仪器分析实验讲义--已改

2016年更新化学与化工系-1-仪器分析实验讲义编撰：王军锋聂迎春肖正凤陕西学前师范学院2016年更新化学与化工系-2-实验一水样的pH值测定一、实验目的1.学习pHS-3C型酸度计的使用方法。2.了解电位法测定水的pH值的原理和方法。二实验原理在日常生活和工农业生产中，所用水的质量都有一定标准。在进行水质检验中，水的pH值是重要检验项目之一，如生活饮用水pH要求为6.5~8.5。低压锅炉水要求pH为10~12。电子工业、实验试剂配制则需要中性的高纯水。现在测量水的pH值比较精确的方法是电位法，该法是将玻璃电极(指示电极)、饱和甘汞电极(参比电极)与待测试液组成原电池，用酸度计（一种精密电位差计）测量其电势。原电池用下式表示：Ag|AgCl(s)|HCl(0.1mol·L-1)|玻璃膜|试液溶液(xmol·L-1)║KCl(饱合)|Hg2Cl2(s)|Hg玻璃电极被测溶液甘汞电极玻璃电极为负极，饱和甘汞电极为正极。在一定条件下，电池的电动势E与pH为直线函数关系(推导过程从略)。试电池pHFRT303.2'KE由上式看出，求出E电池和K，即可知道试液的pH值。E电池可通过测量求得，而K’是由内外参比电极及难于计算的不对称电位和液接电位所决定的常数，很难求得。在实际测量时，选用和待测试液pH值相似的、已知pH值的标准缓冲溶液在pH计上进行校正(这个过程叫定位)，即测量pH是采用相对方法：pH()pH2.303xxssFEERT通过以上步骤，可在酸度计上直接读出试液的pH值。玻璃电极的响应斜率与温度有关，在一定的温度下应该是定值，25℃时玻璃电极的理论响应斜率为0.0591。但是玻璃电极由于制作工艺等的差异，每个pH玻璃电极其斜率可能不同，须用实验方法来测定。一支电极应使用两种不同pH值的标准pH缓冲溶液进行校正，两种缓冲溶液定位的pH值误差应在0.05之内。三仪器及试剂1.仪器pHS-3C酸度计一台，E-201-C9型复合pH电极一支，（或231型玻璃电极和232型饱和甘汞电极各一支），50mL烧杯7只。2.试剂①pH=4.00标准缓冲溶液(20℃)：称取115±5℃下烘干2～3小时的一级纯邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)10.12g溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。2016年更新化学与化工系-3-②pH＝6.86标准缓冲溶液(20℃)：称取一级纯磷酸二氢钾(KH2PO4)3.39g和磷酸氢二钠(Na2HPO4)3.53g，将它们溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。③pH=9.18标准缓冲溶液(20℃)：称取一级纯硼砂(Na2B4O7·10H2O)3.80g，将它溶于不含CO2的蒸馏水中，在容量瓶中稀释至1000mL，贮于塑料瓶中。以上标准溶液也可用市售袋装缓冲溶液试剂直接配制。它们能稳定两个月，其pH值随温度不同稍有差异，见表1-2。四实验步骤按照pHS-3C酸度计使用说明书进行操作。1.酸度计的校正(1)选用仪器的“pH”档；调节温度补偿，达到溶液温度值；(2)把用蒸馏水清洗过的电极插入pH=6.86标准缓冲溶液中；(3)调节定位，使仪器显示读数与该缓冲溶液当时温度下的pH相一致；(4)用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干，再插入pH=4.00的标准缓冲溶液（若待测液是酸性）或pH=9.18的标准缓冲溶液（若待测液是碱性）中，(5)调节使仪器显示读数与该缓冲液当时温度下的pH一致，仪器完成校正。2．溶液pH的测定。当被测溶液与标定溶液温度相同时，用蒸馏水缓缓淋洗两电极3~5次，再用滤纸吸干，然后将它们插入装有25~50mL被测溶液的烧杯中，电极浸入水中，摇动烧杯、使溶液均匀，待读数稳定后．读取pH；用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干。3.测量水样：分别测定4个不同水样的pH，每个水样应重复测定三次。