仪器分析实验指导书新版.docx

1、仪器分析实验指导书新版仪器分析实验指导书仪器分析课程组吉首大学化学化工学院目 录前言 1实验一 有机化合物的紫外光谱分析 3实验二 火焰原子吸收法测定钙含量 6实验三 气相色谱法测定苯、甲苯和乙醇含量 11实验四 苯甲酸等有机物的红外光谱测定 20实验五 用氟离子选择性电极测定水中微量F- 25实验六 液相色谱法测定污染水样中的苯和甲苯27附录 大型仪器维护与保养的基本常识 31前 言1 实验总体目标 仪器分析是化学学科的一个重要分支，它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。是一门实践性很强的课程。它利用较特殊的仪器，对物质进行定性分析，定量分析，形态分析及结构分析。仪器分

2、析实验是化学专业必修的基础课程之一。它是建立在无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理学实验基础上的后续课程。它使学生获得有关实验的基本理论、基本知识和操作技能。它为后续课和今后的科研工作打下扎实的操作技能。它是许多学科进行科学研究不可缺少的重要测试手段。仪器分析实验的主要任务是介绍常用的主要仪器，介绍这些典型仪器的结构与性质，学会使用常用仪器。利用这些仪器完成定性、定量、定结构的分析任务，为今后开展科学研究和更好的指导工农业生产打下牢固的基础。 适用专业年级 化学（师范）、应用化学、化学工程与工艺、制药工程、食品质量与安全、食品科学与工程专业 实验课时分配实验总学时为32学时。实验项目

3、每组人数实验学时实验一6-104实验二6-104实验三6-104实验四6-104实验五6-104实验六6-104实验七6-1044. 实验环境标准化学实验室配置的实验台，水电配置合理。5. 实验总体要求仪器分析实验是学生掌握各种常用的现代分析仪器及其分析方法的重要环节。仪器分析法是测定物质化学组成、状态、结构的重要方法，也是监测物理、化学等过程的重要手段之一。由于物理学、电子学的发展促进了分析仪器的发展，使分析化学由经典的化学分析向以现代的仪器分析过渡。近年来，随着新材料、新器件、微电子技术、激光技术、人工智能技术、数字图象技术和化学计量学等各方面的成果逐渐融入仪器分析方法，使分析化学技术获取

4、物质定性、定量、形态、形貌、结构、微区等各方面信息的能力得到极大的增强，因此仪器分析被列为化学专业（本科）必修的基础课程之一，仪器分析是一门实验技术性很强的课程，需要严格的实验相关知识与实验技能训练，仪器分析实验作为仪器分析课程的实践教育环节是不可或缺的，它是化学类本科专业重要的一门核心必修课。 开设仪器分析实验的目的是使学生更进一步地理解各种仪器分析方法所依据的原理、该方法的技术特点及操作要领。学会一些常规分析仪器的使用方法，掌握运用仪器对实际物质进行分析分离的基本思路。理论可以指导实践，通过实验可以验证和发展理论。仪器分析实验中一些大型仪器的操作较复杂、影响因素较多、信息量大、技术要求高，

5、还需要通过对大量实验数据细致的分析与图谱解析来获取有用的信息。通过本门实验课的学习，可以培养学生如何使用分析仪器正确地获取精密实验数据，进而对实验数据进行科学地处理得出有价值信息的能力。在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时，培养学生严谨的科学作风和良好的实验素养。6. 本课程的重点、难点及教学方法建议1、通过实验，培养学生正确掌握仪器分析实验的基本原理、基本操作方法和技能技巧。使学生具有一定的实验操作能力，培养学生独立工作及独立思考的能力。2、培养学生具有实事求是的科学态度，具有处理实验数据、实验结果及书写实验报告的能力。养成良好的科学习惯以及科学的思维方法。3、使学生在掌握

