)内转化(Internal Conversion，IC)

对于具有相同多重度的分子，若较高电子能级的低振动能层与较低电子能级的高振动能层相重叠时，则电子可在重叠的能层之间通过振动耦合产生无辐射跃迁，如S2-S1；T2-T1。

(3)荧光发射

处于第一激发单重态中的电子跃迁至基态各振动能级时，将得到最大波长为λ3的荧光。注意：基态中也有振动驰豫跃迁。很明显，λ3的波长较激发波长λ1或λ2都长，而且不论电子开始被激发至什么高能级，最终将只发射出波长为λ3的荧光。荧光的产生在10-7-10-9s内完成。

三、荧光与有机化合物的结构

1、跃迁类型

对于大多数荧光物质，首先经历p®p*，然后经过振动弛豫或其他无辐射跃迁，再发生p*®p跃迁而得到荧光。p*®p跃迁常能发出较强的荧光(较大的量子产率)。这是由于p®p*跃迁具有较大的摩尔吸光系数(一般比n®p*大100-1000倍)。

其次，p®p*跃迁的寿命约为10-7—10-9s，比n®p*跃迁的寿命10-5—10-7s要短。在各种跃迁过程的竞争中，它是有利于发射荧光的。此外，在p®p*跃迁过程中，通过系间窜跃至三重态的速率常数也较小(S1®T1能级差较大)，这也有利于荧光的发射。总之，p®p*跃迁是产生荧光的主要跃迁类型。

2、共轭效应

容易实现p®p*激发的芳香族化合物容易发生荧光，能发生荧光的脂肪族和脂环族化合物极少(仅少数高度共轭体系化合物除外)。此外，增加体系的共轭度，荧光效率一般也将增大。例如：

在多烯结构中，Ph(CH=CH)3 Ph和Ph(CH=CH)2 Ph在苯中的荧光效率分别为0.68和0.28。

共轭效应使荧光增强的原因：增大了摩尔吸光系数

3、刚性平面结构

多数具有刚性平面结构的有机分子具有强烈的荧光。因为这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其它溶质分子的相互作用减少，也就减少了碰撞去活的可能性。

4、取代基效应芳香族化合物苯环上的不同取代基对该化合物的荧光强度和荧光光谱有很大的影响。给电子基团，如-OH、-OR、-CN、-NH2、-NR2等，使荧光增强。因为产生了p-p共轭作用，增强了p电子共轭程度，使最低激发单重态与基态之间的跃迁几率增大。

吸电子基团，如-COOH、-NO、-C=O、卤素等，会减弱甚至会猝灭荧光。

卤素取代基随原子序数的增加而荧光降低。这可能是由所谓“重原子效应”使系间窜跃速率增加所致。在重原子中，能级之间的交叉现象比较严重，因此容易发生自旋轨道的相互作用，增加了由单重态转化为三重态的概率。取代基的空间障碍对荧光也有影响。立体异构现象对荧光强度有显著的影响。

四、金属螯合物的荧光

除过渡元素的顺磁性原子会发生线状荧光光谱外，大多数无机盐类金属离子，在溶液中只能发生无辐射跃迁，因而不产生荧光。但是，在某些情况下，金属螯合物却能产生很强的荧光，并可用于痕量金属元素分析。

1、螯合物中配位体的发光

不少有机化合物虽然具有共轭双键，但由于不是刚性结构，分子处于非同一平面，因而不发生荧光。若这些化合物和金属离子形成螯合物，随着分子的刚性增强，平面结构的增大，常会发生荧光。

如8-羟基喹啉本身有很弱的荧光，但其金属螯合物具有很强的荧光。

2、螯合物中金属离子的特征荧光

这类发光过程通常是螯合物首先通过配位体的p*®p跃迁激发，接着配位体把能量转给金属离子，导致d®d*跃迁和f®f*跃迁，最终发射的是d®d*跃迁和f®f*跃迁光谱。

五、影响荧光强度的因素

1、溶剂对荧光强度的影响

增大溶剂的极性，p®p*跃迁的能量减小，而导致荧光增强，荧光峰红移。但也有相反的情况，例如，苯胺、萘磺酸类化合物在戊醇、丁醇、丙醇、乙醇和甲醇中，随着醇的极性增大，荧光强度减小，荧光峰蓝移。因此荧光光谱的位置和强度与溶剂极性之间的关系，应根据荧光物质与溶剂的不同而异。

