液相外延实验
外延生长是半导体材料和器件制造的重要工艺。从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法称液相外延（Liquid Phase Epitaxy，LPE）。例如，GaAs外延层就可从以Ga为溶剂、As为溶质的饱和溶液中生长出来。液相外延方法是在1963年由纳尔逊（Nelson）提出的。与其他外延技术相比，液相外延有以下优点：
1．生长设备比较简单；
2．生长速率快；
3．外延材料纯度比较高；
4．掺杂剂选择范围较广泛；
5．外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底要低；
6．成分和厚度都可以比较精确的控制，重复性好；
7．操作安全，没有汽相外延中反应气体和反应产物所造成的高毒、易燃、易爆和强腐蚀等危险。
液相外延技术的出现，对于化合物半导体材料和器件的发展起了重要的推动作用。目前这一技术已广泛用于生长GaAs、GaAlAs、GaP、InP、GaInAsP等半导体材料和制作发光二极管、激光二极管、太阳能电池、微波器件等。
液相外延的最大缺点是当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长发生困难。其次，由于生长速率较快，难以得到纳米厚度的外延材料。此外，外延层的表面形貌一般不如汽相外延的好。
一、实验目的：
1．了解液相外延生长技术的基本原理和设备构成；
2．学会使用液相外延生长装置制备适用于光电子器件制作的多层化合物半导体材料；
二、实验仪器：
1．TG332-A型微量天平。用于生长源称量，使用说明书见附件1；
2．由UJ31型低电势直流电位差计、AC15/1型直流复射式检流计、标准电池和甲电池以及铂铑热电偶组成的测温装置，用以生长温度监测；
3．J WC-10型精密液相外延系统，由以下主要部分组成：
1）可编程精密自动温控仪；
2）轨道滑动炉体及支撑架；
3）石英生长室（反应管）；
4）水平滑动石墨生长舟和石英舟托；
5）不锈钢密封接口和推动装置；
6）有机玻璃操作箱及支撑架；
7）机械真空泵；
8）氢气管路及控制阀；
9）B G-5型氢气净化仪。
整套系统配置示意图如图1所示，使用说明书见附件2。
三、液相外延生长原理和生长方法
（一）生长原理
液相外延生长的基础是溶质在液态溶剂内的溶解度随温度降低而减少。因此一个饱和溶液，在它与单晶衬底接触后被冷却时，如条件适宜，就会有溶质析出，析出的溶质就外延生长在衬底上。这里所述的外延，是指在晶体结构和晶格常数与生长层足够相似的单晶衬底上生长，使相干的晶格结构得以延续。如果衬底和外延层是由相同的材料组成的称为同质外延，反之称异质外延。在GaAs衬底上生长Ga1-x Al x As外延层就是异质外
延的典型例子。液相外延生长过程可由平衡相图来描述，下面以GaAs衬底上生长GaAs外延层为例作一说明。图2为Ga-As二元体系的T-C图。由图可知，可以用Ga做溶剂，在低于GaAs的熔点温度下生长GaAs晶体。如Ga溶液组分为C L1，当温度为Ta时，溶液与GaAs衬底接触，这时由于A点处于液相区，未饱和，所以它将溶掉GaAs衬底（吃片子）。衬底被溶掉后，溶液中As含量增加，相点A向右移动至B后，GaAs衬
底才停止溶解，溶液饱和。如果溶液组分为C L1的Ga溶液，在T b的温度下与GaAs衬底接触，此时溶液处于饱和状态，衬底将不会溶解。这时如果降温，溶液呈过饱和状态，若溶液不存在过冷，就会有GaAs 析出。溶液组分将沿液相线上箭头方向向C L2移动，析出的GaAs将外延生长在衬底上。
（二）生长方法
由于动力学因素对生长速率的影响很大，仅从平衡液相线数据计算得到的生长层厚度与实际结果一般相差很大。为此，人们建立了几种理论模型来解决这个问题。对于从稀溶液进行的外延生长，一般采用简单扩散控制模型。该模型除假设生长溶液中不存在对流外，还包括以下三个假设：1．生长溶液处于等温状态。对于富Ga的GaAs溶液来说，这个假设可以认为是正确的，至少在与溶液扩散长度相当的距离内是正确的。因为
热扩散速率（~0.5cm/s ）远大于溶质扩散速率(~5×10-5cm/s)；
2．生长界面处于平衡状态。这样，界面上溶液中溶质的浓度可由液相线给出。这个假设对于从稀溶液中进行扩散控制的很缓慢的外延生长来说也是正确的；
3．从溶液中析出的溶质，只生长在衬底上，不在溶液内或溶液边界处沉积。这个假设在大多数情况下也是正确的。
基于上述假设，对于平面衬底上的外延生长，通过解具有合适边界条件的一维扩散方程，就可计算出生长速率和外延层厚度。下面分稳态和瞬态两种情况作一介绍。
（1）稳态液相外延生长。也称温度梯度外延生长。如图3所示，源晶片浸入溶液的一端，衬底放在另一端，两者间距为W ，源片的温度比衬底的温度高，两者间有固定的温度差T 1-T 2。因为溶解度随温度下降而
减少，故溶液中溶质As 的浓度从源晶片表面到衬底表面逐渐降低。当建立起稳态浓度分布时，源的溶解与衬底上的生长速率相等。溶液内的溶质浓度梯度则是溶质从源片向衬底输运的驱动力。用这种方法可以生长组分均匀的厚外延层。如果溶质的输运完全由扩散控制，则对于相互平行放置的源片和衬底片来说，输运速率可由解稳态扩散方程
0=??+??x C f x
C D （1） 得到。式中，D 为溶质的扩散系数，C 为溶质浓度，x 为衬底表面的法线坐标，f 为输运速率。假设溶液与源片和衬底表面在温度T 1和T 2下分别处
于平衡，则两者表面上溶质的浓度C w和C0就等于由该体系液相线所给出的在各自所处温度下的溶解度。在这些边界条件下，应用质量守恒定律可得晶体生长速率
?
?
?
?
?
?-
=
C
C
C
C
W
D
r ln（2）
式中，C
s
为外延生长的固相中溶质浓度。
稳态法外延生长的缺点是外延层厚度不均匀，它是由于溶液中对流引起的溶质浓度发生变化造成的。
（2）瞬态液相外延生长。绝大多数化合物半导体器件所使用的外延层都较薄，厚度在0.1μm到几μm之间。这种薄外延层可用瞬态液相外延生长技术生长，外延层厚度比稳态法生长的要均匀得多。瞬态生长法有四种，分别为平衡冷却、分步冷却、过冷和两相溶液冷却法，见图4。每种瞬态生长过程在每次开始生长前都不让衬底与溶液接触，同时将系统加热
到高于与溶液的初始组成相对应的液相线温度T
l
，然后冷却。图中箭头分
别指示四种生长方法所采用的衬底与溶液开始接触的时间和温度。
1) 平衡冷却法。该方法在整个液相外延生长过程中采用恒定的冷却速度。当温度达到T l时（此时溶液刚好饱和），使衬底与溶液接触，在接触瞬间两者处于平衡状态。这种技术在双晶片法中有变化，在操作开始时，温度保持恒定，使溶液与源晶片（或陪片）先接触，待溶液达到平衡后，
再将源片（陪片）换成衬底片并开始冷却生长。
2) 分步冷却法。如果溶液与衬底接触之前能够承受相当大的过冷而不出现自发结晶，则可采用分步冷却法进行外延生长。在该方法中，一开始衬底和溶液就被以恒定的速度冷却到低于T l的某一温度（不能出现自发结晶），并在该温度下恒温。然后使衬底与溶液接触，保持在同样的温度下生长，直到生长终结为止。这种方法之所以称为分步冷却法是因为它相当于使衬底和溶液在T l下达到平衡，然后再将它们突然冷却到较低的温度，所以也有人称其为突冷法。
3) 过冷法。与分步冷却法相似，将衬底和溶液以恒定的速度冷却到
的某一不出现自发结晶温度，然后再使它们相接触。但是，在这种低于T
l
情况下，要连续不断地以均匀速度进行冷却，直到生长结束为止；
4）两相溶液冷却法。这种方法将温度下降到远低于T
，足以在溶液
l
中出现自发结晶，再使衬底与溶液接触，并以同样的冷却速度连续冷却。自发结晶使溶液中溶质浓度降低到饱和浓度。从这种意义上讲，该方法与平衡冷却法有点像。但实质上应将其看作是过冷法的一种变通方式，而不是平衡冷却法的改进。此外，由于在结晶上持续不断的沉积，所以在经过足够长的生长时间后，其生长层厚度甚至还低于无结晶相存在的平衡冷却生长。
对于平衡冷却、分步冷却和过冷法可以导出生长层厚度与生长条件关系的代数方程。简介如下：
二组分溶液液相外延的生长速率，可借溶质自溶液中析出并生长到衬底上的速率来计算，计算的基本方法是解条件适合于各种实验情况的一维扩散方程，这种方法适用于水平滑动舟液相外延生长等情况。除了扩散控制假设外，在推导瞬态生长法生长厚度与生长时间关系方程时，还要加上另外两项假设：
（1）溶液自由表面上的溶质浓度在生长过程中不发生变化，即该溶液可视为半无限大溶液。与此相应的条件是生长时间比扩散时间τ=W2/D要短得多。式中，W为溶液厚度，D为扩散系数；
（2）扩散系数与液相线斜率在每次生长过程中都是常数。虽然这两个参数实际上与温度有关，但对许多液相外延所采用的有限温度范围而言，
