大学资料仪器分析实验讲义新编.docx

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大学资料仪器分析实验讲义新编

仪器分析实验讲义

实验项目

一、醇类混合物的气相色谱分析.......................................2

二、液相色谱仪的基本操作及对物质的分离、定性鉴定

--对羟基苯甲酸酯类混合物的反相高效液相色谱分析..................5

三、酊剂中乙醇含量的气相色谱测定（已知浓度样品对照法）..............7

四、乙酸的电位滴定分析及其解离常数的测定...........................9

五、氯离子选择性电极测定水中氯含量................................11

六、鉴定和识别有机化合物中的电子跃迁类型...........................14

七、紫外-可见光谱法测定苯甲酸钠含量...............................19

八、火焰原子吸收光谱法测定自来水中钙、镁的含量.....................21

醇类混合物的气相色谱分析

一、实验目的

（1）了解气相色谱仪的结构、各组成部分的作用及相互关系。

（2）熟悉仪器的一般使用方法，巩固色谱分析实验技术。

（3）了解定性鉴定的依据和方法的原理及方法；

（4）熟练掌握微量进样器进样技术。

二、实验原理

1、气相色谱仪流程（见下图）：

图1气相色谱仪流程图

各种物质在一定的色谱条件（固定相与操作条件等）下有各自确定的保留值，因此保留值在色谱分析中可作为一种定性指标。

对于较简单的多组分混合物，若其中所有待测组分均为已知且它们的色谱峰均能分开，则可将混合物图谱中各个色谱峰的保留值与各相应的标准试样在同一条件下所得的保留值进行对照比较，就能确定各色谱峰所代表的物质，这就是纯物质对照法定性的原理。

该法是色谱分析中最常用的一种定性方法。

本实验即采用纯物质对照法对有机混合物中各组分进行定性鉴定。

三、仪器与试剂

1.仪器

天美GC-7900气相色谱仪（FID氢火焰离子化检测器）；

氢气、空气发生器；氮气瓶，微量进样器（1µL）。

2.试剂

甲醇、正丙醇均为分析纯；混和醇样

四、仪器操作条件

色谱柱：

10%PEG-20M填充柱，3m（L）×4mm（OD）×3mm（ID）；进样量：

1µL；

柱温：

140ºC；气化室温度：

150ºC；检测器：

FID；检测器温度：

200ºC；

五、实验步骤

1．启动计算机，打开色谱仪主机及空气、氮气发生器开关，打开载气输出压力为0.5Mpa，启动软件，根据分析要求设置柱箱、汽化室和检测器的工作温度。

2．待柱箱、汽化室和FID检测器温度升到设定温度时，即可打开H2气和空气，在软件点击点火键，待基线平稳后，即可进行进样分析。

3.选择醇类混和物未知样，注入1.0µL至色谱仪中分离，记下各组分的保留时间。

4.用依次注入标准物甲醇、正丙醇，确定它们在色谱图上的相应位置。

与未知混合物图谱中各峰的tR进行对比，加以确认。

5.实验完后，按关机程序关机。

关闭FID系统时，必须先将H2气开关阀关闭，即先关H2气熄火，待柱箱、汽化室和检测器温度降至室温，最后关主机及载气。

六、数据处理

l.记录实验工作条件

气相色谱仪型号及厂家：

实验条件：

2.记录各色谱图中组分的保留时间tRi

，并把数据列于下表。

标准

混合物

组分

甲醇

正丙醇

峰1

峰2

保留时间tR/min

定性结果

3.根据标准物质和未知混合物图谱中各峰的tR进行对比，对未知混合物试样色谱图中各峰所代表的组分加以确认。

七、注意事项

1.开机前检查气路系统是否有漏气，进样室硅橡胶密封垫圈是否需更换。

2.开机时，要先通载气后通电，关机时要先断电源后停气。

3.柱温、气化室和检测器的温度可根据样品性质确定。

一般气化室温度比样品组分中最高的沸点再高30～50ºC即可，检测器温度大于柱温。

4.用FID时，不点火严禁通H2，通H2后要及时点火，并保证火焰点着。

5.使用1µL注射器进样时，切勿用力过猛，以免把针芯顶弯。

不要用手接触针芯。

6.仪器基线平稳后，仪器上所有旋钮、按键不得乱动，以免色谱条件改变。

7.定量吸取样品，注射器中不应有气泡。

8.微量注射器使用前应先用被测溶液洗涤多次，实验结束后应用乙醇清洗干净。

八、思考题

1.选择柱温的原则是什么?

