仪器分析实验现代分析技术综述Word下载.docx

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为普朗克常数。

其中，振动能级跃迁引起的振动光谱区出现在红外光谱区，称之为红外光谱。

纯转动能级的跃迁引起的转动光谱，出现在极远红外及微波区。

实际上，振动能级的跃迁伴随转动能级的跃迁，这时得到振动—转动光谱。

我们知道产生红外光谱吸收的选率有：

（1）只有偶极矩会随q而变化的那些振动才会在红外光谱中出现。

例如极性双原子分子HBr会得到红外光谱，而偶极矩为零的H2,O2,Cl2等非极性分子则不会产生红外光谱。

（2）在谐振子模型近似下，红外吸收只允许发生在振动量子数改变为

的状态间。

实际上由于振动的非谐性等原因，使得

等几率较小的跃迁也成为可能。

这也定性的说明了

（称为基频）强度很大，

（称为第一倍频）较弱，

（称为第二频）则更弱的事实。

在多原子分子中还会出现合频吸收带（即

）。

（3）对于多原子分子，分子振动复杂的。

但是这些复杂的。

但是这些复杂振动3N—6个简正振动，线性分子为3N—5个）（N为分子中的原子数）。

振动类型总的可分为伸缩振动和变形振动两大类，伸缩振动主要改变键长,分为对称性收缩振动和不对称性收缩振动。

变形振动引起的键角的变化，分为面内及面外变形振动等形式。

双原子的极好模型是谐振子模型。

由谐振子模型，某化学键的特征吸收带，主要取决于成键原子的质量和键力常数：

式中

为键力常数，

为折合质量，即

和

分别为两个成键原子的质量，根据各种化学键的

与

值的大小，红外光谱可划分为如下几个区域：

3700~2500cm–1为含H化学键的伸缩振动区域。

由于H原子质量最小，这种键具有高的振动频率。

OH，NH,CH等伸缩振动吸收代均出现在此区域，2500~2000cm-1为终态和乘积双键的伸缩振动区域。

由于这种键具有最高的权值，所以其震振动频率也较大。

等伸缩振动吸收带出现在此区域。

2000~1600cm-1为双键的伸缩振动区域，

苯环等伸缩振动出现在此区域。

1600~650cm-1　为单键区，在此区域所有的化合物均有互异的谱，犹如人的指纹，可以用来鉴定各种化合物，因此又称为指纹区。

重原子（除Ｈ外其它原子）之间单键的伸缩振动，由于

小

大具有较低的振动频率，如Ｃ－Ｃ，Ｃ－Ｏ，Ｃ－Ｎ等伸缩振动熙绶带均出现在此区域。

另外，由于变形振动的

远远小于伸缩振动的

值，所以含氢化学键或功能基的变形振动吸收出现在该区域。

我们常借助有关特征吸收谱带的知识，对化合物的红外光谱进行功能基的定性，以确定有关化合物的类别，再与已知结构的化合物的光谱进行比较，肯定或鉴定所提出可能结构的化合物。

本实验要对几种塑料薄膜样品进行定性分析与鉴定。

实验二拉曼光谱综合实验

一、实验目的

通过测定单晶硅、聚苯乙烯膜以及铁氰化钾粉末的Raman光谱信号,熟悉Raman散射分析系统基本原理和操作，并初步掌握基本的解谱方法。

二、实验原理简述

当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大约占总散射光10-10-10-6的散射，不仅改变了传播方向，频率也发生改变，这就是由非弹性碰撞引起的拉曼散射。

如图所示，对于拉曼散射过程而言，在入射光0照射下，分子先由基态E0（或振动激发态E1）被激发至虚态（Virtualstate）高能级,该能级介于基态和电子第一激发态之间，随即发出光子，分子能量回到振动激发态E1（或基态E0），光子失去（或得到）的能量与分子得到（或失去）的能量相等，即E=，反映了振动能级的变化。

