仪器分析实验

实验2-1 毛细管气相色谱法分析低沸点烃类的含量(归一化法) 一、实验目的

1．掌握GC900型气相色谱仪结构与使用方法。 2．掌握毛细管色谱法的操作与应用技术。 3．分析低沸点烃类的组成。

4．掌握色谱归一化定量分析方法。 二、实验原理

气相色谱法是一种典型的分离分析方法。样品由进样器注入气化室，在气化室气化变成蒸汽，随载气进入色谱柱，在色谱柱内分离。色谱柱内存在有气－固（液）两相，组分在两相间进行分配，由于组分在两相间的分配系数存在微小差异，经过多次分配平衡，将具有微小差异的组分分开。被分开的组分依次进入检测器，在检测器中转变成电信号被记录下来，信号强度大小与组分在样品中的浓度成正比，这就是定量分析基础；组分出峰时间与其分配比有关，可以用来做定性分析的依据。

归一化法是常用的气相色谱定量方法之一，该方法要求试样中的各个组分都能够得到完全分离，且所有组分都能流出色谱柱并在色谱图上显示

wi?f'iAin?100%i?fAii?1出色谱峰。i物质的质量分数wi的计算公式为：

归一化的优点是计算方便，定量结果与进样量无关，且操作条件不需严格控制。但此法缺点是不管试样中某组分是否需要测定，都必须全部分离流出，并获得可测量的信号，而且其校正因子 fi 也应为已知。 三、仪器与试剂

1．仪器

GC-900型气相色谱仪 (FID检测器) ；NHA-氮氢空气体发生器；GS-2010色谱工作站；AC-5毛细管色谱柱30m×0.32mm×0.25μm；电子天平；5 μL微量进样器。

仪器工作条件：汽化室温度：200℃；检测室温度：200；柱温程序：70℃；载气：氮气；柱前压：0.04 MPa ；分流比50/1；尾吹气流量：40 mL?min-1；空气流量：300 mL?min-1；氢气流量：25 mL?min-1；灵敏度：3；进样量：1 μL。

2．试剂

正己烷；正庚烷；正辛烷；甲苯；苯 ；混合烃样。 四、实验步骤

1．开机

打开氮氢空一体机开关，开始制备气体，20 min以后打开气相色谱仪开关，按仪器操作条件设置柱温、气化室、检测室温度。设置完成后，按“输入”键，显示“monitor ”后，按”运行”键，使各种温度控制开始运行（注意：运行后，按“热导”“退出”关闭热导加热电源），稳机。待仪器检测器温度超过120℃后，打开氢气阀，调节氢气表压力在0.08 MPa，点燃氢火焰，氢火焰点燃后，将氢气压力减少到0.02 MPa，开机完成。

在开机的同时，打开工作站计算机电源，进入工作站界面，等候进样。 2．测样

定性分析：在选定的实验条件下，分别注入0.1μL的纯样，记录其保留时间，作为定性依据。

仪器稳定后，进混合样0.2μL，记录色谱图，待组分出完后，在工作站上记录保留时间、面积百分含量，计算三组混合样中各组分的平均百分含量，给出试验结果，列表完成实验报告。

3．关机

试验完成后，关机。首先，将氢气阀关死，灭掉氢火焰，然后按“输入”键，显示“monitor”后，按“退出”键。关闭各加热点电源，待温度降至室温后，关闭色谱仪电源。 五、数据记录与处理

1．列表记录各纯样的保留时间。

2．对混合烃样，与纯样保留时间相对照，确认各色谱峰对应样品。利用色谱工作站，采用归一化法计算混合烃样中各组分的百分含量。

3．用计算机打印出各分析结果和色谱图。 六、思考题

1．毛细管色谱与填充拄色谱在仪器结构上有什么不同？ 2．归一化定量分析的优缺点？

实验3-1 高压液相色谱法测定有机化合物

一、实验目的

1．学习和掌握高压液相色谱技术的原理。

2．了解高效液相色谱仪的基本操作。 3．学习高效液相色谱柱效能测定方法。 二、实验原理

色谱法的分离原理是：溶于流动相(mobile phase)中的各组分经过固定相时，由于与固定相(stationary phase)发生作用（吸附、分配、离子吸引、排阻、亲和）的大

固定相中流出。又称为色层法、层析法。色谱法最早是由俄国植物学家茨维特（Tswett）在1906年研究用碳酸钙分离植物色素时发现的，色谱法(Chromatography)因之得名。后来在此基础上发展出纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法。高校液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography,HPLC）是以液体作为流动相的一种色谱分析法，与气象色谱相比，它同样具有高灵敏度，高效能和高速度的特点，但它的应用范围更广泛。据估计，在自然界数百万中有机化合物中，仅有20％可以不经过化学预处理，直接采用GC，而对于总数的75％－80％，则可采用高效液相色谱进行分离分析，特别是许多高沸点、难挥发、热稳定性差的物质，如生物化学制剂，金属有机结合物等物质的分离分析，更要借助高效液相色谱方法。HPLC系统一般由输液泵、进样器、色谱柱、检测器、在线脱气机、数据记录及处理装置、微机控制系统等组成。其中输液泵、色谱柱、检测器是关键部件。有的仪器还有梯度洗脱装置、自动进样器、预柱或保护柱、柱温控制器等。

