《仪器分析》实验指导书

《仪器分析》实验指导书

中国计量学院质量与安全工程学院

二○一○年三月

学生实验守则

1 学生必须在规定时间内参加实验，不得迟到、早退。

2 学生进入实验室后，不准随地吐痰、抽烟和乱抛杂物，保持室内清洁和安静。

3 实验前应认真阅读实验指导书，复习有关理论并接受教师提问检

查，一切准备工作就绪后，须经指导教师同意后方可动用仪器设备进行实验。

4 实验中，认真执行操作规程，注意人身和设备安全。学生要以科学

的态度进行实验，细心观察实验现象、认真记录各种实验数据，不得马虎从事，不得抄袭他人实验数据。

5 如仪器发生故障，应立即报告教师进行处理，不得自行拆修。不得

动用和触摸与本次实验无关的仪器与设备。

6 凡损坏仪器设备、器皿、工具者，应主动说明原因，书写损坏情况

报告，根据具体情节进行处理。

7 实验完毕后，将实验仪器和设备整理好，认真书写实验报告（包括

数据记录、分析与处理，以及绘制必要的图形）。

前言

本实验指导书是《仪器分析》课程的配套实验教材。

《仪器分析》是化学、化工、安全工程、环境工程等有关专业的一门重要的专业基础课程。本课程涉及的分析方法是根据物质的物理和物理化学特性对物质的组成、状态、结构、信息进行表征和测量，是学习《化学分析》之后，必须掌握的进行科学研究与质量监控的现代分析技术。

仪器分析实验是《仪器分析》课程教学的必须实验环节。其目的是加深学生对本课程所涉及的重要基本原理、基本器件和常用仪器设备的结构及工作原理的理解，并且锻炼学生的动手实践能力，使学生在后面的学习和工作中能够综合运用所学知识解决实际问题。本课程要求学生提前阅读实验指导书，在教师指导下自己动手，亲自实践，边做边想，认真记录，并写出实验报告。

本实验指导书由于时间仓促，水平所限，难免有疏漏廖误之处，热切期望实验指导老师与学生能提出宝贵的意见，谢谢。

目录

实验一紫外分光光度法测定水溶液中苯酚的含量 (1)

实验二原子光谱法测定水中金属离子 (3)

实验三气相色谱法测定苯系化合物 (5)

实验四酚类化合物的高效液相色谱分析测定 (8)

实验一紫外分光光度法测定水溶液中苯酚的含量

一、实验目的

1．巩固紫外-可见分光光度计的基本原理，掌握用紫外-可见分光光度法进行定量测定的方法。

2．了解紫外-可见分光光度计的结构，学习使用紫外-可见分光光度计。

二、实验

苯酚（C6H6O，PhOH），是最简单的酚类有机物，一种弱酸。常温下为一种无色晶体。有毒。有腐蚀性，常温下微溶于水，易溶于有机溶液；当温度高于70℃时，能跟水以任意比例互溶，其溶液沾到皮肤上用酒精洗涤。暴露在空气中呈粉红色。酚主要由呼吸道和皮肤进入人体而引起中毒，属高毒类物质，为细胞浆毒物，低浓度能使蛋白质变性，高浓度能使蛋白质沉淀，故对细胞有直接损害，能使粘膜、心血管和中枢神经系统受到腐蚀、损害和抑制，对生物体的危害很大，会给环境造成严重的污染。

物质的吸收光谱是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量，这就是分光光度定性和定量分析的基础。分光光度分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。

紫外可见分光光度法是根据物质对不同波长光的吸收和光强度的变化对物质进行定性和定量分析。

紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。朗伯定律是说明光的吸收与吸收层厚度、溶液浓度成正比。苯酚在210±2nm和270±2nm处有比较大吸收。270nm处的吸收峰干扰因素少，以270±2nm处吸收峰作为测定水中苯酚含量的依据。

三、仪器与试剂

1. 分光光度计

2. 200 mL烧杯，100mL容量瓶

3. 苯酚（分析纯）

四、实验步骤

1. 苯酚标准溶液配制

准确称取100.0mg 苯酚于200mL烧杯中，加入水，溶解后，定量地转移至1000 mL（100 mg/L）容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

2. 最大吸收波长确定

用移液管移取20.0mL苯酚溶液（含0.1mg/mL）加入到50mL容量瓶中，定容。以水溶液为空白试剂，用1cm石英比色池，在200-700nm波长下进行波长扫描，测其最大吸收波长。

