仪器分析实验讲义.docx

1、仪器分析实验讲义实验一 荧光物质稀溶液的激发、发射和同步荧光光谱测定一. 实验目的1.学习荧光分析法的基本原理和LS55B发光分析仪的操作。2.学习同步荧光的操作，了解同步荧光的优点。二. 实验原理 荧光是分子从激发态的最低振动能级回到原来基态时发射的光。利用物质被光照射后产生的荧光辐射对该物质进行定性分析和定量分析的方法，称为荧光分析。 在一定光源强度下，若保持激发波长不变，扫描得到的荧光强度与发射波长的关系曲线，称为荧光发射光谱；反之，保持不变，扫描得到的荧光强度与的关系曲线，则称为荧光激发光谱。在一定条件下，荧光强度与物质浓度成正比，这是荧光定量分析的基础。荧光分析的灵敏度不仅与溶液的浓

2、度有关，而且与紫外光照射强度及所选测量波长等因素有关。 苯酚由于其共轭结构，有荧光活性，可以用荧光分析法测定。它们的激发光谱和发射光谱有互相重叠的现象。对于复杂组分，当激发光谱和发射光谱有互相重叠的现象时，可以用同步荧光扫描，同步扫描荧光光谱技术可以简化、窄化光谱，提高选择性。三. 实验仪器和试剂1. LS-55型发光谱仪;2. 移液枪(德国BRAND公司生产);3. 50ml容量瓶，25ml容量瓶10支;4. 苯酚储备液：960mg/L5. 去离子水;四. 实验内容1.预扫描(pre-scan) 用储备液配制浓度为10ppm（mol/L）的工作液，设定仪器参数，进行全波长预扫描，并记录扫描结

3、果，得出最大激发和发射波长，同时查看其瑞利散射波长、以及双倍频峰波长。2激发光谱、发射光谱和同步荧光扫描设定合适的参数，分别对苯酚溶液进行荧光激发、发射和同步荧光光谱扫描。取浓度为0.010（mol/L）的工作液，扫描发射光谱，加水稀释后再在同样波长下扫描发射光谱，观察荧光猝灭效应。发射光谱参数：扫描波长范围200750nm；Ex=214nm、270nm，扫描速度=1000 nm/min, Ex-Slit=10nm, Em-slit=5nm,，记住取文件名。激发光谱参数：扫描波长范围200-750nm，=300nm、586nm，扫描速度=1000nm/min, Ex-Slit=10nm, Em

4、-slit=5nm,记录信息。同步荧光光谱：扫描波长范围250-750nm, (-)=30nm、86nm,扫描速度=1000nm/min, Ex-Slit=10nm, Em-slit=5nm,记录信息。3三维荧光光谱扫描设定发射波长范围，激发开始波长，步长，测定数目，开始进行苯酚三维荧光光谱扫描。五数据处理1用实验获得的数据绘制苯酚的激发、发射、同步光谱。2对比不同浓度下的苯酚的最大激发波长和最大发射波长处的峰高，了解荧光猝灭效应。取浓度为0.01（mol/L）的苯酚溶液，固定激发光的波长为270nm，狭缝宽度为10.0nm，发射光的狭缝宽度为5.0nm，扫描波长范围250750nm，扫速为1

5、000nm/min，扫描荧光强度与发射光波长的关系曲线，所得曲线如下： 图7将溶液稀释后再以同样的条件扫描荧光强度与发射光波长的关系曲线，所得曲线如下：图8从图7与图8（图8中红色线是稀释前的曲线，蓝色线是稀释后的曲线）上可明显看出稀释后的峰的强度大了许多，这是由于在高浓度时一部分苯酚的发射光被自身吸收了，发生了荧光的猝灭，而浓度低时这种自身吸就大大减少，峰的强度反而变大。所以，荧光分析的浓度不能高。3.用MATLAB绘制三维荧光光谱。 六讨论与思考1对待测溶液进行预扫描的有何作用？2观察激发光波长的整数倍处荧光发射光谱在有何特点？该波长是否适合于进行定量分析？3同步荧光技术有哪些优点？比较激

6、发、发射和同步荧光光谱中的峰值及对应波长，比较他们的不同，并解释原因。4比较紫外分光光度法和荧光分析法的区别和各自的优缺点。实验二 有机化合物红外光谱的测定一.实验目的通过红外吸收光谱的测定，掌握Nicolet FT-IR的使用方法。二.实验原理本实验用Nicolet FT-IR测定有机物以及高分子的红外吸收光谱。红外光谱作为“分子的指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可确定分子的空间构型，求出化学键的力常数、键长和键角。从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由

