仪器分析实验指导书09.docx
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仪器分析实验指导书09
实验一苯及其衍生物的紫外吸收光谱的测绘
及溶剂对紫外吸收光谱的影响
一、目的要求
1．了解不同的助色团对苯的紫外吸收光谱的影响。
2．观察溶剂极性对丁酮、异亚丙基丙酮的吸收光谱以及pH对苯酚的吸收光谱的影响。
3．学习并掌握紫外可见分光光度计的使用方法。
二、实验原理
具有不饱和结构的有机化合物，特别是芳香族化合物，在紫外区（200~400nm）有特征吸收，为鉴定有机化合物提供了有用的信息。
方法是比较未知物与纯的已知化合物在相同条件（溶剂、浓度、pH值、温度等）下绘制的吸收光谱，或将未知物的紫外光谱与标准谱图（如Sadtler紫外光谱图）比较，如果两者一致，说明至少它们的生色团和分子母核是相同的。
E1带、E2带和B带是苯环上三个共轭体系中的的π→π*跃迁产生的，E1带和E2带属强吸收带，在230~270nm范围内的B带属弱吸收带，其吸收峰常随苯环上取代基的不同而发生位移。
影响有机化合物的紫外吸收光谱的因素有：
内因（共轭效应、空间位阻、助色效应）和外因（溶剂的极性和酸碱性）。
溶剂的极性和酸碱性不仅影响待测物质吸收波长的移动，还影响吸收峰吸收强度和它的形状。
三、仪器
紫外可见分光光度计（自动扫描型）石英吸收池容量瓶（10mL，5mL）
吸量管（1mL，0.1mL）
四、试剂
苯、乙醇、氯仿、丁酮、异亚丙基丙酮、正庚烷（均为A.R）
苯的正庚烷溶液（以1︰250比例混合而成）、甲苯的正庚烷溶液（以1︰250比例混合而成）
0.3mg·mL－1苯酚的乙醇溶液、0.3mg·mL－1苯酚的正庚烷溶液、0.4mg·mL－1苯酚的水溶液、0.8mg·mL－1苯甲酸的正庚烷溶液、0.8mg·mL－1苯甲酸的乙醇溶液、0.3mg·mL－1苯乙酮的正庚烷溶液、0.3mg·mL－1苯乙酮的乙醇溶液
异亚丙基丙酮分别用水、甲醇、正庚烷配成浓度为0.4mg·mL－1的溶液
五、实验步骤
1．苯及其一取代物的吸收光谱的测绘
在五只5mL容量瓶中分别加入0.50mL苯、甲苯、苯乙酮、苯酚、苯甲酸的正庚烷溶液，用正庚烷稀释至刻度，摇匀。
将它们依次装入带盖的石英吸收池中，以正庚烷为参比，从220~320nm进行波长扫描，得吸收光谱。
观察各吸收光谱的图形，找出最大吸收波长λmax，并计算各取代基使苯的λmax红移了多少？
2．溶剂性质对紫外吸收光谱的影响
（1）溶剂极性对n→π*跃迁的影响在三只5mL的容量瓶中，各加入0.02mL（长嘴滴管1滴）的丁酮，分别用水、乙醇、氯仿稀释至刻度，摇匀。
将它们依次装入石英吸收池，分别相对各自的溶剂，从220~350nm进行波长扫描，制得吸收光谱。
比较它们吸收光谱的最大吸收波长的变化，并解释。
（2）溶剂极性对π→π*跃迁的影响在三只10mL的容量瓶中依次加入0.20mL分别用水、甲醇、正庚烷配制的异亚丙基丙酮溶液，并分别用水、甲醇、正庚烷稀释至刻度，摇匀。
将它们依次装入石英吸收池，相对各自的溶剂，从200~300nm进行波长扫描，制得吸收光谱。
比较吸收光谱的最大吸收波长的变化，并解释。
（3）溶剂极性对吸收峰吸收强度和形状的影响在三只5mL的容量瓶中，分别加入0.50mL苯酚、苯乙酮、苯甲酸乙醇溶液，用乙醇稀释至刻度，摇匀。
将它们依次装入带盖的石英吸收池中，以乙醇为参比，从220~320nm进行波长扫描，得吸收光谱。
与苯酚、苯乙酮、苯甲酸的正庚烷溶液的吸收光谱相比较，得出结论。
3．溶液的酸碱性对苯酚吸收光谱的影响在二只5mL的容量瓶中，各加入0.50mL苯酚的水溶液，分别用0.1mol·L－1HCl、0.1mol·L－1NaOH溶液稀释至刻度，摇匀。
将它们分别依次装入石英吸收池，相对水，从220~350nm进行波长扫描，制得吸收光谱。
