应化仪器分析实验

1、1.仪器分析实验基础知识一、仪器分析实验目的1.掌握各类仪器分析的基本原理和方法2.熟悉各种专用仪器的基本结构、用途、定性定量分析的依据和方法3.掌握仪器分析相关实验技术二、仪器分析基本原理、分类及实验安排1.仪器分析法根据物质的物理性质或物理化学性质来获得物质组成、含量、结构及相关信息的分析方法。2.化学分析法利用物质的化学反应来获得物质组成、含量、结构及相关信息的分析方法。3.三类仪器分析方法（1）电化学分析法根据溶液的电学性质（如电位、电导、电流、电量等）和化学性质（如溶液的组成、浓度等），通过传感器电极来测定被测物浓度的仪器分析方法。【实验安排】硫酸磷酸混合酸的电位滴定分析；水中氟化物

2、的测定；电导滴定法测定食醋中乙酸的含量等（2）色谱分析法基于不同的被测组分在两相间的分配系数(与吸附能力或溶解能力有关)的不同来实现分离，通过检测器进行测量的仪器分析方法【实验安排】气相色谱仪的基本原理与使用方法；气相色谱法测定降水中的正构烷烃；高效液相色谱柱效能的评定；高效液相色谱仪测定未知样中的成分；离子色谱法测定水中的痕量阴离子；元素分析仪的使用等（3）光谱分析法基于物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的一类仪器分析方法【实验安排】红外光谱法的常规实验技术；分光光度法测定双组分混合物；原子吸收光谱法测定水体中的铁猛元素；石墨炉原子吸收法测定牛奶中的铜；原子荧光光谱法测定粗盐中的铅含量等三、

3、仪器分析相关实验技术（一）试剂的配制1.根据试剂本身性质确定配制方法纯度化学试剂等级一级二级三级四级中文标志优级纯(保证试剂)分析纯化学纯实验试剂英文简写G.RA.RC.R(C.P)L.R标签颜色绿色红色蓝色棕色应用范围精密科研分析一般科研分析一般工业分析一般化学制备稳定性2.根据试剂在实验中用途确定配制方法（1）作为标准溶液（具有已知准确浓度的溶液）用的试剂直接法间接法（2）作为一般反应用试剂（二） 仪器的选择1.称量仪器的选择(台秤和分析天平)2.体积测量仪器的选择(容量器皿和非容量器皿)3.专用仪器的选择（酸度计、电导率仪、气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱仪、元素分析仪、紫外-可见分光光

4、度计、原子吸收分光光度计等）熟悉仪器的用途、基本结构、定性定量分析的依据、定量分析的方法！（三） 数据处理与计算1.正确记录数据2.按有效数字运算规则处理数据3.作图或回归方程的建立4.分析结果的表示（1）被测组分含量的表示方法固体试样质量分数浓度液体试样(如水溶液)体积质量数注：当溶液为稀溶液时，1mg·L-1相当于1ppm；1g·L-1相当于1ppb；1ng·L-1相当于1ppt气体试样（如空气）a.体积质量数浓度(mg·m-3或g·m-3或ng·m-3等)b.体积分数浓度（%或ppm或ppb或ppt）(2)分析结果有效数字位数的

5、一般要求对于高含量组分（10%）一般要求分析结果用4位有效数字表示对于中含量组分（1%10%）一般要求分析结果用3位有效数字表示对于微量组分（1%）一般只要求分析结果用2位有效数字表示【思考题】1.铬酸钡间接原子吸收分光光度法测定水样硫酸根离子含量，需要浓度为1000ppmSO42-离子标准溶液1000mL。请选择合适的化学试剂，写出配制过程实验流程以及所需要的主要实验仪器名称。若实验中还需要100 ppmSO42-离子标准溶液100mL，写出配制过程实验流程以及所需要的主要实验仪器名称。2.盐酸萘乙二胺分光光度法测定大气中氮氧化物含量(以NO2计)，在298K以及101325Pa条件下采集气

