仪器分析实验的课后习题答案及讨论.doc

1、高效液相色谱1高效液相色谱法的特点特点：检测的分辨率和灵敏度高，分析速度快，重复性好，定量精确度高，应用范围广。适用于分析高沸点、大分子、强极性、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。2. 高效液相色谱与气相色谱的主要区别可归结于以下几点：(1)进样方式的不同：高效液相色谱只要将样品制成溶液，而气相色谱需加热气化或裂解；(2)流动相不同，在被测组分与流动相之间、流动相与固定相之间都存在着一定的相互作用力；(3)由于液体的粘度较气体大两个数量级，使被测组分在液体流动相中的扩散系数比在气体流动相中约小 45 个数量级；(4)由于流动相的化学成分可进行广泛选择，并可配置成二元或多元体系，满足梯度

2、洗脱的需要，因而提高了高效液相色谱的分辨率（柱效能）；(5)高效液相色谱采用 510Lm 细颗粒固定相，使流体相在色谱柱上渗透性大大缩小，流动阻力增大，必须借助高压泵输送流动相；(6)高效液相色谱是在液相中进行，对被测组分的检测，通常采用灵敏的湿法光度检测器，例如，紫外光度检测器、示差折光检测器、荧光光度检测器等。3. 高效液相色谱的定性和定量分析的方法定性：（1）利用纯物质定性的方法利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。

3、（2）利用文献保留值定性相对保留值 r21：相对保留值 r21 仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。定量：有归一法、内标法、外标法在定量分析中，采用测量峰面积的归一化法、内标法或外标法等，但高效液相色谱在分离复杂组分式样时，有些组分常不能出峰，因此归一化法定量受到限制，而内标法定量则被广泛使用。4高效液相色谱实验时，选择流动相时应注意的几个问题（1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。（2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏柱子。如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定相等。（

4、3）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉淀并在柱中沉积。（4）流动相同时还应满足检测器的要求。当使用紫外检测器时，流动相不应有紫外吸收。5影响分离的因素与提高柱效的途径（1）液体的黏度比气体大一百倍，密度为气体的一千倍，故降低传质阻力是提高柱效主要途径，降低固定相粒度可提高柱效。（2）液相色谱中，不可能通过增加柱温来改善传质；（恒温）（3）改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接的因素。气相色谱1气相色谱法常用的几种定量分析方法（1）归一化法：若试样中含有 N 个组分,且各组分均能洗出色谱峰,则其中某个组分 i 的质量分数可按下式计算：分别为组分 i 和内标物 S 的质量校正因子Ai、 A

5、S 分别为组分 i 和内标物 S 的峰面积特点及要求： 归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。（2）外标法,外标法也称为标准曲线法。是在一定条件下，测定一系列不同浓度的标准试样的峰面积，绘出峰面积 A 对质量分数的标准曲线,在严格相同的操作条件下,测定试样中待测组分的峰面积,同测得的峰面积在标准曲线上查出被测组分的质量分数。特点及要求：外标法不使用校正因子，准确性较高；操作条件变化对结果准确性影响较大；对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。（3）内标法内标法是在一定量试样中加入一定量的内标物，根据待测物组分

6、和内标物的峰面积及内标物质量计算待测组分质量的方法。计算公式为：分别为组分 i 和内标物 S 的质量校正因子%10%10%10 SiiSSiisii fAmmAfmw 试 样试 样试 样ifSf)(iw%10%1010 2 ii niiAf mmmSiAi、 AS 分别为组分 i 和内标物 S 的峰面积特点：内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大；每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析 。内标物要满足以下要求：（a）试样中不含有该物质；（b）与被测组分性质比较接近；（c）不与试样发生化学反应；（d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。2

7、色谱柱及柱温填充柱：3 米长，直径 3 毫米。柱温 Tc K毛细管柱：30100 米长，直径 0.5 毫米。选择 Tc 的原则：在使组分尽可能分离的条件下使用低温。 Tc 不能超过固定相的使用温度和组分的分解温度。组分性质相差大的采用程序升温，否则采取恒温。3气相色谱法特点：灵敏度高 （ 10-11 -10-15g）， 分离效率高（异构体、同系物），适合多组分同步分析 ，样品用量少（g ng）4.实验细节要求：（1）. 进样器有气化作用，温度350，不能测沸点高于 350的样品。（2）.载气的要求：纯度要高，干燥，不能与未知样反应（H 2，N 2，He）。载气流入要恒压、恒速。（3）最大的允许

