仪器分析实验报告全集

                                                    班别：11环科二

学号：**********

                                                  姓名：***

一、实验目的： 

1. 了解气相色谱-质谱联用仪的基础操作； 

2. 学习正确执行仪器的开机、关机； 

3. 参观资源综合利用与清洁生产重点实验室。  

二、实验原理： 

1. 气相色谱-质谱联用仪的调谐目的：采用标准物质全氟三丁胺（FC-43）对质谱仪的质量指示进行校正；对质谱参数进行优化，以实现最好的峰形和分辨率；消除质量歧视； 

2. EI离子源可获得特征谱图以表征组分分子结构，目前有大量的有机物标准质谱图。由计算机自动将未知质谱图处理成归一化棒状质谱图，按一定的检索方法与谱库中的标准谱图进行比较，计算它们的相似性指数（匹配度），把最相似的谱图化合物最为未知组分的鉴定结果，并按照相似性指数大小顺序，列出其名称、相对分子质量、分子式等以供分析参考。 

三、仪器与试剂： 

仪器：气相色谱-质谱联用仪（美捷伦，型号70A-5975C） 

试剂：全氟三丁胺标准品、高纯氦气 

四、实验步骤：  

1． 打开氦气（纯度99.999%以上）瓶开关；打开UPS电源；打开打印机电源；启动联机电脑后打开气相色谱仪电源开关； 

2． 待气相色谱仪自检完成后，打开质谱仪电源开关。若质谱长时间未使用，真空仓侧门已打开，开质谱电源时需用手轻按真空仓侧门1min，以利于抽真空。 

3． 开机约1.5小时后打开工作站预热；待开机约2小时，检查真空度合格后，进入调谐菜单，点击自动调谐，进行调谐。 

4． 待调谐完毕，进入仪器操作界面，建立方法，进行定性分析（苯系物的GC-MS定性分析） 

5． 分析完关机。进入view菜单，点击“诊断”后，进入“真空”菜单，点击“Vent”，等Vent 结束后（≥50分钟），同时气相色谱仪进样口温度降至80℃以下后，退出工作站，依次关闭气相色谱仪、质谱仪和气瓶开关，关闭UPS电源开关。 

五、注意事项： 

1. 必须严格按操作手册规定顺序进行开、关机程序； 

2. 仪器通过调谐后才能进行样品分析； 

3. 谱库检索结果并非定性分析的唯一方法，匹配度大小只表示可能性大小。 

六、思考题： 

1. 质谱仪为什么采用FC-43作为标准物质？ 

答：作为调谐使用的标准物质本身必须具有其它物质不具备的特性才能被广泛使用，而全氟三丁胺本身性质特别适合做为这样的标准物质。它有如下特点：

①性质稳定，很难与其它物质发生反应。

②半挥发性，全氟取代后，沸点降低，在气化室内气化的好。

③碎片覆盖全部质量范围，在MS下的裂解状态也比较固定，且裂解效率比较高，粒子响应好。

④只有 C-13 和 N-15 同位素，使碎片离子质量容易解析，同位素的干扰小。

2. 质谱仪真空度不好会造成什么影响？ 

答：质谱仪真空度不好会导致如下影响：

①由于离子的平均自由行程必须大于离子源到收集器的飞行路程，离子源内高的气压可能引起高达数千伏的加速电压放电，如果真空度不好会使该过程离子很快淬灭而达不到检测器，对灵敏度造成影响。

②电离盒内的高气压导致离子—分子反应，改变质谱图样。质谱是检测带电粒子,带电粒子在电磁场的作用下,加速运动。如果有空气,带电粒子可能和空气中的其他分子发生碰撞,影响分离及检测。

③由于氧气的存在使这个地方易氧化损坏灯丝，即对仪器造成一定损伤，特别是灯丝和离子源，

3. 溶剂延迟的意义是什么？

    答：溶剂延迟就是人为告诉仪器这段时间是溶剂出峰的时间，不能开灯丝。溶剂延迟的作用是防止大量的溶剂气体对灯丝有不良影响，如果此时打开灯丝（也就是灯丝打开过早）容易导致离子源积碳，影响灯丝寿命。

