仪器分析实验基础知识知识要点.docx
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仪器分析实验基础知识知识要点
仪器分析实验基础知识（知识要点）
一、仪器分析实验目的
1.掌握各类仪器分析的基本原理和方法
2.熟悉各种专用仪器的基本结构、用途、定性定量分析的依据和方法
3.掌握仪器分析相关实验技术
二、仪器分析基本原理、分类及实验安排
1.仪器分析法——根据物质的物理性质或物理化学性质来获得物质组成、含量、结构及相关信息的分析方法。
2.化学分析法——利用物质的化学反应来获得物质组成、含量、结构及相关信息的分析方法。
3.三类仪器分析方法
（1）电化学分析法——根据溶液的电学性质（如电位、电导、电流、电量等）和化学性质（如溶液的组成、浓度等），通过传感器——电极来测定被测物浓度的仪器分析方法。
【实验安排】硫酸—磷酸混合酸的电位滴定分析；水中氟化物的测定；电导滴定法测定食醋中乙酸的含量等
（2）色谱分析法——基于不同的被测组分在两相间的分配系数或吸附性质或溶解能力的不同来实现分离，通过检测器进行测量的仪器分析方法
【实验安排】气相色谱仪的基本原理与使用方法；气相色谱法测定降水中的正构烷烃；高效液相色谱柱效能的评定；高效液相色谱仪测定未知样中的成分；离子色谱法测定水中的痕量阴离子；元素分析仪的使用等
（3）光谱分析法——基于物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的一类仪器分析方法
【实验安排】红外光谱法的常规实验技术；苯甲酸红外光谱的绘制；分光光度法测定双组分混合物；铜的原子吸收分光光度分析；石墨炉原子吸收法测定牛奶中的铜等
三、仪器分析相关实验技术
（一）试剂的配制
1.根据试剂本身性质确定配制方法
化学试剂等级
一级
二级
三级
四级
中文标志
优级纯（保证试剂）
分析纯
化学纯
实验试剂
英文简写
G.R
A.R
C.R（C.P）
L.R
标签颜色
绿色
红色
蓝色
棕色
应用范围
精密科研分析
一般科研分析
一般工业分析
一般化学制备
2.根据试剂在实验中用途确定配制方法
（1）作为标准溶液（具有已知准确浓度的溶液）用的试剂
①直接法
②间接法
（2）作为一般反应用试剂
（二）仪器的选择
1.称量仪器的选择
2.体积测量仪器的选择
3.专用仪器的选择
熟悉仪器的用途、基本结构、定性定量分析的依据、定量分析的方法！
（三）数据处理与计算
1.正确记录数据
2.按有效数字运算规则处理数据
3.作图或回归方程的建立
4.分析结果的表示
（1）被测组分含量的表示方法
①固体试样——质量分数浓度
②液体试样（如水溶液）——体积质量数
注：
当溶液为稀溶液时，1mg·L-1相当于1ppm；1μg·L-1相当于1ppb；1ng·L-1相当于1ppt
③气体试样（如空气）
a.体积质量数浓度（mg·m-3或μg·m-3或ng·m-3等）
b.体积分数浓度（%或ppm或ppb或ppt）
（2）分析结果有效数字位数的一般要求
①对于高含量组分（＞10%）
一般要求分析结果用4位有效数字表示
②对于中含量组分（1%～10%）
一般要求分析结果用3位有效数字表示
③对于微量组分（＜1%）
一般只要求分析结果用2位有效数字表示
【思考题】
【思考题】
1.铬酸钡间接原子吸收分光光度法测定水样硫酸根离子含量，需要浓度为1000ppmSO42-离子标准溶液1000mL。
请选择合适的化学试剂，写出配制过程实验流程以及所需要的主要实验仪器名称。
若实验中还需要100ppmSO42-离子标准溶液100mL，写出配制过程实验流程以及所需要的主要实验仪器名称。
1.解：
以K2SO4为例，1000ppmSO42-离子标准溶液配制流程如下
100ppmSO42-离子标准溶液配制流程如下
2.盐酸萘乙二胺分光光度法测定大气中氮氧化物含量（以NO2计），在298K以及101325Pa条件下采集气体样品8.0L，测得该气体样品中NO2质量为18.0μg。
