現(xiàn)代測試分析技術

第一章一、常見分析方法的英文縮寫GR:重量法VOL容量法POL極譜法COL比色法ISE離子選擇性電極AES原子發(fā)射光譜AAS原子吸收光譜AFS原子熒光法GFAAS石墨爐原子吸收光譜ICP-AES電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜NAA’種子活化分析ICP-MS電感耦合等離子體質譜HR-ICP-MS高分辨電感耦合等離子體質譜MC-ICP-MS多接受高分辨電感耦合等基礎知識離子體質譜TEM透射電鏡TI監(jiān)熱電離質譜EPMA電子探針分析SEM掃描電鏡AEM分析電鏡SIMS二次離子探針質譜LA-ICP-MS激光溶蝕電感耦合等離子質譜SHRIMP高靈敏度高分辨率電子探針EDS能譜IR紅外光譜GC氣相色譜IC離子色譜GC-MS色質連用儀GC-IR色紅連用儀HPLC高效液相色譜二、名詞解釋基準物質能用于直接配置或標定標準溶液的物質標準溶液己知待測元素準確濃度的用來作參比的溶液。作為待測組分標尺，也用來檢驗儀器的正常與否。標準參考物質（管理樣）經多個實驗室測試測得的各種成分含量由權威部門認可的樣品，用來檢驗測試過程的正確性和數據的可靠性。系統(tǒng)誤差（定誤差）測試結果整體偏高或整體偏低的規(guī)律性誤差，可校正。隨機誤差測試結果有可能偏高也有可能偏低的無規(guī)律性誤差，不可校正。信噪比儀器測定樣品時出現(xiàn)的信號與儀器本身出現(xiàn)的噪聲信號之間的比值。常量分析待測含量》0.1%微量分析待測含量《0.1%微區(qū)分析測定顆粒樣品局部（測定區(qū)域常為um級）樣品空白為樣品測試過程中試劑和儀器本身產生的信號，用來檢查測試過程是否受其他因素污染內標法和外標法將己知含量組分加入到待測樣品中的方法叫做內標法，單獨配制的標準溶液進行測定叫外標法準確度：指測試值與真實值接近的程度，用誤差來表示，絕對誤差是測試結果與真實值之間的差值，相對誤差是絕對誤差與真實值的比值，精密度：重復樣或平行樣測定（同一樣品兒次測定）結果之間互相接近的程度,利用偏差來表示，絕對偏差是個別測定結果與測定結果平均值之間的差值，相對偏差是絕對偏差與測定結果平均值之間的比值。再現(xiàn)性：不同分析者在不同條件下所得數據的精密度。重復性：同一分析者在相同條件下所得數據的精密度。靈敏度：儀器最小可檢測出的量大小，一般定信噪比＞=3為儀器的檢出限簡項分析：只對樣品中某個成分或部分元素含量分析全分析：對樣品中各個成分（含量＞0.1%）進行分析外檢分析：將部分己測樣品送到其他實驗室做對比數據，以控制測試數據質量仲裁分析：指不同單位對分析結果有爭議時，請權威單位進行裁判的分析例行分析：一般化學實驗室的日常分析計量認證（CMC）：計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確可靠的測量，計量認證是政府計量行政主管部門對分析測量機構用于計量的檢定計量認證實驗室（有資質的實驗室）：計量法規(guī)定，政府部門計量認證合格的實驗室重點實驗室：具有一定科研能力的科研團隊和具有先進科研設備的研究基地，由學術委員會實驗室工作人員組成定性分析：鑒定樣品的組成，目的是要知道有什么定量分析：測定含量目的是要知道有多少半定量分析：誤差較大的定量分析，估計含量結構分析：研究物質結構類型無機分析鑒定組成和測定含量有機分析官能團的分析和結構鑒定化學分析法：以物質的化學反應為基礎的分析方法。特點、適用于常量分析、準確高，常作為基準方法、儀器簡單、分析速度慢，耗費試劑和人工、樣品消耗量大消除系統(tǒng)誤差的方法：對照試驗、空白試驗、儀器校準、分析結果校正。