6、体样品8.0L，测得该气体样品中NO2质量为18.0g。（1）计算在标准状况下（273K以及101325Pa）的采样气体体积。（2）计算在标准状况下气体样品的体积质量数浓度（以mg·m-3表示）。（3）计算在标准状况下气体样品的体积分数浓度（以ppm表示）。（4）体积质量数浓度与体积分数浓度各有何特点（提示：是否与温度、压力有关？）2.硫酸磷酸混合酸的电位滴定分析一、实验目的1. 学习电位滴定的基本原理和操作技术2. 掌握电位滴定确定终点的方法（通过pHV曲线、dpH/dVV曲线、d2pH/dV2V曲线）二、实验原理1.硫酸的电离 2.磷酸的分步电离及分步滴定条件分步滴定条件3.电位

7、滴定工作电池Ag，AgClHCl(0.1mol·L-1) 玻璃膜试液KCl(饱和) Hg2Cl2(s)，Hg(l)Pt 玻璃电极（指示电极） 甘汞电极（参比电极） (注：玻璃电极25时，； 饱和甘汞电极25时，； pH复合电极：由玻璃电极和参比电极组合而成的电极。)4.电位滴定确定终点的方法(作图法)三、实验内容1.NaOH溶液的配制与标定(1)0.1mol·L-1NaOH的配制(2)NaOH溶液的标定(电位滴定法)粗测V(NaOH)/mL02468910111213pH细测(数据记录与预处理)V(NaOH)/mLpHpH/V-V1-2pH/V2-V2-2.硫酸-磷酸混合试

8、样溶液的测定(电位滴定法)粗测V(NaOH)/mL0345678910111213pH细测(数据记录与预处理)V(NaOH)/mLpHpH/V-V1-2pH/V2-V2-四、结果计算1. NaOH溶液浓度标定结果2. (1)制作滴定曲线确定终点体积Vep(NaOH)(要求Excell作图)(2)标定结果计算c(H2C2O4)/mol·L-1V(H2C2O4)/mLVep(NaOH)/mLc(NaOH)/mol·L-12.硫酸-磷酸试样溶液分析结果(1)制作滴定曲线确定终点体积Vep1，Vep2(要求Excell作图)(2)试液SO3和P2O5含量计算V(试样)/mLVep1

9、(NaOH)/mLVep2(NaOH)/mLSO3含量/g·L-1P2O5含量/g·L-1五、思考题1. 本实验使用酸度计测定滴定过程的pH值，酸度计在使用之前是否需要定位校准？为什么？2. 本实验用草酸标准溶液来标定NaOH的浓度，草酸能否被NaOH分步滴定？为什么？3. 推导NaOH浓度标定公式以及试样溶液SO3和P2O5含量公式。4. 以硝酸银为滴定剂，请设计一工作电池用于沉淀电位滴定法测定试样溶液中氯离子的浓度。3.水中氟化物的测定一、实验目的1.了解离子选择性电极法的原理；2.掌握离子选择性电极法测定水体氟化物的方法。二、实验原理 1.工作电池：氟离子选择性电极(

10、指示电极)待测溶液饱和甘汞电极(参比电极)（注：，稀溶液时） 2.电动势/电位：25时E=常数+0.0592lgcF- 三、实验内容1.F-离子标准溶液的配制2.标准曲线法测定水样浓度 编号内容12345中性水样( 号)10gF-·mL-1标准溶液/mL1.003.005.0010.0020.00Vx=10mL总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)/mL10定容/mL50标准溶液浓度c(F-)/mol·L-1cx=lgc(F-)lg(cx)=稳态电位E(搅拌下)/VEx=线性回归方程E lgc(F-)-线性相关系数-实际水样浓度/mgF-·L-1：3.标准加入法测定

