现代检测分析技术

《近代分析测试技术》实验指导书

戴竹青编

环境与安全工程学院实验中心

实验要求

1认真预习

实验前要认真预习实验教材，并复习与实验有关的理论。通过预习，明确实验目的，领会实验原理，了解实验步骤和注意事项，做到心中有数。实验前先写好报告中的部分内容，设计好表格，以便实验时及时、准确地进行记录。

2 做好实验

遵守操作规程，不要为了“方便”、“省事”而不按规范进行操作。仔细观察实验现象并及时记录。实验中不要匆忙赶进度，要善于思考，要学习运用有关的理论解释实验中的问题，如有疑惑，可与指导教师讨论或写入实验报告中。要保持实验桌和整个实验室的整洁。

3 写好实验报告

实验报告要求整洁、条理清晰、简明扼要。

实验报告包括两个部分：预习报告和正式报告。

预习报告进入实验室前应该写好。预习报告包括2个内容：实验步骤、原始纪录表格。

正式报告在实验完成后书写，内容包括：

（1）实验名称、操作者姓名、学号、同组者、实验日期。

（2）实验目的、实验原理。

（3）主要试剂和仪器。

（4）操作步骤。

（5）实验记录。包括原始数据表格、实验数据以及实验中出现的各种现象。

（6）结果和讨论。包括实验数据处理和计算，实验结果和结论，本次实验不足之处、收获或建议。

（7）思考题。

学生实验课成绩的评定，包括以下几种因素：（1）实验态度；（2）实验基本操作；（3）实验结果（准确度和精密度）；（4）实验报告表达；（5）整洁。

目录

实验一气相色谱中色谱柱柱效能的测定-----------------------------------------------3 实验二气相色谱定性定量参数的测定--------------------------------------------------8实验三液相色谱法测定甲苯含量-------------------------------------------------------12 实验四水中己内酰胺的测定-------------------------------------------------------------15 实验五有机化合物的紫外吸收光谱及溶剂效应------------------------------------18实验六紫外吸收光谱法检查物质纯度-------------------------------------------------19 实验七原子吸收光谱法测定自来水中钙含量----------------------------------------22 参考文献----------------------------------------------------------------------------------------29

实验一 气相色谱柱柱效能的测定

1实验目的

(1)了解气相色谱仪的基本结构、工作原理与操作技术； (2)学习色谱柱柱效能的测定方法；

(3)掌握理论塔板数及理论塔板高度的计算方法。 (4)掌握分离度的计算方法。 2实验原理

色谱柱的柱效能(柱效)是评价色谱柱性能的一项重要指标，混合物能否在色谱柱中得到分离，除取决于选择合适的固定液(相)外，还与色谱操作条件等因素有关。在一定的色谱操作条件下，色谱柱的柱效可用理论塔板数或理论塔板高度来衡量。一般说来塔板数愈多，或塔板高度愈小，色谱柱的分离效能愈好。

它们的计算公式为：

2

2

1/25.5416R R t t n Y Y ????

== ? ?????

L H n

=

式中 t R ――组分的保留时间； Y 1/2――色谱峰的半峰宽度；

Y ――色谱峰的峰底宽度； L ――色谱柱长度。

由于各组分在固定相和流动相之间分配系数不同，因而同一色谱柱对各组分的柱效也不相同，所以在报告n 时，应注明对何种组分而言。

2个相邻色谱峰的分离度由下式计算：

21)21

1212

2(()/2R R R R s t t t t R Y Y Y Y --=

=

++ 当Rs=1时，相邻的两组分能实现“很好”的分离，此时两色谱峰之间的距离为2σ，重叠部分2%，Rs=1.5时，相邻的两组分能实现“基线”的分离，重叠部分小于1%。当Rs<1时，增加柱长、减少进样量，提高进样技术防止造成两次进

样，降低载气流速，降低色谱柱温度，提高汽化室温度，选择合适的分流比等色谱条件改变均可以增加分离度

3仪器与试剂

3.1 仪器

气相色谱仪GC2010带FID检测器

氢气钢瓶

空气钢瓶

氮气钢瓶

微量进样器10 μl

色谱柱DB－5 30m×0.25mm×0.25μm

3.1 试剂

正己烷：液相色谱纯

正庚烷：液相色谱纯

4 实验内容

4.1 实验条件的设定

开机，按照表1设置实验条件

根据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤(见附录)调节至可进样状态，待仪器上电路和气路系统达到平衡，色谱工作站基线平直时，即可进样。

4.2 进样

分别进样1 μl，记录色谱数据于表2中。

表2 色谱测定结果

5 数据与处理

5.1记录表1中的实验条件

5.2 记录所测得数据于表3中。

5.3计算的色谱柱的塔板数，以块数/m表示。

5.4 计算相邻色谱峰的分离度。

6思考题

(1)本实验测得的塔板数可说明什么问题? 理论塔板数与那些因素有关？

(2)对某一组分，改变色谱分离条件，理论塔板数是否改变？

(3)用同一根色谱柱，分离不同组分时，其塔板数是否一样，为什么?