（注意，应根据水样的pH，选择相应的标准pH缓冲溶液对仪器定位）4.测量完毕后，放开测量开关，关上电源开关，拔掉电源，清洗电极，复合电极用3mol·L-1KCl溶液浸泡。五数据处理记录数据，填入下表中表1-1实验数据记录表水样水样1水样2水样3水样4测定次数123123123123pH平均pH六思考题1.电位法测定水样的pH值的原理是什么?2.酸度计为什么要用已知pH值的标准缓冲溶液校正？校正时应注意哪些问题?3.何谓指示电极、参比电极?2016年更新化学与化工系-4-实验二离子选择性电极测定饮用水中的氟一、实验目的掌握直接电位法的测定原理及实验方法，并学会正确使用氟离子选择性电极和离子计的使用方法。二、实验原理饮用水中的氟含量的高低对人体的健康有一定的影响，氟的含量过低易得龋齿，过高则会发生氟中毒现象，适宜的含量为0.5毫克/升左右。目前测定氟的方法有比色法和电位法。前者的测量范围较宽，但干扰因素多，往往要对试样进行预处理，后者的测量范围虽然范围不如前者宽，但一般能满足大多数水质分析的要求，而且操作简便，干扰少，样品一般不必进行预处理。因此，现在电位法测定氟离子以成为常规的分析方法。本实验中应用氟离子选择性电极、饱和甘汞电极（SCE）和待测试液组成原电池。测量的电池电动势E与氟离子活度符合能斯特方程：2.303lgFRTEKF其中K、R、F均为常数，若在试液中加入适量的惰性电解质（如硝酸钠等）,使离子强度保持不变，即使离子的活度系数为一常数，则上式中的氟离子活度可用浓度[F-]代替。25OC时上式可写作：0.059lg[]EKF可见，电动势E与lg[F-]成线性关系。因此，只要作出E对lg[F-]的标准曲线，即可由水样测得的E,从标准曲线求得水样中的氟离子浓度。三、仪器与试剂1.仪器：PXSJ-226离子计，CSB-F-1型氟离子选择性电极，饱和甘汞电极，磁力搅拌器容量瓶100mL7个移液管50mL1支吸量管0.5mL1支、10mL2支聚乙烯烧杯100mL7个2.试剂：氟化钠标准溶液，0.100mol·L-1：称取4.1988g氟化钠（G.R）,以去离子水溶解并稀释至1升，摇匀，储于聚乙烯瓶中备用。总离子强度调节缓冲液（TISAB）:取29克硝酸钠和0.2克二水合柠檬酸钠，溶于50毫升1：1（体积）的醋酸与50毫升5mol·L-1的氢氧化钠的缓冲溶液中，测量该溶液的pH,若不在5.0～5.5内，可用5mol·L-1的氢氧化钠和6mol·L-1的盐酸调节至所需范围。四、实验步骤1.调整仪器：氟电极接离子计的负端，饱和甘汞电极接离子计的正端，仪器连接好电源后，打开电源开关，仪器即显示“PXSJ－226型离子计”等字样，稍等片刻，仪器自动进入起始状态，仪器必须开机预热0.5小时后方可进行测量。注意：①测量前需用电阻在3MΩ以上的去离子水浸泡活化一小时以上，当测得其在纯水中的毫伏数大于300mV时,便可用于测量。2016年更新化学与化工系-5-②测量时，单晶薄膜上不可附有气泡，以免干扰读数。③溶液的搅拌速度应缓慢、稳定。2.标准曲线法：（1）系列标准溶液的配制用吸量管取10毫升0.100mol·L-1氟化钠标准溶液，和10毫升TISAB溶液，在100毫升容量瓶内用去离子水稀释至刻度，摇匀。并用逐级稀释法配制成浓度为10-2、10-3、10-4、10-5、10-6mol·L-1的氟化钠系列标准溶液。逐级稀释时，只需加入9毫升TISAB溶液。（2）标准曲线的绘制将上述标准溶液依次倒入小聚乙烯塑料烧杯中(浸没电极即可)，用滤纸吸去悬挂在电极上的水滴，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，连接线路，放入搅拌子，开动搅拌器，由稀至浓分别测量标准溶液的电位值，待电位值稳定后读取读数。每次测定前用被测试液清洗电极、烧杯以及搅拌子。标准溶液测量完毕后将电极用蒸馏水清洗直至测得电位值300mV左右待用。（3）饮用水样的测定：用移液管移取50毫升饮用水样于100毫升容量瓶中，加入10毫升TISAB溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。清洗氟离子选择性电极，使其在纯水中测得的电动势在300毫伏。