该假设是合理的。
根据上述假设，溶质向衬底的输运是由具有恒定溶质浓度C i 的源向生
长界面处的扩散过程来完成的。生长界面处在时间t 时的溶质浓度C （t ）决定于温度，也与生长方法有关。对于平衡冷却法，C （t ）=C i -at/m ，式中，a=dT/dt 是冷却速率，m=dT l /dC l 为液相线的斜率，衬底与溶液开始接触的时间t=0；对于分步冷却法， C （t ）=C i -?T 0/m ，式中?T 0是T l 和接触温度T 0之差。将质量守恒定律用于生长界面，解上述边界条件的扩散方程，就可得到生长在衬底上的溶质的数量，把此量转换成外延层的厚度d ，可得如下方程：
2/32/1)3/2()/)(/2(at D m C d s π= （平衡冷却法） （3） 2/102/1)/)(/2(t T D m C d s ?=π （分步冷却法） （4）
)3
2()/)(/2(2/32/102/1at t T D m C d s +?=π （过冷法） （5） 式中C s 表示生长的单位体积固体中溶质的原子数。图5为用上述三种方法生长的GaAs 层厚与生长时间关系图。
图5 过冷、步冷、平衡冷却法生长的GaAs 层厚与时间的关系
四、多元固溶体的异质液相外延生长
以上介绍的二组分溶液生长是液相外延生长中最简单的情况。大多数实际器件结构都包含异质外延层，其中很多是三元或四元固溶体。它们的
生长要求溶液中含有三个或四个组分（不包括掺杂剂）。这里介绍晶格近匹配的Ⅲ-Ⅴ族化合物及其固溶体的异质外延生长，着重介绍晶格匹配及生长溶液与衬底之间化学相容性两个问题，这在同质外延中是没有遇到的。多元固溶体外延层的厚度与生长时间的关系很难用一个简单的公式来表示，这里就不进行讨论了。
表1所列是常见元素和化合物半导体的晶格常数与禁带宽度数据。表中所有化合物的晶体结构都是闪锌矿结构，因此晶体结构不会给这些化合物及其固溶体之间的异质外延带来困难。但这些化合物的晶格常数之间表1 常见元素和化合物半导体的晶格常数与禁带宽度
存在差异。由于只有在晶格失配小于1%的情况下，液相外延才能生长出满足器件制作要求的外延层，由此可见能够成功的进行异质外延的体系为数较少，只有GaAs/AlAs和GaP/AlP这两组化合物的晶格常数差小于0.2%，GaSb/AlSb的晶格常数差小于0.7%，其余的都超过甚至远大于1%。对于这些失配较小的化合物，在Ga和Al彼此相互取代时，晶格常数变化很小，由它们构成的三元固溶体（如Al x Ga1-x As）的晶格常数介于这两种化合物（GaAs和AlAs）之间。所以三元固溶体与构成它的两种二元化合物之间的晶格失配要比该两种化合物之间的晶格失配小。目前，在GaAs衬底上利用液相外延生长异质AlGaAs层的技术已很成熟，已被广泛用于AlGaAs/GaAs/AlGaAs双异质结激光器和AlGaAs/GaAs高亮度发光管、高效太阳能电池等。
Ⅲ-Ⅴ族二元化合物具有一定的化学计量比，外延生长时溶液组分的改
变不会引起外延层组分产生较大的变化。但对于三元固溶体来说，外延层的组分（如Al x Ga 1-x As 中的x ）则取决于生长溶液的组分。此外，多元固溶体的组成元素在固相中的浓度和在液相中的浓度比，即分配系数是不同的，往往不等于1。因此固溶体的组分会随外延层厚度发生变化。如在生长Al x Ga 1-x As 时，在通常的生长条件下，Al 的分配系数为100，而Ga 还不到1。结果在液相外延生长期间，溶液中的Al 出现贫化，导致x 值随外延层的厚度增加而下降，其变化率取决于生长速率及Al 在溶液内的初始浓度和生长温度。实验测定，初始组分为x=0.35的Al 0,35Ga 0.65As 固溶体,在T 0=800o C 、a=1o C/min 时,每生长1μm 厚，x 值下降约1%。
另外，在进行液相异质外延生长时（如InGaP 上生长InP ），由于衬底与溶液间组分不同，不能建立平衡，会有衬底回熔现象发生，但回熔程度对不同体系可能差别很大，取决于衬底组分在生长溶液中的溶解度。如Al 在GaAs 溶液中的溶解度很小，而As 在InP 溶液中的溶解度较高，所以在AlGaAs 层上生长GaAs 所产生的回熔就比在As 含量高的InGaAsP 层上生长InP 少得多。
五、液相外延工艺过程
(一) 生长溶液配制
1. 组分计算。相图是选择外延生长条件和配制生长溶液的依据。在
x A s
图6 Ga-As 系统富Ga 溶液液相线
二元GaAs系统中，As的富Ga溶液的液相线可精确确定，如图6所示。图中，纵坐标x As为As在饱和溶液中的原子分数，即饱和溶液中As原子
图7 Ga-Al-As富Ga溶液的液相等温线
数与总原子数（约为Ga原子数）之比，T l为绝对温度。但在三元AlGaAs 系统中，与固相处于平衡状态的溶液的组分则不是温度的单值函数，三个组成元素中一个是主要成分，其液相线可用一系列等温线表示，其中每条等温线都给出在特定温度下饱和溶液内另外两个成分的浓度，如图7所示。图中等温线是根据标准溶液模型计算得来的，与实验数据非常吻合。
图8 Al-Ga-As体系富Ga固相等温线
图8 所示为Al-Ga-As 体系固体组分x s AlAs 与液相组分x l Al 关系曲线（固相等
温线），是由计算得到的。图中， 横坐标为溶液中的Al 的原子分数， 纵坐标为固溶体中的AlAs 组分。当用到这些图时，下面(6)式应成立。因此，只要确定了x Al 和温度，生长溶液就完全确定了。
1=++As
Ga Al x x x （6） 由前面的分析与讨论可知，选定了生长温度便可以利用相图来确定生长溶液的组成。假如生长温度为800℃，对GaAs 二元层，首先从图 6（或图7） 中查出800℃时溶液中As 的原子分数，然后由下式计算出需要加入的GaAs 量
Ga
As GaAs Ga As As Ga GaAs Ga GaAs M x M W x x M M W W ≈-?=21 （7） 式中W Ga 、W GaAs 分别是溶液中加入的Ga 和GaAs 重量，M Ga 、M GaAs 分别是Ga 和GaAs 的原子量和分子量。对Al x Ga 1-x As 三元层，则先由图8查出8000C 时一定x s AlAs 值的固溶体的生长溶液中的Al 原子分数x l Al ，然后从图7中查出相应的As 原子分数，再按下式计算各物质的加入量
W i =N 总x i M i （8） 式中i 为物质编号，W i 是物质i 的加入量，M i 是物质i 的原子量，x i 是物质i 在溶液中的原子分数，N 总是溶液中各物质克原子数N i 之和。
2．杂质源计算。在器件制作中使用的液相外延层几乎都要控制导电类型和载流子浓度。对Ⅲ-Ⅴ族化合物及其固溶体而言,是通过向生长溶液中添加合适的施主和受主杂质的方法来实现这种控制的。常用的杂质元素是周期表上的ⅡB （Zn 、Cd ）、ⅣA(Si 、Ge 、Sn)和ⅥA(S 、Se 、Te)族元素。ⅡB 族元素掺入Ⅲ-Ⅴ族晶体主要替代Ⅲ族元素在晶格上的位置，由于ⅡB 族元素缺少一个形成共价键需要的价电子，所以是受主。而ⅥA 族元素主要占据Ⅴ族晶格位置，它们具有的价电子比形成共价键所需要的多一个，所以是施主。ⅣA 族元素是双性杂质，也就是说，它们可以占据两种晶格位置，在Ⅲ族晶格位置上时为施主，在Ⅴ族晶格位置上时则成为受主。在液相外延中最常用的施主杂质是Te 、Sn,最常用的受主杂质是Ge 、Zn 。图9给出了8000C 生长温度时，GaAs 外延生长常用掺杂剂的液
图9 GaAs液相外延层的载流子浓度与溶液中的杂质
原子分数的关系。
相浓度（原子分数，摩尔分数）和固体中载流子浓度的关系。图中，横坐标为溶液中的杂质原子分数，纵坐标为外延层中的载流子浓度。图10和图11 分别为生长温度为8000C、生长液中的杂质原子分数一定时，Al x Ga1-x As固溶体外延层中p型载流子浓度、n型载流子浓度与固溶体的AlAs组分（x值）之间的关系图。因此掺杂剂Ge、Sn、Te 的掺杂量可直接利用图9、图10和图11由选定的固体中载流子浓度查出相应的液相浓度，带入公式（8）算出。
组分源、杂质源量计算好后，用微量天平进行仔细称量备用。称量时要考虑腐蚀处理等带来的源量损耗。
（二）外延生长前的准备工作
1．石墨舟处理。本实验采用的石墨舟为高纯石墨制成的普通七槽水平滑动舟。为避免生长源泄漏，舟和衬底间的缝隙要适当，这就要求实验前把石墨舟的各个部件修整好，达到最佳的匹配状态；为避免生长源沾污，舟要非常干净，使用前先要用王水浸泡24小时，去除杂质，然后用沸去离
子水煮至酸碱度为中性，再在真空下进行高温烘烤。真空度应高于
浓度随AlAs组分变化关系
浓度随AlAs组分变化关系
