基(ji)礎(chu)知(zhi)識(shi) | 實驗(yan)室儀(yi)器(qi)的原理

1.紫(zi)外(wai)分光(guang)光(guang)譜(pu)UV

分析原理：吸(xi)收(shou)紫(zi)外(wai)光(guang)能量，引(yin)起(qi)分子中(zhong)電(dian)子(zi)能(neng)級(ji)的躍遷

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：相(xiang)對吸(xi)收(shou)光(guang)能量隨吸(xi)收(shou)光(guang)波長(chang)的(de)變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：吸(xi)收(shou)峰(feng)的(de)位置(zhi)、強(qiang)度和(he)形(xing)狀(zhuang)，提(ti)供分子中(zhong)不(bu)同(tong)電(dian)子(zi)結構(gou)的(de)信(xin)息(xi)

物質分子吸(xi)收(shou)壹(yi)定的波長(chang)的(de)紫(zi)外(wai)光(guang)時，分子中(zhong)的(de)價電(dian)子(zi)從(cong)低(di)能(neng)級(ji)躍(yue)遷到(dao)高能級而(er)產(chan)生(sheng)的吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)較紫外(wai)光(guang)譜(pu)。紫光(guang)吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)主要(yao)用(yong)於(yu)測(ce)定共(gong)軛分子、組分及平(ping)衡(heng)常數(shu)。

2.紅(hong)外(wai)吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)法IR

分析原理：吸(xi)收(shou)紅(hong)外(wai)光(guang)能量，引(yin)起(qi)具(ju)有(you)偶(ou)極(ji)矩(ju)變化(hua)的分子的(de)振(zhen)動、轉(zhuan)動能(neng)級躍(yue)遷

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：相(xiang)對透(tou)射光(guang)能量隨透(tou)射光(guang)頻率變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：峰(feng)的位置(zhi)、強(qiang)度和(he)形(xing)狀(zhuang)，提(ti)供功(gong)能團或化(hua)學鍵(jian)的特(te)征(zheng)振(zhen)動頻率

紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)的特(te)征(zheng)吸(xi)收(shou)峰(feng)對(dui)應(ying)分子基(ji)團，因此可以根(gen)據(ju)紅外(wai)光(guang)譜(pu)推斷出分子結構(gou)式(shi)。

3.核磁共(gong)振(zhen)波譜(pu)法NMR

分析原理：在(zai)外(wai)磁(ci)場中(zhong)，具有(you)核磁矩(ju)的原子核，吸(xi)收(shou)射頻能(neng)量，產生(sheng)核自(zi)旋(xuan)能(neng)級(ji)的躍(yue)遷

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：吸(xi)收(shou)光(guang)能量隨化(hua)學位移(yi)的(de)變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：峰(feng)的化(hua)學位移(yi)、強(qiang)度、裂分數(shu)和(he)偶(ou)合(he)常(chang)數(shu)，提(ti)供核的數(shu)目(mu)、所(suo)處化(hua)學環(huan)境和(he)幾(ji)何構(gou)型的(de)信(xin)息(xi)

當外加射頻場的(de)頻率與原子核自(zi)旋(xuan)進(jin)動的(de)頻率相(xiang)同(tong)時，射頻場的(de)能量才能(neng)被(bei)有(you)效(xiao)地吸(xi)收(shou)，因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)給(gei)定的原子核，在給(gei)定的外(wai)加磁(ci)場中(zhong)，只能吸(xi)收(shou)特(te)定頻率射頻場提(ti)供的(de)能量，由此(ci)形(xing)成核磁共(gong)振(zhen)信號。

4.質譜(pu)分析法MS

分析原理：分子在(zai)真(zhen)空(kong)中(zhong)被(bei)電(dian)子(zi)轟(hong)擊(ji)，形成離(li)子(zi)，通過(guo)電(dian)磁(ci)場按不(bu)同(tong)m/e的(de)變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：分子離(li)子(zi)及(ji)碎(sui)片(pian)離(li)子(zi)的(de)質量數(shu)及(ji)其(qi)相(xiang)對峰度，提(ti)供分子量，元素組成(cheng)及結構(gou)的(de)信(xin)息(xi)

FT-ICR質譜(pu)的分析器(qi)是壹(yi)個(ge)具(ju)有(you)均(jun)勻(yun)(超(chao)導(dao))磁場的(de)空(kong)腔(qiang)，離(li)子(zi)在(zai)垂直(zhi)於(yu)磁(ci)場的(de)圓形軌(gui)道(dao)上作回(hui)旋(xuan)運動，回(hui)旋(xuan)頻率僅與磁場強(qiang)度和(he)離(li)子(zi)的(de)質荷比有(you)關，因此(ci)可以分離(li)不(bu)同(tong)質荷比的離(li)子(zi)，並(bing)得(de)到(dao)質荷比相(xiang)關的圖(tu)譜(pu)。

