《仪器分析》实验讲义.docx
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《仪器分析》实验讲义
《仪器分析》实验讲义
制药与生命科学学院
2008
前言
仪器分析是分析科学的重要组成部分，近半个世纪以来，随着现代物理学、电子学、计算机科学的快速发展，仪器分析有了突飞猛进的发展。
分析测定的灵敏度、准确性大大提高，分析测定的对象日益扩大，分析测定的自动化程度极大地提高。
因此，仪器分析在各个领域的应用越来越多，学好仪器分析，可为将来的科学研究打下良好的基础。
仪器分析课程的教学既要使学生获得扎实的理论和技能基础，又要紧跟国内外学科发展的要求。
实验课教学是仪器分析课程的重要组成部分，旨在引导学生将理论联系实际，提高动手能力，培育创新精神。
本仪器分析实验指导中精选了紫外-可见分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法等分析方法的典型实验。
总则
1、检验方法中所采用的名词及单位制均应符合国家规定的标准。
2、检验方法中所使用的水，在没有注明其他要求时，系指其纯度能满足分析要求的蒸馏水或去离子水。
3、检验方法中所使用的砝码、滴定管、移液管、容量瓶、刻度吸管及分光光度计等均须按国家有关规定及规程进行校正。
4、液体的滴，系指蒸馏水至标准管流下的一滴的量，在20℃时20滴相当于lmL。
5、化学试剂的等级标志和符号
化学试剂在瓶签上注明的等级、标志、符号及瓶签颜色都是按国家统一标准规定的。
见下表。
我国化学试剂的等级标志
级别
一级品
二级品
三级品
纯度分类
优级纯
（保证试剂）
分析纯
（分析试剂）
化学纯
实验试剂
生物试剂
符号
G·R
A·R
C·P
L·R
R或R
瓶签颜色
绿色
红色
蓝色
棕色或其它色
黄色或其它色
但是，近年来由于化学试剂的品种规格发展繁多，其他规格的试剂包装颜色各异，主要应根据文字和符号来识别化学试剂的等级。
6、试剂分级标准"
按国家统一标准，规定了各级化学试剂的纯度及杂质含量。
实验室最常见的试剂规格为:
基准试剂是一类用于标定容量分析标准溶液的标准参考物，可精确称量后直接配制标准溶液。
主成分含量一般99.95%～100.05%，杂质含量略低于一级品或与一级品相当。
优级纯为一级品，又称保证试剂，成分高，杂质含量低，主要用于精密的科学研究和测定工作。
分析纯为二级品，质量略低于优级纯，杂质含量略高，主要用于一般的科学研究和重要的测定。
化学纯为三级品，质量较分析纯差，但高于试验试剂，用于工厂、教学实验的一般分析工作。
实验试剂为四级品，杂质含量更多，但比工业品纯度高，主要用于普通的实验或研究。
化学试剂除上述四级外，"高纯试剂"又可分为超纯、特纯、高纯、光谱纯及色谱纯或色谱标准物质等试剂。
这一类化学试剂主成分含量可达四个9（99.99%）到五、六个9不等。
光谱纯试剂，杂质含量用光谱分析法己测不出或低于某一限度;色谱纯或色谱标准物质，是指用于色谱分析的标准物质，其杂质含量用色谱分析法测不出或低于某一限度。
应根据对分析结果的不同要求确定所选用的化学试剂的规格。
纯度高、杂质含量少的试剂因制造或提纯过程复杂，价格较高。
7、配制溶液的要求
7.1一般试剂及提取用的溶剂可用化学纯试剂，如遇试剂空白高或对测定有干扰时，则需采用更纯的试剂或经纯化处理的试剂。
7.2配制微量物质的标准溶液时，所用试剂纯度应在分析纯以上。
7.3作为标定标准滴定溶液浓度用的试剂纯度应为基准级或优级纯。
7.4溶液未指明何种溶液配制时，均指水溶液。
7.5一般试剂用硬玻璃瓶存放，碱液和金属溶液用聚乙烯瓶存放，需避光试剂储于棕色瓶中。
8、在检验方法中，"精密称取"系指在称量操作中必须按所列数值称取，"精密称取约"系指必须称至0.lmg，但称取量可接近所列数值，以上两种称量一般用分析天平。