10-3帕，温度在1000℃以上。由于舟的纯度对外延层的纯度有很大影响，处理时要尽量达到实验要求。
2．反应管处理。用王水浸泡24小时，再用去离子水反复冲洗后烘干待用。
3．炉温设定。本实验使用的是自动控温炉，可通过程序的设定(详见附件2)自动升温、恒温、降温。图12是本实验的温度变化示意图，两段恒温时间分别为烧镓(脱氧)2h，熔源50min，生长时降温速度0.50C/min。
图12 外延生长时炉温变化示意图
4．衬底制备。外延生长在衬底上进行，衬底的好坏直接影响外延片的质量。因此，衬底制备在外延生长中占重要位置。通常有定向、切割、研磨、抛光、腐蚀、清洗等工序。本实验采用n型(100)向单面抛光GaAs 衬底，解理面积为5×7mm2，厚度为380μm，与石墨舟托板槽大小和深度一致。经甲苯、丙酮、无水乙醇超声清洗后，用511腐蚀液（即H2SO4：H2O2：H2O=5：1：1）进行表面化学腐蚀抛光，再用去离子水反复清洗，然后浸泡在乙醇中备用。
5．生长源称量。本实验要求学生自己设计并生长出一种以GaAs为有源发光区（发光波长约为870nm）、以AlAs组分为0.3的p型和n型Al0.3Ga0.7As为上下限制层的双异质结端面发光激光器或发光管结构而且要求上下限制层的载流子浓度分别为5×1017cm-3和1×1017cm-3。因此，所设计的器件至少应为三层结构。按上面要求利用上节介绍的组分源和杂质源量计算方法算出每层的组分源和杂质源量并用微量天平称好。本实验所用的As源为高纯GaAs多晶，Al、Te、Zn、Ge和Sn源则为高纯单质源。
6．生长源腐蚀清洗。GaAs多晶与衬底的腐蚀清洗方法相同。其他生长源的超声清洗过程同上，但腐蚀过程中所用的腐蚀液则是不同的：Te：用稀HNO3（在去离子水中滴几滴HNO3）腐蚀；
Sn：用H2SO4：H2O=1：1腐蚀液腐蚀；
Ge：用HNO3：HF=1：1腐蚀液腐蚀；
Al：用NaOH溶液（在去离子水中放入一小块NaOH）腐蚀。
另外要注意在腐蚀液的配制过程中各成分倾倒的先后次序，GaAs衬底和多晶源要用热511腐蚀液（60~700C）腐蚀，各种生长源的腐蚀时间均约为1分钟。
（三）外延生长步骤
1．开炉。按操作规程(附件3)启动生长温度已设置好的外延炉，炉温会自动升至8500C脱氧温度并恒定，此过程大约需要1小时左右；
2．烧杯和量桶清洗。实验中要用到的玻璃和石英器皿均要用去离子水冲洗干净，并在滤纸上空干；
3．称Ga和装Ga。本实验使用纯度为99.9999%的高纯Ga做生长源溶剂，每槽Ga量均为500mg，称好后应立即装入石墨舟源槽中，以减少在空气中的氧化和沾污；
4. 抽真空和通氢气。装好Ga后，按操作规程开启机械泵和有关真空阀门将石英反应管抽至真空状态（10分钟左右）后，关闭机械泵和有关真空阀门；与此同时严格按操作规程开启纯氢仪和氢气瓶：打开纯氢仪的加热器，当温度达到3000C时，缓慢打开高压氢气瓶阀门并利用氢气表上的减压阀将原氢压力仔细调节为0.25Mpa左右，然后缓慢打开纯氢仪的原氢阀，当原氢压力表的指示达到0.25Mpa时，打开纯氢仪的尾气阀并将尾气流量调至合适程度，接着依次打开纯氢仪上和操作箱下面的纯氢阀，将高纯氢引入石英反应管，当纯氢仪的纯氢压力指示超过大气压时，打开操作箱下的废气阀，将废气通过塑料管道排放到窗外大气中；
5.脱氧。通氢30分钟后，将外延炉推至石英反应管上，对Ga在氢气氛下进行高温（8500C）脱氧2小时，以便除去Ga的氧化物和沾污物；
6.装源。脱氧结束后，将石英反应管从炉膛中退出，待反应管的温度降至接近室温时，打开反应管，将处理好的衬底片及生长源快速装入石
墨舟相应的衬底片槽和生长源槽中。这里要求快速装源，是为了尽量减少其在大气中的氧化和沾污；
7.熔源。生长源装好后，向反应管中通氢30分钟后，重新将外延炉推至反应管上，在氢气氛和8250C恒温下，熔源50分钟，以保证源的充分溶解和均匀混合；
8.外延生长。熔源结束后,开始执行降温生长程序,降温速度为0.50C/min，当温度降至804℃时，开始陪片生长，陪片的作用是精确调整生长源的饱和度。当温度降至800℃时，开始正片生长，若器件结构为三层双异质结，正片上的下限制层、有源层和上限制层的生长时间应分别控制在4~6分钟、20~30秒和4~6分钟，此时，三层的生长厚度分别约为1.5~2μm、0.2~0.4μm和1.5~2μm。生长过程中不同生长源的切换是通过由不锈钢定位器控制的石英杆推动滑动石墨源液槽完成的。
9.关炉取片。生长结束后，将石英反应管退出炉膛并按规程关闭外延炉。待反应管的温度降至接近室温后，关闭纯氢仪的加热器，待加热器的温度降至低于200℃后，关闭操作箱下、纯氢仪和氢气瓶上的所有阀门。以上工作完成后，打开反应管密封腔,双手戴好一次性塑膜手套从石墨舟片托上取下生长好的外延片,擦洗干净后包上镜头纸装入样品袋备用。然后将石墨舟各组件仔细地用滤纸擦拭干净，组装到一起，放入石英反应管，定好位置，封好密封腔，以备下次实验用。至此，整个外延实验结束。
六、要求和注意事项
1.实验前必须认真阅读实验讲义和相关实验仪器使用说明书；
2.实验必须在指导教师的监督和指导下有序进行；
3.甲苯、硫酸、氢氧化钠等有毒有害、易燃易爆危险化学品必须在无明火情况下严格按要求在通风橱中使用，以免发生危险；
4.氢气是易燃易爆危险品，必须严格按操作规程使用。氢气管路周围严禁明火；加热状态下，石英反应管中的氢气压力必须始终保持大于外界大气压力，否则，外界空气回流入反应管，将会发生爆炸；氢气阀门打开和关闭用力要适度，防止损坏漏气；
5.实验室的仪器仪表和易碎的玻璃与石英器皿必须严格按使用说明书或操作要求使用和爱护，不得随意损坏；
6.注意节约化学试剂和滤纸等易耗物品，不得随便浪费；
7. GaAs和高纯Ga等昂贵物品按组定量发放，损失责任自负；
8.保持好实验室的环境卫生。每天进实验室后要先清扫卫生，实验完毕后要将实验废弃物清理好，仪器设备工具用品要归位；
9.严格遵守实验纪律；
10.认真做好实验记录。
附件1:TG332-A型微量天平使用说明书；
附件2:JWC-10型精密液相外延系统使用说明书；
附件3:BG-5型氢气净化仪（纯氢仪）使用说明书
华南师范大学实验报告 学生姓名学号 专业年级、班级 课程名称实验项目液相反应平衡常数的测定 实验类型□验证□设计■综合实验时间年月日 实验指导老师实验评分 一、实验目的 1、利用分光光度计测定低浓度下铁离子与硫氰酸根离子生成硫氰合铁离子液相反应的平衡常数。 2、通过实验了解热力学平衡常数的数值与反应物起始浓度无关。 二、实验原理 Fe3+离子与SCN-离子在溶液中可生成一系列的络离子，并共存于同一个平衡体系中。当SCN-离子的浓度增加时，Fe3+离子与SCN-离子生成的络合物的组成发生如下的改变： Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)3 →Fe(SCN)4-→Fe(SCN)52- 而这些不同的络离子色调也不同。由图Ⅲ-11-2可知，当Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子(一般应小于5×10-3mol·L)时，只进行如下反应： Fe3+ + SCN- ≒ FeSCN2+
即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+络离子。其平衡常数表示为： 根据朗伯-比尔定律，可知光密度与溶液浓度成正比。因此，可借助于分光光度计测定其光密度，从而计算出平衡时FeSCN2+络离子的浓度以及Fe3+离子和SCN-离子的浓度，进而求出该反应的平衡常数K C。 实验分为4组，不同组的Fe3+浓度不同，其中第一组的浓度极大，使用分光 光度计时，根据朗伯-比尔定律E 1=K[FeCNS2+] 1,e (K为消光系数) 由于1号溶液中Fe3+浓度极大，平衡时CNS-与Fe3+完全络合，对于一号溶液 可认为[FeCNS2+] 1,e =[CNS-] 则E 1 =K[CNS-] 对于其它溶液，则E i =K[FeCNS2+] 1,e 两式 相除并整理得[FeCNS2+] 1,e =E 1 /E 1 [CNS-] 三、仪器与药品 1、仪器 722型分光光度计1台；50mL容量瓶8只；100mL烧杯4个； 刻度移液管10mL2支5mL1支；25移液管1支；50mL酸式滴定管1支； 洗耳球、洗瓶等 2、试剂 1×10-3mol·L KSCN(分析纯配置，需准确标定)； 0.1mol·LFeNH 4(SO 4 ) 2 (需准确标定Fe3+浓度，并加HNO 3 使H+浓度0.1mol·L)； 1mol·LHNO 3；1mol·LKNO 3 (试剂均用分析纯配制)
