分析化学综合实验讲义

它由人为规定的四中色彩通道按照比例参数混合叠加来表征颜色， 四个通道分别 是：青色（C：cyan） 、洋红（M：magenta） 、黄色（Y：yellow） 、黑色（K：black， 不用 B 是为了避免与 blue 混淆） ，在印刷中代表四种颜色的油墨。每种基色的参 数比例范围是 0%-100%。 CMYK 模式在本质上与 RGB 模式没有太大区别， 只是 产生色彩的原理不同，在 RGB 模式中由光源发出的色光混合生成颜色，而在 CMYK 模式中由光线照到有不同比例 C、M、Y、K 油墨的纸上，部分光被吸收 后，反射到人眼的光产生颜色。由于 C、M、Y、K 在混合成色时，随着 C、M、 Y、K 四种成分的增多，反射到人眼的光会越来越少，光线的亮度会越来越低， 所以 CMYK 模式产生颜色的方法又被称为色光减色法。 一般的印刷机都是采用 CMYK 模式印刷，而用计算机的显示系统以及制作 广告材料时使用的是 RGB 模式 （可以调整颜色模式） 。 所以在交付印刷时印刷厂 会把工程文件从 RGB 转换成 CMYK，这就会导致由于色域变化而产生的色差。 一般来说，转换后，印刷成品较工程文件颜色总体偏青。 当然任何模式都存在缺陷。 由于生产工艺有限， 现在还无法制备出很纯的四 种基色的墨晶。从理论上讲，同 RGB 类似，CMY 三种颜色已经足够所有颜色， 黑色可由其混合产生。 但实际混合的结果是一种很深的暗红色。如果对印刷品要 求较高时，就需要使用黑色的墨晶，且在印刷中黑色使用的频率最高，故添加了 黑色墨晶，变成了四基色体系。而对于一些特殊的颜色比如金、银或比较亮的颜 色是需要专色的，即预先混合好的颜色墨晶，导致成本变高。原因就是四种墨晶 并不纯。而 RGB 模式要求使用非常纯的红、黄、蓝墨晶，价格昂贵，故多使用 CMYK 模式。 而往往我们关注和头疼的，就是出现这种色差的问题。比如在 RGB 模式中 设置的一个颜色，在 CMYK 模式中会产生偏差，那么偏差有多少？如何测量？ 换句话说，就是如何检验印刷品的质量？如何定量分析颜色偏差？对于这些问 题，我们可以使用紫外-可见漫反射光谱仪来解决。
4. Dark scan （1） 将 port reducer 装在取样口，拧紧螺丝； （2） 将 light trap 罩在取样口上。 （3） 点击软件上的―dark scan‖。 5. Reference scan (1) 将 Spectralon Reference Standard（参比） 放置在样品口 （2）点击―Reference Scan‖。 6. Sample scan
三.实验仪器和试剂 1. InstantSpec BWS003 紫外可见漫反射光谱仪; 2. 标准浓度的色带； 3. 待测浓度的色带； 4. 其他样品； 四.实验步骤 1． 双击打开软件，从菜单栏中选择―Option‖－―Enable Reference Material File‖－―Set‖。 2. 3. 设置―Integration Time‖为 800。 点击―Open FlashLight‖。
三. 实验试剂和仪器检测条件 1. 试剂 浓度为 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5 Mol/L 的 KNO3 溶液 无知浓度的 KNO3 溶液。 2. 仪器与实验条件 实验采用附有 Leica 显微镜的 Renishaw InVia 型共聚焦拉曼光谱仪进行检 测，激发光源采为 514nm Ar+激光器。
图 2.