实验一（2）苯系物的GC-MS定性分析 

一、实验目的： 

1. 学习苯系物的GC-MS定性分析方法 

2. 初步了解软件中有关仪器参数设定、分析方法的编辑、谱库检索。 

二、实验原理： 

有机物混合样品经GC分离成为一个个单一组分并进入离子源，在离子源上样品分子被电离成离子，离子经过质量分析器之后即按m/z顺序排列成谱，经检测器检测后得到质谱，由计算机工作站软件采集并储存质谱，并经适当处理后得到样品的色谱图与质谱图；及数据分析软件通过NIST05库*检索后得到化合物的定性结果，由色谱图则可进行各组分的定量分析。 

三、仪器与试剂： 

仪器：气相色谱-质谱联用仪（美捷伦，型号70A-5975C） 

试剂：苯系物混标，高纯氦气 

四、实验步骤： 

1. 样品制备：对于基质复杂的环境样品，需要经过萃取、浓缩、衍生化等样品

前处理技术制备满足要求的样品，进入GC-MS分析的样品必须在GC工作温度下能气化、不含水、浓度与仪器灵敏度相匹配，本实验采用的样品是苯系物的二氯甲烷溶液，已经预处理满足要求。 

2. 分析条件的设置：在工作站中设置GC条件（自动进样器、进样口温度、升

温程序、载气流量等）和MS条件（扫描速度、扫描范围等），保存并调用方法，待仪器就绪后设定数据路径、数据文件名称、样本信息等，开始进样并采集数据； 

3. 分析程序结束后打开数据分析软件，选定NIST05谱库，调出个人分析数据

进行定性分析。

五、实验数据与结果分析：

实验二（1）  紫外可见分光光度计的性能检测

一、实验目的与要求

1.了解紫外可见分光光度计的结构、组成与工作原理

2.熟悉外可见分光光度计的操作

3.掌握外可见分光光度计的性能检查方法和含义

4.仪器性能会影响测定结果准确性，使用前需要对仪器准确性并进行校正

二、实验原理

利用重铬酸钾溶液在规定的波长处的吸收系数来检验仪器的吸光度准确性。用同种厚度的比色皿，由于材料和工艺的不同往往会导致其透光率不一致从而会影响到测定的结果，故使用时需要加以选择配对。

三、仪器及试剂

仪器：紫外可见光分光光度计、比色皿、移液管

试剂：0.008mol/L重铬酸钾溶液、60mg/L重铬酸钾溶液、蒸馏水

四、实验步骤

1.比色皿透光率检查：以空气透光率为100％，分别在450.0nm与650.0nm处同时测量6个比色皿透光率，挑选一组透光率不小于84.0％与透光率差应小于0.5％的比色皿。

2.比色皿配对性：将0.008mol/L的重铬酸钾同业注入厚度相同的比色皿中，以其中一个比色皿溶液作为空白溶液，将440nm波长处测定令外一个比色皿的透光率，相差应该小于0.5%。

3.重复性：以蒸馏水的透光率作为100%，用同一重铬酸钾溶液连续测定7次，求出极差，如果小于0.5%，则符合要求。

4.吸光度准确性：取60mg/L的重铬酸钾溶液，在350nm处测定其吸光度，计算其吸光系数E与规定吸光系数（106.6），相对偏差应在±1.5%以内。

五、实验数据与结果

实验结果记录如下：

表1  比色皿透光率检测结果

1、对比色皿的透光率检测，计算得到透光率差△T1=0.04% ，△T2=0.33%，两个都小于0.5%，说明比色皿透光率比较好。

2、1号比色皿的透光率为100.9，2号比色皿的透光率为102.9，两者相差2%>0.5%，说明两个比色皿的配对性比较差，造成的原因有以前使用完比色皿后没有及时清洗，有较多的残留物，对于难以洗净的比色皿，可以用少量碳酸钠（20克/升）溶液泡洗，经水冲洗后，再于过氧化氢和（5：1）混合溶液中侵泡半小时。

3、对于比色皿重复性检测结果，见表3，T%平均值=0.750，标准差σ=0.002，变异系数=0.26%，说明数据离散程度比较小，比色皿的重复性比较好。

4、测得的吸光系数E测=111.5，与规定的106.6相比，相对偏差为4.6%，大于±1.5%，说明吸光度的准确性比较差，造成误差可能由于比色皿有较多的残留物没清洗干净。

