《仪器分析实验讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析实验讲义（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一 荧光物质稀溶液的激发、发射和同步荧光光谱测定一. 实验目的1.学习荧光分析法的基本原理和 LS55B 发光分析仪的操作。2.学习同步荧光的操作，了解同步荧光的优点。二. 实验原理荧光是分子从激发态的最低振动能级回到原来基态时发射的光。利用物质被光照射后产生的荧光辐射对该物质进行定性分析和定量分析的方法，称为荧光分析。在一定光源强度下，若保持激发波长 不变，扫描得到的荧光强度与发射ex波长 的关系曲线，称为荧光发射光谱；反之，保持 不变，扫描得到的荧em em光强度与 的关系曲线，则称为荧光激发光谱。在一定条件下，荧光强度与物x质浓度成正比，这是荧光定量分析的基础。荧光分析的灵敏度不仅与
2、溶液的浓度有关，而且与紫外光照射强度及所选测量波长等因素有关。苯酚由于其共轭结构，有荧光活性，可以用荧光分析法测定。它们的激发光谱和发射光谱有互相重叠的现象。对于复杂组分，当激发光谱和发射光谱有互相重叠的现象时，可以用同步荧光扫描，同步扫描荧光光谱技术可以简化、窄化光谱，提高选择性。三. 实验仪器和试剂1. LS-55 型发光谱仪;2. 移液枪(德国 BRAND 公司生产);3. 50ml 容量瓶，25ml 容量瓶 10 支;4. 苯酚储备液：960mg/L5. 去离子水;四. 实验内容1.预扫描(pre-scan)用储备液配制浓度为 10ppm（mol/L）的工作液，设定仪器参数，进行全波长
3、预扫描，并记录扫描结果，得出最大激发和发射波长，同时查看其瑞利散射波长、以及双倍频峰波长。2激发光谱、发射光谱和同步荧光扫描设定合适的参数，分别对苯酚溶液进行荧光激发、发射和同步荧光光谱扫描。取浓度为 0.010（mol/L）的工作液，扫描发射光谱，加水稀释后再在同样波长下扫描发射光谱，观察荧光猝灭效应。发射光谱参数：扫描波长范围 200750nm；Ex=214nm、270nm ，扫描速度=1000 nm/min, Ex-Slit=10nm, Em-slit=5nm,，记住取文件名。激发光谱参数：扫描波长范围 200-750nm， =300nm、586nm，扫描速度em=1000nm/min,
4、 Ex-Slit=10nm, Em-slit=5nm,记录信息。同步荧光光谱：扫描波长范围 250-750nm, ( - )=30nm、86nm, 扫描ex速度=1000nm/min, Ex-Slit=10nm, Em-slit=5nm,记录信息。3三维荧光光谱扫描设定发射波长范围，激发开始波长，步长，测定数目，开始进行苯酚三维荧光光谱扫描。五数据处理1用实验获得的数据绘制苯酚的激发、发射、同步光谱。2对比不同浓度下的苯酚的最大激发波长和最大发射波长处的峰高，了解荧光猝灭效应。取浓度为 0.01（mol/L）的苯酚溶液，固定激发光的波长为 270nm，狭缝宽度为10.0nm，发射光的狭缝宽度为
5、 5.0nm，扫描波长范围 250750nm，扫速为1000nm/min，扫描荧光强度与发射光波长的关系曲线，所得曲线如下：图 7将溶液稀释后再以同样的条件扫描荧光强度与发射光波长的关系曲线，所得曲线如下：图 8从图 7 与图 8（图 8 中红色线是稀释前的曲线，蓝色线是稀释后的曲线）上可明显看出稀释后的峰的强度大了许多，这是由于在高浓度时一部分苯酚的发射光被自身吸收了，发生了荧光的猝灭，而浓度低时这种自身吸就大大减少，峰的强度反而变大。所以，荧光分析的浓度不能高。3.用 MATLAB 绘制三维荧光光谱。六讨论与思考1对待测溶液进行预扫描的有何作用？2观察激发光波长的整数倍处荧光发射光谱在有何
