基于CCD的小型光谱分析仪器与化学发光新技术

摘要

绿色化学由于其环境友好性和经济效益，近年来引起了广泛的关注。分析化学作为一门定性和定量的科学，不仅是绿色化学的的重要组成部分，也是其仲裁，这就要求分析化学本身也要绿色化。光谱分析所具有的特点(如仪器简单、使用范围广等)使它成为绿色分析化学的最佳选择之一。 概略来说，光谱分析仪器主要由光源/激发源系统、样品系统和检测系统三部分组成，对这三个系统的改进和革新，就有可能提高现有光谱分析仪器的性能，甚至导致新技术的出现，如小型化分析仪器。有些技术革新可能使光谱分析向绿色化迈进一大步。 基于这种思想，本论文从两方面研究了光谱分析新方法：一是使用新的原子化技术和微型CCD光谱仪组装了小型光谱分析仪器，二是建立了新的化学发光技术而扩展了该技术的应用范围。 原子化无疑是原子光谱这一分析技术的核心部分。实现原子化的技术有很多，如电弧火化、火焰、电热技术和等离子体技术等。但无论采取任何一种方式，当前实现原子化都是通过获取高温使物质解离而达到原子化。为了获取高温，就不可避免地使分析仪器产生一定的缺陷，因此，寻找一种更简单和有效的方法，甚至在常温下实现原子化在原子光谱仪器小型化/便携化的研究中是非常有前景的。本论文探讨了两种有望实现小型化的原子化技术，包括钨丝电热原子化技术和光诱导溶液中原子化技术。 随着半导体工业的发展，CCD检测器在分析仪器中的应用越来越广泛。目前，集成了一个光栅和一个CCD检测器的微型CCD光谱仪已经很容易地可以获得，它可以应用在小型化/便携式仪器的发展上。虽然这种微型CCD光谱仪由于体积限制而使其灵敏度不如光电倍增管，但是其多道检测能力、可长时间连续工作和节能等优点，使它更适合于小型化/便携式分析仪器的研究，以及连续多组分分析和野外/现场监测的研究。本论文的前三个工作均使用一块微型CCD光谱仪作为检测器。 化学发光最大的优势在于它的低，甚至无背景，以及它的高灵敏度。其高灵敏度、选择性、快速、简单而便宜的仪器装置使它成为一种应用广泛的分析技术。然而传统化学发光系统的缺点也是比较明显的，即所能测定的物质有限。为了拓展这一分析方法的应用范围，本论文研究了两种新型的化学发光体系，包括催化发光和介质阻挡放电诱导化学发光(DBD-CL)两个体系。这两个体系，尤其是DBD-CL体系，可以对更多的物质产生响应。 具体包括以下几方面的研究工作： (1)基于钨丝电热原子化器和一个微型CCD光谱仪，建立了一套钨丝电热原子吸收光谱分析系统。与传统的石墨炉电热原子吸收光谱仪相比，钨丝电热原子吸收系统不仅简化了仪器结构，而且减小了仪器体积，降低了仪器成本以及运行成本，但是仪器性能却与石墨炉电热原子吸收系统相当。与之前研究钨丝电热原子吸收光谱的工作不同，本文详细考察了Ar载气中H<,2>含量对这一系统的影响。本工作还应用这一系统测定了生物样品中的镉、铜和铅。这一系统有望成为石墨炉电热原子吸收光谱法的有益补充。 (2)我们的实验发现，氯化甲基汞和甲酸在UV辐射下反应的初期产物是汞自由原子。所得到的Hg<'0>不经气-液分离而在反应介质中使用基于微型CCD光谱仪的原子吸收光谱法进行了直接测定，发现由于水合作用，得到的是最大吸收峰约为255 nm、半峰宽约为15 nm的宽带吸收。该法实现了在室温和常压下的原子化，并且不经过气.液分离对汞原子进行了直接测定，有望发展成小型化的新型原子吸收光谱仪。实验结果还表明，在持续的UV辐射下，将产生多种与甲酸光诱导降解产物有关的Hg物质，而使吸收逐渐变得没有波长选择性，这一现象与计算结果相吻合。这一实验结果表明这一反应的产物是与反应时间有关系的。进一步实验发现，UV辐射可以充当

目录

文摘

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第一章 综述

1. 引言

2. 现代仪器分析的发展

3. 光谱分析在绿色分析化学中的展望

3.1. 绿色化学及绿色分析化学

3.2. 分析过程的绿色化

3.3. 可能的绿色分析技术

3.4. 结论

4. 本论文的研究内容及意义

5. 参考文献

第二章CCD光谱仪及其在小型化光谱仪器中的应用

1.CCD光谱仪简介

2. 微型CCD光谱仪在小型光谱分析仪器中的应用

3. 参考文献

第三章 钨丝电热原子吸收光谱法测定生物样品中的镉、铜、铅及载气中氢气浓度的优化

1. 引言

2. 实验部分

2.1. 仪器装置

2.2. 试剂

2.3. 升温步骤

3. 结果与讨论

3.1. 灰化和原子化电压与温度

3.2. 灵敏度

3.3.钨丝寿命

3.4. 瞬时原子吸收轮廓

3.5.仪器性能指标

3.6.样品分析

4. 结论

5. 参考文献

第四章 在溶液中直接原子化测定甲基汞

1. 引言

2. 实验部分

2.1. 仪器装置

2.2. 试剂

2.3. 实验步骤

2.4. 计算方法

3.结果与讨论

3.1. 吸收轮廓

3.2. 甲酸浓度的优化

3.3. 紫外光强度的影响

3.4. 溶液中Hg0的定量分析

3.5.光开关研究

3.6.机理探讨

4. 其它应用

5. 结论

6. 参考文献

第五章 有机污染物光催化降解在线荧光监测系统

1. 引言

2. 实验部分

2.1. 仪器装置

2.2. 试剂

2.3. 实验步骤

3.结果与讨论

3.1. 荧光监测方法

3.2. 光降解系统的优化

3.3. 对照实验

3.4. 多组分同时分析

3.5. 动力学模型

4. 结论

5. 参考文献

第六章 基于气相催化发光的新型GC检测器

1. 引言

2. 实验部分

2.1. 仪器装置

2.2. 试剂

2.3. 多孔材料的制备

3. 结果与讨论

3.1.催化剂表征

3.2.单组分测定

3.3. 色谱分辨率的影响因素

3.4. 室内空气污染物分析的探讨

4. 结论

5. 参考文献

第七章 介质阻挡放电诱导化学发光及其初步应用

1. 引言

2. 实验部分

2.1. 仪器装置

2.2. 试剂

3. 结果与讨论

3.1. 发光体系优化

3.2.分析方法特征

3.3.发光机理探讨

3.4. 与气相色谱联用的初步探讨

4. 结论

5. 参考文献

作者简历

在读期间研究成果

致谢