仪器分析实验讲义

0仪器分析实验（自编讲义）四川大学化学学院分析化学教研室徐泽民编写二O一O年十二月1实验二氟离子选择电极测定水中氟离子【实验目的】（1）学习离子选择电极分析的原理和操作技术。（2）学会电位分析中标准曲线法及标准加入法两种定量分析方法。【实验原理】利用氟离子选择电极测定水中氟离子时，测量电池如下所示：Hg|Hg2Cl2|KCl(s)||F-(x)|LaF3|NaCl(0.1mol/L),NaF(10-3mol/L)|AgCl|AgE外参E液接E外相E内相E内参E甘汞EjEF电池电动势为E池=EF－E甘汞+EjEF=E外相－E内相+E内参=-0.0591log[aF-(外)/aF-(内)]+E内参（25℃）E池={-0.0591log[aF-(外)/aF-(内)]+E内参}－E甘汞+Ej=K’－0.0591logaF-(外)因为aF-=f·CF-，当离子强度一定时，f为一定值，则E池=K－0.0591logCF-（K=K’－0.0591logf）从上看出：电池电动势与试液中氟离子浓度的对数成线性关系，这就是氟离子选择电极测定氟离子浓度的理论基础，作E~logCF-校正曲线，水中氟离子含量即可求得。氟离子选择电极测氟离子时，最适宜pH范围为5.0~5.5，pH过低，由于HF影响F—的活度，pH过高，由于单晶膜中La3+的水解，形成La(OH)3，影响电极响应，水中Fe3+、Al3+的存在与F—形成十分稳定的络合物，对测定产生严重干扰，为了使溶液中氟离子浓度和活度之间保持一定的比例关系，试液和标准溶液中离子强度控制在一定值，通常在测试液和标准溶液中加入氯化钠、柠檬酸钠、醋酸、醋酸钠组成的总离子强度调节缓冲剂（简称TISAB）以获得测定F—的最佳条件，其中醋酸钠起控制pH的作用，柠檬酸钠起络合Fe3+、Al3+的作用，氯化钠起调节离子浓度的作用。【主要仪器和试剂】酸度计PHS—3B型。磁力搅拌器，附塑料搅拌子。pF电极，饱和甘汞电极。50mL容量瓶8个，量筒25mL，刻度吸量管1mL、5mL、10mL，50mL塑料烧杯7个。TISAB溶液：用5.8g氯化钠、10g柠檬酸钠，50mL冰醋酸溶于500mL水中，用5mol/LNaOH调节至pH5.2，加水至1L。氟化钠标准溶液1.00×10-2mol/L，含氟离子水样。【实验步骤】（1）校正曲线的制作：吸取氟化钠标准溶液0.05、0.10、0.25、0.50、1.00、2.50mL分别置于六个50mL容量瓶中，加TISAB溶液25mL，用水稀至刻度，摇匀，溶液倒入塑料烧杯中，放入搅拌子，插入氟离子选择电极和甘汞电极，与酸度计连接好，开动搅拌器搅拌溶液1min，停止搅拌后，直至1min内读数基本不变，读取稳定的电位值，由数据计算校正回归曲线。仪器的操作见实验一的附二。(2)试样溶液的测定：取水样10.00mL于50mL容量瓶中，加TISAB溶液25mL，用水稀释至刻度，摇匀，溶液全部倒入塑料烧杯中，按测定标准溶液的方法测定试样溶液的电位值E1，于校正曲线上查得其浓度，计算水样中氟的含量，要求结果以ppm表示（1mL水中含氟1μg为1ppm）。（3）标准加入法测定：在上述测试溶液中，再准确加入1.00×10-2mol/L氟标准溶液0.50mL，继续测定得到E2；按下式计算测试溶液的氟浓度Cx。2式中：ΔC=CsVs／Vx，Cs为标准溶液浓度，Vs为加入标准溶液体积（mL），Vx为测定溶液体积（mL）；S为电极能斯特响应斜率，采用步骤（1）测得的数据；ΔE为E2一E1。结果以ppm表示（1mL水中含氟1μg为1ppm）。【思考题】（1）为什么要用TISAB溶液？其作用是什么？（2）为什么溶液测定时用塑料烧杯装测试溶液？实验四盐酸麻黄碱的线性扫描极谱测定【实验目的】（1）了解有机物衍生电活性基团的方法。（2）用校正曲线法进行盐酸麻黄碱的定量测定。【实验原理】麻黄碱(麻黄素)是从中药麻黄中提取的生物碱。