如样品组分中最高沸点为100℃,则柱温、气化室及检测室温应该怎样选择以进行初步试验？

2.为什么检测器温度必须大于柱温？

3.为什么先通载气后才可升柱温？

为什么实验结束后要先降低柱温，气化室及检测室温度降至室温时，才能关闭载气？

4.用FID检测器以氮气为载气时，能否用空气作为测定死时间的样品？

为什么？

5、气相色谱仪组成分几部分？

检测器有那些，各检测那些类型有机物？

6、气相、液相色谱有那些异同点？

列表说明

对羟基苯甲酸酯类混合物的反相高效液相色谱分析

一、实验目的

1.了解HPLC仪器的基本结构和工作原理，学习仪器的基本操作。

2.学习保留值定性方法。

二、实验原理

对羟基苯甲酸酯类是目前常用的食品防腐剂之一。

对羟基苯甲酸酯又称尼泊金酯，其通式为：

主要用于酱油、果酱、清凉饮料等。

它是无色结晶或白色结晶粉末，无味，无臭,难溶于水,易溶于醇类。

在对羟基苯甲酸酯类混合物中含有对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯，它们都是强极性化合物，可采用反相HPLC进行分析，选用非极性的C-18烷基键合相作固定相，甲醇的水溶液作流动相。

反相HPLC是以非极性表面的载体为固定相，以比固定相极性强的溶剂系统为流动相的一种分离模式，固定相也多以硅胶为基质，在其表面键合疏水基团，溶质在固定相上的保留是基于分子间的非特异性疏水相互作用，极性较强或亲水的样品分子——作用力弱——较快流出；疏水性相对较强的分子——作用力强——保留时间相对较长。

在色谱分析中利用保留值定性是最基本的定性方法，其基本依据是：

两个相同的物质在相同的色谱条件（固定相、流动相、操作条件等）下应该有相同的保留值。

由于在一定的实验条件下，酯类各组分的保留值保持恒定，因此在同样条件下，将测得的未知物的各组分保留时间，与已知纯酯类各组分的保留时间进行对照，即可确定未知物各组分存在与否。

这种利用纯物质对照进行定性的方法，适用于来源已知，且组分简单的混合物。

三、仪器与试剂

1.仪器及实验条件

液相色谱仪：

伍丰LC100高效液相色谱仪（包括六通阀手动进样器、高压输液泵、紫外-可见检测器和化学工作站）；

超声波清洗器：

用于样品溶解，流动相脱气，玻璃器皿清洗；

溶剂抽滤装置：

用于流动相过滤；

100µL微量进样器。

2.试剂

对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯均为分析纯；甲醇为色谱纯；超纯水（电阻率>18兆欧）

标准液：

对羟基苯甲酸甲酯的甲醇溶液，浓度分别为10、20、50、100、150µg/ml；对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯的甲醇溶液，浓度均为50µg/ml。

样品液：

含有未知浓度的2种酯类化合物的甲醇溶液。

四、实验参数

流动相及流速：

甲醇100%，1mL·min-1

进样量：

20μL

色谱柱：

C18反相柱，5μm，250mm×4.6mm

检测器：

紫外检测器，检测波长254nm

五、实验步骤

1.将经过0.45µm滤膜抽滤的流动相于超声波清洗器脱气10~20分钟。

2.将标准液和待测液经0.45µm的滤膜过滤备用。

3.参照仪器使用说明开机，排空流路中的气泡。

4.设置实验参数，启动色谱系统，待基线信号平稳后，即可进样分析。

5.将未知混和样品液进样，记录色谱图和出峰时间。

6.将两种对羟基苯甲酸酯类标准液分别进样，记录出峰时间。

7.将标准与未知混合物图谱中各峰的tR进行对比，加以确认。

8.按关机程序关机。

五、注意事项

1.所有过柱的液体均需严格过滤和脱气。

2.实验完毕，用流动相彻底冲洗柱子。

六、数据处理

1.定性分析：

将样品液色谱图上各色谱峰的保留时间与纯物质色谱图对照，推测2种对羟基苯甲酸酯类分别对应第几峰。

七、思考题

1.为什么溶剂和样品要过滤及对流动相进行脱气？

2.试推测改变甲醇和水的配比，对各组分的出锋情况有何影响？

3.液相色谱中，样品组分的保留值与哪些因素有关?