3. 标准曲线的制作

在7只50mL容量瓶中，用吸量管分别加入0.00 、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0和30.0 mL苯酚溶液（含0.1mg/mL）以水稀释至刻度50mL得到0，10，20，30，40，50，60 mg/L溶液。在最大吸收波长下，用1cm石英比色池，以水溶液为空白，测其各溶液的吸光度，并以苯酚含量为横坐标，吸光度A为纵坐标绘制标准曲线。

4. 苯酚含量测定

取未知苯酚浓度试样溶液，在其相同条件下测量吸光度，根据吸光度由标准曲线上查出试液中相当于苯酚的含量，然后计算试样中微量苯酚含量。

五、数据处理

根据标准样品的标准曲线，对试样中组分含量的测定。

六、思考题

1. 采用紫外分光光度法检测水中苯酚，根据苯酚紫外吸收曲线，指出最大

（v max）、最小吸收峰（v min）。

2. 根据苯酚最大吸收波长的吸光度，简单计算苯酚的摩尔吸光系数。

3. 紫外分光光仪器分析由哪几部分组成，简单说明其作用。

实验二原子吸收光谱法测定水中金属离子

一、实验目的

1. 掌握原子吸收光谱的基本原理、仪器基本结构和使用方法。

2. 掌握水中金属铜含量测定方法。

二、实验原理

原子吸收光谱法基于试样蒸气中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征谱线产生吸收。待测元素的基态原子蒸气对共振线的吸收强度(吸光度)A与试样浓度c成正比，通过测定溶液的原子吸收的吸光度从而得出溶液的浓度。

A＝K/c

该式为原子吸收分光光度法的定量基础。定量方法可用标准曲线法和标准加入法，本实验采用标准曲线法。

火焰原子化是目前使用最广泛的原子化技术之—。火焰中原子的生成是一个复杂的过程，其最大吸收部位是由该处原子生成和消灭的速度决定的，它不仅与

3. 硝酸铜、硝酸

四、实验步骤

1．标准系列溶液和待测溶液的配制

（1）铜标准系列取5支100 mL容量瓶，分别加入1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 mL浓度为0.10 mg/mL的铜标准液，以去离子水稀至刻度。各溶液Cu浓度

为1，2，4，6，8 ppm。

（2）实际水样的处理

取实际废水，进行消解处理、过滤。

（3）实际水样的测定称取硝酸铜0.0075 g（相对分子质量：241），稀释至500 mL容量瓶中，用去离子水释至刻度，用于测定Cu含量。

2．标准曲线的制作

将上述溶液以去离子水调零，由低浓度向高浓度依次测定铜标准溶液吸光度，测定Cu波长为324.75 nm。分别以浓度和吸光度作图（吸光度A为纵坐标，标准溶液的浓度C为横坐标），得到A-C关系曲线（标准曲线）。

3. 实际废水中铜含量测定

在相同的实验条件下，测定处理废水中的吸光度值，从A-C关系曲线（标准曲线）上查得水样溶液铜的浓度。

五、数据处理

根据标准样品的标准曲线，对试样中组分的定量分析。

六、思考题

1. 原子吸收分光光度计主要由哪几部分组成。各部分的作用是什么？

2. 原子吸收分光光度计对光源的基本要求是什么，采用什么灯作为光源？为什么？

3. 自来水样中哪些可能存在的杂质会影响测定的灵敏度？应该如何避免这些影响？

实验三气相色谱法测定苯系化合物

一、实验目的

1、掌握气相色谱仪的基本结构及分离分析的基本原理；了解气相色谱仪的

操作；

2、了解影响分离效果的因素；

3、掌握色谱分析法定性和定量分析的方法。

二、实验原理

色谱法（chromatography），是利用不同物质在不同相态的选择性分配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果，是一种利用混合物中组分在两相间的分配原理以获得分离的方法。

气相色谱法（gas chromatography）是用气体作为流动相的色谱法。气相色谱系统由气源、进样装置、色谱柱、检测器、恒温装置和记录器等部分组成。气源负责提供色谱分析所需要的载气，即流动相，载气需要经过纯化和恒压的处理。气相色谱的色谱柱一般直径很细长度很长，根据结构可以分为填充柱和毛细管柱两种。恒温装置是保护色谱柱和控制柱温度的装置，在气相色谱中，柱温常常会对分离效果产生很大影响，程序性温度控制常常是达到分离效果所必须的。检测器是对色谱柱分离的样品进行检测。实现了分离与检测的结合。