安捷伦高效液相色谱仪的规范操作 1. 目的：明确安捷伦高效液相色谱仪的规范操作，确保数据的准确性。 2. 范围：适用于安捷伦高效液相色谱仪。 3. 职责：检验人员对此负责。 4.操作规程： 系统组成 本系统由1个溶剂二元输送泵（分主/A泵和副/B泵）、手动进样阀、柱温箱、检测器、化学工作站和电脑等组成。 准备 4.2.1使用前应根据待检样品的检验方法准备所需的流动相，用合适的μm滤膜过滤，超声脱气20min。 4.2.2 根据待检样品的需要更换合适的色谱柱（柱进出口位置应与流动相流向一致）和定量环。 4.2.3 配制样品和标准溶液（也可在平衡系统时配制），用合适的μm滤膜过滤。 4.2.4 检查仪器各部件的电源线、数据线和输液管道是否连接正常 将待测样品按要求前处理，准备HPLC 所需流动相，检查线路是否连接完好，废液瓶是否够用等。 开机： 4.3.1 打开计算机,进入中文Windows XP画面,并运行CAG Bootp Server程序。4.3.2 打开1200 LC 各模块电源。 4.3.3 待各模块自检完成后，双击[Instrument 1 Online]图标，化学工作站自动与1200LC 通讯，进入的工作站画面如下所示。 4.3.4 从[视图]菜单中选择[方法和运行控制]画面, 点击[视图]菜单中的[显示顶部工具栏]，[ 显示状态工具栏]，[系统视图],[样品视图]，使其命令前有[√]标志，来调用所需的界面。 4.3.5 把流动相放入溶剂瓶中。
4.3.6 打开冲洗阀。 4.3.7 点击[泵]图标，点击[设置泵…]选项，进入泵编辑画面。 4.3.8 设流速：5ml/min，点击[确定]。 4.3.9 点击[泵] 图标，点击[控制…]选项，选中[启动]，点击[确定] ，则系统开始冲洗，直到管线内（由溶剂瓶到泵入口）无气泡为止,切换通道继续冲洗，直到所有要用通道无气泡为止。 4.3.10 点击[泵] 图标，点击[控制…]选项，选中[关闭]，点击[确定]关泵，关闭冲洗阀。 4.3.11 点击[泵]图标，点击[设置泵…选项]，设流速：min。 4.3.12 点击泵下面的瓶图标，如下图所示（以单元泵为例），输入溶剂的实际体积和瓶体积。也可输入停泵的体积，点击[确定]。 数据采集方法编辑 4.4.1开始编辑完整方法：从[方法]菜单中选择[编辑完整方法…] 项，如下图所示选中除[数据分析]外的三项，点击[确定]，进入下一画面。 4.4.2方法信息 4.4.2.1在[方法注释]中加入方法的信息（如：测试方法）。 4.4.2.2 点击[确定]，进入下一画面。 4.4.3 泵参数设定 4.4.3.1 在[流速]处输入流量,如1ml/min，在[溶剂B]处输入,(A=100-B) ,也可[插入]一行[时间表] ,编辑梯度。在[压力限]处输入柱子的最大耐高压，以保护柱子。 4.4.3.2 点击[确定]，进入下一画面。 4.4.4 柱温箱参数设定 4.4.4.1 在[温度]下面的空白方框内输入所需温度,如：40度。并选中它,点击[更多>>] 键,如图所示,选中[与左侧相同]，使柱温箱的温度左右一致。 4.4.4.2 点击[确定]，进入下一画面。 4.4.5 检测器参数设定：检测波长：一般选择最大吸收处的波长。样品带宽：一般选择最大吸收值一半处的整个宽度。参比波长：一般选择在靠近样品信号的无吸收或低吸收区 域。参比带宽：至少要与样品信号的带宽相等，许多情况下用100nm作为缺省
气相色谱法实验报告记录
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实验五—气相色谱法实验 姓名：张瑞芳 学号：2013E8003561147 班级：化院413班 培养单位：上海高等研究院 指导教师：李向军 组别：2013年12月30日第二组
气相色谱法实验 一、实验目的 1.了解气相色谱仪的各部件的功能。 2.加深理解气相色谱的原理和应用。 3.掌握气相色谱分析的一般实验方法。 4.学会使用FID气相色谱对未知物进行分析。 二、实验原理 1.气相色谱法基本原理 气相色谱的流动向为惰性气体，气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。气相色谱仪器框图如图1所示： 图1.气相色谱仪器框图 仪器均由以下五个系统组成：气路、进样、分离、温度控制、检测和记录系统。 2.气相色谱法定性和定量分析原理 在这种吸附色谱中常用流出曲线来描述样品中各组分的浓度。也就是说，让
分离后的各组分谱带的浓度变化输入换能装置中，转变成电信号的变化。然后将电信号的变化输入记录器记录下来，便得到如图2的曲线。它表示组分进入检测器后，检测器所给出的信号随时间变化的规律。它是柱内组分分离结果的反映，是研究色谱分离过程机理的依据，也是定性和定量的依据。 图2.典型的色谱流动曲线 3.FID的原理 本次试验所用的为氢火焰离子化检测器(FID)，它是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。 三．实验试剂和仪器 (1)试剂：甲醇、异丙醇、异丁醇 (2)仪器：气相色谱仪带氢火焰离子化检测器(GC-2014气相色谱仪)； 氢-空发生器(SPH-300氢气发生器)、氮气钢瓶； 色谱柱； 微量注射器。 四．实验步骤 1.打开稳定电源。 2.打开N2钢瓶（减压阀），以N2为载气，开始通气，检漏；调整柱前压约为 0.12MPa。
化工专业实验报告 实验名称：二元气液平衡数据的测定 实验人员： 同组人 实验地点：天大化工技术实验中心 606 室 实验时间： 2015年4月20日下午14：00 年级： 2014硕；专业：工业催化；组号： 10（装置2）；学号：指导教师：______赵老师________ 实验成绩：_____________________
一．实验目的 （1）测定苯－正庚烷二元体系在常压下的气液平衡数据； （2）通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能； （3）应用 Wilson 方程关联实验数据。 二．实验原理 气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的改造与设计、挖潜与革新以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。这是因为化工生产过程都要涉及相间的物质传递，故这种数据的重要性是显而易见的。 平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。直接法中又有静态法、流动法和循环法等。其中循环法应用最为广泛。若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜是关键。现已采用的平衡釜形式有多种，而且各有特点，应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。所以，本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体分别形成循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快，因而实验时间短。 以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图 1 所示。当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从 A 和 B 两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。 图1 平衡法测定气液平衡原理图 当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：
华南师范大学实验报告 课程名称仪器分析实验实验项目液相色谱分析混合样品中的苯和甲苯 实验类型□验证□设计□综合实验时间2010 年 3 月31 日 实验指导老师实验评分 一、实验目的 1.掌握高效液相色谱定性和定量分析的原理及方法； 2.了解高效液相色谱的构造、原理及操作技术。 二、实验原理 高效液相色谱由储液器，泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱内。由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动是，经过反复多次的吸附－解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，记录成数据。 液相色谱的定性依据是保留时间的相对性，通常相对误差不能大于5%。定量参数常常采用峰高、峰面积、相对峰高、相对峰面积等。定量方法通常采用外标法、内标法和面积归一化法。外标法为标准物质标准溶液制定标准曲线法；内标法为在标准溶液、样品溶液中加入内标物质，以相对峰高、相对面积对标准物质的浓度制定标准曲线；面积归一化法假定所有出峰物质的吸光系数相同，计算某物质的峰面积占所有峰面积的百分比。 三、仪器与试剂： 1.仪器：SCL-10A vp紫外可见双波长检测器；SPD-M10A vp柱温箱；LC-10AT高效液相
