1.儀器分析實驗基礎(chǔ)知識

一、儀器分析實驗?zāi)康?/p>

1.掌握各類儀器分析的基本原理和方法

2.熟悉各種專用儀器的基本結(jié)構(gòu)、用途、定性定量分析的依據(jù)和方法

3.掌握儀器分析相關(guān)實驗技術(shù)

二、儀器分析基本原理、分類及實驗安排

1.儀器分析法——根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)來獲得物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息的分析方法。

2.化學(xué)分析法——利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)來獲得物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息的分析方法。

3.三類儀器分析方法

（1）電化學(xué)分析法——根據(jù)溶液的電學(xué)性質(zhì)（如電位、電導(dǎo)、電流、電量等）和化學(xué)性質(zhì)（如溶液的組成、濃度等），通過傳感器——電極來測定被測物濃度的儀器分析方法。

【實驗安排】硫酸—磷酸混合酸的電位滴定分析；水中氟化物的測定；電導(dǎo)滴定法測定食醋中乙酸的含量等

（2）色譜分析法——基于不同的被測組分在兩相間的分配系數(shù)或吸附性質(zhì)或溶解能力的不同來實現(xiàn)分離，通過檢測器進行測量的儀器分析方法

【實驗安排】氣相色譜儀的基本原理與使用方法；氣相色譜法測定降水中的正構(gòu)烷烴；高效液相色譜柱效能的評定；高效液相色譜儀測定未知樣中的成分；離子色譜法測定水中的痕量陰離子；元素分析儀的使用等

（3）光譜分析法——基于物質(zhì)與電磁輻射的相互作用而建立起來的一類儀器分析方法

【實驗安排】紅外光譜法的常規(guī)實驗技術(shù)；苯甲酸紅外光譜的繪制；分光光度法測定雙組分混合物；銅的原子吸收分光光度分析；石墨爐原子吸收法測定牛奶中的銅等

三、儀器分析相關(guān)實驗技術(shù)

（一）試劑的配制

1.根據(jù)試劑本身性質(zhì)確定配制方法

化學(xué)試劑等級

一級

二級

三級

四級

中文標志

優(yōu)級純(保證試劑)

分析純

化學(xué)純

實驗試劑

英文簡寫

G.R

A.R

C.R(C.P)

L.R

標簽顏色

綠色

紅色

藍色

棕色

應(yīng)用范圍

精密科研分析

一般科研分析

一般工業(yè)分析

一般化學(xué)制備

2.根據(jù)試劑在實驗中用途確定配制方法

（1）作為標準溶液（具有已知準確濃度的溶液）用的試劑

①直接法

②間接法

（2）作為一般反應(yīng)用試劑

（二） 儀器的選擇

1.稱量儀器的選擇

2.體積測量儀器的選擇

3.專用儀器的選擇

熟悉儀器的用途、基本結(jié)構(gòu)、定性定量分析的依據(jù)、定量分析的方法！

（三） 數(shù)據(jù)處理與計算

1.正確記錄數(shù)據(jù)

2.按有效數(shù)字運算規(guī)則處理數(shù)據(jù)

3.作圖或回歸方程的建立

4.分析結(jié)果的表示

（1）被測組分含量的表示方法

①固體試樣——質(zhì)量分數(shù)濃度

②液體試樣(如水溶液)——體積質(zhì)量數(shù)

