《仪器分析实验》实验教学大纲

仪器分析实验实验教学大纲课程编号：课程学时：48学时（工） 学时（理） 课程学分：1.5学分适用专业（专业类）：工科各专业，理科化学专业一、 实验目的与任务：仪器分析实验课是化学化工各专业、材料、环化等科系学生的重要专业基础实验课。实验目的：仪器分析是测定物质化学组成、含量、形态、结构的重要手段，通过本课程的学习，使学生掌握常用的仪器分析方法，并初步具有应用此类方法解决相应问题的能力。实验任务：鉴于仪器分析内容非常广泛，即是分析测试方法，又是化学研究手段，因此，本课程的内容兼顾成分分析和结构分析；无机分析和有机分析。通过本课程教学，要求学生对常用的仪器分析方法，如红外光谱法、原子吸收光谱法，分子荧光光谱法、紫外可见吸收光谱法、，气相色谱法、液相色谱法、电位分析法等方法的基本原理、仪器结构有比较深入的了解，基本掌握各种常用的仪器的使用和操作方法，初步学会测试结果的分析处理和误差评估，并使学生的分析问题和独立解决实际问题的能力得到提高。对近代的一些仪器分析方法，如核磁共振波谱法、质谱法等，通过电化教学或参观使学生了解其一般原理和特点，以扩大学生对仪器分析方法的知识面。为了培养学生独立解决问题能力和创新精神，本课程还安排一次设计实验。实验室提供若干课题供学生选择，要求学生自己查阅文献，设计实验方案，选择分析方法，拟定实验步骤，独立完成实验，并对分析结果适当判断，分析结果的可靠性、误差、成本等。二、 实验项目基本情况一览表实验项目与学时分配一览表序号实验项目内容提要学时实验类型必开选开1绪 论（1） 仪器分析的实验内容、安排、考试方法和要求；（2） 仪器分析实验数据记录、图表处理、误差等实验报告要求。（3）仪器分析实验室安全、卫生、仪器损坏赔偿等规章制度。2演示必开2火焰原子吸收光谱法测定自来水中的镁掌握原子吸收光谱法原理、学习标准溶液和试样溶液配制；掌握原子吸收分光光度计构造、使用方法。定量方法和应用对象。*回收率测定、方法设计及计算。4验证必开3火焰原子吸收光谱法测定自来水中的钙掌握原子吸收光谱法原理、学习标准溶液和试样溶液配制；掌握原子吸收分光光度计构造、使用方法。定量方法和应用对象。*设计并选择适宜的试样溶液稀释倍数。4综合必开4邻二氮杂菲-亚铁络合物显色条件选择了解721型分光光度计基本结构与性能、使用方法和操作步骤。学习邻二氮杂菲-亚铁络合物显色方法和特点；掌握用分光光度法测定邻二氮杂菲-亚铁络合物的原理；学习选择与考察分光光度分析的实验条件；4验证必开5邻二氮杂菲-亚铁络合显色法测定Fe(II)含量及络和物摩尔比 掌握用分光光度法测定邻二氮杂菲-亚铁络合物的原理；掌握标准曲线法测定铁含量的方法；测定络合物摩尔比。4验证必开6高锰酸钾紫外吸收光谱定性扫描及数据处理 了解可见-紫外分光光度计基本结构与性能、使用方法和操作步骤。掌握紫外吸收光谱的绘制及解析。2验证必开7不同溶剂对紫外吸收光谱的影响学习紫外吸收光谱在有机化合物定性分析法。实验不同溶剂对吸收光谱的影响。4验证必开8聚苯乙烯红外光谱测定与解析掌握红外光谱法原理，学习红外光谱仪的工作原理、仪器构造和操作，练习红外谱图解析。4验证必开9苯甲酸红外光谱测定及谱图解析 学习固体样品的制样方法及IR光谱分析。在同样测试条件下，分别测定未知试样和已知标准试样谱图，然后加以对比分析鉴定。掌握红外光谱法在有机化合物结构定性分析的应用4综合必开10氟离子选择电极测定自来水中氟 用氟离子选择电极完成2种测试方法：采用工作曲线法和标准加入法测定自来水中氟离子含量，比较2种方法的测定结果并讨论。4验证必开11重铬酸钾电位滴定硫酸亚铁胺溶液掌握电位滴定方法原理，绘制滴定曲线，计算并比较不同介质中的条件电极电位值，计算亚铁含量。 4验证必开12维生素B2的荧光特性和含量测定 测绘奎宁的激发光谱和荧光光谱，在最佳激发波长和发射波长下，测量维生素B2荧光强度和其浓度的关系，绘制工作曲线，测出样品中维生素B2的含量。