气相色谱中评价色谱柱柱效的方法及计算理论塔板数的公式同样适用于高校液相色谱：

tt n?5.54(R)2?16(R)2 Y1/2Y

三、仪器与试剂

1．仪器

恒流泵；光电二极管阵列检测器；高压六通进样阀；色谱工作站；色谱柱：填充C－18烷基键合相固定相；25?L微量进样器；超声波清洗器。

2．试剂

重蒸水；甲醇（色谱纯）；苯甲醇；苯；甲苯；正己烷等均为分析纯。 标准溶液的配置

1）标准储备液： 配置含苯甲醇，苯，甲苯各1000?g·mL－1的正己烷溶液，待用。

2）标准溶液： 用上述储备液制含苯甲醇，苯，甲苯各10?g·mL－1的正己烷溶液，混匀待用。

3．实验条件

1）色谱柱：长150mm，内径4.6mm，装填C-18烷基键合相，颗粒度10?m的固定相。

2）流动相：甲醇:水（75:25，85:15），流量0.8mL·min－1。

3）二极管阵列监测器：选择波长240nm，254nm，260nm，275nm。 4）进样量：10?L 四、实验步骤

1．配置流动相甲醇和水。

2．打开计算机及 HPLC各模块电源，仪器开始自检，仪器自检通过并与计算机通讯成功（约1～2min）后，进入Online工作站。

3．系统初始化完成，在线脱气。

4．系统平衡后，吸取10uL标准溶液进样，记录色谱图，重复进样一次。

五、实验记录与处理

1．记录实验条件：色谱柱与固定相、流量、检测器及灵敏度、进样量。 2．记录各色谱图中苯甲醇，苯，甲苯等的保留时间tR及相应的色谱峰的半峰宽Y1/2代入公式计算对应理论塔板数。 六、思考题

1．在HPLC中，为什么可利用保留值定性，你认为这种方法可靠吗？ 2．液相色谱脱气对实验有何重要性？

实验5－1 氟离子选择电极测定水样中F

一、实验目的

1．掌握离子选择性电极法测定的基本原理。 2．了解总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用。 3．掌握水中氟离子含量的测定操作及数据处理方法。 二、实验原理

离子选择电极（ISE）分析法是六十年代以后发展起来的一种新技术。由于它使用的仪器简单，操作简便，所以得到广泛应用。

本实验所用的氟离子选择电极是由LaF3化合物晶体压制成膜片，固定

-

在聚四氟乙烯塑料管或玻璃管（即电极管）一端，以Ag-AgCl为内参比电极，0.1mol·L-1的NaF溶液为内参比溶液制成的离子选择性电极。当氟电极插入含F-的溶液时，LaF3敏感膜对F-产生响应，在膜和溶液的界面上产生一定的膜电位（Φ膜），该电位与F-离子浓度的关系在一定条件下遵守能斯特公式：

Φ膜 = K -2.303RT lg αF-

在一定条件下膜电位Φ膜与F-活度的对数值成直线关系。当氟离子选择性电极（做指示电极）与饱和甘汞电极（vs. SCE参比电极）插入被测溶液中组成原电池时，电池的电极电动势E在一定条件下与F-活度的对数值成直线关系：

E = K，-2.303RT lg αF-

式中K，值为包括内外参比电极的电位、液接电位等的常数。通过测量电池的电动势可以测定F-的活度。当溶液的总离子强度不变时，离子的活度系数为一定值，则电池电动势与F-的浓度CF-有如下关系：

E =K“ - 2.303RT lgCF-

E与F-的浓度CF-的对数值成直线关系。因此，为了测定F-的浓度，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的惰性电解质作总离子强度调节缓冲溶液，使它们的总离子强度相同。

当氟离子浓度在1～10-6 mol·L-1范围内时，氟电极电位与pF (F-浓度的负对数)成直线关系，可用标准曲线法或标准加入法进行测定。

在酸性溶液中，H+与部分F-形成HF或HF-2，会降低F-的浓度；在碱性溶液中，LaF3薄膜与H-发生交换作用而使溶液中F-浓度增加，并使La(OH)3沉积在电极表面上。因此溶液的酸度对测定有较大的影响，氟电极适宜测定的范围为5-8（视氟离子浓度大小而定）。

能与F-生成稳定络合物或难溶沉淀的元素（如Al、Fe、Zr、Th、Ca、Mg、Li及稀土元素等）会干扰测定，可用柠檬酸、DCTA、EDTA、磺基水杨酸及硫酸盐等掩蔽。

试样溶液中加入TISAB（总离子强度调节缓冲剂），可以起到控制一定的离子强度和酸度，以及掩蔽干扰离子等多种作用。 三、实验用品

1. 仪器

PHS-2型或PHS-3型精密酸度计以及各种型号的离子计；HDF或7601型氟电极；232或222型甘汞电极；电磁搅拌器。

2. 试剂

氟标准溶液：准确称取120℃下干燥2h的分析纯氟化钠4.199g，将它溶于去离子水，转入1L容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，放入聚乙烯瓶

中。

TISAB（总离子调节缓冲溶液）：于1000mL烧杯中，加入500mL去离子水和57mL冰醋酸、58g NaCl、12g柠檬酸搅拌至溶解。将烧杯放入冷水浴中，缓缓加入6mL NaOH溶液，用pH计调节pH值至5.0-5.5之间，冷至室温，转入1000mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。 四、实验步骤

1. 使用离子选择电极一般注意事项

电极在使用之前应按说明书要求进行活化、清洗。电极的敏感膜应保持清洁和完好，切勿玷污或受机械损伤。

固态膜电极钝化后，用M5（06#）金相砂纸抛光，一般可恢复原来的性能，或在湿鹿皮上放少量优质的牙膏及牙粉，用以摩擦氟电极，也可以使氟电极活化（有的氟电极的固态膜容易脱落，处理时应注意）。

测定时应按溶液从稀到浓的次序进行，在浓溶液中测定后应立即用去离子水清洗到空白电位，再测定稀溶液，否则将严重损伤电极寿命和测量准确度。电极也不宜在浓溶液中长时间的浸泡，以免影响检出下限。

使用后，应将它清洗到空白电位值，擦干，按要求保存。

氟离子选择性电极的准备：氟离子选择性电极在使用之前，宜在去离子水中浸泡数小时或过夜，或在1.0-3.0 mol·L-1NaF溶液中浸泡1-2小时，用去离子水洗到空白电位为300mV左右。电极晶片勿与坚硬物碰擦，晶片上如沾有污油，用脱脂棉依次用酒精、丙酮轻拭，再用去离子水洗净，电极在连续使用期间的间隙内可浸泡在水中，长期不用时应风干后保存。