（1）计算在标准状况下（273K以及101325Pa）的采样气体体积。
（2）计算在标准状况下气体样品的体积质量数浓度（以mg·m-3表示）。
（3）计算在标准状况下气体样品的体积分数浓度（以ppm表示）。
（4）体积质量数浓度与体积分数浓度各有何特点（提示：
是否与温度、压力有关？
）
2.解：
（1）根据
在标准状况下的采样气体体积
（2）在标准状况下气体样品的体积质量数浓度=
（3）在标准状况下NO2分体积=
所以，在标准状况下气体样品的体积分数浓度=
（4）体积质量数浓度不具有守恒性，与温度、压力有关；
体积分数浓度具有守恒性，与温度、压力无关。
2.硫酸—磷酸混合酸的电位滴定分析
一、实验目的
1.学习电位滴定的基本原理和操作技术
2.掌握电位滴定确定终点的方法（通过pH~V曲线、dpH/dV~V曲线、d2pH/dV2~V曲线）
二、实验原理
1.硫酸的电离
2.磷酸的分步电离及分步滴定条件
分步滴定条件
3.电位滴定工作电池
Ag，AgCl∣HCl（0.1mol·L-1）∣玻璃膜∣磷酸试液∣KCl（饱和）∣Hg2Cl2，Hg∣Pt
玻璃电极（指示电极）甘汞电极（参比电极）
（pH复合电极：
由玻璃电极和参比电极组合而成的电极）
4.电位滴定确定终点的方法（作图法）
三、实验内容
1.NaOH溶液的配制与标定
（1）0.1mol·L-1NaOH的配制
（2）NaOH溶液的标定（电位滴定法）
①粗测
V（NaOH）/mL
0
2
4
6
8
9
10
11
12
13
pH
②细测（数据记录与预处理）
V（NaOH）/mL
pH
△pH/△V
--
V1
--
△2pH/△V2
--
--
V2
--
--
数据预处理过程：
原始数据记录问题、计算结果随心所欲
2.硫酸-磷酸混合试样溶液的测定（电位滴定法）
①粗测
V（NaOH）/mL
0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
pH
②细测（数据记录与预处理）
V（NaOH）/mL
pH
△pH/△V
--
V1
---
△2pH/△V2
--
--
V2
--
--
四、结果计算
1.NaOH溶液浓度标定结果
2.
（1）制作滴定曲线确定终点体积Vep（NaOH）（要求Excell作图）
作图问题：
坐标轴标记缺失、图像偏移、填充-边框-网格线、三图大小不一、确定终点过程与方法
图1.NaOH滴定H2C2O4pH~V关系曲线
图2.NaOH滴定H2C2O4dpH/dV~V关系曲线
图3.NaOH滴定H2C2O4d2pH/dV2~V关系曲线
（2）标定结果计算
c（H2C2O4）/mol·L-1
V（H2C2O4）
/mL
Vep（NaOH）
/mL
c（NaOH）/mol·L-1
表格填写问题、浓度计算问题
2.硫酸-磷酸试样溶液分析结果
（1）制作滴定曲线确定终点体积Vep1，Vep2（要求Excell作图）
（2）试液SO3和P2O5含量计算
V（试样）/mL
Vep1（NaOH）
/mL
Vep2（NaOH）
/mL
SO3含量/g·L-1
P2O5含量/g·L-1
五、思考题
1.本实验使用酸度计测定滴定过程的pH值，酸度计在使用之前是否需要定位校准？
为什么？
答：
不需要，pH值测定的正确与否会影响“突跃范围”的大小，但不会影响突跃的位置（即终点体积）的确定，终点体积只与酸、碱浓度有关。
2.本实验用草酸标准溶液来标定NaOH的浓度，草酸能否被NaOH分步滴定？
为什么？
答：
查表知，草酸Ka1=5.90×10-2，Ka2=6.40×10-5，Ka1/Ka2＜104，故不能分步滴定。
3.推导NaOH浓度标定公式以及试样溶液SO3和P2O5含量公式。
（PPT）
3.水中氟化物的测定
一、实验目的
1.了解离子选择性电极法的原理；
2.掌握离子选择性电极法测定水体氟化物的方法。
二、实验原理
原电池：
