仪器分析实验讲义.docx
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仪器分析实验讲义.docx
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仪器分析实验讲义
1.阳极溶出伏安法测定水中微量镉
1.1实验目的
1.了解阳极溶出伏安法的基本原理。
2.掌握汞膜电极的制备方法。
3.学习阳极溶出伏安法测定镉的实验技术。
1.2基本原理
溶出伏安法是一种灵敏度高的电化学分析方法,一般可达10-8~10-9mol/L,有时可达10-12mol/L,因此在痕量成分分析中相当重要。
溶出伏安法的操作分两步。
第一步是预电解过程,第二步是溶出过程。
预电解是在恒电位和溶液搅拌的条件下进行,其目的是富集痕量组分。
富集后,让溶液静止30s或1min,再用各种极谱分析方法(如单扫描极谱法)溶出。
阳极溶出伏安法,通常用小体积悬汞电极或汞膜电极作为工作电极,使能生成汞齐的被测金属离子电解还原,富集在电极汞中,然后将电压从负电位扫描到较正的电位,使汞齐中的金属重新氧化溶出,产生比富集时的还原电流大得多的氧化峰电流。
本实验采用镀一薄层汞的玻碳电极作汞膜电极,由于电极面积大而体积小,有利于富集。
先在-1.0V(vs.SCE)电解富集镉,然后使电极电位由-1.0V线性地扫描至-0.2V,当电位达到镉的氧化电位时,镉氧化溶出,产生氧化电流,电流迅速增加。
当电位继续正移时,由于富集在电极上的镉已大部分溶出,汞齐浓度迅速降低,电流减小,因此得到尖峰形的溶出曲线。
此峰电流与溶液中金属离子的浓度、电解富集时间、富集时的搅拌速度、电极的面积和扫描速度等因素有关。
当其它条件一定时,峰电流ip只与溶液中金属离子的浓度c成正比:
ip=Kc
用标准曲线法或标准加入法均可进行定量测定。
标准加入法的计算公式为:
式中cx、Vx、h分别为试液中被测组分的浓度、试液的体积和溶出峰的峰高;cs、Vs为加入标准溶液的浓度和体积;H为试液中加入标准溶液后溶出峰的总高度。
这里加入标准溶液的体积应非常小。
1.3仪器及试剂
仪器:
电化学工作站(CHI660E);三电极体系:
玻碳汞膜电极作工作电极、饱和甘汞电极作参比电极、铂电极作辅助电极;电磁搅拌器;电解池或100mL烧杯;移液管:
25mL1支、5mL2支、1mL1支。
试剂:
110-4mol/LCd2+标准溶液;1mol/LNH3H2O–1mol/LNH4Cl缓冲溶液;10%Na2SO3溶液(新鲜配制);1:
1HNO3;含镉水样。
1.4操作步骤
1.制备玻碳汞膜电极:
将玻碳电极在6#金相砂纸上小心轻轻打磨光亮,成镜面。
用蒸馏水多次冲洗,最好是用超声波清洗1~2min。
用滤纸吸去附着在电极上的水珠。
将已抛光洗净的玻碳电极浸入含0.1mol/LKCl和10-4mol/LHgNO3,pH为2的溶液中,以玻碳电极为阴极,铂片电极为阳极。
阴极电位控制在-1.0V,在搅拌条件下电解5min,即可得玻碳汞膜电极。
电解结束,用蒸馏水冲洗,浸入纯水中待用。
2.开机并输入以下实验参数:
清洗电位-0.2V,清洗时间60s。
起始电位-1.00V,终止电位-0.2V,富集电位-1.00V,搅拌富集时间60s,静止时间30s,电位扫描速率为90mV/s。
3.取25mL水样于烧杯中,加入3mLNH3H2O–NH4Cl缓冲溶液和2mL10%Na2SO3溶液。
将三支电极浸入溶液中,在清洗和富集阶段,启动搅拌器在上述测定条件下记录溶出伏安曲线。
如此重复测定三次,记录三次溶出伏安曲线。
于烧杯中加入0.5mL110-4mol/LCd2+标准溶液,同样进行三次测定。
测量完毕,将电极在-0.2V处搅拌清洗60s,取下用水冲洗干净。
1.5结果与讨论
1.记录实验条件
2.按下表记录数据
3.按公式计算水样中Cd2+的浓度cx,分别以mol/L和g/mL表示。
4.实验中为什么要求各实验条件必须严格保持一致?