2. 标准曲线法

吸取5mL 0.100 mol·L-1氟标准溶液于50mL容量瓶中，加入5mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，混匀。此溶液为10-2 mol·L-1氟标准溶液，用逐级稀释法配成浓度为10-3，10-4，10-5，及10-6 mol·L-1 F-溶液的标准系列，逐级稀释时只须加入4.5mL TISAB溶液。同时配空白溶液：于50mL容量瓶中，加入5mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，混匀。

启动仪器，再将标准系列溶液（包括空白溶液）由低浓度到高浓度依次转入干塑料烧杯中，插入氟离子选择性电极和参比电极（vs. SCE），用电磁搅拌器搅拌2分钟后，在保持搅拌速度不变的情况下（或停止搅拌半分钟），开始读取平衡电位，然后每隔半分钟读一次数，直至3min内不变为止（或取其平均值）。

所有标准系列测得电位值均减去空白溶液测得的电位值，求得一系列△E值，在普通坐标纸上作△E-pF图即得标准曲线。吸取自来水样25mL于50mL容量瓶中，加入5mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀，在与测绘标准曲线相同条件下测定电位，求△E。从标准曲线上查出F-浓度，

再计算自来水中的氟含量。

3. 标准加入法

准确吸取50mL自来水样于100mL容量瓶中，加入10mL TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀，吸取50mL于干塑料烧杯中，测定E1。在上述试液中准确加入0.5mL浓度为10-3 mol?L-1的氟标准溶液，混匀，继续测定E2，计算出两次测定的电位差值。

根据测定结果，计算自来水中氟含量，并与标准曲线法测得的结果比较。

五、实验记录与处理

1．列表记录实验数据，在坐标纸上绘制E~lgCF-或E~pF曲线。

2．根据水样测得的电位值，在校正曲线上查得其对应的浓度，计算水样中F-的含量。

3． 根据标准加入法所得的△E和从校正曲线上计算所得的电极响应斜率S代入方程式：

?EcsVs cx?(10S?1)?1 Vx?Vs

计算水样中F-的含量。式中：cs和Vs分别为标准溶液的浓度和体积；cx和Vx分别为试样溶液中的F-浓度和体积。 六、思考题

1．氟离子选择性电极在使用时应注意哪些问题？ 2．氟离子选择电极测定水样中F-浓度的原理是什么？ 3．所添加TISAB的作用有哪些？

实验5－2 电位滴定法连续测定水中的氯和碘

一、实验目的

1．掌握电位滴定的原理及其方法。

2．熟悉ZD-2自动电位滴定仪的操作步骤。 二、实验原理

氯离子是水中主要的阴离子之一，一般当氯离子含量超过250mg·L-1时，就含有一定碱味。水中氯离子含量过高时，对金属管道和农作物等都

有害处。在常规滴定分析氯离子含量中，一般采用AgNO3作标准溶液滴定，它的滴定终点是采用了K2CrO4和NH4Fe(SO4)2等为指示剂；而碘离子共存时，使用常规滴定分析法无法将氯离子和碘离子分别连续滴定。如果采用电位法来进行滴定，由于在沉淀滴定中AgCl和AgI的溶度积常数（Ksp）相差较大（Ksp(AgI)=9.3×10-17，Ksp(AgCl)=1.8×10-10），在滴定过程中先生成AgI沉淀，然后再生成AgCl沉淀。所以，在采用电位滴定法进行滴定分析时，会得到两个滴定突跃，从而可以实施氯离子和碘离子分别连续滴定。

如果在常规滴定分析中，被测试样较浑浊或带有颜色，则靠指示剂的颜色改变来确定终点就有困难，如维生素B1中氯含量的测定，由于维生素B1片剂中含有糊精和淀粉等添加剂，形成悬浊液而致使终点难以用指示剂来指示，所以只能采用电位滴定法来克服这一困难而顺利实施滴定。

用AgNO3作标准溶液滴定Cl-和I-时，发生下列反应：

Ag++I-=AgI↓ Ksp=9.3×10-17 Ag+ + Cl-=AgCl↓ Ksp=1.8×10-10

电位滴定时可选择对氯离子和碘离子或银离子有响应的电极为指示电极，选择带硝酸钾的双盐桥饱和甘汞电极作参比电极（vs.SCE）。由于是对Cl-和I-进行连续滴定，所以应当选用对银离子有响应的银电极为指示电极。由于银电极的电位与银离子的浓度有关，在25℃时：

EAg+/Ag=E0+0.0591lg[Ag+]

滴定中，首先沉淀的是AgI，在样品中的碘离子尚末完全沉淀之前，体系的电位变化很慢，在第一化学计量点，[Ag+]迅速增加至AgCl的Ksp，同样，在氯离子尚末完全沉淀之前，体系的电位和[Ag+]保持相对稳定，随后体系的电位值又迅速增加，表明第二等当点的到达。

即随着滴定的进行，银离子的浓度逐渐改变，原电池的电池电动势亦随之改变，在上述两个沉淀反应的化学计量点附近会出现明显的电池电动势的突跃。以E（mV）为纵坐标，加入的滴定剂的体积V为横坐标，绘制电位滴定曲线，滴定终点可以由滴定曲线来确定，本实验典型滴定曲线如图5-5所示。按教材论述，也可以用一次微商（△E/△V～V作图），或二次微商法（△2E/△V2～V作图）求得滴定终点。二次微商法是一种可以不经过绘图手续，通过简单计算就可以求得终点的方法，结果比较准确，这种方法是基于在滴定终点时，二次微商等于零。

图5-5 E-V电位滴定曲线（三切线法求终点电位）

三、仪器与试剂

1．仪器

ZD-2自动电位滴定仪；216型银电极；217型饱和甘汞电极（双盐桥）；磁力搅拌器（包括搅拌子一个）；25mL滴定管一支；吸量管（移液管）10mL一支；以及量筒，烧杯和洗瓶等。

2．试剂

硝酸银标准溶液：0.1mol·L-1（必要时可用NaCl或KCl标定）；NaCl，AR级以上；NaI（或KI），AR级以上；实验用水为二次去离子水。 四、实验步骤