氟离子选择性电极（指示电极）ㄧ待测溶液ㄧ甘汞电极（参比电极）
电动势：
25℃时E=常数+0.0592lgaF-（式中aF-为F-的活度，aF-≈cF-）
三、实验内容
1.F-离子标准溶液的配制
2.标准曲线法测定水样浓度
编号
内容
1
2
3
4
5
中性水样
（号）
10μgF-·mL-1标准溶液/mL
1.00
3.00
5.00
10.00
20.00
Vx=10mL
总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）/mL
10
定容/mL
50
标准溶液浓度c（F-）/mol·L-1
cx=
lgc（F-）
lg（cx）=
稳态电位E（搅拌下）/V
Ex=
线性回归方程E~lgc（F-）
---
线性相关系数
---
实际水样浓度/mgF-·L-1：
3.标准加入法测定水样浓度
编号
内容
1
2
浓度为cx的（）号水样/mL
Vx=10mL
Vx=10mL
浓度为cs=10μgF-/mL的标准溶液/mL
0
Vs=5mL
总离子强度调节缓冲溶液（TISAB）/mL
10
定容/mL
50
定容后浓度
cxVx/50
（cxVx+csVs）/50
稳态电位E（搅拌状态下）
E1
E2
结果cx/mgF-·L-1
注：
E1=常数+Slg（cxVx/50）
E2=常数+Slg[（cxVx+csVs）/50]（S—氟离子选择性电极实测斜率）
ΔE=E2-E1
cx=
（mgF-·L-1）
四、思考题
简述标准曲线法和标准加入法的实验过程及适用情况。
4.电导滴定法测定食醋中乙酸的含量
一、实验目的
1.学习电导率仪的使用方法；
2.掌握电导滴定法测定食醋中乙酸含量的原理和方法方法。
二、实验原理
电导滴定法是根据滴定过程中被滴定溶液电导（率）的变化来确定滴定终点的一种容量分析方法。
1.电阻与电导
电阻（单位）:
R=
（--电阻率，单位·m）
电导（单位-1或S）:
G=
=
（--电导率，单位-1·m-1或S·m-1，与温度、浓度、离子种类有关，
）
∴电导率=G
——电导池常数/电极常数
2.滴定反应：
Na++OH-+HAc=Na++Ac-+H2O
滴定过程
溶液组成
电导率变化
滴定前
HAc
滴定中
H+被中和，形成HAc—Ac-缓冲溶液；Na+
化学计量点
Na+，Ac-
化学计量点后
Na+，Ac-；OH-
三、实验内容
1.实验流程
3.数据记录与处理[c（NaOH）=mol·L-1]
编号
1
2
3
4
……
18
19
20
第一次
V（NaOH）/mL
1.00
2.00
3.00
4.00
……
18.00
19.00
20.00
/mS·cm-1
回归方程1
（化学计量点前）
回归方程2
（化学计量点后）
终点体积V/mL
醋酸含量gHAc/100mL
第二次
V（NaOH）/mL
/mS·cm-1
……
回归方程1
（化学计量点前）
回归方程2
（化学计量点后）
终点体积V/mL
醋酸含量gHAc/100mL
试样分析结果
4.滴定曲线（Excell作图）
作图问题：
坐标轴标记缺失、确定终点过程与方法
四、思考题
1.电导率与溶液浓度有何关系？
纯水和自来水的电导率有何区别？
答：
离子浓度越大，电导率越大；自来水电导率要高于纯水电导率。
2.在相同浓度下，影响离子电导率的因素有哪些？
答：
离子电荷、离子半径
3.根据滴定过程溶液组成判断滴定过程电导率变化规律。
答：
随着滴定过程的进行，电导率逐渐增大，化学计量点时达最大，并出现转折，化学计量点后又出现增大。
5.分光光度法测定双组分混合物
一、实验目的
1.掌握紫外-可见分光光度计（Vis-UV）的结构、原理及使用方法；
2.学会用解联立方程组的方法定量测定吸收曲线相互重叠的双组分混合物。
二、实验原理
1.定量分析依据
朗伯-比耳定律：
A=εbc
2.双组分混合物吸收曲线（相互重叠情况）
3.吸光度的加和性
三、实验内容
1.溶液配制
（1）K2Cr2O7（A组分）标准系列溶液的配制