8、进样量，控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。进样时间：越快越好。（4）气化温度：大于沸点，但要低于分解温度。一般选择气化温度比柱温高 3070 度。使液体试样迅速气化后被载气带入柱内。六、思考题：1、气相色谱有哪几种定量分析方法？答：气相色谱一般有如下定量分析方法：内标法、外标法、归一法、标准曲线法、标准加入法。2、本实验用的归一化法在什么情况下才能应用？答：归一法具有简便、准确、操作条件对结果影响小等优点，但使用归一法时，试样中所有组分必须全部出峰，某些不需要定量的组分也要测出其校正因子各峰面积，因此该法在使用中受到限制。当样品中各组分均能流出色谱柱且在色谱图上均显示色谱峰，其它杂

9、质峰干扰较小时可以使用归一法，此方法适用于多组分同时测定。离子分析法测 F 离子1柠檬酸钠溶液在测量溶液中的作用：柠檬酸钠作为缓冲溶液,起着缓冲作用,控制溶液的 PH 范围为 5.56.5 为最佳酸度,同时还可以消除Al3+ 、Fe 3+ 对对 F-的干扰，还可以使溶液中离子平均活度系数保持定值克服因非线性造成的误差，提高分析测试的精密度和准确度。2氟离子选择电极性能的判断：氟离子选择电极性能又称氟离子选择电极的斜率。氟离子选择电极性能的好坏，直接影响电极的响应极限、线性范围的大小和分析测试的准确度及精密度。氟离子选择电极性能的判别方法为：由 Nemst方程可知，在 20至 25范围内，氟离子

10、浓度每改变 10 倍，氟离子选择电极的电位变化值应在582mV 之间。若在此条件下测试，氟离子选择电极电位变化在此范围内，说明该电极性能良好。3饱和甘汞电极对电位值的影响：氟离子选择电极法中，电极电位示值是相对参比电极(即饱和甘汞电极)读取的。饱和甘汞电极的工作状态，直接影响电位计的示值。应注意三个方面的问题：一是电极液中的氯化钾溶液应处于饱和状态，否则，甘汞电极的电位值升高，电位计的示值增大；二是饱和氯化钾电极液的液面不能低于要求的液面高度而使用。不用时将两个橡皮套套上，使用一周后，应将氯化钾饱和溶液清洗掉，并换新的氯化钾饱和溶液；三是饱和甘汞电极的温度滞后现象。克服温度滞后现象的方法为保持

11、待测液的温度一致，或电极放入溶液后等待 3 至5min，待电位计读数稳定后再进行读数。甘汞电极不正常，往往会出现电位计的示值不稳定，线性变差、精密度下降和最大空白值升高等问题。4氟离子选择电极在使用时应注意的问题氟电极应浸入被测试液中在测量待测试液前应用去离子水将电极清洗干净氟离子选择电极测量 F-时，最适宜 pH 值范围应为 5.56.5，所以应控制溶液 pH 值范围为5.56.5。测定标准溶液和样品溶液前，控制空白电位值相同，以提高测试的精密度和准确度。5 影响测试结果的因素影响测试结果的因素主要有 pH 值、待测液温度、搅拌速度和测定的顺序，所以应保持测试条件应一致。氟离子选择电极工作时

12、，pH 值的大小对测定结果有较大的影响，且这种干扰随着氟离子活度的降低而增大。实际测定过程中，最佳 pH 值范围应为 5.56.5 为宜，pH 值较大时，可造成氟离子浓度升高的假象；pH 值较低时，氟离子与溶液中氢离子生成 HF 或 HF2-，从而降低溶液中氟离子的浓度，影响测试的准确度和精密度。标准溶液与待测液在同一温度下测量，并尽量保持测定体系温度的一致，避免因温度的变化而引起测量电位示值较大的漂移。1mV 的测量误差对一价离子引起的活度测量的相对误差约为 4。测定标准溶液系列时，按照浓度先低后高的顺序进行(由低浓度向高浓度逐个测定)，以消除电极的“记忆效应”。切勿由高浓度向低浓液逐个测定

13、，测定结束后，一定要用空白溶液将电极冼至接近空白溶液的电位值，然后进行样品待测液的测定。组分复杂样品的测试。若样品组分很复杂，如土壤样品，可采用一次标准加入法，以减少基体的影响，但需注意，加入到未知试样中的标准溶液的量，应不使溶液体系的离子浓度发生较大变化，加入的体积为样品溶液的 1左右，且使电位的改变量E 在 30mV 至 40mV 之间。6测试前应注意的问题氟离子选择电极应在蒸馏水或去离子水中洗涤至最大空白电位值。洗涤时，烧杯中放入磁棒，调整磁力搅拌机的转速至合适后，不要轻易改变转速。在测定标准溶液和待测液时，更应注意这一点，否则会影响测定的精密度。微分脉冲极谱法测定果汁中维生素 C 的含

