下载文档原格式
仪器分析讲义绪论(Introduction)仪器分析是化学类专业必修的基础课程之一。
通过本课程的学习，要求学生把握经常使用仪器分析方式的原理和仪器的简单结构；要求学生初步具有依照分析的目的，结合学到的各类仪器分析方式的特点、应用范围，选择适宜的分析方式的能力。
分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学。
它包括化学分析和仪器分析两大部份。
化学分析是指利用化学反映和它的计量关系来确信被测物质的组成和含量的一类分析方式。
测按时需利用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。
它是分析化学的基础。
仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础成立起来的一种分析方式，测按时，常常需要利用比较复杂的仪器。
它是分析化学的进展方向。
仪器分析与化学分析不同，具有如下特点：（1）灵敏度高，检出限量可降低。
如样品用量由化学分析的ml、mg级降低到仪器分析的µL、µg级，乃至更低。
它比较适用于微量、痕量和超痕量成份的测定。
（2）选择性好。
很多仪器分析方式能够通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测按时，彼其间不产生干扰。
（3）操作简便、分析速度决,易于实现自动化。
（4）相对误差较大。
化学分析一样可用于常量和高含量成份的分析，准确度较高，误差小于千分之儿。
多数仪器分析相对误差较大，一样为5％，不适于常量和高含量成份的测定。
（5）需要价钱比较昂贵的专用仪器。
§1-1.仪器分析方式的内容和分类(Classification of Instrumental Analysis)分类:1.光学分析法以物质的光学性质为基础的分析方式(1) 分子光谱: 红外吸收可见和紫外分子荧光拉曼光谱(2) 原子光谱: 原子发射AES 原子吸收AAS 原子荧光AFS(3) X射线荧光: 发射吸收衍射荧光电子探针(4) 核磁共振顺磁共振2.电化学分析法溶液的电化学性质用于确信物质化学成份的方式(1)电导法:电导分析法电导确信物质的含量电导滴定法溶液的电导转变确信容量分析的滴定终点。
现代环境仪器分析实验讲义武汉大学资源与环境科学学院环境科学系编2007年4月目录实验一武汉市主要地表水体中PPCPs的检测实验二极谱法测定水中重金属离子Cd2+、Zn2+和抗坏血酸（VC）及电极反应速率常数实验三火焰原子吸收分光光度法测定水中Cu2+含量实验四紫外光谱实验-吸收光谱的测定及溶剂效应实验五红外吸收光谱实验：透射谱与反射谱的测定实验六工作场所空气中铍及其化合物的荧光法测定实验一武汉市主要地表水体中PPCPs的检测一、实验目的本实验针对我国实际应用的药物情况，就PPCPs 中几种主要的类别（如抗生素和环境激素）在武汉部分水体中的浓度情况进行检测。
检测的主要对象是我国应用较广泛的几种典型的抗生素和雌激素。
通过上述实验内容达到以下教学目的：1．掌握水样中痕量有机污染物测试的基本流程；2．学习使用固相萃取和K－D浓缩器；3．学习GC与LC的基本结构与使用方法；4．了解GC/MS和LC/MS分析数据的处理方法。
二、实验原理痕量有机污染物通过固体吸附剂富集，然后被小体积有机溶剂洗脱，体积变化后，使得有机物浓度得到较大提高，然后对洗脱液通过K－D浓缩器减小体积从而进一步提高待测样品中有机污染物的浓度，以满足分析仪器的检测限要求。