1．滴定池安装及ZD-2自动电位滴定仪调节

1） 滴定池安装：如下图5-6（其中玻璃电极为酸碱滴定时所用，本实验更换为银电极）。

2）ZD-2自动电位滴定仪调节：

手动滴定：先将仪器功能钮调整至“mV”档和测量档，将滴定选择调至“手动”，校正钮逆时针调到头，调整好电磁阀控制好滴定剂的流量，然后每按下一次“滴定”钮，滴定剂流出，抬起停止。开始时每次加入的滴定剂可以大一些（如1mL到3mL），接近终点时每次加入的滴定剂要相对的小一些（如0.2mL左右）。每次记录滴定剂滴下毫升数和电池电动势的变化值。绘制滴定曲线，求得突跃时的终点电池电动势值。

自动滴定：先将仪器功能钮调整至“mV”档和测量档。将滴定选择调至“自动”，将功能钮调至“终点”，然后用“终点电位”钮将数字显示调整至实验滴定体系的终点电位值，调回“测量”，按下滴定钮，ZD-2开始实施自动滴定，直至到达终点电位，滴定停止，读取消耗的滴定剂毫升数即可。如果实施连续滴定，在第一个终点到达后，再调整“终点电位”钮将数字显示到第二终点电位值，按上述继续实施自动电位滴定即可。

2．水中的氯离子和碘离子的电位滴定分析

1）氯离子和碘离子的滴定终点电池电动势的测定

用移液管准确移取氯离子和碘离子的混合液10mL于50mL（或100mL）烧杯中，加入10mL（或25mL）二次去离子水，放入搅拌子，再将洗净的银电极和双盐桥饱和甘汞电极插入溶液，调整搅拌速度为一定（注意：搅拌子不要和电极相碰），在滴定管内注入标准溶液（本实验为AgNO3），调好刻度，按“1”中手动方式进行滴定，绘制曲线，找出氯离子和碘离子的滴定终点时的电池电动势（终点电位）。

图5-6电位滴定装置示意图

2）水样中氯离子和碘离子的含量测定

用移液管准确移取含氯离子和碘离子的水样10mL于50mL（或100mL）烧杯中，加入10mL（或25mL）二次去离子水，放入搅拌子，再将洗净的银电极和双盐桥饱和甘汞电极插入溶液，调整搅拌速度为一定（注意：搅拌子不要和电极相碰），在滴定管内注入标准溶液（本实验为AgNO3），调好刻度，按“1”中自动动方式先调节到第一个终点电位（由手动滴定求得，下同），进行自动滴定，然后再调节第二个终点电位，进行自动滴定，分别记下它们在各自终点时所消耗的滴定剂的毫升数。重复测定两次。

2．标准曲线的绘制

取7支10mL具塞比色管，按表7-1所列数据配制标准色列。

以上溶液摇匀，避开阳光直射放置15min，在540nm波长处，用1cm比色皿，以水为参比，测定吸光度。以吸光度为纵坐标，相应的标准溶液中NO2-含量（μg ）为横坐标，绘制标准曲线。

表7-1 亚硝酸钠标准色列 管号 0 1 2 3 4 5

6 亚硝酸钠标准0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 溶液/mL 0.60 吸收原液/mL 水/mL 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 NO2-含量/μg 4.00 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

3．样品的测定

采样后放置15min，将样品溶液移入1cm比色皿中，按绘制标准曲线的方法和条件测定空白溶液和样品溶液的吸光度。计算结果时应乘以吸释倍数。 计算公式：

(A?A0)?0.76Vn1b 氮氧化物（NO2，mg/m3）??式中：A---样品溶液的吸光度。

A0---试剂空白溶液的吸光度。

b---标准曲线斜率，即单位吸光度对应的NO2-的毫克数。 Vn---标准状态下的采样体积（L）。

0.76---NO2（气）转换为NO2-（液）的系数。 五、实验记录与处理

1．列表记录各项实验数据。 2．绘制标准曲线。

3．求出大气中氮氧化物的含量。 六、注意事项

1．吸收液应避光，且不能长时间暴露在空气中，以防止光照使吸收液显色或吸收空气中的氮氧化合物而使试剂空白值增高。

2．氧化管适于在相对湿度为30-70%时使用。当空气相对湿度大于70%时，应勤换氧化管，小于30%时，则在使用前，用经过水面的潮湿空气通过氧化管，平衡1h。在使用过程中，应经常注意氧化管是否吸湿引起板结，或者变成绿色。若板结会使采样系统阻力增大，影响流量，若变成绿色，表示氧化管已失效。

3．亚硝酸钠（固体）应密封保存，防止空气及湿气侵入。部分氧化成硝酸钠或是呈粉末状的试剂都不能不直接法配制标准溶液。若无可粒状亚硝酸钠试剂，可用高锰酸钾容量法标定出亚硝酸钠贮备溶液的准确浓度后，再稀释为含5.0μg ?mL-1亚硝酸根的标准溶液。

4．溶液若呈黄棕色，表明吸收液已受三氧化铬污染，该样品应报废。 5．绘制标准曲线，向各管中加亚硝酸钠标准使用溶液时，都应以均匀，缓慢的速度加入。 七、思考题

1．气体采集时间由什么因素来决定？

2．计算大气中氮氧化物含量时为什么要除0.76？ 3．影响实验结果准确度的可能因素有哪些？如何避免？

实验7-4 苯酚、苯甲酸、苯胺的紫外光谱定性鉴定及苯胺含量分析 一 、实验目的

1．掌握吸收光谱法进行物质定性分析的基本原理。 2．掌握差示分光光度法的基本原理。

3．学习UV2300型紫外分光光度计的使用方法。 二、实验原理

各种物质由于结构的不同，就有不同的可见及紫外吸收光谱曲线。换句话说，就是具有吸收曲线上的不同最大吸收波长λmax、最低吸收波长λmin。它们及肩峰以及整个吸收光谱的形状决定于物质的性质，其特征随物质结构而异，是进行物质定性的依据。所以在进行定性分析时，通常是根据λmax，吸收系数εmax和εmaxλ1/εmaxλ2比值等物理常数来进行的。在本实验中，要鉴