色谱仪；10μL微量注射器 2.试剂：2μL/mL苯标液；2μL/mL甲苯标液；0.2μL/mL、2μL/mL、4μL/mL、10μL/mL 的苯与甲苯的混合标准溶液；甲醇溶液；待测试样溶液 四、实验内容与步骤： 1.选择合适的流动相配比，优化色谱条件 设置有关参数：控制流速为1mL/min。柱温30℃，检测波长354nm。 设置流动相配比（甲醇：水=1：1），用10μL微量注射器注射5μL的10μL/mL苯与甲苯的混合标准溶液进行测定，观察其分离度和出峰时间。然后改变流动相配比，改进分离，调整出峰时间。从而得到最佳测定条件。 2.苯、甲苯定性分析： 在最佳的测定条件下，用10μL微量注射器，分别注射5μL2μL/mL苯的标准溶液和2μL/mL甲苯的标准溶液。观察记录保留时间，确定苯和甲苯的峰。 3.苯、甲苯定量分析： 在最佳的测定条件下，用10μL微量注射器，分别注射5μL 0.2μL/mL、2μL/mL、4μL/mL、10μL/mL苯与甲苯的混合标准溶液，再分别测定苯和甲苯的峰面积，以峰面积对浓度作图，做出工作曲线。 在最佳的测定条件下，用10μL微量注射器，注射5μL的试样，观察记录保留时间和峰面积。根据峰面积在工作曲线上查处苯和甲苯待侧溶液的浓度，并计算试样中苯和甲苯的含量。 五、数据记录及结果分析： 1. 优化色谱条件
华南师范大学实验报告 学生姓名招婉文学号 20172421075 专业化学师范年级、班级 17化教二班 课程名称物理化学实验实验项目液相平衡[硫氰酸铁（III）体系] 实验类型□验证□设计□综合试验时间 2019/4/23 实验指导老师林晓明老师实验评分 液相平衡常数的测定 【实验目的】 1.利用分光光度计测定低浓度下铁离子与硫氰酸根离子生成硫氰合铁络离子液 相反应的平衡常数。 2.通过实验了解热力学平衡常数的数值与反应物起始浓度无关。 【实验原理】 Fe3+与SCN-在溶液中可生成一系列的络离子，并共存于同一个平衡体系中。 当SCN-离子的浓度增加时，Fe3+离子与SCN-离子生成的络合物的组成发生如下的 改变，而这些不同的络合物的溶液颜色也不同： Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN) 2+→Fe(SCN) 3 →Fe(SCN) 4 -→Fe(SCN) 5 2- 而这些不同的络离子色调也不同。由下图可知，当Fe3+离子与浓度很低的SCN-离子(一般应小于5×10-3mol·L)时，只进行如下反应： Fe3+ + SCN-≒ Fe[SCN]2+ 即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+络 离子。其平衡常数表示为： （3-14）
由于Fe[SCN]2+是带有颜色的，根据朗伯-比尔定律，消光值与溶液浓度成正比。实验时，只要在一定温度下，借助于分光光度计测定平衡体系的消光值，从而计算出平衡时Fe3+和SCN-的浓度 [Fe]3+的浓度[SCN-] e ，根据式3-14一定温度下反应的平衡常数K C 可求之。 实验配置4组不同Fe3+起始浓度的反应溶液，其中第一组的Fe3+浓度是大量的，使用分光光度计时，根据朗伯-比尔定律： E 1=K[FeCNS2+] 1,e (K为消光系数) 由于1号溶液中Fe3+大量过量，平衡时CNS-与Fe3+完全络合，对于一号溶液可认为： [FeCNS2+] 1,e =[CNS-] 则：E 1=K[CNS-] （3-15） 对于其它溶液，则：E i =K[FeCNS2+] i,e （3-16） 两式相除并整理得[FeCNS2+] i,e =E i /E 1 [CNS-] 始 达到平衡时，在体系中： [Fe3+] i，e =[Fe3+] -[FeSCN2+] i，e （3-17） [CNS-] i，e =[CNS-] -[FeSCN2+] i，e （3-18） 将以上两式带入式3-14，可以计算出除第一组外各组（不同Fe3+起始浓度）反应溶液的在定问下的平衡常数K i，e值。 【仪器与试剂】 1.实验仪器 722分光光度计 1台容量瓶(50mL) 8个
Waters 2695 型高效液相色谱仪操作方法 1 仪器组成及开机 1.1 仪器组成本仪器由Waters 2695 分离单元、2996型二极管阵列检测器、2420蒸发光散射检测器、色谱管理工作站和打印机组成。 2695 分离单元包括四元梯度洗脱的溶剂输送系统，四通道在线真空脱气机（或氦气脱气机），可容纳120 个样品瓶的自动进样系统，柱温箱，内置的柱塞杆密封垫清洗系统，溶剂瓶托盘，液晶显示器，键盘用户界面及软盘驱动器。 1.2 开机依次接通2695 分离单元、检测器、计算机和打印机的电源。接通2695 分离单元后，约20s 仪器开始自检，约1min 后，显示主屏幕，此时继续各部件的初始化，待主屏幕上方标题区出现“Idle ”时，仪器进入待命状态。 2 溶剂管理系统的准备 2.1 流动相脱气确认所有溶剂管路都充满溶剂，按【Menu/Status 】，进入“Status （1 ）”屏幕，光标选“Degasser ”，按【Enter 】，显示选项屏幕，光标下移选“Continuous ”，按【Enter 】。 2.2 启动溶剂管理系统 2.2.1 干启动，当溶剂的管路是干的或是需要更换溶剂时，在“Status （1 ）”屏幕下，按【Direct Function 】，光标选“Dry Prime ”，按【Enter 】，显示“Dry Prime ”屏幕，按欲启动的溶剂管路的屏幕键，如【OpenA 】，光标选“Duration ”，按数字键输入5min ，按【Continue 】，待限定时间结束后，重复操作，使实验所需的各溶剂管路均启动、排气并充满流动相。 2.2.2 湿启动在“Status （1 ）”屏幕下，光标选“Compomtion ”中欲使用的流动相，输入10 0％，按【Direct Function 】，光标选“Wet Prime ”，按【Enter 】，显示“Wet Prime ”屏幕，输入7.5Ml/min 和6min ，按【OK 】，待限定时间结束后，对每种流动相重复操作。 2.2.3 平衡真空脱气机在“Status （1 ）”屏幕下，光标选“Composition ”，输入流动相的组成，按【Enter 】再用光标选“Degasser ”中的“Normal ”，按【Enter 】，按【Direct Function 】，光标选“Wet Prime ”，输入0.000mL/min 和10min. ，按【OK 】。待限定时间结束后，按【Abort Prime 】。 3 样品管理系统的准备 3.1 冲洗自动进样器在“Status （1 ）”屏幕下，光标选“Composition ”，输入流动相的组成。按【Direct Function 】，光标选“PurgeInjector ”，按【Enter 】，显示“Purge Injector ”屏幕，输入“Sample Loop Volumes 6.0 ”，光标下移“Compression Check ”，按任意数字键，按【OK 】。 3.2 冲洗进样针在主屏幕下，按【Diag 】，显示“Diagnositcs ”屏幕，按【Prime Ndl Wash 】，显示“Prime Needle Wash ”屏幕，按【Start 】，30s 内应见溶剂从废液排放口流出。按【Close】、【Exit 】。 3.3 冲洗柱塞杆密封垫在主屏幕下，按【Diag 】，显示“Diagnosities ”屏幕，按Prime Seal Wash ，显示“Prime Seal Wash ”屏幕，按【Start 】，待排放口有水流出，按【Halt 】、【Close】、【Exit 】。 3.4 装入样品与转盘将样品瓶插到样品盘合适的位置，打开样品仓门，显示“Door is Open ”屏幕，装入样品盘，按【Next 】，直至所有样品盘装毕，关仓门。 4 编辑分析方法及执行样品分析表 在主屏幕下，按【Develop Methods 】，显示“Methods ”屏幕。 4.1 编辑分析方法 4.1.1 建立新的分离方法在“Method ”屏幕下，按【New 】、【Separation Methods 】，输入方法名，按【Enter 】，显示分离方法屏幕，该屏幕共有6 页，通过按【Next 】或【Prev 】切换。如需设定梯度，在第（ 1 ）页按【Gradient 】，输入后按【Exit 】；如需设定色谱柱的温度，在第（ 4 ）页输入后按【Exit 】；在第（6 ）页设定检测器的种类，光标选“Absorbance Detector ”，按【Enter 】，光标选“48 6﹨2487 ”，按Abs （1 ）图标，设定检测波长，按【OK 】、【Exit 】、【Save 】。 4.1.2 编辑已建立的分离方法在“Methods ”屏幕下，光标选欲编辑﹨修改的分离方法的图标，按【Edit 】，编辑\ 改各种分析参数，按【Exit 】、【Save 】。 4.2 编辑执行样品分析表 4.2.1 建立新的样品组在“Methods ”屏幕下，按【New 】、【Sample Set 】，输入样品组名，按【Enter 】，显示方法组屏幕，在样品组表中输入待分析样品的信息。在“Vial ”中输入样品放置的位