6、特点？该波长是否适合于进行定量分析？3同步荧光技术有哪些优点？比较激发、发射和同步荧光光谱中的峰值及对应波长，比较他们的不同，并解释原因。4比较紫外分光光度法和荧光分析法的区别和各自的优缺点。实验二 有机化合物红外光谱的测定一.实验目的通过红外吸收光谱的测定，掌握 Nicolet FT-IR 的使用方法。二.实验原理本实验用 Nicolet FT-IR 测定有机物以及高分子的红外吸收光谱。红外光谱作为“ 分子的指纹 ”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可确定分子的空间构型，求出化学键的力常数、键长和键
7、角。从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。51015202530354045505560%Transmittance500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)对苯二酚的红外吸收谱图如上，可以看到在 3500cm-1 处有个大的吸收峰，这是羟基的吸收峰，3000 cm -1 左右是 C-H 的吸收峰，1500 cm -1 是 C=C 的吸收峰。三.实验仪器和试剂
8、6. Nicolet FT-IR 傅立叶红外光谱仪（美国热电公司， Thermo）;7. 压片机（美国热电公司）;8. 多功能反射头（美国热电公司）9. 对苯二酚10.聚苯乙烯薄膜；11. 自备样品（塑料）;12.KBr 固体四.实验内容13.空气中 CO2 的测定（1）实验步骤：不放样品的情况下测试空气中的红外吸收谱图，在不扣除背景的情况下在nm 下可以看到 CO2 的红外吸收谱图，在分辨率为 4cm-1 和 1cm-1 两种情况下分别测试。（2）分析两种分辨率下的谱图的异同。观察 CO2 的红外吸收精细结构。14.维生素 C 的测定（1）压片：将少量维生素 C 固体加入到 KBr 粉末中，
9、碾碎并拌匀，用压片机压成薄片。（2）测试：将压好的样品薄片放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景。（3）谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看是不是自己测得的物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。图 16 CO 2 分子的反对称伸缩振动(分辨率1 和 4 cm-1)2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 Wavenumbers (cm-1)SingleBeamR 枝 P 枝15.聚苯乙烯薄膜的测定（1）测试：将聚苯乙烯薄膜放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景。（3）谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，
10、看看是不是自己测得的物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。16.自备样品（透明塑料薄膜）的测定（1）红外吸收谱图的测定：测试：将自备塑料样品放置在红外光谱仪中，测定样品的红外吸收光谱，需要扣除背景。谱图解析：将测得的谱图在谱图库中查询比对，看看自己测得的是何种物质，并记录匹配度；分析谱图，将各种官能团指出来。实验三 多元校正分光光度法同时测定混合色素一. 目的1. 了解矢量数据的获取方法及其在多组分测定中的应用。2. 了解计算机技术及化学计量学基本方法在波谱解析中的应用。二. 原理食用合成色素是饮料等食品中的常用添加剂，但合成色素具有一定的毒性，过量使用有害健康。因此，色素的分析对