如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质的状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化。

2、温度对荧光强度的影响温度上升使荧光强度下降。其中一个原因是分子的内部能量转化作用。当激发分子接受额外热能时，有可能使激发能转换为基态的振动能量，随后迅速振动弛豫而丧失振动能量。另一个原因是碰撞频率增加，使外转换的去活几率增加。

3、溶液pH值对荧光强度的影响

带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光与溶液的pH有关。

具有酸性或碱性基团的有机物质，在不同pH值时，其结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧光物质，因pH值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变。

4、顺磁性物质的存在,使激发单重态的体系间窜越速率增大,因而会使荧光效率降低。

六、溶液荧光猝灭荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子的相互作用引起荧光强度降低的现象称为荧光猝灭。能引起荧光强度降低的物质称为猝灭剂。

导致荧光猝灭的主要类型：(1)碰撞猝灭

碰撞猝灭是指处于激发单重态的荧光分子与猝灭剂分子相碰撞，使激发单重态的荧光分子以无辐射跃迁的方式回到基态，产生猝灭作用。(2)静态猝灭(组成化合物的猝灭)由于部分荧光物质分子与猝灭剂分子生成非荧光的配合物而产生的。此过程往往还会引起溶液吸收光谱的改变。

(3)转入三重态的猝灭

分子由于系间的跨越跃迁，由单重态跃迁到三重态。转入三重态的分子在常温下不发光，它们在与其它分子的碰撞中消耗能量而使荧光猝灭。

溶液中的溶解氧对有机化合物的荧光产生猝灭效应是由于三重态基态的氧分子和单重激发态的荧光物质分子碰撞，形成了单重激发态的氧分子和三重态的荧光物质分子，使荧光猝灭。

(4)发生电子转移反应的猝灭

某些猝灭剂分子与荧光物质分子相互作用时，发生了电子转移反应，因而引起荧光猝灭。(5)荧光物质的自猝灭

在浓度较高的荧光物质溶液中，单重激发态的分子在发生荧光之前和未激发的荧光物质分子碰撞而引起的自猝灭。有些荧光物质分子在溶液浓度较高时会形成二聚体或多聚体，使它们的吸收光谱发生变化，也引起溶液荧光强度的降低或消失。

七、胶束增敏荧光

加入临界浓度以上的表面活性剂，如十二烷基硫酸钠。

1、溶液的荧光强度

(1)荧光强度与溶液浓度的关系

荧光强度If正比于吸收的光量Ia与荧光量子产率j。

If =j Ia 式中j为荧光量子效率，又根据Beer定律

Ia = I0-It = I0(1-e-A)I0和It分别是入射光强度和透射光强度。代入上式得 If =j I0(1-10-A)=j I0(1-e-2.3A)整理得：

If =2.3j I0kbc 当入射光强度I0和I一定时，上式为：

If = K c 即荧光强度与荧光物质的浓度成正比，但这种线性关系只有在极稀的溶液中，当A£0.05时才成立。对于较浓溶液，由于猝灭现象和自吸收等原因，使荧光强度和浓度不呈线性关系。

2、荧光激发光谱与发射光谱任何荧(磷)光都具有两种特征光谱：激发光谱与发射光谱。它们是荧(磷)光定性分析的基础。

(1)激发光谱

改变激发波长，测量在最强荧(磷)光发射波长处的强度变化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。

激发光谱形状与吸收光谱形状完全相似，经校正后二者完全相同！这是因为分子吸收光能的过程就是分子的激发过程。

激发光谱可用于鉴别荧光物质；在定量时，用于选择最适宜的激发波长。

(2)发射光谱

发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐照荧光物质，产生不同波长和强度的荧光，以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。

由于不同物质具有不同的特征发射峰，因而使用荧光发射光谱可用于鉴别荧光物质。(3)激发光谱与发射光谱的关系

a 波长比较

与激发(或吸收)波长相比，荧光发射波长更长，即产生所谓Stokes位移。(振动弛豫失活所致)b 形状比较

荧光光谱形状与激发波长无关。尽管分子受激可到达不同能级的激发态，但由于去活化(内转换和振动弛豫)到第一电子激发态的速率或几率很大，好像是分子受激只到达第一激发态一样。

