现代仪器分析实验技术:下册

《现代仪器分析实验技术·下册》可作为各大专院校应用化学、材料科学专业硕士生、本科生的教材，也可作为相关专业的实验指导教师、科技工作者的专业参考书。

《现代仪器分析实验技术·下册》入选“十二五”江苏省高等学校重点教材。主要介绍在化学及材料科学、生命科学、环境科学等研究和应用领域中常用的现代仪器分析方法，包括有机及金属元素分析、色谱分析、质谱分析、光谱分析、磁共振波谱分析、X射线分析、电子显微分析、热分析等。教材内容有较大的覆盖面，重点介绍各种方法的原理、仪器结构与各部件功能、所能获得的信息及能解决的问题，有较强的可读性和参考价值。

"目录
序
前言
第1章现代仪器分析测试技术理论基础1
1.1分析化学的内涵及发展1
1.2现代分析仪器简介2
1.2.1仪器分析的基本概念2
1.2.2仪器分析的基本特点2
1.2.3分析方法的分类3
1.3仪器分析的基本原理与仪器组成3
1.4仪器分析发展趋势4
参考书目5
第2章有机元素分析6
2.1基本原理6
2.2元素分析仪的基本构成及其工作原理7
2.3实验技术9
2.3.1实验方法9
2.3.2实验条件的选择及选择依据11
2.3.3实验影响因素及其排除方法14
2.3.4对被测样品的一般要求15
2.3.5样品制备方法的一般要求15
2.4实验 有机元素分析15
参考文献18
第3章原子吸收光谱分析20
3.1原子吸收光谱分析基本原理20
3.1.1原子吸收光谱的产生21
3.1.2原子吸收谱线轮廓及变宽22
3.1.3原子吸收光谱分析的特点23
3.2原子吸收光谱仪结构23
3.3原子吸收分析方法24
3.3.1火焰原子化法25
3.3.2石墨炉原子化法30
3.3.3氢化物发生法35
3.3.4样品的制备方法39
3.3.5分析数据处理41
3.4实验42
实验一火焰原子吸收光谱法测定水中铅42
实验二石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中铬43
参考书目45
第4章原子发射光谱法——电感耦合等离子体发射光谱法46
4.1原子发射光谱基本原理47
4.1.1原子发射光谱概述47
4.1.2原子的结构和辐射跃迁47
4.1.3原子激发48
4.1.4谱线的分裂和变宽48
4.1.5原子光谱分析的基本原理50
4.2原子发射光谱仪基本构造51
4.2.1激发光源52
4.2.2光谱仪57
4.2.3谱线检测仪器58
4.3电感耦合等离子体发射光谱仪58
4.3.1激发光源59
4.3.2分光系统64
4.3.3检测器66
4.4ICPAES中样品的分解、制备67
4.4.1样品引入ICP光源的常见方法67
4.4.2样品引入常用方法68
4.4.3固体样品转化为溶液的原则68
4.4.4样品的采集和制备69
4.4.5预处理方法69
4.5ICPAES实验技术70
4.5.1实验方法的选择70
4.5.2仪器工作条件的选择及选择依据71
4.5.3ICPAES法的干扰71
4.6实验73
实验一ICPAES法测定废水中镉、铬含量73
实验二电子信息产品中铅、镉的测试方法74
参考文献77
参考书目77
第5章色谱分析方法概述78
5.1色谱法的发展简史78
5.2色谱法的分类和特点80
5.2.1色谱法的分类80
5.2.2色谱法的特点82
5.3色谱法的比较83
5.3.1适用的样品84
5.3.2分析速度84
5.3.3灵敏度84
5.4色谱法的选择和应用85
5.4.1样品的前处理和衍生化85
5.4.2根据样品状态选择色谱方法86
5.4.3根据分析目的选择色谱法86
5.5色谱法的发展趋势87
5.5.1新型固定相和检测器的研究87
5.5.2色谱新技术的研究88
参考书目89
第6章气相色谱分析90
6.1气相色谱分析基本理论90
6.1.1气相色谱分析过程90
6.1.2基本术语和参数91
6.1.3气相色谱理论94
6.1.4分离度与拖尾因子99
6.2气相色谱的分类及特点102
6.2.1分类102
6.2.2特点103
6.3气相色谱仪103
6.3.1气路系统104
