材料分析实验指导书

材料现代分析方法实验指导书

使用专业：材料科学与工程

学时：20

开课周：3~6周

材料科学实验室

实验一有机化合物定性鉴定的光谱方法

（综合实验第一部分）紫外-可见光分光光度法（综合5学时）

一、实验目的与要求：

1．回顾吸收光谱知识，学习利用吸收光谱对化合物进行鉴定和纯度的检查：2．了解溶剂的性质对吸收光谱的影响，能根据需要综合考虑选择适当的溶剂：3．学会UV-4501S紫外可见分光光度计的使用。

二、实验原理：

吸收光谱——以不同波长的光依次通过一定浓度的被测物质，并分别测定每个波长的吸光度。以波λ为横坐标，吸光皮A为纵坐标。所得到的曲线为吸收光谱。

分子吸收光谱综合知识回顾

紫外光谱可见吸收光谱红外吸收光谱波段

远紫外10-200nm

近紫外200-400nm

400一一800nm 0.75um一1000um

产生机理

分子吸收紫外辐射后

引起的外层电子跃迁。分子吸收可见光后

引起的外层电子跃

分子吸收红外辐射后引起

的分子的振动、转动能级的

跃迁

研究对象

电子光谱

不饱和有机物，特别是共轭

体系有机物

电子光谱

无机物

振一转光谱。

分子振动过程中伴随偶极

矩变化的化合物

(利用紫外光谱可对有机物进行鉴定及结构分析)

紫外吸收光谱的特点：图形比较简单、特征性不强，当不同的分子含有相同的发色团。它们的吸收光谱的形状就大体相似，所以该法的应用有一定的局限性。但紫外光谱对共轭体系的研究，如利用分子中共轭程度采确定未知物的结构有独特的优点。所以紫外光谱是对有机物进行定性鉴定及结构分析的一种重要辅助手段。

本实验主要完成以下几个内容：

1．定性分析(未知芳香族化合物的鉴定)：．

所采用的方法一般是标准比较法：测绘未知试样的紫外吸收光谱并同标准试样的光谱图进行比较。当浓度和溶剂相同时，如果两者的图谱相同(曲线形状、吸收峰数目、入max和εmax)说明两者是同一化合物。

2．纯物质中杂质的检查：

一些在紫外光区无吸收的物质，如果其中有微量的对紫外光具有高吸收系数的杂质也可定量的检出。如乙醇中杂质苯的检查，纯乙醇在200-400 nm无吸收如果乙醇中含微量苯，则可测到：200 nm强吸收(ε=8000)255nm弱吸收(ε=215，群峰)。

3．溶剂性质对吸收光谱的影响：

溶剂的极性对化合物吸收峰的波长、强度、形状以及精细结构都有影响。

极性溶剂有助于n →π* 跃迁向短波移动：π→π*跃迁向长波移动：并使谱带的精细结构完全消失，所以实验中分别以极性不同的正己烷、乙醇、水为溶剂，了解溶剂极性对吸收光谱的影响。