11、食品工业具有重要意义。由于色素对可见光有较强吸收，故分光光度法是测定色素的基本方法。但当有多种色素同时存在时，通常要借助薄层层析等方法使各组分分离后，才能进行定量测定。这使得测定步骤十分烦琐。化学计量学方法为混合色素不经分离进行准确地同时测定提供了可能。设有 nc 个组分同时存在，配制一组已知样本共 ns 个溶液，其浓度矩阵为Cncns，在 nw 个波长下测得吸光度矩阵 Anwns。根据朗伯比耳定律有： (1) nscnwsnCK其中 Knwnc 为吸光度矩阵，根据最小二乘法原理可求出各组分的纯物种谱，即K 矩阵：(2) 1tt)(式（2）中 t 和-1 分别表示该矩阵的转置和逆。对于一个或一
12、组未知样，同样在nw 个相同波长下测定后，可用最小二乘法根据下式求出未知物的浓度。(3)未t1t未AK)(C三. 仪器与试剂1. 仪器722 分光光度仪、Agilent8453UV-VIS 分光光度仪容量瓶：50ml 6 个 移液管：5ml 4 支2. 试剂2.1 胭脂红溶液（120mg/L）：称取 0.120g 胭脂红用纯水溶解后定容至 1L。2.2 柠檬黄溶液（100mg/L）：配制方法参考 2.1。2.3 日落黄溶液（100mg/L）：配制方法参考 2.1。2.4 HCl（0.1 mol/L）：量取 16.6mL 盐酸（A.R.）用纯水定容至 2000mL。四. 实验部分1. 混合色素的
13、测定要求同学根据下列提示，自己设计实验步骤，并测定三份未知混合样。1.1 测定食用色素的吸光度，必须控制 pH 值，建议控制酸度为 CHCl=0.01molL-1(pH=2.0)。1.2 在酸性条件下，三种色素的最大吸收波长和吸光系数的参考值如下：胭脂红 日落黄 柠檬黄max/nm 510 480 400K/(Lg-1cm-1) 20 31 331.3 标准溶液建议配制 6 份。每份溶液中各组分的含量应线性不相关，所测得吸光度值 0.11 为宜。具体步骤为：分别吸三种色素储备液若干毫升，加入5.0mL 0.10 molL-1 的 HCl，定容至 50mL。每次标准溶液的吸取量填入表1。表 1.
14、 标准溶液的组成(即 C 矩阵)样品号 1 2 3 4 5 6胭脂红日落黄柠檬黄2. 模拟实验：吸收光谱通常用洛仑兹函数来模拟，当第 j 个组分存在时，吸光度的计算公式如下：(4)jj2ij,02jmax,j,i c)(fb1ckA式中 0,j ： 第 j 组分的最大吸收波长； i ： 第 i 个波长；kmax,j ： 波长为 0 时的吸光系数，即最大吸光系数；cj ： 第 j 个组分的含量(g/L);bj ： 调节峰宽的参数； b 值越大，峰越窄。当三组分同时存在时，则有：(5)31j Ejsum,i AcfAAE 为测量误差。产生 AE 的方法如下：2.1 随机误差法：A E=(0.5-r
15、andom)DRandom 为 01 间的随机数，D 为吸光度的随机波动范围，取 D=0.004 较合适。2.2 Monto Carlo 法： )r2cos(Lnr1AEr1、r 2 为 01 间的随机数。该方法获得的误差符合正态分布 N(0,2 )，标准差A 取 0.0020.003 较合适。2.3 真实误差法：在(2) 法的基础上，考虑到吸光度 A 的标准偏差随 A 的增大而增大，但透光率的标准差一般为常数，两者关系为A30.2exp4T43.0TA可取 T=0.002。根据以上方法，可获得标准样本集和未知样本集的吸光度矩阵。五. 数据处理根据原理部分提出的数据处理方法，用自己擅长的计算机
16、语言编程，求出K 矩阵并预报未知样。利用实验室提供的软件：multicom.exe ，该程序用 Delphi7.0 编写，在Windows 下运行。界面如图 1。输入相应的数据后，可保存数据文件，并进行未知样预报、因子分析及交叉验证等运算。运算结果应在实验报告中给出。图 1 数据处理程序主菜单六. 讨论题：1. 从理论上讲，任取三个波长测定后解联立方程，也能获得结果。问：多波长测定后并利用多元校正方法求解有什么优点？2. 根据各组分的吸收光谱，找出最大吸收波长及相应的吸光系数。3. 如果要用本实验提供的方法，测定市售欲测定其中色素的含量，试分析在什么条件下能获得较可靠的结果？4. 查出有关合成色素测定的参考文