(4) 以微量进样器进样时应注意什么?

7附录[GC2010气相色谱仪的使用]

7.1开机：

（1）先开载气、开辅助气，再开主机电源、计算机工作站电源。

（2）待仪器自检完毕后，双击色谱工作站图标，进入应用软件菜单界面；（3）对进样口、色谱柱、检测器的温度进行设定，待仪器各项指标达到设定要求；

（4）用设定处理参数进行样品分析；

（5）根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图；

（6）确定定量方法（内标、外标、面积归一等）；

（7）选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度）；

（8）选择校正次数（每浓度取几次均值）；

（9）按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标本，即完成曲线制作；（10）进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果。

7. 2 关机

（1）设定进样口、色谱柱、检测器温度在低温条件，待系统降温。

（2）关电源，关闭载气。

实验二 气相色谱定性定量参数的测定

1 实验目的

(1)进一步熟悉、了解仪器的性能； (2)熟练色谱仪器的操作。

(3)学习利用保留值和相对保留值进行色谱对照的定性方法； (4)学习测定定量校正因子的方法； 2 实验原理

各种物质在一定的色谱条件(固定相与操作条件等)下有各自确定的保留值，因此保留值可作为一种定性指标。对于较简单的多组分混合物，若其中所有待测组分均为已知且它们的色谱峰均能分开，则可将各个色谱峰的保留值与各相应的标准试样在同一条件下所得的保留值进行对照比较，就能确定各色谱峰所代表的物质，这就是纯物质对照法定性的原理。

该法是气相色谱分析中最常用的一种定性方法。以保留时间作为定性指标，虽然简便，但由于保留时间的测受载气流速等色谱操作条件的影响较大，可靠性较差；若采用仅与柱温和固定相种类有关而不受其他操作条件影响的相对保留值γ

21作为指标，则更适合用于色谱定性分析。

还应注意，有些物质在相同的色谱条件下，往往具有相近的甚至相同的保留值，因此在进行具有相近保留值物质的色谱定性分析时，要求使用高柱效的色谱柱，以提高分离效率，并且采用双柱法(即分别在两根具有不同极性的色谱柱上测定保留值)。在没有已知标准试样可作对照的情况下，可借助于保留指数(Kovl5Lts 指数)文献值进行定性分析。对于组分复杂的混合物，则应采用更为有效的方法，即与其他鉴定能力强的仪器联用，如气相色谱一质谱、气相色谱一红外光谱联用等手段进行定性分析。

本实验以PFBA 作为标准物质，利用保留时间对马来酰肼中杂质进行定性分析。

试样中各组分经色谱柱分离后进入检测器被检测，在一定操作条件下，被测组分i 的质量(mi)或其在载气中的浓度与检测器响应信号(色谱图上表现为峰面积A i 或峰高hi)成正比，可写作： 'i i

m A f

这就是色谱定量分析的依据，式中'i f 为比例常数，称为被测组分i 的绝对质量校正因子。由于同一种检测器对不同物质具有不同的响应值，这样就不能用峰面积来直接计算物质的含量。为了使检测器产生的响应信号能真实地反映出物质的含量，需要对响应值进行校正，这就是定量校正因子的意义。根据上式得： 'i

i i

m f A =

可见'i f 就是单位峰面积所代表的物质质量，它主要由仪器的灵敏度所决定。由于'i f 值与色谱操作条件有关，不易准确测定，因此在色谱定量分析中，采用相对校正因子i f ，即被测物质i 与标准物质s 的绝对校正因子之比值：

''//i i i i s

i s s S s i

f m A m A

f f m A m A === 式中：i f 、 m s 、As 分别为标准物质的绝对校正因子、质量及峰面积。按被测组分使用的不同计量单位，可分为质量校正因子及体积校正因子等(通常把“相对”二字略去)。