4验证必开13苯系物的气相色谱测定（气相色谱法）掌握气相色谱法原理，了解气相色谱仪的工作原理、仪器构造，进行常规实验操作练习，掌握内标法的原理及具体操作方法。根据谱图，计算相关定性、定量数据。4验证必开14用内标法分析白酒中杂质 用气相色谱法通过对大曲酒中某些杂质的确证掌握最常用简便的定性方法；通过对杂质的含量分析，最终要求学生用质量分数表示酒中杂质含量，相对误差控制在10%以内。4 验证选开15气相色谱柱的制备及评价固定相制备、色谱柱填装、老化和柱效评价。8 综合选开16高效液相色谱法测定人血浆中扑热息痛含量 要求得到扑热息痛标准及试样的HPLC图谱，指出样品中扑热息痛的标准工作曲线，其线性相关系数大于0.99，测出人血浆中扑热息痛的含量。4 综合选开17定量测定相互重叠的二元混合物的紫外吸收光谱得到两种未知浓度的混合物分别在不同最大吸光度值下的定波长吸光度测量值，计算两种被测混合物中高锰酸钾和重铬酸钾的各自含量4验证选开18分子荧光标准曲线法定量测量荧光素钠的含量得出测量的工作曲线、测量条件曲线以及未知待测试样的浓度和强度4验证选开19紫外-可见分光光度法测定苯甲酸理解常数pKa设计并得到4种不同介质苯甲酸溶液的定性扫描曲线光谱图和吸光度，计算苯甲酸在不同pH值下的苯甲酸的离解常数pKa4验证选开20二氯荧光素最大激发波长和最大发射波长的测定得到所测量的图谱、参数、最大激发波长和最大发射波长值4验证选开21二氯荧光素量子产率的测定得到待测试样和参比标准溶液各自的积分荧光强度图谱、数据和结果；得到待测试样和参比标准溶液各自的紫外吸光度值；计算最终的二氯荧光素溶液的量子产率数值4综合选开22双波长紫外分光光度法测定复方磺胺甲噁唑片剂的有效成分学会双波长等吸收点紫外分光光度法测定二元混合组分的方法，求出片剂中TMP的含量4验证选开23原子吸收光谱法测量人发中的微量元素学生自己查阅文献，进行文献总结，设计实验方案，选择分析方法，拟定实验步骤，独立完成实验，并对分析结果适当判断，分析结果的可靠性、误差、成本等。8设计选开24心得安药品中盐酸普洛萘尔的测定18设计选开25可乐、咖啡或茶叶中咖啡因的高效液相色谱法分析18设计选开26城市干道铅污染的分析18设计选开三、实验教学参考书、指导书1、仪器分析实验，张剑荣、万惠群、戚苓。科学出版社，北京，19992、仪器分析，万惠群、于俊生、史坚编，科学出版社，北京，20023、基础分析化学实验，北京大学化学系仪器分析教学组编，北京大学出版社，北京，19934、化学基础实验，孙尔康，吴琴缓等编，南京大学出版社，南京，19915、Skoog D H, Holler F J, Nieman T A, Principles of Instrumental Analysis, Fifth Edition,Philadelphia,19976、Sawyer D T, Heineman W R, Beebe J M, chemistry Experiments for Instrumental methods, John Wiley and Sons,Inc.1984四、说明1、本教学大纲从2004级学生开始使用。2、本课程开出时间为：大学二年级的两个学期3、在“实验项目基本情况一览表”中列出了26个实验项目以供选择，课程教学的总学时数必须达到工科仪器分析实验课程教学大纲规定的48学时。其中前13个实验项目为必选实验，适合工科各专业，后13个实验项目为选开实验，理科仪器分析实验根据学时选择选开实验中的内容。五、各实验项目说明实验一 绪 论1、 目的要求（1）熟悉仪器分析的实验内容、安排、考试方法和要求；（2）熟悉仪器分析实验数据记录、图表处理、误差等实验报告要求。（3）熟悉仪器分析实验室安全、卫生、仪器损坏赔偿等规章制度。2、 实验内容（1）指导教师讲解仪器分析的实验内容、安排、考试方法和要求；（2）指导教师讲解仪器分析实验数据记录、图表处理、误差等实验报告要求；（3）指导教师讲解仪器分析实验室安全、卫生、仪器损坏赔偿等规章制度；（4）学生自己清点本学期实验所需仪器。