5.氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)法GC

分析原理：樣品中各組分在流(liu)動相(xiang)和(he)固定相(xiang)之(zhi)間，由(you)於(yu)分配系(xi)數(shu)不(bu)同(tong)而(er)分離(li)

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：柱後流(liu)出物濃(nong)度(du)隨保(bao)留(liu)值(zhi)的變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：峰(feng)的保(bao)留(liu)值(zhi)與組分熱(re)力(li)學參(can)數(shu)有(you)關，是定性(xing)依據(ju)

氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀檢(jian)測(ce)流(liu)程:

氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀，主要(yao)由三(san)大部(bu)分構(gou)成(cheng)：載(zai)氣(qi)、色(se)譜(pu)柱、檢(jian)測(ce)器(qi)。

6.凝(ning)膠色(se)譜(pu)法GPC

分析原理：樣品通過(guo)凝(ning)膠柱時，按分子的(de)流(liu)體力(li)學體(ti)積(ji)不(bu)同(tong)進(jin)行(xing)分離(li)，大分子先(xian)流(liu)出

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：柱後流(liu)出物濃(nong)度(du)隨保(bao)留(liu)值(zhi)的變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：高聚(ju)物的(de)平(ping)均(jun)分子量及其(qi)分布(bu)

根(gen)據(ju)所用(yong)凝(ning)膠的(de)性(xing)質，可以分為使(shi)用(yong)水(shui)溶(rong)液(ye)的凝(ning)膠過(guo)濾(lv)色(se)譜(pu)法(GFC)和(he)使(shi)用(yong)有(you)機溶(rong)劑的凝(ning)膠滲(shen)透(tou)色(se)譜(pu)法(GPC)。

只(zhi)依據(ju)尺寸(cun)大小(xiao)分離(li)，大組分最(zui)先被(bei)洗(xi)提(ti)出

色(se)譜(pu)固定相(xiang)是多(duo)孔(kong)性(xing)凝(ning)膠，只(zhi)有(you)直(zhi)徑(jing)小(xiao)於(yu)孔(kong)徑的組分可以進(jin)入(ru)凝(ning)膠孔(kong)道(dao)。大組分不(bu)能(neng)進(jin)入(ru)凝(ning)膠孔(kong)洞(dong)而(er)被(bei)排(pai)阻，只(zhi)能沿著(zhe)凝(ning)膠粒(li)子(zi)之(zhi)間的(de)空(kong)隙(xi)通過(guo)，因(yin)而(er)最(zui)大的(de)組分最(zui)先被(bei)洗(xi)提(ti)出來。

小(xiao)組分可進(jin)入(ru)大部(bu)分凝(ning)膠孔(kong)洞(dong)，在色(se)譜(pu)柱中(zhong)滯留(liu)時間長(chang)，會(hui)更(geng)慢被(bei)洗(xi)提(ti)出來。溶(rong)劑分子因(yin)體(ti)積(ji)最(zui)小，可進(jin)入(ru)所(suo)有(you)凝(ning)膠孔(kong)洞(dong)，因而(er)是最(zui)後從色(se)譜(pu)柱中(zhong)洗(xi)提(ti)出。這也(ye)是與其他(ta)色(se)譜(pu)法最(zui)大的(de)不(bu)同(tong)。

體(ti)積(ji)排(pai)阻色(se)譜(pu)法適用(yong)於(yu)對(dui)未知(zhi)樣品的探(tan)索(suo)分離(li)。凝(ning)膠過(guo)濾(lv)色(se)譜(pu)適於(yu)分析水(shui)溶(rong)液(ye)中的多(duo)肽(tai)、蛋白(bai)質、生(sheng)物酶(mei)等(deng)生(sheng)物分子;凝(ning)膠滲(shen)透(tou)色(se)譜(pu)主要(yao)用(yong)於(yu)高聚(ju)物(如(ru)聚(ju)乙烯、聚(ju)丙烯、聚(ju)苯乙烯、聚(ju)氯(lv)乙烯、聚(ju)甲基(ji)丙烯酸甲酯(zhi))的(de)分子量測(ce)定。

7.熱(re)重(zhong)法TG

分析原理：在(zai)控溫環(huan)境中(zhong)，樣品重量隨溫度(du)或(huo)時間變化(hua)

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：樣品的重(zhong)量分數(shu)隨溫度(du)或(huo)時間的(de)變化(hua)曲線(xian)