11、水样浓度 编号内容12浓度为cx的（ ）号水样/mLVx=10mLVx=10mL浓度为cs=10gF-/mL的标准溶液/mL0Vs=5mL总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)/mL10定容/mL50定容后浓度cxVx/50(cxVx+csVs)/50稳态电位E(搅拌状态下)E1E2结果cx/ mgF-·L-1注：E1=常数+Slg(cxVx/50)E2=常数+Slg(cxVx+csVs)/50 (S氟离子选择性电极实测斜率)E=E2-E1cx=（mgF-·L-1）四、思考题简述标准曲线法和标准加入法的实验过程及适用情况。4.电导滴定法测定食醋中乙酸的含量一、实验目的1.学习

12、电导率仪的使用方法；2.掌握电导滴定法测定食醋中乙酸含量的原理和方法方法。 二、实验原理 电导滴定法是根据滴定过程中被滴定溶液电导(率)的变化来确定滴定终点的一种容量分析方法。1.电阻与电导电阻(单位W):R= r (r-电阻率，单位W·m) 电导(单位W-1或S):G= k (k-电导率，单位W-1·m-1或S·m-1，与温度、浓度、离子种类有关，)电导率k=G 电导池常数/电极常数2.滴定反应：Na+OH-+HAc=Na+Ac-+H2O滴定过程溶液组成电导率变化滴定前HAc滴定中H+被中和，形成HAcAc-缓冲溶液；Na+化学计量点Na+，Ac-化学计量点后N

13、a+，Ac-；OH-3、 实验内容1.实验流程3. 数据记录与处理c(NaOH)= mol·L-1编号1234181920第一次V(NaOH)/mL1.002.003.004.0018.0019.0020.00k/mS·cm-1回归方程1 （化学计量点前）回归方程2 （化学计量点后）终点体积V/mL醋酸含量gHAc/100mL第二次V(NaOH)/mLk/mS·cm-1回归方程1 （化学计量点前）回归方程2 （化学计量点后）终点体积V/mL醋酸含量gHAc/100mL试样分析结果4. 滴定曲线(Excell作图)四、思考题1. 电导率与溶液浓度有何关系？纯水和自来

14、水的电导率有何区别？2. 在相同浓度下，影响离子电导率的因素有哪些？3. 根据滴定过程溶液组成判断滴定过程电导率变化规律。5.分光光度法测定双组分混合物一、实验目的1.掌握紫外-可见分光光度计(Vis-UV)的结构、原理及使用方法；2.学会用解联立方程组的方法定量测定吸收曲线相互重叠的双组分混合物。二、实验原理1.定量分析依据 朗伯-比耳定律：A=bc2. 双组分混合物吸收曲线（相互重叠情况）3.吸光度的加和性三、实验内容1. 溶液配制(1)K2Cr2O7(A组分)标准系列溶液的配制编号12340.02mol·L-1K2Cr2O7/mL0.51.02.04.0定容/mL50K2Cr2

15、O7浓度c/mol·L-1(2)KMnO4(B组分)标准系列溶液的配制编号12340.01mol·L-1KMnO4/mL0.51.02.04.0定容/mL50KMnO4浓度c/mol·L-1(3)K2Cr2O7和KMnO4混合标准溶液的配制混合组分0.02mol·L-1K2Cr2O70.01mol·L-1KMnO4体积/mL2.02.0定容/mL50K2Cr2O7浓度c/mol·L-1KMnO4浓度c/mol·L-12.A吸收曲线的制作(b=1cm，蒸馏水作参比)(要求Excell作图)波长/nm65565064539539

16、0吸光度A表(1)3号标准溶液表(2)3号标准溶液表(3)混合标准溶液结果1(max)2(max)3.标准系列溶液的测定及标准曲线的制作（b=1cm，蒸馏水作参比）编号1234K2Cr2O7(A)标准系列A1A2Ac回归方程及回归方程： Ac回归方程及回归方程： KMnO4(B)标准系列A1A2Ac回归方程及回归方程： Ac回归方程及回归方程： 5. 未知样的测定（b=1cm，蒸馏水作参比）未知样编号A1A2c(A)/mol·L-1c(B)/mol·L-1四、思考题1. 摩尔吸光系数的含义及影响因素有哪些？摩尔吸光系数与灵敏度的关系？2. 分光光度法有哪些定量分析方法？3.