1.6注意事项
1.汞膜电极应保存在弱碱性的蒸馏水中或插入纯汞中,不宜暴露在空气中。
2.如发现电极表面不光亮,可重新沾汞,但新沾汞的电极灵敏度较高不太稳定,一般测定三次以后就稳定了。
3.整个实验过程应保持所有测定条件固定不变。
1.7思考题
1.为什么溶出伏安法是一种灵敏度高的电化学分析方法?
2.氟离子电化学传感器测定水中的微量氟
2.1内容提要
根据能斯特方程式可得出:
电池电动势E在一定条件下与离子浓度的对数值成线性关系,据此,通过测定电池电动势即可求出待测离子的浓度。
2.2目的要求
1.熟悉氟离子传感器测定水中微量氟的原理,掌握用标准曲线法和标准加入法测定水中氟离子的方法。
2.了解总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用。
3.初步掌握pHS—3C型精密pH计的使用方法。
2.3实验关键
pHS—3C型精密酸度计(电位计)的正确使用和标准加入法的测定方法。
2.4预备知识
电池电动势、指示电极、参比电极及能斯特方程式:
式中:
为氧化态;Red为还原态;a为离子活度。
2.5实验原理
电化学传感器,即是一种离子选择性电极,它将溶液中待测离子的活度转换成相应的电位,以饱和甘汞电极为参比电极,氟电极作指示电极,插入待测溶液中组成原电池。
电池的电动势E在一定条件下与
离子活度的对数值成直线关系,即
当测量温度为25℃,其氟离子浓度在
范围内,且溶液总离子强度及溶液接界电位条件一定时,电池电动势与氟离子浓度的负对数值成线性关系,即
可采用标准曲线法或标准加入法进行测定。
在酸性溶液中,H+与部分F-离子形成HF或
会降低F-离子的浓度,在碱性溶液中,
膜与
离子发生作用而使溶液中
离子浓度增加,故测定pH值范围控制在5~7最为适宜。
凡能与
离子生成稳定配合物或难溶沉淀的元素,如
及稀土元素均干扰测定,通常用柠檬酸,EDTA,磺基水杨酸或磷酸盐等掩蔽剂进行掩蔽,103倍以上的
、
、酒石酸根等阴离子均不干扰
的测定。
2.6仪器、药品及材料
pHS—3C型精密pH计1台,HDF氟离子选择电极1支,232型甘汞电极1支,电磁搅拌器1台,50mL容量瓶7个,1mL、25mL移液管各1支,10mL移液管(刻度)2支,50mL烧杯7个。
0.1molL-1NaF标准溶液:
将分析纯NaF于120℃干燥2h,称取4.19g溶于去离子水中,转入1000mL容量瓶中稀释至刻度,贮于聚乙烯瓶中。
510-2molL-1氟标准溶液:
用移液管吸取0.1molL-1氟标准溶液50mL,放入100mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度。
510-3molL-1氟标准溶液:
吸取上述溶液50mL,用去离子水稀释成500mL即得。
总离子强度调节缓冲溶液:
简称TISAB,1000mL烧杯中,加入500mL去离子水和57mL冰乙酸、58gNaCl、12g柠檬酸钠(Na2C2H5O22H2O),搅拌溶解,将烧杯放在冷水中,缓慢加入6molL-1NaOH直至pH在5.0~5.5之间(约25mL,用pH试纸检查),冷至室温,转入1000mL容量瓶中,用去离子水稀至刻度。
2.7实验步骤
1.pHS—3C型精密pH计的调节按附录中的仪器使用说明测量电极电位(mV)值准备调试好仪器。
2.标准曲线法