比较它们的最大吸收波长，并解释。
六、思考题
1．举例说明溶剂极性对n→π*跃迁和π→π*跃迁吸收峰将产生什么影响？
2．在本实验中能否用蒸馏水代替各溶剂作参比溶液，为什么？
实验二紫外分光光度法测定芳香族化合物
一、实验目的
1、了解紫外吸收光谱在有机结构分析的应用；借助“标准吸收光谱图”鉴定未知物；
2、学习有机物的定量分析方法。
二、实验原理
许多有机化合物在紫外具有特征的吸收光谱，从而可以用来进行有机物的鉴定及结构分析（鉴定有机化合物的官能团）；此外，还可对同分异构体进行鉴别。
对具有π健电子及共轭双键的化合物特别灵敏，且在紫外光区具有强烈吸收。
该法在有机物分析中可进行：
（1）纯度检查；
（2）未知样品的鉴定；（3）分子结构的推测；（4）互变异构的判别；（5）定量测定。
三、仪器与试剂
1、仪器：
751GW型紫外-可见分光光度计；1cm石英比色皿
2、试剂：
苯酚，环己烷，10%NaOH
四、操作步骤
1、未知物的鉴定
（1）在10mL比色管中取固体未知芳香化合物一小粒（约0.1mg），用5-10mL环己烷
溶解，加塞摇溶为止。
（2）以空白为参比溶液，用1cm石英比色皿，于紫外分光光度计上以氢灯为光源，测定吸收曲线。
测定波长从242nm开始，每隔4nm测一次到290nm为止。
其中应注意以下几点：
Ⅰ、测定时波峰谷处间隔1nm或0.5nm；曲线上升或下降部分可间隔2nm或更大一些。
Ⅱ、从242nm连续向长波方向测定。
每测定一个数据均需以参比溶液调节仪器零点及透光率100%；
Ⅲ、防止参比溶液及环己烷溶剂污染。
图一苯酚吸收光谱图（溶剂环己烷）
2、酚的定量测定
（1）配制标准系列：
取酚标准溶液0.1mg/mL0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL
分别置于50.00mL容量瓶中，各加10滴10%NaOH水溶液，用水稀释至刻度；
（2）绘制吸收曲线及标准曲线：
用1cm石英比色皿，在波长242～290nm内每间隔4nm，以空白为参比，测定标准系列中3号（或4号）的吸光度A，绘制吸收曲线（按上面的注意所示），找出最大吸收波长λmax（与图一比较，有何不同；为什么？
）用1cm石英比色皿，在选定的最大吸收波长下分别测定标准系列的吸光度，绘制标准曲线，以空白为参比；
（3）测定未知液：
取未知液10.00mL置于50.00mL容量瓶中，加10滴10%NaOH水溶液，用水稀释至刻度；用1cm石英比色皿，在最大吸收波长处测定吸光度A，以空白为参比。
（4）计算未知液的含量（mg·mL-1）。
【思考题】
1、紫外吸收光谱在有机化合物分析中的特点。
2、本实验与普通的分光光度法有何异同？
实验三、UV-2401PC紫外光谱仪的使用及氯霉素含量分析
一、实验目的
1．了解紫外光谱仪的结构和原理，学习紫外光谱仪的使用方法；
2．了解氯霉素最大吸收峰波长的测定方法。
3．掌握紫外光谱分析氯霉素浓度的原理和方法。
二、UV-2401PC紫外-可见分光光度计（UV-VisSpectrophotometer）使用规程
1．开机（顺序：
稳压电源、光学台、电脑）。
2．预热二十分钟后，在UVPCv3.9菜单下进入紫外－可见光谱测试程序，然后仪器进行自检。
3．自检完后，在AcquireMode菜单下，选取Spectrum，设计参数
4．放入样品，按Start进行自动扫描。
5．在Manipulate菜单下，选PeakPick，用鼠标拉出隐藏的参数和最大吸收峰波长。
6．在Presentation菜单下，选Plot,然后点Print，打印扫描谱图。
7．在AcqurieMode菜单下，选Quantitative，对定量参数进行设计。
8．放入样品，点Read，输入标准物浓度值。
9．标准物做完后，点Unknown，做未知浓度样品。
