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1、仪器分析实验讲义仪器分析课程组嘉兴学院生物与化工学院2010年9月目 录实验一 火焰原子吸收法测定钙含量 3实验二 分子荧光法测定罗丹明B的含量 8实验三 有机化合物的紫外光谱分析 13实验四 苯甲酸等有机物的红外光谱测定 15实验五 用氟离子选择性电极测定水中微量F- 22实验六 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程 25实验七 气相色谱法测定苯、甲苯和乙醇含量 29实验八 苯、萘的高效液相色谱分析及柱效能的测定 34实验一 火焰原子吸收法测定钙含量一、实验目的1了解原子吸收分光光度计的主要结构及工作原理。2掌握原子吸收分光光度计的操作方法及原子吸收分析方法。3了解火焰原子吸收分析条件的选择
2、。二、实验原理溶液中的钙离子在火焰温度下转变为基态钙原子蒸气，当钙空心阴极灯发射出波长为422.7nm的钙特征谱线通过基态钙原子蒸气时，被基态钙原子吸收，在一定浓度范围和一定火焰宽度的情况下，其吸光度与溶液中钙浓度成正比，符从比尔定律：A=kc其中c为待测元素钙的含量或浓度，k在一定实验条件下为一常数，A为吸光度。这是原子吸收分光光度分析的定量基础。配制一组合适浓度的钙标准溶液，由低到高浓度，依次喷入火焰，分别测定吸光度。以测得的吸光度为纵坐标，待测元素的含量或浓度为横坐标，绘制A-c标准曲线。在相同条件下，喷入待测试样溶液，根据测得的吸光度，由标准曲线求出试样中待测元素的含量，这种定量方法称
3、为标准曲线法。标准曲线法定量时，要求所配制的标准溶液的浓度应在吸光度与浓度呈直线关系的范围内，标准溶液与待测溶液都用相同的试剂处理，分析过程中操作条件保持不变，并且扣除空白值。标准曲线法简便、快速，适用于组成简单的试样分析。对于组成不确定的较为复杂的样品分析可以采用标准加入法：取相同体积的试样溶液两份，分别移入容量瓶A和B中，另取一定量的标准溶液加入到B中，然后将两份溶液稀释至刻度，测定A和B的吸光度。设试样中待测元素（A中）的浓度为cx，A溶液中的吸光度为Ax，加入标准溶液（B中）的浓度为c0，B中溶液的吸光度为A0，则可得：Ax=kcxA0= k(c0+cx)由上两式得：实际测定中，都采用
4、下述作图法：取若干份（如6份）体积相同的试样溶液，从第二份开始分别按比例加入不同量的待测元素的标准溶液，然后用溶剂稀释至一定体积（设试样中待测元素的浓度为cx，加入标准溶液后浓度分别为cx +c0，cx +2c0，cx + 3c0，cx + 4c0及cx +5c0），分别测得其吸光度（Ax，A1，A2，A3，A4及A5），以A对加入量作图，得到如图2-1所示的直线。这时曲线并不通过原点。其中，曲线相应的截距所反映的吸收值正是试样中待测元素所引起的效应。反向延长此曲线使其与坐标轴相交，相应于原点与交点的距离，即为所求的试样中待测元素的浓度cx。图1-1 标准加入法曲线原子吸收分光光度法实验条件主
5、要包括分析线、狭缝宽度、空心阴极灯工作电流、原子化条件、检测进样量等。采用火焰原子化器装置时，常用乙炔空气燃气系统调节火焰温度，最高可达2600K，可以检测35种元素。根据乙炔空气流量比例的不同，火焰区分为贫燃火焰、富燃火焰和中性火焰，相应的火焰温度及适用范围也不相同。钙的测定一般在化学计量火焰（即中性火焰，配比约为1:4）中进行，以钙空心阴极灯发射出波长为422.7nm的钙特征谱线为分析线，以锶溶液为干扰抑制剂测定钙含量。三、实验仪器与试剂1仪器 原子吸收分光光度计（附钙空心阴极灯），乙炔、空气供气系统，容量瓶（50mL、100mL），移液管，烧杯（50mL）。2试剂 盐酸（1：1）；钙标准