测定i f 时，先准确称量被测物质i 和标准物质s ，混合后在一定的实验条件下进行色谱测定，然后测量相应的峰面积A i 和As ，再按上式计算i f 值。

3仪器与试剂

3.1 仪器

气相色谱仪 GC2010带FID 检测器 氢气钢瓶 空气钢瓶 氮气钢瓶

微量进样器 10 μl

色谱柱 DB －5 30m ×0.25mm ×0.25μm 3.1 试剂

正己烷 液相色谱纯 正庚烷 液相色谱纯

4 实验内容

4.1 实验条件的设定

开机，按照表1设置实验条件

表1 色谱参数的设定

根据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤(见附录)调节至可进样状态，待仪器上电路和气路系统达到平衡，色谱工作站上基线平直时，即可进样。

4.2 标准样品的测定

取不同浓度的PFBA标准样品以及待测样品，分别进样1 μl，记录色谱数据于表2中。

表2 色谱测定结果

5 数据与处理

5.1记录实验条件

5.2 记录所测得t R、'

f于表3中。

i

表3 色谱测定结果

6思考题

(1)为什么可以利用色谱峰的保留值进行色谱定性分析?

(2)在利用相对保留值进行色谱定性时，对实验条件是否可以不必严格控制，为什么?

(3)除了利用气相色谱的保留值(包括相对保留值和调整保留值)定性外，还有哪些定性方法？

(4)在色谱分析中，为什么需要测定被测组分的相对质量校正因子？本实验是测定的是绝对质量校正因子还是相对质量校正因子?为什么？

(5)用标准曲线法定量的优缺点是什么？

实验三 液相色谱法测定甲苯含量

1 实验目的

(1) 了解高效液相色谱仪基本结构和工作原理，初步掌握其操作技能； (2) 学习归一化法定量的基本原理及测定方法。

2 实验原理

归一化法是常用的色谱定量方法之一，该方法要求试样中的各个组分都能够得到完全分离，且所有组分都能流出色谱柱并在色谱图上显示色谱峰。 i 物质的质量分数w i 的计算公式为：

1

100%i

i n

i

i m w m

==

?∑

由于 i i i m f A =，可得

1

100%i I

i n

i i

i f A w f A

==

?∑

归一化法的优点是计算简便，定量结果与进样量无关，且操作条件不需严格控制。但此法缺点是不管试样中某组分是否需要测定，都必须全部分离流出，并 获得可测量的信号，而且其校正因子i f 也应为已知。

若被测试样中各组分的相对校正因子i f 相同或接近时(例如同系物中沸点接近的各组分)，则上式可简化为：

1

100%I

i n

i

i A w A

==

?∑

本实验通过测量甲苯样品各组分峰面积，用归一化法计算甲苯的质量分数。

3 仪器与试剂

3.1 仪器

高效液相色谱仪： LC-20A 微量进样器

超声波清洗器

3.2试剂

甲苯

甲醇液相色谱纯

重蒸馏水

4 实验内容

4.1流动相的制备

按照甲醇：水＝85：15 的比例配制流动相，并将配制好的流动相于超声波清洗器上脱气15 min。

4.2实验条件

按照表1 设置实验条件。

表1 实验条件

4.3 样品测定

根据实验条件，将仪器按照仪器的操作步骤(见附录)调节至进样状态，待仪器液路和电路系统达到平衡，色谱工作站或记录仪上基线平直时，即可进样。

吸取1μl样品进样。记录色谱图峰面积和保留时间，重复进样一次。

表2 样品测定结果

5数据及处理

5.1记录表1的实验条件

5.2 记录色谱图峰面积和保留时间。

5.3 计算样品中甲苯的百分含量。

6 思考题

（1）色谱归一化法定量有何特点，使用该方法应具备什么条件？

（2）你认为要作好本实验应注意哪些问题？

7 [附录]液相色谱仪操作规程

一、开机：

1 先开主机，再开检测器、泵和计算机工作站电源。

2待仪器自检完毕后，双击色谱工作站图标，进入应用软件菜单界面；

3调节泵工作流速为2ml/min；

4 对色谱条件（波长、柱温、流速等）进行设定，待仪器各项指标达到设定要求；

5 打入25mL流动相清洗进样器、导管并排气；

6用设定处理参数进行样品分析；

7根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图；

8 确定定量方法（内标、外标、面积归一等）；

9 绘制标准曲线并保存分析方法；

10进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果。

二、关机

1 点击Instrument off。

2 按照工作站、泵、检测器、主机的顺序关闭电源。

实验四水中己内酰胺的测定

1 实验目的

（1）掌握高效液相色谱仪的基本结构；

（2）了掌握高效液相色谱仪的操作使用；

（3）掌握外标法测定己内酰胺含量的实验步骤及结果计算方法。

2实验原理

外标法是以待测组分的纯品作对照品、，以对照品和样品中待测组分的峰面积或峰高相比较进行定量分析。外标法包括工作曲线法和外标一点法，在工作曲线的截距近似为零时，可用外标一点法，常简称外标法。外标法常用于测定药物主成分或某个杂质的含量。