换句话说，不管激发波长如何，电子都是从第一电子激发态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能层。

七、荧光仪器(光源与检测器处于相互垂直的位置)

1、光源：氙灯、高压汞灯、激光；

2、样品池：石英(低荧光材料)；

3、两个单色器：选择激发光单色器,分离荧光单色器；

4、检测器：光电倍增管。

八、荧光分析法的应用

荧光测定必须在极稀的溶液中才可用于定量测定。标准曲线法测定荧光物质的含量

九、荧光分析法的应用

1、无机化合物的分析

大多数无机离子与溶剂之间的相互作用很强,其激发态多以非辐射跃迁方式返回基态,发荧光者甚少。然而很多无机离子可以与一些有机化合物形成有荧光的络合物,利用这一性质可对其进行荧光测定。能够同金属离子形成荧光络合物的有机试剂绝大多数是芳香族化合物,通常含有两个或两个以上的官能团,能与金属离子形成五元环或六元环的螯合物。由于螯合物的生成,分子的刚性平面结构增大,使原来不发荧光或荧光较弱的化合物转变为强荧光化合物。

2、有机化合物的分析

脂肪族有机化合物的分子结构较为简单,本身能发生荧光的很少,一般需要与某些试剂反应后才能进行荧光分析,如丙三醇与苯胺在浓硫酸介质中反应生成发射蓝色荧光的喹啉，据此可以测定0.1~2µg•mL⁻¹的丙三醇。

芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系,多数能发生荧光,可直接用荧光法测定。

第二节

磷光分析

一、概述

磷光分析法是以分子磷光光谱来鉴别有机化合物和进行定量分析的一种方法。

磷光分析法在药物分析,临床分析等领域的应用日益发展。

二、基本原理

1、磷光的产生和磷光强度

磷光是处于激发三重态的分子跃迁返回基态时所产生的辐射。(1)磷光的特点：

① 磷光波长比荧光的长(T1

(2)磷光强度: IP=2.3jPI0kbc 式中IP为磷光强度，jP为磷光效率，I₀ 为激发光的强度，K为磷光物质的摩尔吸收系数，b为试样池的光程，C为磷光物质的浓度。

在一定的条件下，jp、Ip、k、b均为常数，因此上式可写成：

Ip=Kc

2、温度对磷光强度的影响

(1)随着温度降低,分子热运动速率减慢,磷光逐渐增强。(2)低温磷光(液氮)由于磷光寿命长，T1的非辐射跃迁(内转换)几率增加，碰撞失活(振动弛豫)的几率、光化学反应几率都增加，从而降低磷光强度。因此有必要在低温下测量磷光。同时要求溶剂： ①易提纯且在分析波长区无强吸收和发射； ②低温下形成具有足够粘度的透明的刚性玻璃体。

常用的溶剂：

① EPA——乙醇+异戊烷+二乙醚(2+2+5)② IEPA——CH3I+EPA(1+10)。

3、重原子效应

使用含有重原子的溶剂(碘乙烷、溴乙烷)或在磷光物质中引入重原子取代基,都可以提高磷光物质的磷光强度,这种效应称为重原子效应。前者称为外部重原子效应,后者称为内部重原子效应。

机理:重原子的高核电荷使得磷光分子的电子能级交错,容易引起或增强磷光分子的自旋轨道偶合作用,从而使S1→T1的体系间窜跃概率增大,有利于增大磷光效率。

4、室温磷光

低温磷光需低温实验装置且受到溶剂选择的限制，1974年后发展了室温磷光(RTP)。

(1)固体基质：在室温下以固体基质(如纤维素等)吸附磷光体，可增加分子刚性、减少三重态猝灭等非辐射跃迁，从而提高磷光量子效率。

(2)胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成具多相性的胶束，改变磷光体的微环境、增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提高三重态的稳定性。