4、液相色谱结构分那几部分组成？

梯度洗提装置有什么作用？

酊剂中乙醇含量的气相色谱测定（已知浓度样品对照法）

一、实验目的要求

1、掌握气相色谱仪的流程及操作方法。

2、掌握已知浓度样品对照进行定量及计算的方法。

二、实验原理

许多有机化合物的校正因子未知，此时可采用已知浓度对照法，先配制已知浓度的标准样品，加入一定量内标物，再将未知浓度的检品按相同比例加入内标物。

分别进样，由下式可求检品的含量。

（Ci%）样品=（Ai/As）样品/（Ai/As）标准×（Ci%）标准

式中，Ci%为待测组分的含量；Ai,As分别为被被测组分和内标准的峰面积。

三、仪器和试剂

1、仪器

天美GC-7900气相色谱仪（FID氢火焰离子化检测器）；

氢气、空气发生器；氮气瓶，微量进样器（1µL）。

2、试剂

无水乙醇AR正丙醇AR酊剂检品

四、操作步骤

1、实验条件

色谱柱：

10%PEG-20M/ChromsorbWHP80/100mesh填充柱，3m（L）×4mm（OD）×3mm（ID）；

PorapakQ80/100mesh填充柱，3m（L）×3mm（OD）×2mm（ID）；

柱温：

170ºC；气化室温度：

180ºC；检测器FID温度：

200ºC；进样量：

1µL；

2、溶液配制

（1）标准溶液配制准确吸取无水乙醇5.00mL及正丙醇内标物5.00mL，置100mL量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。

（2）样品溶液配制准确吸取样品10.00mL及正丙醇内标物5.00mL，置100mL量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

3、进样在选定的仪器操作下，将标准溶液和样品溶液分别进样1.0μL。

4、数据处理

A=1.065×h×W1/2

（Ci%）样品=（Ai/As）样品×10/（Ai/As）标准×5.00%

式中：

Ai,As分别为被测组分和内标物的峰面积；

5.00%为（Ci%）标准的值；10为稀释倍数。

五、注意事项

1、使用1μL微量注射器，注意不要把针芯拉出针筒外。

2、吸取样品的注射器，用后需用乙醇溶剂反复洗十多次，以免堵塞针孔。

六、思考题

1、热导和氢火焰离子化检测器各属何种类型检测器？

它们各有什么特点？

2、气—固和气—液色谱法在分离的原理上有何不同？

3、在什么情况下可采用已知浓度样品对照法？

乙酸的电位滴定分析及其解离常数的测定

一、实验目的要求

1.学习电位滴定的基本原理及操作技术；

2.运用pH-V曲线和（ΔpH-ΔV）-V曲线与二级微商法确定滴定终点；

3.学习测定弱酸离解常数的方法。

二、实验原理

乙酸CH3COOH（简写为HAc）为一种弱酸，其pKa=4.74，当以标准碱溶液滴定乙酸试液时，在化学计量点附近可以观察到pH值的突跃。

在试液中插入复合玻璃电极，即组成如下工作电池：

该工作电池的电动势在pH计上表示为滴定过程中的pH值，记录加入标准碱溶液的体积V和相应被滴定溶液的pH值，然后由pH-V曲线或（△pH/△V）-V曲线来求得终点时消耗的标准碱溶液的体积，也可用二次微分法，于△2pH/△V2=0处确定终点。