6、常用仪器的结构和操作的同时，做到举一反三，触类旁通，对未用过的同类其它型号的仪器也应略知一二。4、仪器种类多，需要熟悉每种仪器的结构和操作，难度较大。实验一 有机化合物的紫外光谱分析一、实验目的1、了解紫外分光光度计的主要结构及工作原理。2、掌握紫外分光光度计的操作方法及紫外定性定量分析方法3掌握紫外分光光度法测定水中苯酚含量的原理与分析条件的选择。二、实验原理水样中的苯酚在271nm下有最大吸收，其吸收值A的大小与苯酚的浓度c的大小成正比，符合郎伯比尔定律：A=bc其中A为吸收度；c为试样中苯酚的浓度，molL-1；b为吸收池厚度，cm；为摩尔吸收系数，Lmol-1cm-1。若在最大吸收波长

7、下，首先绘制出苯酚在最大吸收波长下的标准曲线，然后在相同条件下测定出水样中苯酚的吸收度Ax，即可由标准曲线中Ax对应的浓度cx确定出待测的苯酚浓度。三、实验仪器与试剂1仪器 UV-2450型紫外分光光度计。2试剂 浓度为100gmL-1的苯酚标准溶液；待测水样。四、实验步骤1标准曲线的绘制由刻度移液管分别移取100gmL-1的苯酚标准溶液0.50、1.00、3.00、5. 00、10.00、15.00和20.00mL于50ml容量瓶中，蒸馏水稀释至刻度，得到浓度分别为1、2、6、10、20、30和40gmL-1的苯酚标准溶液，摇匀备用。以蒸馏水作参比，调节零点，用1cm的石英比色皿与271nm

8、处测定吸光度，做吸收度苯酚浓度的标准曲线或求出直线的回归方程。2样品的分析移取25mL试样于50mL容量瓶中，蒸馏水稀释至刻度，摇匀，用水调节零点。用1cm石英比色皿于271nm处测定吸光度。五、实验结果和讨论1 绘制苯酚标准曲线以苯酚标准浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，作图，得到苯酚标准曲线。2 水样中苯酚含量的计算在苯酚标准曲线上找出待测样品的吸光度值Ax，查出对应的浓度出cx，由下列公式计算待测水样中苯酚的含量=cx50/25即为待测水样中苯酚的含量。六、思考题1本实验是否可以采用标准加入法进行？为什么？2是否可以看到苯酚的精细结构？附录：UV-2450紫外可见分光光度计的构造、使用操作

9、一、仪器的启动（1）接通计算机、显示器和紫外可见光分光光度计的电源，并打开计算机和紫外可见光分光光度计的仪器开关。（2）选择窗口开始 程序 Shimadzu UVProbe，或双击桌面上的 UVProbe 图标打开紫外光谱，再单击“连接”按钮，弹出“UV-2400PC Series-Rev ACBB.OO”图标，仪器开始自检（用时约5min），自检到“待命”时，单击“确定”，并可以进行光谱测定。（3）注意：当保密功能激活时，需要输入用户名和密码到用户注册对话框中，然后点击OK。保密不激活，不出现该对话框。UV-2450型紫外可见分光光度计的测定方法有光谱法模块、光度法模块和动力学模块，在此只介

10、绍光谱法模块。二、光谱法测定光谱模块的基本功能是控制分光光度计和扫描指定范围内的波长，并记录下扫描范围内各波长的吸收值、透射率、反射率或能量读数。光谱模块操作简单灵活，允许设计简单的或复杂的数据采集方法。可采用不同类型的仪器和附件采集数据，并可保存数据采集方法的参数，通过各种图像方式查看采集的数据，并按特定的方式处理数据，如数据打印、峰值检测、保存数据和在模块中直接打印报告。该模块包含操作、方法和图像三个窗口。操作面板位于左上角，包含查看和操作所有数据的功能，如数据打印，峰面积，峰值检测等。基本测定如下：1、基线校正基线校正设定当前选择的波长范围内的背景为零，在此范围内的所有后续的读数受其影响

11、。基线校正确保在采集数据时有较好的参照点（定期进行基线校正可补偿漂移）。完成基线校正后，UV Probe 将基线校正的信息存储到仪器履历中，包括分析者、日期和时间。注意开始基线校正之前，必须确认样品或参比光束无任何障碍物，并且样品室中没有样品。进行基线校正和查看仪器履历的操作如下：（1）选择窗口光谱，打开光谱模块。（2）点击光度计键条中的“连接”来连接仪器。（3）点击光度计键条中的“基线”来进行基线的初始化操作。（4）当基线参数对话框弹出时，在开始波长和结束波长中分别输入进行校正的起止波长值，如：700和300。（5）点击“确定”。注意在基线校正过程中光度计状态窗口的读数变化。（6）当完成扫描