利用胶束增稳、重原子效应和溶液除氧是该法的三要素。

5、敏化磷光：其过程可以简单表示为：

6、磷光发射

从单重态到三重态分子间发生系间跨跃跃迁后，再经振动弛豫回到三重态最低振动能层，最后，在10-4-10s内跃迁到基态的各振动能层所产生的辐射。

三、磷光仪器

在荧光仪样品池上增加磷光配件：低温杜瓦瓶和斩光片。如右图所示。

斩光片的作用是利用其分子受激所产生的荧光与磷光的寿命不同获取磷光辐射。第三节

化学发光分析法

一、概述

某些物质在进行化学反应时，由于吸收了反应时产生的化学能，而使反应产物分子激发至激发态，受激分子由激发态回到基态时，便发出一定波长的光。这种吸收化学能使分子发光的过程称为化学发光。利用化学发光反应而建立起来的分析方法称为化学发光分析法。化学发光也发生于生命体系，这种发光称为生物发光。

二、化学发光分析的基本原理

化学发光是吸收化学反应过程产生的化学能，而使反应产物分子激发所发射的光。任何一个化学发光反应都应包括化学激发和发光两个步骤，必须满足如下条件：(1)化学反应必须提供足够的激发能，激发能主要来源于反应焓。

(2)要有有利的化学反应历程，使化学反应的能量至少能被一种物质所接受并生成激发态。

(3)激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分子，而使该分子激发，然后以辐射光子的形式回到基态。

三、化学发光效率和发光强度

化学发光反应效率jCL，又称化学发光的总量子产率。它决定于生成激发态产物分子的化学激发效率jce和激发态分子的发射效率jem。定义为：

jcl =发射光子的分子数 /参加反应的分子数 =jce·jem 化学反应的发光效率、光辐射的能量大小以及光谱范围，完全由参加反应物质的化学反应所决定。每个化学发光反应都有其特征的化学发光光谱及不同的化学发光效率。化学发光反应的发光强度Icl以单位时间内发射的光子数表示。它与化学发光反应的速率有关，而反应速率又与反应分子浓度有关。即

Icl(t)=jcl· dc/dt=Kc 式中 Icl(t)表示t时刻的化学发光强度，是与分析物有关的化学发光效率dc/dt是分析物参加反应的速率。

四、化学发光反应类型

1、直接化学发光和间接化学发光

直接发光是被测物作为反应物直接参加化学发光反应，生成电子激发态产物分子，此初始激发态能辐射光子。

A + B® C* + D C*® C + hn 式中A或B是被测物，通过反应生成电子激发态产物C*，当C*跃迁回基态时，辐射光子。

间接发光是被测物A或B，通过化学反应生成初始激发态产物C*，C*不直接发光，而是将其能量转移给F，使F跃迁回基态，产生发光。

A + B® C* + D C*+F® F* + E F*® F + hn 式中C*为能量给予体，而F为能量接受体

2、气相化学发光和液相化学发光按反应体系的状态分类，如化学发光反应在气相中进行称为气相化学发光；在液相或固相中进行称为液相或固相化学发光；在两个不同相中进行则称为异相化学发光。(1)气相化学发光

主要有O3、NO、S的化学发光反应，可用于监测空气中的O3、NO、SO2、H2S、CO、NO2等。

臭氧与乙烯的化学发光反应；一氧化氮与臭氧的化学发光反应。

(2)液相化学发光

用于此类化学发光分析的发光物质有鲁米诺、光泽碱、洛粉碱等。例如，利用发光物质鲁米诺，可测定痕量的H2O2以及Cu、Mn、Co、V、Fe、Cr、Ce等金属离子。

五、化学发光的测量装置

化学发光分析法的测量仪器主要包括样品室、光检测器、放大器和信号输出装置。化学发光反应在样品室中进行，样品和试剂混合的方式有不连续取样体系，加样是间歇的。将试剂先加到光电倍增管前面的反应池内，然后用进样器加入分析物。另一种方法是连续流动体系，反应试剂和分析物是定时在样品池中汇合反应，且在载流推动下向前移动，被检测的光信号只是整个发光动力学曲线的一部分，而以峰高进行定量测量。