10．在Presentation菜单下，选Plot,进行图形位置设计，点Print，打印谱图。
11．关机，顺序与开机相反
三、氯霉素最大吸收峰波长的测定
1.实验原理
氯霉素具有消炎、镇静的作用，是一种抗菌素，分子结构较简单，其结构式为：
氯霉素有两个手性碳原子，四个异构体统称为“氯胺苯醇”，由于氯霉素分子中含有π910大π键，氯霉素水溶液在λ=270nm左右的近紫外区有一最大吸收峰，因此，在400-200nm的波长范围内即紫外区我们可测定氯霉素的最大吸收峰波长，如图1所示：
2．仪器与试剂
仪器：
UV-2401PC紫外-可见分光光度计，
50ml容量瓶6个,1000ml容量瓶1个,10ml吸液管1支
试剂：
氯霉素注射液（250mg/支）或氯霉素药片（50mg/片）
3．操作步骤
①氯霉素标准液的配制
用氯霉素水剂1支（含氯霉素250mg），加水至1000mL配制成浓度为250ppm的氯霉素标准溶液。
②氯霉素测定液的配制
用10ml吸液管分别移取2、4、6、8、10ml的氯霉素标准溶液于5个50mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，其浓度分别为：
10、20、30、40、50ppm。
③最大吸收峰波长的测定
以40ppm的溶液为例，用石英比色皿取2/3到3/4体积的氯霉素测定液，用紫外-可见分光光度计在400-200nm波长范围内扫描得氯霉素吸光度与波长关系图（图1），找出最大吸收峰波长。
从图1可知，随着吸收峰波长的下降，吸光度A增加到一个最大值后又下降，其最大值处即为最大吸收峰值。
图1：
氯霉素吸光度与波长关系图
最大吸收峰波长λ最大在270nm左右。
四、氯霉素含量分析
实验原理：
由于氯霉素分子中含有π910大π键，在近紫外区λ=270nm左右有一最大吸收峰。
当氯霉素浓度不太大时，在最大吸收峰处，氯霉素的浓度（C）与吸光度（A）具有线性关系：
C=KA+C0
例如：
下面的表格数据就表示了氯霉素的浓度（C）与吸光度（A）具有的线性关系
浓度ppm
10
20
30
40
50
60
吸光度（A）
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
例：
有一种氯霉素未知液，在最大吸收峰处，测得A=1.4，从表中可看出，氯霉素的浓度C=35ppm。
如果说以上面的数据作吸光度（A）对浓度（C）的工作曲线图，图示（图2）如下：
图2氯霉素的标准曲线图
从图2中亦可求出，氯霉素的浓度C=35ppm。
①标准曲线图的绘制
在最大吸收峰波长下，分别测定浓度为0、10，20，30，40，50ppm的氯霉素的吸光度A，绘制成工作曲线。
②未知氯霉素溶液浓度测定
配制未知氯霉素溶液（浓度约在20-40ppm之间，以便在标准曲线内查找浓度），在最大吸收峰波长（前已测定的λ最大）下测定未知溶液的吸光度A值，根据A值在标准曲线上找出未知液的浓度或由计算机处理得出C未。
五、数据记录及处理
①最大吸收峰波第测定
吸收波长（λ）
最大
吸光度（A）
②标准曲线图的绘制
浓度ppm
0
10
20
30
40
50
吸光度（A）
③未知液的测定
在最大吸收峰波长下，测出未知液的A未=
从工作曲线上查出：
未知液的浓度：
C未=
五、注意事项
1、紫外－可见分光光度计属大型精密仪器，必须由专人管理和使用；
2、紫外－可见分光光度计管理人员每周至少开一次机或更换干燥剂，以除去机内湿气；
3、易挥发、具有腐蚀性的样品、对主机内塑料或石英池有溶解作用的样品等应尽量少做或不做；
4、要遵守紫外－可见分光光度计的操作规则：
另外还注意
1．全班共分6组，每组9人。
2．实验报告按时交。
3．服从教师指挥，不准随便乱动仪器，损坏仪器照价赔偿。
4．进实验室必须换拖鞋，出实验室要把拖鞋套上，放入箱子里。
5．值日生搞卫生，检查签名情况。