7、特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。对苯二酚的红外吸收谱图如上，可以看到在3500cm-1处有个大的吸收峰，这是羟基的吸收峰，3000 cm-1左右是C-H的吸收峰，1500 cm-1是C=C的吸收峰。三.实验仪器和试剂6. Nicolet FT-IR傅立叶红外光谱仪（美国热电公司， Thermo）;7. 压片机（美国热电公司）;8. 多功能反射头（美国热电公司）9. 对苯二酚10. 聚苯乙烯薄膜；11. 自备样品（塑料）;12. KBr固体四.实验内容13. 空气中CO2的测定（1）实验步骤：不放样品

8、的情况下测试空气中的红外吸收谱图，在不扣除背景的情况下在nm下可以看到CO2的红外吸收谱图，在分辨率为4cm-1和1cm-1两种情况下分别测试。（2）分析两种分辨率下的谱图的异同。观察CO2的红外吸收精细结构。14. 维生素C的测定（1）压片：将少量维生素C固体加入到KBr粉末中，碾碎并拌匀，用压片机压成薄片。（2）测试：将压好的样品薄片放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景。（3）谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看是不是自己测得的物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。15. 聚苯乙烯薄膜的测定（1）测试：将聚苯乙烯薄膜放置在红外光谱仪中，测定样品的红

9、外吸收光谱，需要扣除背景。（3）谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看是不是自己测得的物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。16. 自备样品（透明塑料薄膜）的测定（1）红外吸收谱图的测定：测试：将自备塑料样品放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景。谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看自己测得的是何种物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。 实验三 多元校正分光光度法同时测定混合色素一. 目的1. 了解矢量数据的获取方法及其在多组分测定中的应用。2. 了解计算机技术及化学计量学基本方法在波谱解析中的应用。二. 原理食用合成色素是饮料等食品

10、中的常用添加剂，但合成色素具有一定的毒性，过量使用有害健康。因此，色素的分析对食品工业具有重要意义。由于色素对可见光有较强吸收，故分光光度法是测定色素的基本方法。但当有多种色素同时存在时，通常要借助薄层层析等方法使各组分分离后，才能进行定量测定。这使得测定步骤十分烦琐。化学计量学方法为混合色素不经分离进行准确地同时测定提供了可能。设有nc个组分同时存在，配制一组已知样本共ns个溶液，其浓度矩阵为Cncns，在nw个波长下测得吸光度矩阵Anwns。根据朗伯比耳定律有： (1) 其中Knwnc为吸光度矩阵，根据最小二乘法原理可求出各组分的纯物种谱，即K矩阵： (2) 式（2）中t和-1分别表示该矩

11、阵的转置和逆。对于一个或一组未知样，同样在nw个相同波长下测定后，可用最小二乘法根据下式求出未知物的浓度。 (3)三. 仪器与试剂1. 仪器722分光光度仪、Agilent8453UV-VIS分光光度仪容量瓶：50ml 6个 移液管：5ml 4支2. 试剂2.1 胭脂红溶液（120mg/L）：称取0.120g胭脂红用纯水溶解后定容至1L。2.2 柠檬黄溶液（100mg/L）：配制方法参考2.1。2.3 日落黄溶液（100mg/L）：配制方法参考2.1。2.4 HCl（0.1 mol/L）：量取16.6mL盐酸（A.R.）用纯水定容至2000mL。四. 实验部分1. 混合色素的测定要求同学根据下

12、列提示，自己设计实验步骤，并测定三份未知混合样。1.1 测定食用色素的吸光度，必须控制pH值，建议控制酸度为 CHCl=0.01mol L-1(pH=2.0)。1.2 在酸性条件下，三种色素的最大吸收波长和吸光系数的参考值如下：胭脂红日落黄柠檬黄max/nm510480400K/(L g-1 cm-1)2031331.3 标准溶液建议配制6份。每份溶液中各组分的含量应线性不相关，所测得吸光度值0.1 1为宜。具体步骤为：分别吸三种色素储备液若干毫升，加入5.0mL 0.10 mol L-1的HCl，定容至50mL。每次标准溶液的吸取量填入表1。表1. 标准溶液的组成(即C矩阵)样品号12345

13、6胭脂红日落黄柠檬黄2. 模拟实验：吸收光谱通常用洛仑兹函数来模拟，当第j个组分存在时，吸光度的计算公式如下： (4)式中0,j ： 第j组分的最大吸收波长； i ： 第i 个波长； kmax,j ： 波长为0时的吸光系数，即最大吸光系数； cj ： 第j个组分的含量(g/L); bj ： 调节峰宽的参数；b值越大，峰越窄。当三组分同时存在时，则有： (5)AE为测量误差。产生AE的方法如下：2.1 随机误差法：AE=(0.5-random)D Random 为0 1间的随机数，D为吸光度的随机波动范围，取D=0.004较合适。2.2 Monto Carlo法： r1、r2为0 1间的随机数。