(1)吸取510-3molL-1氟标准溶液2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL,分别放入50mL容量瓶中,加入10mL总离子强度调节缓冲溶液,用去离子水稀释至刻度,摇匀,即得氟离子浓度为210-4molL-1、410-4molL-1、610-4molL-1、810-4molL-1、1010-4molL-1的标准系列。
(2)将氟电极和甘汞电极夹在电极夹上,把氟电极插头插入电极插孔,并旋紧螺丝,甘汞电极引线接到电极接线柱上,将标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入烧杯中,浸入氟电极和甘汞电极、电磁搅拌数分钟,读取稳定的平衡电位值,测定结果,移上电极,并用滤纸吸干附着在电极上的溶液。
在数据记录表格中记下标准系列的相应电位值,在半对数坐标准纸上作mV-CF图,或在普通坐标纸上作mV-pcF图,即得标准曲线。
(3)用移液管吸取水样25.00mL(若含量较高应稀释后再取)于50mL容量瓶中,加入10mL总离子强度调节缓冲液,用去离子水稀释至刻度,摇匀,全部转入干烧杯,在与标准曲线相同的条件下测量电位E1(注意:
此溶液留作标准加入法用。
)从标准曲线上查出F-离子的浓度,再算出水样中氟的含量(mgL-1)。
3.标准加入法在上述被测溶液中准确加入0.50mL浓度为510-2molL-1的氟标准溶液,测量电位值
,从下式计算氟含量:
式中:
为增加的
离子浓度(molL-1)。
4.记录并计算
(1)数据记录
标准溶液(5×10-3molL-1)
水样未知
1
2
3
4
5
吸取毫升数
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
25.00
离子浓度/
2×10-4
4×10-4
6×10-4
8×10-4
10×10-4
3.699
3.398
3.222
3.097
3.0
E/mV
(2)计算
标准曲线法从标准曲线上查出被测溶液含
离子浓度
,则水样中含
离子的浓度为
或
标准加入法
式中:
为加入的氟标准溶液浓度(molL-1);
为加入的氟标准溶液体积(mL);
为测E1时水样的体积(mL)。
最后换算成原水样中氟离子浓度。
5.注意事项
(1)氟电极在使用前宜在纯水浸泡数小时或过夜,或在1×10-3
的NaF溶液中活化1~2h,再用去离子水清纯到空白电位(电极在不含
离子的去离子水中的电位值为180~250mL左右)恒定为止,连续使用时的间隙可浸泡在水中,长期不用烘干保存。
(2氟化镧单晶膜片勿坚硬特碰擦,晶片上如沾有油污,可用脱酯棉浸以酒精、丙酮依次轻擦,再用去离子水洗净,电极钝化后可用M1(06#)金相砂纸抛光固态膜,即可恢复至原性能。
(3测定时应按溶液从稀到浓的次序进行,避免发生迟滞效应而影响测量精度。
(4)为防止LaF3单晶片内侧附着气泡而使电路不通,可让晶片朝下,轻击电极杆,以排除晶片上可能附着的气泡。
(5)电位平衡时间随着
离子浓度减小而延长,在同一数量级内测定水样,一般在几分钟内可达平衡,在测定中,待平衡电位在2min内无明显变化即可读数。
(6)甘汞电极中的KC1溶液应经常保持饱和,并且在弯管内不应有气泡存在,否则将使溶液隔断,使用前应注意补充饱和KC1溶液至一定液位(应漫没内部的小玻璃管下口),甘汞电极下端的毛细管应保持畅通。
测量时应取下毛细管端的橡皮帽,并将加KC1溶液处的小橡皮塞拔去,以防止扩散电位产生。
(7)理论上标准曲线的斜率
,与实际测定值可能有出人,最好实际测定以免导致误差。
2.8思考题
1.用氟电极测定
离子浓度的原理是什么?
2.总离子强度调节缓冲液包含哪些部分?
测定时为什么要加入此溶液?