实验二 火焰原子吸收光谱法测定自来水中的镁1、 目的要求（1） 掌握原子吸收光谱法的基本原理；（2） 了解原子吸收分光光度计的主要结构及工作原理；（3） 学习原子吸收光谱法操作条件的选择；（4） 了解以回收率来评价分析方案准确度的方法。2、 实验内容（1） 仪器操作条件的选择选择燃气和助燃气比例以及燃烧器高度，以确定仪器的最佳操作条件。（2） 释放剂锶溶液加入量的选择（3） 绘制标准曲线：以镁含量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线（4） 测定自来水水样中镁的含量（5） 计算回收率实验三 火焰原子吸收光谱法测定自来水中的钙1、 目的要求（1） 通过对钙最佳测定条件的选择，了解与火焰性质有关的一些条件参数对钙测定灵敏度的影响；（2） 了解原子吸收分光光度计的基本结构和原理；（3） 掌握火焰原子吸收光谱分析的基本操作；加深对灵敏度、准确度、空白等概念的认识。2、 实验内容（1） 测试溶液的制备：配制浓度不同的Ca2+标准系列溶液；（2） 分析条件的选择：对燃烧器高度和助燃比这两个条件进行选择，得出最佳实验条件；（3） 制作校准曲线并测定未知样品：在最佳实验条件下，由稀到浓测定所配标准溶液的吸光度，画出校准曲线。然后在同样条件下测定未知样品的吸光度，在标准曲线上查出并计算未知样品中的钙的含量。实验四 邻二氮杂菲-亚铁络合物显色条件选择1、 目的要求（1）通过分光光度法测定铁的条件实验，学会如何选择分光光度分析的条件；（2）了解分光光度计的构造和使用方法；（3）掌握邻二氮杂菲分光光度法测定铁的原理和方法2、 实验内容（1）绘制吸收曲线（2）邻二氮杂菲-亚铁配合物的稳定性的测定（3）确定显色剂的最佳加入量（4）测定溶液酸度对配合物的影响实验五 邻二氮杂菲-亚铁络合显色法测定Fe(II)含量及络合物摩尔比1、目的要求（1）掌握用分光光度法测定邻二氮杂菲-亚铁络合物的原理；（2）掌握标准曲线法测定铁含量的方法。2、实验内容（1）标准曲线的绘制（2）测定未知液中铁的含量实验六 高锰酸钾紫外吸收光谱定性扫描及数据处理1、目的要求（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扫描实验操作方法。2、实验内容（1）移取一定量的高锰酸钾标准储备液（2）打开紫外-可见光谱仪主机进行仪器初始化，预热；（3）选择定性分析模式，定性扫描测量高锰酸钾的光谱图；（4）对获得的图谱和数据进行结果分析。实验七 不同溶剂对紫外吸收光谱的影响1、目的要求学习紫外吸收光谱在有机化合物中的定性分析法。2、实验内容（1）打开紫外-可见光谱仪主机进行仪器初始化，预热；（2）配置不同溶剂的溶液；（3）测定不同溶液的紫外吸收光谱；（4）对测定结果进行分析，得出不同溶剂对紫外吸收光谱的影响。实验八 聚苯乙烯红外光谱测定与解析1、目的要求（1）学习红外光谱仪的工作原理、仪器构造和操作；（2）初步训练对红外吸收光谱的解析。2、实验内容（1）样品的制备；（2）将制备好的样品插入样品架，测定红外光谱。实验九 苯甲酸红外光谱测定及谱图解析1、 目的要求（1）掌握溴化钾压片法测绘固体样品的红外光谱技术；（2）掌握红外光谱法在有机化合物结构定性分析的应用。2、实验内容（1）固体样品的制备：溴化钾压片法；（2）测绘苯甲酸的红外吸收光谱；（3）测定未知有机物的红外吸收光谱，根据测得的结果得出未知有机物的结构。实验十 氟离子选择电极测定自来水中氟1、目的要求（1）掌握电位法的基本原理。（2）学会使用离子选择电极的测量方法和数据处理方法。2、实验内容（1）配制不同浓度的氟标准溶液，绘制标准曲线；（2）取自来水水样，按“标准曲线的绘制”的方法测定得到的Ex值，再加入一定量的氟标准储备液，继续测定得到的E1。（3）比较工作曲线法和标准加入法测定自来水中氟离子含量的测定结果并讨论。