气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中的分配系数不同而进行分离。当气化后的试样被载气带入色谱柱进行分离时，组分就在其中的两相中进行反复多次的分配，由于固定相各个组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度（迁移速率）就不同。经过一定的柱长后，使彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器。检测器将各组分的浓度或质量的变化转换成一定的电信号，经过放大后在记录仪上记录下来，即可得到各组分的色谱峰。根据保留时间和峰高或峰面积，便可进行定性和定量的分析。

三、仪器与试剂

1. 岛津2010C型气相色谱仪；氢火焰离子化检测器（FID）；毛细管色谱柱：HP5，以聚氧化硅烷-聚乙二醇为固定相（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；5 μL、10 μL微量进样器；色谱工作站。

2. GC-FID操作条件

汽化温度为200 ℃；检测器温度为200 ℃；载气（N2）总量为40 mL/min, 分流比为30:1；氢气和空气流量分别为30 mL/min和300 mL/min；程序升温：初始温度40 ℃, 保持1 min，升温速率为10 ℃/min并升至150 ℃，保持1 min；进样量1～10 μL。

四、实验步骤

1.标准样品的配制

用乙醇分别配制约0.8 mg/L二甲苯各50mL。

用乙醇配制大约均为0.6-1.0 mg/L混合溶液（甲苯、二甲苯混合溶液）50mL。

2. 标准样品分析

待仪器基线平直后，注入二甲苯（邻、间、对二甲苯）标准溶液试样3-5 μL。记录二甲苯的保留时间。

3. 未知样品定性分析

在相同的色谱条件下，待仪器基线平直后，注入未知试样3-5μL，记录样品保留时间。根据标准样品保留时间，进行定性。

五、数据处理

测定标准样的保留时间；测定未知试样中峰的保留时间，与标准样品色谱图进行比较，根据保留时间进行定性。

六、思考题

1.在分析有机物时常采用氢火焰离子化检测器，为什么？

2. 进样操作应注意哪些事项？一定色谱条件下，进样量大小是否会影响色谱峰保留时间？

3. 气相色谱组成。其中温控系统主要控制哪几个部件的温度，为什么？

实验四酚类化合物的高效液相色谱分析测定

一、实验目的

1．学习高效液相色谱仪的操作；

2．了解高效液相色谱柱分离化合物的基本原理；

3．掌握用高效液相色谱法分离苯酚类化合物。

二、实验原理

高效液相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中的流动相和固定相间的分配系数、吸附能力、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。

当试样随着流动相进入色谱柱中后，组分就在其中的两相间进行反复多次（103-106）的分配（吸附－脱附－放出）由于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。

三、仪器与试剂

1. 高效液相色谱仪（紫外检测器、高压输液泵、色谱柱）

2. 流动相：60%甲醇+40%水

3.苯酚、对苯二酚（均为色谱纯）

4. 未知混合样品

四、实验步骤

1.标准样品的配置

分别用甲醇配制0.2 mg/L苯酚、对苯二酚标准溶液各50mL。

对苯酚、对苯二酚混合溶液配制：

用甲醇配制大约均为0.15-0.2 mg/L混合溶液50mL。

2. 高效液相色谱的色谱条件.

流动相：甲醇：水=60:40

流动相流速：0.8mL/min

柱温：室温

检测波长：280nm

进样量：5-10微升

2.标准样品分析

待仪器基线平直后，分别注入所配苯酚类标准溶液试样各10μL。

3. 待测样品分析

获得两种标准样品色谱后，注入未知试样10μL，记录色谱图。

五、数据处理

1. 测定每一个标准样的保留时间；

2.试样中组分的定性

测定未知试样中每一个峰的保留时间，与标准样品色谱图进行比较，标出每个峰代表的化合物；

3. 试样中组分的定量

根据标准样品峰的峰面积，估算未知试样中化合物的含量。

本实验采用单点校正曲线法。将测得的标准试样溶液以及测得的未知试样进行计算，以浓度表示组分的含量，X表示未知试样中的物质的浓度：

甲醇：水=60：40时对苯二酚、苯酚标准液的色谱图

六、思考题

1. 正相、反相色谱分离系统是如何定义的，它们分别适用于什么情况？

2. 为什么可以利用色谱峰的保留时间进行色谱定性分析？

3. 色谱分析法中有哪几种定量方法，简单说明。