仪器分析实验 教案.docx

1、仪器分析实验 教案 实验一 邻二氮菲分光光度法测定铁 一、实验目的1、学会722型分光光度计的使用，了解其工作原理；2、学习测绘吸收曲线及标准曲线的方法；3、掌握利用标准曲线法进行微量成分光度测定的基本方法和有关计算。二、实验原理根据朗伯比耳定律：A=bc，当入射光波长及光程b一定时，在一定浓度范围内，有色物质的吸光度A与该物质的浓度c成正比。只要绘出以吸光度A为纵坐标，浓度c为横坐标的标准曲线，测出试液的吸光度，就可以由标准曲线查得对应的浓度值，即未知样的含量。同时，还可应用相关的回归分析软件，将数据输入计算机，得到相应的分析结果。 用分光光度法测定试样中的微量铁，可选用的显色剂有邻二氮菲(

2、又称邻菲罗啉)及其衍生物、磺基水杨酸、硫氰酸盐等。而目前一般采用邻二氮菲法，该法具有高灵敏度、高选择性，且稳定性好，干扰易消除等优点。 在pH=29的溶液中，Fe2+与邻二氮菲(phen)生成稳定的桔红色配合物Fe(phen)32+，此配合物的lgK稳=21.3，摩尔吸光系数510 = 1.1104 Lmol-1cm-1，而Fe3+能与邻二氮菲生成31配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1。所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺(NH2OHHCl)将Fe3+还原为Fe2+，其反应式如下： 2Fe3+ + 2NH2OHHCl 2Fe2+ + N2 + H2O + 4H+ + 2Cl- 测定时控制溶液的

3、酸度为pH5较为适宜。三、仪器与试剂722型分光光度计、容量瓶(100mL,50mL)、吸量管 硫酸铁铵FeNH4(SO4)212H2O(s)(A.R.)、硫酸(3molL-1)、盐酸羟胺(10%)、NaAc(1molL-1)、邻二氮菲(0.15%)。四、实验步骤1.标准溶液配制 1) 10gmL-1铁标准溶液配制 准确称取0.8634g硫酸铁铵NH4Fe(SO4)212H2O于100mL烧杯中，加60mL 3molL-1 H2SO4溶液，溶解后定容至1L，摇匀，得100gmL-1储备液(可由实验室提供)。用时吸取10.00mL稀释至100mL，得10gmL-1工作液。2) 系列标准溶液配制

4、取6个50mL容量瓶，分别加入铁标准溶液0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL，然后加入1mL盐酸羟胺，2.00mL邻二氮菲，5mLNaAc溶液(为什么?)，每加入一种试剂都应初步混匀。用去离子水定容至刻度，充分摇匀，放置10min。2.吸收曲线的绘制 选用1cm比色皿，以试剂空白为参比溶液(为什么?)，取4号容量瓶试液，选择440560nm波长，每隔10nm测一次吸光度，其中500520nm之间，每隔2nm测定一次吸光度。以所得吸光度A为纵坐标，以相应波长为横坐标，在坐标纸上绘制A与的吸收曲线。从吸收曲线上选择测定Fe的适宜波长，一般选用最大吸收波长max为测定波长

5、。3.标准曲线(工作曲线)的绘制 用1cm比色皿，以试剂空白为参比溶液，在选定波长下，测定各溶液的吸光度。在坐标纸上，以铁含量为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。4.试样中铁含量的测定 取含铁未知液一份，放入50mL容量瓶中，按以上方法显色，并测其吸光度。此步操作应与系列标准溶液显色、测定同时进行。 依据试液的A值，从标准曲线上即可查得其浓度，最后计算出原试液中含铁量(以gmL-1表示)。并选择相应的回归分析软件，将所得的各次测定结果输入计算机，得出相应的分析结果。五、 分光光度计(722型)的使用方法分光光度计是根据物质对光的选择性吸收来测量微量物质浓度的。722型光栅分光光度计是数字