注：當(dāng)溶液為稀溶液時，1mg·L-1相當(dāng)于1ppm；1μg·L-1相當(dāng)于1ppb；1ng·L-1相當(dāng)于1ppt

③氣體試樣（如空氣）

a.體積質(zhì)量數(shù)濃度(mg·m-3或μg·m-3或ng·m-3等)

b.體積分數(shù)濃度（%或ppm或ppb或ppt）

(2)分析結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)的一般要求

①對于高含量組分（＞10%）

一般要求分析結(jié)果用4位有效數(shù)字表示

②對于中含量組分（1%～10%）

一般要求分析結(jié)果用3位有效數(shù)字表示

③對于微量組分（＜1%）

一般只要求分析結(jié)果用2位有效數(shù)字表示

【思考題】

【思考題】

1.鉻酸鋇間接原子吸收分光光度法測定水樣硫酸根離子含量，需要濃度為1000ppmSO42-離子標準溶液1000mL。請選擇合適的化學(xué)試劑，寫出配制過程實驗流程以及所需要的主要實驗儀器名稱。若實驗中還需要100 ppmSO42-離子標準溶液100mL，寫出配制過程實驗流程以及所需要的主要實驗儀器名稱。

1.解：以K2SO4為例，1000ppmSO42-離子標準溶液配制流程如下

100 ppmSO42-離子標準溶液配制流程如下

2.鹽酸萘乙二胺分光光度法測定大氣中氮氧化物含量(以NO2計)，在298K以及101325Pa條件下采集氣體樣品8.0L，測得該氣體樣品中NO2質(zhì)量為18.0μg。

（1）計算在標準狀況下（273K以及101325Pa）的采樣氣體體積。

（2）計算在標準狀況下氣體樣品的體積質(zhì)量數(shù)濃度（以mg·m-3表示）。

（3）計算在標準狀況下氣體樣品的體積分數(shù)濃度（以ppm表示）。

（4）體積質(zhì)量數(shù)濃度與體積分數(shù)濃度各有何特點（提示：是否與溫度、壓力有關(guān)？）

2.解：（1）根據(jù) ?

在標準狀況下的采樣氣體體積

（2）在標準狀況下氣體樣品的體積質(zhì)量數(shù)濃度=

（3）在標準狀況下NO2分體積=

所以，在標準狀況下氣體樣品的體積分數(shù)濃度=

（4）體積質(zhì)量數(shù)濃度不具有守恒性，與溫度、壓力有關(guān)；

體積分數(shù)濃度具有守恒性，與溫度、壓力無關(guān)。

2.硫酸—磷酸混合酸的電位滴定分析

一、實驗?zāi)康?/p>

1. 學(xué)習(xí)電位滴定的基本原理和操作技術(shù)

2. 掌握電位滴定確定終點的方法（通過pH~V曲線、dpH/dV~V曲線、d2pH/dV2~V曲線）

二、實驗原理

1.硫酸的電離

2.磷酸的分步電離及分步滴定條件

分步滴定條件

3.電位滴定工作電池

Ag，AgCl∣HCl(0.1mol·L-1) ∣玻璃膜∣磷酸試液∣KCl(飽和) ∣Hg2Cl2，Hg∣Pt

玻璃電極（指示電極） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 甘汞電極（參比電極）

（pH復(fù)合電極：由玻璃電極和參比電極組合而成的電極）

4.電位滴定確定終點的方法(作圖法)

三、實驗內(nèi)容

1.NaOH溶液的配制與標定

(1)0.1mol·L-1NaOH的配制

(2)NaOH溶液的標定(電位滴定法)

①粗測

V(NaOH)/mL

0

2

4

6

8

9

10

11

12

13

pH

②細測(數(shù)據(jù)記錄與預(yù)處理)

V(NaOH)/mL

pH

△pH/△V

--

V1

--

△2pH/△V2

--

--

V2

--

--

數(shù)據(jù)預(yù)處理過程：原始數(shù)據(jù)記錄問題、計算結(jié)果隨心所欲

2.硫酸-磷酸混合試樣溶液的測定(電位滴定法)

①粗測

V(NaOH)/mL

0

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

pH

②細測(數(shù)據(jù)記錄與預(yù)處理)

V(NaOH)/mL

pH

△pH/△V

--

V1

---

△2pH/△V2

--

--

V2

--

--

四、結(jié)果計算

1. NaOH溶液濃度標定結(jié)果

2.(1)制作滴定曲線確定終點體積Vep(NaOH)(要求Excell作圖)