12、后，点击输出窗口的仪器履历标签，查看基线校正信息。2、样品测定（光谱法）（1）单击菜单中光谱图标，（窗口中分三部分：操作面板、方法参数、坐标图）；M（2）再单击窗口中的“ ”图标，弹出“光谱方法”窗口，在窗口中进行参数设置。如下图示：参数可设置扫描波长范围、扫描速度、采样间隔、扫描方式。具体操作如下：扫描范围是本次样品扫描的波长范围，根据需要进行设置；测定方式可根据需要选择“吸光度或透射率”，一般使用吸光度较多；狭缝宽度可不必选择，使用默认值即可（狭缝宽度越大，曲线越平滑）；光源波长改变一般选择360nm，可在393-282nm范围内任意选择，但不能超出这个数据范围，如果扫描范围是200-36

13、0nm，波长可以选择为361nm，或在361-393中任意选择一个波长，可以使本次扫描不发生光源转换，减少光源转换误差；S/R转换（S是标准法），标准法是参比在里，样品在外，反之，则是参比在外，样品在里；附件设置为“无”。（3）将盛有参比和试样的比色皿放入样品槽，标准方法是参比在里面的样品槽，样品在外面的样品槽；（4）点击“开始”，开始扫描，扫描过程中不能随意打开光谱的样品仓；（5）扫描完毕后，根据图谱坐标值设置坐标数值（可在坐标轴上直接键入数字），调整图谱的大小；（6）按右键可单击“自定义”，对线条、坐标值大小、图背景（默认为灰色）颜色，网格线等进行调整设置；（7）利用菜单中的“操作”、“图

14、像”或菜单对应的图标，对图谱进行处理；（8）保存数据（可以另存到各个盘符下）。3、数据存储仪器测定的数据可以存储起来，以后可调出使用。方法如下：（1）选择文件另存为。（2）在文件名输入框中，输入SpecMeth。（3）在另存为类型列表框中，点击方法文件(*.smd) ，然后点击存储。三、关机（1）测定完成后，要将样品和参比槽中的比色皿取出；（2）关闭光谱测定的所有窗口，使计算机退到主桌面上；（3）关闭计算机和紫外可见光分光光度计开关，拔下电源插头。 实验二 火焰原子吸收法测定钙含量一、实验目的1了解原子吸收分光光度计的主要结构及工作原理。2掌握原子吸收分光光度计的操作方法及原子吸收分析方法。3

15、了解火焰原子吸收分析条件的选择。二、实验原理溶液中的钙离子在火焰温度下转变为基态钙原子蒸气，当钙空心阴极灯发射出波长为422.7nm的钙特征谱线通过基态钙原子蒸气时，被基态钙原子吸收，在一定浓度范围和一定火焰宽度的情况下，其吸光度与溶液中钙浓度成正比，符从比尔定律：A=kc其中c为待测元素钙的含量或浓度，k在一定实验条件下为一常数，A为吸光度。这是原子吸收分光光度分析的定量基础。配制一组合适浓度的钙标准溶液，由低到高浓度，依次喷入火焰，分别测定吸光度。以测得的吸光度为纵坐标，待测元素的含量或浓度为横坐标，绘制A-c标准曲线。在相同条件下，喷入待测试样溶液，根据测得的吸光度，由标准曲线求出试样中

16、待测元素的含量，这种定量方法称为标准曲线法。标准曲线法定量时，要求所配制的标准溶液的浓度应在吸光度与浓度呈直线关系的范围内，标准溶液与待测溶液都用相同的试剂处理，分析过程中操作条件保持不变，并且扣除空白值。标准曲线法简便、快速，适用于组成简单的试样分析。对于组成不确定的较为复杂的样品分析可以采用标准加入法：取相同体积的试样溶液两份，分别移入容量瓶A和B中，另取一定量的标准溶液加入到B中，然后将两份溶液稀释至刻度，测定A和B的吸光度。设试样中待测元素（A中）的浓度为cx，A溶液中的吸光度为Ax，加入标准溶液（B中）的浓度为c0，B中溶液的吸光度为A0，则可得：Ax=kcxA0= k(c0+cx)

