仪器分析实验指导书

仪器分析实验指导书 化学教学部 衡林森 编 重庆邮电学院生物信息学院 2004年2月26日 前言 仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较特殊或复杂的仪器。它是分析化学的发展方向。仪器分析作为现代的分析测试手段，日益广泛地为许多领域内的科研和生产提供大量的物质组成和结构等方面的信息，因而仪器分析成为高等学校中许多专业的重要课程之一。 对于我们的学生来说，将来并不从事分析仪器制造或者仪器分析研究，而是将仪器分析作为一种科学实验的手段，利用它来获取所需要的信息。仪器分析是一门实验技术性很强的课程，没有严格的实验训练，就不可能有效地利用这一手段来获得所需要的信息。 通过实验教学可以加深对仪器分析方法原理的理解、巩团课堂教学的效果，这只是一方面；更重要的是．通过实验培养学生严格的实事求是的科学作风，独立从事科学实验研究，提出和解决问题的能力。良好的科学作风，独立工作的能力将会对学生的未来发展产生深远的影响。 理论可以指导实验，通过实验可以验证和发展理论。实验验证和发展理论的作用是以对实验现象的严密细心的考察和实验数据的科学分析为基础的，而高超熟练的实验技能是获得精密实验数据的必要和先决条件。一般说来，仪器分析实验特别是大型仪器分析实验，其特点是操作较复杂，影响因素较多，信息量大．需要通过对大量的实验数据的分析和图谱解析来获取有用的信息。这些特点，对培养学生理论联系实际、掌握和提高实验技能、分析推理能力是大有好处的。因此必须充分重视仪器分析实验课的教学。 由于实验室不可能购置多套同类仪器设备，一般多采用几人一组做仪器分析实验，对于大型分析仪器，让学生自己动手在仪器上做实验有困难的，也尽可能地安排了一些演示实验，或者对该仪器可能提供的分析信息做了必要的介绍。 学生在实验中应认真地观察实验现象，仔细地记录数据与分析结果，积极思考，注意手脑并用，善于发现和解决实验过程中出现的问题，养成良好的实验习惯。 写好实验报告是仪器分析实验的延续和提高。实验报告应包括：实验名称、实验日期、实验方法和原理、实验仪器类型与型号、主要实验步骤或主要实验条件、实验数据(图谱)及其处理以及结果、讨论等。对实验结果的分析与讨论是实验报告的重要部分，其内容虽无固定模式，但是可涉及诸如对实验原理的进一步深化理解，做好实验的关键及自己的体会，实验现象的分析和解释，结果的误差分析以及对该实验的改进意见等方面。以上内容学生都可就其中体会较深者讨论一项或几项。科学实践的经验告诉人们，实验中的“异常”情况的出现、往往是发现新的科学现象的先导、对实验中异常情况的深入分析和解释、有可能启发人们从中发现新的实验事实和苗头，获得意想不到的有价值的试验结果。因此，在实验过程中积极开动脑筋思考问题，在实验后深入进行分析和总结，是提高实验质量的重要环节。 目录 实验一 溶液PH值对苯酚、苯胺的紫外光谱的影响 1 实验二 紫外吸收光谱定性分析的应用 2 实验三 间甲苯甲酸的红外光谱测定 3 实验四 红外光谱对未知样品的定性分析 4 实验五 醛和酮的红外光谱 5 实验六 对羟基苯甲醚的核磁共振波谱（1H核）的测定 6 实验七 核磁共振定性分析 7 实验八 正二十四烷的质谱分析 8 实验九 气相色谱法测定酒中甲醇含量 9 实验十 高效液相色谱柱效能的测定 11 实验十一 用反相液相色谱法分离芳香烃 12 实验十二 火焰原子吸收光谱法测定自来水中的镁(标准加入法) 13 实验十三 荧光法测定铝（以8-羟基喹啉为络合剂） 14 实验一 溶液PH值对苯酚、苯胺的紫外光谱的影响 实验目的： 1、了解紫外分光光度计的仪器构造和基本操作方法； 2、巩固紫外分光光度法的基本原理与基础知识； 3、了解溶液PH值对苯酚、苯胺的紫外光谱的影响。 实验原理： 紫外—可见吸收光谱起源于分了中电子能级的变化，各种化合物的紫外—可见吸收光谱的特征也就是分子中电子在各种能级间跃迁的内在规律的体现。据此，我们可以对许多化合物进行定性、定量分析，深入认识有机化合物的结构。 苯具有环状共轭体系，在紫外区有三个吸收带，E1吸收带, 吸收峰184nm左右, max4.7x104；E2吸收带, 吸收峰203nm左右, max7.4x103，为中等强度吸收；B吸收带, 最大吸收峰在254nm左右, max230，吸收强度较弱，这些吸收带都是－跃迁所产生的。而当苯环上的氢被其它基团取代时，苯的吸收光谱会发生变化，复杂的B吸收带变得简单化，吸收峰也有所变化。溶剂的极性改变、溶液的PH值改变对溶质的紫外吸收峰的波长及形状也可产生影响。 实验内容： 1、仪器与试剂 （1）、日本岛津UV-2450紫外—可见分光光度计及软件； （2）、0.5cm石英比色皿； （3）、苯酚水溶液，苯酚氢氧化钠水溶液，苯胺水溶液，苯酚盐酸水溶液；溶液的合适浓度通过实验进行调整。 