1、分立取样式仪器

2、流动注射式仪器

六、化学发光分析的应用

1、广泛应用于大气中O3、NO、NO2、H2O、SO2、CO等组分的检测。

2、鲁米诺—H2O2体系

三、重点、难点

（一）重点内容

1、分子荧光与磷光光谱分析方法的基本原理；

2、荧光与磷光分析常规测定方法及应用；

3、化学发光法的基本原理及应用；

（二）难点

荧光、磷光与分子结构的关系，荧光、磷光的猝灭机理，化学发光类型。

8．3 例题例3．1 容器中有4.4 g CO2，14 g N2，12.8g O52，总压为2.026×10Pa，求各组分的分压。

分析：题意中给出了三种气体的质量和总压强，可以直接求得各组的摩尔数，利用道尔顿分压定律求得。本题涉及本章一个重要的知识点。解：混合气体中各物质的摩尔数为：

nCO24.4g/44(gmol1)0.1mol

nN214g/28(gmol1)0.5mol

n1O212.8g/32(gmol)0.4mol

由道尔顿分压定律，可求得： pCO2pnCO2toln2.026×1050.1CO2nN2nO20.10.52.0261040.4Pa

pnN20.5N2ptoln2.026×1051.013104Pa

CO2nN2nO20.10.50.4pnO20.4O2ptoln2.026×105CO2nN2nO20.10.50.48.104104Pa

【评注】本题给定条件明了、直接，解题思路清晰。

例3．2有一高压气瓶，容积为30 dm3，能承受2.6×107Pa，问在293K时可装入多少千克O2而不致发生危险？

分析：这是一个应用实例，已知体积，压强，温度，可以直接利用式（1.1）理想气体状态方程求出氧气的质量。

解：

pVnRTmMRTmPVM2.61070.030.032

RT8.31429310.25Kg

【评注】本题给定条件明了、直接，解题思路清晰。

例3．3 水的汽化热为40 kJ·mol-1，求298K时水的饱和蒸汽压。

分析：由题可知，水的蒸发热即汽化热，温度从298K至沸腾状态373K，大气压强已知，因此可以由克劳修斯-克拉贝龙方程（式2.15）求得水在298K时的饱和蒸汽压。

解：lgp1vHm11p22.303RT T21lg1013254000011p22.3038.314298373

求得：P2=3945Pa 8．4习题精选详解（题号）2.1.某气体在293K与9.97×104Pa时占有体积1.910-1dm3

其质量为0.132g，试求这种气体的相对分子质量，它可能是何种气体? 解：该题为理想气体状态方程的运用，将理想气体状态方程进行变量变换，即将物质的量变换为摩尔质量即可。

2.2.一敞口烧瓶在280K时所盛的气体，需加热到什么温度时，才能使其三分之一逸出? 解该题为理想气体状态方程的应用，由题意可知，一敞口烧瓶即在相同压力下，两种气体状态参数的相关性（采用理想气体状态方程关联）进行计算。

2-3.温度下，将1.013×105Pa的N3332dm和0.506 5Pa的O23 dm放入6 dm的真空容器中，求O2和N2的分压及混合气体的总压。

解：本题为理想气体状态方程的应用及总压与分压关系。

2.5.在300K，1.013×105

Pa时，加热一敞口细颈瓶到500K，然后封闭其细颈口，并冷却至原来的温度，求这时瓶内的压强。

解：由题意知，当瓶内温度升为500K时，其气体体积将变为原来的5/3倍，因此瓶内气体的物质的量只占全部气体的3/5，对应的压力为1.013×105Pa降温前瓶内的气体的物质的量不变。

2.6.在273K和1.013×105Pa下，将1.0 dm3洁净干燥的空气缓慢通过H3C-O-CH3液体，在此过程中，液体损失0.0335 g，求此种液体273K时的饱和蒸汽压。解

2.8.在291K和总压为1.013×105

Pa时，2.70 dm3

含饱和水蒸汽的空气，通过CaCl2干燥管，完全吸水后，干燥空气为3.21 g，求291K时水的饱和蒸汽压。解

2.10.在273K时，将同一初压的4.0 dm3 N32和1.0dm3 O2压缩到一个容积为2 dm的真空容器中，混合气体的总压为3.26×105 Pa，试求：

（1）两种气体的初压；

（2）混合气体中各组分气体的分压；（3）各气体的物质的量。解：

2.13．已知乙醚的蒸汽热为25900J·mol-1，它在293K的饱和蒸汽压为7.58×104Pa，试求在308K时的饱和蒸汽压。解

2.15.如图所示是NaCl的一个晶胞，属于这个晶胞的Cl（用表示）和Na+（用

表示）各多少个？

篇6：仪器分析电子教案

红外吸收光谱法

10．1教学建议

一、从应用实例入手，介绍红外吸收光谱法的基本原理和红外光谱仪结构特征。

二、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构为目的,介绍红外光谱分析方法在定性及定量分析的方面的应用。