根据标准碱溶液的浓度、消耗的体积和试液的体积，即可求得试液中乙酸的浓度或含量。

根据乙酸的离解平衡：

其离解常数：

当滴定分数为50%时，[HAc]=[Ac-]，此时

，即

因此，在滴定分数为50%处的pH值，即为乙酸的pKa值。

三、仪器及试剂

1.自动电位滴定仪，复合玻璃电极、10mL吸量管。

2.0.1000mol/L乙酸溶液、0.1mol/LNaOH标准溶液（已标定）、pH=4.00、pH=6.88缓冲液（20℃）。

四、实验步骤

1.打开滴定仪电源开关，预热10min。

接好复合玻璃电极。

2.用pH=6.88（20℃）和pH=4.00（20℃）的缓冲溶液对pH计进行两点定位。

3.乙酸含量和离解常数pKa的测定

准确吸取10.00mL乙酸试液于50mL滴定杯中，再加水约20mL。

放入搅拌磁子，浸入pH复合电极。

设置仪器参数开启电磁搅拌器（注意磁子不能碰到电极），用已标定的NaOH溶液进行滴定，仪器自动绘制曲线。

在屏幕中移动光标，记录每个点对应的体积和pH值。

①实验数据及计算

V/mL

pH值

V/mL

pH值

根据pH-V曲线，找出滴定终点体积Vep

②计算乙酸原始试液中乙酸的浓度。

③在pH-V曲线上，查出体积相当于

时的pH值，即为乙酸的pKa值。

六、注意事项

1.pH复合电极在使用前必须在KCl溶液中浸泡活化24h，电极膜很薄易碎，使用时十分小心。

2.切勿把搅拌磁子连同废液一起倒掉。

七、思考题

1.用电位滴定法确定终点与指示剂法相比有何优缺点？

2.当醋酸完全被氢氧化钠中和时，反应终点的pH值是否等于7？

为什么？

乙酸的电位滴定分析及其解离常数的测定实验操作步骤

1、开机：

打开主机电源开关，接通电源（开关在主机背后），打开电极下方帽盖，用蒸馏水冲洗电极多次，用滤纸吸干水份；

2、标定（两点标定）：

把电极插入“pH=4.00”的缓冲液中，按显示面板上菜单标定键→确认→显示稳定的pH读数后→确认；提示二点标定→确认。

用蒸馏水冲洗电极并吸干水分，再把电极插入“pH=6.86”的缓冲液中，显示稳定的pH读数后→按确认→提示标定结束，显示电极斜率读数。

即完成标定工作。

**更换不同pH液要用蒸馏水反复冲洗电极并用滤纸吸干水分。

3、滴定：

用氢氧化钠溶液来滴定乙酸溶液。

准确移取10.00ml乙酸溶液置于滴定杯中，加入蒸馏水约40ml，加搅拌子，放在“电位测量单元上”插入电极，按菜单中滴定键→预滴定→设置参数：

右边窗口设置：

突跃量为中/100，滴定最小体积0.05ml，结束体积20ml；

左边窗口选择为：

pH滴定模式；

设置搅拌速度约为20；按→确认→开始滴定，直至终点出现。

提示滴定结束后，按终止键结束，记录和存贮数据。

氯离子选择性电极测定微量氯（Cl¯）---------标准曲线法

一、目的要求

1.了解离子选择性电极的作用和含量测定原理；

2.掌握标准曲线法的基本原理和实验方法。

二、基本原理

氯离子选择性电极（图2）是由AgCl和Ag2S的粉末混合物压制成的敏感膜5，固定在电极管3的一端，用焊锡或导电胶封接于敏感膜内侧的银箔上，装配成无内参比溶液的全固态型电极。