作圖問題：坐標軸標記缺失、圖像偏移、填充-邊框-網(wǎng)格線、三圖大小不一、確定終點過程與方法

a a 圖1.NaOH滴定H2C2O4pH~V關(guān)系曲線a圖2.NaOH滴定H2C2O4dpH/dV~V關(guān)系曲線aa 圖3.NaOH滴定H2C2O4d2pH/dV2~V關(guān)系曲線a

(2)標定結(jié)果計算

c(H2C2O4)/mol·L-1

V(H2C2O4)/mL

Vep(NaOH)/mL

c(NaOH)/mol·L-1

表格填寫問題、濃度計算問題

2.硫酸-磷酸試樣溶液分析結(jié)果

(1)制作滴定曲線確定終點體積Vep1，Vep2(要求Excell作圖)

(2)試液SO3和P2O5含量計算

V(試樣)/mL

Vep1(NaOH)/mL

Vep2(NaOH)/mL

SO3含量/g·L-1

P2O5含量/g·L-1

五、思考題

1.本實驗使用酸度計測定滴定過程的pH值，酸度計在使用之前是否需要定位校準？為什么？

答：不需要，pH值測定的正確與否會影響“突躍范圍”的大小，但不會影響突躍的位置（即終點體積）的確定，終點體積只與酸、堿濃度有關(guān)。

2.本實驗用草酸標準溶液來標定NaOH的濃度，草酸能否被NaOH分步滴定？為什么？

答：查表知，草酸Ka1=5.90×10-2，Ka2=6.40×10-5，Ka1/Ka2＜104，故不能分步滴定。

3.推導(dǎo)NaOH濃度標定公式以及試樣溶液SO3和P2O5含量公式。（PPT）

3.水中氟化物的測定

一、實驗?zāi)康?/p>

1.了解離子選擇性電極法的原理；

2.掌握離子選擇性電極法測定水體氟化物的方法。

二、實驗原理

原電池：氟離子選擇性電極（指示電極）ㄧ待測溶液ㄧ甘汞電極（參比電極）

電動勢：25℃時E=常數(shù)+0.0592lgaF- （式中aF-為F-的活度，aF-≈cF-）

三、實驗內(nèi)容

1.F-離子標準溶液的配制

2.標準曲線法測定水樣濃度

a 編號a 內(nèi)容a1a2a3a4a5a中性水樣a ( ?號)a10μgF-·mL-1標準溶液/mLa1.00a3.00a5.00a10.00a20.00aVx=10mLa總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB)/mLa10a定容/mLa50a標準溶液濃度c(F-)/mol·L-1a ? ? cx=algc(F-)a ? ? lg(cx)=a穩(wěn)態(tài)電位E(攪拌下)/Va ? ? Ex=a線性回歸方程E~ lgc(F-)a ---a線性相關(guān)系數(shù)a ---a實際水樣濃度/mgF-·L-1：a aa

3.標準加入法測定水樣濃度

編號內(nèi)容

1

2

濃度為cx的（ ?）號水樣/mL

Vx=10mL

Vx=10mL

濃度為cs=10μgF-/mL的標準溶液/mL

0

Vs=5mL

總離子強度調(diào)節(jié)緩沖溶液(TISAB)/mL

10

定容/mL

50

定容后濃度

cxVx/50

(cxVx+csVs)/50

穩(wěn)態(tài)電位E(攪拌狀態(tài)下)

E1

E2

結(jié)果cx/ mgF-·L-1

注：E1=常數(shù)+Slg(cxVx/50)

E2=常數(shù)+Slg[(cxVx+csVs)/50] ? ? ? ?(S—氟離子選擇性電極實測斜率)