17、 简述分光光度法的“线性范围”的含义，实验中如何应用“线性范围”问题？6.铜的原子吸收分光光度分析一、实验目的1.掌握原子吸收分光光度计的结构特征和原理2.学习标准曲线法测定铜的原理和方法二、实验原理1.原子吸收光谱法含义：基于待测元素的原子蒸气对特征谱线的吸收而建立起来的一种光度分析方法2.原子吸收分光光度计组成：光源、原子化系统、单色器、光电倍增管3.常用的原子化系统：火焰法、非火焰法4.定量分析方法：标准曲线法三、实验内容（标准系列的配制及水样测定）： 编号数 据内 容12345水样50ppmCu2+溶液/mL1.01.52.02.53.0-定容/mL50-浓度C/ppmCx=吸光度AA

18、x=线性回归方程AC-线性相关系数-注：3510原子吸收分光光度计测量条件波长： nm灯电流： mA狭缝宽度： 0.2 nm空气流量： L·min-1乙炔流量： L·min-1四、思考题1.简述标准曲线法的定量分析依据以及分析方法。2.衡量分析方法好坏的主要指标有哪些？3.请设计一个火焰原子吸收分光光度法测定CuSO4·5H2O中铜含量的实验方案。7.石墨炉原子吸收分光光度法测定牛奶中铜一、实验目的1.了解石墨炉原子吸收分光光度法的分析过程与特点2.掌握石墨炉原子吸收光谱仪的操作技术。二、实验原理1.原子吸收光谱法含义：基于待测元素的原子蒸气对特征谱线的 吸收而建

19、立起来的一种光度分析方法2.原子化过程干燥：加热蒸发溶剂灰化：除去易挥发的基体和有机物等干扰物原子化：待测元素转变成基态的自由原子除残：清除石墨管中残余物质 3.定量分析方法：标准加入法(1)朗伯-比耳定律：A=Kbc(2)吸光度的加和性Ax=KbCxA=Kb(Cx+Cs)= KbCs + KbCx当A=0时，Cs=-Cx即，Cx=-Cs三、实验内容烧杯编号1234待测牛奶/mL20.020.020.020.0100gCu·mL-1溶液/L0.010.020.030.0外加铜浓度Cs/g·mL-1/ppm(标准液体积忽略不计)0.000.050.100.15吸光度A（进样量

20、20L）回归方程ACs线性相关系数横轴截距牛奶含铜量/ g·mL-1/ppm注：1.3510原子吸收分光光度计测量条件波长： nm；灯电流： mA；狭缝宽度： 0.2 nm；背景扣除。2.3511G石墨炉原子化条件：步骤温度/升温时间/s保持时间/s干燥1101010灰化8001010原子化270015除残280015冷却30110四、思考题1.标准加入法与标准曲线法相比有何优点？2.从结构上将可见分光光度计与原子吸收分光光度计作个比较。8.有机样品元素分析1、 实验目的1.掌握元素分析仪的工作原理；2.了解Vario EL III元素分析仪的结构及用途；3.掌握元素分析仪的定量分析

21、方法。2、 实验原理（CHN模式）1.氧化-还原-吸附分离2. 解吸检测3、 实验内容（CHN模式）1.标准曲线的建立一次校准非线性方程(Y质量，x峰面积)系数Y(C) = a + bx + cx2 + dx3 + ex4Y(H)= a + bx + cx2 + dx3 + ex4Y(N)= a + bx + cx2 + dx3 + ex42. 标准物质测定二次校准标准物质元素组成C /%H /%N /%Acetanilide乙酰苯胺理论值测定值1测定值2平均测定值校准系数3. 样品测定结果未知样品元素组成C /%H /%N /%O/%酰胺类化合物(分子量71)测定值1/测定值2/平均测定值/

