仪器分析实验讲义

1、仪仪 器器 分分 析析 实实 验验 张静、高强、刘伟、唐艳丽、岳宣峰 组成（10个实验）： v光 四个实验 （分光光度法（2）、紫外吸收 光谱法、荧光分析法） v电 四个实验（电位分析法：离子选择电极和 电位滴定法）、电导分析法、循环伏安法、库 伦分析法） v色谱 （液相色谱） 实验目录 1.邻二氮菲分光光度法测定微量铁 2.紫外分光光度法测定蛋白质含量 3.荧光光度法测定多维葡萄糖粉中维生素b2的含量 4.离子选择电极法测定氟离子 5.自动电位滴定法测定naoh浓度 6.库仑滴定测定硫代硫酸盐 7.循环伏安法测定亚铁氰化钾 8.电导法测定水质纯度 9.反相色谱法测定中药样品中延胡索乙素的含量

2、 要求与注意事项要求与注意事项 安全安全 卫生卫生 实验预习报告实验预习报告 实验操作实验操作 实验报告实验报告 学习目的：学习目的： 了解各种仪器分析方法的测定原理（了解各种仪器分析方法的测定原理（定性、定量定性、定量） 熟练掌握所用仪器的操作熟练掌握所用仪器的操作 正确表示实验结果正确表示实验结果 学会选择合适的仪器进行所需物质的分析学会选择合适的仪器进行所需物质的分析 1. 分析化学是做什么的？分析化学是做什么的？ 分析化学是化学测量和表征的科学！这句分析化学是化学测量和表征的科学！这句 话可展开为：话可展开为： 1）what? 定性分析定性分析(qualitative analysis

3、，表征，表征): 精确的描述其成分，含量、价态、状态、结构和精确的描述其成分，含量、价态、状态、结构和 分布等特征；分布等特征； 2）how much? 定量分析定量分析(quantitative analysis， 测量测量): 获取制定体系中有关物质的质、量和结构获取制定体系中有关物质的质、量和结构 等各种信息。等各种信息。 第一部分 概述 一、分析化学分析化学 2. 分析化学分类分析化学分类 分析化学分为两类：化学分析以及仪器分析！分析化学分为两类：化学分析以及仪器分析！ 化学分析：以物质化学反应为基础的分析方法化学分析：以物质化学反应为基础的分析方法 化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方

4、法；化学分离：沉淀、萃取、蒸馏等分离方法； 定性方法：加入各种试剂，测量待测物（定性方法：加入各种试剂，测量待测物（analyte, target species）的颜色、沸熔点、气味、光学性质）的颜色、沸熔点、气味、光学性质 （拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的（拆射、反射、衍射等）以及在不同溶剂中的 溶解特性。溶解特性。 定量方法：重量法、滴定（容量）法定量方法：重量法、滴定（容量）法 仪器分析：以物质的物理性质和物理化学性质（光、仪器分析：以物质的物理性质和物理化学性质（光、 电、热、磁等）为基础的分析方法。电、热、磁等）为基础的分析方法。 化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代

5、沉淀、化学分离：色谱技术和毛细管电泳技术开始取代沉淀、 萃取、蒸馏等分离方法；萃取、蒸馏等分离方法； 定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性，定性定量方法：利用物质原子、分子、离子等的特性， 如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧如电导、电位、光吸收和发射、质荷比、荧 光等；光等； 评评 论：化学分析方法多适于常量分析！尽管此法仍有广泛应用，但随时间的推论：化学分析方法多适于常量分析！尽管此法仍有广泛应用，但随时间的推 移，尤其是随着大量的、新的仪器分析方法的出现，该法应用逐渐减！移，尤其是随着大量的、新的仪器分析方法的出现，该法应用逐渐减！ 思考：仪器分析方法所利用的许多物理现象的发

6、现有一个多世纪了，可为什么其思考：仪器分析方法所利用的许多物理现象的发现有一个多世纪了，可为什么其 应用却远远滞后？应用却远远滞后？ 分类分类 特性特性 仪器方法仪器方法 说明说明 光发射光发射 发射光谱（发射光谱（x x- -射线；紫外可见；电子；射线；紫外可见；电子；a augeruger） ；荧光；磷光和冷光（） ；荧光；磷光和冷光（x x- - 射线；紫外可见）射线；紫外可见） 光辐射由待测物产生光辐射由待测物产生 光吸收光吸收 分光光度法（分光光度法（x x- -射线；紫外可见；红外） ；声光光谱；核磁共振；电子射线；紫外可见；红外） ；声光光谱；核磁共振；电子 自旋共振光谱自旋共振