"称取"系指要求称至0.1g，可用架盘药物天平（托盘天乎）称量。
9、配制溶液浓度
9.1容量百分比溶液（%，V/V），系指1OOml溶液中含有该化合物若干毫升。
9.2质量容量百分比溶液（%，M/V），系指1OOml溶液中含有该化合物若干克，在检验方法中，一般百分比浓度即指质量百分比浓度。
9.3溶液的比例浓度，系指液体溶质体积与溶剂体积的比。
9.4硫酸、盐酸、硝酸，系指浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸。
1O、检验的有关要求
10.1数据的计算方法和取值应遵循有效数字法则及数字修约规则。
1O.2检验时必须做平行试验。
10.3检验结果的表示方法有以下几种表示形式:
毫克百分含量:
每百克（或每百毫升）样品中所含被测物质的毫克数。
百分含量（%）:
每百克（或每百毫升）样品中所含被测物质的克数。
千分含量（‰）:
每公斤（或每升）样品中所含被测物质的克数。
百万分含量（ppm）:
每公斤（或每升）样品中所含被测物质的毫克数，或每克（或每毫升）样品中所含被测物质的微克数。
十亿分含量（ppb）:
每公斤（或每升）样品中所含被测物质的微克数，或每克（或每毫升）样品中所含被测物质的纳克数。
实验一分光光度法测定样品中的总铁
一、实验目的与要求
1、了解邻二氮菲比色法测定铁的基本原理；
2、熟悉分光光度计的使用；
3、掌握分光光度法分析条件选择的方法。
二、实验原理
紫外可见分光光度法（ultraviolet-visiblemolecularabsorptionspectrometry）是根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可见光谱区辐射能（200～800nm）的吸收来研究物质的组成含量和结构的方法。
它广泛用于无机和有机物的定性和定量测定，是常用的分析方法。
朗伯－比尔定律是吸收光度法的基本定律，是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度及厚度间关系的定律。
A=abc
即在一定条件下吸光度与吸收层厚度和吸光物质的浓度成正比。
邻二氮菲是测定铁的较好显色剂，在pH＝3～9的介质中，它与Fe（Ⅱ）形成红橙色络合物（lgK稳＝21.3，最大吸收波长508nm，ε＝1.1×104），在一定浓度范围内，Fe（Ⅱ）的浓度与吸光度遵守吸收定律。
样品中若有Fe（Ⅲ），可用还原剂（如盐酸羟胺）将其还原成Fe（Ⅱ），则本方法可测出总铁含量。
4Fe3++2NH2OH→4Fe2++N2O↑+4H++H2O
用可见分光光度法分析时，为了得到最佳的测量灵敏度、准确度及重现性，在含量测定前应进行条件实验，选择最佳分析条件。
方法的选择性很高，相当于铁含量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32-，20倍的Cr3+、Mn2+、V5+、PO43-，5倍的Co2+、Cu2+等均不干扰测定。
三、实验仪器
1、可见分光光度计；
2、分析天平等。
四、实验试剂
所用试剂均为分析纯（AR级），水为蒸馏水。
1、硫酸亚铁铵
2、邻二氮菲
3、浓盐酸
4、盐酸羟胺
5、醋酸钠
6、pH试纸（1-14）
五、实验步骤
（一）试剂的配制
1、铁标准溶液：
准确称取硫酸亚铁铵0.3500g，加热溶解，移入50mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。
此溶液浓度为1mg/mL，使用时配制成浓度为100μg/mL标准应用液。
2、邻二氮菲溶液：
0.1％水溶液，需加热溶解。
临用时配制。
3、盐酸羟胺溶液：
10％水溶液，临用时配制。
4、盐酸溶液：
10％（V/V）水溶液。
5、醋酸缓冲溶液（pH=4.6）：
