环境仪器分析实验指导书

环境仪器分析实验指导书吴娟主编资源与环境学院环境科学教研室实验一可见光分光光度计系列、紫外可见分光光度计的使用及校正（一）分光光度计的发展与使用方法一、实验目的：使学生能根据仪器说明书安装仪器，达到了解仪器的原理及构造，并熟悉仪器的使用方法和仪器的调试方法。二、实验原理：分光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收建立起来的分析方法，当一束平行单色光照射到任何均匀、非散射的溶液时，光的一部分被溶液吸收，一部分光透过溶液。不同物质的溶液对光的吸收程度与其浓度、透过的液层厚度及入射光的波长等因素有关。当入射光波长一定时，其定量关系符合朗伯比尔定律：A=lgtoII=KLCA为吸光度C为溶液的浓度L为光程三、试剂和仪器设备可见光光度计紫外可见分光光度计（均注明仪器型号）石英比色皿玻璃比色皿0.004%高锰酸钾溶液四、实验步骤（1）熟悉仪器的操作规程及注意事项。（2）按照仪器说明书连接好仪器。（3）打开仪器上盖讲解仪器各部分组成。（4）利用基准物质校准仪器的波长。（5）用0.004%高锰酸钾溶液，以蒸馏水为参比，测定其昀大吸收波长是否在523nm和544nm。五、思考题：简述分光度计使用注意事项。（二）分光光度法测定溴百里酚蓝的pKa值一、实验目的1.了解和掌握分光光度法测定指示剂pKa值的原理和实验技能。2.学习掌握酸度计的使用方法，掌握用作图法求pKa值的方法。二、实验原理分析化学中常用的指示剂、显色剂大多为有机弱酸或弱碱，若其酸式和碱式体具有不同颜色，便可利用光度法来测定其离解常数。溴百里酚蓝为一元弱酸，在溶液中存在如下离解平衡：-InHHIn+=+[HIn]]In][H[K-a+=ٛ即][In]HIn[lgpHpK-a+=ٛ由上式可知，在一确定的pH值下，只要知道[HIn]与[In-]的比值，就可以计算pKa值。根据吸光度加和性原理得：]In[]HIn[A-InHIn-εεٛ+=]H[KcK]H[Kc]H[AaaInaHIn-++++++=εεٛ其中c为溴百里酚蓝的分析浓度，c=[HIn]+[In-]，做HIn或者In-的吸收曲线，确定其昀大吸收处的波长为测定波长。在高酸度下，近似认为溴百里酚蓝只以HIn存在，在选定的波长下测定其吸光度，则有c]HIn[AHInHInHInεεٛ≈=在低酸度下，可认为该酸主要以In-结构存在，在选定波长下测定吸光度，则有c]In[A---In-InInεεٛ≈=综合以上各式，得AAA-AlgpHpK--HInIna−+=以AAA-Alg--HInIn−对pH作图，直线与pH轴的交点之pH即为pKa值。三、仪器和试剂1.分光光度计；比色皿；酸度计2.NaH2PO4溶液（0.2mol/L），K2HPO4溶液（0.2mol/L）。3.NaOH溶液（3mol/L）。4.0.1%溴百里酚蓝溶液：称取0.1g溴百里酚蓝溶解于100mL20%的乙醇中。5.50mL容量瓶7个，2mL、5mL移液管。四、实验步骤1.分别称取3.214g的NaH2PO4、4.5645gK2HPO4，并在100ml容量瓶中定容，摇匀备用。2.在7个50ml容量瓶中，各加入2ml溴百里酚蓝，再按下表依次加入磷酸盐溶液，并在7号容量瓶中加入2滴3mol/LNaOH。容量瓶编号1234567NaH2PO45.005.0010.005.001.001.000.00K2HPO40.001.005.0010.005.0010.005.00pHA3.依次测定7个容量瓶中的pH值。4.测量波长的选择（1）在350~650nm波长范围内以水作参比，测定1号溶液吸收曲线，该曲线为HIn的吸收曲线。（2）用上述方法测定7号容量瓶中的吸收曲线，为In-。（3）利用上述结果，选择HIn或In-的昀大吸收波长为测定波长。五、数据记录与处理1.按公式AAA-AlgpHpK--HInIna−+=计算2~6号溶液的AAA-Alg--HInIn−（其中1号液的A值即为AHIn，7号液的A值即为AIn-）。2.将计算的AAA-Alg--HInIn−对pH作图，求出其在pH轴上的截距，即为溴百里酚蓝的pKa值。3.