三、仪器与试剂：

1．UV-4501S紫外一可见分光光度计：带盖石英比色皿：容量瓶若干：

2．试剂：苯甲酸、无水乙醇、正已烷、去离子水、水杨酸、丙酮等。

四、实验步骤：

1．仪器的基本结构和光路示意图(图1-1)：

(1) 光源：氘灯、溴钨灯。光谱范围在190一1100 nm；

(2) 单色器：作用是将连续光源分光，分离山所需的足够窄波段的光束：

(3) 吸收池：

(4) 检测器：光电管。

图1-1双光束分光光度计光路图

2．仪器操作方法：

(1) 打开外设电脑，点击UV-4501S图标，开仪器主机。(等待灯预热及仪器自检约10分钟)。

计算机显示“就绪”：

(2) 进入“波长扫描”“0K”：

(3) 设置参数：

(4)“启动”计算机自动描绘出吸收曲线并给出入max ，A；

3．试样制备及测定：

(1)定性分析；领取未知试样的溶液，以去离子水为参比，用1cm石英比色皿，

在220—360nm范围内测吸收光谱。

(2)乙醇中杂质苯的检出：以纯乙醇为参比液，以含杂质乙醇为试液，在220—

280nm范围测绘紫外吸收光谱。

(3)溶剂性质对吸收光谱的影响：

异亚丙基丙酮的正己烷、氯仿、乙醇、水溶液等的配制取四只100mL容量瓶各注入10LlL的异亚丙基丙酮，然后分别用正己烷、氯仿、乙醇、水稀秆到刻度，摇匀。以相应的溶剂作参比液，测绘各溶液的吸收光谱。异亚丙基丙酮的结构为：

五、结果与讨论：

1．记录未知化合物的吸收光谱的条件(波段、A)，确定峰值波长，并计算εmax，较与标准图谱进行比较，确定化合物名称。

水杨酸的参数：C = 15mg/L A=ε · C mol/L · L cm

入max = 231.5 nm , A=0.7504 , ε1 = 8420 mo1-1·cm-1·L

入max = 296.5 nm , A=0.4090 , ε2 = 4520 mol-1·cm-1·L

2．记录乙醇试样吸收光谱及实验条件，根据吸收光谱确定是否有苯吸收峰，峰值波长多少?

（纯乙醇CH3-CH2OH是饱和醇，在200 —400 nm无吸收）

苯在紫外区有三个吸收带

π→π*180-184 nm ε=47000 —60000 (远紫外意义不大)

π→π*200-204 nm ε=8000 (在远紫外末端也不常用)

π→π*230-270 nm ε=204 (弱吸收的带π→π*是苯环精细结构或苯带，常用

于识别芳香族化合物)。

3．分别记录不同溶剂中丁酮和异亚丙基丙酮的吸收光谱及实验条件，比较吸收峰的变化，了解溶剂的极性对吸收曲线的波长、强度的影响。

六、实验要点及注意事项：

1，本实验所用试剂均为光谱纯或经提纯处理：

2。石英比色皿每换一种溶液或溶剂必须清洗干净，并用被测液荡洗三次。

3．注意仪器开关顺序：先开外设计算机，再开仪器主机。关时相反。

七、思考题：

1．试样溶液浓度过大或过小，对测量有何影响?应如何调整?

2．为什么溶剂极性增大，n—n·跃迁产生的吸收带发生紫移，而n—n·跃迁产生的吸收带则发生红移?

附录：

水杨酸化学名称邻羟基苯甲酸，俗称柳酸。本品为白色针状结晶或结晶性粉末。无臭或几乎无臭，味微甜，后转不适。水溶液呈酸性反应。在空气中稳定。比重1.483。熔点158～161℃。难溶于冷水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯、松节油和沸水。76℃升华，有解热镇痛作用。本晶可用作食品防腐剂、染料中间体、消毒剂、医药软膏、阿司匹林生产，也可作为香料生产原料。