将68g醋酸钠溶于约500mL蒸馏水中，加入29mL冰醋酸，稀释定容至1L。
（二）实验条件的选取
1、绘制吸收曲线
取两个50mL容量瓶，其中一个加入0.6mL铁标准应用液，然后在两个容量瓶中各加入1.0mL盐酸羟胺溶液，摇匀，放置约2min。
各加入5.0mL醋酸缓冲溶液和2.0mL0.1％邻二氮菲溶液，用水稀释至刻度，摇匀，得溶液①（含铁标准液）和溶液②（不含铁标准液）。
（1）用水作参比溶液，分别绘制上述两种溶液的吸收曲线
（2）用溶液②作参比溶液，绘制有色配合物的吸收光谱
比较上述三种吸收光谱，选取合适的测定波长。
2、显色剂用量的选择
取6个50mL容量瓶，各加入100μg/mL铁标准应用液1.0mL，加10％盐酸溶液1mL，10％盐酸羟胺溶液1mL，醋酸缓冲溶液5ml，摇匀，再加入0.00、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00mL0.1％邻二氮菲溶液，定容，摇匀。
在选定波长处，用未加显色剂溶液管作参比，测量溶液吸光度值。
以显色剂体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度－显色剂用量曲线，确定最佳显色剂用量。
（三）水样中铁含量的测定
1、标准曲线的绘制
准确吸取100μg/mL铁标准应用液0.0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.0mL于50mL容量瓶中，加入10％盐酸溶液1mL，10％盐酸羟胺溶液1mL，醋酸缓冲溶液5mL及邻二氮菲溶液适量，用水稀释至50mL，摇匀，测定溶液的吸光度。
2、水样中铁含量的测定
准确吸取上述处理好的样品溶液2.0mL于50mL容量瓶中，以下操作按照标准曲线制作的步骤进行，测定样品的吸光度。
（四）数据处理
1、绘制吸收曲线实验数据
水
做
参
比
波长λ（nm）
492
496
500
504
508
512
516
520
524
530
溶液①A
波长λ（nm）
492
496
500
504
508
512
516
520
524
530
溶液②A
溶液
②做参比
波长λ（nm）
492
496
500
504
508
512
516
520
524
530
溶液①A
适宜的检测波长
以波长为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，将测得值逐个描绘在坐标纸上，并连成光滑曲线，即得吸收光谱。
从曲线上查得溶液的最大吸收波长λ（nm），得测量铁的测量波长（又称工作波长）。
（2）显色剂用量的选择实验数据
邻二氮菲溶液（mL）
0.00
0.25
0.50
1.00
2.00
3.00
吸光度A
适宜的显色剂用量
以显色剂邻二氮菲溶液的加入量（mL）为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制吸光度－显色剂用量曲线。
从中找出适宜的显色剂用量。
（3）标准曲线绘制（终体积50mL）
实验点
1
2
3
4
5
6
加入铁标准液量（mL）
0.0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.0
铁含量（μg）
铁浓度（mg/L）
吸光度值
以铁标准的浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制吸光度－铁浓度的标准曲线。
（4）水样测定
六、思考题
1、醋酸钠、邻二氮菲、盐酸羟胺在试验中各起什么作用？
2、什么是吸收曲线？
什么是标准曲线？
标准曲线和吸收曲线有何区别？
3、参比溶液的作用？
4、如需测定样品中Fe3+的含量，如何操作？
如测定一般铁盐的总铁量是否要加盐酸羟胺？
5、实验的各项测定中，哪种试剂加入量的体积要比较准确，而其它试剂则可不必，为什么？