3.混合样中乙酸乙酯含量的测定—气相色谱分析
3.1内容提要
首先用标样测定乙酸乙酯、乙酸甲酯和苯的保留时间,再根据保留时间进行未知样品的定性分析。
然后测定相对质量校正因子,并用内标法进行定量分析。
3.2目的要求
1.了解气相色谱分析的原理。
2.熟悉有关气相色谱分析的操作技术。
3.学会运用内标法进行定量分析的方法和计算。
3.3实验关键
气相色谱操作条件的正确选择和峰面积的准确测量。
3.4预备知识
气相色谱分析的原理,固定相、流动相及操作条件的选择。
相对校正因子的测定量分析方法。
3.5实验原理
在气相色谱分析中,当试样中所有组分不能全部出峰,或只要求测定试样中某个或某几个组分时,可用内标法定量分析
式中:
A。
为内标物质的峰面积;
为相对质量校正因子;
为内标物质的质量;
为试样质量;
为待测组分的质量分数;
为待测组分的峰面积;
为待测物质的质量。
3.6仪器、药品及材料
SP-502型气相色谱仪,CDMC—3型色谱数据处理机,
微量注射器,JDX—3型读数显微镜,分析天平,秒表;苯,丙酮,乙酸甲酯,乙酸乙酯(均为A.R.)。
3.7实验步骤
1.操作条件
检测器:
热导池层析室温度:
80℃
桥电流:
120mA检测室温度:
100℃
载气:
H2出口温度:
110℃
流量:
汽化温度:
110℃
纸速:
衰减:
1/2
色谱柱:
不锈钢柱,15%邻苯二甲酸二壬酯固定液涂在0.25~0.17mm的6201载体上。
2.定性分析
(1)分别用
微量注射器吸取乙酸甲酯、乙酸乙酯和苯的标准物
进样,并测定各自的保留时间。
(2)分别用
微量注射器吸取上逑3种标准物的混合液及未知样品
进样,并测定各峰的保留时间。
(3)用在同一条件下所得的各标准物的保留时间和未知样品中各峰的保留时间加以比较,确定样品中所含的组分。
3.相对质量校正因子的测定
(1)内标物溶的配制取一干净带橡皮塞的小称量瓶,准确称出其质量’然后注入lmL待测组分(乙酸乙酯)的标准物,称出其准确质量,2次质量之差,即为被测组分的质量mi用同样的方法,再注入内标物(苯)1mL,称出其准确质量,与上次称重之差即为内标物的质量
。
(2)校正因子的测定将上述配好的内标物溶液混合均匀,然后取
鑫翼丐霖定各峰峰面积(
及
)计算出
。
4.样品的测定
(1)样品溶液的制备用上述方法准确称取由乙酸甲酯、乙酸乙醋各1mL配成的样品优m/g,然后注入1mL苯作内标物,并称出其质量
。
(2)样品的测定将上述配好的样品溶液混合均匀后,取
进样,并滴娄竺姜2酯及内标物苯的峰面积(
及
)。
5.数据处理根据上述实验所得的数据,按下式计算样品中乙酸乙酯的质量分数,并与理论值比较算出相对误差。
其中
。
3.8思考题
1.在同一操作条件下为什么可用保留时间来鉴定未知物?
2.用内标法计算为什么要用校正因子?
它的物理意义是什么?
3.为什么启动仪器时,要先通载气,后通电源?
而实验完毕盾,要先关电源,稍后才关载气?