定苯酚，苯甲酸及苯胺三种物质，我们首先从文献上查得三种物质的λmax及摩尔吸收系数εmax并算出吸收系数的比值εmaxλ1/εmaxλ2，现列表如下：

λmax εmax εmaxλ1 物质 溶剂 （nm） εmaxλ2 苯酚 苯甲酸 苯胺 210.5 270 230 270 230 280 6200 1450 10000 800 8600 1430 4.3 12.5 6 水 水 水

然后在紫外分光光度计上分别作三物质水溶液（试液）的吸收光谱曲线。再由曲线上找出λmax，并计算出λmax对应的吸光度的比值。与表上所列数值进行对照，比较λmax及吸光度比值是否一致，即可判断是何种物质。

用紫外分光光度计进行定量分析时，若被分析物质波度太低，可将选择开关置于“?0.1”即可使透光率的读数扩展十倍，有利于低浓度的分析。对于高浓度的分析，则可用差示分光光度法来完成。其方法原理是：配两种比试样溶液稍稀的标准溶液C1

根据郎白---比尔定律：A= εLCx

A1= εLC1, ； A2= εLC2 及 Ax= εLCx A2-A1= εL(C2-C1) Ax-A1= εL(Cx-C1)

因为以C1作参比溶液，所以A1=0，因此： A2= εL(C2-C1) AX= εL(CX-C1)

解联立方程式可以求得试液的浓度CX。 三、仪器与试剂

1．仪器

紫外－可见分光光度计（UV2300）；细口瓶；容量瓶；吸量管；滴定管；吸液球；烧杯。

2．试剂

没有标签的苯酚水溶液，浓度约3?10-3mol?L-1，称A溶液；没有标签的苯甲酸水溶液，浓度约3?10-3mol?L-1，称B溶液；没有标签的苯胺水溶液，浓度约3?10-3mol?L-1，称为C溶液；

标准苯胺溶液（3?10-3mol?L-1）：称取分析纯苯胺0.1400克溶于少量水中，然后转移至500毫升容量瓶中，加水稀释至刻度。 四、实验步骤

1．取A溶液、B溶液及C溶液各2.50mL，分别放入三只50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，则得A＃、B＃、C＃三种溶液。

2．取三只50mL容量瓶，用滴定管分别加入3?10-3mol?L-1苯胺标准溶液2.00、2.50及5.00mL，用水稀释至刻度，得1＃、2＃及3＃溶液。

3．在UV2300型分光光度计上，光源用氢弧灯，吸收池用石英池，以蒸馏水作参比液，分别对A＃、B＃及C＃溶液在200-360nm波长范围扫描，绘制苯酚、苯甲酸及苯胺的吸收光谱曲线。由曲线上找出λmax，并求出λmax所对应的吸光度之比。鉴定A＃、B＃、C＃三溶液各为哪种物质。

4．在230nm波长下，先以蒸馏水作参比溶液，测定1＃、2＃及3＃溶液的消光值。测定结果可能是3＃溶液的吸光值为∞。假定3＃溶液的浓度不知道，是我们要测定的试液，为了确定3＃溶液的浓度，采用通常的分光光度法是不行的。为此，采用差示分光光度法则可解决问题。方法是以1＃溶液作参比溶液，调透光率为100.00，然后分别测得2＃及3＃溶液对1＃溶液的吸光度。以2＃溶液作标准溶液，试计算3＃溶液的浓度与配制的浓度是否相符。

5．结束工作：1）先关闭记录器及灯电源的电源，再关闭主机电源，最后拉开-220V电源刀闸。2）用自来水，蒸馏水洗干净吸收池。3）整理好药品、仪器。 五、实验记录与处理

1．列表记录各项实验数据。

2．定性鉴定苯酚、苯甲酸及苯胺。 3．高浓度苯胺的定量分析。 六、思考题

1．紫外分光光度法的定性依据是什么？

2．紫外分光光度法在分析化学中有哪些应用？ 3．影响紫外吸收够的因素有哪些？

实验10－1 火焰原子吸收分光光度法测定固体样品中铁含量 一、实验目的

1．掌握火焰原子吸收光谱分析的基本理论 2．熟练掌握原子吸收分光光度计操作过程 二、实验原理

原子通常处于能量最低的基态。当辐射通过原子蒸汽，且辐射频率相当于原子中的电子由基态跃迁到较高的能态所需要能量的频率时，原子从入射辐射中吸收能量，发生共振吸收，产生原子吸收光谱。 本实验中利用铁空心阴极元素灯发出被测元素的特征辐射光，样品溶液直接喷入空气—乙炔火焰。在火焰中形成的铁基态原子蒸汽吸收特征辐射光。通过测定特征辐射光被吸收的大小，来计算出待测元素的含量。 本实验的定量方法采用标准曲线法：配制铁标准系列溶液，在标准条件下，测定各标准样品的吸光度值Ai，以吸光度值Ai （i =1，2，3，4，5…）对被测元素的含量ci （i =1，2，3，4，5…）绘制校正曲线A = f (c)。在同样条件下，测定待测样品的吸光度值Ax，从校正曲线求得其含量cx。 三、仪器与试剂

1．仪器

TAS-986原子吸收分光度计；空气-乙炔火焰原子化器；铁空心阴极灯；空气压缩机；容量瓶；移液管；烧杯。 2．试剂

硫酸亚铁铵(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O（优级纯，分子量392.12）；硝酸（优级纯）；待测固体样品。 四、实验步骤

1．配制标准铁溶液（0.1mg·mL-1）：准确称取0.7022g优级纯硫酸亚铁铵(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O于烧杯中，水溶解，加2.5mL 30%HNO3，用5% HNO3(体积分数)移入1000mL容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀。铁的浓度为0.1 mg·mL-1。

2．配制1、2、3、4、5 μg·mL-1系列铁标准溶液。 3．样品处理

用天平准确称取1.5g左右固体样品于烧杯中，滴加5mL 30%HNO3，待溶解完全后，移入50mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，并做空白溶液。