6、显示的单光束、可见分光光度计。它具有灵敏度和准确度高、操作简便、快速等优点，允许测量的波长范围为330800nm，吸光度的显示范围为01.999，是在可见光区进行吸光光度分析的常用仪器。1.测量原理 一束单色光通过有色溶液时，一部分光线通过，一部分被吸收，一部分被器皿的表面反射。设I0为入射光的强度，I为透过光的强度，则I/I0称为透光度，用T表示。透光度越大，光被吸收越少。把lgI0/I定义为吸光度，用A表示。吸光度越大，溶液对光的吸收越多。吸光度A与透光度T之间的关系为A=lg1/T。吸光度A与待测溶液的浓度c(mol L-1)和液层的厚度b(cm)成正比，即：A=bc。这是光的吸收定律，

7、亦称朗伯-比耳(Lambert-Beer)定律。式中为比例常数，叫摩尔吸收系数，它与入射光的波长、溶液的性质、温度等因素有关。当入射光波长一定，溶液的温度和比色皿(溶液的厚度)均一定时，则吸光度A只与溶液浓度c成正比。将单色光通过待测溶液，并使通过光射在光电管上变为电讯号，在数字显示器上可直接读出吸光度A或浓度c。2.仪器构造 722型分光光度计由光源室、单色器、试样室、光电管暗盒、电子系统及数字显示器等部件组成。3.使用方法 (1)取下防尘罩，将灵敏度调节旋钮置于“1”档(信号放大倍率最小)。(2)接通电源，按下仪器上的电源开关，指示灯即亮。将选择开关置于“T”档(即透光度)。调节波长手轮使

8、波长刻度盘中标线对准的波长为所需波长。仪器预热20min。(3)打开试样室盖(光门自动关闭)，调节0%T旋钮，使显示“00.0”。(4)把盛参比溶液的比色皿放入试样架的第一格内，盛试样的比色皿放入第二、三、四格内，然后盖上试样室盖(光门打开，光电管受光)。推动试样架拉手把参比溶液推入光路，调节100%T旋钮，使之显示为“100.0”，若显示不到“100.0”，应增大灵敏度档，但尽可能倍率置低档使用，这样仪器将有更高的稳定性。改变灵敏度后，应按(3)重新调“0”后再调节100%T旋钮，直至显示为“100.0”。(5)重复(3)和(4)操作，显示稳定后即可进行测定工作。 (6)吸光度A的测量：稳定

9、地显示“100.0”透光度后，将选择开关置于“A”档(即吸光度)，此时吸光度显示应为“00.0”，若不是，则调节吸光度调零旋钮2，使显示为“00.0”，然后将试样推入光路，这时的显示值即为试样的吸光度。(7)浓度C的测量：选择开关由“A”旋置“C”，将已标定浓度的样品放入光路，调节浓度旋钮，使得数字显示为标定值，将被测样品放入光路，即可读出被测样品的浓度值。(8)测定完毕，关闭仪器电源开关(短时间不用，不必关闭电源，可打开试样室盖，即可停止照射光电管)，将比色皿取出，洗干净，擦干，放回原处。拔下电源插头，待仪器冷却10min后盖上防尘罩。4.注意事项(1) 测定过程中，不要将参比溶液拿出试样室

10、，应将其随时推入光路以检查吸光度零点是否变化。如不为“00.0”，则不要先调节旋钮，而应将选择开关3置于“T”档，用100%旋钮调至“100.0”，再将选择开关置于“A”，这时如不为“00.0”，才可调节旋钮。(2) 为了避免光电管长时间受光照射引起的疲劳现象，应尽可能减少光电管受光照射的时间，不测定时应打开暗室盖，特别应避免光电管受强光照射。 (3)使用前若发现仪器上所附硅胶管已变红应及时更换硅胶。 (4)比色皿盛取溶液时只需装至比色皿的3/4即可，不要过满，避免在测定的拉动过程中溅出，使仪器受湿、被腐蚀。 (5)若大幅度调整波长，应稍等一段时间再测定，让光电管有一定的适应时间。(6)每台仪