色谱分离以及质谱检测的原理参考其他教科书。
三、实验材料与仪器设备1．实验材料SPE吸附小柱（HLB和C18）、普通滤纸、0.45μm滤膜、H 2SO4、甲醇、乙腈、正己烷、二氯甲烷、三氟乙酸酐(TFA)、吡啶、MSTFA(N-甲基-N-三甲基硅基-三氟乙酰胺)、超纯水、N2气。
2．仪器设备固相萃取装置（IST公司）、K－D浓缩器、GC/MS (Thermo Finnigan Trace DSQ)；LC/MS(Agilent 1100 LC/MSD SL)四、实验步骤（一）对于抗生素类（大致7种）1．采样初步定下采样点的大致位置：东湖、二桥、府河、龙王庙、杨泗、月湖、宗关、南太子湖、墨水湖、龙阳湖、南湖；在排污口的上下游还可以采样做对比。
《仪器分析》实验讲义制药与生命科学学院2008前言仪器分析是分析科学的重要组成部分，近半个世纪以来，随着现代物理学、电子学、计算机科学的快速发展，仪器分析有了突飞猛进的发展。
分析测定的灵敏度、准确性大大提高，分析测定的对象日益扩大，分析测定的自动化程度极大地提高。
因此，仪器分析在各个领域的应用越来越多，学好仪器分析，可为将来的科学研究打下良好的基础。
仪器分析课程的教学既要使学生获得扎实的理论和技能基础，又要紧跟国内外学科发展的要求。
实验课教学是仪器分析课程的重要组成部分，旨在引导学生将理论联系实际，提高动手能力，培育创新精神。
本仪器分析实验指导中精选了紫外-可见分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法等分析方法的典型实验。
总则1、检验方法中所采用的名词及单位制均应符合国家规定的标准。
2、检验方法中所使用的水，在没有注明其他要求时，系指其纯度能满足分析要求的蒸馏水或去离子水。
3、检验方法中所使用的砝码、滴定管、移液管、容量瓶、刻度吸管及分光光度计等均须按国家有关规定及规程进行校正。
4、液体的滴，系指蒸馏水至标准管流下的一滴的量，在20℃时20滴相当于lmL。
5、化学试剂的等级标志和符号化学试剂在瓶签上注明的等级、标志、符号及瓶签颜色都是按国家统一标准规定的。
见下表。
我国化学试剂的等级标志但是，近年来由于化学试剂的品种规格发展繁多，其他规格的试剂包装颜色各异，主要应根据文字和符号来识别化学试剂的等级。
6、试剂分级标准 "按国家统一标准，规定了各级化学试剂的纯度及杂质含量。
实验室最常见的试剂规格为:基准试剂是一类用于标定容量分析标准溶液的标准参考物，可精确称量后直接配制标准溶液。
主成分含量一般99.95%～100.05%，杂质含量略低于一级品或与一级品相当。
优级纯为一级品，又称保证试剂，成分高，杂质含量低，主要用于精密的科学研究和测定工作。
分析纯为二级品，质量略低于优级纯，杂质含量略高，主要用于一般的科学研究和重要的测定。
第六部分仪器分析实验仪器分析方法汇集了化学、物理学、仪表电子学、数学和计算机科学等学科的最新成就，已由单纯提供分析测试数据上升到从原始的分析测试数据或现场分析测试信号中最大限度地获取有价值的静态和动态物质信息，来解决自然科学各个研究领域中的关键问题，已成为自然科学研究领域中物质的信息科学。
因此，仪器分析实验是化学类、生物科学类、环境科学类等本科学生的一门基础课程。
仪器分析实验的主要目的是：通过仪器分析实验，使学生加深对有关仪器分析方法基本原理的理解，掌握常用仪器分析方法（光学、电化学、色谱法等）的基本知识和技能；学会正确地使用分析仪器，合理地选择实验条件；正确处理数据和表达实验结果；培养严谨的科学态度和实事求是、一丝不苟的科学作风和科学工作者应有的基本素质；要求学生了解仪器分析发展的新方法，新动向，从而在解决实际问题时具有会选择适宜测量方法的能力。