4．测定

(1) 实验条件的选择 a．选择吸收波长。 b．选择灯电流。

c．选择单色器光谱通带。

d. 选择燃烧器高度、位置。 e. 选择燃气-助燃气流量比。 (2) 样品的测定

按照选出的测定条件，采用铁空心阴极灯，测定铁标准系列中各不同浓度溶液的吸光度，以蒸馏水做参比溶液绘制铁标准曲线。

测定试样溶液的吸光度，从标准曲线得出试样溶液铁的浓度Cx（μg·mL-1）。

测定空白溶液的吸光度值，从标准曲线得出空白溶液中铁的浓度C0（μg·mL-1） 五、数据记录与处理

1．列表记录所测数据

2．以所测数据绘制各元素A~C标准曲线

3．从工作曲线上查出试液中该元素的浓度，按下式计算其含量：

w(?g?g?1)?其中：G为所称量的样品质量（g）。 六、思考题

(Cx?C0)?50W1．简述原子吸收光谱分析法的基本原理。 2．原子吸收光谱法中对光源有什么要求？

3．采用原子吸收光谱法，常用的定量分析方法有哪些？

实验9－1 电感耦合等离子体发射光谱法测定水样中的金属含量 一、实验目的

1．掌握ICP-AES分析的基本原理。

2．学习ICP发射光谱仪的操作和分析方法。 3．应用ICP-AES测定水样中的金属含量。 二、实验原理

ICP光谱仪是一种以电感耦合高频等离子体为光源的原子发射光谱装置。由高频等离子体发生器、等离子炬管、进样系统、分光系统、测光系统和数据处理系统组成高频等离子体发生器向耦合线圈提供高频能量，等离子炬管置于耦合线圈中心，内通冷却气、辅助气和载气，在炬管中产生高频电磁场。用微电火花引燃，让部分氩气电离，产生电子和离子。电子

在高频电磁场中获得高能量，通过碰撞把能量转移给氩原子，使之进一步电离，产生更多的电子和离子。当该过程象雪崩一样进行时，导电气体受高频电磁场作用，形成一个与耦合线圈同心的涡流区。强大的电流产生的高热把气体加热，从而形成火炬形状的可以自持的等离子体。由于高频电流的趋肤效应，等离子体呈环状。试样气溶胶通过的是温度较低的中心通道，因此不易扩散到ICP火焰周围而形成产生自吸的冷蒸气层。试样由载气带入雾化系统进行雾化，以气溶胶形式进入轴向通道，在高温和惰性氩气气氛中，气溶胶微粒被充分蒸发、原子化、激发和电离。被激发的原子和离子发射出很强的原子谱线和离子谱线。分光检测系统将各被测元素发射的特征谱线经过分光、光电转换、检测，由数据处理系统对实验数据进行处理打印输出。在ICP光谱仪中，元素的光谱定量分析的依据与火焰发射光谱法相同。

ICP光源具有环形通道、高温、惰性气氛等特点，因而有检出限低、精密度高、线性范围宽、基体效应小等优点，可用于高、中、低含量的70个元素的同时测定。 三、仪器与试剂

1．仪器

电感耦合等离子体发射光谱仪（PerkinElmer公司Optima 2100 DV）；移液管；容量瓶。

2．试剂

氩气（纯度99.99%以上）；去离子水；HNO3（优级纯）；Mg、Zn、Al标准贮备液（浓度为100μg·mL-1）。 四、实验步骤

1．ICP-AES 测定条件

工作气体：氩气；等离子体气体流量为15L·min-1；辅助气气体流量0.2 L·min-1；雾化器气体流量为0.8 L·min-1。射频功率为1300W。蠕动泵泵速度为1.5mL·min-1。

分析波长：Mg为285.213nm；Zn为206.200nm；Al为396.153nm。 2．配制标准溶液

分别移取Mg、Zn、Al标准工作液于10mL的容量瓶中，配制混合标准系列溶液（各元素浓度见下表）。

1# (μg·mL-1) 2# (μg·mL-1) 3# (μg·mL-1) Mg 5 10 20 Zn 1.0 2.0 4.0

Al 0.5 1.0 2.0 空白溶液：配制1%（V/V）硝酸溶液 3．试样制备 水样为自行配制 4．仪器开机

1）打开氩气，调节压力为0.7MPa，打开空压机、循环水以及排风； 2）打开主机，开启计算机，打开WinLab32软件，使电脑与主机通讯；

3）装好进样管、废液管，开启蠕动泵，检查是否有液体由废液管排出；

4）在方法编辑页面里，分别输入被测元素的各种参数； 5）点燃等离子体，待炬焰稳定，仪器即处于工作状态。 5．工作曲线和试样分析

1）吸入空白溶液，得到空白溶液中的Mg、Zn、Al发射信号强度。 2）由低浓度至高浓度分别吸人混合标准溶液，得到不同浓度所对应的Mg、Zn、Al的发射信号强度。

3）吸入空白溶液，冲洗进样系统。

4）吸入样品溶液，分别得到Mg、Zn、Al的发射信号强度。 5）吸入空白溶液，冲洗进样系统后，结束实验。 6．精密度测定

选择较低浓度的Mg、Zn、Al溶液，重复测定10次，计算ICP-AES方法测定Mg、Zn、Al的精密度。

7．关机程序

1）吸入稀硝酸冲洗3～5min，然后吸入蒸馏水清洗雾化器3～5min： 2）关闭等离子体；

3）排空导管中的废液后，退出方法编辑页面；

4）关主机电源、冷却器、空压机，排除空压机中的凝结水； 5）按要求关闭计算机； 6）松开进样管、废液管。 五、数据记录与处理

1．工作曲线和试样分析

应用Winlab32软件，制作Mg、Zn、Al的工作曲线，打印工作曲线，评价工作曲线的线性。

2．精密度

重复10次测定一低浓度Mg、Zn、Al的标液，计算RSD。 3．试样分析

根据工作曲线计算样品中Mg、Zn、Al的浓度。 六、问题讨论

1．等离子体发射光谱与原子吸收光谱的主要区别是什么？

2．描述ICP中等离子体是怎样产生和维持的（适当的绘图）？

实验8－1 红外光谱的测定及结构分析

一、实验目的

1．掌握红外光谱法进行物质结构分析的基本原理，能够利用红外光谱鉴别官能团，并根据官能团确定未知组分的主要结构；

2．了解红外光谱测定的样品制备方法； 3．学会红外分光光度计的使用。 二、实验原理

红外光谱反映分子的振动情况。当用一定频率的红外光照射某物质时，若该物质的分子中某集团的振动频率与之相同，则该物质就能吸收此种红外光，使分子由振动基态跃迁到激发态。若用不同频率的红外光通过待测物质时就会出现不同强弱的吸收现象。