4.苯、萘、联苯、菲的高效液相色谱分析
4.1内容提要
利用日本岛津LC-10ATVP高效液相色谱仪对苯、萘、联苯、菲混合物进行分离与分析。
4.2目的要求
1.理解反相色谱的优点及应用。
2.掌握归一化定量方法。
4.3实验关键
流动相及样品溶液的准备(过滤、脱气),进样量及操作条件的控制。
4.4预备知识
色谱分析的原理、固定相及流动相的选择、色谱定量分析方法。
4.5实验原理
在液相色谱中,若采用非极性固定相,如十八烷基键合相,极性流动相,这种色谱法称为反相色谱法。
这种分离方式特别适合于同系物、苯并系物等。
苯、萘、联苯、菲在ODS柱上的作用力大小不等,它们的
值不等(
为不同组分的分配比),在柱内的移动速率不同,因而先后流出柱子。
根据组分峰面积大小及测得的定量校正因子,就可由归一化定量方法求出各组分的含量。
归一化定量公式为
式中:
Ai为组分的峰面积;
为组分的相对定量校正因子。
采用归一化法的条件是样品中所有组分都要流出色谱柱并出峰。
此法简便、准确,对进样量的要求不十分严格。
4.6仪器、药品及材料
日本岛津LC—10ATVP高效液相色谱仪,紫外吸收检测器(254nm),柱EconoshpereC18(3μm),15cm×4.6mm,25μL微量注射器;甲醇(重蒸馏1次),2次蒸馏水、苯、萘、联苯、菲(均为A.R.级);流动相:
甲醇/水=80/20。
4.7实验步骤
1.按仪器操作说明书使色谱仪正常运行,并将实验条件调节如下:
柱温:
室温
流动相流量:
检测器工作波长:
254nm
2.标准溶液配制准确称取苯约0.1g,萘约0.08g,联苯0.2g,菲0.01g,用重蒸馏的甲醇溶解,并转移至50mL容量瓶中,用甲醇稀释至刻度。
3.在基线平直后,注入标准溶液5.0μL,记下各组分保留时间。
再分别注入纯样对照。
4.注入样品5.0μL,记下保留时间。
重复2次。
5.实验结束后,按要求关好仪器。
6.结果处理
(1)确定未知样中各组分的山峰次序。
(2)求取各组分的相对质量校正因子。
(3)求取样品中各组分的质量分数。
(4)计算以萘为标准时的柱效。
7.注意事项
(1)用微量注射器吸液时,要防止气泡吸入。
首行将擦干净并用样品吸洗过的注射器插入样品液面后,反复提拉数次,驱除气泡,然后缓缓提升针芯到刻度。
(2室温较低时,为加速萘的溶解,可用红外灯稍稍加热。
4.8思考题
1.观察分离所得的色谱图,解释不同组分之间分离差别的原因。
2.高效液相色谱柱一般可在室温下进行分离,而气相色谱柱则必须恒温,为什么?
高效液相色谱柱有时也实行恒温,这又为什么?
5.桑色素荧光分析法测定水样中的微量铍
5.1内容提要
铍酸盐与桑色素的反应产物在紫外光的照射下发出荧光,通过测定发出的荧光强度得出铍的浓度。
5.2目的要求
1.了解荧光分光光度法的基本原理。
2.掌握荧光分光光度计的使用方法并熟悉其结构。
5.3实验关键
能发出荧光的反应产物的形成条件及发出的荧光波长的确定。
5.4预备知识
物质发出的荧光强度
与物质为激发荧光需吸收紫外光的吸收强度
的关系式为
(5.1)
式中:
为荧光量子效率;吸收强度
与物质浓度成正比:
,则
。
5.5实验原理
在碱性介质中(pH=10.5~12.5),铍以铍酸盐形式与桑色素(
-五羟基磺酮)作用。
形成的反应产物在紫外光的照射下发出黄色荧光(荧光波长530nm),在一定浓度范围内,荧光强度与铍的浓度成正比。
利用此荧光反应可测定试样中的微量铍。
5.6仪器、药品及材料
960MC荧光分光光度计。
铍标准液:
称取0.1068g硫酸铍(
)溶于1molL-1HCl中,移入100mL容量瓶,并用1molL-1HC1稀释至刻度,此铍贮备液浓度为0.100gL-1。
临用时,再用2次去离子水稀释成0.001gL-1铍的工作溶液。
0.100gL-1桑色素溶液:
将10mg优级纯桑色素溶于100mL无水乙醇中,临用时配制。
ω=5%的NaOH溶液ω=10%的EDTA二钠盐溶液;25mL容量瓶(或比色管)6支,10mL刻度移液管1支,1mL刻度移液管2支,5mL刻度移液管1支,2mL刻度移液管2支。
5.7实验步骤
1.标准曲线的绘制移取0、0.05、0.10、0.15、0.20mL铍标准溶液(0.001gL-1)于5个25mL容量瓶中,依次用去离子水稀释至5mL,用5%NaOH调节pH值为中性(0.5~1滴5%NaOH),加入0.5mL10%EDTA二钠盐及1mL5%NaOH溶液,0.5mL0.1gL-1桑色素溶液,用去离子水稀释至刻度,摇匀,放置3min后,在荧光分光光度计上测定荧光强度(荧光波长530nm,高压700V),记下读数并绘制铍标准曲线。
2.另取一支25mL容量瓶,移取2mL铍未知液,按绘制标准曲线的方法进行,并从铍标准曲线上查出未知液中铍的质量分数。
5.8思考题
在荧光测量时,为什么激发光的入射与荧光的接收不在一直线上,而是呈一定的角度?
