仪器分析实验

邻二氮菲分光光度法测定铁的含量
铁在深层地下水中呈低价态,当接触空气并在pH大于5时, 便被氧化成高铁并形成氧化铁水合物(Fe2O3·3H2O)的黄棕色沉淀,暴露于空气的水中, 铁往往也以不溶性氧化铁水合物的形式存在。

当pH值小于5时,高铁化合物可被溶解。

因而铁可能以溶解态、胶体态、悬浮颗粒等形式存在于水体中, 水样中高铁和低铁有时同时并存。

二氮杂菲分光光度法可以分别测定低铁和高铁,适用于较清洁的水样;原子吸收分光光度法快速且受干扰物质影响较小。

水样中铁一般都用总铁量表示。

一、二氮杂菲分光光度法
1. 本法适用于测定生活饮用水及其水源水中总铁的含量。

2. 钴、铜超过5mg/L,镍超过2mg/L,锌超过铁的10倍对此法均有干扰,饿、镉、汞、钼、银可与二氮杂菲试剂产生浑浊现象。

3.本法最低检则量为2.5μg, 若取50mL水样测定, 则最低检测浓度为0.05mg/L。

二、基本原理
在pH 3～9的条件下,低铁离子能与二氮杂菲生成稳定的橙红色络合物,在波长510nm处有最大光吸收。

二氮杂菲过量时,控制溶液pH为2.9～3.5,可使显色加快。

水样先经加酸煮沸溶解铁的难溶化合物,同时消除氰化物、亚硝酸盐、多磷酸盐的干扰。

加入盐酸羟胺将高铁还原为低铁,还可消除氧化剂的干扰。

水样不加盐酸煮沸,也不加盐酸羟胺,则测定结果为低铁的含量。

三、仪器与试剂
（一）仪器
1．100mL容量瓶。

2．50mL容量瓶。

3．分光光度计。

（二）试剂
1．铁标准贮备溶液:称取0.7022g硫酸亚铁铵[Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O],溶于70mL 20+50硫酸溶液中,滴加0.02mol/L 的高锰酸钾溶液至出现微红色不变,用纯水定容至1L。

此贮备溶液1.00ml含0.100mg铁。

2．铁标准溶液(使用时现配):吸取10.00mL铁标准贮备溶液, 移入容量瓶中,用纯水定容至100mL。

此铁标准溶液1.00mL含10.0μg铁。

3．0.1％二氮杂菲溶液:称取0.1g氮杂菲(C12H8N2·H2O)溶解于加有2滴浓盐酸的纯水中,并稀释至100mL。

此溶液1mL可测定100μg以下的低铁。

注:二氮杂菲又名邻二氮菲、邻菲绕啉,有水合物(C12H8N2·H2O)及盐酸盐(C12H8N2·HCl)两种,都可用。

4．10％盐酸羟胺溶液:称取10g盐酸羟胺(NH
OH·HCl),溶于纯水中,并稀释至
2
100mL。

5．乙酸铵缓冲溶液(pH=4.2): 称取250g乙酸铵( NH4C2H3O2),溶于150mL纯水中,再加入700mL冰乙酸混匀,用纯水稀释至1L。

6．盐酸。

5 四、实验步骤
1．量取50.0mL振摇混匀的溶液(含铁量超过50ug时,可取适量溶液加水稀释至50.0mL)于100mL容量瓶中。

注: 总铁包括水体中悬浮性铁和微生物体中的铁, 取样时应剧烈振摇成均匀的样品,并立即量取。

取样方法不同,可能会引起很大的操作误差。

2．另取50mL容量瓶8个,分别加入铁标准溶液0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.2mL。

3．向水样及标准系列中1mL 盐酸羟胺溶液。

4．向水样及标准系列比色管中各加2mL二氮杂菲溶液, 混匀后再加10.0mL乙酸铵缓冲溶液,各加纯水至50mL刻度,混匀,放置10～15min。

注: （1）乙酸铵试剂可能含有微量铁,故缓冲溶液的加入时要准确一致。

（2）若水样较清洁,含难溶亚铁盐少时,可将所加试剂: 盐酸、二氮杂菲溶液及乙酸铵缓冲溶液用量减半。

但标准系列与样品操作必须一致。

5．于510nm波长下,用1cm比色皿,以纯水为参比,测定样品和标准系列溶液的吸光度。

6．绘制校准曲线,从曲线上查出样品中铁的含量。

五、计算
C＝M/V
式中: C───水样中总铁(Fe)的浓度,mg/L;
M───从校准曲线上查得的样品管中铁的含量,μg；
V───水样体积,mL。

六、精密度与准确
有39个实验室用本法测定含铁150μg/L的合成水样, 其他成分的浓度金属离子(μg/L)为:汞,5.1;锌,39;铜,26.5镉,29锰,130。