（综合实验第二部分）实验二有机化合物的荧光光谱法（综合5学时）一、实验目的

掌握荧光法测定特定有机物含量的基本原理。.了解普通分子荧光分光光度计的基本构造和原理，并能简单的操作。

二、实验原理

维生素B2是含多共轭环的有机物，具有较强的荧光物质，并且在低浓度时，荧光强度与维生素B2浓度呈正比：

I i =k c

基此，测定一系列已知浓度的维生素B2的荧光强度，然后以荧光强度对维生素B2浓度作标准曲线，再测定未知浓度维生素B2的荧光强度，把它代入标准曲线方程求出其浓度。

二、仪器与试剂

1．仪器

WGY-10型分子荧光分光光度计；1000 mL（或其它容量）容量瓶2只，100 mL 的容量瓶若干支，1 mL的吸量管1支。

2．试剂

（1）市售维生素B2药片若干：

（2）蒸馏水；

三、实验步骤

（1）用电子天平测量少量维生素B2，用蒸馏水配置成确定含量的标准溶液，注意浓度范围控制在10-4 g L-1左右，不要太浓。

（2）在300~600 nm范围内扫描维生素B2标准溶液激发光谱；在400~700 nm范

围内扫描其荧光发射光谱。

（3）尝试调节标准液的PH值，重新测量荧光光谱，记录数据；

（4）尝试使用不同溶剂配置维生素B2，重新测量，考察溶剂的影响；

（4）更换固体粉末夹具，将少量维生素B2的粉末安放在固体样品支架上。（5）测量维生素B2在固体状态下的荧光光谱

（6）在计算机导出以上各谱图数据，比较液体和固体荧光光谱的特点。

四、注意事项

1. 维生素B2的浓度不要太高。

2. 实验结束后，检查仪器是否正常，关闭电源顺序是否正确。

六、思考题：

1. 为什么维生素B2具有较强荧光？

2. 荧光分光光度计有哪些部件组成？

3. 激发光谱和发射光谱有什么内在联系，为什么通常不重叠？

4．荧光光谱的激发峰与紫外吸收峰有什么联系？

5. 哪些因素可能会对有机物的荧光产生影响？

七、附录

维生素B2为橙黄色结晶性粉末；微臭，味微苦；溶液易变质，在碱性溶液中或遇光变质更速。本品在水、乙醇、氯仿或乙醚中几乎不溶；在稀氢氧化钠溶液中溶解。比旋度避光操作。取本品，精密称定，加无碳酸盐的氢氧化钾溶液（取氢氧化钾20g，加无醛乙醇制成20%的溶液，放置过夜后，吸取上清液，加无醛乙醇稀释成0.1mol/L，经标定后，再精密量取18ml，加新沸过的冷水至100ml，摇匀）溶解并定量稀释制成每1ml中含5mg的溶液，依法测定，并严格控制温度，比旋度为-120度至-140度。

维生素B2水溶性较低，但在碱性溶液中容易溶解，在强酸溶液中稳定，光照及紫外照射引起不可逆的分解。核黄素在机体中有递氢的作用，并是机体中一些重要的氧化还原酶的辅酶。发现历史 1879年英国著名化学家布鲁斯发现牛奶的上层乳清中存在一种黄绿色的荧光色素，他们用各种方法提取，试图发现其化学本质，都没有成功。几十年中，尽管世界许多科学家从不同来源的动植物都发现这种黄色物质，但都无法识别。1933年，美国科学家哥尔倍格等从1000多公斤牛奶中得到18毫克这种物质，后来人们因为其分子式上有一个核糖醇，命名为核黄素。成人的建议每日摄取量是1.7mg。常处于紧张状态的人请增加摄取量。

7、与维生素B6、维生素C及烟酸一起作用，效果最佳。成年人每日吃1两动物肝可满足需要；成年人每日吃约2斤黄豆，或3棵生菜，或3~4只鲜香菇即可满足需要。食物来源：奶类制品、动物肝脏与肾脏、蛋黄、鳝鱼、胡萝卜、酿造酵母、香菇、紫菜、鱼、芹菜、橘子、柑、橙等

实验三有机物红外吸收光谱定性分析（5学时）

一、实验目的与要求：

1，了解苯甲酸、山梨酸、蔗糖的红外光谱特征，掌握有机化合物红外光谱鉴定方法：

2．熟悉溴化钾压片法制样：

3．熟悉红外光谱仪使用方法；

4．了解未知有机物结构测定的综合过程。

二、实验原理

红外吸收光谱法是通过研究物质结构与红外吸收光谱间的关系，来对物质进行分析的，红外光谱可以用吸收峰谱带的位置和峰的强度加以表征。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JIj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。