11、器所配套的比色皿，不能与其它仪器上的比色皿单个调换。 (7)仪器上各旋钮应细心操作，不要用劲拧动，以免损坏机件。若发现仪器工作异常，应及时报告指导教师，不得自行处理。六、思考题1.本实验中哪些试剂应准确加入，哪些不必严格准确加入?为什么?2.加入盐酸羟胺的目的是什么? 3.配制NH4Fe(SO4)212H2O溶液时，能否直接用水溶解?为什么?4.如何正确使用比色皿?5.何谓“吸收曲线”、“工作曲线”? 绘制及目的各有什么不同?实验二 氟离子选择性电极测定水样中氟含量 一、实验目的1.掌握用氟离子选择电极测定水中微量氟的方法。 2.了解离子强度调节缓冲液的意义和作用。 3.掌握环境样品的预处理方

12、法。 二、实验原理 1、 离子选择性电极1975年国际纯粹化学与应同化学协会给出明确的定义：离子选择性电极是一种电化学传感体，它的电位对溶液中给定离子的活度的对数呈线性关系，这些装置不同于包含氧化还原反应的体系。 其基本结构是由四部分组成：敏感膜、内导体系（内参比电极、内参比溶液）、电极杆、绝缘导线。氟离子选择电极(简称氟电极)是晶体膜电极。它的敏感膜是由难溶盐LaF3单晶(定向掺杂EuF2)薄片制成，电极内装有0.1molL1NaF0.1molL1NaCl组成的内充液，浸入一根AgAgCl内参比电极。测定时，氟电极、饱和甘汞电极(外参比电极)和含氟试液组成下列电池：AgAgCl (NaF(0

13、.1moLL1)NaCl(0.1moLL1) LaF3单晶含氟试液(F)KCl(饱和)，Hg2Cl2Hg氟电极-试液-饱和甘汞电极一般离子计上氟电极接()，饱和甘汞电极接()，测得电池电位差为： E电池=ESCE(E膜EAg，Agcl)EaEj在一定的实验条件下(如溶液的离子强度，温度等)，外参比电极电位ESCE、活度系数，内参比电极电位EAgAgcl、氟电极的不对称电位Ea以及液接电位Ej等都可以作常数处理，而氟电极的膜电位E膜与氟离子活度的关系符合Nernst公式，因此上述电池的电位差E电池与试液中氟离子的浓度的对数呈线性关系，即 E电池=K- (2.303RTF) lgCF 式中，K为常

14、数，R为摩尔气体常数8.314Jmol1K1，T为热力学温度，F为法拉第常数96485Cmol1。 2、应用氟电极时需考虑三个问题： （1）溶液pH的影响，试液的pH对氟电极的电位响应有影响，pH值在5-6是氟电极最佳pH使用范围，在低pH值的溶液中，由于形成HF、HF2等在电极上不响应的型体，降低了F。pH值高时，OH浓度增大，OH在氟电极上与F产生竞争响应，也由于OH能与LaF3晶体膜产生反应(LaF33OHLa(OH)33F)。从而干扰电位响应，因此测定需要在pH5-6缓冲溶液中进行。 （2）为了使测定过程中F的活度系数、液接电位Ej保持恒定，试液要维持一定的离子强度，常在试液中加入一定

15、浓度的惰性电解质，如KNO3，NaCl等以控制试液的离子强度。（3）氟电极的选择性较好，但能与F形成络合物的阳离子如Al()，Fe()，Th()以及能与La()形成络合物的阴离子对测定有不同程度干扰。为了消除金属离子的干扰，加入掩蔽剂，如柠檬酸钾K3Cit、EDTA等。 以上三种实验条件用总离子强度调节缓冲剂(Total Ionic Strength Adjustment Buffer TISAB)来控制，其组份为KNO3，HAcNaAc，K3Cit. 三、仪器与试剂 1.仪器： PXS-450离子计；氟离子选择电极，使用前应在去离子中浸泡1-2h；电磁搅拌器、50mL容量瓶、烧杯等。 2.试

16、剂 (1)TISAB溶液，102gKNO3，83g NaAc，32g K3Cit ，放入1L烧杯中，加入冰醋酸14mL，加600mL去离子水溶解，溶液的pH应为5.0-5.5，如超出此范围，应加NaOH或HAC调节，然后稀至1L。 (2)0.100molL1NaF标准溶液：称取2.10gNaF(已在120烘干2h以上)，放入500mL烧杯中，加入100mL TISAB和300mL去离子水溶解后转移至500mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，转移至聚乙稀瓶中。 (3)高氯酸70-72% 四、实验步骤 1.pXS-450酸度计使用方法 (1)开机通电预热30min。 (2)测量电极电位 按下“mV