提(ti)供的(de)信息(xi)：曲(qu)線(xian)陡降處(chu)為樣品失重(zhong)區(qu)，平臺(tai)區(qu)為樣品的熱(re)穩(wen)定區(qu)

8.靜(jing)態(tai)熱(re)-力(li)分析TMA

分析原理：樣品在恒(heng)力(li)作用(yong)下(xia)產(chan)生(sheng)的形(xing)變隨溫度(du)或(huo)時間變化(hua)

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：樣品形變值(zhi)隨溫度(du)或(huo)時間變化(hua)曲線(xian)

提(ti)供的(de)信息(xi)：熱(re)轉(zhuan)變溫度(du)和(he)力(li)學狀(zhuang)態(tai)

9.透(tou)射電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)技(ji)術TEM

分析原理：高能電(dian)子(zi)束穿透(tou)試(shi)樣時發生(sheng)散射、吸(xi)收(shou)、幹(gan)涉(she)和(he)衍射，使(shi)得在(zai)相(xiang)平面形成襯度(du)，顯示(shi)出圖(tu)象(xiang)

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：質厚襯度(du)象、明(ming)場衍襯象(xiang)、暗(an)場衍襯象(xiang)、晶格條紋象、和(he)分子象(xiang)

提(ti)供的(de)信息(xi)：晶(jing)體形貌、分子量分布(bu)、微(wei)孔(kong)尺寸(cun)分布(bu)、多(duo)相(xiang)結構(gou)和(he)晶(jing)格(ge)與缺陷(xian)等

STEM成(cheng)像(xiang)不(bu)同(tong)於(yu)平(ping)行電(dian)子(zi)束的TEM，它(ta)是利用(yong)聚(ju)集的(de)電(dian)子(zi)束在樣品上掃描(miao)來完成(cheng)的，與SEM不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)探(tan)測(ce)器(qi)置於(yu)試(shi)樣下(xia)方，探(tan)測(ce)器(qi)接收(shou)透(tou)射電(dian)子(zi)束流(liu)或彈(dan)性(xing)散射電(dian)子(zi)束流(liu)，經放大後在熒(ying)光(guang)屏(ping)上(shang)顯示(shi)出明(ming)場像(xiang)和(he)暗(an)場像(xiang)。

入(ru)射電(dian)子(zi)束照射試(shi)樣表面發生(sheng)彈性(xing)散射，壹(yi)部分電(dian)子(zi)所(suo)損(sun)失能(neng)量值(zhi)是樣品中某(mou)個(ge)元素的(de)特(te)征(zheng)值(zhi)，由此(ci)獲得(de)能量損(sun)失譜(pu)(EELS)，利用(yong)EELS可以對(dui)薄(bo)試樣微區(qu)元素組成(cheng)、化(hua)學鍵(jian)及電(dian)子(zi)結構(gou)等(deng)進(jin)行(xing)分析。

10.掃描(miao)電(dian)子(zi)顯(xian)微(wei)技(ji)術SEM

分析原理：用(yong)電(dian)子(zi)技(ji)術檢(jian)測(ce)高能電(dian)子(zi)束與樣品作用(yong)時產生(sheng)二次(ci)電(dian)子(zi)、背(bei)散射電(dian)子(zi)、吸(xi)收(shou)電(dian)子(zi)、X射線(xian)等並(bing)放(fang)大成(cheng)象

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：背(bei)散射象(xiang)、二次(ci)電(dian)子(zi)象(xiang)、吸(xi)收(shou)電(dian)流(liu)象、元素的(de)線(xian)分布(bu)和(he)面分布(bu)等(deng)

提(ti)供的(de)信息(xi)：斷(duan)口(kou)形貌(mao)、表(biao)面顯微結構(gou)、薄(bo)膜內(nei)部(bu)的顯(xian)微結構(gou)、微(wei)區(qu)元素分析與定量元素分析等(deng)

入(ru)射電(dian)子(zi)與樣品中原子的價電(dian)子(zi)發生(sheng)非彈(dan)性(xing)散射作用(yong)而(er)損(sun)失的(de)那部(bu)分能量(30～50eV)激發核外電(dian)子(zi)脫(tuo)離(li)原子，能量大於(yu)材(cai)料(liao)逸出功的(de)價電(dian)子(zi)從(cong)樣品表面逸出成為真(zhen)空(kong)中(zhong)的(de)自(zi)由電(dian)子(zi)，此(ci)即二次(ci)電(dian)子(zi)。

二次(ci)電(dian)子(zi)試(shi)樣表面狀(zhuang)態(tai)非常(chang)敏(min)感，能有(you)效(xiao)顯示(shi)試樣表面的微觀形貌(mao)，分辨率可達5～10nm。