6.3.2进样系统105
6.3.3分离系统106
6.3.4检测系统107
6.4实验技术110
6.4.1色谱柱分离条件的选择110
6.4.2色谱柱操作条件的选择112
6.5实验结果分析113
6.5.1定性分析113
6.5.2定量分析117
6.6气相色谱法的应用121
6.7实验121
实验一用气相色谱仪测定环乙烷和乙酸乙酯121
实验二利用程序升温气相色谱检测烷烃类混合物138
参考书目140
第7章高效液相色谱分析141
7.1高效液相色谱法特点141
7.2高效液相色谱法基本原理141
7.2.1固定相和流动相141
7.2.2常用术语和参数143
7.2.3原理介绍143
7.3高效液相色谱法类型145
7.3.1液固吸附色谱法146
7.3.2液液分配色谱法146
7.3.3化学键合相色谱法147
7.3.4离子交换色谱法147
7.3.5凝胶色谱法148
7.4高效液相色谱仪149
7.4.1高压输液泵149
7.4.2梯度洗脱装置150
7.4.3进样装置150
7.4.4色谱柱150
7.4.5检测器151
7.4.6微机处理机153
7.4.7两种高效液相色谱仪器简介153
7.5实验技术156
7.5.1分离方式的选择156
7.5.2流动相选择与处理156
7.5.3流动相洗脱方式157
7.5.4衍生化技术157
7.6实验结果分析157
7.6.1定性分析158
7.6.2定量分析160
7.7高效液相色谱的应用164
7.7.1在生物化学和生物工程中的应用164
7.7.2在医药研究中的应用165
7.7.3在食品分析中的应用165
7.7.4在环境污染分析中的应用165
7.7.5在精细化工分析中的应用165
7.8实验166
实验一高效液相色谱法分离测定邻硝基苯酚、间硝基苯酚和对硝基苯酚166
实验二用反相液相色谱法分离芳香烃176
参考书目180
第8章离子色谱分析181
8.1离子色谱法的发展181
8.2离子色谱法的优点182
8.3离子色谱法原理183
8.3.1离子交换色谱183
8.3.2离子排斥色谱185
8.3.3离子对色谱186
8.3.4其他分离方式的离子色谱186
8.4离子色谱仪187
8.4.1流动相输送系统188
8.4.2进样器188
8.4.3色谱柱188
8.4.4柱温箱189
8.4.5抑制器189
8.4.6检测器191
8.4.7数据处理系统与自动控制单元193
8.5样品的制备193
8.5.1膜处理法193
8.5.2化学反应基体消除法194
8.5.3固相萃取法194
8.5.4分解处理法195
8.6定性与定量分析195
8.7离子色谱法的应用195
8.8实验用离子色谱法测定分析常见阴离子196
参考书目212
第9章凝胶色谱分析213
9.1基本原理214
9.1.1凝胶渗透色谱分离原理214
9.1.2色谱柱参数及其测定方法215
9.1.3凝胶渗透色谱法校正原理216
9.1.4普适校正原理216
9.1.5光散射理论217
9.2基本构成及工作原理218
9.3实验技术221
9.3.1溶剂221
9.3.2激光光散射与凝胶色谱仪联用227
9.3.3实验要求及注意事项229
9.4应用230
9.4.1高分子聚合物特性230
9.4.2蛋白质及其聚合体231
9.4.3分枝232
9.4.4动力学/反应速率232
9.4.5低分子质量的测定233
9.5实验234
实验一玉米淀粉分子质量及其构象的测定234
实验二聚乳酸相对分子质量及其相对分子质量分布235
参考文献236
参考书目237
第10章有机质谱分析238
10.1简介238
10.2有机质谱仪238
10.2.1进样系统239
10.2.2电离方式和离子源239
10.2.3质量分析器245
10.2.4离子检测器和记录器252
10.2.5质谱仪的主要性能指标252
10.2.6质谱数据的表示253
10.3串联质谱及联用技术254
10.3.1串联质谱254
10.3.2联用技术255
10.3.3质谱法测定分子结构原理256
10.3.4几类有机化合物的质谱273