ΔE=E2-E1

cx=

（mgF-·L-1）

四、思考題

簡述標準曲線法和標準加入法的實驗過程及適用情況。

4.電導(dǎo)滴定法測定食醋中乙酸的含量

一、實驗?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)電導(dǎo)率儀的使用方法；

2.掌握電導(dǎo)滴定法測定食醋中乙酸含量的原理和方法方法。

二、實驗原理

電導(dǎo)滴定法是根據(jù)滴定過程中被滴定溶液電導(dǎo)(率)的變化來確定滴定終點的一種容量分析方法。

1.電阻與電導(dǎo)

電阻(單位W):R= r

? ?(r--電阻率，單位W·m)

電導(dǎo)(單位W-1或S):G=

= k

? ?(k--電導(dǎo)率，單位W-1·m-1或S·m-1，與溫度、濃度、離子種類有關(guān)，

)

∴電導(dǎo)率k=G

——電導(dǎo)池常數(shù)/電極常數(shù)

2.滴定反應(yīng)：Na++OH-+HAc=Na++Ac-+H2O

滴定過程

溶液組成

電導(dǎo)率變化

滴定前

HAc

滴定中

H+被中和，形成HAc—Ac-緩沖溶液；Na+

化學(xué)計量點

Na+，Ac-

化學(xué)計量點后

Na+，Ac-；OH-

三、實驗內(nèi)容

1.實驗流程

3.數(shù)據(jù)記錄與處理[c(NaOH)= ? ? ? ? ?mol·L-1]

編號

1

2

3

4

……

18

19

20

第一次

V(NaOH)/mL

1.00

2.00

3.00

4.00

……

18.00

19.00

20.00

k/mS·cm-1

回歸方程1

（化學(xué)計量點前）

回歸方程2

（化學(xué)計量點后）

終點體積V/mL

醋酸含量gHAc/100mL

第二次

V(NaOH)/mL

k/mS·cm-1

……

回歸方程1

（化學(xué)計量點前）

回歸方程2

（化學(xué)計量點后）

終點體積V/mL

醋酸含量gHAc/100mL

試樣分析結(jié)果

4.滴定曲線(Excell作圖)

作圖問題：坐標軸標記缺失、確定終點過程與方法

四、思考題

1.電導(dǎo)率與溶液濃度有何關(guān)系？純水和自來水的電導(dǎo)率有何區(qū)別？

答：離子濃度越大，電導(dǎo)率越大；自來水電導(dǎo)率要高于純水電導(dǎo)率。

2.在相同濃度下，影響離子電導(dǎo)率的因素有哪些？

答：離子電荷、離子半徑

3.根據(jù)滴定過程溶液組成判斷滴定過程電導(dǎo)率變化規(guī)律。

答：隨著滴定過程的進行，電導(dǎo)率逐漸增大，化學(xué)計量點時達最大，并出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，化學(xué)計量點后又出現(xiàn)增大。

5.分光光度法測定雙組分混合物

一、實驗?zāi)康?/p>

1.掌握紫外-可見分光光度計(Vis-UV)的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法；

2.學(xué)會用解聯(lián)立方程組的方法定量測定吸收曲線相互重疊的雙組分混合物。

二、實驗原理

1.定量分析依據(jù)

朗伯-比耳定律：A=εbc

2.雙組分混合物吸收曲線（相互重疊情況）

三、實驗內(nèi)容

1.溶液配制

(1)K2Cr2O7(A組分)標準系列溶液的配制

編號

1

2

3

4

0.02mol·L-1K2Cr2O7/mL

0.5

1.0

2.0

4.0

定容/mL

50

K2Cr2O7濃度c/mol·L-1

(2)KMnO4(B組分)標準系列溶液的配制

編號

1

2

3

4

0.01mol·L-1KMnO4/mL

0.5

1.0

2.0

4.0

定容/mL

50

KMnO4濃度c/mol·L-1

(3)K2Cr2O7和KMnO4混合標準溶液的配制

混合組分

0.02mol·L-1K2Cr2O7

0.01mol·L-1KMnO4

體積/mL

2.0

2.0

定容/mL

50

K2Cr2O7濃度c/mol·L-1

KMnO4濃度c/mol·L-1

2.A~λ吸收曲線的制作(b=1cm，蒸餾水作參比)(要求Excell作圖)