二次(ci)電(dian)子(zi)掃描(miao)成像(xiang)

入(ru)射電(dian)子(zi)達到(dao)離(li)核很近(jin)的(de)地方被反(fan)射，沒(mei)有(you)能(neng)量損(sun)失;既(ji)包(bao)括(kuo)與原子核作用(yong)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)彈(dan)性(xing)背(bei)散射電(dian)子(zi)，又(you)包(bao)括(kuo)與樣品核外電(dian)子(zi)作用(yong)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)非彈(dan)性(xing)背(bei)散射電(dian)子(zi)。

用(yong)背(bei)反(fan)射信(xin)號進(jin)行(xing)形(xing)貌(mao)分析時，其分辨率遠比(bi)二次(ci)電(dian)子(zi)低(di)。可根據(ju)背(bei)散射電(dian)子(zi)像(xiang)的亮暗(an)程(cheng)度，判別出相(xiang)應(ying)區(qu)域(yu)的原子序數(shu)的(de)相(xiang)對大小(xiao)，由此可對金屬及其合金的顯(xian)微組織進(jin)行(xing)成(cheng)分分析。

11.原子力顯微(wei)鏡AFM

分析原理：將(jiang)壹(yi)個(ge)對(dui)微弱(ruo)力極(ji)敏(min)感的微(wei)懸(xuan)臂(bi)壹端固定，另壹(yi)端有(you)壹(yi)微(wei)小(xiao)的(de)針尖(jian)，由(you)於(yu)針(zhen)尖(jian)原子與樣品表面原子間存(cun)在極(ji)微(wei)弱(ruo)的作用(yong)力(li)，通過(guo)在(zai)掃描(miao)時控制(zhi)這種力(li)的恒(heng)定，帶(dai)有(you)針(zhen)尖(jian)的(de)微(wei)懸臂將(jiang)在(zai)垂直(zhi)於(yu)樣品的表(biao)面方向起伏(fu)運動。從(cong)而(er)可以獲得(de)樣品表面形貌的(de)信息(xi)

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：微懸臂(bi)對(dui)應(ying)於(yu)掃描(miao)各點的位置(zhi)變化(hua)

提(ti)供的(de)信息(xi)：樣品表面形貌的(de)信息(xi)

AFM的(de)掃描(miao)模(mo)式(shi)有(you)接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)和(he)非接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)，接(jie)觸(chu)式(shi)利用(yong)原子之(zhi)間的(de)排(pai)斥(chi)力(li)的(de)變化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)樣品表面輪(lun)廓(kuo);非接(jie)觸(chu)式(shi)利用(yong)原子之(zhi)間的(de)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)變化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)樣品表面輪(lun)廓(kuo)。

12.掃描(miao)隧道(dao)顯微鏡STM

分析原理：隧(sui)道(dao)電(dian)流(liu)強度(du)對針(zhen)尖(jian)和(he)樣品之(zhi)間的(de)距離(li)有(you)著(zhe)指(zhi)數(shu)依賴(lai)關系，根(gen)據(ju)隧道(dao)電(dian)流(liu)的變化(hua)，我們(men)可以得(de)到(dao)樣品表面微小的(de)起伏(fu)變化(hua)信息(xi)，如(ru)果(guo)同(tong)時對x-y方向進(jin)行(xing)掃描(miao)，就可以直(zhi)接(jie)得到(dao)三維的樣品表面形貌圖(tu)，這就是掃描(miao)隧道(dao)顯微鏡的工(gong)作原理。

譜(pu)圖(tu)的(de)表示(shi)方法：探(tan)針(zhen)隨樣品表面形貌變化(hua)而(er)引(yin)起(qi)隧(sui)道(dao)電(dian)流(liu)的波動

提(ti)供的(de)信息(xi)：軟(ruan)件處理後可輸出三維的樣品表面形貌圖(tu)

隧(sui)道(dao)電(dian)流(liu)對針(zhen)尖(jian)與樣品表面之(zhi)間的(de)距離(li)極(ji)為敏(min)感，距離(li)減(jian)小0.1nm，隧(sui)道(dao)電(dian)流(liu)就會(hui)增(zeng)加壹(yi)個(ge)數(shu)量級。

針(zhen)尖(jian)在(zai)樣品表面掃描(miao)時，即使(shi)表面只有(you)原子尺度的(de)起(qi)伏(fu)，也(ye)將(jiang)通過(guo)隧(sui)道(dao)電(dian)流(liu)顯示(shi)出來，再(zai)利用(yong)計(ji)算機的(de)測(ce)量軟件和(he)數(shu)據(ju)處理(li)軟件將得到(dao)的信(xin)息(xi)處(chu)理成為三(san)維圖(tu)像(xiang)在屏(ping)幕(mu)上(shang)顯(xian)示(shi)出來。