定量分析一般過程：取樣一試樣預處理（分解、分離及干擾消除）一測定一計算-出報告【采樣程序】第一步：采樣間隔大，樣品稀，區(qū)域上有代表性，具有探索和初步了解性質。第二步：采樣時在室內研充基礎上，目的性質更強的深入采樣或補充修正樣品，以便深化專題研究。【送樣程序】一、樣品要使用同一編號。二、送樣單上要認真填寫采樣地點、年代、層位、產狀、野外定名和巖性描述等項內容。三、對需重點研究或系統(tǒng)鑒定的巖礦鑒定樣品，必須附有相應的采樣圖（地質平面圖、剖面圖、素描圖及水系分析圖）四、樣品必須有代表性五、巖礦鑒定樣品的塊體體積一般不小于30cmX6cmX9cm（小口徑巖芯標本不小于巖芯直徑的二分之一，長度不小于6cm）六、巖組分析樣品應在野外采集定向標本，并在標本上標明產狀七、原始重砂樣品，原始重量或體積要準確八、人工重砂原始重量應根據研究目的、地質情況和有用礦物含量多少等因素確定，一般以5T0kg為宜九、礦石選冶實驗所需的巖礦鑒定樣品，選取有代表性的標本十、X射線分析、差熱分析、紅外光譜分析樣品，根據不同測試的目的對樣品的具體要求送樣十一、電子探針測試樣品，送樣單位應按測試單位的要求制備一定規(guī)格的光片或光薄片（不加蓋片）十二、熱電系數測定樣品影視新鮮單晶體硫化物和氧化物十三、礦物晶體形態(tài)測定樣品應保持晶體形態(tài)完整【試樣分解方法】（1）酸溶法樣品加HC1HFHNOSHe10,加熱溶解各種金屬陽離子混合溶液可測定NaKCaMgNiCoMnTiCr等各種金屬陽離子（2）熔融分解法Na202+Na2C0s熔融（祐珀增）、水提取、HC1酸化、在經過一系列沉淀過濾分離過程，分別測定Si02A120sCaOMgOFeQTiQ等。第二章經典分析方法1、重量法分為沉淀滴定和稱重法。經過化學反應及一系列步驟，將試樣中的待測組分轉化為一種具有固定化學組成的物質，再經過稱量該物質的重量，從而計算出待測組分的百分含量。2、容量法是根據指示劑的顏色變化指示滴定終點，然后目測標準溶液消耗體積，計算分析結果。（1）酸堿滴定法（2）沉淀滴定法：Cl\Br\I\CM、SCM等離子滴定（3）絡合滴定法：利用形成穩(wěn)定絡合物的絡合反應分析金屬離子。（4）氧化還原滴定法：基于溶液中氧化劑與還原劑之間的電子轉換的反應來進行滴定的方法。【滴定度】：1ml標準溶液相對于被測溶液的質量百分比。第三章X射線分析技術X射線的特征：是一種電磁波，具有波粒二象性；其衍射、偏振、光速和具有一定波長與頻率為其波動性；其吸收氣體電離產生磷光與熒光和一定的能量與動量等特征為其微粒性；波長范圍為0.001—50皿。X射線熒光光譜原理莫賽來理：各系譜線波長隨原子序數的增加而變短==KRX（Z-ct）2Z-X射線管陽極原子序數R-電得伯常數（R〉109737.3cm-1）X射線衍射原理布拉格方程：2dSin0二nA應用：1物相定性分析：將試樣的衍射譜線與標準卡片對照，以確定樣品組成及晶體結構2定量分析：試樣各項的衍射譜線強度與各項的含量相關3點陣常數的精確測定4殘余應力的分析5亞晶塊的大小和顯微畸變的;，則定6多晶結構和單晶位相的測定第四章微束分析技術微束分析技術：利用直徑在微米級的微束（電子束、離子束、和激發(fā)光束等）來激發(fā)樣品，然后借助相應的探測系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)收集和處理被激發(fā)微區(qū)所產生的各種信息，如特征X射線、二次電子、二次離子、背散射電子、俄歇電子、透射電子、吸收電子以及陰極熒光等，用以研究微區(qū)的化學成分，表面形貌和結構特征等。