17、由上两式得：实际测定中，都采用下述作图法：取若干份（如6份）体积相同的试样溶液，从第二份开始分别按比例加入不同量的待测元素的标准溶液，然后用溶剂稀释至一定体积（设试样中待测元素的浓度为cx，加入标准溶液后浓度分别为cx +c0，cx +2c0，cx + 3c0，cx + 4c0及cx +5c0），分别测得其吸光度（Ax，A1，A2，A3，A4及A5），以A对加入量作图，得到如图2-1所示的直线。这时曲线并不通过原点。其中，曲线相应的截距所反映的吸收值正是试样中待测元素所引起的效应。反向延长此曲线使其与坐标轴相交，相应于原点与交点的距离，即为所求的试样中待测元素的浓度cx。图1-1 标准加入法曲

18、线原子吸收分光光度法实验条件主要包括分析线、狭缝宽度、空心阴极灯工作电流、原子化条件、检测进样量等。采用火焰原子化器装置时，常用乙炔空气燃气系统调节火焰温度，最高可达2600K，可以检测35种元素。根据乙炔空气流量比例的不同，火焰区分为贫燃火焰、富燃火焰和中性火焰，相应的火焰温度及适用范围也不相同。钙的测定一般在化学计量火焰（即中性火焰，配比约为1:4）中进行，以钙空心阴极灯发射出波长为422.7nm的钙特征谱线为分析线，以锶溶液为干扰抑制剂测定钙含量。三、实验仪器与试剂1仪器 原子吸收分光光度计（附钙空心阴极灯），乙炔、空气供气系统，容量瓶（50mL、100mL），移液管，烧杯（50mL）。

19、2试剂 盐酸（1：1）；钙标准储备液（1000gmL-1）：准确称取光谱纯氧化钙（其量按所需浓度和体积计算）于烧杯中，加入1：1盐酸20mL，低温加热溶解完全，转入1000mL容量瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。钙标准溶液（100gmL-1）：将钙标准储备液用去离子水稀释10倍制得。干扰抑制剂锶溶液（10mgmL-1）：称取六水合氯化锶30.4g溶于1000ml去离子水中。样品溶液的配制：称取氯化钙（其量按所需浓度和体积计算）于烧杯中，加入1：1盐酸20mL ，低温加热溶解完全，转入1000mL试剂瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。四、实验步骤1仪器工作条件选择 移取100gmL-1钙标

20、准溶液4.0 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mgmL-1锶溶液4 mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀，用此含钙4gmL-1的溶液选择仪器的工作条件。（1）燃气和助燃气流量比例的选择 固定空气流量为6.5mLmin-1，改变乙炔流量分别为1.2、1.4、1.6、1.8、2.0和2.2 mLmin-1，以去离子水为参比调零，测定钙溶液的吸光度。从实验结果中选择出稳定性好且吸光度较大时的乙炔流量，作为测定的乙炔流量。（2）燃烧器高度的选择（本节内容根据实际情况决定是否选择） 在选定的空气和乙炔气流量条件下，改变燃烧器高度，以去离子水为参比，测定钙溶液的吸光度。从实验结果中选择出稳定性好且吸光度

21、较大时的燃烧器高度，作为测定的燃烧器高度。2干扰抑制剂锶溶液加入量的选择 在50ml容量瓶中加入样品溶液1mL、1:1盐酸2.5mL，分别加入10mgmL-1锶溶液1.00、2.00、3.00、4.00和5.00mL，以去离子水稀释至刻度。在选定的仪器工作条件下，以去离子水作参比调零，测定钙溶液的吸光度并作出吸光度锶浓度关系曲线，从曲线上选择吸光度较大 且稳定时的锶溶液加入量。3线形范围的确定 在6个50 mL容量瓶中，分别加入100gmL-1钙标准溶液0、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00 mL，加入选定量的锶溶液和1:1盐酸2.5 mL，稀释至刻线并摇匀。在仪器工作条件下，以