其结构式如下：CCCH3OHHHNHCH3HCl由于麻黄碱结构中有仲胺存在，其与亚硝酸钠衍生反应生成N-取代亚硝基麻黄碱，而亚硝基为电活性基团，极易被电解还原。由于过量的亚硝酸钠在-0.7V附近有一很大的极谱还原波，干扰麻黄碱的测定，必须加入10%氨磺酸溶液以完全除去过量的亚硝酸钠，并可提供适当酸度利于极谱测定N-亚硝基麻黄碱。根据校正曲线法，可以求出待测样品中盐酸麻黄碱的含量。【主要仪器和试剂】JP-303型极谱仪，三电极系统。电炉，250mL烧杯，容量瓶（25mL，500mL），刻度吸量管（10mL，5mL）。盐酸麻黄碱标准溶液：100μg/mL，醋酸盐缓冲溶液：1mol/L醋酸-0.2mol/L醋酸钠（pH4.0），5%NaNO2溶液，10%氨磺酸溶液。盐酸麻黄碱滴鼻液。【实验步骤】（1）标准溶液的配制和测定在5个25mL容量瓶中依次加入1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL盐酸麻黄碱标准溶液，分别加入醋酸缓冲溶液1mL、5%NaNO2溶液1mL，摇匀后于沸水浴中保持5min。取出冷却后，边振摇边加入10%氨磺酸溶液1.5mL，反应完全后以水稀释至刻度，摇匀。（2）试液的配制和测定取盐酸麻黄碱滴鼻液2.50mL于500mL容量瓶中，以水定容并摇匀。分取此试液5.00mL各三份，加入25mL容量瓶中，分别加入醋酸缓冲溶液1mL、5%NaNO2溶液1mL，摇匀后于沸水浴中保持2min。取出冷却后，边振摇边逐滴加入10%氨磺酸溶液1.5mL，反应完全后以水稀释至刻度，摇匀。)110/(5/SExCC3（3）从最稀的标准溶液开始，依次取10mL试液于10mL电解杯中，在JP-303型极谱仪上，按照仪器的操作方法进行操作。（4）试样溶液的测定取10mL试液于10mL电解杯中，在JP-303型极谱仪上，按照仪器的操作之方法进行操作，测定三份试液。按照前节（10）的方法求出该组样品的平均数MD、标准偏差SD和变异系数CV。换算成样品中的盐酸麻黄碱含量，与标示量作比较。【注意事项】（l）沸水浴时间不得低于5min。（2）加入氨磺酸溶液时，应分次少量加入，以防暴沸。【思考题】（1）盐酸麻黄碱能否直接用线性扫描极谱法测定？（2）为何采用二次导数波波高测定？附：JP303极谱分析仪在分析应用时的操作方法一、将贮汞瓶升到限位环的位置，观察有汞滴在玻璃毛细管端口流出时，确认毛细管畅通；检查饱和甘汞电极内部的溶液液面，若液面低于或接近电极内部甘汞的下端，则需补充饱和氯化钾溶液，若液面明显高于电极内部甘汞的下端，则表明仪器可以使用。二、按下电源键，输入日期后，按屏幕下方提示行的允许运行的参数符进行操作。依次进入各个菜单选择和设定。运行方式：测试方法，新建测试方法：线性扫描极谱法。三、按参数键进入参数设定界面。导数：2，量程：2，扫描次数：4，扫描速率：250mV/s，起始电位：－600mV（测麻黄碱）或－1100mV（测碘酸钾），终止电位：－1100mV（测麻黄碱）或－1600mV（测碘酸钾），静止时间:5秒。四、按曲线键进入曲线参数界面。寻峰窗宽：400mV，最小峰高：l%，数字滤波：3，本底曲线：0，扣除本底：NO，平均曲线：YES，数字微分：NO，波峰反相：NO。五、按其它键进入浓度设置界面。含量单位：ppm，提前电位：50mV，自动校零：YES，震动电极：YES，座标同格：YES。六、按标准键进入定量方法界面。选择“标准曲线法”。按YES键，进入标准数据界面，顺序按CLR、YES键，删除所有存在的标准数据。七、将装有标准溶液的电解杯放在三电极的位置，垫上垫板。按运行键，启动仪器开始测量。若在电位扫描期间测量曲线的信号峰超出界面窗口的上限或下限，按量程键，按∧键步进改变纵坐标数值，数值增大，信号峰减小。按YES键确认改变值；若测量曲线的信号峰太小未被检出，按量程键，按∨键步进改变纵坐标数值，数值减小，信号峰增大。按YES键确认改变值。