由于不同化合物具有其特征的红外光谱，因此可以用红外光谱对物质进行结构分析。同时，根据分光光度原理，若选定待测物质的某特征波数吸收峰，利用吸收峰强度也可以对物质进行定量分析。

测定未知物结构是红外光谱定性分析的一个重要用途。根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状。利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，并推断分子的结构，鉴定的步骤如下：

(1) 对样品做初步了解，如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果，及物理性质(分子量、沸点、熔点)。

(2) 确定未知物不饱和度，以推测化合物可能的结构； (3) 图谱解析；

① 首先在“官能团区”(4000～1300cm-1)搜寻官能团的特征伸缩振动；

② 再根据“指纹区”(1300～600cm-1)的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。

由于绝大部分有机物的红外光谱比较复杂，特别是指纹区的许多谱峰无法一一归属，因此，仅仅依靠红外光谱图的解析常常难以确定有机物的

结构，通常还需要借助于标准试样或红外标准谱图。同一物质再相同的测定条件下测得的红外光谱有很好的重复性，如果两张谱图中各吸收峰的位置、形状及其相对强度一致，则两个化合物具有相同结构。因此，可以通过比对试样与标准物质的红外光谱，或比较试样的红外光谱与红外标准谱图，进行定性分析。 三、仪器与试剂

1．仪器

红外分光光度计(BRUKER TENSOR 27型)；压片机、固体压片模具、玛瑙研钵、可拆式液体池、盐片等。

2．试剂

KBr(AR)；无水乙醇(AR)、待测样品（水杨酸；对苯二酚；葡萄糖；邻苯二甲酸；萘；甲苯；乙二醇；正庚烷等。）。 四、实验步骤

1．样品制备

(1) 液体样品的制备

采用液体吸收池法制备试样。将可拆式液体样品池的盐片从干燥器中取出，用几滴无水乙醇清洗盐片后，置于红外灯下烘干备用。将盐片放在可拆液池的孔中央，在盐片上滴一滴试样，将另一盐片平压在上面(不能有气泡)组装好液池。

将液体吸收池置于光度计样品托架上，即可准备扫谱。 (2) 固体样品的制备

采用压片法，先加入1－2mg的样品在玛瑙研钵中磨细后加入100－200mg已干燥的KBr粉未，充分混合并研磨，使平均尺寸为2μm即可，将研好的粉末均匀的放入模具内，然后将模具放入压片机中，在10T/cm2左右的压力下1－2min即可得到透明或均匀半透明的薄片，压力不宜太高，否则会损坏模具。

将此片装于样品架上，即可准备扫谱。 2．样品测试

(1) 打开红外分光光度计的开关，并打开电脑。 (2) 打开电脑桌面的OPUS软件。

(3) 打开“高级测量”选项，建立样品名称。

(4) 将压好的KBr片（未加样品的）放入样品架，扫描背景单通道。 (5) 将样品置于样品架上，扫描样品单通道。 (6) 对扫描好的样品谱图的峰位进行标注。 (7) 打印谱图，取出样品室内样品。

(8) 若测试液体样品，扫谱结束后，及时用无水乙醇洗去样品，并按

前面方法清洗盐片并保存在干燥器中。若测试样品为固体，扫谱结束后，取出薄片，按要求将模具、样品架等清理干净，妥善保管。 五、数据记录与处理

1．根据红外特征集团频率图，指出试样谱图上基团的频率及其归属。 2．归纳各已知化合物中相同基团出现的频率范围。

3．列表记录各化合物明显的吸收峰位置，标出其可能的官能团。 六、注意事项

1．制备试样是否规范直接关系到红外图谱的准确性，所以对液体样品，应注意使盐片保持干燥透明，每次测定前后均应用无水乙醇及滑石粉抛光，在红外灯下烘干。

对固体样品经研磨后也应随时注意防止吸水，否则压出的片子易沾在模具上。

2．溴化钾对钢制模具表面的腐蚀性很大，模具用过后必须及时清洗干净，然后保存在干燥环境中。 七、思考题

1．用FT-IR测样品为什么要先扣背景?

2．醇类、羧酸和脂类化合物的红外光谱有何区别?

实验12-1 气相色谱/质谱联用仪测定有机混合溶剂

一、实验目的

1．理解和掌握GC/MS技术的原理。

2．学习和掌握GC/MS技术分析有机物的方法。 二、实验原理

图12-5 质谱仪结构示意图

图12-6 质谱示意图

气相色谱是理想的进样系统，质谱是理想的分析系统。

质谱分析法是在真空系统中，通过对样品所生成的气态离子质量及其强度的测定，进行成分和结构分析的方法，其基本过程如下：

1）样品的离子化：通过电子轰击离子化等方法使样品分子转变为气态离子，对于有机化合物，如果在离子化过程中接受了过多的能量，新生的分子离子会进一步裂解，生成各种碎片离子。