波長λ/nm

655

650

645

…

395

390

吸光度A

表(1)3號標準溶液

表(2)3號標準溶液

表(3)混合標準溶液

結(jié)果

λ1(max)

λ2(max)

作圖問題：坐標軸標記缺失、圖例不詳（系列1、系列2、系列3）

3.標準系列溶液的測定及標準曲線的制作（b=1cm，蒸餾水作參比）

編號

1

2

3

4

K2Cr2O7(A)標準系列

Aλ1

Aλ2

A~c回歸方程及

回歸方程：

A~c回歸方程及

回歸方程：

KMnO4(B)標準系列

Aλ1

Aλ2

A~c回歸方程及

回歸方程：

A~c回歸方程及

回歸方程：

作圖問題：坐標軸標記缺失、圖例不詳（系列1、系列2）

回歸方程表達形式：y~x關(guān)系？

4.未知樣的測定（b=1cm，蒸餾水作參比）

未知樣編號

Aλ1

Aλ2

c(A)/mol·L-1

c(B)/mol·L-1

四、思考題

1.摩爾吸光系數(shù)的含義及影響因素有哪些？摩爾吸光系數(shù)與靈敏度的關(guān)系？

答：一定條件下（溫度一定，被測物一定，入射光波長一定），當(dāng)入射光照射到被測物濃度為1molL-1，被測物液層厚度為1cm的溶液時所產(chǎn)生的吸光度稱為摩爾吸光系數(shù)；影響因素有溫度，被測物性質(zhì)，入射光波長等；摩爾吸光系數(shù)越大，分析方法的靈敏度越高。

2.分光光度法有哪些定量分析方法？

答：標準曲線法；標準加入法；列比例法

3.簡述分光光度法的“線性范圍”的含義，實驗中如何應(yīng)用“線性范圍”問題？

答：“線性范圍”是指吸光度在一定濃度范圍內(nèi)與濃度呈正比。實驗中在做標準曲線時要控制一定濃度，使吸光度與濃度呈直線關(guān)系；未知溶液濃度過大時要進行適當(dāng)?shù)南♂?，使其吸光度落在標準曲線的“線性范圍”內(nèi)。

6.銅的原子吸收分光光度分析

一、實驗?zāi)康?/p>

1.掌握原子吸收分光光度計的結(jié)構(gòu)特征和原理

2.學(xué)習(xí)標準曲線法測定銅的原理和方法

二、實驗原理

1.原子吸收光譜法含義：基于待測元素的原子蒸氣對特征譜線的吸收而建立起來的一種光度分析方法

2.原子吸收分光光度計組成：光源、原子化系統(tǒng)、單色器、光電倍增管

3.常用的原子化系統(tǒng)：火焰法、非火焰法

4.定量分析方法：標準曲線法

三、實驗內(nèi)容（標準系列的配制及水樣測定）：

注：3510原子吸收分光光度計測量條件

波長： ?nm ? ? ? ? ?空氣流量： ?L·min-1

乙炔流量： L·min-1 ? 狹縫寬度： ?0.2 ? ? nm

燈電流： mA

作圖問題：圖中出現(xiàn)不止一條曲線（直線）問題；沒有根據(jù)標準曲線法思想確定樣品溶液濃度的過程。

標準曲線的表達形式：①作圖

②回歸方程：A=kC+b

四、思考題

1.簡述標準曲線法的定量分析依據(jù)以及分析方法。

答：標準曲線法的定量分析依據(jù)為朗伯-比耳定律。分析方法如下，首先配制一系列不同濃度的標準溶液，然后在儀器上測定其吸光度，建立吸光度與濃度的關(guān)系曲線——標準曲線；未知溶液在同等條件下測定其吸光度，根據(jù)吸光度查標準曲線得未知溶液的濃度。