为了达到上述目的，在实施仪器分析教学时，要求学生做到：1、课前认真预习，仔细阅读仪器分析实验教材，了解分析方法和分析仪器工作的基本原理、仪器主要部件的功能、操作程序和应注意的事项。
2、正确使用仪器。
未经老师允许不得随意开动或关闭仪器，更不得随意旋转仪器旋钮、改变仪器的工作参数等。
详细了解仪器的性能，防止损坏仪器或发生安全事故。
3、在实验过程中，要认真地学习有关分析方法的基本技术；要细心观察实验现象和仔细记录实验条件和分析测试的原始数据；学会选择最佳的实验条件；积极思考，培养良好的实验习惯和科学作风。
4、爱护实验的仪器设备。
实验中如发现仪器工作不正常，应及时报告老师处理。
5、认真写好实验报告。
实验报告应简明，图表清晰。
实验报告内容包括实验题目、日期、原理、仪器名称及型号、主要仪器的工作参数、简要步骤、实验数据或图谱、实验中的现象、实验数据分析和结果处理、问题讨论等。
实验6-1紫外可见分光光度法检测柔红霉素一、实验目的1、学习UV2550的操作。
2、了解紫外可见分光光度法测定药物的基本原理。
仪器分析实验讲义武汉大学药学院目录仪器分析实验注意事项 (1)实验一色氨酸紫外吸收光谱定性扫描及定量分析 (2)实验二不同物态样品红外透射光谱的测定 (3)实验三二氯荧光素量子产率的测定 (5)实验四核磁共振波谱法测定乙基苯的结构 (7)实验五循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程 (9)实验六气相色谱定量分析 (12)实验七高效液相色谱法分离巴比妥与苯巴比妥 (15)实验八毛细管区带电泳（CZE）分离硝基苯酚异构体 (165)实验九液相色谱－质谱联用技术测定饮用水中一氯酚异构体 (19)实验十饮料中咖啡因含量的测定（设计实验） (20)仪器分析实验注意事项1.实验前必须详细预习实验讲义，明了实验目的、原理方法及操作步骤。
2.要听从老师的指导，严格按照实验步骤进行，切勿随意乱动。
3.实验中所遇难题，应先独立思考，再与指导老师共同讨论研究。
4.必须如实记录观察到的现象和实验数据。
5.保持实验环境和仪器的清洁整齐。
6.必须遵守实验室的规则：(1)确保人身安全，使用强酸、强碱、有毒试剂时尤其要细心。
(2)室内不得高声谈笑，必须保持安静的实验环境。
(3)按时到实验室，不迟到，不早退。
(4)爱护仪器，不浪费药品，节约水电，遵守实验室的安全措施。
(5)滤纸、火柴棒、碎玻璃等应投入废物缸，切勿丢入水池内。
(6)各组及同学之间应相互协作，合理安排实验时间及实验内容。
(7)每次实验后由班长安排同学轮流值日，值日要负责当天实验室的卫生，安全和一些服务性工作。
最后离开实验室时，应检查水、电、门窗等是否关闭。
(8)对实验的内容和安排不合理的地方可提出改进意见。
对实验中出现的一切反常现象应进行讨论，并大胆提出自己的看法，做到生动活泼，主动地学习。
(9)实验室禁止吸烟。
实验一色氨酸紫外吸收光谱定性扫描及定量分析一、实验目的1．了解紫外-可见光谱定性分析原理。
2．掌握紫外-可见光谱定性图谱数据的处理方法。
3．熟悉紫外-可见光谱分析仪的定性、定量扫描实验操作方法。