2）离子的分离、分析、检测。

3）信号记录，数据采集及处理。 三、仪器与试剂

1．仪器

Agilent GC6890/MS5975气相色谱质谱联用仪；自动进样器；色谱柱 HP-5。

2．试剂

未知混合样：以苯，甲苯、丁苯、对二甲苯、正己烷五种分析纯试剂混合而成。

3．实验条件 1）进样量：2uL 2）柱流速：1.6ml·min-1 3）进样口温度 250℃

4）柱温 50℃保持5min，5℃·min－1升至200℃ 5）电离方式：70ev电子轰击 6）质荷比扫描范围m/z13～400 四、实验步骤

1．打开载气减压阀。

2．打开计算机，及气相色谱、质谱电源，等待气相色谱完成自检，质谱真空泵工作正常，进入化学工作站。

3．调协（开机两小时后进行）。

4．编辑方法：包括进样方式、气相色谱条件、质谱条件等。实验条件： 1）载气流量：1.6mL·min-1； 2）分流比：50:1； 3）进样温度：250℃；

4）柱温：50℃保持5min，5℃·min-1升至200℃； 5）电离方式，70ev电子轰击； 6）质荷比扫描范围：m/z13～400。 5．保存方法，调出方法，开始进样。

6．分析数据，对有机物混合样品进行定性分析，打印报告。 五、实验记录与处理

1．分析各化合物质谱图，分别各化合物特征离子。 2．利用谱库检索，确定样品中的有机化合物。

3．分辩几个典型化合物的分子离子峰、碎片离子峰、重排离子峰及同位素峰。

六、思考题

1．比较GC和GC/MS确定有机化合物的优缺点。 2．如何用GC/MS进行定量分析？

实验14－1 结晶样品的粉末衍射法测定

一、实验目的

1．学习并了解X射线衍射仪的构成与工作原理；

2．掌握X射线衍射仪的基本使用方法与粉末样品制备方法； 3．掌握实验数据的基本处理方法。 二、实验原理

X射线是一种电磁波，入射晶体时晶体中产生周期变化的电磁场。原子中的电子和原子核受迫振动，原子核的振动因其质量很大而忽略不计。振动着的电子成为次生X射线的波源，其波长、周相与入射光相同。基于晶体结构的周期性，晶体中各个电子的散射波可相互干涉相互叠加，称之为衍射。散射波周相一致相互加强的方向称衍射方向，产生衍射线。

X射线一定时，晶体可能产生衍射的方向取决于晶体微观结构的类型及其基本尺寸，排除非弥散衍射时它们之间的关系服从Bragg方程：

2dsin?=n?

式中d为晶面间距，θ为衍射角，n为衍射级数，λ为入射光特征波长(本实验中为Cu Kα辐射特征波长，1.5418?) 。

而X射线对于晶体的衍射强度是由晶体晶胞中原子的元素种类、数目及其排列方式决定的，仪器等实验条件对其数值也有影响。

组成物质的各种相都具有各自特定的晶体结构(点阵类型、晶胞形状与大小及各自的结构基元等)，因而具有各自的X射线衍射花样特征(衍射线位置与强度)。依据此，可利用X射线衍射测定对物相进行定性、定量分析等。

X射线衍射仪是利用X射线衍射法对物质进行非破坏性分析的仪器，由X射线发生器、测角仪、X射线强度测量系统以及衍射仪控制与衍射数据采集、处理系统四大部分组成。实验过程中，X射线源经发散狭缝DS照射到样品上，衍射信息经防散射狭缝SS、接收狭缝RS，而进入检测系统感光器上，经过数据采集、处理系统即可得物质X射线衍射的信息。 三、仪器与试剂

1．仪器

日本岛津XRD-7000；玛瑙研钵；样品架。 2．试剂

粉状晶体材料（如催化剂、电极材料等）。 四、实验步骤

1．开机

打开总电源，然后开循环水制冷机组系统的电源（温度设置为20~25℃）， 打开XRD的电源和电脑，过两分钟左右再打开桌面上的XRD7000ver5.0。

2．制样

根据样品的不同性质对样品进行破碎或研磨(必要时过筛)。把样品粉末尽可能均匀地洒入样品架中，使样品在窗孔内摊匀堆好，用玻璃垂直压片来制作试片。所制备样品试片表面平整，不能高出样品架的基准面，也不

能低于样品架的基准面。

3．样品分析

将样品压片置于样品架中，在桌面上双击XRD7000ver5.0，进入操作主菜单，接着单击Display&Setup，单击Right Gonio Condition和Right Gonio Analysis按钮，进入分析条件(Right Gonio Condition)菜单，双击界面中的蓝色条带进入分析条件的设置（Standard condition Edit）。实验参数设置如下：

Scan range（扫描角度范围）：依据样品测试要求而定，未知试样简单物相分析通常选取2θ角范围为2～900。

Step（扫描步长）：一般为0.02。 Scan speed（扫描速度）：一般为2deg/min。 Voltage（电压）：一般为30~40kV。 Current（电流）：一般为30~40mA。 Receiving Slit（接受狭缝宽度）：一般为0.15。 Profile Display Scale（图形显示尺度）：选择Auto Scale，Unit一般选择为Cps，也可以选择Counts。

其他选项不需要修改。

设置好后点Ok键，进入样品编号设定对话框，设置自己的样品编号。然后依据前述XRD7000操作规程对样品进行测试。测试结果自动保存在XRD Data里面。

4．原始数据的初步处理

点击Basic Process，按操作规程进行数据处理。分析结束之后，点击File Maintenance，按操作规程进行数据转换工作。数据转换结束，在相应的文件夹中可以找到该文本文件。

5．分别改变实验样品种类，改变扫描速度，调整狭缝大小，考察实验结果。

6．拷贝实验数据。 7．关机

首先关XRD的电源，过15min左右，关循环水制冷机组系统的电源，最后关闭总电源和电脑。 五、注意事项

1．由于X-射线对人体有辐射危险，未经老师的同意请不要随便动仪器。

2．严格遵守实验步骤，以免仪器出错，耽误实验进程。

3．在实验完毕后，先关X-射线衍射仪，15min后关冷却水，确保水电关好后再离开。

4．实验期间，保持好实验室卫生。 六、数据记录与处理

1．用origin将实验结果进行作图，转贴到word文档上，打印后附在实验报告后面一起交上来。

2．讨论不同样品及不同实验分析条件下衍射谱图的变化规律及特点。 3．根据样品衍射谱图求取所做样品的特征峰分布，并计算出相应的晶面间距值。 样品名称 分析条件 2θ I I/Imax(%) d值

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