13.原子吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)AAS

分析原理：通過(guo)原子化(hua)器(qi)將待測(ce)試樣原子化(hua)，待測(ce)原子吸(xi)收(shou)待測(ce)元素空(kong)心陰極(ji)燈的(de)光(guang)，從而(er)使(shi)用(yong)檢(jian)測(ce)器(qi)檢(jian)測(ce)到(dao)的能(neng)量變低(di)，從(cong)而(er)得(de)到(dao)吸(xi)光(guang)度。吸(xi)光(guang)度與待測(ce)元素的(de)濃(nong)度(du)成(cheng)正比。

14.電(dian)感耦合(he)高頻等(deng)離(li)子(zi)體(ti)ICP

分析原理：利用(yong)氬等離(li)子(zi)體(ti)產(chan)生(sheng)的高溫使(shi)用(yong)試(shi)樣分解(jie)形成(cheng)激(ji)發態(tai)的(de)原子和(he)離(li)子(zi)，由(you)於(yu)激(ji)發態(tai)的(de)原子和(he)離(li)子(zi)不(bu)穩(wen)定，外層電(dian)子(zi)會(hui)從(cong)激發態(tai)向(xiang)低(di)的(de)能(neng)級(ji)躍遷，因此發射出特(te)征(zheng)的譜(pu)線(xian)。通過(guo)光(guang)柵等(deng)分光(guang)後，利用(yong)檢(jian)測(ce)器(qi)檢(jian)測(ce)特(te)定波長(chang)的(de)強(qiang)度(du)，光(guang)的強(qiang)度(du)與待測(ce)元素濃(nong)度(du)成(cheng)正比。

15.X射線(xian)衍射XRD

分析原理：X射線(xian)是原子內層電(dian)子(zi)在(zai)高速運動電(dian)子(zi)的(de)轟(hong)擊下(xia)躍(yue)遷(qian)而(er)產(chan)生(sheng)的光(guang)輻射，主要(yao)有(you)連(lian)續X射線(xian)和(he)特(te)征(zheng)X射線(xian)兩種。晶(jing)體可被用(yong)作X光(guang)的光(guang)柵，這些很大數(shu)目(mu)的(de)原子或離(li)子(zi)/分子所(suo)產(chan)生(sheng)的相(xiang)幹散射將(jiang)會發生(sheng)光(guang)的幹(gan)涉(she)作用(yong)，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)散射的(de)X射線(xian)的強(qiang)度增(zeng)強(qiang)或減(jian)弱(ruo)。由於(yu)大量原子散射波的疊(die)加，互(hu)相(xiang)幹涉而(er)產(chan)生(sheng)最(zui)大強(qiang)度的光(guang)束稱為X射線(xian)的衍射線(xian)。

滿足衍射條(tiao)件，可應(ying)用(yong)布(bu)拉(la)格(ge)公式(shi)：2dsinθ=λ

應(ying)用(yong)已(yi)知(zhi)波長(chang)的(de)X射線(xian)來測(ce)量θ角，從(cong)而(er)計(ji)算(suan)出晶面間距(ju)d，這是用(yong)於(yu)X射線(xian)結構(gou)分析;另(ling)壹(yi)個(ge)是應(ying)用(yong)已(yi)知(zhi)d的晶(jing)體(ti)來測(ce)量θ角，從(cong)而(er)計(ji)算(suan)出特(te)征(zheng)X射線(xian)的波長(chang)，進(jin)而(er)可在已(yi)有(you)資(zi)料(liao)查(zha)出試樣中所(suo)含(han)的(de)元素。

16.納(na)米顆(ke)粒(li)追蹤(zong)表(biao)征

分析原理：納(na)米顆(ke)粒(li)追蹤(zong)分析技(ji)術， 利用(yong)光(guang)散射原理，不(bu)同(tong)粒(li)徑顆(ke)粒(li)的散射光(guang)成像(xiang)在CCD上的(de)亮(liang)度和(he)光(guang)斑大小(xiao)不(bu)壹(yi)樣，依此來確定粒徑(jing)尺寸(cun); 合適濃(nong)度的(de)樣品均質分散在(zai)液(ye)體中(zhong)可以得(de)出粒徑(jing)尺寸(cun)分布(bu)和(he)顆(ke)粒(li)濃度信(xin)息(xi)， 準(zhun)確度非常(chang)高。