7、光谱 光散射光散射 浊度法；拉曼光谱浊度法；拉曼光谱 光折光折射射 折光分析；干涉法折光分析；干涉法 光衍射光衍射 x x- -射线和电子衍射光谱射线和电子衍射光谱 光光 学学 分分 析析 光偏转光偏转 旋光分析；旋光性色散分析；圆振二向色性分析旋光分析；旋光性色散分析；圆振二向色性分析 电磁辐射与待测物作电磁辐射与待测物作 用后产生的变化用后产生的变化 电电 位位 电位分析电位分析 电电 荷荷 库仑分析库仑分析 电电 流流 电流分析法；极谱分析电流分析法；极谱分析 电电 分分 析析 电电 阻阻 电导分析电导分析 四种电学特性的测量四种电学特性的测量 色谱分析色谱分析 薄层色谱；气相色谱；液相

8、色谱；离子色谱薄层色谱；气相色谱；液相色谱；离子色谱. 分分离离 分分析析 电电 泳泳 多组份同时分离分析多组份同时分离分析 质量质量/ /电荷电荷 重量分析；质谱分析重量分析；质谱分析 反应速率反应速率 动力学方法动力学方法 热性质热性质 热重分析；差示扫描；差热分析；热导分析热重分析；差示扫描；差热分析；热导分析 其其 它它 方方 法法 放射性放射性 活化活化分析（如中子活化） ；同位素稀释法分析（如中子活化） ；同位素稀释法 四种混合特性四种混合特性 仪器分析的特点 v 仪器分析一般具有较强的检测能力，可以方便用于痕量分析。化学仪器分析一般具有较强的检测能力，可以方便用于痕量分析。化学

9、分析的检测能力较差，只能用于常量组分及微量组分的分析分析的检测能力较差，只能用于常量组分及微量组分的分析 v 仪器分析法的取样量一般较少，可用于微量分析仪器分析法的取样量一般较少，可用于微量分析(0.110mg或或 0.011ml)和超微量分析（和超微量分析（0.1g或或10ml)或半微量分析或半微量分析(0.010.1g或或 110ml) v 仪器分析法具有很高的分析效率，化学分析法的分析效率较低仪器分析法具有很高的分析效率，化学分析法的分析效率较低 v 仪器分析具有更广泛的用途。仪器分析不但可用于成分分析、还可仪器分析具有更广泛的用途。仪器分析不但可用于成分分析、还可 进行价态、状态及结构

10、分析，无损分析，表面、微区分析，在线分进行价态、状态及结构分析，无损分析，表面、微区分析，在线分 析和活体分析。而化学分析法一般只能用于离线的成分分析。析和活体分析。而化学分析法一般只能用于离线的成分分析。 v 仪器分析法的准确度一般不如化学分析法。化学分析的相对误差小仪器分析法的准确度一般不如化学分析法。化学分析的相对误差小 于于0.2%，而仪器分析的相对误差通常为，而仪器分析的相对误差通常为15%，有的甚至大于，有的甚至大于10%。 v 仪器分析的仪器设备一般比较复杂，价格比较昂贵；而化学分析使仪器分析的仪器设备一般比较复杂，价格比较昂贵；而化学分析使 用的仪器一般都比较简单。用的仪器一般

11、都比较简单。 必须注意：必须注意： 1） 从化学分析到以上众多仪器分析中选择一个合适方从化学分析到以上众多仪器分析中选择一个合适方 法法 并不容易；并不容易； 2） 大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分析的大多仪器分析灵敏度较高，但不是所有仪器分析的 灵灵 敏度都比化学分析方法高；敏度都比化学分析方法高； 3） 仪器分析对多元素或化合物分析具更高的选择性，仪器分析对多元素或化合物分析具更高的选择性， 但但 化学分析中的重量或容量分析的选择性比仪器分化学分析中的重量或容量分析的选择性比仪器分 析法析法 要好；要好； 4） 从准确性、方便性和耗时上看，不能绝对地讲哪种从准确性、方便性和耗时上看