10．2主要概念

一、教学要求：

（一）、掌握红外吸收光谱法的基本原理；

（二）、掌握依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法；

（三）、了解红外光谱仪的结构组成与应用。

二、内容要点精讲

（一）基本概念

红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。

红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。

振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。

转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。

伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。

红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。

诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。

共轭效应——分子中形成大键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。

氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。

溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。

基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。

振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。

基团频率区——红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。分子振动自由度——多原子分子中原子振动形式的数目，称为分子振动自由度。倍频峰——振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态……所产生的吸收峰称为倍频峰。

组（合）频峰——多原子分子中由于各种振动之间的相互作用而形成的组合频率（等于两个或多个基团频率之和或差）的吸收峰。

泛频与泛频峰——倍频与组（合）频，统称为泛频。相应的吸收峰称为泛频峰。相关峰——表征某一基团存在的一组特征峰称为相关峰。

（二）基本内容

1.红外吸收光谱的基本原理

利用物质分子对红外辐射的吸收，并有其振动及转动引起偶极矩的净变化产生振动和转动能级由基态跃迁到激发态，获得分子振动和转动能级变化的振动-转动光谱，即红外吸收光谱。除对称分子外，几乎所有具有不同结构的化合物都有相应的特征红外吸收光谱。它反映了分子中各基团的振动特征。因此可以用以确定化学基团和鉴定未知物结构。同时，物质对红外辐射的吸收符合朗伯-比尔定律，故可用于定量分析。

2.红外吸收光谱产生的条件

（1）照射的红外光必须满足物质振动能级跃迁时所需的能量，即光的能量E = hv必须等于两振动能级间的能量差E(E =E振动激发态-E振动基态)。

（2）红外光与物质之间有偶合作用及分子的振动必须是能引起偶极矩变化的红外活性振动。

3.分子的振动方程

1307k Ar 由方程可知，振动波数（或频率）随键力常数k的增加或折合相对原子质量Ar的减少而增大，实际用于真实分子时应加以修正。

4.分子振动的形式和类型

分子中的基本振动形式（理论数）：

对于非线性分子有（3N―6）个基本振动（即简正振动）形式；线性分子有（3N―5）个基本振动形式（N为分子中原子数目），实际上大多数化合物在红外光谱图上出现的吸收峰数目比理论数要少。

振动类型：多原子分子中有伸缩振动（对称和非对称伸缩振动）和弯曲（或变形）振动两大类。

5.红外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系

（1）红外吸收光谱的分区：按照红外吸收光谱与分子结构的关系可将其分为基团频率区（或特征区）（4000～1300cm-1）和指纹区（1300～670cm-1）两大区域。基团频率区包括：①X—H伸缩振动区（4000～2500cm-1），主要包括C—H，O—H，N—H和S—H键伸缩振动频率区；②三键及积累双键区（2500～1900cm-1），主要包括C≡C，C≡N键伸缩振动及C═C═C和C═C═O等累积双键的不对称伸缩振动频率区；③双键伸缩振动区（1900～1500cm-1），主要包括C═O（1900～1650cm-1）和C═C（1680～1500cm-1）伸缩振动频率区。

指纹区包括：①1300～900cm-1振动区：主要包括C—O，C—N，C—F，C—P，C—S，P—O，Si—O等单键和C═S，S═O，P═O等双键的伸缩振动频率区以及一些弯曲振动频率区。如C—O的伸缩振动（1300～1000cm-1）和甲基的弯曲振动（～1380cm-1）；②900cm-1以下振动区，主要包括一些重原子伸缩振动和一些弯曲振动频率区，C—H在这一区域的吸收峰可用来确定苯环的取代类型。某些吸收峰还可用来判定化合物的顺反构型。

6.影响红外吸收光谱的主要因素

（1）影响吸收峰位置（即基团频率）的因素内部因素：诱导效应、共轭效应和氢键效应；外部因素：物质的物理状态和溶剂效应。

（2）影响吸收峰数目的因素通常大多数化合物在红外光谱上出现的吸收峰数目比理论计算数目有所增减，这主要是由于：①分子中存在着红外非活性振动；②某些振动频率完全相同，即简并为一个吸收峰；有些振动频率相近，仪器分辨不出来；③某些振动吸收强度太弱，仪器检测不出来或某些振动吸收频率超出了仪器的检测范围；④倍频峰和合频峰的产生，使吸收峰增加；⑤振动偶合使得吸收峰发生分裂；⑥ 费米共振，倍频峰和组频峰与基频峰之间相互偶合而产生的吸收峰的分裂，使吸收峰增多。