因此，根据入射光子和散射光子频率变化，就可以判断出分子含有的化学键或基团。

波长变长的散射（0-）称为Sokes散射（0-），而波长变短的散射（0+）称为anti-Stokes散射。

三、实验所用仪器以及主要试剂

Dilor公司LabRamII共焦激光Raman分析系统。

铁氰化钾（分析纯），单晶硅片，聚苯乙烯薄膜

四、实验步骤和要求

1．Raman光谱仪基本操作（以单晶硅片为样）

2．测定聚苯乙烯薄膜片，熟悉数据处理和光谱基本解析方法

3．铁氰化钾粉末样的测定

4．自选样品的测定

五、参考文献

1．LabRamII激光Raman光谱仪操作手册

2．R.J.H.Clark,R.E.HesterSpectroscopyofSurfacesJohnWiley&

Sons1988

实验三自来水中多种金属元素电感耦合

等离子体发射光谱测定

一实验目的：

初步掌握发射光谱用于多元素的测定，配制多元素标准溶液，选择元素谱线，绘制标准曲线。

二实验原理：

利用离子体的高温激发，使被测元素发射出特征谱线，利用谱线强弱，在相应的标准谱线上，计算出对应浓度及含量。

三实验步骤：

1．混合标准溶液的配制：

分别移取100mg/L的钾、钠、镁、锌、铜标准溶液0.5ml、5ml于50ml容量瓶中用蒸馏水定容至刻度。

2．开机选择相应元素谱线，选择仪器测定条件，选择标准曲线浓度等。

3．测定标准溶液，观察峰位进行调整，注意数据的精密度。

4．取样品自来水，进入仪器测定，读取相应浓度。

实验四液相色谱柱效能的测定

一、实验目的：

学习高效液相色谱柱效能的测定方法

了解高效液相色谱仪的基本结构和工作原理，以及初步掌握其操作技能

二、基本原理：

计算理论塔板数的公式

；

R=

速率理论及范德姆特方程式对研究影响高效液相色谱的柱效的各种因素同样具有指导意义：

H=A+B/u+Cu。

由于组份在液体中的扩散系数很小，从纵向扩散（分子扩散）项（B/u）对色谱峰扩展的影响实践上可忽略，而传质阻力项（Cu）则成为柱效的主要因素，可见要提高液相色谱的柱效能，提高柱内填料装填的均匀性和减小粒度，以加快传质的速率是非常重要的，目前的固定相一般为5～10u的微粒，而装填的技术优劣直接影响到色谱柱的柱效能。

除此之外，还要考虑到一些柱外变峰宽的因素，其中包括进样器的死体积和进样技术等所引起的，以及由柱后连接管、检测器流通池体积所引起的柱前、柱后峰变宽。

三、仪器：

岛津LC-6A液相色谱仪，UV检测器，微量进样器，超声波发生器。

试剂：

1、苯、萘、甲醇、正己烷为分析纯试剂。

2、水：

为两次重蒸水，再经0.45u滤膜过滤；

3、标准溶液配制：

（1）、标准储备液：

配制含苯、萘各1000ug/mL的正己烷溶液，混合备用。

（2）、标准使用液：

用上述储备液配制成10ug/mL的正己烷溶液，混合备用。

实验条件

1、色谱柱：

长15或25cm、直径4.6mm的C18柱（5um粒度的固定相）。

2、流动相：

甲醇和水按适当比较；

流速0.5mL/min和1mL/min。

3、紫外检测器，波长254nm；

4、进样量20uL。

四、实验步骤:

1、将配制好的流动相置于超声波器上脱气15分钟；

2、开机、调整流速为0.5mL/min，调整仪器至稳定状态，即基线稳定。

3、进样20uL标准使用液。

4、将流动相流速改为1mL/min，稳定后，再进样。

记录结果。

五、数据处理

组份

测定次数

tR（mm）

Y1/2（mm）

n（块/m）

0.5mL/min

1.0mL/min

0.5

mL/min

1.0

苯

1

2

萘

1、记录实验条件

（1）色谱柱和固定相；

（2）流动相及其流速；

2、测定各色谱图中的tR及相应的色谱峰的半峰宽Y1/2；

计算对应的理论塔板数。

计算分离度。

讨论：

1、做液相色谱实验时，应该有那些注意事项。

2、画出液相色谱流程图。

实验五荧光分光光度法测定氨肽碘针剂

中色氨酸的含量

一.原理

色氨酸是一种强荧光物质,其激发波长EX=294.0nm，荧光波长EM=353.8nm，在稀溶液中荧光强度与浓度成正比关系。

氨肽碘含有色氨酸、谷氨酸、亮氨酸等15种氨基酸，故可应用荧光法来测定氨肽碘中色氨酸的含量。

二.试剂及材料

1.色氨酸标样（生化试剂）；

2.氨肽碘针剂；

3F-2500荧光分光光度计；

4.容量瓶2500ml1只，250ml1只，50ml6只；

5.移液管1ml1支。

三.操作步骤

1.标准溶液配制

准确称取0.25g色氨酸标样，配制成2500ml溶液，则此溶液浓度为100ppm，分别移取此溶液0.1ml、0.3ml、0.5ml，于25ml容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，摇匀后，待测定各标准溶液的荧光强度。

2.氨肽碘溶液配制

准确移取0.2ml氨肽碘针剂于250ml容量瓶中，定容、摇匀后待测。

3.荧光强度测定

（1）荧光光度计操作

开启220V稳压电源至220V；

打开主机电源开关。

检查氙灯电是否开启。

（2）色氨酸激发光谱的绘制，参数设置如下：

①设定纵坐标

②设定灵敏度；

③设定扫描速度；

④发射波长EMISSIONWavelength250.0nm；

⑤激发波长范围200~350nm；

⑥将某一浓度的色氨酸标液置于试样池中，观赏试样池盖子；

⑦扫描得到激发光谱。

（3）标准溶液及样品的测定，参数设置如下：

④设定激发波长EXCITIONWavelength294.0nm（从激发光谱曲线中）得到；

⑤发射波长范围EMISSIONWavelength300~400nm；

⑥将1号标准溶液放入试样池中；

⑦扫描得到荧光光谱。

仪器开始扫描，得到1号标准溶液的荧光强度。

其余4各标准溶液和氨肽碘样品只要重复上述⑥⑦操作，就可以分别得到它们的荧光光谱。

按各标液的荧光强度做出I-C工作曲线。

四.数据记录及计算

1.列表

样品编号

样品浓度（ppm）

荧光强度

0.1

0.3

3

4

未知溶液

2.工作曲线的绘制

3.氨肽碘针剂中色氨酸含量计算（以μg/ml计）：

色氨酸含量=样品测得的荧光强度所对应的浓度×

250×

5

实验六核磁共振（NMR）演示实验

核磁共振（NuclearMagneticResonance），是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受到电磁波的激发而产生的共振跃迁现象．

1945年12月，美国哈佛大学珀塞尔（E.M.Purcell）等人，首先观察到石腊样品中质子（即氢原子核）的核磁共振吸收信号．1946年1月，美国史丹福大学布珞赫（F.Bloch）研究小组住在水样品中也观察到质子的核磁共振信号．两人由于这项成就，获得1952年诺贝尔物理奖．核磁共振的相关技术仍在不断发展之中，其应用范围也在不断扩大，希望通过本实验能使同学能了解其基本原理和实验方法．

1．了解核磁共振基本原理；

2．观察核磁共振稳态吸收信号及尾波信号；

3．用核磁共振法校准恒定磁场B0；

二、实验原理

1．核磁矩及其排列

核磁共振理论的严格描述必须用到量子力学，但也可以用比较容易接受的经典物理模型进行描述．许多原子核（并非全部）可被看成为很小的条形磁铁，有旋转，所以这些原子核具有不为零的角动量P和磁矩，简称核磁矩．

通常，原子核的磁极可以指向任意方向，如无外界干扰，它们的指向是没有限制的．一般我们面对的总是数量巨大的原子核群，它们磁矩的矢量平均值为零，即宏观上对外表现没有磁矩．但是当把这些原子核群放在外部磁场中时，原子核的磁矩要与外磁场相互作用，最终的结果是原子核群合成的宏观磁矩u不为零，并与外磁场保持平行．简单的，可以看成是原子核的排列与外磁场平行．