将测定的pKa值与标准值（7.30）比较。六、思考题：测定的pKa值与标准值有多大的误差并分析误差来源。实验二原子吸收分光光度计的使用及性能指标检验——标准曲线法测定自来水中钙、镁的含量一、目的要求1.掌握原子吸收分光光度法的基本原理；2.了解原子吸收分光光度计的基本结构及其使用方法；3.掌握应用标准曲线法测定自来水中钙、镁的含量。二、实验原理原子吸收分光光度法是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线(即待测元素的特征谱线)的吸收作用进行定量分析的一种方法。若使用锐线光源,待测组分为低浓度，在一定的实验条件下，基态原子蒸气对共振线的吸收符合下式：A=kcL当L以cm为单位，c以mol·L-1为单位表示时，k称为摩尔吸收系数，单位为mol·L-1·cm-1。上式就是Lambert-beer定律的数学表达式。如果控制L为定值，上式变为A=kc上式就是原子吸收分光光度法的定量基础。定量方法可用标准加入法或标准曲线法。标准曲线法是原子吸收分光光度分析中常用的定量方法，常用于未知试液中共存的基体成分较为简单的情况，如果溶液中基体成分较为复杂，则应在标准溶液中加入相同类型和浓度的基体成分，以消除或减少基体效应带来的干扰，必要时须采用标准加入法而不是标准曲线法。标准曲线法的标准曲线有时会发生向上或向下弯曲现象。要获得线性好的标准曲线，必须选择适当的实验条件，并严格实行。三、仪器和试剂1．仪器原子吸收分光光度计；钙、镁空心阴极灯；无油空气压缩机或空气钢瓶；乙炔钢瓶烧杯（250mL）容量瓶（50mL，100mL）吸量管（5mL，10mL）2．试剂（1）钙标准贮备液1000μg·mL-1；镁标准贮备液1000μg·mL－1四、实验步骤1.配制标准溶液系列（1）钙标准工作溶液（100μg·mL-1）准确吸取10.00mL钙标准贮备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用，此溶液浓度为100μg·mL-1。（2）镁标准工作溶液（10μg·mL-1）准确吸取10.00mL镁标准贮备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用，此溶液浓度为100μg·mL-1。准确吸取10.00mL上述溶液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用，则为10μg·mL-1镁标准工作溶液。（3）钙标准溶液系列准确吸取上述钙标准工作溶液0.00、2.00、5.00、10.00、15.00mL，分别置于5只100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。该标准溶液系列钙的浓度分别为0.0、2.0、5.0、10.0、15.0μg·mL-1。（4）镁标准溶液系列准确准确吸取上述镁标准工作溶液0.00、2.00、4.00、6.00、8.00mL，分别置于5只100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。该标准溶液系列镁的浓度分别为0.0、0.2、0.4、0.6、0.8μg·mL-1。2.配制自来水溶液准确吸取10mL自来水于50mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，用于测定钙的含量。准确吸取2mL自来水于50mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，用于测定镁的含量。3.根据实验条件，将原子吸收分光光度计，按仪器操作步骤进行调节，待仪器电路和气路系统达到稳定，即可测定各标准溶液系列溶液的吸光度。4.在相同的实验条件下，分别测定自来水样溶液中的吸光度。五、数据处理1．记录实验条件（1）仪器型号（2）吸收线波长（nm）（3）空心阴极灯电流（mA）（4）光谱带宽（nm）（5）负高压（V）（6）燃气流量（ml/min）（7）燃烧器高度（mm）2．列表记录测量钙、镁标准系列溶液的吸光度，然后以吸光度为纵坐标，标准溶液系列浓度为横坐标绘制标准曲线。