電子探針儀是用來非原位破壞性分析微笑樣品化學成分的分析儀器。原理：由莫塞萊定律可知,各種元素的特征X射線都具有各自確定的波長，并滿足一下關系入二疽W,通過探測這些不同波長的X射線，來確定樣品中所含有的（2-。）2元素，這就是原子探針定性分析的依據。而將被測樣品與標準樣品中元素外的衍射強度進行對比，=-即二Kr就是進行電子探針的定量分析。IoCo電子探針樣品要求及制備【要求】固態(tài)樣品；試樣尺寸大于X射線擴展范圍；在電子輻射及低壓（真空）環(huán)境中性質穩(wěn)定。【試樣制備】1、使用光片和兩面拋光的薄片或超薄片；2、塊狀或粉末狀樣品表面需粘結固定在金屬樣品臺上；3、在對樣品做探針分析之前初步鑒定和認真對微區(qū)或礦物圈定電子探針分析測試技術特點【優(yōu)勢】1?。悍治鰠^(qū)域小于lum；2高：絕對靈敏度高；3廣：分析元素范圍廣；4不：a、不用分選單礦物；b、不污染樣品；c、不破壞樣品；d、不受樣品類型控制。5多：一機多能；可以觀察二次電子像（SEI）,背散射電子像（BSE）以及陰極熒光樣（CL）o6快：制樣簡單，分析速度快，結果直觀?！緫谩?、對新、雜、細微礦物的研充a對己有礦物重新認識；b發(fā)現(xiàn)新礦物2、礦物的地球化學、晶體化學研充3、礦物的地質年代學研究4、在巖石學中的應用5、在礦物學中的應用6、在金屬材料、機械學、法學鑒定、生物學、醇應用?！緟^(qū)別】能譜波譜快慢分辨率低分辨率高半定量定量便宜昂貴掃描電子顯微鏡原理同電子探針。特點、:］、樣品尺寸適應性大；2、樣品種類適應性：掃描電鏡觀察的樣品種類，除了氣體外，可以說無所不包、無所不能。當然，像放射性樣品需要加屏蔽，帶磁的樣品需要去磁處理。3、樣品制備適應性大：掃描電鏡的一個突出功能就是許多樣品稍加處理就可以直接進行各種觀察和分析。4、掃描電鏡的景深大，放大倍數連續(xù)可調，必要時可不破壞原試樣進行大面積的連續(xù)觀察，分辨率鴇燈統(tǒng)發(fā)射為3nm左右。5、掃描電鏡補技能做表面形貌分析，配上能譜或者波譜還能做表面成分分析，配上背散射電子衍射還可以做表層晶體學位向分析等。第五章原子光譜分析技術及應用一、原子吸收光譜法(AAS)：是一種基于待測基態(tài)原子對特征譜線的吸收而建立的一種分析方法。特點：1、精密度高。將樣品轉為試液，與基體元素分離，減少了對分析的干擾。2、檢出線低。石墨爐原子吸收光譜的檢出線為10-”-10-七，適于環(huán)境樣品中痕量元素及超純物質中雜質成分的測定。3、選擇性好。4、性形工作量大。5、測定元素種類多。6、分析速度快。7、(缺點)每次只能測定一種元素，不同元素需要換不同的元素燈?！驹怼吭幽芗壓驮庸庾V的產生?某一譜線的出現(xiàn)可判定某元素是否存在，是定性光譜分析的基礎。?試樣中某元素含量高，基態(tài)原子多，激發(fā)躍遷兒率大，譜線會減弱，故譜線的強弱判定元素的含量，是定量光譜分析的基礎，原子的激發(fā)高溫價電子穩(wěn)定軌道(E。)進入能量較高軌道(EQ稱激發(fā)態(tài)原子。各族元素的光譜特征堿金屬：易電離，一次電離后剩一個閉合層殼，成為惰性氣體。二、發(fā)射光譜分析特點：1、'、’多元素同時分析：是一種高效快速的測試方法，一次同時分析30多種元素，適宜大批樣品多元素分析。2、檢測下限低：屬痕量元素分析方法，可檢出10-8-10-9,對大多數元素光譜分析下限接近元素地區(qū)元素背景值，普通化學分析難以實現(xiàn)。