相对标准差为18.5％, 相对误差为13.3％。

七、思考题
1.用邻二氮菲测定铁时,为什么要加入盐酸羟胺?其作用是什么?试写出有关反应方程式。

2.根据有关实验数据,计算邻二氮菲测-Fe(Ⅱ)络合物在选定波长下的摩尔吸收系数。

3.在有关实验中,均以水为参比,为什么在测绘标准曲线和测定试液时要以试剂空白溶液为参比?
循环伏安法测定电极反应参数
一、实验目的
1. 了解循环伏安法的基本原理、特点和应用。

2.掌握循环伏安法的实验技术和有关参数的测定方法。

二、实验原理
循环伏安法（CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。

该方法使用的仪
器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。

循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极，一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。

外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。

对可逆电极过程（电荷交换速度很快，反应由扩散控制的过程），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－在电极上还原，
反应为：
Fe(CN)63－＋e → Fe(CN)64－
得到一个还原电流峰。

当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为：Fe(CN)64－－ e → Fe(CN)63－
得到一个氧化电流峰。

所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个氧化还原曲线。

循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。

在循环伏安法中，阳极峰电流i Pa，阴极峰电流i PC，阳极峰电势E Pa，阴极峰电势E PC，以及i pa/i pc ,ΔE p(E pa- E pc)是最为重要的参数。

对于一个可逆过程：
ΔE p = E Pa - E PC≈（57～63）/n mV (25℃)
一般情况下, ΔE P约为58/n mV (25℃)
i pa / i pc ≈ 1
正向扫描的峰电流i p为：
i p = 2.69×105n3/2AD1/2υ1/2C
式中各参数的意义为：
i
p
：峰电流（安培）； n ：电子转移数； A：电极面积（cm2）D ：扩散系数（cm2/s）υ扫描速度（v/s）； C浓度（mol·L-1）
从i
p 的表达式看：i
p
与υ1/2和C都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。

标准电极电势为：
E =( E
Pa +E
PC
)/2
所以对可逆过程，循环伏安法是一个方便的测量标准电极电位的方法。

三、仪器与试剂
1. LK98A微机电化学分析系统
2. 金(铂)盘电极、石墨电极、铂丝电极及Ag/AgCl电极
3. 铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液：2.0×10-2mol·L-1
4. 抗坏血酸溶液：2.0×10-2mol·L-1
5. 硝酸钾溶液：1mol·L-1
6. H3PO4 和KH2PO4 溶液：0.5mol·L-1
四、实验步骤
1.工作电极预处理：
金盘电极、石墨电极分别作为测定Fe(CN)63-/4-及抗坏血酸的工作电极，工作电极使用前在细砂纸上轻轻打磨至光亮。

2. 溶液配制：
(1) 在5个50mL容量瓶中，分别加入2.0×10-2mol·L-1的铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液0、0.50、1.00、2.00、3.00mL，再各加入1mol·L-1的硝酸钾溶液10mL。

用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

3.循环伏安法测量
(1) 打开LK98A微机电化学分析系统，选择循环伏安法。

(2) 设置实验参数：
灵敏度： 20μA 初始电位：＋0.600 V
滤波参数：10Hz 终止电位：－0.200V
放大倍数：1 扫描 1.0 mV
循环次数： 1 扫描速度按实验要求选择。

(3) 将配制的系列铁氰化钾和亚铁氰化钾溶液逐一转移至电解池（50mL烧杯）中，插入冲洗干净的金盘电极（工作电极）、铂丝电极（辅助电极）及Ag/AgCl 参比电极。

夹好电极夹。

以50mV/S的扫描速度记录循环伏安图并存盘。

(4) 用2×10-3mol·L-1的溶液，分别记录扫描速度为5 mV/S、10mV/S、20mV/S、50mV/S、100mV/S、200mV/S的循环伏安图并存盘。

