08化工仪器分析实验讲义Word下载.docx
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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5.0nm，扫描波长范围250—750nm，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NicoletFT-IR的使用方法。
二.实验原理
本实验用NicoletFT-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。
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，3000cm-1左右是C-H的吸收峰，1500cm-1是C=C的吸收峰。
三.实验仪器和试剂
6.NicoletFT-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，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。
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。
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；
实验三：
各种物质漫反射光谱的测定
通过各种样品的紫外－可见漫反射光谱测定，掌握紫外－可见漫反射原理，熟悉InstantSpecBWS003的使用。
紫外－可见漫反射光谱与紫外－可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。
后者符合朗伯－比尔定律，溶液必须是稀溶液才能测量，否则将破坏吸光度与浓度之间的线性关系。
而前者，紫外－可见漫反射光谱则可以浑浊溶液、悬浊溶液及固体和固体粉末等，试样产生的漫反射符合Kublka—Munk方程式
式中K－吸收系数
S－为散射系数
R∞表示无限厚样品的反射系数R的极限值，其数值为一个常数。
实际上，反射系数R通常是采用与一已知的高反射系数的标准物质（本实验采用PTFE，其反射系数在紫外可见光区高达98％左右）比较来测量，测定R∞（样品）/R∞（标准物质）比值，将此比值对波长作图，构成一定波长范围内该物质的反射光谱。
积分球是漫反射测量中的常用附件之一．其内表面的漫反射物质反射系数高达98％，使得光在积分球内部的损失接近零。
漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。
这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器．
17.InstantSpecBWS003紫外可见漫反射光谱仪;
18.有颜色的纸张;
19.不同颜色的树叶；
20.手臂上的某处皮肤（测试者自己选择）。
四.实验步骤
1．双击打开软件，从菜单栏中选择“Option”－“EnableReferenceMaterialFile”－“Set”。
2.设置“IntegrationTime”为800。
3.点击“OpenFlashLight”。
4.Darkscan
（1）将portreducer装在取样口，拧紧螺丝；
（2）将lighttrap罩在取样口上。
（3）点击软件上的“darkscan”。
5.Referencescan]
（1）将SpectralonReferenceStandard（参比）放置在样品口
（2）点击“ReferenceScan”。
6.Samplescan
（1）取下参比，将样品放置在取样口，点击“AcquireoneSpectrum”；
（2）选择“％T/R”得到漫反射光谱曲线。
（3）换另一个样品，点击“AcquireOverlay”得到该样品的漫反射光谱曲线。
五.数据处理
以λ为横坐标，R％为纵坐标作所测样品的反射光谱图。
六.讨论与思考
1．同种物质及颜色，颜色的深浅与同一波长处的反射率高低有什么联系？
2．观察不同颜色的物质反射率最高处的峰值有何不同，为什么？
实验四多元校正－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Cnc×
ns，在nw个波长下测得吸光度矩阵Anw×
ns。
根据朗伯—比耳定律有：
（1）
其中Knw×
nc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）
式
（2）中t和-1分别表示该矩阵的转置和逆。
对于一个或一组未知样，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）
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：
50ml6个移液管：
5ml4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）：
2.4HCl（0.1mol/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
λmax/nm
510
480
400
K/（Lg-1cm-1）
20
31
33
1.3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5.0mL0.10molL-1的HCl，定容至50mL。
每次标准溶液的吸取量填入表1。
表1.标准溶液的组成（即C矩阵）
样品号
1
2
3
4
5
6
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）
式中λ0,j：
第j组分的最大吸收波长；
λi：
第i个波长；
kmax,j：
波长为λ0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）
AE为测量误差。
产生AE的方法如下：
2.1随机误差法：
AE=（0.5-random）×
D
Random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。
2.2MontoCarlo法：
r1、r2为01间的随机数。
该方法获得的误差符合正态分布N（0,σ2），标准差σA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
可取σT=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献并列于实验报告中。
七.解决实际问题
通过文献查阅，设计一种测定市售饮料中色素含量的方法并用于美年达中日落黄的测定。
实验五拉曼光谱法建立谷物指纹图谱
1、了解拉曼光谱的基本原理，掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。
2、测量一些常规物质和复杂样品的拉曼光谱。
当用波长比试样粒径小得多的频率为υ的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
散射光中除了存在入射光频率υ外，还观察到频率为υ±
△υ的新成分，这种频率发生改变的现象就被称为拉曼效应。
υ即为瑞利散射，频率υ+△υ称为拉曼散射的斯托克斯线，频率为υ-△υ的称为反斯托克斯线。
△υ通常称为拉曼频移，多用散射光波长的倒数表示，计算公式为
式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。
△υ的单位为cm-1。
由于拉曼谱线的数目、频移、强度直接与分子振动或转动能级有关。
因此，研究拉曼光谱可以提供物质结构的有关信息。
自从激光问世以来，拉曼光谱的研究取得了长足进展，已广泛应用于物理、化学、生物以及生命科学等研究领域。
CCD检测器
光栅
狭缝
双瑞利滤光片
显微镜
样品
扩束器
激光
图1显微共焦激光拉曼光谱仪结构
1.显微共焦激光拉曼光谱仪RenishawinVia（英国雷尼绍公司）
2.粉碎机、载玻片、盖玻片、胶头滴管
3.测试样品
常规物质：
CCl4，CH2Cl2
复杂样品：
不同淀粉类作物
自备样品：
不同材料的小挂件
四.实验步骤
1.打开主机和计算机电源，同时打开激光器后面的总电源开关，将仪器预热20分钟左右。
2.自检.