3 仪器与试剂

3.1仪器

（1）高效液相色谱仪，紫外检测器；

（2）微量注射器；

（3）Hypersil C18柱：250mm×4.6mm

3.2试剂

（1）乙腈：色谱纯

（2）己内酰胺：色谱纯

（3）乙腈＋水：11＋89

4实验内容

4.1 标准贮备液配制

准确称取0.5000g己内酰胺，用水稀释至100mL，此溶液浓度为5mg/mL，放入冰箱保存。

4.2标准中间液的配制

取己内酰胺标准贮备液10.00mL，用水稀释至100mL，此溶液浓度为0.5mg/mL。

4.3 标准溶液的配制

取浓度为0.5mg/mL标准中间液5.00mL、10.00mL，分别放入2个50mL容量瓶中，稀释至刻度，此标准溶液浓度0.05mg/mL和0.10mg/mL。

取浓度为0.10mg/mL标准溶液5.00mL放入50mL容量瓶中，稀释至刻度，此标准溶液浓度为0.01mg/mL。

将上述标准溶液通过0.45μm微孔滤膜过滤后，超声排气。

4.4 水样预处理

将待测水样0.45μm微孔滤膜过滤后，超声排气。若水样浑浊可先离心分离。

4.3 色谱条件的设定

（1）色谱柱Hypersil C18柱：200mm×4.6mm

（2）流动相乙腈＋水（11＋89）

（3）检测波长210nm

（4）流速 1.0mL/min；

（5）进样体积20μl。

4.4 标准曲线绘制与样品测定

用微量注射器分别取各个浓度标准溶液，各进样20μl，测定保留时间和峰面积。每种浓度测定3次，以己内酰胺含量对峰面积作图，绘制标准曲线。

取处理后待测水样，进样20μl。保留时间定性，以峰面积定量。

4.5 原始记录

表1 标样与水样测定结果

5数据处理

5.1标准曲线的绘制

以标样浓度为自变量、峰面积为因变量，通过线性回归或绘图得标准曲线。

表2 标准曲线的绘制

5.2 水样测定结果

用保留时间定性、峰面积定量。

6 思考题

（1）液相色谱仪由哪几个部分组成？

（2）液相色谱仪与气相色谱仪有什么异同？

（3）外标法与内标法相比有何优缺点?

7注意事项

（1）仪器必须在规定的使用条件下工作。

（2）使用的流动相必须先通过0.45μm微孔滤膜过滤后排气。可用超声波脱气或用水冲泵或气泵减压脱气。

（3）所有同流动相接触的管道、连接件、密封圈等在调换或重装前都必须按一定程序清洗，即用丙酮或苯、酒精、蒸馏水依次冲洗烘干。

（4）严格防止气泡进入系统，吸液软管必须充满流动相，吸液管的烧结不锈钢的过滤器必须始终浸泡在溶剂内，如变换溶剂瓶，必须先停泵，再将过滤器移到新的溶剂瓶内，然后才能开泵使用。

（5）变换溶剂时必须注意溶剂的极性和互溶性。当变换的溶剂与原溶剂不互溶时，必须注意它们的极性，要选择一种或两种溶剂都能互溶的溶剂来冲洗管路系统，然后再用变换的溶剂冲洗管路系统，才能实现溶剂的变换。有时可能需要用两种以上的过滤溶剂才能实现溶剂变换的目的。