12、，不能绝对地讲哪种 方方 法更好。法更好。 1）电子计算机技术在一起分析中的广泛应用，自动化）电子计算机技术在一起分析中的广泛应用，自动化 、提高分析效率、灵敏度和准确度、提高分析效率、灵敏度和准确度 2）不同分析方法的联用，充分发挥各种分析方法的优）不同分析方法的联用，充分发挥各种分析方法的优 势，大大提高了仪器分析的功能。势，大大提高了仪器分析的功能。 3）化学、物理学、数学、电子学、计算机科学、生命）化学、物理学、数学、电子学、计算机科学、生命 科学等各学科的互相渗透、融合，使分析化学成为一科学等各学科的互相渗透、融合，使分析化学成为一 门综合性的学科门综合性的学科-分析学或分析科学。分

13、析学或分析科学。 仪器分析的发展现状仪器分析的发展现状 仪器性能及其表征仪器性能及其表征 问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分问题：如何判断哪种仪器分析方法可用于解决某个分 析问题呢？析问题呢？ 基于以上问题，你必须了解该仪器的性能，或者基于以上问题，你必须了解该仪器的性能，或者 说，该仪器到底可作什么分析？说，该仪器到底可作什么分析？ 仪器性能仪器性能及其表征及其表征 判判 据据 (criterion) 性能表征性能表征 (figures of merit) 精密度精密度 标准偏差；相对标准偏差；标准偏差；相对标准偏差； 变异系数；方差变异系数；方差 误差误差 绝对误差；相对误差绝

14、对误差；相对误差 灵敏度灵敏度 校正灵敏度；分析灵敏度校正灵敏度；分析灵敏度 检测限检测限 空白加空白加 3 倍的空白标准偏差倍的空白标准偏差 线性范围线性范围 可以分析的浓度范围可以分析的浓度范围 选择性选择性 选择性系数选择性系数 其它原则：其它原则： 分析速度分析速度； 分析难度或方便性分析难度或方便性； 对操作者的技能要求对操作者的技能要求； 仪器维护及实用性仪器维护及实用性； 分析测试费用分析测试费用。 定量分析方法评价指标定量分析方法评价指标 标准曲线标准曲线和灵敏度（被测定物质浓度或含量与仪器响和灵敏度（被测定物质浓度或含量与仪器响 应信号的关系曲线，其中成直线的部分称为线性范围

15、，应信号的关系曲线，其中成直线的部分称为线性范围， 回归方程、回归系数）回归方程、回归系数） 精密度精密度（使用同一方法，对同一试样进行多次测定所（使用同一方法，对同一试样进行多次测定所 得结果的一致程度（重复性和再现性），用标准偏差得结果的一致程度（重复性和再现性），用标准偏差s 和相对标准偏差量度和相对标准偏差量度rsd ） 准确度准确度（试样含量的测定值与试样含量真实值（或标（试样含量的测定值与试样含量真实值（或标 准值）相符合程度，用相对误差量度）准值）相符合程度，用相对误差量度）ex 检出限检出限，dl 选择性选择性 iupaciupac规定，评价一个分析方法的主要评价规定，评价一个

16、分析方法的主要评价 指标指标 精密度精密度 准确度准确度 检出限检出限 选择分析方法的几种考虑选择分析方法的几种考虑 仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象，到仪器分析方法众多，对一个所要进行分析的对象，到 底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑：底选择何种分析方法呢？可从以下几个方面考虑： 您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物您所分析的物质是元素？化合物？有机物？化合物 结构剖析？结构剖析？ 您对分析结果的准确度要求如何？您对分析结果的准确度要求如何？ 您的样品量是多少？您的样品量是多少？ 您样品中待测物浓度大小范围是多少？您样品中待测物浓度大小范围是多少？ 可能对待测物产生

17、干扰的组份是什么？可能对待测物产生干扰的组份是什么？ 样品基体的物理或化学性质如何？样品基体的物理或化学性质如何？ 您有多少样品，要测定多少目标物？您有多少样品，要测定多少目标物？ 定量测定的方法定量测定的方法 1. 标准曲线法标准曲线法 2. 标准加入法标准加入法 紫外-可见吸收光谱法 紫外-可见分光光度法，是以溶液中物质分子对光的选择性 吸收为基础而建立起来的一类分析方法。 特点：带光谱 分子光谱 应用：定性分析-最大吸收波长 定量分析-朗伯-比尔定律（标准曲线法和标准加入 法） 掌握掌握721型分光光度计的正确使用方法，并了解型分光光度计的正确使用方法，并了解 此仪器的主要构造。此仪器的