10.4质谱在有机及生物大分子中的应用284
10.4.1相对分子质量的测定284
10.4.2分子式的确定285
10.4.3结构鉴定286
10.4.4质谱联用技术分析287
10.4.5质谱在定量分析中的应用288
10.4.6质谱在生物大分子中的应用289
参考书目296
第11章气相色谱质谱联用技术297
11.1基本原理297
11.2仪器基本构成及其工作原理298
11.2.1气相色谱仪简介298
11.2.2质谱仪简介300
11.3技术指标307
11.3.1工作条件307
11.3.2性能指标308
11.4实验技术310
11.4.1实验方法的选择310
11.4.2实验条件的选择310
11.5实验结果解析312
11.6应用313
11.7实验317
实验一 气质联用法定性分析有机化合物317
实验二 顶空固相微萃取气质联用法分析水样中的土味素和霉味素321
参考书目325
第12章液相色谱质谱联用技术326
12.1概述326
12.2液相色谱质谱仪器系统327
12.2.1液相色谱质谱联用仪组成327
12.2.2液相色谱质谱联用技术特点329
12.2.3液相色谱质谱联用技术的接口329
12.3液相色谱质谱联用技术336
12.3.1液相色谱质谱联用的方法原理336
12.3.2液相色谱离子阱质谱联用技术337
12.3.3液相色谱飞行时间质谱联用技术341
12.3.4电喷雾电离接口与质谱联机347
12.3.5大气压化学电离接口与质谱联机353
12.3.6液相色谱三级四极杆质谱质谱联用技术356
12.4LCMS分析条件的选择和优化360
12.4.1影响质谱出峰及分析物检测灵敏度的因素360
12.4.2接口的选择360
12.4.3正、负离子模式的选择361
12.4.4流动相和流量的选择361
12.4.5辅助气体流量和温度的选择362
12.4.6系统背景的消除362
12.4.7柱后补偿技术363
12.5LCMS的应用及相关技术364
12.5.1定性分析364
12.5.2定量分析368
12.5.3样品的预处理370
12.6实验液相色谱质谱联用分析乙酰左卡尼汀粗品中的杂质371
参考书目377
索引223
射电子显微镜的基本结构及工作原理643
25.2.1电子枪644
25.2.2照明系统645
25.2.3放大、成像系统646
25.2.4观察室和照相室(记录系统)647
25.3透射电子显微镜在科学研究中的应用647
25.3.1材料的常规观测及高分辨成像647
25.3.2电子衍射花样及其形成原理648
25.4实验透射电子显微镜用于无机纳米材料的检测651
参考文献657
参考书目657
第26章原子力显微镜658
26.1简介658
26.2原子力显微镜结构659
26.3原子力显微镜的工作模式660 26.4原子力显微镜样品的要求661
26.5实验662
实验一黄原胶分子形貌的原子力显微镜研究662
实验二原子力显微镜在纳米材料表面形貌及粒度上的研究663
实验三原子力显微镜扫描成像DNA分子665
参考文献666
参考书目667
第27章热重分析668
27.1基本原理669
27.2热重分析仪的基本构成及其工作原理670
27.2.1仪器的基本构成670
27.2.2工作原理674
27.3实验技术674
27.3.1实验方法的选择674
27.3.2实验条件的选择及选择依据675
27.3.3实验影响因素及其排除方法676
27.3.4样品制备方法及一般要求678
27.4实验结果解析679
27.5应用680
27.6实验用热重法研究草酸镍在N2气氛中的热分解反应681
参考书目684
第28章差示扫描685
28.1基本原理685
28.2差示扫描量热仪的基本构成及其工作原理687
28.2.1仪器的基本构成687
28.2.2工作原理691
28.3实验技术692
28.3.1实验方法的选择692
28.3.2实验条件的选择及选择依据692
28.3.3实验影响因素及其排除方法693
28.3.4样品制备方法及一般要求695
28.4实验结果解析696