（6）使用腐蚀性较强的溶剂后，需用适当的有机溶剂清洗，尤其是使用酸性溶剂后更需注意，以防系统零件被腐蚀损坏。

（7）严格禁止油污和灰尘进入样品和系统以防污染。

实验五 有机化合物的紫外吸收光谱及溶剂效应

1实验目的

(1)学习有机化合物结构与其紫外光谱之间的关系；

(2)了解不同极性溶剂对有机化合物紫外吸收带位置、形状及强度的影响； (3)学习紫外－可见分光光度计的使用方法。

2实验原理

影响有机化合物紫外吸收光谱的因素，有内因和外因两个方面。

内因是指有机物的结构，主要是共轭体系的电子结构。随着共轭体系增大，吸收带向长波方向移动(称作红移)，吸收强度增大。紫外光谱中，含有π键的不饱和基团称为生色团，如C —C 、C —O 、NO 2、苯环等。含有生色团的化合物通常在紫外或可见光区域产生吸收带；含有杂原子的饱和基团称为助色团，如OH 、NH 2、OR 、Cl 等。助色团本身在紫外及可见光区域不产生吸收带，但当其与生色团相连时，因形成n －π共轭而使生色团的吸收带红移，吸收强度也有所增加。

影响紫外吸收光谱的外因是指测定条件，如溶剂效应等。所谓溶剂效应是指受溶剂极性或酸碱性的影响，使溶质吸收峰的波长、强度以及形状发生不同程度的变化。因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键，或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强，从而引起溶质分子能级的变化，使吸收带发生迁移。

例如异丙叉丙酮*的溶剂效应如表1所示。

表1 溶剂极性对异丙叉丙酮紫外吸收光谱的影响

异丙叉丙酮*

随着溶剂极性的增加K 带红移，而R 带向短波方向移动(称作蓝移或紫移)。这是因为在极性溶剂中*ππ→跃迁所需能量减小，如图1(a)所示；而*n π→跃迁所需能量增大，如图1 (b)所示。

图1 溶剂极性效应 (a) *

ππ→跃迁 (b) *

n π→跃迁

溶剂的极性不仅影响溶质吸收带的波长，而且还影响其吸收强度和形状，如苯酚在非极性溶剂中，可清晰看到B 吸收带的精细结构，而在极性溶剂中，B 带的精细结构消失，仅出现一个宽的吸收峰，而且吸收强度也明显下降。在许多芳香烃化合物中均有此现象。由于存在溶剂效应，所以在记录有机化合物紫外吸

收光谱时，应注明所用的溶剂，如：max EtOH λ、3max CHCl λ分别表示在乙醇中和在三氯甲

烷中的最大吸收波长。

另外，由于有的溶剂本身在紫外光谱区也有一定的吸收波长范围，故在选用溶剂时，必须考虑它们的干扰。表2列举某些溶剂的波长极限，测定波长范围应大于波长极限或用纯溶剂作空白，才不致受到溶剂吸收的干扰。

本实验通过苯、苯酚、乙酰苯和异丙叉丙酮等在正庚烷、氯仿，甲醇和水等溶剂中紫外吸收光谱的测绘，观察分子结构以及溶剂效应对有机化合物紫外吸收光谱的影响。

表2 某些溶剂吸收波长极限

3 仪器与试剂

3.1 仪器

紫外一可见分光光度计：specord50 德国Analytir Jena AG产

3.2 试剂

苯、苯酚、乙酰苯、异丙叉丙酮、正己烷、正庚烷、氯仿、甲醇、乙醇等

均为分析纯试剂

纯水去离子水或蒸馏水

4 实验内容

4.1 待测溶液的配制

（1）异丙叉丙酮的正己烷溶液、氯仿溶液、甲醇溶液，水溶液的配制取四只100 mL容量瓶各注入10μl的异丙叉丙酮，然后分别用正己烷、氯仿、甲醇和去离子水稀释到刻度，摇匀，得约0.1 mg/mL的异丙叉丙酮溶液；

另取四只100 mL容量瓶各注入500μl的异丙叉丙酮配制相应的约5mg/mL 的异丙叉丙酮溶液。

（2）苯的正庚烷溶液和乙醇溶液(约0.1 mg/mL)的配制

取两只100 mL容量瓶，各注入10μl的苯，然后分别用正庚烷和乙醇稀释到刻度，摇匀。

（3）苯酚的正庚烷溶液和乙醇溶液(约0.1 mg/mL))的配制

配制方法同上。

（4）乙酰苯的正庚烷溶液和乙醇溶液(约0.1 mg/mL))的配制

配制方法同上。

4.2 实验条件的设置

（1）波长扫描范围400～200 nm

（2）带宽1nm

（3）石英吸收池1cm

（4）参比溶液使用被测溶液的相应溶剂

（5）扫描速度200 nm/min

（6）记录仪坐标选择

(A)纵坐标(Y轴) 5 mV /cm，全标尺0～1 A，每大格相当于0.2 A；

(B)横坐标(X轴) 50 mV/cm。每大格相当于50 nm。

4.3 样品测定