22、空白溶液为参比调零，分别测定吸光度（包括空白溶液在内），在计算机上作出吸光度钙浓度标准曲线，计算出回归方程，并确定在选定条件下钙测定的线性范围。4样品的测定 于5个50mL容量瓶中，各加入3.00mL样品溶液（视钙含量高低，加入样品溶液量在1.05.0mL范围内适当调整）、1:1盐酸2.5mL、和选定的锶溶液量，再分别加入100gmL-1的钙标准溶液0、1.00、2.00、3.00和4.00 mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀；在另一个50 mL容量瓶中，加入样品溶液3.00 mL、1：1盐酸2.50 mL和选定量的锶溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀，作为测定空白溶液。在选定的实验条件下，以测定

23、空白溶液为参比，测定各溶液的吸光度。五、注意事项1乙炔为易燃气体，容易爆炸，使用时必须遵守操作规程（见实验室的安全守则）。2雾化器和燃烧器是仪器的主要部件，应正确使用、保养。浓度过大的溶液不能直接吸收。六、实验结果和讨论1用标准曲线法计算样品溶液中的钙含量（gmL-1），再根据样品溶液取样量及测定溶液体积计算钙样中钙含量（mgL-1）。2以吸光度为纵坐标，加入的标准溶液浓度为横坐标，用标准加入法计算样品溶液中的钙含量（mgL-1）。3比较用标准曲线法和标准加入法得到的实验结果并分析它们的特点。七、思考题1本实验中锶溶液的作用是什么？2何为空白溶液，为什么在制作标准曲线时空白溶液和测定样品时的空

24、白溶液不完全一样？3采用标准加入法时应注意什么？附录： 火焰原子吸收分光光度计的结构、工作原理与使用说明仪器结构与工作原理：原子吸收分光光度计由光源、原子化器、分光系统和检测读出系统组成。光源系统提供待测元素的特征辐射光谱；原子化系统将样品中的待测元素转化成为自由原子；分光系统将待测元素的共振线分出；检测读出系统将光信号转换成电信号进而读出吸光度值。目前使用最普遍的仪器是单道单光束和单道双光束原子吸收分光光度计。二、光源系统基于峰值吸收测定原理，必须提供锐线光源。目前普遍使用的是空心阴极灯。无极放电灯和高强度空心阴极灯的应用，明显地改善了许多元素的分析性能。空心阴极灯是一种辐射强度大和稳定度高

25、的锐线光源，其放电机理是一种特殊的低压辉光放电。三、原子化系统直接影响分析灵敏度和结果的重现性。原子化系统主要分为火焰原子化和石墨炉原子化两种。火焰原子化系统，一般包括雾化器、雾化室和燃烧器三部分，该系统的任务是产生大量的基态自由原子，并能保持原子化期间基态原子浓度恒定。1、雾化器：雾化器是火焰原子化系统的核心部件，雾化器的作用是吸喷雾化。高质量的雾化器应满足下面要求：（1） 雾化效率高；（2） 雾滴细；（3） 喷雾稳定。2、燃烧器:作用是雾滴由雾化室进入燃烧器，在火焰中经历脱溶剂、熔融、蒸发、解离和还原等过程，产生大量的基态自由原子。燃烧器应具有高的脱溶剂效率，挥发效率和解离还原效率，并且噪

26、声小，火焰稳定和燃烧安全。根据燃助比，火焰可分为贫燃火焰，化学计量焰和富燃火焰三大类。火焰中发生着复杂的化学反应（解离、还原、化合、电离），分析工作者的任务就在于如何创造条件使火焰中的各种化学平衡向有利于生成非化合、非缔合、非电离、非激发的基态自由原子转化，以提高原子化效率。3分光系统：目前商品原子吸收分光光度计普遍采用光栅单色器。单色器由入射狭缝、准直光镜、光栅、成象物镜和出口狭缝组成。光栅单色器的特性可用色散率；分辨率和闪耀波长来表达。4检测读数系统：检测读数系统的主要部件是光电倍增管。光电倍增管的工作原理在这里就不详述了，但光电倍增管的疲劳现象应引起分析工作者的注意。光电倍增管刚开始时灵