6、根据自己的实验数据，计算在最大吸收波长下邻二氮菲－铁络合物的摩尔吸收光系数。
实验二双波长分光光度法测定复方新诺明片中磺胺甲基异噁唑
及甲氧苄氨嘧啶的含量
一、实验目的要求
1、掌握双波长分光光度法的基本原理，混合组分不经分离直接测定各组分含量的方法。
2、熟悉用单波长型分光光度计进行双波长法测定。
二、基本原理
1、双波长分光光度计法消除干扰吸收的基本原理
在干扰组分的吸收光谱上吸收系数相同的两个波长处，若被测组分的吸收系数有显著差异，则可用于消除干扰吸收，即直接测定混合物在此两波长处的吸收度之差值，该差值与待测定物浓度成正比，而与干扰物浓度无关。
用数学表达式如下：
若b为干扰物，所选波长
处的Eb相等，所以
则
与待测物浓度成正比，与干扰物浓度无关。
2、双波长法测定复方新诺明片中磺胺甲基异噁唑（SMZ）含量的基本原理
复方新诺明片是含磺胺甲基异噁唑（SMZ）和甲氧苄氨嘧啶（TMP）的复方片剂。
在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，SMZ在257nm波长处有一最大吸收峰，TMP在257nm和304nm波长处为等吸收点，而SMZ在这两波长处的吸收度差异大，所以测得样品在257nm和304nm波长处的吸收度差值与SMZ浓度成正比，与TMP浓度无关。
SMZ的标准曲线及回归方程绘制
r=0.9999,线性范围0～15μg/mL
3、TMP含量测定原理
以TMP的λmax=287nm为测定波长，利用光吸收具有加和性测得吸收值，计算TMP的含量。
SMZ、TMP在287nm处的吸收系数:
；
三、实验仪器
1、可见分光光度计
2、分析天平等
四、实验试剂
1、方新诺明片
2、0.1mol/L的氢氧化钠溶液
3、95％乙醇
五、实验步骤
精密称取粉末约0.1400g，置于250mL容量瓶中，加入95％乙醇50mL振摇10min溶解，以0.1mol/LNaOH溶液稀释至刻度。
用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，取10mL滤液置100mL容量瓶中，以0.1mol/LNaOH溶液稀释至刻度得Ⅰ液。
精密吸取Ⅰ液25mL置另一100mL容量瓶中，以0.1mol/LNaOH溶液稀释至刻度得溶液Ⅱ液。
测定Ⅰ液在287nm处的吸收度，测定Ⅱ液在257nm和304nm波长处的吸收度差值，按工作曲线或回归方程吸收系数计算二组分的含量。
（由于处方中SMZ为0.4g/片，TMP为0.08g/片，即SMZ为TMP的5倍。
如果采用同一浓度的浓溶液，则SMZ的吸收度大大超过测定值范围（吸收值在0.3～0.7之间），致使测定读数不准。
如果采用稀溶液，由于TMP吸收度太小而使实验误差增大。
为此采用浓稀两溶液使SMZ、TMP均有合适的测定范围）。
六、数据处理
测定波长（nm）
吸收值A
溶液Ⅰ
287
溶液Ⅱ
257
304
SMZ含量％的计算
参考回归方程
TMP含量％的计算
（CsCT：
g/100ml），得TMP的浓度CT
实验三色谱参数的测试及计算
一、实验目的
1、通过本实验基本色谱参数的测定与计算，了解各色谱参数的意义及其相互关系。
2、通过本实验进一步掌握柱效、柱选择性、分离能力、保留值等性质，使之能选择出最佳色谱操作条件，得到可靠的定性、定量结果。
二、实验原理
（一）气相色谱法
以气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。
气相色谱法适用于分离有一定挥发性和热稳定性的化合物。
目前已广泛用于化工、医药卫生、环境及食品监测等方面。
1、流程
气相色谱法是采用气体作为流动相的一种色谱法。
在此法中：
载气（不与被测物作用，用来载送试样的惰性气体，如氢气、氮气等）载着待分离的试样通过色谱柱中的固定相，使试样中各组分分离，然后分别检测。