3、選擇性好：應用光學元件把不同元素的譜線分開，元素間干擾較化學分析少，減少復雜的化學預分離可把化學元素相似的元素根據光譜不同譜線將其分離測定。4、受基體成分影響大：元素的種類和含量相同，但物質基本含量的兩樣品,若不進行特殊處理，測定值可能差別很大，采用與基體成分相似的標樣矯正，以提高精確度，將試樣轉入溶液光譜測定可改善分析精度。5、(缺點)對非金屬元素難以測定：S、Sc、P及鹵素元素激發(fā)點位較高，分析線在遠紫外段，光譜分析難以測定。6、地球化學樣品分析重要和廣泛的分析技術，現(xiàn)己將分析下限由痕量提高到超痕量，定性與定量分析兼?zhèn)?，激發(fā)光源由火焰、電孤改進為等離子體和激光光源，測定元素由20多種發(fā)展到現(xiàn)在的70余種。原子發(fā)射光譜的缺點：1、該方法仍然是一種相對分析法，配制一套標準試樣要求極高，對于復雜基體的標樣制備更加困難。2、原子發(fā)射光譜法只能用于元素分析，不能確定這些元素在試樣中存在的化合物狀態(tài)和結構。3、射譜法的準確度不高。4、光譜儀器價格比較昂貴，ICP光譜分析儀運轉費用高，普及推廣較困難。原子發(fā)射光譜分析使用的激發(fā)光源有：火焰、電弧、火花、激光、等離子體（是高溫氣態(tài)分子、原子、離子及電子組成的混合總體）第六章紫外-可見光光譜法及其應用可見光區(qū)：400-750nm紫外光區(qū)（主要利用）：近紫外區(qū)200-400nm遠紫外區(qū)2.5-1000um紫外-可見吸收光譜法屬于光分析方法?；谖镔|光學性質而建立起來的分析方法稱為光化學分析法。光分析法是基于電磁輻射能量與待測物質相互作用后，有所產生的輻射信號來確定物質組成或結構的分析方法。特點：1、（與其他儀器分析方法的區(qū)別）不涉及混合物的分離，但可進行選擇性測量。2、涉及大量光學元器件3、靈敏度高、化學選擇性好、用途廣一、紫外-可見光吸收光譜概述紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）法師基于分子內電子躍遷產生的吸收光譜進行分析測定的一種儀器分析方法，其波長范圍為200-800皿。廣泛應用于有機和無機化合物的定量分析中。特點：儀器普及、操作簡便且靈敏度高。紫外-可見吸收光譜是由分子中價電子吸收光子躍遷產生。各種化合物的紫外-可見吸收光譜的特征就是分子中電子在各種能級賤躍遷的內在規(guī)律的體現(xiàn)，因此可作為化合物結構分析的輔助工具。二、吸收定律：（計算）當一束平行的單色光照射到一定濃度的均勻溶液時，入射光被溶液吸收的程度與溶液的濃度c和厚度的1的關系為A=-lgT=-lgI/I0=kcl式中：A-吸光度或光密度；I。、I-分別為入射光和透射光的強度；T=I/Io-透光率；k-吸光系數。三、應用【定性分析】紫外-可見吸收光譜可用于物質的鑒定及結構分析，主要是有機化合物尤其是含有共規(guī)體系的有機化合物的分析。一般配合紅外光譜、核磁共振波譜、質譜及其他化學、物理化學方法，來進行定性鑒定和結構分析?！径糠治觥緼、單組分可使用吸光系數法（絕對法）實際應用中，采用標準曲線法（校正曲線法）B、多組分含有兩種吸光組合的混合物，其吸收峰互相干擾情況有三種：不重疊（不分離，選擇適當的入射波長，按單一組分的測定方法進行測定）、部分重疊、完全重疊。