编号
1
2
3
4
0.02mol·L-1K2Cr2O7/mL
0.5
1.0
2.0
4.0
定容/mL
50
K2Cr2O7浓度c/mol·L-1
（2）KMnO4（B组分）标准系列溶液的配制
编号
1
2
3
4
0.01mol·L-1KMnO4/mL
0.5
1.0
2.0
4.0
定容/mL
50
KMnO4浓度c/mol·L-1
（3）K2Cr2O7和KMnO4混合标准溶液的配制
混合组分
0.02mol·L-1K2Cr2O7
0.01mol·L-1KMnO4
体积/mL
2.0
2.0
定容/mL
50
K2Cr2O7浓度c/mol·L-1
KMnO4浓度c/mol·L-1
2.A~λ吸收曲线的制作（b=1cm，蒸馏水作参比）（要求Excell作图）
波长λ/nm
655
650
645
…
395
390
吸光度A
表
（1）3号标准溶液
表
（2）3号标准溶液
表（3）混合标准溶液
结果
λ1（max）
λ2（max）
作图问题：
坐标轴标记缺失、图例不详（系列1、系列2、系列3）
3.标准系列溶液的测定及标准曲线的制作（b=1cm，蒸馏水作参比）
编号
1
2
3
4
K2Cr2O7（A）标准系列
Aλ1
Aλ2
A~c回归方程及
回归方程：
A~c回归方程及
回归方程：
KMnO4（B）标准系列
Aλ1
Aλ2
A~c回归方程及
回归方程：
A~c回归方程及
回归方程：
作图问题：
坐标轴标记缺失、图例不详（系列1、系列2）
回归方程表达形式：
y~x关系？
4.未知样的测定（b=1cm，蒸馏水作参比）
未知样编号
Aλ1
Aλ2
c（A）/mol·L-1
c（B）/mol·L-1
四、思考题
1.摩尔吸光系数的含义及影响因素有哪些？
摩尔吸光系数与灵敏度的关系？
答：
一定条件下（温度一定，被测物一定，入射光波长一定），当入射光照射到被测物浓度为1molL-1，被测物液层厚度为1cm的溶液时所产生的吸光度称为摩尔吸光系数；影响因素有温度，被测物性质，入射光波长等；摩尔吸光系数越大，分析方法的灵敏度越高。
2.分光光度法有哪些定量分析方法？
答：
标准曲线法；标准加入法；列比例法
3.简述分光光度法的“线性范围”的含义，实验中如何应用“线性范围”问题？
答：
“线性范围”是指吸光度在一定浓度范围内与浓度呈正比。
实验中在做标准曲线时要控制一定浓度，使吸光度与浓度呈直线关系；未知溶液浓度过大时要进行适当的稀释，使其吸光度落在标准曲线的“线性范围”内。
6.铜的原子吸收分光光度分析
一、实验目的
1.掌握原子吸收分光光度计的结构特征和原理
2.学习标准曲线法测定铜的原理和方法
二、实验原理
1.原子吸收光谱法含义：
基于待测元素的原子蒸气对特征谱线的吸收而建立起来的一种光度分析方法
2.原子吸收分光光度计组成：
光源、原子化系统、单色器、光电倍增管
3.常用的原子化系统：
火焰法、非火焰法
4.定量分析方法：
标准曲线法
三、实验内容（标准系列的配制及水样测定）：
编号
数据
内容
1
2
3
4
5
水样
50ppmCu2+溶液/mL
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
--
定容/mL
50
--
浓度C/ppm
Cx=
吸光度A
Ax=
线性回归方程A~C
--
线性相关系数
--
注：
3510原子吸收分光光度计测量条件
波长：
nm空气流量：
L·min-1
乙炔流量：
L·min-1狭缝宽度：
0.2nm
灯电流：
mA
作图问题：
图中出现不止一条曲线（直线）问题；没有根据标准曲线法思想确定样品溶液浓度的过程。
标准曲线的表达形式：
①作图
②回归方程：
A=kC+b
四、思考题
1.简述标准曲线法的定量分析依据以及分析方法。
答：
标准曲线法的定量分析依据为朗伯-比耳定律。
分析方法如下，首先配制一系列不同浓度的标准溶液，然后在仪器上测定其吸光度，建立吸光度与浓度的关系曲线——标准曲线；未知溶液在同等条件下测定其吸光度，根据吸光度查标准曲线得未知溶液的浓度。