KNO3 溶液的 WSR 与浓度之间的关系（点：实验数据；线：拟合曲线）
将该a常数代入式（1） ，即为KNO3溶液浓度测定的标准曲线。测定未知浓 度的KNO3溶液，并计算其浓度。
六. 讨论与思考： 1. 比较不同的实验条件下同一浓度的溶液的拉曼光谱有何异同（重点观察无机 盐特征峰和水峰有何变化）？ 2．为什么不能采用无机盐溶液的拉曼特征峰强度定量计算溶液浓度？ 3．对比本实验与《仪器分析实验》课程中的“激光拉曼光谱”实验，谈谈自己 的感想和收获。
2) 印刷品的颜色模式： 在印刷工业中常用的颜色模式有 RGB 模式、CMYK 模式、HSB 模式、Lab 颜色模式、位图模式、灰度模式、索引颜色模式、双色调模式和多通道模式，其 中 RGB 模式和 CMYK 模式最为常用。 RGB 模式基于最基础的光学三原色的三个色彩通道：红(R：red)、绿(G： green)、蓝(B：blue)，进行不同比例的混合叠加，来得到各式各样的色彩，每种 原色的比例参数设置从 0-255，所以共有 16,777,216 种颜色，被认为是接近了自 然界中所有的颜色，是色彩最全的一种颜色模式，故又称为真彩色。 CMYK 模式是印刷工业中使用最为广泛的一种颜色模式。与 RGB 相类似，
（1） 取下参比，将样品放置在取样口，点击―Acquire one Spectrum‖； （2） 选择―％T/R‖得到漫反射光谱曲线。 （3） 换另一个样品， 点击―Acquire Overlay‖得到该样品的漫反射光谱曲线。 五.数据处理 以已知浓度梯度的某种颜色浓度（程度）为自变量，选取适当波长的 R%为 因变量（可以对 R%进行合理的数学变换，比如取负对数等） ，建立工作曲线或 回归模型（提供数学公式和相关系数） ，并以此为标准，预报待测样品中指定颜 色的浓度（程度） 。
光谱检测条件为：物镜：50X；光谱扫描范围：100 - 4000 cm-1；激光功率： 20mW；激光曝光时间：10s；光谱扫描次数：1 次。 四. 实验步骤 1. 打开主机和计算机电源，同时打开激光器后面的总电源开关，将仪器预热20 分钟左右。 2. 自检. 静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为 in。 使用硅片，用50 倍物镜，1 秒曝光时间，100%激光功率取谱。使用曲线拟合 （Curve fit）命令检查峰位，检验仪器状态。 3．样品拉曼光谱的测定 将KNO3溶液放置在2ml玻璃试剂瓶中， 保证瓶中没有气泡。 将玻璃试剂瓶放 置在载玻片上，并置于显微镜的载物台上，调节显微镜载物台的高度使得显微镜 焦点聚焦于溶液中（上2，下1）。选择Measurement->New->Spectral acquisition 进行实验条件设置，再将白光照明光路切换到激光照明光路（上1，下2），即选 择激光照射，选择Measurement->Run运行实验，等待实验运行，直到窗口中出现 红色的光谱曲线，采集光谱结束，保存扫描结果。 依次测定各浓度的KNO3溶液的拉曼光谱，并采用Origin软件对其进行处理， 拟合计算出a常数，以获得标准曲线。 测定未知浓度的KNO3溶液，计算其浓度。 五．数据处理 用Origin软件绘制不同浓度的拉曼光谱。纵坐标是散射强度，可用任何单位 表示，横坐标是拉曼位移，通常用相对于瑞利线的位移表示其数值，单位为波数 cm-1。
图 1. 不同浓度的 KNO3 溶液的拉曼光谱
将光谱中 3437 和 1049cm-1 处的拉曼峰分别视为水和 NO3-的特征峰。在对测 得的各浓度 KNO3 溶液的拉曼光谱进行基线差减后，通过 Origin 软件分别对光 谱中的水峰及 v1-NO3-峰的面积进行积分，并计算出其水峰和 v1-NO3-峰面积的比 值，即 WSR 值（见表一） 。
六.注意 1.不要抄袭本讲义中的原理部分，请根据个人情况概括，提交电子版实验报 告； 2.实验报告中需要有工作曲线或模式识别的相关建模内容； 3.分析结果时，需要对测量结果进行可靠性分析，提供相应指标参数； 4.附 100 字以内中文摘要； 七.讨论与思考 1．同种颜色的深浅与同一波长处的 R%高低有什么联系？ 2．观察不同颜色的物质反射率最高处的峰值有何不同，为什么？ 3．应当用什么来执行 Reference Scan？为什么？