14、该方法获得的误差符合正态分布N(0,2 )，标准差A取0.002 0.003较合适。2.3 真实误差法：在(2)法的基础上，考虑到吸光度A的标准偏差随A的增大而增大，但透光率的标准差一般为常数，两者关系为 可取T=0.002。根据以上方法，可获得标准样本集和未知样本集的吸光度矩阵。五. 数据处理根据原理部分提出的数据处理方法，用自己擅长的计算机语言编程，求出K矩阵并预报未知样。利用实验室提供的软件：multicom.exe ，该程序用Delphi7.0编写，在Windows下运行。界面如图1。输入相应的数据后，可保存数据文件，并进行未知样预报、因子分析及交叉验证等运算。运算结果应在实验报告中给

15、出。图1 数据处理程序主菜单六. 讨论题：1. 从理论上讲，任取三个波长测定后解联立方程，也能获得结果。问：多波长测定后并利用多元校正方法求解有什么优点？2. 根据各组分的吸收光谱，找出最大吸收波长及相应的吸光系数。3. 如果要用本实验提供的方法，测定市售欲测定其中色素的含量，试分析在什么条件下能获得较可靠的结果？4. 查出有关合成色素测定的参考文献并列于实验报告中。七. 解决实际问题通过文献查阅，设计一种测定市售饮料中色素含量的方法并用于美年达中日落黄的测定。实验四 无机盐晶体及水溶液的拉曼光谱检测一. 实验目的1、了解拉曼光谱的基本原理，掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。2、测量一些常

16、规物质和复杂样品的拉曼光谱。二. 实验原理 当用波长比试样粒径小得多的频率为的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。散射光中除了存在入射光频率外，还观察到频率为的新成分，这种频率发生改变的现象就被称为拉曼效应。即为瑞利散射，频率+称为拉曼散射的斯托克斯线，频率为-的称为反斯托克斯线。通常称为拉曼频移，多用散射光波长的倒数表示，计算公式为 式中，和0分别为散射光和入射光的波长。的单位为cm-1。由于拉曼谱线的数目、频移、强度直接与分子振动或转动能级有关。因此，研究拉曼光谱可以提供物质结构的有关信息。自从激光问世以来，拉曼光谱

17、的研究取得了长足进展，已广泛应用于物理、化学、生物以及生命科学等研究领域。图1显微共焦激光拉曼光谱仪结构 三. 实验仪器和试剂1. 显微共焦激光拉曼光谱仪 Renishaw inVia（英国雷尼绍公司）2. 粉碎机、载玻片、盖玻片、胶头滴管3. 测试样品常规物质：CCl4，CH2Cl2复杂样品：不同淀粉类作物自备样品：不同材料的小挂件四. 实验步骤1. 打开主机和计算机电源，同时打开激光器后面的总电源开关，将仪器预热20分钟左右。2. 自检. 静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced - Pinhole 设为 in。使用硅片，用50 倍物镜，1

18、 秒曝光时间，100%激光功率取谱。使用曲线拟合（Curve fit）命令检查峰位，检验仪器状态。3样品拉曼光谱的测定将样品放置在载玻片上,盖上盖玻片，置于显微镜的载物台上，调节显微镜载物台的高度使得显微镜能够清晰地观察到样品表面（上2，下1）。选择Measurement-New-Spectral acquisition进行实验条件设置，再将白光照明光路切换到激光照明光路（上1，下2），即选择激光照射，选择Measurement-Run运行实验，等待实验运行，直到窗口中出现红色的光谱曲线，采集光谱结束，保存扫描结果。4.分别测定CCl4、大米、自备物品的拉曼光谱图。五数据处理用仪器自带软件Wi

19、RE2.0或Excel绘制拉曼光谱。纵坐标是散射强度，可用任何单位表示，横坐标是拉曼位移，通常用相对于瑞利线的位移表示其数值，单位为波数cm-1。1纯物质的拉曼光谱（1）标定所用的单晶硅的Stokes线的拉曼光谱图：（2）CCl4的拉曼光谱图Stokes线和Anti-Stokes全扫描的拉曼光谱图：只有Stokes线的拉曼光谱图：（3）CH2Cl2的拉曼光谱图 图2 CH2Cl2的拉曼光谱图2.不同淀粉类作物的拉曼光谱3.其他物品的拉曼光谱六. 讨论与思考：1. 比较红外光谱与拉曼光谱的异同。2. 一般的拉曼散射有斯托克斯线和反斯托克斯线两种，为什么实验中记录的拉曼光谱常取斯托克斯线？3. 试