八、观察电位扫描窗口内的4次测量曲线重合情况：若重合不好，重新运行；若重合良好，用∧∨键选择“波高基准”项下“切线”算法，按YES键。九、按＜或＞键平移寻峰窗口，使信号峰完整地处于窗口中，再按YES键，进行下一步数据处理。十、按存储键后选择“标准波峰数据”项，按YES键。再按YES健，然后用数字键对应输入该标准溶液的浓度含量值（μg／ml）。按ENT键即可把该标准溶液信号峰数据存入内存。移开电解杯，然后用洗液瓶冲洗电极，再用滤纸拭干。十一、更换标准溶液，重复七至十的步骤。注意此时不能改变汞池位置，也不能改变量程和寻峰窗口之外的其他参数。十二、当工作曲线的标准溶液顺序测试完成后，按标准键后选择“标准曲线法”项，再4按YES键进入核查数据状态。在“标准数据”菜单中显示的白底闪烁黑字，指示的是标准数据组号，在该组号下的标准0、l、2、3、4项上依次列有前面存储的5组电位、电流、含量数据。请检查电位数据是否为同一标准系列波峰数据，将错存入项用∧∨键选中后，再顺序按CLR、YES键，删除该数据。记录此5组标准溶液的电位、电流、含量数据。十三、按计算键，仪器立刻进行线性回归分析，同时显示出校准曲线、回归方程、相关系数和标准误差。记录回归方程、相关系数和标准误差数据。如果校准曲线达不到要求，可退回删除偏差大的项补测。十四、移开电解杯，然后用洗液瓶冲洗电极，再用滤纸拭干。换上样品溶液，重复七至九的步骤。十五、按计算键，再按YES键，得到样品溶液中待测成分的含量。十六、按存储键，再按YES键，将样品溶液中待测成分含量数据存入库存数据库。十七、重复十四至十六的步骤。十八、当样品溶液测试完毕后，按方法键和退回键或复位键和YES键进入确定方式状态，在“运行方式”菜单中选择“处理库存数据”项，按YES键，仪器进入核查数据状态。在“样品数据”菜单中显示的白底闪烁黑字指示的是样品数据分组号，该组号下的数据0、1、2、…项上依次列有该组中存储的各个样品数据。请核查这些数据，把错存入项用∧∨键选中后，再顺序按CLR、YES键，删除该数据。十九、按计算键，得到该组样品待测成分分浓度的平均数MD、标准偏差SD和变异系数CV（即相对标准RSD）。记录这些平均数MD、标准偏差SD和变异系数CV。二十、仪器使用完毕后，把电极冲洗干净，用滤纸拭干，让毛细管汞滴滴落几滴后，再把汞池缓缓降到限位杆处（最好使输汞软管最低点也高于毛细管口），使毛细管口保留一小滴汞滴（不再滴汞），把毛细管静置在空气中保存，关掉仪器电源。请操作者务必认真按照上述操作，避免毛细管堵塞。二十一、将电解杯中的溶液和汞一起倾倒进废汞回收缸，不可随便倒入水槽。5实验五邻二氮菲吸光光度法测定铁【实验目的】（1）了解邻二氮菲分光光度法测定铁的原理。（2）让初学者学习确定分光光度法实验条件的方法。【实验原理】吸光光度法的理论基础是光的吸收定律——朗伯（Lambert）-比耳（Beer）定律，其数学表达式为：A=εbc即：在一定波长下，溶液的吸光度（A）与溶液中样品的浓度（c）及液层厚度（b）的乘积成正比。式中ε为摩尔吸光系数。吸光光度法对所用的显色反应有一定的要求。影响显色反应的主要因素有显色剂的用量，溶液的酸度，显色时的温度，显色时间的长短，共存离子的干扰等。通过本实验可以了解各因素对显色反应的影响以及如何为分析选择合适的条件。铁的吸光光度法所用的显色剂较多，有邻二氮菲（又称邻菲罗啉，菲绕林）及其衍生物、磺基水杨酸、硫氰酸盐、5-Br-PADAP等。其中邻二氮菲分光光度法的灵敏度较高，稳定性好，干扰容易消除，因而是目前普遍采用的一种方法。在pH2~9的溶液中，Fe2+与邻二氮菲（Phen）生成稳定的橘红色络合物Fe(Phen)32+：3NN+Fe2+NNFe/332+其lgβ3=21.3，摩尔吸光系数ε508=1.1×104L•mol-1cm-1。当铁为三价状态时，可用盐酸羟胺还原：2Fe3++2NH2OH·HCl=2Fe2++N2↑+4H++2H2O+2Cl-Cu2+、Co2+、Ni2+、Cd2+、Hg2+、Mn2+、Zn2+等离子也