2013仪器分析实验讲义

仪器分析实验青岛科技大学分析测试中心编20110920目录实验一原子吸收光谱法测定钢铁中微量铜--标准曲线法实验二扫描电镜仪器及成像原理和简单样品的制备技术实验三有机化合物红外光谱的测定（3学时）实验四高效液相色谱法测定有机化合物的含量实验五气相色谱实验------丁酸乙酯中杂质乙醇和酯含量的测定实验六X射线衍射物相分析实验七元素分析法测定样品中的C、H、N、S含量实验八核磁共振波谱仪的工作原理及核磁共振氢谱实验九循环伏安法测定电极有效表面积及TMB在不同pH缓冲溶液中循环伏安行为实验十综合实验—己二酸的合成及表征实验一原子吸收光谱法测定钢铁中微量铜--标准曲线法[目的要求]1、巩固加深理解所学理论，掌握原子吸收光谱分析中标准曲线法进行定量分析的方法2、了解原子吸收分光光度计基本结构及使用方法3、学会钢铁样品制备及处理技术[原子吸收光谱法]又称原子吸收分光光度法，简称原子吸收法。它的基本原理是，一束特定的入射光，强度为I0.投射至被测元素的基态原子蒸汽，则此被测元素的基态原子对入射的特征光产生吸收，未被吸收的部分透射过去，被测元素原子蒸气浓度C越大，光的吸收量越多，去透射量越小，也就是试样中被测元素的浓度C，入射光I0透射光强I三者之间存在的关系。图1-1原子吸收分析原理示意图在使用锐线光源和低浓度的情况下，基态原子蒸汽对共振线的吸收符合比尔定律A=lg（I0/I）=KLN0式中A为吸收光，I0为入射光强度，I为经原子蒸气吸收后透射光强度，K为吸收系数，L为穿过原子蒸汽光程长度，N0为基态原子密度。当试样原子化，火焰绝对温度低于3000K时，可以认为原子蒸汽中基态原子数接近于原子总数，在固定实验条件下，原子总数与试样浓度C比例是恒定的，吸收池（原子）I0I上式可记为：A=K′C这是原子吸收分光光度法定量基础，定量方法可用标准曲线法或标准溶液加入法。火焰原子化是目前使用最为广泛的原子化技术，火焰中原子生成是一个复杂的过程，其中最大吸收部位由该处原子生成和小时速度决定，它不仅与火焰类型有关，而且与元素性质燃气助燃气比例有关。[仪器主要部分及作用]一、光路图图1单光束型原子吸收分光光度计结构示意图原子吸收分光光度计主要由以下四部分构成1、光源即空心阴极灯，作用是能发射出待测元素特征谱线，一种元素一个灯。结构：阴极（材料是待测元素的金属），阳极，另充有惰性气体（一般为氖气）。2、原子化器包括燃烧器和雾化器两部分其作用是将试液雾化后，与燃气（乙炔）助燃气（空气）一起进入空气-乙炔火焰利用火焰高温及还原性将待测元素分子解离成离子，离子还原成原子。3、分光器有成单色器，作用：分出待测元素特征谱线主要部件是光栅，反光镜。4、检测器作用：将光信号转变为电信号，多数是光电倍增管，现代仪器多数CCD。[标准曲线法]原子吸收法是一种相对的测量方法，他不能由分析信号的大小直接确定待测元素含量的大小，而是借助配一系列标准溶液做出工作曲线来完成定量的。标准曲线法是原子吸收分析最为常用的方法。它是根据比尔定律A=K′C，配制一系列标准溶液，在相同条件下，又低浓度到高浓度喷入火焰，分别测其吸光度A，以测定的吸光度A为纵坐标，以待测元素浓度C为横坐标，绘制工作曲线，在相同条件下喷入试样溶液，，侧其吸光度，再从曲线上查其浓度，如下图：这种方法叫标准曲线法，或工作曲线法标准曲线法主要用于批量样品分析，应用标准曲线法需要注意的问题。1、调整仪器各参数使仪器运行稳定。仪器参数包括：灯电流、通带、波长、燃助比、负高压等。2、标准溶液的组成和样品液组成尽量接近。3、尽量在测试前消除各种干扰如物理干扰、化学干扰、电量背景等。4、每次测定必须重新绘制工作曲线，不能使用过去做的曲线。5、标准溶液和式样必须在同一台仪器，相同测量条件下测定。[仪器与试剂]1、测量仪器TAS-990原子吸收分光光度计一台，包括铜空心阴极灯一只，空气压缩机一台，分析天平。