17、”档(此时定位键，斜率补偿键，温度补偿键不起作用)。 将清洗过电极插入溶液内，并开动电磁搅拌机，仪器即指示两电极电位差。2.实验操作 (1)水样的预处理 用聚乙烯瓶采集水样，用水蒸气蒸馏法预处理环境水样，水中氟化物在含高氯酸(或硫酸)的溶液中，通入水蒸气，以氟硅酸或氢氟酸形式被蒸出。 取50mL水样(氟浓度高于2.5mg/L时，可分取少量样品，用水稀释到50mL)于蒸馏瓶中加10mL高氯酸(70-72%)，加热，待蒸馏瓶内溶液温度升到约130开始通入蒸气，并维持温度在130-140，蒸馏速度为5-6mL/min,待接收瓶中馏出液体积约为200mL时，停止蒸馏，并用水稀释至200mL，供测定用。

18、 (2)标准溶液系列的配制：取5个50mL容量瓶，在第一个容量瓶中加入10mL TISAB溶液，其余加入9mL TISAB溶液。用5mL移液管吸取5.0mL 0.100molL1NaF标准溶液放入第一个容量瓶中，加去离子水至刻度。即为1.00102molL1F溶液，1.001031.00106molL1F溶液逐一稀释配制。(3)工作曲线的测绘： 上述(2)溶液分别倒入干燥的50mL烧杯中，并分别插入洗净的F电极和SCE，在电磁搅拌机上搅拌3-4min，读下mV值，测量的顺序由稀到浓，这样在转换溶液时电极不必清洗，仅用滤纸吸去附着的溶液即可。（注：更换水样溶液之前，电极必须用蒸馏水清洗。） 以测

19、得的电位值(mV)为纵座标，以pCF-(或CF)为横座标，在(半对数)坐标纸上作出工作曲线。根据水样测得的电位值，从工作曲线上查出经预处理水样的CF-值，并换算成未经预处理水样的CF-并以mgL1表示。 五、结果与讨论 用半对数座标纸绘制标准曲线，从标准曲线上求实际斜率和线性范围，并求出样品中CF。六、实验要点与注意事项 1.在测定一系列标准溶液后，应将电极清洗至原空白电位值，然后再测定未知试液的电位值。2.测定过程中搅拌溶液的速度应恒定。 3.F电极在使用前应在纯水中充分浸泡，若电极初用可浸泡1-2天，使得它在纯水中的电位值(VS SCE)应在340mV以上，若小于此值，可更换去离子水几次，

20、直至电位在340mV以上，若无法达到此值，有可能是电极漏水或单晶片表面沾污，必须重装或作相应清洗。 4.电极内装电解质溶液，为防止晶片内侧附着气泡而使电路不通，在第一次使用前或测量后，可让晶片朝下，轻击电极杆，以除去晶片上的气泡。 七、思考题 1.为什么测定时试液要按由稀到浓的顺序? 2.TISAB的组成是什么?它在测量中各起什么作用? 3.从工作曲线上可以得到哪些离子选择电极的特征参数? 4.写出离子选择电极的电极电位完整表达式。 5.用氟电极测得的是F离子的浓度还是活度?如果要测量F离子浓度，应该怎么办? 实验三 乙酸的电位滴定分析及其离解常数的测定一、实验目的（1）学习电位滴定的基本原理

21、和操作技术；（2）运用pH-V曲线和（pH/V）-V曲线与二阶微商法确定滴定终点；（3）学习测定弱酸离解常数的方法；（4）学习相关计算机绘图软件的使用。二、实验原理乙酸为一元弱酸，其pKa=4.74，当以标准碱溶液滴定乙酸试液时，在化学计量点附近可以观察到pH的突跃。以玻璃电极与饱和甘汞电极插入试液组成如下的工作电池：Ag,AgCl|HCl(0.1mol.L-1)|玻璃膜|HAc试液|KCl(饱和)|Hg2Cl2,Hg该工作电池的电动势在酸度计上反映出来，并表示为滴定过程中的pH值，记录加入标准碱溶液的体积V和相应被滴定溶液的pH值，然后由pH-V曲线和（pH/V）-V曲线求得终点时消耗的标准