27、敏度低，过一段时间之后趋向稳定，长时间使用后则 又下降。疲劳的程度随照射光强度和外加电压而加重。因此设法阻挡非信号光进入检测器，同时尽可能不要使用过高的负高压，以保持光电倍增管的良好工作特性。 图1-2原子吸收分光光度计结构示意图 图1-3空心阴极灯结构示意图原子吸收分光光度计（AA6300C）使用操作准备工作：更换空心阴极灯；将废液瓶中加满水；打开乙炔气瓶的主阀门，调节二次压力阀到0.09-0.01Mpa，启动空气压缩机二次压力调到0.35-0.4 Mpa；1 打开AA-6300C 主机的电源，开启计算机；2 打开电脑，打开WIZAARD 软件，输入用户ID：admin,密码为空；3 将出现

28、的对话框关闭，点击文件-打开-打开已有的方法文件；4 点击仪器-连接-联接主机，等待自检完成（出现对话框可以直接点击“否”）5 点击“参数编辑参数”，将点灯方式改为“NON-BGC”或“BGC-D2”方式，点灯，点击确定，执行“谱线搜索”，出现两个OK 时点击关闭；6 点击仪器-气体控制器状态-查看是否是两个OK-确定7 点火，根据MRT 表（测量结果表）按顺序测定空白、标准品及未知样品；8 测定结束后，点击仪器-余气然手-根据提示熄火；9 关闭空压机；10 保存数据，打印测量结果。11 关机程序：点击仪器-连接-断开工作站与主机的通讯，关闭电脑及主机，关掉所有的电源。实验三 气相色谱法测定苯

29、、甲苯和乙醇含量一、实验目的1掌握填充柱色谱、毛细管色谱的使用方法。2掌握柱效、分离度与柱效能的关系。 3掌握气相色谱中保留值定性与归一化法定量的分析方。二、实验原理气相色谱是一项广泛、实用、快速的分析技术，在化工、医药、食品、环境、卫生、商检、公安等领域广泛应用。为了保证分析结果的可靠性，职能部门制订了一些气相色谱通用方法，如ISO 76091985,GB/T 972288，GB11538989等。气相色谱分析，色谱柱的选择十分重要，在用于气体及低沸点烃类分析时，气固色谱中使用硅胶、分子筛等固体吸附剂。气液色谱中使用液态的固定相。填充柱中是将选定的固定液涂布于载体上，而在毛细管柱中则是将固定

30、液直接涂布或通过化学键合于通过处理的毛细管管壁上。典型的固定液有SE-30，SE-54，OV-101，DNP ，PEG-20M等。本实验采用PEG-20M固定液涂壁毛细管柱。柱效以理论塔板数n和理论塔板高度H表示：式中：tR为保留时间；Y为峰底宽；Y1/2为半峰宽；L为柱长。两个不同组分的分离程度用分离度R表示。定义式为相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰底宽总和一半之比。定性分析：在气相色谱条件不变的情况下，每一可气化的物质都有各自确定的保留值，依此进行定性。分析。对多组分混合物，若色谱峰均能分开，则可以将各自的保留值，与各自的标准样品在相同条件下所测定的保留值进行对照，这是气相色谱最

31、常用的定性方法。定量分析：定量分析是建立在检测信号Ai(峰面积)的大小与进入检测器的被测组分的质量mi成正比的基础上，即fi为绝对校正因子，表示单位峰面积所代表的某种物质的量，它与仪器的灵敏度和物质的性质有关。绝对校正因子不易被测定，在定量时常用相对校正因子标准物质的fs=1。当待测样品中所有组分都能流出色谱柱并在检测器上产生信号时，可采用归一化法定量，i组分的质量分数为其中fi为i组分的相对校正因子。对于同系物而言，fi可近似视为相等，则有。三、实验仪器和试剂1仪器 Agilent 7890A气相色谱仪（含工作站或积分仪），填充柱或毛细管柱，固定相（SE-30，SE-54，DB-17，DNP