3．测量自来水样溶液的吸光度，然后在上述标准曲线上查得水样中钙、镁的浓度μg·mL-1。若经稀释须乘上稀释倍数求得原始自来水中钙、镁含量。或将数据输入微机，以一元线性回归计算程序，计算钙、镁的含量。六、思考题1．原子吸收分光光度分析的基本原理？2．原子吸收分光光度分析为何要用待测元素的空心阴极灯做光源？能否用氢灯或钨灯代替，为什么？附：TAS-990原子吸收分光光度计操作规程及注意事项操作规程：一、打开电脑，打开仪器主机，打开操作软件AAWIN。选择“联机”，机器自动进行初始化。二、选灯。1、双击工作灯号可以选择灯代表元素。2、分别选择好工作灯（先测元素），预热灯（后测元素）。3、系统自动对工作灯元素进行设置。（包括电流、波长等）4、寻峰：选定元素灯的特征波长进行寻峰操作。5、完成。三、进入主界面。1、预热半小时。2、预热之后，选择“能量”----“高级调试”，点击“正转”“反转”，调节能量昀大值，如仪表上数值增大，则一直点击“正转”，如仪表数值减少，则点击“反转”，寻找到能量昀大值，然后点击“自动能量平衡”，将能量昀大值设为100%。关闭。3、点击“样品”，矫正方法：标准曲线，曲线方程：一次。浓度单位：（根据标准系列浓度选定）。样品名称：（标准溶液名称，如Cu标准溶液）点击“下一步”，注明标样个数和浓度。点击“下一步”，完成。4、点击“参数”----“常规”。标样：一般3次。未知样品：一般2次。空白：1。灵敏度：1。火焰法设置：均为默认。------“显示”ABS：昀大1，昀小-0.1。时间：60秒。------“信号处理”：默认。5、点火之前-----“能量”------“自动能量平衡”------“关闭”。点击“仪器”-----“燃烧器参数设置”。燃气流量：1600ml/min高度：6.0位置：0.0点击“能量”------“自动能量平衡”6、调节光斑位置，使之在燃烧缝正上方。四、点火前准备工作及点火。1、打开空压机。（切记检查水压开关！！）按下放水阀排除空压机中水分，先开“工作开关”，再开“风机开关”，压力调节到0.25MPa。2、打开乙炔瓶。先开主气阀，（开时需关闭减压阀，减压阀在关闭时是松动的），主表上压力显示小于0.4MPa的时候不能使用！再开减压阀，调节乙炔表上压力在0.05—0.07MPa之间。3、点击“点火”，这时乙炔表上压力可能有所下降。需稍微调高，使压力保持在0.05—0.07MPa。着火以后，点击“能量”-----“自动能量平衡”。五、测量。1、点击“测量”打开测量窗口，把空白溶液、标准样品溶液、待测溶液放在仪器前，将毛细管放在溶液中待显示的测量图形稳定后，单击“开始”按钮进行采样，完成设定的采样重复次数后，系统会将测量结果的平均值填充到测量表格的相应位置。2、火焰测试完成后，关闭乙炔气路，继续喷空白溶液几分钟，以清洗雾化系统，然后关闭空压机。3、完成测量的全部过程，并保存测量结果之后，点击主菜单“文件”-----“退出”，将AAWin系统关闭，关闭系统后，立即将仪器关闭。注意事项：一、禁止在仪器附近抽烟或使用明火。二、离开仪器室必须熄灭火焰。三、使用含玻璃的雾化器时，不能测量含氟的样品。四、为防止乙炔瓶内的丙酮流出，总阀不能完全打开，可打开1-2圈。`五、顺时针调节二次压力调节阀，调节乙炔表上压力在0.05—0.07MPa之间，严禁大于0.1MPa。六、不要在火焰上放任何物质。七、火焰原子化器的安全系统的任何异常都会使仪器火焰安全熄灭，显示屏会自动提供报警信号，当出现紧急情况和异常条件时，请参照紧急应对措施处理。紧急应对措施：一、关闭仪器的电源开关二、关闭乙炔气体管道的主阀门实验三原子荧光光度计的使用——土壤中砷和汞的测定一、实验目的：（1）学习原子荧光分析法的基本原理；（2）了解原子荧光光度计的基本结构及其使用方法；（3）掌握应用标准曲线法测定土壤样品中砷、汞的含量。二、实验原理：待测元素的原子蒸汽光致激发后，在跃迁至低能级过程中所发射的光辐射称为原子荧光。利用光能激发产生的原子荧光谱线的波长和强度进行物质的定性和定量分析的方法，称为原子荧光分析法。土壤样品经消煮后，砷被氧化成五价砷,汞为离子态汞，加入还原剂将五价砷还原为三价砷，在酸性介质中