实验十一 重铬酸钾电位滴定硫酸亚铁胺溶液1、目的要求（！）熟悉用K2Cr2O7滴定Fe（）过程中电池电动势（或电极电位）变化的规律，绘制电位滴定曲线，确定滴定终点并计算Fe（）溶液的浓度。（2）观察电位突跃与氧化还原指示剂变色的关系。（3）测定Fe3+Fe2+电对在不同介质中的条件电极电位。2、实验内容（1）用移液管准确移取一定量的 FeSO4(NH4)2SO4溶液于烧杯中，加入一定量的H2SO4、水和二苯胺磺酸钠指示剂，将饱和甘汞电极和铂电极插入溶液，放入铁芯搅拌子，开始摇动搅拌，纪录起始的电池电动势（mV）。然后以K2Cr2O7标准溶液滴定，并纪录和V K2Cr2O7对应的EMF值。直到产生电位突跃，突跃后以突跃点为对称点直至K2Cr2O7过量100。（并注意观察指示剂的变色）；（2）以HCl溶液替代上一次实验中所加入的H2SO4溶液,重复实验。（3）由以上实验数据绘制EMF- V K2Cr2O7曲线，确定终点（Vep），计算硫酸亚铁铵溶液的浓度。（4）在上述电位滴定曲线上找到与Vep2所对应的EMF值，此值与ESCE之和即为该介质中Fe3+Fe2+电对的条件电位E Fe3+Fe2+，并与文献值比较。实验十二 维生素B2的荧光特性和含量测定1、目的要求（1）学习荧光分析法的基本原理；（2）了解荧光光度计的构造，掌握其使用方法。2、实验内容（1）配制系列标准溶液；（2）绘制标准曲线；（3）未知试样的测定：测定未知样品的荧光强度，并从标准曲线上求得其原始浓度。实验十三 苯系物的气相色谱测定（气相色谱法）1、目的要求（1）了解气相色谱仪的使用方法；（2）掌握保留纸的测定方法；（3）掌握分离度、校正因子的测定方法和归一法定量原理。2、实验内容（1）注入一定量的苯系物样品，记录到达各个峰峰顶的时间； （2）用读数显微镜读出各个峰的半高峰宽；（3）代入公式计算出各组分的相对保留值、分离度和校正因子，并用归一法计算苯系物中给组分的质量分数。实验十四 用内标法分析白酒中杂质1、目的要求（1）了解气相色谱仪的使用方法；（2）掌握内标法定量的原理；（3）了解气相色谱法在产品质量控制中的作用。2、实验内容（1）通载气，启动仪器，设定色谱条件，待基线平稳后即可进样；（2）根据得到的谱线进行分析，得出白酒中杂质的含量实验十五 气相色谱柱的制备及评价1、目的要求（1）掌握色谱柱效能的评价指标、实验方法和进样技术；（2）掌握气相色谱填充柱的制备方法。2、实验内容（1）载体过筛：将载体通过一定目数的筛子，除去过细或过粗的筛分；（2）称取一定量的载体与固定液；（3）用静态法涂渍固定液；（4）对色谱柱进行试漏和清洗；（5）填装色谱柱；（6）把填好的色谱柱接到色谱仪上，开启载气，检查气密性；（7）色谱柱的老化：打开整机电源开关，使柱温达到100，通载气老化一小时，直至基线平直；（8）考察柱效能：测定理论板数、有效理论板数和分离度；（9）将柱温提高降低，考察温度对分离度的影响。实验十六 高效液相色谱法测定人血浆中扑热息痛含量1、目的要求（！）初步了解高效液相色谱仪的工作原理；（2）掌握用高效液相色谱法测定人血浆中扑热息痛的含量的方法。2、实验内容（1）准备试样，得到扑热息痛标准及试样的HPLC图谱；（2）得出样品中扑热息痛的标准工作曲线，其线性相关系数大于0.99；（3）测出人血浆中扑热息痛的含量。实验十七 定量测定相互重叠的二元混合物的紫外吸收光谱1、 目的要求（1） 了解紫外定量测量双组分混合物的基本原理；（2） 掌握用解联立方程组的方法对双组分混合物进行定量分析。2、实验内容（1）按要求移取所需的高锰酸钾标准储备液和重铬酸钾标准储备液；（2）按要求配制所需要检测的两种混合物溶液；（3）打开紫外-可见光谱仪主机进行一起初始化，预热5分钟；（4）设置横坐标和纵坐标，用叠加显示法在此范围内对5种锰盐溶液和5种铬盐溶液采取定性扫描法绘制其吸收光谱图，并且分别确定它们各自的最大吸收波长值max；（5）在步骤（4）操作中的同一屏幕上继续扫描2种混合物未知浓度溶液的叠加光谱图；（6）选用定量测量模式，在适宜条件下分别测定5种系列高锰酸钾标液和5种系列重铬酸钾标液各自在他们最大吸收波长值时的标准工作曲线；（7）选用定波长测量模式，分别测定两种不同配比的高锰酸钾和重铬酸钾混合物溶液各自在他们最大吸收波长值时的吸光度值。