6、储备液（1000gmL-1）：准确称取光谱纯氧化钙（其量按所需浓度和体积计算）于烧杯中，加入1：1盐酸20mL，低温加热溶解完全，转入1000mL容量瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。钙标准溶液（100gmL-1）：将钙标准储备液用去离子水稀释10倍制得。干扰抑制剂锶溶液（10mgmL-1）：称取六水合氯化锶30.4g溶于1000ml去离子水中。样品溶液的配制：称取氯化钙（其量按所需浓度和体积计算）于烧杯中，加入1：1盐酸20mL ，低温加热溶解完全，转入1000mL试剂瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。四、实验步骤1仪器工作条件选择 移取100gmL-1钙标准溶液4.0 mL于100 m
7、L容量瓶中，加入10 mgmL-1锶溶液4 mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀，用此含钙4gmL-1的溶液选择仪器的工作条件。（1）燃气和助燃气流量比例的选择 固定空气流量为6.5mLmin-1，改变乙炔流量分别为1.2、1.4、1.6、1.8、2.0和2.2 mLmin-1，以去离子水为参比调零，测定钙溶液的吸光度。从实验结果中选择出稳定性好且吸光度较大时的乙炔流量，作为测定的乙炔流量。（2）燃烧器高度的选择（本节内容根据实际情况决定是否选择） 在选定的空气和乙炔气流量条件下，改变燃烧器高度，以去离子水为参比，测定钙溶液的吸光度。从实验结果中选择出稳定性好且吸光度较大时的燃烧器高度，作为测定的
8、燃烧器高度。2干扰抑制剂锶溶液加入量的选择 在50ml容量瓶中加入样品溶液1mL、1:1盐酸2.5mL，分别加入10mgmL-1锶溶液1.00、2.00、3.00、4.00和5.00mL，以去离子水稀释至刻度。在选定的仪器工作条件下，以去离子水作参比调零，测定钙溶液的吸光度并作出吸光度锶浓度关系曲线，从曲线上选择吸光度较大 且稳定时的锶溶液加入量。3线形范围的确定 在6个50 mL容量瓶中，分别加入100gmL-1钙标准溶液0、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00 mL，加入选定量的锶溶液和1:1盐酸2.5 mL，稀释至刻线并摇匀。在仪器工作条件下，以空白溶液为参比调零，分别测定吸
9、光度（包括空白溶液在内），在计算机上作出吸光度钙浓度标准曲线，计算出回归方程，并确定在选定条件下钙测定的线性范围。4样品的测定 于5个50mL容量瓶中，各加入3.00mL样品溶液（视钙含量高低，加入样品溶液量在1.05.0mL范围内适当调整）、1:1盐酸2.5mL、和选定的锶溶液量，再分别加入100gmL-1的钙标准溶液0、1.00、2.00、3.00和4.00 mL，用去离子水稀释至刻度，摇匀；在另一个50 mL容量瓶中，加入样品溶液3.00 mL、1：1盐酸2.50 mL和选定量的锶溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀，作为测定空白溶液。在选定的实验条件下，以测定空白溶液为参比，测定各溶液的吸
10、光度。五、注意事项1乙炔为易燃气体，容易爆炸，使用时必须遵守操作规程（见实验室的安全守则）。2雾化器和燃烧器是仪器的主要部件，应正确使用、保养。浓度过大的溶液不能直接吸收。六、实验结果和讨论1用标准曲线法计算样品溶液中的钙含量（gmL-1），再根据样品溶液取样量及测定溶液体积计算钙样中钙含量（mgL-1）。2以吸光度为纵坐标，加入的标准溶液浓度为横坐标，用标准加入法计算样品溶液中的钙含量（mgL-1）。3比较用标准曲线法和标准加入法得到的实验结果并分析它们的特点。七、思考题1本实验中锶溶液的作用是什么？2何为空白溶液，为什么在制作标准曲线时空白溶液和测定样品时的空白溶液不完全一样？3采用标准加