表一 不同浓度 KNO3 溶液的 WSR 值 浓度（mol/L） WSR 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
将上述不同浓度的 KNO3 溶液的 WSR 关于浓度作图，如图 2 所示。然后采用 Origin 软件的非线性拟合方法对该曲线进行反比例函数拟合，获得 a 常数。
实验一：紫外-可见漫反射光谱法定量判别颜色的 CMYK 参数 一.实验目的 通过对不同深浅程度彩色印刷品的紫外－可见漫反射光谱测量， 掌握紫外－ 可见漫反射原理， 熟悉 InstantSpec BWS003 的使用， 并了解印刷工业中的不同颜 色模式。 二.实验原理 1) 紫外-可见漫反射光谱： 紫外－可见漫反射光谱与 UV 吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。 UV 吸收光谱符合朗伯-比尔定律，只有在稀溶液中浓度和吸光度才有线性关系， 否则将无法完成定量工作。 而紫外－可见漫反射光谱则可以测试浑浊溶液、悬浊 溶液及固体和固体粉末等样品，试样产生的漫反射符合 Kublka—Munk 方程式
3) 仪器结构： 紫外-可见漫反射光谱仪主要分为以下几个部分：光源系统、积分球反射体 系、反射光检测系统、数据收集处理系统。
积分球是漫反射测量中的常用附件之一。 其内表面的漫反射物质反射系数高 达 98％，使得光在积分球内部的损失接近零。漫反射光是指从光源发出的光进 入样品内部， 经过多次反射、 折射、 散射及吸收后返回样品表面的反射光。 最后， 反射光射出积分球打到检测器上，完成光谱检测。再将数据信号传输给数据收集 处理系统，产生光谱图。 不同颜色反射强度不同， 不同的颜色的特征反射波长也不同。可以根据这些 特点建立一个印刷材料颜色漫反射光谱的标准模型，并进行主成分分析，解析出 待测样品的基色混合比例，实现颜色校正。上述都是基于 CMYK 模式来讲的。 而在建模过程中， 漫反射光谱类似于吸收光谱是严重重叠的，所以可以选取一部 分具有特征反射的光谱，回归建模，完成对应颜色浓度预报。
(1 R )2 / 2 R K / S
式中 K －吸收系数 S －为散射系数 R∞ 表示无限厚样品的反射系数 R 的极限值，其数值为一个常数。 实际上，反射系数 R 通常是采用与已知高反射系数的标准物质（本实验采 用 PTFE，其反射系数在紫外可见光区>98％）比较来测量，测定 R∞（样品）/ R∞ （标准物质）比值，用 R%表示（仪器软件用 T%表示） ，将此比值对波长作图， 构成一定波长范围内该物质的漫反射光谱。
实验二拉曼光谱定量检测无机盐溶液浓度
一. 实验目的 1、熟练掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。 2、能使用 Origin 等软件对测得的拉曼光谱进行数据处理。 3、通过对不同浓度无机盐溶液的定量检测，深刻理解拉曼光谱的基本原理。
二. 实验原理 在无机盐溶液的拉曼光谱中，其水峰及无机盐的特征峰是由溶液中的水及无 机盐分别贡献，且其检测条件完全相同。因此，其水峰及无机盐特征峰的面积比 （简称为 WSR）将正比于溶液中水和溶质的分子数之比，即溶液中水与溶质的 浓度比。由于在盐溶液中，水分子是大量存在的，当溶液浓度变化时，水的浓度 可近似为不变（溶液越稀，该假设越成立） ，即为一常数，本实验中用常数 a 表 示。因此，可推测出 WSR 与溶液的浓度成反比例关系，如式 1 所示。
A n V WSR H O ∝ H O n KNO Av NO n KNO
2 2 1 3 3 3
n H2O

C H 2O C KNO3

a C KNO3
……பைடு நூலகம்……….(式 1)
V
将实验所测的不同浓度的溶液的 WSR 关于浓度作图，此图应近似为反比例 函数曲线；采用 origin 软件对该曲线进行非线性拟合（y = a/x） ，可获得该溶液 的 a 常数。将 a 值代入式（1） ，即可获得该溶液浓度测定的标准曲线方程。因此， 通过检测未知浓度溶液的拉曼光谱，可得 WSR，将该 WSR 带入标准曲线方程， 即可获知该溶液的浓度。