6．石英比色皿只能拿毛面，不能拿光面，最后完成实验的同学清洗比色皿。
实验三荧光光度分析法测定维生素B2
一、目的要求
1．学习和掌握荧光光度分析法的基本原理和方法。
2．熟悉荧光分光光度计的结构和使用方法。
二、实验原理
在紫外光或波长较短的可见光照射后，一些物质会发射出比入射光波长更长的荧光。
以测量荧光强度和波长为基础的分析方法叫做荧光分光光度分析法。
对同一物质而言，若alc<<0.05，即对很稀的溶液，荧光强度F与该物质的浓度c有以下的关系
F=2.3φfI0alc
式中：
φf—荧光过程的量子效率；
I0—入射光强度；
a—荧光分子的吸收系数；
l—试液的吸收光程。
I0和l不变时
F=Kc
式中K为常数。
因此,在低浓度的情况下，荧光物质的荧光强度与浓度呈线性关系。
维生素B2（即核黄素）在430~440nm蓝光的照射下，发出绿色荧光，其峰值波长为535nm。
维生素B2的荧光在pH=6~7时最强，在pH=11时消失。
荧光分析实验首先选择激发光单色器波长和荧光单色器波长，基本原则是使测量获得最强荧光，且受背景影响最小。
激发光谱是选择激发光单色器波长的依据，荧光物质的激发光谱是指在荧光最强的波长处，改变激发光单色器的波长测量荧光强度，用荧光强度对激发光波长作图所得的谱图。
大多数情况下，荧光物质的激发光谱与其吸收光谱相同。
荧光光谱是选择荧光单色器波长的主要依据，荧光物质的荧光光谱是将激发光单色器波长固定在最大激发光波长处，改变荧光单色器波长测量荧光强度，用荧光强度对荧光波长作图所得的谱图。
下图为维生素B2的吸收（激发）光谱及荧光光谱示意图。
本实验采用标准曲线法来测定维生素B2的含量。
激发光单色器波长选440nm。
荧光单色器波长选535nm，可将440nm的激发光及水的拉曼光（360nm）滤除，从而避免了它们的干扰。
三、仪器及试剂
1．仪器
国产930型（或其它型号）荧光光度计容量瓶（50mL，1L）吸量管（5mL）
棕色试剂瓶（500mL）洗瓶（500mL）冰箱
2．药品
（1）100.0mg·L－1维生素B2标准贮备液准确称取0.1000g维生素B2,将其溶解于少量的1%乙酸中，转移至1L容量瓶中，用1%乙酸稀释至刻度，摇匀。
（2）5.00mg·L－1维生素B2工作标准溶液准确移取5.00mL100.0mg·L－1维生素B2标准贮备液于1L容量瓶中，用1%乙酸稀释至刻度，摇匀。
（3）待测液取市售维生素B2一片，用1%乙酸溶液溶解，在1L容量瓶中定容。
以上溶液均应装于棕色试剂瓶中，置于冰箱冷藏保存。
四、操作步骤
1．标准系列溶液的配制
在五个干净的50mL容量瓶中，分别加入1.00mL，2.00mL，3.00mL，4.00mL和5.00mL5.00mg·L－1维生素B2工作标准溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
2．标准系列溶液的测定
开启仪器电源，预热约10min。
用蒸馏水作空白，从稀到浓测量标准系列溶液的荧光强度。
3．未知试样的测定
取2.50mL待测液置于50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
用测定标准系列溶液时相同的条件，测量其荧光强度。
（仪器操作方法见荧光光度计或有关仪器说明书。
）
五、数据处理
1．用标准系列溶液的荧光强度绘制标准曲线。
2．根据待测液的荧光强度，从标准曲线上求得其浓度。
3．计算药片中维生素B2的含量，用mg/片表示。
六、思考题
1．怎样选择激发光单色器波长和荧光单色器波长？
2．荧光光度计中为什么不把激发光单色器和荧光单色器安排在一条直线上？
实验四原子吸收分光光度法测定自来水中钙、镁的含量
一、目的要求
1.掌握原子吸收分光光度法的基本原理；
2.了解原子吸收分光光度计的基本结构及其使用方法；
3.掌握应用标准加入法和标准曲线法测定自来水中钙、镁的含量；