2、实验步骤 （1）、溶液的配制； （2）、打开电源，开启电脑，进入操作面板；打开光度计开关，双击面板上UVProve图标，进入UV页面；仪器自动自检，系统初始化完毕，进入标准工作栏； （3）、点击光谱→点击方法→设置参数→放进盛空白溶液的比色皿→点击基线→放入待测溶液→点击开始→得该试液的吸收曲线，打印吸收曲线。 3、实验数据及处理 根据实验获得的苯酚水溶液、苯酚氢氧化钠水溶液、苯胺水溶液和苯酚盐酸水溶液的紫外光谱，分析溶液PH值对苯酚、苯胺的紫外光谱的影响，并进行解释。 4、问题与讨论 （1）、同一物质，在PH不同的溶液中吸收光谱有何不同？为什么？ （2）、影响紫外吸收光谱的因素有哪些？ 实验二 紫外吸收光谱定性分析的应用 实验目的： 1、掌握紫外吸收光谱的测绘方法。 2、学会利用吸收光谱进行未知物鉴定的方法。 3、学会杂质检出的方法。 实验原理： 紫外吸收光谱为有机化合物的定性分析提供了有用的信息，其方法是将未知试样和标准品以相同浓度配制在相同的溶剂中，再分别测绘吸收光谱，比较两者是否一致，也可将未知试样的吸收光谱和标准图谱，如萨特勒紫外吸收光谱图相比较，如果吸收光谱完全相同，则一般可以认为两者是同一种化合物。但是，有机化合物在紫外区的吸收峰较少，有时会出现不同结构，只要具有相同的生色团，它们最大的吸收波长max相同，然而其摩尔吸光系数或比吸光系数E1cm 1% 值是有差别的，因此需利用max和 max处的或E1cm 1%等数据作进一步比较。 在没有紫外吸收峰的物质中检查含高吸光系数的杂质是紫外吸收光谱的重要用途之一，如乙醇中杂质苯的检查，只需测定256nm处有无苯的吸收峰即可。因为在这一波段，主成分乙醇无吸收。 在测绘比较用的紫外吸收光谱图时，应首先对仪器的波长准确性进行检查和校正，还必须采用相同的溶剂，以排除溶剂的极性对吸收光谱的影响，同时还应注意PH值、温度等因素的影响，在实际使用时，应注意溶剂的纯度。 实验内容： 1、仪器与试剂 （1）、日本岛津UV-2450紫外—可见分光光度计及软件； （2）、0.5cm石英比色皿； （3）、苯的乙醇溶液，苯酚水溶液，苯甲酸的乙醇溶液，对苯二酚水溶液。以上各已知标准物质溶液的合适浓度应通过实验情况进行调整。 2、实验步骤 （1）、已知芳香族化合物标准光谱的绘制 在一定的实验条件下，以相同的溶剂为参比，用0.5cm的比色皿，在一定的波长范围内扫描（或测绘）各已知标准物质的吸收光谱作为标准光谱。 各已知芳香族化合物标准光谱也可通过有关手册得到，但应注意实验条件的一致。 （2）、未知芳香族化合物的鉴定 A、称取0.100g未知芳香族化合物，用去离子水溶解后转入100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。实验前，稀释100倍使用。 B、用0.5cm的石英比色皿，，以去离子水作参比，在200-600nm波长范围内扫描测定未知芳香族化合物的吸收光谱（若使用无扫描功能的紫外可见分光光度计，测定时先每间隔20nm测量一次吸光度，然后每间隔10nm、5nm、2nm、1nm、0.5nm测量一次吸光度。总之，越靠近吸收峰。波长间隔应越小，以得到较准确的吸收曲线）。 (3)、乙醇中杂质苯的检出 用0.5cm的比色皿，以乙醇作参比，在220-280nm波长范围内测定乙醇试样的吸收光谱（吸收曲线）。 3、实验数据及处理 （1）、通过将未知芳香族化合物的吸收光谱与已知芳香族化合物的标准光谱进行比对，指出未知芳香族化合物可能为哪种物质。 （2）、将乙醇试样的吸收光谱与溶解在乙醇中苯的吸收光谱进行比较，指出乙醇试样中是否有苯存在。 4、问题与讨论 （1）、配制试样溶液浓度的大小，对吸光度测量值有何影响？在实验中应如何调整？ （2）、对已经初步确认的化合物纯品，再设计一个实验方案，对未知物作进一步鉴定。 实验三 间甲苯甲酸的红外光谱测定 实验目的： 1、学习用外光谱进行化合物的定性分析，了解间甲苯甲酸的红外光谱图； 2、掌握红外光谱分析时固体样品的压片法样品制备技术； 3、熟习红外分光光度计的工作原理及其使用方法。 实验原理： 1、将固体样品与卤化碱（通常是KBr）混合研细，并压成透明片状，然后放到红外光谱仪上进行分析，这种方法就是压片法。 2、在化合物分子中，具有相同化学键的原子基团，其基本振动频率吸收峰（简称基频峰）基本上出现在同一频率区域内，但同一类型原子基团，在不同化合物中，因所处的化学环境有所不同，基频峰频率会发生一定移动。因此掌握各种原子基团基频峰的频率及其位移规律，就可应用红外光谱来确定有机分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置。 3、由于氢键的作用，间甲苯甲酸通常以二分子缔合体的形式存在。只有在测定气态样品或非极性溶剂的稀溶液时，才能看到游离态间甲苯甲酸的特征吸收。用固体压片法得到的红外光谱中显示的是间甲苯甲酸二分子缔合体的特征。 实验内容： 1、仪器与试剂 （1）、日本岛津HIR-8700傅里叶红外光谱仪及HYPER-IR附件。KBr压片器及附件。 （2）、间甲苯甲酸（分析纯）、KBr（分析纯）。 （3）玛瑙研钵，烘箱。 2、实验步骤