22、校准结果计算值：结构式4、 思考题 1.简述元素分析仪的用途及基本结构。 2.如果需要确切知道有机化合物的分子结构，一般还需要哪些表征手段或方法？9.气相色谱仪（GC）基本原理及使用方法一、 实验目的1.1熟悉Agilent 6890N气相色谱仪（GC）的基本组成及使用方法1.2 掌握GC分离原理1.3 掌握GC定性及外标法（工作曲线）定量分析方法二、 实验原理气相色谱法以气体作为流动相。当混合物随流动相流经色谱柱时，就会与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在理化性质和结构上的差异，与固定相间产生的作用力类型、强弱不同，因而组分在两相间的分配系数不同。在同一推动力的作用下，不同组分在两相间

23、经过多次分配，在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出，达到分离。可根据各组分的保留值及峰面积（峰高）进行定性和定量分析。三、 仪器及试剂仪器：Agilent 6890N气相色谱仪，配备FID和ECD样品：空气样品流动相：高纯氮气（N2，99.999%）四、 实验步骤4.1 介绍仪器组成气路系统：载气钢瓶、减压阀、净化干燥管、针形阀、流量计、压力表、针形阀、压力表等进样系统：将气体、液体试样引入色谱柱前瞬间气化、快速定量转入色谱柱的装置，包括进样器和气化室分离系统：色谱柱（+柱温箱）。色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。主要有填充柱和毛细管柱温控系统：温度是色谱分离条件的重

24、要选择参数。对气化室，柱室，检测器三处的温度控制检测系统：检测器。浓度型检测器、质量型检测器；广普型检测器、专属型检测器。TCD、FID、ECD、FPD等。工作站：ChemStation4.2 启动仪器A 打开高纯氮气、高纯空气和氢气B 打开计算机、打开6890N GC电源。C 待仪器自检完毕，双击桌面上的instrument1 online图标启动化学工作站。化学工作站与仪器自动建立通讯，进入工作站界面。D 建立方法：单击Method菜单，选择Edit entire Method选项，进入方法编辑窗口，根据设置向导，完成整个方法的编辑E 单击Method菜单，选择Save Method As

25、选项，命名为自己的方法后保存4.3运行样品A 待基线稳定后，测定标准样品和未知样品。进样量均为1L。B 根据保留时间和峰面积对其进行定性和定量分析（介绍其他的定性和定量方法）4.4谱图的优化A 左键单击View菜单，选择Data Analysis，进入Data Analysis窗口B 左键单击File菜单，选择Load Signal，进入Load Signal：Instrument1窗口，找到自己的文件，按OK按钮，即可看到自己的谱图全貌C 左键单击Integration菜单，选择Integration Events，在所显示的窗口左边有一个积分参数表，有Slope Sensitivity（斜

26、率），Peak Width（峰宽）， Area Reject（面积拒绝值），Height Reject（峰高拒绝值），Shoulder（肩峰）等项，根据个人需要进行修改，修改完毕后，点击表上方一排快捷图标中倒数第二个快捷图标，系统提示：是否保存对积分参数表的修改，单击Yes按钮，即可看到优化后的谱图全貌4.5报告的打印A 调出需要打印的谱图B 左键单击Report菜单，选择Specify Report，进入Specify Report：，Instrument1窗口，对报告的格式进行定义。在Destination框中，依次选中Printer，File和TXT前面的方框；在Report Style框中，从Style后的下拉框中选择Detail（报告中提供保留时间、峰高、峰面积、峰面积百分比等参数）或Performance（报告中提供分离因子、对称性、塔板数、分离度等参数）；在Chromatogram Output框中Size项下调节谱图所占页面的比例。最后点击Ok按钮退出C 左键单击File菜单，选择Print Preview，进行打印报告的预览D 左键单击File菜单，选择Print，进行报告的打印4.6关机A 实验完毕后，先关闭H2和空气，待检测器温度降至80以下，关闭N2。B 左键单击File