28.5应用698
28.6实验用差示扫描量热法研究草酸钴残渣催化高氯酸铵的热分解反应700
参考书目70"

"第13章紫外-可见光谱分析
13.1概述紫外-可见光谱法(ultraviolet-visible spectrometry，UV-Vis)是研究在200~800nm波长光区内分子吸收光谱的一种方法。它广泛地用于无机和有机质的定性和定量测定，其灵敏度和选择性较好。紫外-可见光谱法使用的仪器设备简单，易于操作。
分子吸收紫外-可见光获得的能量足以使价电子发生跃迁，因此由价电子跃迁产生的分子吸收光谱称为紫外-可见光谱或电子光谱。紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，所以又称为电子光谱。由于电子跃迁的同时，伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以紫外光谱为带状光谱。紫外吸收光谱的波长范围是10~400nm， 其中10~200nm为远紫外区(这种波长的光能够被空气中的氮、氧、二氧化碳和水吸收，因此只能在真空中进行研究，所以这个区域的吸收光谱称真空紫外)，200~400nm为近紫外区， 一般的紫外光谱是指近紫外区。波长在400~800nm范围的称为可见光谱。常用的分光光度计一般包括紫外及可见两部分，波长在200~800nm(或200~1000nm)。
紫外-可见分光光度法有如下特点：①仪器和操作简单、费用成本低、速度快；②灵敏度高，最低检出浓度可达 10-6g/mL；③精密度和准确度较高，其相对误差可达到1%~2%，这满足了对微量组分的测定要求；④选择性较好；⑤用途广泛，广泛用于化工、环境等方面。
紫外-可见光谱不仅可以进行定量、定性及结构分析，还能进行配合物的组分及稳定常数、官能团鉴定、相对分子质量测定等。
13.2紫外-可见光谱基本原理
紫外-可见吸收光谱遵从朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即
 A=kcl(13-1)
式中，k为吸光物质的本性，与入射光波长及温度等因素有关；c为吸光物质浓度；l为透光液层厚度。当c的单位取mol/L，l的单位为cm时，k常用ε表示。ε称为摩尔吸光系数，单位为L·mol-1·cm-1。为简便起见，本书后续部分在提及ε时，均略去单位。
朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。
13.2.1理论基础紫外可见吸收研究的是分子内原子在平衡位置附近的振动、分子绕其重心的转动和价电子运动。所以分子的能量E等于以上三项之和：
E=Ee+Ev+Er(13-2)
式中，Ee、Ev、Er分别代表电子能、振动能和转动能。
分子从外界吸收能量后，就引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化的特征：
ΔE=E2-E1=hν=hcλ(13-3)
紫外吸收光谱是由分子中的电子跃迁产生的。按分子轨道理论，在有机化合物分子中这种吸收光谱取决于分子中成键电子的种类、电子分布情况，根据其性质不同可分为三种电子：①形成单键的σ电子；②形成不饱和键的π电子；③氧、氮、硫、卤素等杂原子上的未成键的n电子。如图13-1所示。
图13-1基团中的σ、π、n电子
当它们吸收一定能量ΔE后，将跃迁到较高的能级，占据反键轨道。分子内部结构与这种特定的跃迁是有密切关系的，使得分子轨道分为成键σ轨道、反键σ*轨道、成键π轨道、反键 π* 轨道和n轨道，其能量由低到高的顺序为：σ<π<n<π*<σ*，如图13-2所示。
图13-2分子轨道中的能量跃迁示意图
这些跃迁分为以下几种：
1) N→V跃迁：由基态轨道跃迁到反键轨道(包括σ→σ*跃迁和π→π*跃迁)；
2) N→Q跃迁：分子中未成键n电子激发跃迁到反键轨道(包括n→σ*跃迁和n→π*跃迁)；
3) N→R跃迁：σ 键电子逐步激发到各个高能级上，最后脱离分子，使分子成为分子离子的跃迁(光致电离)；
4) 电荷迁移跃迁：当分子形成配合物或分子内的两个大"