仪器分析实验讲义武汉大学药学院目录仪器分析实验注意事项 (1)实验一色氨酸紫外吸收光谱定性扫描及定量分析 (2)实验二不同物态样品红外透射光谱的测定 (3)实验三二氯荧光素量子产率的测定 (5)实验四核磁共振波谱法测定乙基苯的结构 (7)实验五循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程 (9)实验六气相色谱定量分析 (12)实验七高效液相色谱法分离巴比妥与苯巴比妥 (15)实验八毛细管区带电泳（CZE）分离硝基苯酚异构体 (165)实验九液相色谱－质谱联用技术测定饮用水中一氯酚异构体 (19)实验十饮料中咖啡因含量的测定（设计实验） (20)仪器分析实验注意事项1.实验前必须详细预习实验讲义，明了实验目的、原理方法及操作步骤。
2.要听从老师的指导，严格按照实验步骤进行，切勿随意乱动。
3.实验中所遇难题，应先独立思考，再与指导老师共同讨论研究。
4.必须如实记录观察到的现象和实验数据。
5.保持实验环境和仪器的清洁整齐。
6.必须遵守实验室的规则：(1)确保人身安全，使用强酸、强碱、有毒试剂时尤其要细心。
(2)室内不得高声谈笑，必须保持安静的实验环境。
(3)按时到实验室，不迟到，不早退。
(4)爱护仪器，不浪费药品，节约水电，遵守实验室的安全措施。
(5)滤纸、火柴棒、碎玻璃等应投入废物缸，切勿丢入水池内。
(6)各组及同学之间应相互协作，合理安排实验时间及实验内容。
(7)每次实验后由班长安排同学轮流值日，值日要负责当天实验室的卫生，安全和一些服务性工作。
最后离开实验室时，应检查水、电、门窗等是否关闭。
(8)对实验的内容和安排不合理的地方可提出改进意见。
对实验中出现的一切反常现象应进行讨论，并大胆提出自己的看法，做到生动活泼，主动地学习。
(9)实验室禁止吸烟。
实验一色氨酸紫外吸收光谱定性扫描及定量分析一、实验目的1．了解紫外-可见光谱定性分析原理。
2．掌握紫外-可见光谱定性图谱数据的处理方法。
3．熟悉紫外-可见光谱分析仪的定性、定量扫描实验操作方法。
二、基本原理紫外-可见光谱是用紫外-可见光的物质电子光谱，它研究产生于价电子在电子能级间的跃迁，研究物质在紫外-可见光区的分子吸收光谱。
当不同波长的单色光通过被分析的物质时能测得不同波长下的吸光度或透光率，以ABS为纵坐标对横坐标波长λ作图，可获得物质的吸收光谱曲线。
一般紫外光区为190 ~ 400nm，可见光区为400 ~ 800nm。
紫外吸收光谱的定性分析为化合物的定性分析提供了信息依据。
虽然分子结构各不相同，但只要具有相同的生色团，它们的最大吸收波长值就相同。
因此，通过对未知化合物的扫描光谱、最大吸收波长值与已知化合物的标准光谱图在相同溶剂和测量条件下进行比较，就可获得基础鉴定。
参与蛋白质组成的20种氨基酸，在可见光区都无光吸收；在紫外光区只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸具有光吸收能力，其中以色氨酸吸收紫外光的能力最强，色氨酸、酪氨酸最大紫外吸收峰在280nm。
因此，可以根据它们的紫外吸收光谱特征，在紫外-可见光谱分析仪的定性测量模式中通过光谱扫描测量其吸光度-波长的图谱，对它进行准确可靠的定性鉴别。
蛋白质在280nm处有特征性的最大吸收峰是由它所含有的色氨酸和酪氨酸所引起的。
利用这一性质可测定蛋白质的含量。
三、实验方法1．配置20μg·mL-1色氨酸标准溶液。
2．打开紫外-可见光谱仪，初始化仪器，预热5min。
3．定性扫描：在应用菜单中选择定性分析模式，在配置菜单中设置好需要的横坐标（波长值）扫描范围200 ~ 400nm和纵坐标（ABS或％T值）0~ 1ABS记录范围以及扫描。
4．定量分析：定波长扫描。