6.紫外分光光度法测定芳香族化合物苊
6.1实验目的
1.了解紫外吸收光谱在有机化合物结构分析中的应用及借助“标准光谱图“鉴定未知物
2.学习有机化合物的定量分析方法
3.学会使用紫外分光光度计
6.2实验原理
苊是芳香族化合物,分子式C10H6(CH2)2,分子量为154.20,其结构是:
苊在工业上有较重要的用途,例如通过聚合进行树脂化可制得苊烯树脂,这种树脂有良好的性能和很高的熔点。
苊还能合成还原染料、颜料和增白剂等。
在近紫外区,苊具有特征的吸收光谱带。
本实验采用紫外分光光度计测定苊的吸收光谱并借助芳香族化合物的标准紫外吸收光谱图了解苊的紫外光谱的特性,用比较法测定未知液中苊的含量
6.3仪器、药品及材料
紫外分光光度计、石英比色皿(1cm)、210-4molL-1苊标准溶液(95%乙醇为溶剂)、95%乙醇。
6.4实验步骤
1.熟悉紫外分光光度计的使用方法并按照操作规程调整好仪器
2.以95%乙醇为参比,用苊标准溶液测定苊的吸收光谱
3.记录以下波长对应的吸光度并计算各点的莫尔吸收系数:
波长324322321320318316314312310
A
波长308306304302300298296294292
A
波长290289286284282280275265260
A
4.以lg为纵坐标,波长为横坐标,绘制苊的紫外吸收光谱图并与标准光谱图进行对照和比较
5.从吸收曲线上查得最大吸收波长,然后用该波长测定位置苊溶液的吸光度并按下式计算苊的含量
A测
A标=bc标A测=bc测则:
A标
c测=c标
6.5思考题
1.紫外吸收光谱在有机化学物分析中有何特点?
7.原子吸收分光光度法测定奶粉中钙
7.1目的要求
掌握原子吸收分光光度法定量测定钙的方法,奶粉的消解处理,试验影响测定钙的因素,了解原子吸收分光光度计的结构以及使用、维护方法。
7.2内容提要
在原子吸收分光光度法中,一般由空心阴极灯提供特定波长的辐射,即待测元素的特征谱线。
由喷雾-火焰燃烧器或石墨炉等原子化装置使试样中的待测元素分解为气相状态的基态原子。
当空心阴极灯的辐射通过原子蒸气时,特定波长的辐射部分地被基态原子所吸收,经单色器分光后,通过检测器测得其吸收前后的强度变化,从而求得试样中待测元素的含量。
原子吸收分光光度法建立至今已有半个多世纪,它适合于微量元素组分的定量分析,已可测定70多种元素。
它优点是灵敏度高、选择性好、操作简单、快速和准确度好,在一般条件下,其相对误差约在1%~2%之间。
因此,得到了广泛应用,成为各个部门实验室对物质进行定量分析的常规手段之一。
但由于分析不同元素时,必须换用不同的元素灯,给多元素同时分析带来了困难。
在使用锐线光源和低浓度的情况下,基态原子蒸气对被测元素特征谱线的吸收符合比尔定律
式中A为吸收光度,
为入射光强度,I为经原子蒸气吸收后的透射光强度,K为吸光系数,L为辐射光穿过原子蒸气的光程长度,
为基态原子密度。
当试样原子化,火焰的绝对温度低于3000K时,可以认为原子蒸气中基态原子的数目实际上接近于原子总数。
在固定的实验条件下,原子密度与试样浓度c的比例是恒定的,则上式可记为
(7-1)
式中
为一定实验条件下的常数。
此式就是原子吸收分光光度法的定量基础。
定量校准方法可用标准曲线法或标准溶液加入法等。
火焰原子化法是目前使用量广泛的原子化技术。
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失的速度决定的。
它不仅与火焰的类型及喷雾效率
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