图3双盐桥饱和甘汞电极

1.绝缘帽；2.加液口；3.内电极；

4.饱和KCI溶液；5.可卸盐桥套管；

6.多孔性物质；7.液接液体；

8.多孔性物质；9.电极接头

图2氯离子选择性电极结构示意图

1.电极帽；2.屏蔽导线；3.电极管；

4.环氧树脂填充物；5.敏感膜；

6.电极插头；7.焊锡或导电胶

当将氯离子选择性电极浸入含Cl-的溶液中，它可将溶液中氯离子活度

转换成相应的膜电位

：

测定Cl

时，不能使用通常的饱和甘汞电极作参比电极，因为电极内的Cl-将通过陶瓷芯或玻璃砂芯等多孔物质向试液中扩散，而干扰分析测定。

为避免这一影响，应在饱和甘汞电极上连接可卸的非KCl盐桥套管，内盛适当的液接液体（本实验采用KNO3溶液），即构成双盐桥饱和甘汞（图3）作为参比电极。

以氯离子选择性电极、双盐桥饱和甘汞电极和试液组成工作电池：

工作电池的电动势：

即在一定条件下，工作电池的电动势E与溶液中Cl-活度的对数成线性关系。

K’与温度、参比电极电位以及膜的特性等有关，在实验中K’为一常数。

分析工作中常需测定离子的浓度，根据αCl-=γCl-·CCl-，在实验中加入总离子强度调节缓冲液（TISAB），使溶液的离子强度保持恒定，从而使活度系数γCl-为一常数，则工作电池电动势E可写作：

即E与cCl-的对数值成线性关系。

根据上述关系式，通过标准曲线法，测定微量Cl-含量，操作简便，数据处理也很简单，是较常用的一种定量方法。

氯离子选择电极宜在pH=2～7的酸度范围内使用，浓度在l～10-4mol·L-1范围内，电极电位呈线性响应。

本实验采用标准曲线法测定Cl-浓度，即配制不同浓度的Cl-标准溶液，分别测定其对应的工作电池的电动势E，以lgcCl-为横坐标，E为纵坐标，绘制E-lgcCl-曲线。

在同样条件下测定试液的Ex，由E-lgcCl-曲线即可查得与Ex对应的试液中cCl-x。

三、仪器、试剂

1、仪器：

pHS-2型酸度计或其他类型的酸度计、氯离子选择性电极双盐桥饱和甘汞电极、电磁搅拌器、容量瓶100mL、吸量管2mL、10mL

2、试剂：

总离子强度调节缓冲液（TISAB）、0.1mol·L

1KNO3溶液、1.00mol·L

1NaCl标准溶液、待测Cl-试液（浓度约10-1～10-2mol·L

1）

五、实验步骤

1.安装好酸度计并调试，按下“-mV”键。

摘去饱和甘汞电极的橡皮帽，并检查内电极是否浸入饱和KCl溶液中，如未浸入，应补充饱和KCl溶液。

于盐桥套管内放置KNO3溶液，约占套管容积的2/3，以橡皮圈将套管连接在电极上。

安装电极，并用滤纸吸去电极上的水滴。

2.准确吸取1.00mol·L

1NaCl标准溶液10.00mL，置于100mL容量瓶中，加入TISAB1O.0mL，用水稀释至刻度，摇匀，得pCl=1.00溶液。

3.准确吸取pCl=1.00溶液10.00mL，置于100mL容量瓶中，加入TISAB9.0mL，用水稀释至刻度，摇匀，得pCl=2.00溶液。

依照上述步骤，依次配制pCl=3.00，pCl=4.00溶液。

4.将上述配制好的标准系列溶液以浓度由低到高的顺序转入电解杯，并放入氯离子选择性电极和双盐桥饱和甘汞电极及搅拌子，开动搅拌器，调节至适当的搅拌速度，待电位稳定后，读取各溶液的电位值。