18、主要构造。 2+ nn 3fe2+ nn n nn n fe 了解了解721型分光光度计的正确使用方法，并了解此仪器的主要构型分光光度计的正确使用方法，并了解此仪器的主要构 造。造。 721型分光光度计型分光光度计， 280nm 275nm 荧光分析法 荧光分析法，是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐 射转入单重激发态，当其由激发态回到基态时产生的二次 辐射，以物质分子产生的光辐射为基础而建立起来的一类 分析方法。 特点：带光谱 分子光谱 应用：定性分析-激发波长和发射波长 定量分析-（标准曲线法） 荧光分析法荧光分析法 bcii f 0 303. 2 kci f 荧光分析法的特点荧光分析法

19、的特点 荧光分析仪器荧光分析仪器 液槽 显示器 单色器 检测器 i0 i if 光源 单色器 n n o o n hoh hoh hoh hh oh h3c h3c 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 原子吸收光谱法原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry，aas) 是根据物是根据物 质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。 特点：线光谱特点：线光谱 原子光谱原子光谱 应用：定性分析应用：定性分析-基本不做定性分析（一个元素一个灯）基本不做定性分析（一个元素一个灯） 定量分析定量分

20、析-朗伯朗伯-比尔定律比尔定律（标准曲线法）（标准曲线法） 电化学分析法电化学分析法 1. 定义：通过测量组成的电化学电池待测物溶液所产生的一些电特性而定义：通过测量组成的电化学电池待测物溶液所产生的一些电特性而 进行的分析。进行的分析。 分类：分类： 按测量参数分按测量参数分-电位、电重量法、库仑法、伏安法、电导。电位、电重量法、库仑法、伏安法、电导。 2. 特点：特点： 灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到被测物质的最低量可以达到10-12 mol/l数量级。数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便，尤其适合于化工生产中的

21、电化学仪器装置较为简单，操作方便，尤其适合于化工生产中的自动自动 控制和在线分析控制和在线分析。 - f 0.0592logeb 选择性选择性 阴离子阴离子: oh- laf3 + 3oh- la(oh)3 + 3f- 阳离子阳离子: fe3+、al3+、sn() ( 易与易与f-形成稳定配位离子形成稳定配位离子) 支持电解质支持电解质-控制试液的离子强度。控制试液的离子强度。 总离子强度调节缓冲液总离子强度调节缓冲液-控制试液控制试液ph和离子强度以及消除干扰。和离子强度以及消除干扰。 - f logec x / 101 e s c c 100 ss v c c )lmg(101922 -1

22、 x 6 x f ccc 1. 通常通常 酸性介质中，碘离子极易以酸性介质中，碘离子极易以100%的电流效率在铂电极上氧化生的电流效率在铂电极上氧化生 成碘，电生的碘滴定成碘，电生的碘滴定s2o32-，以电化学，以电化学/化学法指示终点，可进行化学法指示终点，可进行 na2s2o3的测定。的测定。 在含有在含有na2s2o3的碘化钾溶液中恒电流电解，阳极发生如下的碘化钾溶液中恒电流电解，阳极发生如下 反应，阳极产生的碘与反应，阳极产生的碘与s2o32-进行定量反应进行定量反应 阴极反应为阴极反应为 2h+ 2e-=h2 恒电流电解 电极反应产生滴定剂待测物质 反应电化学方法或指示剂指示指示剂指

23、示 终点根据电解过程中消耗电量 根据法拉第定律计算被测物质 的含量。 2 64 2 322 2 22 2i2 osiosi ei 34 66 fe(cn)fe(cn)e 0 0.36v(.nhe)vs red ox 0 pa ln c c nf rt cvadni 2/12/12/35 p 1069. 2 ie曲线 曲线 pcpa 0.059 n 1/2 p iv pa pc 1 i i pc pa pcpa0 () 2 pa i pc i cvadni 2/12/12/35 p 1069. 2 ci p 0 pc pa 分离分离与分析技术与分析技术 色谱法是一种分离技术。试样混合物的分离过程