2．经典物理的矢量模型——拉莫尔进动

在牛顿力学中，一个有一定质量的高速旋转的物体受到重力作用时，当自转轴不与重力平行时，就会产生进动．自然，由于核磁矩与外磁场的相互作用，原子核也会产生进动。

如图1所示。

由角动量定理可知，其力矩为

这个力矩L迫使角动量P的方向发生改变，围绕外磁场B的方向旋转。

磁矩u的方向和自旋角动量L平行，大小成比例，关系为u＝rP，所以得到磁矩u的进动关系：

其中r称为旋磁比．上式的矢量关系可用图4表示．进动的角频率ω0为：

μ与外磁场B的作用能为：

3．共振

如果这时在x-y平面中加一个旋转磁场B1（见图5），当B1的角频率w与进动的角频率

相等时，磁矩μ当与B1相对静止，那么会使磁矩μ再绕B1产生进动，结果使夹角θ增大，

说明原子核吸收能量，势能增加．所以要使原子核产生共振，其条件为：

但在原子或分子中，由于原子核受附近电子轨道的影响使核所处的磁场发生变化，导致在完全相同的外磁场下，不同化学结构的核磁共振频率不同．g/2π值将略有差别，这种差别

是研究化学结构的重要信息，称为化学位移．

对于核磁共振，在量子力学中的解释是，核磁矩与外磁场的作用造成能级分裂，当加上一个与能级间隔对应的交变磁场时，将产生共振跃迁，粒子从交变磁场中吸取能量。

其关系是：

4．共振信号

要产生一个旋转磁场是比较复杂的，实际上仅用一个直的螺线管线圈就能产生所需的共振

磁场，如图6所示．尽管这样的线圈只能产生线偏振的磁场，至于为什么也能够产生共振？

请同学们自己分析．从原理上说，有了外部的静磁场B和合适的共振磁场B1，就已经产生共振了，但是如何才能观察到共振信号，这里还要做技术上的处理．为了能够观察到稳定的共振信号，必须使共振信号连续重复出现．为此，可以固定共振磁场的频率，在共振点附近连续反复改变静磁场的场强，使其扫过共振点，这种方法称为扫场法．这种方法需要在平行于静磁场的方向上迭加一个较弱的交变磁场，简称扫场．在连续改变时，要求场强缓慢地通过共振点，这个缓慢是相对原子核的驰豫时间而言的．

三、实验仪器

1．实验装置

实验装置见下图，它由永久磁铁、扫场线圈、探头（含电路盒和样品盒）、检测器、可调变压器和220V/6V变压器组成．其作用如下：

2．永久磁铁：

对永久磁铁要求有强的磁场和足够大的匀场区，本实验用的磁场强度约为0.5T，中心区（5mm3）均匀性优于10-5．

3．扫场线圈：

产生一个可变幅度的扫场．

4．探头（含电路盒和样品盒）：

有两个探头，一个是掺有三氯化铁的水样品，一个是固体样品聚四氟乙烯．

5．可调变压器和220V/6V变压器：

用来调节扫场线圈的电流，220V/6V还有隔离作用．

四、演示实验内容

1．记录下仪器的编号和样品盒的编号．本实验的静磁场场强均在0.57T左右，所以水的氢核共振频率在24MHz－25MHz左右．

2．标定样品所处位置的磁场强度B0

将样品盒放在永久磁铁的中心区．观察掺有三氯化铁的水中质子的磁共振信号，测出样品在永久磁铁中心时质子的共振频率v．

五、注意事项

１．由于扫场的信号从市电取出，频率为50Hz．每当50Hz信号过零时，样品所处的磁场就是恒定磁场B0．所以应先加大扫场信号，让总磁场有较大幅度的变化范围，以利于找到磁共振信号．然后调整频率．

2．样品在磁场的位置很重要，应保证处在磁场的几何中心，除非有其它要求．

3．调节时要缓慢，否则NMR信号一闪而过．

4．请勿打开样品盒．

5．调节扫场幅度的可调变压器的调节范围为0～100V．