高效液相色谱实验报告 一、实验目的 1了解液相色谱的发展历史及最新进展 2 学习液相色谱的基本构造及原理 3 掌握液相色谱的操作方法和分析方法，能够通过HPLC分离测定来对目标化合物的分析鉴定。 二、实验原理 液相色谱法采用液体作为流动相，利用物质在两相中的吸附或分配系数的微小差异达到分离的目的。当两相做相对移动时，被测物质在两相之间进行反复多次的质量交换，使溶质间微小的性质差异产生放大的效果，达到分离分析和测定的目的。液相色谱与气相色谱相比，最大的优点是可以分离不可挥发而具有一定溶解性的物质或受热后不稳定的物质，这类物质在已知化合物中占有相当大的比例，这也确定了液相色谱在应用领域中的地位。 高效液相色谱可分析低分子量、低沸点的有机化合物，更多适用于分析中、高分子量、高沸点及热稳定性差的有机化合物。80%的有机化合物都可以用高效液相色谱分析，目前以已经广泛应用于生物工程、制药工程、食品工业、环境检测、石油化工等行业。 三、高效液相色谱的分类 吸附色谱法、分配色谱法、空间排阻色谱法、离子交换色谱法、亲和色谱法、化学键合相色谱法 四、高效液相色谱仪的基本构造 高效液相色谱至少包括输液系统、进样器、分离柱、检测器和数据处理系统等几部分。 1 输液系统： 包括贮液及脱气装置、高压输液泵和梯度洗脱装置。贮液装置用于存贮足够量、符合HPLC要求的流动相。高效液相色谱柱填料颗粒比较小，通过柱子的流动相受到的流动阻力很大，因此需要高压泵输送流动相。 2 进样系统： 将待测的样品引入到色谱柱的装置。液相色谱进样装置需要满足重复性好、死体积小、保证柱中心进样、进样时引起的流量波动小、便于实现自动化等多项要求。进样系统包括取样、进样两项功能。 3 分离柱： 色谱柱是色谱仪的心脏、柱效高、选择性好、分析速度快是对色谱柱的一般要求。商品化的HPLC微粒填料，如硅胶和以硅胶为基质的键合相、氧化铝、有机聚合物微球（包括离子交换树脂）等的粒度通常在3μm、5μm、7μm、以及10μm。采用的固定相粒度甚至可以达到1μm，而制备色谱所采用的固定相粒度通常大于10μm。HPLC填充柱效的理论值可以达到50000/m～160000/m理论板，一般采用100-300mm的柱长可满足大多数样品的分析的需要。由于柱效内、外多种因素的影响，因此为使色谱柱达到其应有的效率。应尽量的减小系统的死体积。 4 检测系统： HPLC检测器分为通用型检测器和专用型检测器两类。通用型检测器可连续测量色谱柱流出物（包括流动相和样品组分）的全部特性变化。这类检测仪器包括示差折光检测器、介
环己烷一乙醇双液系气液平衡相图的绘制 姓名：学号：班级：同组：成绩 一、实验目的 1 ?测定常压下环己烷一乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点一组成相图。 2?掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。 3 ?掌握阿贝折射仪的使用方法。 二、实验原理 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气-液平衡相图(T-x)，根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类： (1)一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯一苯体系，如图1(a) 所示。 (2)最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸一水体系，如图2.7(b)所示。 (3)最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都大，混合 本实验以环己烷一乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型，在沸点仪(如图2.8 )中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出T-x相图。 本实验中两相的成分分析均采用折光率法测定。 折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。溶液的浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配制一系 (a) 物存在着最低沸点如图 图1二组分真实液态混合物气一液平衡相图( T-x图)
列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出折光率－组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。 三、仪器与试剂 沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度测定仪，长短取样 管。环己烷物质的量分数X环己烷为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0的环己烷一乙醇 标准溶液，已知101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.7 C,乙醇的沸点为78.4 C。 25C时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。 四、实验步骤 1．环己烷－乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定（略） 2. 无水乙醇沸点的测定 将干燥的沸点仪安装好。从侧管加入约20mL无水乙醇于蒸馏瓶内，并使温度计浸入液体内。冷凝管接通冷凝水。将液体加热至缓慢沸腾。液体沸腾后，待测温温度计的读数稳定后应再维持3?5min以使体系达到平衡。在这过程中，不时将小球中凝聚的液体倾入烧瓶。记下温度计的读数，即为无水乙醇的沸点，同时记录大气压力。 3. 环己烷沸点的测定（略） 4. 测定系列浓度待测溶液的沸点和折光率 同2步操作，从侧管加入约20mL预先配制好的1号环己烷-乙醇溶液于蒸馏瓶内，将液体加热至缓慢沸腾。因最初在冷凝管下端内的液体不能代表平衡气相的组成，为加速达到平衡，须连同支架一起倾斜蒸馏瓶，使槽中气相冷凝液倾回蒸馏瓶内，重复三次（注意：加热时间不宜太长，以免物质挥发），待温度稳定后，记下温度计的读数，即为溶液的沸点。 切断电源，停止加热，分别用吸管从小槽中取出气相冷凝液、从侧管处吸出 少许液相混液，迅速测定各自的折光率。剩余溶液倒入回收瓶。 按1 号溶液的操作，依次测定2、3、4、5、6、7、8号溶液的沸点和气－液平衡时的气，液相折光率。 五、数据处理