四、紫外光可見分光光度法原理朗伯-比爾定律:A=lg（Io/It）=Zbcx或A=lg（Io/It）=abc2式中：A吸光度；描述溶液對光的吸收程度b-液層厚度（光程長度），通常以cm為單位ci>c2-溶液的摩爾濃度，mol-L"第七章紅外線光譜分析紅外線吸收光譜是一種分子吸收光譜原理：當樣品收到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動、轉動、運動引起偶極距的邊變化，產生分析振動和轉動，能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波長或波數的關系曲線，就得到紅外光譜，然后根據物質的特征吸收風峰位量、數目、相對強度和形狀（峰寬）參數，可以判斷物質基因，確定分析結構。紅外光譜法的一般特點*紫外可見光用于研究不飽和有機物，特別是共輒體系的有機化合物；而紅外則研究震動中伴隨有偶極距變化的化合物*紅外光譜分析特性強，氣固液都可用，且用量少，分析速度快，不破壞樣品。能定性定量分析，常用于鑒定分子結構*特征性強，測定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便，能分析各種狀態(tài)的試樣，分析靈敏度低，定量分析誤差較大*對樣品的要求：純度大于98%不應含水，試樣濃度和厚度要適當*可用于定量分析，干擾較大，*可用于有機化合物進行結構分析，適用于所有化合物研充紅外光譜的應用*定性分析：由己知物的鑒定；未知物結構測定，兒種標準譜圖*定量分析：通過對特征吸收譜帶強度的測量來求組分含量；（朗伯一比爾C2單位gf￡-摩爾吸光系數，單位L-mol'1-cm'第七章紅外線光譜分析紅外線吸收光譜是一種分子吸收光譜原理：當樣品收到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動、轉動、運動引起偶極距的邊變化，產生分析振動和轉動，能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波長或波數的關系曲線，就得到紅外光譜，然后根據物質的特征吸收風峰位量、數目、相對強度和形狀（峰寬）參數，可以判斷物質基因，確定分析結構。紅外光譜法的一般特點*紫外可見光用于研究不飽和有機物，特別是共輒體系的有機化合物；而紅外則研究震動中伴隨有偶極距變化的化合物*紅外光譜分析特性強，氣固液都可用，且用量少，分析速度快，不破壞樣品。能定性定量分析，常用于鑒定分子結構*特征性強，測定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便，能分析各種狀態(tài)的試樣，分析靈敏度低，定量分析誤差較大*對樣品的要求：純度大于98%不應含水，試樣濃度和厚度要適當*可用于定量分析，干擾較大，*可用于有機化合物進行結構分析，適用于所有化合物研充紅外光譜的應用*定性分析：由己知物的鑒定；未知物結構測定，兒種標準譜圖*定量分析：通過對特征吸收譜帶強度的測量來求組分含量；（朗伯一比爾定律成立前提、1、X射光為單色光；2、吸收發(fā)生在均質介質中；3、吸收過程中，吸收物質不發(fā)生作用測量偏離因素、1、儀器因素（單色光的差別）2、介質因素（非均質相）3、化學因素（物質相互作用）定律）。不受樣品狀態(tài)限制，可用標準曲線法、求解聯(lián)方程法定量分析*中紅外區(qū)有機化合物的結構鑒定，通過與標準譜圖比較，可以確定化合物結構；對于未知樣品通過官能團.順反異構.取代基位置、氫鍵結合以及絡合物的形成，等結構信息推測結構第八章質譜分析技術及其應用【質譜分析】基本原理：在質譜儀站，使所研究的被測樣品（氣體和固體的蒸汽）中的元素經激發(fā)產生帶正電荷的離子，MF,M為待測物分子，『為分子離子或母體離子所形成的離子，在電場或磁場的作用下，正離子先后通過電場和磁場后發(fā)生偏轉。無論正離子的速度大小，只要其電荷與質量之比e/m（簡稱荷質