22、碱溶液的体积，也可用二阶微商法，于2pH/V20处确定终点。根据标准碱溶液的浓度，消耗的体积和试液的体积，即可求得试液中乙酸的浓度或含量。根据乙酸的电离平衡其离解常数 当滴定分数为50时，Ac-=HAc,此时Ka=H+ Ka=pH因此在滴定分数为50处的pH值，即为乙酸的pKa值。三、仪器与试剂ZD-2型自动电位滴定仪；玻璃电极；甘汞电极；容量瓶。1.000mol.L-1草酸标准溶液；0.1 mol.L-1NaOH标准溶液(待标定)；乙酸试液（约0.1 mol.L-1）；0.05邻苯二甲酸氢钾溶液，pH=4.00（20）；0.05 mol.L-1磷酸氢二钠溶液和磷酸二氢钾溶液，pH=6.88（

23、20）四、实验步骤1、将ZD-2型自动电位滴定仪按操作步骤调试仪器，并将选择开关置于pH滴定档。2、分别用pH=4.00和pH=6.88的标准缓冲溶液校准仪器。3、准确吸取草酸标准溶液10.00mL，置于100mL容量瓶中，稀释至刻度。4、准确吸取稀释后的草酸标准溶液5.00mL，置于反应杯中，加水约30mL,放入搅拌子。5、开动搅拌器，调节适当的搅拌速度，进行粗测，测量加入NaOH溶液0，1，2，3，8，9，10mL时各点的pH值。初步判断发生pH值突跃时所需的NaOH体积范围。6、重复4、5操作，然后进行细测。7、准确吸取乙酸试液10.00mL，置于100mL容量瓶中，稀释至刻度。准确吸取

24、稀释后的乙酸试液10.00mL，置于反应杯中，加水约至30mL,放入搅拌子。8、仿照标定NaOH时的粗测和细测步骤，对乙酸进行测定。五、数据及处理1、NaOH浓度的标定（1）粗测V/mL1345678910PH值（2）细测V/mLPH值pH/V2pH/V2（3）作pH-V曲线和（pH/V）-V曲线,找终点NaOH体积Vep。（4）用内插法求出2pH/V20处的NaOH溶液体积Vep.（5）根据3、4所得的Vep，计算NaOH标准溶液的浓度。2、乙酸浓度及离解常数Ka的测定（1）粗测V/mL1345678910PH值（2）细测V/mLPH值pH/V2pH/V2（3）作pH-V曲线和（pH/V）-

25、V曲线,找终点NaOH体积Vep。（4）用内插法求出2pH/V20处的NaOH溶液体积Vep.（5）根据3、4所得的Vep，计算原始试液中乙酸的浓度。（6）在pH-V曲线上查出体积相当于1/2Vep时的pH值，即为乙酸的pKa值。六、思考题1、 在标定NaOH溶液浓度和测定乙酸含量时，为什么都采用粗测和细测两个步骤？2、 细测Ka时，为什么在1/2Vep处增加测量密度？实验四 水样中镉的极谱分析一、实验目的1、学习极谱仪的操作技术和极谱分析理论知识；2、学习单扫描极谱分析法的基本原理；3、学习测量波高和半波电位的方法，了解半波电位的应用及意义；4、运用标准曲线法进行极谱分析。二、实验原理极谱分