将波长设定，改变分析物的浓度，可得不同的ABS值，据此可达定量测定的目的。
5．不同的仪器型号参照不同的使用说明。
四、结果处理1．确定色氨酸在不同波长时的最大波长峰值。
2．固定波长扫描，绘制定量测量的工作曲线，计算未知浓度。
五、思考题1.综述紫外吸收光谱分析的基本原理。
2.影响紫外光谱定性扫描的各种因素有哪些？3.根据自己所学知识，总结紫外吸收光谱分析在生物医药方面有哪些应用？实验二不同物态样品红外透射光谱的测定一、实验目的1.了解红外光谱仪的基本组成和工作原理。
2.掌握红外光谱分析时各种物态试样的制备及测试方法。
3.熟悉化合物不同基团的红外吸收频率范围，学会用标准数据库进行图谱检索及化合物结构鉴定的基本方法。
二、基本原理红外光谱分析是研究分子振动和转动信息的分子光谱。
当化合物受到红外光照射，化合物中某个化学键的振动或转动频率与红外光频率相当时，就会吸收光能，并引起分子永久偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应频率的透射光强度减弱。
分子中不同的化学键振动频率不同，会吸收不同频率的红外光，检测并记录透过光强度与波数（1/cm）或波长的关系曲线，就可得到红外光谱。
红外光谱反映了分子化学键的特征吸收频率，可用于化合物的结构分析和定量测定。
根据实验技术和应用的不同，我们将红外光划分为三个区域：近红外区（0.75~2.5 μm；ν：13158~4000），中红外区（2.5~25 μm；ν：4000~400）和远红外区（25~1000 μm；ν：400~10）。
分子振动伴随转动大多数在中红外区，一般的红外光谱都在此波数区间进行检测。
红外光源傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录系统五部分组成。
红外光经迈克尔逊干涉仪照射样品后，再经检测器将检测到的信号以干涉图的形式送往计算机，进行傅里叶变换的数学处理，最后得到红外光谱。
三、实验方法1.样品的制备a固体样品的制备。
（L-酪氨酸压片）(1)溴化钾压片。
取约1mg固体试样于干净的玛瑙研钵中，在红外灯下研磨成细粉，再加约200 mg干燥溴化钾粉末一起研磨，直至二者完全混合均匀（颗粒约为2 μm以下）。
取出压片模具，将一压舍光面向上放入模芯中，套上套环，用样品勺将样品小心加入模具中，堆积均匀，另取一压舌光面向下放入模芯中，稍加压力使样品铺平，盖上罩子。
把装好的模具放在油压机上，关闭气压阀，手动加压直至压力表指示约为400kgf时，停止加压，保持1~3min后放气泄压。
取出模具，将样品脱模，得一透明圆片，用小镊子将其放在试样架上，插入检测池测定红外光谱图。
(2)液体石蜡研糊。
取2~3mg固体试样于干净的玛瑙研钵中研细，滴加1~2滴液体石蜡后，充分研磨混匀呈糊状，在红外灯下干燥，取出样品架和溴化钾（或氯化钠）盐片，将研磨好的样品用不锈钢勺刮到盐片上，涂匀后压上另一盐片，装入样品架下面板，位置调整适当后，插入上面板，将样品架的对角用螺丝旋紧固定，然后插入检测池测定红外光谱图。
(3)薄膜法（多用于高分子化合物的测定）。
通常将试样热压成膜，将膜夹在两盐片之间，放入样品架固定，测定其红外图谱（薄膜样品可直接采用此法测定）。
也可将聚合物溶于适当的溶剂中（浓度为1％~20％），然后将溶液滴在盐片上摊匀，在红外灯下使溶剂逐渐挥发成膜后，盖上另一盐片，装入样品架固定，插入检测池测定红外光谱图。
b液体样品的制备。