7.红外吸收光谱仪

用于测量和记录待测物质红外吸收光谱并进行结构分析及定性、定量分析的仪器，称为红外吸收光谱仪或红外吸收分光光度计。

仪器的类型：色散型红外吸收光谱仪和干涉型红外吸收光谱仪。

仪器的结构：红外光谱仪的基本结构与紫外光谱仪类似，也由光源、吸收池、单色器、检测器和记录系统等部分组成。干涉型（傅里叶变换型）与普通色散型红外光谱的主要区别在于它有干涉仪和计算机两部分。

8.红外吸收光谱法的应用

红外吸收光谱法广泛用于有机物的定性分析、定量分析及未知物结构的确定。

三、重点、难点

（一）重点内容

1、红外吸收光谱法的基本原理；

2、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法。

（二）难点

影响基团频率位移的因素、双原子分子振动及未知物结构的确定。

10．3 例题

例3．1 由下述力常数k数据，计算各化学键的振动频率（波数）。

（1）乙烷的C―H键，k=5.1N·cm-1;(2)乙炔的C―H键，k=5.1N·cm-1(3)苯的C=C键，k=7.6N·cm-1;(4)甲醛的C=O键, k=12.3N·cm-1。由所得计算值，你认为可以说明一些什么问题？

答：计算

k5.111307A1307cm1r121cm13072（1）乙烷的C―H键，121

同理可得

（2）乙炔的C―H键：2=3304 cm-1（3）苯的C=C键：3=1471 cm-1（4）甲醛的C=O键：4=1750 cm-1 由此可知，①折合相对原子质量Ar的平方根与化学键的振动频率（波数）成反比，与折合相对原子质量Ar小的C―H键相比，C=C键和C=O键的振动波数比较低；②键力常数k的平方根与化学键的振动频率（波数）成正比，不同的化学键有不一样的键力常数，键力常数差异决定了折合相对原子质量相近的化学键，如C=C键和C=O键的频率（波数）有明显的差异。【评注】本题给定条件明了、直接，解题思路清晰。

例3．2氯仿（CHCl3）的红外光谱表明其C―H伸缩振动频率为3100 cm-1,对于氘代氯仿(CDCl3)，其C―D伸缩振动频率是否会改变，如果变动，是向高波数还是低波数方向移动？

答：因为=1307（k1/Ar）1/2,的折合相对原子质量Ar1=12×1/（12+1）=12/13，而C―2H的折合相对原子质量Ar2=12×2/（12+2）=12/7，显然，Ar2≈2 Ar1，所以，与氯仿（CHCl3）红外光谱中的C―H伸缩振动频率比较，氘代氯仿(CDCl3)的C―2H伸缩振动频率会改变。从Ar2≈2 Ar1来看，C―2H伸缩振动频率向低波数方向移动。

例3．3 图6-1为1-辛烯的红外光谱，试给出各峰的归属。

图6-1 1-辛烯的红外光谱图

答：

（1）如═CH2的反对称伸缩振动（末端═C—H出现在3085 cm-1附近）及═CH2的对称伸缩振动（═CH2出现在2975 ±10cm-1附近），═CH—的伸缩振动（C—H伸缩振动出现在3040～3010cm-1附近）。

（2）C═C的振动（C═C伸缩振动出现在1680～1620cm-1附近）。

（3）—CH2，—CH3的反对称变形（在1460±10cm-1附近）及—CH3的对称变形（在1370～1380cm-1附近）。

（4）═C—H的面外弯曲振动（在1000～650cm-1处出现强吸收峰）。

（5）═CH2面外摇摆振动（910～890cm-1附近）

（6）—(CH2)5面外摇摆振动 [—(CH2)n—(n＞4)的面内摇摆振动720cm-1]。

10．4习题精选详解

（题号）2.1.羧基（－COOH）中C＝O、C－O、O－H等键的力常数分别为12.1N.cm-

1、7.12N.cm-1和5.80N.cm-1，若不考虑相互影响，计算：