实验十八 分子荧光标准曲线法定量测量荧光素钠的含量1、目的要求（1）掌握荧光物质的标准曲线法定量测量含量的操作方法和原理；（2）了解分子荧光光谱定量分析与定性分析的特点及区别；（3）熟悉荧光光度计定量法测量软件的数据处理。2、实验内容（1）配制标准溶液系列；（2）打开计算机、打印机和荧光光度计，预热5分钟；（3）进行仪器初始化；（4）定量分析测量参数选择；（5）绘制二氯荧光素的标准工作曲线；（6）荧光素钠未知待测样的含量测定。实验十九 紫外-可见分光光度法测定苯甲酸理解常数pKa1、目的要求（1）掌握测定不同pH值条件下的苯甲酸的吸光度并通过计算公式求算出它的离解常数的原理和方法；（2）熟悉用紫外-可见分光光谱分析法在研究离子平衡中的应用。2、实验内容（1）配制一定浓度的苯甲酸溶液；（2）按要求配制4种加入不同介质的待检测苯甲酸工作溶液；（3）打开紫外-可见光谱仪主机进行仪器初始化，预热5分钟；（4）用pH计测定以上4种不同介质苯甲酸溶液的pH值；（5）选择定性分析模式，选择横坐标和纵坐标以及相关参数，对以上4种不同介质的苯甲酸溶液绘制其紫外定性吸收扫描光谱谱图和最大吸光度值。实验二十 二氯荧光素最大激发波长和最大发射波长的测定1、目的要求（1）掌握二氯荧光素最大激发波长和最大发射波长的测量方法；（2）学会辨别荧光物质的分子荧光峰和拉曼散射峰；（3）熟悉荧光光度计的定性扫描方法及定性测量软件数据处理操作。2、实验内容（1）配制一定浓度的二氯荧光素溶液，准备好实验所需的器皿工具；（2）打开计算机、打印机和荧光光度计主机，预热5分钟；（3）对荧光光度计进行初始化；（4）选择定性扫描模式，设定测量参数，通过叠加的三份谱图分析和确定二氯荧光素的荧光发射峰，最后确定最大发射波长值；（5）将（4）确定的最大发射波长值设置到激发光谱类型中，测量其二氯荧光素的最大激发波长值。直到激发光谱和发射光谱中的峰高呈大同小异的等高状态为止；（6）比较各扫描图，根据荧光峰不随激发波长改变而移位的特性，排除杂峰，确定荧光峰的波长范围及其最大荧光发射峰峰值。实验二十一 二氯荧光素量子产率的测定1、目的要求（1）了解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；（3）熟悉用荧光光谱仪进行积分面积计算的操作步骤。2、实验内容（1）移取一定量的一定浓度的二氯荧光素溶液和罗丹明B溶液，准备好实验所需的器皿工具；（2）打开计算机、打印机和荧光光度计主机，预热5分钟；（3）打开氙灯、荧光仪图标进行仪器初始化；（4）测量待测试样和参比标准物质的积分荧光强度。选择定性模式，确定测量参数，测量二氯荧光素的发射光谱图，确定二氯荧光素待测溶液的积分荧光强度。在用于二氯荧光素相同参数测量参比标准溶液罗丹明B的积分荧光强度。（5）打开紫外光谱仪主机进行初始化并且稳定5分钟；（6）测量待测试样和参比标准物质的最大吸光度，采用与（4）相同的激发波长值，在紫外光谱仪上，一定波长测量模式测量待测试样二氯荧光素溶液和参比标准溶液的吸光度ABS。实验二十二 双波长紫外分光光度法测定复方磺胺甲噁唑片剂的有效成分1、目的要求（1）学习双波长等吸收点紫外分光光度法测定二元混合组分的方法；（2）学习药物片剂分析试样制备方法。2、实验内容（1）准备试样；（2）磺胺甲噁唑的测定；（3）甲氧苄啶含量的测定，并求出片剂中TMP的含量。实验二十三实验二十六 设计实验1、目的要求（1）根据实验题目，学生自己查阅文献，进行文献总结；（2）设计实验方案，选择分析方法，拟定实验步骤，独立完成实验；（3）对分析结果适当判断，分析结果的可靠性、误差、成本等。