二、实验原理
原子吸收分光光度法是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线（即待测元素的特征谱线）的吸收作用进行定量分析的一种方法。
若使用锐线光源,待测组分为低浓度,在一定的实验条件下,基态原子蒸气对共振线的吸收符合下式：
A=εcl
当l以cm为单位，c以mol·L－1为单位表示时，ε称为摩尔吸收系数，单位为mol·L－1·cm－1。
上式就是Lambert-beer定律的数学表达式。
如果控制l为定值，上式变为
A=Kc
上式就是原子吸收分光光度法的定量基础。
定量方法可用标准加入法或标准曲线法。
标准曲线法是原子吸收分光光度分析中常用的定量方法，常用于未知试液中共存的基体成分较为简单的情况，如果溶液中基体成分较为复杂，则应在标准溶液中加入相同类型和浓度的基体成分，以消除或减少基体效应带来的干扰，必要时须采用标准加入法而不是标准曲线法。
标准曲线法的标准曲线有时会发生向上或向下弯曲现象。
要获得线性好的标准曲线，必须选择适当的实验条件，并严格实行。
三、实验用品
1．仪器
原子吸收分光光度计（任一型号）钙、镁空心阴极灯烧杯（250mL）
无油空气压缩机或空气钢瓶乙炔钢瓶容量瓶（50mL，100mL）吸量管（5mL，10mL）
2．药品
金属Mg（G.R）Mg2CO3（G.R）无水CaCO3（G.R）1mol·L－1HCl浓HCl（G.R）
（1）1000μg·mL－1Ca标准贮备液准确称取0.6250g的无水CaCO3（在110℃下烘干2h）于100mL烧杯中，用少量纯水润湿，盖上表面皿，滴加1mol·L－1HCl溶液，直至完全溶解，然后把溶液转移到250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。
（2）100μg·mL－1Ca标准工作溶液准确吸取10.00mL上述钙标准贮备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用
（3）1000μg·mL－1Mg标准贮备液准确称取0.2500g金属Mg于100mL烧杯中，盖上表面皿，滴加5mL1mol·L－1HCl溶液溶解，然后把溶液转移到250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。
（4）10μg·mL－1Mg标准工作溶液准确吸取1.00mL上述Mg标准贮备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。
四、实验步骤
1．标准加入法Ca标准溶液配制
在五个干净的50mL容量瓶中，各加入5.00mL自来水，然后依次加入0.00，1.00，2.00，3.00和4.00mLCa的标准工作溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀备用。
2．Mg标准溶液系列、样品溶液的配制及测定
准确吸取1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL上述Mg标准工作溶液，分别置于五只50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。
配制自来水样溶液准确吸取适量（视Mg浓度而定）自来水置于50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。
根据实验条件，将原子吸收分光光度计，按仪器操作步骤进行调节，待仪器电路和气路系统达到稳定，即可测定以上各溶液的吸光度。
五、数据处理
1．记录实验条件
（1）仪器型号
（2）吸收线波长（nm）
（3）空心阴极灯电流（mA）
（4）光谱通带或光谱带宽（nm）