其简单流程如图1所示。
载气由高压钢瓶1供给，经减压阀2减压后，进入载气净化干燥管3以除去载气中的水分。
由针形阀4控制载气的压力和流量。
流量计5和压力表6用以指示载气的柱前流量和压力。
再经过进样口（包括气化室）7，试样就在进样口注入（如为液体试样，经气化室瞬间气化为气体）。
由载气携带进入色谱柱8，将各组分分离后依次进入检测器9后放空。
检测器信号由记录仪10记录，就可得到色谱图。
气相色谱仪组成：
从色谱流程图可知道，气相色谱仪一般由五部分组成：
（1）载气系统，包括气源、气体净化、气体流速控制和测量。
（2）进样系统，包括进样口、气化室。
（3）色谱柱和柱温箱，包括恒温控制装置。
（4）检测系统，包括检测器及控温装置。
（5）记录系统，包括放大器、记录仪，有的仪器还有数据处理装置。
2、气相色谱法特点：
（1）分离分析连贯性强，方法简便。
（2）分离效能高，选择性好。
（3）分析速度快。
（4）灵敏度高。
（5）应用范围广。
在规定的色谱条件下，测定惰性组分的死时间（tM ）及被测组分的保留时间（tR）、半高峰宽（W1/2）、及峰高（H）等参数，便可计算出基本色谱参数值。
三、仪器与试剂
1、仪器：
气相色谱仪一套；DNP柱1m×3mm；TCD检测器；微量注射器（5-10μL）
2、试剂：
纯样：
苯、甲苯、二甲苯混合样：
苯、甲苯、二甲苯的混合洋
四、实验步骤
1、色谱条件：
温度控制：
柱温120℃；检测器温度：
100℃；气化器温度120℃
载气：
氮气流速:
40ml/min
进样量：
空气:
50μL，苯、甲苯、二甲苯混合样1μL；信号衰减视灵敏度而定。
2、测试：
待仪器开启运行至基线平稳后，进样
①进混合样，每次1μL，重复三次
②进纯样，每种纯样进一次，每次进0.4μL
③进空气，用微量注射器进50μL空气，测tM，重复三次
3、记录数据
五、数据处理
1、记录数据
纯样
组分
空气
苯
甲苯
二甲苯
tR（min）
混合样
空气
苯
甲苯
二甲苯
tR（min）
（1）
tR（min）
（2）
tR（min）（3）
平均值（min）
偏差
空气
tR（min）
（1）
tR（min）
（2）
tR（min）（3）
平均值（min）
2、各基本参数计算：
⑴调整保留时间：
⑵相对保留值：
⑶容量因子：
⑷理论塔板数：
⑸有效塔板数：
⑹有效塔板高度：
3、数据处理
调整保留时间
相对保留值
容量因子
理论塔板数
有效塔板数
有效塔板高度
苯
甲苯
二甲苯
六、问题讨论
1.两种方法测定的tM何者准确？
为什么？
2.色谱基本参数测量与计算的关键问题是什么？
气相色谱仪操作规程
一、载气钢瓶的使用规程
1、钢瓶必须分类保管，直立因定，远离热源，避免暴晒及强烈震动，氢气室内存放量不得超过二瓶。
2、氧气瓶及专用工具严禁与油类接触。
3、钢瓶上的氧气表要专用，安装时螺扣要上紧。
4、操作时严禁敲打，发现漏气须立即修好。
5、用后气瓶的剩余残压不应少于980kPa。
6、氢气压力表系反螺纹，安装拆卸时应注意防止损坏螺纹。
二、减压阀的使用及注意事项
1、在气相色谱分析中，钢瓶供气压力在9.8～14.7MPa。
2、减压阀与钢瓶配套使用，不同气体钢瓶所用的减压阀是不同的。
氢气减压阀接头为反向螺纹，安装时需小心。
使用时需缓慢调节手轮，使用后必须旋松调节手轮和关闭钢瓶阀门。
3、关闭气源时，先关闭减压阀，后关闭钢瓶阀门，再开启减压阀，排出减压阀内气体，最后松开调节螺杆。
三、微量注射器的使用及注意事项
1、微量注射器是易碎器械，使用时应多加小心，不用时要洗净放入盒内，不要随便玩弄，来回空抽，否则会严重磨损，损坏气密性，降低准确度。
2、微量注射器在使用前后都须用丙酮等溶剂清洗。
3、对10～100微升的注射器，如遇针尖堵塞，宜用直径为0.1mm的细钢丝耐心穿通,不能用火烧的方法。
4、硅橡胶垫在几十次进样后，容易漏气，需及时更换。