高效液相色谱仪操作三要点 高效液相色谱仪（HPLC）现已成为有机化学分析的重要手段之一。同样，在食品分析中，无论是残留分析还是成分分析，HPLC 也已成为不可或缺的分析仪器。和其它分析仪器一样，你若想让HPLC 很好地为你工作、得到可靠的数据，首先你要保养好它，使它处于一个良好的待机状态，这样你操作它进行分析时就可以比较顺利地获得理想的结果。而且良好规范的操作习惯可以延长仪器使用寿命。大家在学校或接受仪器公司培训的时候，老师或工程师会提出很多的操作注意事项。但要是总结归纳一下，最重要的有三点：脱气、过滤和冲洗。本文围绕这三点进行讨论，给新从事HPLC 分析的工作者一点操作建议，希望能对正确的操作仪器有一点帮助。更欢迎有经验的专家介绍使用经验，提出好建议。 一、脱气 流动相脱气对于避免HPLC 系统出问题，顺利得到一个理想的数据是一个很有效的措施。HPLC 系统内是不希望有气泡存在的。HPLC 泵在输送液体时要产生很大的力量，由于气体的压缩比与液体相比大的多，因而当气泡存在时，你将观察到瞬间的流速降低和系统压力下降。如果这个气泡足够大，液相泵将不能输送任何溶剂，而且如果压力低于预先设定的压力低限，泵将停止工作。有些泵设计可以很好地排除气泡，而也有一些泵设计当气泡存在时将停止运转。当一个气泡通过输液泵时，由于系统压力大，气泡通常会溶解在流动相溶液中，随流动相通过柱子。但是到达检测器流通池时系统压力又恢复到了大气压，因而气泡可能在检测器流通池中又显现，在色谱图上会出现不规律的毛刺。为解决这个问题，有些仪器公司设计一个反压控制器，这样可以在检测器出口提供足够的压力保持气泡始终溶解在流动相中直到它们流出检测器。当然，这个压力不能超过流通池所能承受的压力极限，否则可能损坏检测器。紫外/可见光（UV/VIS）检测器的液相色谱图中的噪音毛刺通常是气泡进入并通过流通池的征兆。有些检测器对空气的存在也非常敏感，但表现出的征兆与UV/VIS 不同，例如有报导说，当使用荧光（FL）检测器时，流动相中溶解氧的存在可能会使一些化合物失去荧光性。此外，对于利用待测物质在电极表面发生氧化还原反应引起电流变化而进行检测的电化学（EC）检测器，对流动相中的溶解氧的存在也非常灵敏。此外，气泡的存在有时还会导致保留时间不重现。所以，必须注意消除流动相中的空气，并且还应避免空气由管路（如PTFE 管）渗透进 流动相中。如果适当地关注在使用之前脱去流动相中溶解进的空气，上述这些问题均能避免，或把影响降至最低。常用的脱气方法有如下几种： 1. 吹氦脱气法。 利用氦气在液体中溶解度比空气低的特性，在0.1MPa 压力下，以约60 mL/min 流速通入流动相储液容器中10～15min，可以很有效地从流动相中排除溶解的空气，能排除接近80%的氧气。采用一个高效分布式喷射流装置，一体积的氦气可从流动相中将等体积的几乎全部气体排除。这意味着1L 氦气通过1L 流动相就可完成排气这个工作。这种脱气方法虽然好，但我们国内氦气价格较高，很少有实验室采用此方法。 2. 加热回流法。 此法的脱气效果较好。在操作时要注意冷凝塔的冷却效率，否则溶剂会丢失，混合流动相的比例会有变化。 3. 抽真空脱气法。 此法可使用真空泵，降压至0.05～0.07MPa 即可除去溶解的气体。但是由于真空脱气会使混合溶剂组成发生变化，从而影响到实验的重现性，因此多用于单溶剂体系的简单分析。4. 超声波脱气法。
仪器分析实验报告实验名称：高效液相色谱分析实验
一、实验目的 1. 了解HPLC的结构，了解仪器的开、关程序。 2. 了解流动相的制备和样品溶液的制备。 3. 知道仪器的运行程序和进行样品分析。 二、仪器和试剂 仪器：美国安捷伦1200型HPLC、10μL的微量注射器 试剂：磷酸乙腈溶液(PH=3)、重蒸水、邻氯苯甲酸 三、实验步骤 1.流动相的准备 流动相只有一组：PH=3的磷酸乙腈溶液，进过脱气，用蠕动泵输送。2.开机，色谱柱平衡 当1完成后，开机，待色谱柱平衡。 3.样品溶液的准备 配置好邻氯苯甲酸溶液，按要求选好滤纸的孔径大小。用低压过滤装置过滤，由于美国安捷伦1200型HPLC配有脱气装置，因此滤液无需事先脱气就可以进行分析。 4.基线的查看 由于仪器内部压力的变化可以引起基线的不断波动，因此，需等待压力稳定后，基线平稳才能进行进样。 5.样品进样分析
用10μL的微量注射器取5μL的邻氯苯甲酸，微量注射器中不能有气泡，将微量注射器的针头插入到注射的孔时，打开微量注射阀，将邻氯苯甲酸注射进去后，迅速关闭阀门，抽出针头，等待仪器的分析结果。 6.色谱柱的清洗 分析工作结束后，要清洗进样阀中的残留样品，也要用适当的液体来清洗色谱柱。 7.关机 实验完毕后，关闭仪器和电脑。 四、实验数据及处理 1.LC参数 2.色谱柱参数 3.四元泵状态 A：0.0％流速：1.000ml/min B：0.0％压力：91bar C：0.0％ D：0.0％
5.色谱分析谱图见附页，经过注射5μL的邻氯苯甲酸，得到三组实验色谱图， 根据谱图列表数据如下： 色谱柱长(L)、理论塔板高度(H)与理论塔板数(n)三者的关系为： n = L / H 理论塔板数和色谱参数之间的关系为： n = 16 ( t R / W b ) 2 = 5.54 ( t R / Y1/2 ) 2 则取第五组数据计算得： t R=2.437 min = 146.22s Y1/2 = 2.354(0.1375min / 4 ) = 4.855125 s n = 5.54 ( t R / Y1/2 ) 2 =5025 (块)
一、实验目的 1、了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。 2、了解缔合系统汽—液平衡数据的关联方法，从实验测得的T-p-x-y 数据计算各组分的活度系数。 3、通过实验了解平衡釜的构造，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。 4、掌握二元系统气液平衡相图的绘制。 二、实验原理 以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图１所示。当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从Ａ和Ｂ两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。 图1、平衡法测定气液平衡原理图 当达到平衡时，除了两相的温度和压力分别相等外，每一组分化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为： L i f =V i f （1） 0i i i i i py f x ?γ= 常压下，气相可视为理想气体，再忽略压力对流体逸度的影响，0i i p f = 从而得出低压下气液平衡关系式为： i py =0i i i r p x （2） 式中，p ——体系压力（总压）； 0i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算； i x 、i y ——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率； i γ——组分i 的活度系数 由实验测得等压下气液平衡数据，则可用
i y = i i i py x p （3） 计算出不同组成下的活度系数。 本实验中活度系数和组成关系采用Wilson 方程关联。Wilson 方程为： ln γ1=－ln(x 1+Λ12x 2)+x 2( 212112x x Λ+Λ －121221 x x Λ+Λ) （4） ln γ2=－ln(x 2+Λ21x 1)+x 1( 121221x x Λ+Λ －2 12112 x x Λ+Λ) （5） Wilson 方程二元配偶函数Λ12和Λ21采用非线性最小二乘法，由二元气液平衡数据回归得到。 目标函数选为气相组成误差的平方和，即 F =2221211((j m j j y y y y ））计实计实-+-∑= （6） 三、实验装置和试剂 1、实验的装置：平衡釜一台、阿贝折射仪一台、超级恒温槽一台、50-100十分之一的标准温度计一支、0-50十分之一的标准温度计一支、1ml 注射器4支、5ml 注射器1支。 2 、实验的试剂：无水甲醇、异丙醇。 四、实验步骤 1、开启超级恒温槽，调温至测定折射率所需温度25℃或30℃。 2、测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中，并将其露出部分中间
高效液相色谱法的标准操作规程 1 定义及概述： 1.1 高效液相色谱法是一种现代液体色谱法，其基本方法是将具不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶液作为流动相，用高压输液泵将流动相注入装有填充剂的色谱柱，注入的供试品被流动相带入柱内进行分离后，各成分先后进入检测器，用记录仪或数据处理装置记录色谱图或进行数据处理，得到测定结果。由于应用各种性质的微粒填料和加压的液体流动相，本法具有分离性能高、分析速度快的特点。 1.2 高效液相色谱法适用于能在特定填充剂的色谱柱上进行分离的药品的分析测定，特别是多组分药品的测定、杂质检查和大分子物质的测定。有的药品需要在色谱分离前或后经过衍生化反应，方能进行分离或检测。常用的色谱柱填充剂有：硅胶，用于正相色谱；化学键合固定相，根据键合的基团不同可用于反相或正相色谱，其中最常用的是十八烷基硅烷（又称ODS）键合硅胶，可用于反相色谱或离子交换色谱；凝胶或玻璃微球等填充剂是有一定孔径的大孔填料，用于排阻色谱。 1.3 高效液相色谱仪基本由泵、进样器、色谱柱、检测器和色谱数据处理组成。检测器最常用的为可变波长紫外检测器或紫外—可见检测器。色谱信息的收集和处理常用积分仪或数据工作站进行。梯度洗脱，可用两台泵或单台泵加比例阀进行程控实现。 2 高效液相色谱仪的使用要求： 2.1 按国家技术监督局国家计量检定规程汇编中“实验室液相色谱仪检定规程”的规定作定期检定，应符合规定。 2.2 仪器各部件应能正常工作，管路为无渗漏连结，流路中无堵塞或漏液，在设定的检测器灵敏度条件下，色谱基线噪音和漂移应能满足分析要求。 2.3 具体仪器在使用前应详细参阅各操作说明书。