24、也就是试样中各组分在色谱法是一种分离技术。试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在 称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相；其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为 流动相。流动相。 气相色谱：流动相为气体（称为载气）；按固定相的不同又分为：气固气相色谱：流动相为气体（称为载气）；按固定相的不同又分为：气固 色谱和气液色谱色谱和气液色谱 液相色谱：流动相为液体（称为淋洗液）。按固定相的不同分为

25、：液固液相色谱：流动相为液体（称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固 色谱和液液色谱。色谱和液液色谱。 气相色谱法的特点气相色谱法的特点 （1）分离效率高：）分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高：灵敏度高： 可以检测出可以检测出g.g-1(10-6)级甚至级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量级的物质量. （3） 分析速度快：分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 （4） 应用范围广：应用范围广： 适用于沸点低于适用于沸点低于400的各种

26、有机或无机试样的分析的各种有机或无机试样的分析。 不足之处：不足之处： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 气相色谱流程气相色谱流程 1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-减压阀；减压阀；3- 净化干燥管；净化干燥管；4-针形阀；针形阀；5- 流量计流量计;6-压力表；压力表；4-针形阀；针形阀； 5-流量计流量计;6-压力表；压力表；9-热导热导 检测器；检测器；10-放大器；放大器；11-温温 度控制器；度控制器；12-记录仪记录仪； 1. 载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制; 2. 进样系统：

27、进样器及气化室；进样系统：进样器及气化室； 3. 色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）；色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）； 4. 检测器：可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见；检测器：可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见； 5. 记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪；记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪； 6. 温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。 高效液相色谱是高效液相色谱是2020世纪世纪7070年代初发展起来的一种新型分离分析技术。他年代初发展起来的一种新型分离分析技术。他

28、 是在经典液相色谱的基础上，引入气相色谱理论，在技术上采用高压输是在经典液相色谱的基础上，引入气相色谱理论，在技术上采用高压输 压泵、梯度洗脱技术、新型高效填充剂及各种高灵敏度监测器。压泵、梯度洗脱技术、新型高效填充剂及各种高灵敏度监测器。 高效液相色谱与气相色谱比较，可供选择的流动相种类较多，从有机溶高效液相色谱与气相色谱比较，可供选择的流动相种类较多，从有机溶 剂到水溶剂，既能用纯溶剂又可用二元或多元混合溶剂，并可任意调配剂到水溶剂，既能用纯溶剂又可用二元或多元混合溶剂，并可任意调配 比例，通过改变溶剂极性或强度继而改变色谱柱效能、分离选择性和组比例，通过改变溶剂极性或强度继而改变色谱柱效

29、能、分离选择性和组 分的容量因子，最后实现改善色谱系统分离度的目的。分的容量因子，最后实现改善色谱系统分离度的目的。 高效液相色谱高效液相色谱 4. 4. 适用于高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分适用于高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分 析方法。析方法。 进样装置进样装置 流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置，流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置， 其结构如图所示：其结构如图所示： 紫外光度检测器（紫外光度检测器（uv）：最小检测量）：最小检测量10-9gml-1，对流量和温度的，对流量和温度的 波动不敏感，可用于梯度洗脱。波动不敏感，可用于

30、梯度洗脱。 最常用的检测器。最常用的检测器。 定性方法：定性方法： 1. 利用纯物质定性的方法利用纯物质定性的方法 利用保留值定性利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱 峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同 仪器上获得的数据之间的对比（仪器上获得的数据之间的对比（我们定性的依据我们定性的依据）。）。 利用加入法定性：利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相 对变化。对变化。 2.利用文献保留

31、值定性利用文献保留值定性 常用的几种定量方法常用的几种定量方法 （1 1）归一化法：若试样中含有）归一化法：若试样中含有n n个组分，且各组分均能洗出色谱峰，个组分，且各组分均能洗出色谱峰， 则其中某个组分的质量可按下式计算则其中某个组分的质量可按下式计算 特点及要求：特点及要求： 归一化法简便、准确；归一化法简便、准确； 进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大； 仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。 100 )( 100% 1 21 n i ii ii n i i af af mmm m c （2 2）内标法：在一定试样中加入一定量的内标物，根据待测组分和）内标法：在一定试样中加入一定量的内标物，根据待测组分和 内标物的峰面积及物质量计算待测物质质量的方法。内标物的峰面