实验二（2）  蒽醌吸收曲线绘制及含量测定

一、实验目的

1、掌握蒽醌的紫外吸收光谱的特点

2、掌握化合物吸收系数的测定方法

二、实验原理

    若溶剂等测定条件一定时，化合物吸收曲线所出现的λmax与Emax为一定值，且数目也一定，从而为鉴别化合物提供有力的证据。化合物对光选择吸收的波长及其相应的吸收系数，是该化合物的物理常数，当已知某一化合物在一定条件下的吸收系数后，即可由比尔定律计算出该化合物的含量。

三、实验仪器与试剂

仪器：紫外可见光分光光度计、比色皿、移液管

试剂：10mg/L蒽醌溶液、未知蒽醌溶液、蒸馏水、95%乙醇

四、实验步骤

1、吸收曲线的绘制及最大波长的确定

将蒽醌对照品溶液（10mg/L）和空白溶液（95%乙醇）分别用两个相同厚度的石英比色皿、从220nm到350nm，每隔2nm测定一次，读取并且记录每个波长下溶液的吸光度。

2、吸收系数的确定

利用上述溶液，在323处测定其吸光度，按公式E=A/（c*b），计算百分吸光系数。

3、测定位置蒽醌的浓度

在323nm处，测定位置蒽醌溶液吸光度，有2测得的百分吸光系数计算其浓度。

五、实验数据与结果分析

1、绘制吸收曲线

表1  蒽醌溶液不同波长测得吸光度的结果

图1  蒽醌是吸收曲线

根据表1和图1，曲线有三个波峰，λ=252，λ=272，λ=324处，最适宜吸光度应该选择吸光度大并且周边平缓的点出，蒽醌生产过程副产物邻苯二甲酸酐在251处对蒽醌的测定产生严重干扰，因此在定量分析中通常采用323处，所以应该选择第三个波峰λ=324，Abs=0.157处最大吸收波长。

2、计算251nm和323处的百分比吸收系数

    利用上述溶液，在323处测定其吸光度，按公式E=A/（c*b），计算百分吸光系数。

    251nm处时A=1.380，E=A/(bc)=1.380/（1×10^-2×10×10^-3）=13800

    323nm处时A=0.156，E=A/(bc)=0.156/（1×10^-2×10×10^-3）=1560

3、计算未知蒽醌溶液浓度

    在323nm处，测定位置蒽醌溶液吸光度，有2测得的百分吸光系数E=1560，测定未知浓度蒽醌A=0.270，所以

c=A/bE=0.270/(1×10^-2×1560)×10^3=17.31mg/L

六、思考题

1、为什么要用重铬酸钾溶液判定仪器吸光度的准确性？

    答：因为重铬酸钾的分子量大，可以显色，并且显色稳定，是良好的基准物质。

2、为什么采用乙醇作为溶剂？

答：因为蒽醌可溶与乙醇，而且因为乙醇没有不饱和键，最大吸收波长不在可见光范围内，对测定影响小。

3、为什么采用最大吸收波长为波长λ=323处，而不是λ=251和λ=271处？

    答：因为一般选择λmax处作为入射波长，但是如果λmax处有共存组分时，应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。在蒽醌生产过程中，副产物邻苯二甲酸酐在λ=251处对蒽醌的测定产生严重干扰，因此，最适宜最大吸收波长应选择波长λ=323处，而不是λ=251和λ=271处。

实验三  火焰原子吸收法测定钙时磷酸根的干扰和消除

一、实验目的

1.熟悉原子吸收光谱仪的使用

2.了解火焰原子吸收法中化学干扰及消除方法

二、实验原理

火焰原子吸收法测定钙时，由于溶液中存在的磷酸根与钙形成热力学更稳定的磷酸钙，在空气-乙炔火焰中磷酸钙不能分离，随磷酸根浓度的增高，钙的吸收下降。为了消除这种化学干扰，可以加入高浓度的锶盐或镧盐，锶盐或镧盐优        先与磷酸根反应，释放被测元素，从而消除干扰。