山梨酸、苯甲酸的标准红外线光谱如图2—1、2-2所示。

三、仪器与试剂

1，红外分光光度计(FT_IR200美国傅立叶变换红外光谱仪)；2．压片机；玛瑙研钵；红外灯；干燥器：不锈钢刮刀。3．试剂KBr(AR)：山梨酸(AR)、苯甲酸(AR)、蔗糖(AR)。

四、实验步骤

(一)傅立叶变换红外光谱仪的结构示意图如图2—3所示

图2—3 傅立叶变换红外分光光度计构成示意图

(二)上机操作步骤

1、开机

A、打开仪器光学台的电源开关；

B、打开计算机电源，检查仪器工作状态。

2、收集样品的红外光谱图

A、设定光谱收集参数

B、收集样品的红外光谱

放入样品在样品架上固定好，确认后按”OK"。计算机自动收集样品的谱图信息。

3、在计算机内对红外光谱谱图的处理

A、单击”Absorbance：”按钮，将收集到的样品的光谱从%TRANSMITANCE形

式转换成吸光度的形式：

B、单击"Au Bsln”(automatic baseline)按钮进行基线校正；窗口出现两条谱线，

其中红色的为经基线校正之后的谱线：

C、在谱图上标注吸收峰的位置．

4、打印出该未知样品的谱图

5、．标准谱库检索

(三)样品的制备：

溴化钾压片法是将1-2 oS试样与200mg则纯溴化钾研细混匀．置于模具中，用(5--10)*l07MPa压力压成透明薄片，即可用于测定．试样和KBr都应干燥处理，研磨到粒度小于2ll m，以免散射光。KBr在4000--400cm-1光区不产生吸收，因此可测绘全波段光谱图．

将2—4mg苯甲酸放在玛瑙研钵中，加200 —400mg干燥的KBr粉末，混合均匀，使其粒度在2.0 μm (通过250目筛孔)以下，用不锈钢刮刀移取200 mg混合粉末于模具中，用(5--10)*l07MPa压力压成透明薄片，然后放在光路中进行测试的方法。

用同样方法制得山梨酸的锭片。

五、数据处理

1．解析谱图

比较苯甲酸、山梨酸，蔗糖三张红外光谱图，解析图谱，指出主要吸收峰的归宿，确定未知物的结构。

六、实验要点及注意事项

1．制备试样是否规范直接关系到红外图谱的准确性，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．仪器注意防震、防潮、防腐蚀。

七、思考题

1。分别说明红外光谱法的特点和产生红外吸收的条件。

2．影响基团振动频率的因素有哪些?这对于由红外光谱推断分子的结构有什么作用?

3．考虑实际面对未知有机物时可以先做那些测定，以便综合红外谱测定结果达到目的？

实验四混合有机物溶液的高效液相色谱（演示，5学时）

一、实验目的

通过高效液相色谱法测定混合液中待定组分的含量，掌握液相色谱法进行定性及定量分折的基本方法。

二、实验原理

定量测定咖啡因传统分忻方法是采用萃取分光光度法。用反相高效液相色谱法将混合液中各组分分离，若流速和泵的压力在整个实验过程中是恒定的，测定它们在色谱图上的保留时间t R(或保留距离)和峰而积A后，可直接用t R定性，用峰面积作为定量测定的参数，采用工作曲线法(即外标法)测定特定组分的在混合液中的含量。

测定特定谱峰信号的检测器（在本实验中）实际上就是紫外-可见光分光光度计，其原理见UV光谱实验。根据实验条件和兴趣，同学可选用如下几中方案：（1）先测定纯咖啡因的UV谱，再根据特征吸收峰选好色谱检测信号，将已配制的浓度不同的咖啡因标准溶液在相同条件下测定色谱图，选择峰面积或峰高等参数为变量，绘制工作曲线；然后将饮料中的咖啡因与其它组分(如：单宁酸、咖啡酸、蔗糖，维生素等)分离后，在工作曲线中标定出饮料中待测咖啡因的含量。同时可以尝试归一化法；