2.衡量分析方法好坏的主要指标有哪些？
答：
选择性、灵敏度、准确度、分析速度等
7、火焰原子吸收光谱法测定水中钙
一、实验目的
1.进一步认识原子吸收光谱仪的结构和用途；
2.掌握火焰原子吸收光谱仪的操作技术；
3.理解标准加入法的原理和方法。
二、实验原理
1.原子吸收光谱法含义：
基于待测元素的原子蒸气对特征谱线的吸收而建立起来的一种光度分析方法
2.标准加入法原理：
（1）朗伯-比耳定律：
A=Kbc
（2）吸光度的加和性
Ax=KbCx
A=Kb（Cx+Cs）=KbCs+KbCx
当A=0时，Cs=-Cx
即，Cx=-Cs
三、实验内容
数据编号
内容
1
2
3
4
5
水样/mL
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
加入10μg·mL-1Ca标准液/mL
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
定容/mL
50.0
50.0
50.0
50.0
50.0
加入Ca质量m/μg
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
吸光度A
回归方程A—m
横轴截距x
水样含Ca量-x/μg
水样Ca含量：
-x/10（μg·mL-1/mg·L-1/ppm）
注：
3510原子吸收分光光度计测量条件
波长：
nm；灯电流：
mA；狭缝宽度：
0.2nm
空气流量：
L·min-1；乙炔流量：
L·min-1
作图问题：
直线没有延伸
计算结果问题
四、思考题
1.从结构上将可见分光光度计与原子吸收分光光度计作个比较。
答：
组成
可见分光光度计
原子吸收分光光度计
光源
钨灯，产生复合光
空心阴极灯/元素灯，产生特征谱线
单色器
产生单色光
分离与特征谱线邻近的谱线，消除火焰发光对测定的影响
吸收池
比色皿，装待测溶液
原子化系统，产生原子蒸气
检测器
硒光电池，将光信号转化为电信号
光电倍增管，将光信号转化为电信号
注：
与可见分光光度计不同，原子吸收分光光度计单色器在吸收池后。
2.简述标准曲线法和标准加入法对样品溶液的要求有何不同？
标准曲线法适用于样品组成比较简单的批量样品的分析；标准加入法适用于样品组成比较复杂的少量样品的分析，标准加入法可以消除“基体效应”对测定结果的影响
8.元素分析仪的使用
一、实验目的
1.掌握元素分析仪的工作原理；
2.了解VarioELIII元素分析仪的结构及用途；
3.掌握元素分析仪的定量分析方法。
二、实验原理（CHN模式）
1.氧化-还原-吸附分离
2.解吸检测
三、实验内容（CHN模式）
1.标准曲线的建立——一次校准
非线性方程（Y质量，x峰面积）
系数
Y（C）=a+bx+cx2+dx3+ex4
Y（H）=a+bx+cx2+dx3+ex4
Y（N）=a+bx+cx2+dx3+ex4
2.标准物质测定——二次校准
标准物质
元素组成
C/%
H/%
N/%
Acetanilide
乙酰苯胺
理论值
测定值1
测定值2
平均测定值
校准系数
3.样品测定结果
未知样品
元素组成
C/%
H/%
N/%
O/%
酰胺类
化合物
（分子量71）
测定值1
/
测定值2
/
平均测定值
/
校准结果
计算值：
结构式
四、思考题
1.简述元素分析仪的用途及基本结构。
答：
元素分析仪可用于有机化合物元素组成（CHNOS等的分析测定；基本结构包括氧化还原系统、吸附解吸系统和检测系统。
2.如果需要确切知道有机化合物的分子结构，一般还需要哪些表征手段或方法？
答：
紫外可见吸收光谱（确定生色团和助色团）、红外吸收光谱（确定官能团）、核磁共振波谱（确定H的位置及数量）、质谱（确定分子量）等
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