5.准确吸取Cl-试液10.00mL，置于100mL容量瓶中，加入TISAB10.0mL，用水稀释至刻度，摇匀，按标准溶液的测定步骤，测定其电位值Ex。

六、数据及处理

1.实验数据

测量结果

pCl

1.002.003.004.00未知样Ex

E/（-mV）

2.以pCl值为横坐标，电位值E为纵坐标，绘制E-pCl标准曲线。

3.在标准曲线上查得与Ex值相应的pCl值，求得原始试液中Cl-浓度。

鉴定和识别有机化合物中的电子跃迁类型

一、实验目的

1.熟悉有机化合物中几种主要的电子跃迁类型。

2.了解溶剂极性对有机化合物吸收光谱的的影响。

3.了解双光束和单光束紫外可见分光光度计的区别

二、实验原理

有机化合物中常常遇到的电子跃迁类型如下表所示：

生色团

实例

溶剂

λmax/nm

εmax

跃迁类型

烯

C6H13CHCH2

正庚烷

177

13,000

π→π*

羧基

CH3COOH3

乙醇

204

41

n→π*

酰胺基

CH3CONH2

水

214

60

n→π*

羰基

CH3COCH3

正己烷

186

280

1000

16

n→δ*

n→π*

CH3COCH3

正己烷

180

293

大

12

n→δ*

n→π*

偶氮基

CH3NNCH3

乙醇

339

5

n→π*

硝基

CH3NO2

异辛烷

280

22

n→π*

亚硝基

C4H9NO2

乙醚

300

100

n→π*

硝酸酯

C2H5ONO2

二氧杂环己烷

270

12

n→π*

有机化合物常见电子跃迁类型

生色团是分子中能吸收紫外-可见光、而产生电子跃迁的基团，当它们与无吸收的饱和基团相连时，其吸收波长出现在185～1000nm之间。

根据生色团的吸收带类型，可将其分为：

（1）共轭烯炔分子中，由π→π*跃迁而产生的K吸收带；

（2）n→π*跃迁产生的R带；（3）由苯环本身振动及闭合环状共轭双键π→π*跃迁重叠而产生的B带（芳香族的主要特征吸收带）。

助色团是一些具有非键电子的基团，如：

-OH、-OR、-NHR、-CL、-Br等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但当它们与生色团相连时，会增加生色团的吸收强度，改变分子的吸收波长。

吸收峰的位置及强度随使用的溶剂不同而异。

这些影响与溶剂的性质、吸收带的特征以及溶质的性质有关。

一般说来，随着溶剂极性的增加，n→π*跃迁吸收带向短波移动，而π→π*跃迁吸收带向长波移动。

三、仪器与试剂

1、仪器

美谱达UV3200S单光束紫外-可见分光光度计

舜宇恒平UV-2800S型双光束紫外-可见分光光度计；

岛津UV1800双光束紫外-可见分光光度计

石英比色皿2个。

2、试剂

实验试剂见下表：

序号

溶质

浓度（mol／L）

溶剂

1

4-甲基-3-戊烯-2-酮

1.0×10-4

水

2

4-甲基-3-戊烯-2-酮

1.0×10-4

正己烷

3

甲基异丁基甲酮

2.5×10-2

水

4

甲基异丁基甲酮

2.5×10-2

正己烷

5

苯

4.0×10-3

乙醇

6

苯酚

1.6×10-4

乙醇

3、实验条件

仪器条件（相应仪器）

项目

条件

仪器型号

扫描波长范围（nm）

210-300

光谱带宽（nm）

1.8

波长扫描间隔（nm）

1

波长扫描速度

快速

四、实验步骤

1.在老师指导下，开启仪器。

并记录相对应的仪器型号、厂家、设定参数等；

2.用与溶液对应的溶剂为参照，分别测定上述6种溶液在210～300nm范围内的吸收光谱曲线。

记录其最大吸收波长λmax和吸光度A。

五、数据处理

1.计算6种溶液的摩尔吸收系数εmax。

2.用列表形式总结所测试样的λmax、εmax及吸收带的跃迁类型。

3.实验结果分析，比较相同物质在不同极性溶剂中的变化情况。

比较苯和苯酚在乙醇中的吸收曲线差异。

六、思考题

1、为什么在紫外-可见光区常用水、甲醇为溶剂测定吸收光谱曲线？

2、分别指出4-甲基-3-戊烯-2-酮、甲基异丁基甲酮中，n→π*和π→π*跃迁吸收带，并比较其吸收峰在不同极性溶剂中的变化情况。

3、比较苯和苯酚在乙醇中的吸收曲线差异？

为什么？

4、在光度分析中参比溶液指是什么？

其作用是什么？

为什么需要进行基线校正？

什么情况下需要重新进行基线校正？

UV-3200S紫外可见分光光度计使用—单光束

运行桌面UV-VisAnalyst程序

一、光谱扫谱--------找出物质的最大吸收波长

1、选择光谱扫描方式：

点击扫描图标

2、基线校正：

点击