20、分析常规物质（CCl4、CH2Cl2）的特征拉曼光谱。4. 拉曼光谱的发展及应用。实验五 铁氰化钾循环伏安法有关性质的测定一. 实验目的掌握循环伏安法（CV）基本操作；掌握受扩散控制电化学过程的判别方法；了解可逆电化学过程及条件电极电位的测定；了解电化学化学偶联反应过程的循环伏安特点。并学会电化学工作站仪器的使用。二. 循环伏安法原理扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。因此一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电

21、层、吸附现象和电极反应动力学成为最有用的电化学方法之一三. 实验步骤1. 电极表面抛光2. 验证：亚铁氰化钾溶液中进行循环伏安扫描（电位差小于70mv）3. 电极连接，参数设定（起始电位、电位扫描范围、扫描速度等）4. 测定：峰电流随电位扫描速度的变化（处理在一张图上）5. 反应模拟器（Simulation）：模拟实验(调节：模型、传递系数、标准速率常数k0等）四. 数据处理 1. 计算亚铁氰化钾的条件电极电位；2. 作出峰电流扫速v 1/2图，判断是否是扩散控制过程。实验六 全自动电位滴定法测定混合酸1 实验目的 （1）初步了解和掌握自动电位滴定仪的原理和操作； （2）掌握多元酸或混合酸分步

22、滴定的有关规律； （3）用NaOH溶液滴定由HCl与H3PO4组成的混合溶液，分别测出这两种酸的浓度。2 实验仪器和试剂2.1 实验仪器 798MPT（或702SM）自动电位滴定仪，氢离子选择性复合电极（滴定仪和电极均由瑞士万通公司生产）。 100mL烧杯，100mL量筒，10mL（或5mL）移液管，洗耳球。2.2 实验试剂 0.1000mol/L NaOH标准溶液（已用基准邻苯二甲酸氢钾标定）；由HCl与H3PO4组成的待测混合溶液。3 实验原理和步骤3.1 实验原理由于HCl 是强酸，H3PO4的pKa1、pKa2及pKa3分别为2.12、7.20及12.36，用NaOH溶液滴定由HCl与

23、H3PO4组成的混合溶液，滴定曲线有两个突跃。第一个突跃对应的NaOH溶液的体积记作V1，相应的滴定产物是H2O和H2PO4-，滴定反应是H+ + OH- = H2O （1）和H3PO4 + OH- = H2PO4- （2）第二个突跃对应的NaOH溶液的体积记作V2，相应的滴定产物是HPO42-，滴定反应是H2PO4- + OH- = HPO42- （3） 在上述滴定中，V2 -V1是滴定H2PO4- 所消耗的NaOH溶液的体积（见反应（3），也是滴定H3PO4所消耗的NaOH溶液的体积（见反应（2）；V1 -（V2 - V1）= 2V1 - V2 是滴定HCl所消耗的NaOH溶液的体积（见反

24、应（1）。因此，利用上述两个突跃对应的滴定终点V2和 V1 ，按以下两式，可以分别求出混合溶液中HCl和H3PO4的浓度： （4） （5）3.2 实验步骤 实验步骤：在100mL烧杯中，用移液管吸入5.00mL HCl和H3PO4混合溶液，加50mL H2O，加入搅拌子，放好电极，用0.1000mol/L NaOH标准溶液电位滴定。仪器自动记录滴定曲线和滴定数据，并测出滴定终点V1和V2。 仪器的设置：选择Met（等体积）滴定模式，滴定步长0.10mL，平衡时间30s，滴定至加入的标准溶液体积为10.00mL。4 实验结果和讨论 （1）滴定曲线（附图）；（2）测定结果（附表，见下表）； （3）

25、有关实验现象的讨论。表1 HCl和H3PO4混合溶液的测定结果V1/mLV2/mL混合溶液中HCl的浓度/(molL-1)混合溶液中H3PO4的浓度/(molL-1)5 思考题 （1）多元酸（二元酸或三元酸）分步滴定的条件是什么？混合酸（如由HCl与H3PO4组成的混合酸）分步滴定的条件是什么？ （2）电位滴定法确定滴定终点有哪些方法？这些方法的依据是什么？ （3）自动电位滴定仪确定滴定终点的依据是什么？ （4）本实验所用的氢离子选择性复合电极的构造和原理是怎样的？ （5）在本实验的滴定过程中，若存在CO2的干扰，对测定结果有什么影响？实验七 高效液相色谱(HPLC)法测定邻苯二甲酸酯一. 实