将清洗后的电极用滤纸吸去悬挂着的水滴，插入盛有上述未知水样的烧杯中，搅拌数分钟，读取稳定的电动势。五、数据及处理记录对氟化钠系列标准溶液所测得的电动势E，并在坐标纸上作E对pF的标准曲线。氟离子浓度（mol·L-1）10-210-310-410-510-6pF23456E（mV）记录未知试样溶液的电动势，并由标准曲线查得未知试样溶液中的氟离子浓度[F-]，由下式计算饮用水中的氟离子含量。FF100W[F]M100050.0式中WF为每升饮用水样中氟离子的毫克数，设MF为氟的原子量。六、思考题1.氟离子选择性电极使用时应注意哪些问题？2.TISAB的组成是什么？它在测量中起的作用是什么？3.溶液的酸度对测定的影响如何？2016年更新化学与化工系-6-实验三吸光光度法测定铁（以邻二氮菲为显色剂）一、试验目的通过吸光光度法测定铁的基本条件试验，学习如何选择吸光光度法分析的实验条件，并掌握721型分光光度计的使用方法。二、实验原理在可见区的吸光光度测量中，若被测组分本身有色，则可直接测量。若被测组分本身无色或颜色很浅，则可用显色剂与其反应（即显色反应），生成有色化合物，再进行吸光度的测量。铁的显色试剂很多，例如硫氰酸铵、巯基乙酸、磺基水杨酸钠等。邻二氮菲是测定微量铁的一种较好的试剂，它与二价铁离子反应，生成稳定的橙红色络合物(lgK稳=21.3)此反应很灵敏，此络合物的lgK稳=21.3，在510nm下，摩尔吸光系数ε为1.1×104，在pH＝2～9之间，颜色深度与酸度无关，而且很稳定，在有还原剂存在的条件下，颜色深度可以保持几个月不变。本方法的选择性很高，相当于铁含量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32-；和20倍的Cr3+、Mn2+、VO3-、PO43-；5倍的Co、Cu2+等均不干扰测定，所以此法应用很广。而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1，稳定性较差。所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺(NH2OH·HCl)将Fe3+还原为Fe2+，其反应式如下：2Fe3++2NH2OH·HCl→2Fe2++N2+H2O+4H++2Cl-测定时控制溶液的酸度为pH≈5较为适宜，用邻二氮菲可测定试样中铁的总量。三、仪器与试剂1、仪器721型分光光度计（附1厘米液槽4个）容量瓶50毫升7个滴定管50毫升1支吸量管1毫升1支2毫升1支5毫升1支量杯10毫升1个2、试剂⑴铁标准溶液，100微克/毫升：准确称取0.8634克NH4Fe（SO4）2·12H2O置于烧杯中，加入20毫升1：1的盐酸和少量水，溶解后，转移至1升容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。⑵盐酸羟胺溶液10%（临用时配制）⑶邻二氮菲溶液0.15%（临用时配制）：应先用少许酒精溶液，再用水稀释。2016年更新化学与化工系-7-⑷醋酸钠溶液1mol·L-1⑸氢氧化钠溶液⑹精密试纸四、实验步骤1、准备工作打开仪器电源开关，预热，调解仪器。2、绘制吸光度对铁的浓度曲线取5个50毫升容量瓶，分别加入0，0.40，0.80，1.20，1.60，2.00毫升100微克/毫升铁标准溶液，每个容量瓶再加入1毫升10%盐酸羟胺溶液，2毫升0.15%邻二氮菲溶液，以及5毫升1mol·L-1醋酸钠溶液。在选定的波长下，用1厘米液槽，以不含铁的试剂溶液作参比溶液，测量各个溶液的吸光度。以吸光度对铁的浓度作图。3、未知试样溶液的测定取1个50毫升容量瓶，移取5.00毫升未知试样溶液，按实验步骤1的方法配制溶液，并测量吸光度。五、数据及处理记录系列标准溶液浓度及相应的吸光度。绘制吸光度对铁的浓度曲线，并确定其线性范围。从曲线求得试样溶液原始浓度的平均值。铁标液体积（mL）铁浓度（μg/mL）吸光度A六、思考题1、实验中，盐酸羟胺、醋酸钠的作用是什么？若用氢氧化钠代替醋酸钠，有什么缺点？2、参比溶液的作用是什么？在本实验中可否用蒸馏水作参比？2016年更新化学与化工系-8-实验四荧光光度法测定荧光素