2、玻璃仪器50ml、100ml容量瓶，5ml刻度移液管，洗耳球，洗瓶4、化学试剂盐酸（分析纯）、硝酸（分析纯）、纯铜粉（分析纯）、去离子水、钢样品[实验步骤]1、标准溶液配制准确称取0.10000克纯铜粉于100ml烧杯中在通风橱中加入5-10mlHNO3(根据溶解情况加减)加热溶解，待黄色烟雾消失后冷却，移入100ml容量瓶中用水冲至刻度，该溶液含Cu1000mg/L该溶液成为储备液，取上述溶液5ml至100ml容量瓶中用水冲至刻度该溶液含50µg/ml该溶液成为过渡液。取4只50ml容量瓶（编号）分别加入50µg/ml过渡液1ml、2ml、3ml、4ml用水冲至刻度摇匀。2、样品处理准确称取0.5g左右钢样品于200ml烧杯中，在通风厨中加10mlHCl，5mlHNO3(根据溶解情况加减酸量)在电热板上加热溶解，溶解后冷却移入100ml容量瓶中，定容摇匀。再用5ml移液管取2-5ml移入50ml容量瓶中定容备用。[测定]一、开机1、开电脑，双击AAwin2.1待出现图标后打开仪器开关。2、出现“连机”点击“确定”，仪器开始自检（初始化）。3、自检完毕后，选择工作灯（铜灯）点击“下一步”。4、电脑出现“仪器测量参数”元素Cu波长324.7nm工作电流3Ma光谱通带0.4nm负高压300Mv燃气流量2000ml/min燃烧器高度6mm如默认点击下一步仪器将执行该参数。5、点击“寻峰”仪器自动寻找324.7nm谱线。6、寻峰完毕点击×再点击“下一步”和“完成”7、点击“设置”中“样品设置导向”设“矫正方法”为“标准曲线法”“曲线方程”一次二次均可，浓度单位设mg/L、µg/ml或PPm。8、点击“下一步”设标准系列溶液浓度，再点击“下一步”“完成”。9、点击“参数”如默认点击“确定”10、在“仪器”中点击“燃烧器参数”先点“执行”，调燃烧器“位置”后点“确定”。11、开空气压缩机，压力调至0.25MP。12、开乙炔钢瓶，压力调至0.05MP。13、点击“点火”点着火后将进样管放入烧瓶中吸水5-15分钟。14、分别吸入标准系列测吸光度，曲线测完后，吸入样品液同时记录对应浓度值得吸光度。15、测试完毕后先关乙炔钢瓶总阀，熄火在关闭空气压缩机。16、关闭仪器软件，关闭仪器开关。[数据处理]测量完毕后同学回去写报告，包括做工作曲线，找出样品浓度，计算。计算公式：Cu%=610···WfVCx×100%其中Cx——在工作曲线上找出样品浓度V——样品液定容体积f——稀释因子即稀释多少倍W——固体样品重量问题讨论一、和分光光度法相比，你认为原子吸收法有什么优点。二、标准曲线法优点是什么，在此情况下最宜采用。三、本实验中，标准系列溶液和样品液不一致，是否存在基体效应（干扰）如果有怎么来消除。实验附录：原子吸收法测定钢铁样品中微量铜--标准加入法[目的要求]1、掌握原子吸收光谱分析中“标准加入法”的定量分析法。2、进一步熟悉仪器操作技术。[基本原理]标准加入法又称增量法，直接外推法在原子吸收光谱分析中，当被测试样溶液的组分不完全确知时，则难以配制与被测试样溶液相似的标准溶液，或者试样溶液机体太复杂，以及试样溶液与标准溶液组成成分相差太大，为减少差异（如溶液成分粘度密度）而引起的误差，或为消除某些化学干扰等，常用标准加入法。这一方法也常用来检验分析结果可靠性标准溶液加入法是根据吸光度与浓度的线性关系。其操作步骤是：1、分别吸取几份等量的被测试样溶液。2、从第二份开始按比例加入不同浓度标准溶液，溶液浓度分别为Cx、Cx+C0、Cx+2C0、Cx+4C0。3、在相同条件下，依次测定它们的吸光度，绘制吸光度与浓度曲线，曲线反向延伸与浓度的交点Cx，即为试样溶液中被测元素的浓度。（如图）试样溶液被测元素的浓度也可用计算方法求的。4、假定试样溶液中被测元素的浓度为Cx，测得吸光度为Ax，试样溶液中加入的标准溶液的浓度为C0，此溶液的总浓度为Cx+C0，测得吸光度为A0，根据比尔定律，则有：Ax=KCxA0=K(Cx+C0)两式相比，运算后得：Cx=xxAAA0×C0按上式可都是求的被测元素的浓度。标准加入法具有实用价值，大使用时必须注意。