静态取谱（Static），中心520RamanShiftcm-1,Advanced->
Pinhole设为in。
使用硅片，用50倍物镜，1秒曝光时间，100%激光功率取谱。
使用曲线拟合（Curvefit）命令检查峰位，检验仪器状态。
3．样品拉曼光谱的测定
将样品放置在载玻片上,盖上盖玻片，置于显微镜的载物台上，调节显微镜载物台的高度使得显微镜能够清晰地观察到样品表面（上2，下1）。
选择Measurement->
New->
Spectralacquisition进行实验条件设置，再将白光照明光路切换到激光照明光路（上1，下2），即选择激光照射，选择Measurement->
Run运行实验，等待实验运行，直到窗口中出现红色的光谱曲线，采集光谱结束，保存扫描结果。
4.分别测定CCl4、大米、自备物品的拉曼光谱图。
用仪器自带软件WiRE2.0或Excel绘制拉曼光谱。
纵坐标是散射强度，可用任何单位表示，横坐标是拉曼位移，通常用相对于瑞利线的位移表示其数值，单位为波数cm-1。
1．纯物质的拉曼光谱
（1）标定所用的单晶硅的Stokes线的拉曼光谱图：
（2）CCl4的拉曼光谱图
①Stokes线和Anti-Stokes全扫描的拉曼光谱图：
②只有Stokes线的拉曼光谱图：
（3）CH2Cl2的拉曼光谱图
图2CH2Cl2的拉曼光谱图
2.不同淀粉类作物的拉曼光谱
3.其他物品的拉曼光谱
六.讨论与思考：
1.比较红外光谱与拉曼光谱的异同。
2.一般的拉曼散射有斯托克斯线和反斯托克斯线两种，为什么实验中记录的拉曼光谱常取斯托克斯线？
3.试分析常规物质（CCl4、CH2Cl2）的特征拉曼光谱。
4.拉曼光谱的发展及应用。
实验六铁氰化钾循环伏安法有关性质的测定
掌握循环伏安法（CV）基本操作；
掌握受扩散控制电化学过程的判别方法；
了解可逆电化学过程及条件电极电位的测定；
了解电化学—化学偶联反应过程的循环伏安特点。
并学会电化学工作站仪器的使用。
二.循环伏安法原理
扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描（电压上升部分）为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描（电压下降部分）为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一
三.实验步骤
1.电极表面抛光
2.验证：
亚铁氰化钾溶液中进行循环伏安扫描（电位差小于70mv）
3.电极连接，参数设定（起始电位、电位扫描范围、扫描速度等）
4.测定：
峰电流随电位扫描速度的变化（处理在一张图上）
5.反应模拟器（Simulation）：
模拟实验（调节：
模型、传递系数α、标准速率常数k0等）
四.数据处理
1.计算亚铁氰化钾的条件电极电位；
作出峰电流~扫速v1/2图，判断是否是扩散控制过程。
实验七全自动电位滴定法对混合酸的测定及虚拟电位滴定法
第一部分：
全自动电位滴定法对混合酸的测定
1.初步了解和掌握自动电位滴定仪的原理和操作；
2.掌握多元酸或混合酸分步滴定的有关规律；
3.用NaOH溶液滴定由HCl和H3PO4组成的混合溶液，分别测出HCl和H3PO4的浓度。
二.实验仪器和试剂
1.实验仪器
798MPT自动电位滴定仪，氢离子选择性复合电极（滴定仪和电极均由瑞士万通公司生产）。
100mL烧杯，100mL量筒，10mL（或5mL）移液管，洗耳球。
2.实验试剂
0.02mol/LNaOH标准溶液（已用基准邻苯二甲酸氢钾标定）；