26、验目的1、学习高效液相色谱仪的基本操作方法。2、了解高效液相色谱仪原理和条件设定方法。3、了解高效液相色谱法在日常分析中的应用。二. 实验原理高效液相色谱法是以液体作为流动相，借助于高压输液泵获得相对较高流速的液流以提高分离速度、并采用颗粒极细的高效固定相制成的色谱柱进行分离和分析的一种色谱方法。在高效液相色谱中，若采用非极性固定相，如十八烷基键合相，极性流动相，即构成反相色谱分离系统。反之，则称为正相色谱分离系统。反相色谱系统所使用的流动相成本较低，应用也更为广泛。定量分析时，为便于准确测量，要求定量峰与其他峰或内标峰之间有较好的分离度。分离度（R）的计算公式为：R 2t(R2)-t(R1)

27、 /1.7*(W1W2)式中 t(R2)为相邻两峰中后一峰的保留时间； t(R1)为相邻两峰中前一峰的保留时间； W1及W2为此相邻两峰的半峰宽。 除另外有规定外，分离度应大于1.5。本实验对象为邻苯二甲酸酯，又称酞酸酯，缩写PAE，常被用作塑料增塑剂。它被普遍应用于玩具、食品包装材料、医用血袋和胶管、乙烯地板和壁纸、清洁剂、润滑油、个人护理用品，如指甲油、头发喷雾剂、香皂和洗发液等数百种产品中。 但研究表明，邻苯二甲酸酯在人体和动物体内发挥着类似雌性激素的作用，是一类内分泌干扰物。待测物性质见表1。表1色谱柱测试条件出峰次序样品组成1邻苯二甲酸二甲酯（DMP）2邻苯二甲酸二乙酯(DEP)3邻

28、苯二甲酸二丁酯(DBP)如果要检测不同条件对谱图分离的影响，可按表1配制几种物质的混合溶液，在不同条件下进行HPLC分离检测。三.仪器与试剂1、仪器 Agilent 1100高效液相色谱仪，50ul微量注射器。2、试剂 甲醇（色谱专用），高纯水四. 实验步骤1、色谱条件色谱柱：辛烷基硅烷键合硅胶（C8）柱温：室温流动相：初始为高纯水：30，甲醇：70检测器：DAD检测器;检测波长：220nm；进样体积：100l定量环，实际注射每次可控制在200l。2、待测溶液的配制 首先用甲醇做溶剂配制储备液：邻苯二甲酸二甲酯（0.3880g/L），邻苯二甲酸二乙酯（0.2770g/L），邻苯二甲酸二丁酯（0

29、.3776g/L）。然后各取1mL储备液用水和甲醇（20：80）稀释至10mL，作为待测溶液。3、色谱测定(1) 按操作规程开启电脑，开启脱气机、泵、检测器等的电源，启动Agilent 1100在线工作软件，设定操作条件。流量为1.000ml/min。(2) 待仪器稳定后，开始进样。将进样阀柄置于“LOAD”位置，用微量注射器吸取混合物溶液50ul，注入仪器进样口，顺时针方向扳动进样阀至“INJECT”位置，此时显示屏显示进样标志。(3) 记下各组分色谱峰的保留时间及峰面积及分离比。(4) 实验完毕，清洗系统及色谱柱。依次用甲醇-水（60：40）、甲醇-水（70：30）直到纯甲醇作流动相清洗，

30、每次清洗至基线走稳，至少清洗15min。五.实验结果（1）流动相的比例为：高纯水：20%甲醇：80%，流速为1ml/min，记录色谱图，并计算分离度；（2）流动相的比例为：高纯水：30% 甲醇：70%；流速为1ml/min，记录色谱图，并计算分离度；（3）流动相的比例为：高纯水：20，甲醇：80，流速为0.5ml/min，记录色谱图，并计算分离度；（4）定性过程（混合物和DBP）：实验得到如下的色谱图下：六. 思考题（1） 比较图2和图3可知，在缓冲液作流动相的情况下，实验得出的峰形较好。但为什么实验室尽量不用缓冲溶液作流动相？图2 缓冲液作流动相得出的色谱图图3 乙腈-水（5：95）作流动相得出的色谱图（2）流动相在使用前为什么要用砂芯漏斗过滤？（3） 请分析实验结束后，怎样清洗柱子。分为两种情况，第一种情况为流动相用到缓冲溶液，第二种情况为流动相不用缓冲溶液？（4）根据实验结果分析，流动相中水的比例多少对分离度、出峰时间的影响及流速对分离度的影响。实验八