1、标准加入法所依据的原理是吸光度的加和性，即总吸光度等于各部分吸光度值和，因此，这一方法只适用于浓度和吸光度成线性的关系区域，也就是说，标准曲线是通过原点的直线才能使用这一方法。2、为了得到精确的外推结果，最少应采用四个点（包括试样溶液本身）来制作外推曲线。3、首次加入标准溶液的浓度最好大致和试样溶液浓度相当，即C0≈Cx，一般采用喷测试样溶液和标准溶液，比较两者吸光度进行判断，然后按2C0、4C0浓度分别配置第三、四试样溶液，用这种方法制作曲线比较可靠。4、标注加入法只能消除物理干扰和轻微的化学干扰（即与浓度无关的化学干扰）这两种干扰只影响标准取向的斜率，不会是标准曲线弯曲，与浓度有关的化学干扰和电离干扰及背景干扰是不能被扣除的，背景干扰可用背景校正器扣除，可用化学办法消除。[仪器与试剂]一、光路图原子吸收分光光度计主要由以下四部分构成1、光源即空心阴极灯，作用是能发射出待测元素特征谱线，一种元素一个灯。结构：阴极（材料是待测元素的金属），阳极，另充有惰性气体（一般为氖气）。2、原子化器包括燃烧器和雾化器两部分其作用是将试液雾化后，与燃气（乙炔）助燃气（空气）一起进入空气-乙炔火焰利用火焰高温及还原性将待测元素分子解离成离子，离子还原成原子。3、分光器有成单色器，作用：分出待测元素特征谱线主要部件是光栅，反光镜。4、检测器作用：将光信号转变为电信号，多数是光电倍增管，现代仪器多数CCD。[样品处理]准确称取0.5g左右钢样品于200ml烧杯中，在通风厨中加10mlHCl，5mlHNO3(根据溶解情况加减酸量)在电热板上加热溶解，溶解后冷却移入100ml容量瓶中，定容摇匀。[测定]一、开机1、开电脑，双击AAwin2.1待出现图标后打开仪器开关。2、出现“连机”点击“确定”，仪器开始自检（初始化）。3、自检完毕后，选择工作灯（铜灯）点击“下一步”。4、电脑出现“仪器测量参数”元素Cu波长324.7nm工作电流3mA光谱通带0.4nm负高压300mV燃气流量2000ml/min燃烧器高度6mm如默认点击下一步仪器将执行该参数。5、点击“寻峰”仪器自动寻找324.7nm谱线。6、寻峰完毕点击×再点击“下一步”和“完成”7、点击“设置”中“样品设置导向”设“矫正方法”为“标准加入法”“曲线方程”一次二次均可，浓度单位设mg/L、µg/ml或PPm。8、点击“下一步”设标准系列溶液浓度，再点击“下一步”“完成”。9、点击“参数”如默认点击“确定”10、在“仪器”中点击“燃烧器参数”先点“执行”，调燃烧器“位置”后点“确定”。11、开空气压缩机，压力调至0.25MP。12、开乙炔钢瓶，压力调至0.05MP。13、点击“点火”点着火后将进样管放入烧瓶中吸水5-15分钟。14、标准加入系列配制1）、取4只50ml容量瓶分别编号1#、2#、3#、4#。2）、用5ml移液管每只容量瓶加1ml样品液。3）、用5ml移液管分别为2#、3#、4#瓶加入1、2、3ml50µg/ml过渡液该加入标准液浓度为1、2、3µg/ml4）用水定容容量瓶编号1234样品液体积ml1111标准液体积ml012315、测试完毕后先关乙炔钢瓶总阀，熄火在关闭空气压缩机。16、关闭仪器软件，关闭仪器开关。[讨论]1、与标准曲线法相比，标准加入法有哪些有缺点。2、标准加入法如何克服基体效应及某些化学干扰对测定结果的影响。3、标准加入法为什么要求其标准曲线是经过原定的直线。实验二扫描电镜仪器及成像原理和简单样品的制备技术【实验内容及实验目的】1、结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象，加深对透射电镜工作原理的了解。2、结合实际样品，了解并掌握透射电镜样品的制备方法及技术要求。3、选用合适的样品，了解透射电镜的衬度成像原理。【透射电镜的基本结构及工作原理】透射电子显微镜是一种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，被广泛应用于材料