在完成每一次扫速的测定后，要轻轻摇动一下电解池，使电极附近溶液恢复至初始条件。

五、结果处理
1. 列表总结Fe(CN)63-/4-的测量结果（E pa ,E pc,ΔE p,i pa,i pc）。

2. 绘制Fe(CN)63-/4-的i pc和i pa与相应浓度C的关系曲线；绘制i pc和i pa与相应υ1/2的关系曲线。

3. 求算Fe(CN)63-/4-电极反应的n和E 。

实验二 反相高效液相色谱法分离芳香烃
一、实验目的
1.学习高效液相色谱仪的操作。

2.了解反相液相色谱法分离非极性化合物的基本原理。

3.掌握用反相液相色谱法分离芳香烃类化合物。

二、基本原理
高效液相色谱法是重要的液相色谱法。

它选用颗粒很细的固定相，采用高压泵输送流动相，分离，定性及定量全部分析过程都通过仪器来完成。

除了快速、高效的特点外，它能分离沸点高、分子量大、热稳定性差的试样。

根据使用的固定相及分离机理不同，一般将高效液相色谱法分为分配色谱，吸附色谱，离子交换色谱和空间排斥色谱等。

在分配色谱中，组分在色谱柱上的保留程度取决于它们在固定相和流动相之间的分配系数K ：
组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度
K
显然，K 越大，组分在固定相的停留时间越大，固定相与流动相极性差值也越大。

因此，相应出现了流动相为非极性而固定相为极性物质的正相液相色谱和以流动相为极性而固定相为非极性物质的反相液相色谱法。

目前，应用最广泛的固定相是通过化学反应的方法将固定液键合到硅胶表面上，即所谓的键合固定相。

若将正构烷烃等非极性物质（如n —C 18烷）键合到硅胶基质上，以极性溶剂（如甲醇和水）为流动相，则可分离非极性或弱极性的化合物。

据此，采用反相液相色谱法可分离烷基苯类化合物。

三、仪器和试剂
（一）仪器：
1.LC-10ATvp 高效液相色谱仪（日本岛津）,UV （254nm ）检测器 。

2.色谱柱：250mm×4.6mm
3.注射器 ：50µL
（二）试剂：
苯、甲苯、n —丙基苯、n —丁基苯（均为A.R ）、未知样品
（三）流动相：80%甲醇+20%水
四、实验步骤
1.用流动相溶液（80%甲醇+20%水）配制浓度为10mg·mL -1的标准样品。

2.在教师指导下，按下述色谱条件操作色谱仪。

柱温：室温，流动相流速1.3mg·mL -1调检测器的灵敏度。

3.待基线稳定后，分别进苯、甲苯、n -丙基苯、n -丁基苯标准样各80µL ；进样同时，按标记钮（MARKER ）。

4.获得四种标准样色谱图后，按步骤3进教师给的未知试样80µL ，记录色谱图。

五 数据处理
1.测定每一个标准样的保留距离（进样标记至色谱峰顶间的距离）。

2.测定未知试样中每一个峰的保留值，与标准样色谱图比较，标出未知样中每一个峰代表什么化合物。

3.用标准峰的峰面积，估算未知样中的相应化合物的含量。

数据处理与结果讨论：
六问题讨论
1.解释未知试样中各组分的洗脱顺序。

2.试说明苯甲酸在本实验的色谱柱上，是强保留还是弱保留？为什么？
实验三红外光谱测定有机化合物的结构
一、实验目的
了解鉴定未知物的一般过程，掌握用标准谱库进行化合物鉴定方法。

二、实验原理
比较在相同的制样和测定条件下，被分析的样品和标准纯化合物的红外光谱图，若吸收峰的位置、吸收峰的数目和峰的相对强度完全一致，则可认为两者是同一化合物。

三、仪器与试剂
仪器：Perkin Elmer的840005系列FTIR光谱仪；
压片和压膜；钢铲、镊子。

试剂：分析纯KBr粉末和四氯化碳。

已知分子式的未知样品：四氯化碳、苯乙烷、正丁醇、正丁酸、苯甲醛
四、实验内容与步骤
1.压片法
取1～2mg的未知样品粉末与200mg干燥KBr粉末（颗粒大小在2μm左右）在玛瑙研钵中混匀后压片，测绘红外谱图，进行谱图处理（基线校正、平滑、ABEX扩张、归一化），谱图检索（操作见说明书），确认其化学结构。

2.液膜法
取1～2mg未知样品滴加在两个KBr晶片之间。

用夹具轻轻夹住，测绘红外谱图，进行谱图处理，谱图检索（操作见说明书），确认其化学结构。

五、注意事项
1.压片法一般容易造成谱图的倾斜，样品量的选择也会或多或少，所得到的谱图应先进行谱图处理后再进行检索。

常采用的谱图处理功能是基线校正、吸光度扩张和轻微平滑等。

2.液膜法所测绘的谱图一般质量较高，可以直接进行谱图检索。

六、数据处理
1.在测绘的谱图上标出所有吸收峰的波数位置。

2.对确定的化合物，列出主要吸收峰并指认其归属。

七、思考题
1.区分饱和烃和不饱和烃的主要标志是什么？
2.羰基化合物谱图的主要特征是什么？
3.芳香烃的特征吸收在什么位置？。