（5）乙炔流量（L·min－1）
（6）空气流量（L·min－1）
（7）燃助比
2．列表记录测量Ca、Mg标准系列溶液的吸光度，然后以吸光度为纵坐标，分别以Ca、Mg加入浓度为横坐标绘制Ca的工作曲线和Mg的标准曲线。
3．根据自来水样的吸光度，在上述标准曲线上查得水样中Mg的浓度（g·L－1）。
若经稀释须乘上稀释倍数求得原始自来水中Mg含量。
4．延长Ca工作曲线与浓度轴相交，交点为Cx，根据Cx换算为自来水中Ca的含量。
六、思考题
1．原子吸收光谱的理论依据是什么？
2．原子吸收分光光度分析为何要用待测元素的空心阴极灯做光源？
能否用氢灯或钨灯代替，为什么？
3．如何选择最佳的实验条件？
实验五石墨炉原子吸收法测定水样中痕量镉
一、实验目的：
通过本实验，了解石墨炉原子化器的基本构造，掌握石墨炉原子吸收法的原理、特点、分析方法及实验技术。
二、实验原理：
镉具有毒性，摄入过量的镉会引起多种疾病，影响人体健康。
水样中镉含量较低，一般只有ng/mL级，需使用高灵敏度方法进行测定。
石墨炉原子吸收法是最灵敏的方法之一，绝对灵敏度可高达10-10~10-14克，相对灵敏度达ng/mL，可以满足水样中镉的测定要求。
实际分析中，样品的原子化程序一般采用四个阶段：
干燥阶段：
目的是在低温下蒸发试样中的溶剂。
干燥温度取决于溶剂及样品中液态组分的沸点，一般选取的温度应略高于溶剂的沸点。
干燥时间取决于样品体积和其基体组成，一般为10s~40s。
灰化阶段：
目的是破坏样品中的在机物质，尽可能的除去基体成分。
灰化温度取决于样品的基体和待测元素的性质，最高灰化温度以不使待测元素挥发为准则，一般可通过灰化曲线求得。
灰化时间视样品的基体成分确定，一般为10~40s。
原子化阶段：
样品中待测元素在此阶段被解离成气态的基态原子。
原子化温度可通过原子化曲线或查手册确定。
原子化时间以原子化完全为准，应尽可能选短些。
在原子化阶段，一般采用停气技术，以提高测定灵敏度。
清洗阶段：
使用更高的温度以完全除去石墨管中的残留样品，消除记忆效应。
三、仪器的操作和使用：
1.首先打开冷却水和氩气开关，使氩气钢瓶出囗压力为0.2~0.3MPa
2.仪器的自检与初始化打开原子吸收仪的计算机终端和主机电源开关，从计算机终端启动仪器的工作程序，仪器开始对数据通讯、波长扫描机构、狭缝机构和换灯机构进行自检和初始化。
自检完成后，显示主菜单和工具栏。
3.参数设置：
点击工具栏新建文件按钮，在主菜单中选择所分析元素、波长、光谱通带和灯号。
在“仪器参数”菜单中输入项目信息，然后在信号栏中选择景校正类型和测量方式。
在拟合参数菜单中输入标样浓度，工作曲线类型，重复次数及样品空白。
完成后，点按“确定”，确认。
4.启动仪器：
点击工具栏“开始”按钮，将输入的仪器参数装入仪器，点按窗囗中自动寻峰按钮，仪器自动设置分析波长的峰值位置，同时点击平衡按钮，调整平衡元素灯和背景校正光源的能量，使其均为100%。
5.石墨炉条件设置：
点击工具栏“石墨炉”按钮，设定加热程序，点击“检查”和“发送”按钮，完成仪器参数设置。
6.测定步骤：
（1）次序加入标准溶液，按“读数”按钮，读数。
仪器可以自动绘制工作曲线。
（2）在同样的测定条件下，加入待测样品，读取吸收值和样品浓度。
（3）测试结束后，关闭石墨炉电源开关、冷却水和氩气。
（4）退出工作程序，关闭主机电源开关。
四、实验步骤
1.灰化温度的选择：
在加入同一浓度的标准溶液时，改变灰化温度，绘制灰化曲线图，找出最佳的灰化温度。
2.溶液配制：
取6个25mL容量瓶，分别加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL浓度为0.025μg/mL的镉标准溶液和5.
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