（水杨酸甲酯）液膜法：对于高沸点、低粘度的样品，可将样品直接滴在盐片上，盖上另一盐片；对于粘度较大的样品，用不锈钢勺将少许样品涂在盐片表面，在红外灯下烘烤，将样品刮匀，盖上另一盐片，使两盐片之间形成一定厚度的液膜，装入样品架固定，插入检测池测定红外光谱图。
对于低沸点易挥发的样品，应采用封闭式液体池检测。
c气体样品的制备。
取出气体进样槽，打开进样槽两活塞中任意一个，将其与真空泵相连接；打开真空泵，抽出空气槽内原有的空气，关闭抽气活塞及油泵开关。
将气体样品接入样槽任意一个人口，打开活塞注样，气体样品吸收峰强度的大小是通过调整气槽内样品压力实现的，因此在注样时，可将气槽另一入口和压力计相连，使气槽压力控制在所需范围内进行检测。
2.样品检测将预先制备好的样品插入样品架，记录红外图谱。
四、注意事项1.溴化钾样品的浓度和片的厚度应适当，在样品研磨、放置的过程中应该特别注意干燥。
2.切不可用手触摸氯化钠、溴化钾盐片表面；用丙酮清洗盐片，用镜头纸或脱脂棉擦拭后，放入干燥器中保存。
3.液体样品制备前应干燥除水，水溶液应使用CaF2或BaF2窗片；腐蚀性样品切不可用常规盐片制备。
五、数据处理1.采用常规图谱处理功能，对所测图谱进行基线校正及适当的平滑处理，标出主要吸收峰的波数值，储存数据。
2.判别官能团的归属。
3.归纳不同化合物中相同基团出现的频率范围。
六、思考题1.为什么溴化钾压片制样容易造成图谱倾斜，而液体和薄膜样品却没有这种现象？2.区别饱和碳氢与不饱和碳氢的主要标志是什么？有机酸、苯环的光谱特征是什么？实验三二氯荧光素量子产率的测定一、实验目的1.了解荧光分析法及测量荧光物质的荧光量子产率的基本原理。
2. 掌握二氯荧光素量子产率的测量方法和相关影响因素。
二、基本原理荧光分析法在有机电致发光、生物医药、临床诊断等领域得到广泛应用。
高性能荧光材料的制备已成为这些领域的研究热点与前沿，而这些荧光材料的荧光量子产率的高低直接影响它们的性能优劣。
荧光量子产率（Y F ）即荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与所吸收的激发光的光子数之比值。
它的数值在通常情况下总是小于1。
Y F 的数值越大则化合物的荧光越强，而无荧光的物质的荧光量子产率却等于或非常接近于零。
荧光量子产率一般采用参比法测定。
即在相同激发条件下，分别测定待测荧光试样和已知量子产率的参比荧光标准物质两种稀溶液的积分荧光强度（即校正荧光光谱所包括的面积）以及对一相同激发波长的入射光（紫外-可见光）的吸光度，再将这些值分别代入特定公式进行计算，就可获得待测荧光试样的量子产率：Y u = Y s ·Fs Fu ·Au AsY u 、Y s —待测物质和参比标准物质的荧光量子产率；F u 、F s —为待测物质和参比物质的积分荧光强度；A u 、A s —为待测物质和参比物质在该激发波长的入射光的吸光度（A=εbc ）。
运用此公式时一般要求吸光度A s 、A u 低于0.05。
参比标准样最好选择其激发波长值相近的荧光物质。
有分析应用价值的荧光化合物的Y u 一般常在0.1-1之间。
三、实验方法1. 配制二氯荧光素（0.25μg·mL -1）待测试样溶液(含1.0mol·L -1 NaOH 水溶液)，罗丹明B （0.25μg·mL -1）参比标准溶液（溶剂为无水乙醇）；2. 打开分子荧光光谱仪和紫外－可见分光光度计；3. 移取所需浓度的二氯荧光素与罗丹明B 溶液，用相应溶剂稀释至10.0 mL（A 505nm <0.05），在紫外－可见分光光度计上测定其吸收光谱曲线；分别测定它们在505 nm 处的吸光度。