华南师范大学实验报告 液相色谱分析混合样品中的苯和甲苯 一、实验目的 1、掌握高效液相色谱定性和定量分析的原理及方法； 2、了解高效液相色谱的构造、原理及操作技术。 二、实验原理 高效液相色谱由储液器，泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成，储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动，经过反复多次的吸附—解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪。 三、主要仪器和试剂 主要仪器：岛津液相色谱仪(LC-10AT)[配有紫外检测器，Phenomenex ODS 柱]； 10μL微量注射器 试剂：苯标准溶液：10.0μL/mL； 甲苯标准溶液：10.0μL/mL； 苯、甲苯混合标准溶液：10.0μL/mL； 甲醇：80% ； 苯和甲苯混合待测溶液； 四、实验步骤 1、标准溶液的配制系列 用100μL的微量注射器分别量取10μL、20μL、50μL、100μL的苯和甲苯的混合标准溶液（10.0μL/mL），再分别加入90μL、80μL、50μL、0μL甲醇将其稀释，作为待测液，其浓度分别为1μL/mL、2μL/mL、5μL/mL、10μL/mL 2、色谱条件优化 ①按操作规程开机，并调好色谱条件，使仪器处于工作状态。控制流动相流速为甲醇： 0.8mL/min、水：0.2 mL/min；柱温30℃；检测波长254nm；观察记录保留时间，通过软件分析两峰分离效果。 ②改变色谱条件，控制流动相流速为甲醇：0.95mL/min、水：0.05 mL/min；柱温30℃；检测波长254nm；观察记录保留时间，通过软件分析两峰分离效果。
高效液相色谱仪操作步骤： 1)．过滤流动相，根据需要选择不同的滤膜(0.45um)。 2)．对抽滤后的流动相进行超声脱气10-20分钟。 3)．打开HPLC工作站（包括计算机软件和色谱仪），连接好流动相管道，连接检测系统。 4)．进入HPLC控制界面主菜单，点击manual，进入手动菜单。 5)．有一段时间没用，或者换了新的流动相，需要先冲洗泵和进样阀。冲洗泵，直接在泵的出水口，用针头抽取。冲洗进样阀，需要在manual菜单下，先点击purge，再点击start，冲洗时速度不要超过10 ml/min。 6)．调节流量，初次使用新的流动相，可以先试一下压力，流速越大，压力越大，一般不要超过2000。点击injure，选用合适的流速，点击on，走基线，观察基线的情况。 7)．设计走样方法。点击file，选取select users and methods，可以选取现有的各种走样方法。若需建立一个新的方法，点击new method。选取需要的配件，包括进样阀，泵，检测器等，根据需要而不同。选完后，点击protocol。一个完整的走样方法需要包括：a.进样前的稳流，一般2-5分钟；b.基线归零；c.进样阀的loading-inject转换；d.走样时间，随不同的样品而不同。 8)．进样和进样后操作。选定走样方法，点击start。进样，所有的样品均需过滤。方法走完后，点击postrun，可记录数据和做标记等。全部样品走完后，再用上面的方法走一段基线，洗掉剩余物。 9)．关机时，先关计算机，再关液相色谱。 10)．填写登记本，由负责人签字。 注意事项： 1)．流动相均需色谱纯度，水用20M的去离子水。脱气后的流动相要小心振动尽量不引起气泡。 2)．柱子是非常脆弱的，第一次做的方法，先不要让液体过柱子。 3)．所有过柱子的液体均需严格的过滤。
高效液相色谱法测定邻苯二甲酸酯实验报告记录
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高效液相色谱法测定邻苯二甲酸酯 1553607胡艺蕾 实验时间：2017年4月1日实验温度：19.0 C 、实验目的 1、了解高效液相色谱仪的组成及其工作原理和基本操作。 2、对邻苯二甲酸酯进行分离和测定。 3、探究不同流动相及不同流动相比例对流速、柱压、保留时间及分离度的影响。 4、了解液相色谱法定量测定的原理。 二、实验原理 1、实验采用的反相液固吸附色谱法，其分离机理是：当流动相通过吸附剂时，在吸附剂（固体相）表面发生了溶质分子取代吸附剂上的溶剂分子的吸附作用。固体相为非极性分子，如十八烷基键合相，流动相为极性分子。 2、组分分子与吸附剂之间作用力的强弱决定它的保留时间。溶质分子官能团的性质和分子结构的空间效应都会影响其出峰的顺序。本次实验为邻苯二甲酸酯，其分子官能团都相同， 但由于DMP其官能团相邻的烷基较小，导致其保留值最小，因此出峰顺序为：DMP（邻苯二甲酸二甲酯）＞DEP邻苯二甲酸二乙酯）＞DBP（邻苯二甲酸二丁酯）。 3、在吸附色谱中，流动相的洗脱能力与溶剂的极性有关，极性越大，洗脱强度也越大。本次实验使用的三个流动相的极性大小为：水＞乙腈＞甲醇。通常选择二元混合溶剂作为流动相。 4、定量分析中，定量峰与其他峰之间的分离程度称为分离度 R: 通常用塔板数n来描述色谱的柱效: 三、实验仪器与试剂 1、仪器 Agilent1260高效液相色谱仪:
脱气机：真空室内半透膜管路，对流动相进行脱气四元泵：二元泵各控制一种溶剂可设置的流速范围：0.001 - 10 mL/min 0.001 mL/min 步进UV检测器：用于检测通过样品后的紫外光 类型：双光束光路设计 光源：氘灯波长范围：190 - 600 nm 手动进样器：进样20L 色谱柱：填料汁八烷（适合中性、弱酸碱） 4.6x 100mm, 3.5 1 m 2、试剂 流动相：纯水、甲醇、乙腈 样品：DMP、DEP DBP 四、实验步骤 1、开启电脑，开启脱气机、泵、检测器等的电源，启动软件。 2、预先脱气（直到导管中无气泡），设定波长：220nm。 3、设定流速、流动相比例等参数，选择合适的流动相。 4、进样阀柄置于“ LOAD',进样针用乙醇洗涤2-3次，取样，进样，将进样阀扳至 5、保存并处理数据。 五、实验结果 1、样品：DMP1:20水溶液201 L流动相的比例为：高纯水：30%乙腈：70%流速: “INJECT。 1.00ml/min 4
华南师范大学实验报告 液相反应平衡常数的测定 一、实验目的 （1）利用分光光度计测定低浓度下铁离子与硫氰酸根离子生成硫氰合铁络离子液相反应的平衡常数。 （2）通过实验了解热力学平衡常数与反应物的起始浓度无关。 二、实验原理 Fe3+与SCN-在溶液中可生成一系列络离子，并共存于同一个平衡体系中。当SCN-的浓度增加时，Fe3+与SCN-生成的络合物的组成发生如下的改变，而这些不同的络离子的溶液颜色也不同。 Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)3→Fe(SCN)4-→Fe(SCN)52-由图1可知，Fe3+与浓度很低的SCN-（一般应小于5×10-3mol/L）只进行如下反应。 Fe3++CNS-===Fe[CNS]2+ 即反应被控制在仅仅生成最简单的FeSCN3+。其平衡常数为 ① 图1.SCN-浓度对络合物组成的影响 由于Fe(SCN)2+是带颜色的，根据朗伯-比尔定律，消光值与溶液浓度成正比，试验时，只要在一定温度下，借助分光光度计测定平衡体系的消光值，从而计算出平衡时Fe[CNS]2+的浓度[FeCNS2+]e，进而再推算出平衡时Fe3+和CNS-的浓度[Fe3+]e和[CNS-]e。根据式①一定温度反应的平衡常数K c可求知。 实验时配置若干组（共4组）不同Fe3+起始浓度的反应溶液，其中第一组溶液的Fe3+是大量的，当用分光光度计测定反应也在定温下消光值E i时（i为组数），根据朗伯-比尔定理E1=K[FeCNS2+]1,e（K为晓光系数）② 由于1号溶液中Fe3+大量过量，平衡时CNS-全部与Fe3+络合（下标0表示起