5、用微量注射器取液体试样，应先用少量试样洗涤多次，再慢慢抽入试样，并稍多于需要量。
如针管内有气泡则将针头朝上，使气泡上升排出，再将过量的试样排出，用滤纸吸去针尖外所沾试样。
注意切勿使针头内的试样流失。
6、取好样后应立即进样，进样时，注射器应与进样口垂直，针尖刺穿硅橡胶垫圈，插到底后迅速注入试样，完成后立即拔出注射器，整个动作应进行得稳当，连贯，迅速。
注意：
针尖在硅橡胶垫圈上的位置、插入速度、停留时间和拔出速度等都会影响进样的重复性，操作时应注意。
四、热导池检测器的使用及注意事项
1、开启热导池检测器电源前，必须先通载气，实验结束时，把桥电流调到最小值，再关闭热导池检测器电源，最后关闭载气。
2、稳压阀、针形阀的调节须缓慢进行。
稳压阀不工作时，必须放松调节手柄。
针形阀不工作时，应将阀门处于“开”的状态。
3、各室升温要缓慢，防止超温。
4、更换汽化室密封垫片时，应将热导电源关闭。
若流量计浮子突然下落到底，也应首先关闭该电源。
5、桥电流不得超过允许值。
五、氢火焰检测器的使用及注意事项
1、通氢气后，待管道中残余气体排出后，应及时点火，并保证火焰是点着的。
2、使用FID时，离子室外罩须罩住，以保证良好的屏蔽和防止空气侵入。
如果离子室积木，可将端盖取下，待离子室温度较高时再盖上。
工作状态下，取下检测器罩盖，不能触及极化极，以防触电。
3、离子室温度应大于100度，待层析室温度稳定后，再点火，否则离子室易积水，影响电极绝缘而使基线不稳。
实验四高效液相色谱的定性定量方法
一、实验目的
1、了解并熟悉高效液相色谱仪的流程。
2、掌握液相色谱定性及外标定量方法。
3、了解液相色谱检测器及色谱柱的分类。
二、实验原理
（一）高效液相色谱
高效液相色谱仪的主要部件：
贮液器、高压泵、梯度洗提装置、进样器、色谱柱、检测器、恒温器、数据处理系统等。
仪器流程：
贮液器中贮存的载液（常需除气）经过过滤后由高压泵输送到色谱柱入口。
当采用梯度洗提时一般需用双泵系统来完成输送。
样品由进样器注入载液系统，而后送到色谱柱进行分离。
分离后的组分由检测器检测，输出信号供给记录仪或数据处理装置。
如果需收集馏分作进一步分析，则在色谱柱一侧出口将样品馏分收集起来。
各部分功能：
1、高压泵：
往复式柱塞泵：
是一种恒流泵，这种泵的特点是不受整个色谱体系中其余部分阻力稍有变化的影响，连续供给恒定体积的流动相；更换溶剂方便，很适用于梯度洗提；不足之处是输出有脉冲波动，会干扰某些检测器（如差示折光检测器），但对紫外检测器的影响不大。
2、进样装置：
高压定量进样阀：
这是通过进样阀（常用六通阀）直接向压力系统内进样而不必停止流动相流动的一种进样装置。
3、色谱柱：
目前液相色谱法常用的标准柱型是内径为4.6mm，长度为25cm的直形不锈钢柱。
填料颗粒度5～10μm，色谱柱的填料种类主要有-C18、-C8、-NH2、-CN、-SO3-、-COOH等等。
4、检测器：
紫外光度检测器：
紫外光度检测器是液相色谱法广泛使用的检测器，它的作用原理是基于被分析样品组分对特定波长紫外光的选择性吸收，组分浓度与吸光度的关系遵守比耳定律。
紫外光度检测器有固定波长（单波长和多波长）、可变波长（紫外分光和紫外可见分光）和二极管阵列检测器。
这种检测器的特点：
①灵敏度高；②最小检测浓度可达10-9g/mL；③对温度和流速不敏感，可用于梯度洗提；④结构简单；⑤缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样。
示差检测器是通过对物质的物理常数折光指数的测量来进行检测的，它是一种通用型检测器，但是，它的缺点是对温度变化非常敏感，不能用于梯度洗脱。
荧光检测器是通过检测被测物在一定波长紫外光激发
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