2.衡量分析方法好壞的主要指標有哪些？

答：選擇性、靈敏度、準確度、分析速度等

7、火焰原子吸收光譜法測定水中鈣

一、實驗?zāi)康?/p>

1.進一步認識原子吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)和用途；

2.掌握火焰原子吸收光譜儀的操作技術(shù)；

3.理解標準加入法的原理和方法。

二、實驗原理

1.原子吸收光譜法含義：基于待測元素的原子蒸氣對特征譜線的吸收而建立起來的一種光度分析方法

2.標準加入法原理：

(1)朗伯-比耳定律：A=Kbc(2)吸光度的加和性Ax=KbCxA=Kb(Cx+Cs)= KbCs + KbCx當(dāng)A=0時，Cs=-Cx即，Cx=-Cs

三、實驗內(nèi)容

注：3510原子吸收分光光度計測量條件

波長： ?nm；燈電流： mA；狹縫寬度： ?0.2 ?nm

空氣流量： ?L·min-1；乙炔流量： L·min-1

作圖問題：直線沒有延伸

計算結(jié)果問題

四、思考題

1.從結(jié)構(gòu)上將可見分光光度計與原子吸收分光光度計作個比較。

答：

組成

可見分光光度計

原子吸收分光光度計

光源

鎢燈，產(chǎn)生復(fù)合光

空心陰極燈/元素?zé)?，產(chǎn)生特征譜線

單色器

產(chǎn)生單色光

分離與特征譜線鄰近的譜線，消除火焰發(fā)光對測定的影響

吸收池

比色皿，裝待測溶液

原子化系統(tǒng)，產(chǎn)生原子蒸氣

檢測器

硒光電池，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號

光電倍增管，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號

注：與可見分光光度計不同，原子吸收分光光度計單色器在吸收池后。

2.簡述標準曲線法和標準加入法對樣品溶液的要求有何不同？

標準曲線法適用于樣品組成比較簡單的批量樣品的分析；標準加入法適用于樣品組成比較復(fù)雜的少量樣品的分析，標準加入法可以消除“基體效應(yīng)”對測定結(jié)果的影響

8.元素分析儀的使用

一、實驗?zāi)康?/p>

1.掌握元素分析儀的工作原理；

2.了解Vario EL III元素分析儀的結(jié)構(gòu)及用途；

3.掌握元素分析儀的定量分析方法。

二、實驗原理（CHN模式）

1.氧化-還原-吸附分離

2.解吸檢測

三、實驗內(nèi)容（CHN模式）

1.標準曲線的建立——一次校準

非線性方程(Y質(zhì)量，x峰面積)

系數(shù)

Y(C) = a + bx + cx2 + dx3 + ex4

Y(H)= a + bx + cx2 + dx3 + ex4

Y(N)= a + bx + cx2 + dx3 + ex4

2.標準物質(zhì)測定——二次校準

標準物質(zhì)

元素組成

C /%

H /%

N /%

Acetanilide乙酰苯胺

理論值

測定值1

測定值2

平均測定值

校準系數(shù)

3.樣品測定結(jié)果

未知樣品

元素組成

C /%

H /%

N /%

O/%

酰胺類化合物(分子量71)

測定值1

/

測定值2

/

平均測定值

/

校準結(jié)果

計算值：

結(jié)構(gòu)式

四、思考題

?1.簡述元素分析儀的用途及基本結(jié)構(gòu)。

答：元素分析儀可用于有機化合物元素組成（CHNOS等的分析測定；基本結(jié)構(gòu)包括氧化還原系統(tǒng)、吸附解吸系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。

2.如果需要確切知道有機化合物的分子結(jié)構(gòu)，一般還需要哪些表征手段或方法？

答：紫外可見吸收光譜（確定生色團和助色團）、紅外吸收光譜（確定官能團）、核磁共振波譜（確定H的位置及數(shù)量）、質(zhì)譜（確定分子量）等