（2）选用苯，苯甲酸，水杨酸等常见化合物作为混合液，结合UV谱，先测出各自特征吸收峰，再用高效液相色谱测定它们混合液中特定组分的含量，方法同上，可选用工作曲线法或归一化法。

三、仪器和试剂

1．高效液相色谱仪，UV(254nm)检测器

2．色谱柱：ODS(n--C18)柱

3．超声波发生器或水泵

4．注射器：50 μL ·

5．容量瓶：100 mL，25 mL若干。

6．移液管：2mL、4mL，8mL。

7．咖啡因标准试剂：待测饮料试液/或其它常见芳香族衍生物

8 流动相：30％甲醇+ 80％水，1L；制备前，光调节水的PH≈3.5，进入色谱系

统前，用超声波

发生器或水泵脱气5min。

四、实验步骤

1．标准储备液的配制：准确称取25.0 mg咖啡因标准试剂，用配制的流动相溶解，转入100 mL容量瓶中，稀释至刻度。

2．用标准储备液配质量浓皮分别为25 μg/ml，50 μg/mL，750 μg/mL，100μg/mL，1250 μg/mL的系列标准溶液．

3．启动泵，打开检测器，设置泵的流速为2．3mL/min，检测器的灵敏度设在0．08AUFS，打开记录仪，将纸速设在l cm/min．当流动相通过色谱柱约5～10min，记录仪上基线稳定后，开始进样。

4．将进样阀放在装载（LOAD)位时，用注射器取25 μL浓度最低的标准样(比进样阀上定量管多5μL以上)，注入进样阀中。

5．将进样阀从装载(LOAD)位转向进样0NJECT)位．同时按标记钮(MARKER)，使在记录纸上打上

进样信号。

6．当咖啡因色谱峰出完后，按照4—5步骤连续操作2次，使最低浓度标准试液获得3张色谱图。

7．按标准试液浓度增加的顺序，按步骤4～6操作，使每一种标准样获得3个数据。

8．取2mL咖啡饮料试液放人25mL容量瓶中(或取5m入茶液放人50mL容量瓶中)，分别用流动

相稀释至刻度．

9．按步骤4～6操作，分析饮料试液(咖啡或茶)。

五、结果处理

1．用长度表示保留时间(保留距离),测定标样色谱。图上进样信号与色谱峰极大值之间的距离。

2．根据标准试样色谱图中的保留数据，找到并标出咖啡或茶样色谱图中对应咖啡因的色谱峰

3 记录每一张色谱图上的峰面积，并对每一个样品求出平均值。

4．用标准试样的数据作峰面积A对质量浓度p（mg／mL)的工作曲线。

5．从工作曲线上求得咖啡或茶中咖啡因的质量浓度(mg／m1)，(注意步骤9的稀释)，

六．问题讨论

1．解释用反相柱n—℃18测定咖啡因的理论基础。

2．在本实验中，用峰高h为定量基础的校正曲线能否得咖啡因的精确结果? 3．思考归一化法的可行性和特点。

##################################################################### 每次实验完成后，要求认真完成实验报告，实验报告要求格式规范、文字清楚整齐，语言简洁扼要。可参考范例的书写格式，最重要的是用所学的知识进行分析讨论！！

福建农林大学材料工程学院

实验报告

实验课程名称材料现代分析技术实验

实验项目数 4 总学时20

专业年级材料科学与工程2011级

姓名

学号

教师张明昕讲师

总成绩

日期2014 年月日

实验一

题目XXXXXXX （综合性）

时间： 地点： 学时数： 同组人员：

一、实验目的

二、实验方法

三、实验仪器与试剂

四、实验步骤

五、实验结果与讨论

N

CH 3

N H 3C

CH 3

+