三、实验仪器和试剂

仪器：日立Z-2000原子吸收光谱仪，钙空心阴极灯，50mL比色管一组、烧杯、

      聚乙烯离心管等

试剂：钙标准贮备液、磷酸根储备液、Sr储备液，均为1000ug/mL，1%盐酸

四、实验步骤

1.溶液的配制：首先取钙标准储备液配制100ug/L钙标准溶液，将此溶液分别取2.5ml移入五只50mL比色管中，加入不同量的磷酸根储备液，用1%盐酸溶液稀释至刻度，使此五支管中溶液钙离子浓度均为5ug/mL，而磷酸根质量浓度分别为0、2、4、6、8ug/mL；

2.仪器条件设定：打开仪器，记录仪器条件：

火焰（乙炔-空气）；乙炔流量2.2L/min；空气流量15.0L/min；空心阴极灯电流7.5mA；燃烧度高度7.5mm；吸收线波长422.7nm；积分时间5s；重复系数 2 。

3.干扰曲线的绘制：待仪器稳定后，用空白溶液调零，将配制好的溶液浓度由低至高依次测定，读出吸光度值，记录；

4.消除干扰实验：另取5个比色管，配制Sr对磷酸根消除干扰的试样溶液，保持溶液钙离子浓度仍为5ug/mL,磷酸根质量浓度分别为0、10、10、10、10ug/mL，Sr溶液调零，将配制好的溶液浓度由低至高依次测定，读出吸光度值，记录。

五、实验数据记录与处理

1.记录磷酸根对钙的干扰测定的吸光度值与锶对磷酸根消除干扰测定的吸光度。

表1  磷酸根对钙的干扰

图1  磷酸根对钙的干扰曲线

图2  锶对磷酸根消除干扰曲线

六、思考题

1.在原子吸收光度法中为什么要用待测元素的空心阴极灯作为光源？可否用氘灯或钨灯代替？为什么？

答：因为原子吸收光度法中要求使用锐线光源，目前普遍使用的锐线光源是空心阴极灯，且空心阴极灯具有辐射光度大、稳定、谱线窄、灯容易更换等优点；不可以用氘灯或钨灯代替，因为它们无法满足辐射光度大、稳定性好、背景辐射小等要求。

2.本实验如果不采用加入Sr方法消除干扰，还可以采用何种方法消除干扰？为什么？

答：可以采用加入镧盐的方法。因为溶液中存在的磷酸根与钙形成热力学稳定的磷酸钙，在空气-乙炔火焰中磷酸钙不能分离，随磷酸根浓度的增高，钙的吸收下降。而加入高浓度的锶盐或镧盐，锶盐或镧盐优先与磷酸根反应，释放被测元素，从而消除干扰。

3.对于原子吸收法而言，标准加入法与标准曲线法比较有哪些优点？

答：标准曲线法在高浓度时标准曲线易发生弯曲，所以标准加入法具有适用于测定比较复杂且浓度高的物质。当很难配置与样品溶液相似的标准溶液，或样品基体成分很高，而且变化不定或样品中含有固体物质而对吸收的影响难以保持一定时，采用标准加入法是非常有效的，这些都是标准加入法的优点。

4.标准加入法为什么能够克服基体效应及某些干扰对测定结果的影响？

答：标准加入法实质就是以待测试样为基准物，加入不同浓度的标准物，得到标准曲线，与X轴的交点即是待测物质的浓度，相当于把待测试样作为了背景值。这样可以抵消基体效应及某些干扰对测定结果的影响。

5.试述原子吸收法的基本原理。

    答：原子吸收光谱分析法是基于原子由基态跃迁至激发态时对辐射光吸收的测量。通过选择一定波长的辐射光源，由吸收前后辐射光强度的变化来确定待测元素的浓度。当光源发射的某一特征波长的辐射通过原子蒸气时，被原子中的外层电子选择性的吸收，透过原子蒸气的入射辐射强度减弱，其减弱程度与蒸气中该元素的基态原子浓度成正比。当实验条件一定时，蒸气中的原子浓度与试样中该元素的含量（浓度）成正比。因此，入射辐射减弱的程度与试样中该元素的含量（浓度）成正比。入射辐射减弱的程度用吸光度表示即A=KC。