待测的HCl和H3PO4混合溶液（HCl和H3PO4浓度分别约为0.01mol/L）。
三．实验原理和步骤
1.实验原理
由于HCl是强酸，H3PO4的pKa1、pKa2及pKa3分别为2.12、7.20及12.36，用NaOH溶液滴定由HCl和H3PO4组成的混合溶液，滴定曲线有两个突跃。
第一个突跃对应的NaOH溶液的体积记作V1，相应的滴定产物是H2O和H2PO4-，滴定反应是
H++OH-=H2O
（1）
和
H3PO4+OH-=H2PO4-
（2）
第二个突跃对应的NaOH溶液的体积记作V2，相应的滴定产物是HPO42-，滴定反应是
H2PO4-+OH-=HPO42-（3）
在上述滴定中，V2-V1是滴定H2PO4-所消耗的NaOH溶液的体积（见反应（3）），也是滴定H3PO4所消耗的NaOH溶液的体积（见反应
（2））；
V1-（V2-V1）=2V1-V2是滴定HCl所消耗的NaOH溶液的体积（见反应
（1））。
因此，利用上述两个突跃对应的滴定终点V2和V1，按以下两式，可以分别求出混合溶液中HCl和H3PO4的浓度：
2.实验步骤
实验步骤：
在100mL烧杯中，用移液管吸入5.00mLHCl和H3PO4混合溶液，加50mLH2O，加入搅拌子，放好电极，用0.02mol/LNaOH标准溶液电位滴定。
仪器自动记录滴定曲线和滴定数据，并测出滴定终点V1和V2。
仪器的设置：
选择Met滴定模式，滴定步长0.10mL，平衡时间30s，滴定至加入的标准溶液体积为10.00mL。
四.实验结果和讨论
（1）滴定曲线（附图）
（2）测定结果（附表，见下表）
表1HCl和H3PO4混合溶液的测定结果
V1/mL
V2/mL
混合溶液中HCl的浓度/mol·
L-1
混合溶液中H3PO4的浓度/mol·
（3）有关实验现象的讨论
五.思考题
（1）多元酸（二元酸或三元酸）分步滴定的条件是什么？
混合酸（如由HCl和H3PO4组成的混合酸）分步滴定的条件是什么？
（2）电位滴定法确定滴定终点有哪些方法？
这些方法的依据是什么？
（3）自动电位滴定仪确定滴定终点的依据是什么？
（4）本实验所用的氢离子选择性复合电极的构造和原理是怎样的？
（5）在本实验的滴定过程中，若存在CO2的干扰，对测定结果有什么影响？
第二部分虚拟电位滴定法
一.目的
1.了解虚拟实验室的原理及应用。
利用电位滴定虚拟实验室进行各种酸的测定。
2.学习并掌握Office系统处理实验数据、完成实验报告。
二.虚拟电位滴定仪的操作步骤
1．虚拟滴定仪及其操作
虚拟电位滴定仪模仿常用的ZD-2型电位滴定仪，主界面如图1。
⑤
④
③
②
①
图1电位滴定虚拟装置主界面
操作按钮：
①加标准溶液；
②单击数据表记录数据；
③调节滴定速度；
④滴定按钮；
⑤pH/mV选择。
2实验选择：
如选酸碱滴定――混合酸滴定/未知样的测定。
3实验准备－试剂：
设定待测样、标准溶液及浓度、取样体积和稀释后总体积；
实验准备－电极：
选定适当的指示电极和参比电极、可查阅各种电极的资料和图片；
实验准备－条件：
选择滴定管及滴定方式。
4数据处理：
可利用主界面中的数据处理功能。
三.虚拟实验内容
1．单组分的测定：
选择一种较弱的酸（pKa>
7，如硼酸）进行测定，取同一份待测酸样品进行测定，分别取0.00，2.00，4.00，6.00，8.00mL，稀释至相同体积后用同一NaOH溶液滴定至设定的pH值（如pH=11.00）。
找出待测样的物质的量与标准溶液滴入体
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