11、入法时应注意什么？附录： 火焰原子吸收分光光度计的结构、工作原理与使用调试说明仪器结构与工作原理：原子吸收分光光度计由光源、原子化器、分光系统和检测读出系统组成。光源系统提供待测元素的特征辐射光谱；原子化系统将样品中的待测元素转化成为自由原子；分光系统将待测元素的共振线分出；检测读出系统将光信号转换成电信号进而读出吸光度值。目前使用最普遍的仪器是单道单光束和单道双光束原子吸收分光光度计。二、光源系统基于峰值吸收测定原理，必须提供锐线光源。目前普遍使用的是空心阴极灯。无极放电灯和高强度空心阴极灯的应用，明显地改善了许多元素的分析性能。空心阴极灯是一种辐射强度大和稳定度高的锐线光源，其放电机理是一
12、种特殊的低压辉光放电。三、原子化系统直接影响分析灵敏度和结果的重现性。原子化系统主要分为火焰原子化和石墨炉原子化两种。火焰原子化系统，一般包括雾化器、雾化室和燃烧器三部分，该系统的任务是产生大量的基态自由原子，并能保持原子化期间基态原子浓度恒定。1、雾化器：雾化器是火焰原子化系统的核心部件，雾化器的作用是吸喷雾化。高质量的雾化器应满足下面要求：（1） 雾化效率高；（2） 雾滴细；（3） 喷雾稳定。2、燃烧器:作用是雾滴由雾化室进入燃烧器，在火焰中经历脱溶剂、熔融、蒸发、解离和还原等过程，产生大量的基态自由原子。燃烧器应具有高的脱溶剂效率，挥发效率和解离还原效率，并且噪声小，火焰稳定和燃烧安全。
13、根据燃助比，火焰可分为贫燃火焰，化学计量焰和富燃火焰三大类。火焰中发生着复杂的化学反应（解离、还原、化合、电离），分析工作者的任务就在于如何创造条件使火焰中的各种化学平衡向有利于生成非化合、非缔合、非电离、非激发的基态自由原子转化，以提高原子化效率。3分光系统：目前商品原子吸收分光光度计普遍采用光栅单色器。单色器由入射狭缝、准直光镜、光栅、成象物镜和出口狭缝组成。光栅单色器的特性可用色散率；分辨率和闪耀波长来表达。4检测读数系统：检测读数系统的主要部件是光电倍增管。光电倍增管的工作原理在这里就不详述了，但光电倍增管的疲劳现象应引起分析工作者的注意。光电倍增管刚开始时灵敏度低，过一段时间之后趋向
14、稳定，长时间使用后则 又下降。疲劳的程度随照射光强度和外加电压而加重。因此设法阻挡非信号光进入检测器，同时尽可能不要使用过高的负高压，以保持光电倍增管的良好工作特性。 图1-2原子吸收分光光度计结构示意图 图1-3空心阴极灯结构示意图四、原子吸收分光光度计的使用说明按照相应型号的原子吸收分光光度计使用说明书进行。实验二 分子荧光法测定罗丹明B的含量一、实验目的1、学习与掌握分子荧光光度计的基本原理、仪器组成、应用范围。2、掌握标准曲线法的原理、方法，及其在定量分析中的应用。3、了解食品安全分析方面知识，学习及掌握分子荧光法测定罗丹明B的含量的方法。二、实验原理食用色素作为食品添加剂主要用于全面
15、改善食品外观和食品质量。近年来苏丹红、孔雀石绿事件给我国食品安全、出口贸易等带来很大问题, 食品中食用色素残留量过高会对人体产生毒性，容易致癌、致畸和致突变等，所以食品中违禁色素一直是食品安全检测的重点。罗丹明B是一种具有鲜桃红色的人工合成染料, 又称玫瑰红B，属于三苯甲烷类碱性染料，其分子结构见图1，其属违禁色素之一。所以，罗丹明B的分析检测得到关注。本实验根据罗丹明B的强荧光性，应用标准曲线法，建立未知样品中罗丹明B的测定方法。图3-1 罗丹明B的分子结构罗丹明B含有多环芳香烃的刚性分子，其在水中是强的荧光物质，并且在低浓度时，荧光强度与罗丹明B浓度呈正比：If=kC基于此，测定一系列已知浓度的罗丹明B的荧光强度，然后以荧光强度对罗丹明B浓度作标准曲线，再测定未知浓度罗丹明B的荧光强度，把它代入标准曲线方程求出其浓度。本方法应用标准曲线法（外标法），检测分析未知试样中罗丹明B的含量。首先，在一定条件下，配制一系列