26、析：滴汞电极作阴极，饱和甘汞电极作阳极，在试液静止的状态下，进行电解，得电流电压曲线，即极谱波。极谱定量分析：在一定条件下，扩散电流id与被测离子的浓度c成正比。单扫描极谱与经典极谱的主要不同是，在含有待测物质的电解池的两电极上，施加一个随时间变化的线性变化的电压。本实验以NH3.H2O-NH4Cl为支持电解质，消除迁移电流，以明胶作极大抑制剂，用亚硫酸钠除去溶液中的溶解氧。三、仪器与试剂极谱仪JP303；滴汞电极；饱和甘汞电极；电解杯；容量瓶Cd2+离子标准溶液；NH3.H2O-NH4Cl溶液；明胶；无水Na2SO3；试液四、实验步骤1、配制Cd2+离子标准溶液；2、设定测试方法、参数和定量

27、方法；3、测量各个标准溶液，并保存数据；4、同样的方法测定未知试液；5、处理样品数据，打印报告；6、结束操作。五、仪器的使用方法1.制备试验溶液先用清水冲洗制备溶液的玻璃器皿，再用重铬酸钾洗液洗净，然后用一次蒸馏水冲洗78次，再用二次蒸馏水冲洗34次，放入烘烤箱内在100温度下干燥后备用。a.制备 110-3 mol/l 镉标准溶液称取纯金属镉0.1124g于100ml烧杯中，加浓盐酸5ml、浓硝酸1ml，加热使镉全部溶解，蒸至近干。再加浓盐酸1ml，加热蒸至近干后再加浓盐酸10ml，移入1000ml容量瓶中，用二次蒸馏水稀释至刻度并摇匀。b.制备 1mol/l 氨氯化铵底液(简称氨底液)称取

28、53.4g优级纯氯化铵于1000ml烧杯中，加500ml二次蒸馏水溶解后移入1000ml容量瓶中。再加77ml分析纯浓氨水，10g分析纯无水亚硫酸钠，摇动溶液使亚硫酸钠完全溶解，再加新配制的0.1%的动物胶10ml，用二次蒸馏水稀释至刻度并摇匀。c.制备 110-5、810-6、610-6、410-6、210-6mol/l 镉溶液准确吸取 110-3mol/l 镉标准溶液10ml于100ml烧杯中，加热蒸至近干，加入氨底液溶解残渣，移入100ml容量瓶中，用氨底液稀释至刻度并摇匀，即配制成110-4mol/l 的镉溶液。再用 110-4mol/l 镉溶液和氨底液稀释配制 110-5、810-6

29、、610-6、410-6、210-6mol/l 镉溶液。2.设定测试方法、参数和定量方法接通电源输入日期后，依次进入各个菜单选择和设定：运行方式新建测试方法，新建测试方法线性扫描极谱法，导数0，量程3，扫描次数4，扫描速率500，起始电位-300，终止电位-1300，静止时间5(配合毛细管)，含量单位ug，提前电位50，自动校零YES，震动电极YES，座标网格YES，寻峰窗宽400，最小峰高1，数字滤波3，本底曲线0，扣除本底NO，平均曲线YES，数字微分NO，波峰反相NO，定量方法标准曲线法(比如0#)。3.测量 210-6mol/l 镉溶液将汞池升高，把盛有试验溶液的电解池套入电极(电极插

30、入溶液)，固定好位置，观察汞滴的自由滴落周期应大于静止时间和扫描时间之和(7秒)。调整汞池位置的高度，使之达到要求(否则减小静止时间)，再把限位环降至汞池托处定位。按 运行 键，启动仪器开始测量(注意观察：正常情况下汞滴是在扫描结束时被震动器震落的,否则调低汞池位置)，根据屏幕上实时显示的极谱曲线，配合调整 量程 、(斜度) 补偿 、 调零 等键(调整时用数字键可设定步进量，按 键步进改变数值，按 YES 键确认改变值，按 复原 键可恢复原数值)，使得在屏幕电位座标-540mV(波峰电位-840mV)左右处出现一个形状规则的常规极谱波镉峰。(在运行测试过程中按 电位 键后用 键调整原点电位，再按 YES 键重新运行测试，可以平移设定极谱波在屏幕上的位置。)按 导数 键后用数字键或 键和 YES 键设定为：导数1，再按 运行 键重新测试运行，在屏幕电位座标-520mV(波峰电位-820mV)左右处将出现一次导数极谱波镉峰。(波峰的大小和上下位置用 量程 、 调零 键调整。)观察镉峰附近平均曲