14、量1脉冲极谱分析的特点改变了方波极谱中方波电压连续的方式，代之以在每一滴汞滴增长到一定的时间时，在直流线形扫描电压上叠加一个 10100mV 的脉冲电压，脉冲持续 480ms。脉冲极谱允许支持电解质的浓度小很多（0.010.1mol/L），这有利于降低痕量分析的空白值，还降低了毛细管噪声，对电极反应速度较慢的不可逆电对，其灵敏度亦有所提高。2标准加入法标准加入法的优缺点：标准加入法适用于样品组分复杂的情况,其缺点是,由于进样多次,进样误差加倍。优点是准确度较高,因为加入的标准溶液体积很小,避免了底液不同所引起的误差。但是如果加入的标准溶液太少，波高增加的值很小，则测量误差大；若加入的量太大，则

15、引起底液组成的变化。所以使用这一方法，加入标准溶液的量要适当。另外要注意的是，只有波高与浓度成正比关系时才能使用标准加入法。使用标准加入法时应注意以下几点:1）待测元素的浓度与其相应的吸光度应呈直线关系；2）为了得到较为精确的外推结果，最少应采用 4 个点（包括试样溶液本身）来作外推曲线，并且第一份加入的标准溶液与试样溶液的浓度之比应适当，这可通过试喷试样溶液和标准溶液，比较两者的吸光度来判断。增量值的大小可这样选择，使第一个加入量产生的吸收值约为试样原吸收值的一半；3）本法能消除基体效应带来的影响，但不能消除背景吸收的影响，这是因为相同的信号，既加到试样测定值上，也加到增量后的试样测定值上，

16、因此只有扣除了背景之后，才能得到待测元素的真实含量，否则将得到偏高结果；4）对于斜率太小的曲线（灵敏度差），容易引进较大的误差。3、测定果汁中维生素 C 为什么要采用标准加入法？为什么需要缓冲溶液？因为果汁组分复杂，待测物含量较低，难以保证试样组成与标准溶液的条件完全相同，易制成标准溶液。因而要采用标准加入法，并且测量出的信号峰高与待测物的浓度成正比，因而可以采用标准加入法。不缓冲溶液用于调节 PH 值。如果溶液的 PH 值不适宜的话，抗坏血酸的氧化会使电极表明的 PH 移动，从而导致峰形变宽，使用已酸缓冲溶液可避免此类情况。六、思考题1.采用标准加入法有何优缺点？答：标准加入法的优缺点：标准

17、加入法适用于样品组分复杂的情况,其缺点是,由于进样多次,进样误差加倍。优点是准确度较高,因为加入的标准溶液体积很小,避免了底液不同所引起的误差。但是如果加入的标准溶液太少，波高增加的值很小，则测量误差大；若加入的量太大，则引起底液组成的变化。所以使用这一方法，加入标准溶液的量要适当。另外要注意的是，只有波高与浓度成正比关系时才能使用标准加入法。2.测定果汁中维生素 C 为什么要采用标准加入法？答：因为果汁组分复杂，待测物含量较低，难以保证试样组成与标准溶液的条件完全相同，易制成标准溶液。因而要采用标准加入法，并且测量出的信号峰高与待测物的浓度成正比，因而可以采用标准加入法3.测定果汁中维生素

18、C 为什么需要缓冲液？答：缓冲溶液用于调节 PH 值。如果溶液的 PH 值不适宜的话，抗坏血酸的氧化会使电极表明的 PH 移动，从而导致峰形变宽，使用已酸缓冲溶液可避免此类情况。用重铬酸钾电位滴定硫酸亚铁铵溶液（1）.电位滴定: 每滴加一次滴定剂，平衡后测量电动势。关键: 确定滴定反应的化学计量点时,所消耗的滴定剂的体积;快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围;突跃范围内每次滴加体积控制在 0.1mL;记录每次滴定时的滴定剂用量（V）和相应的电动势数值（E），作图得到滴定曲线。（3）在计量点时，二苯胺磺酸钠颜色如何变化二苯胺磺酸钠的氧化态为紫色，还原态为无色，变色的条件电极电位为 0.85V。变

19、色范围为0.850.059/2V，用 K2Cr2O7滴定 Fe2+的突跃范围的电位正好将指示剂的变色范围包含在内，故计量点时，指示剂由无色而氧化为紫色。（4）在本实验中为何要加 H2SO4及 H3PO4？K2Cr2O7在酸性溶液中显示很强的氧化能力，因此要加 1 mol/L H2SO4，此时 Cr2O72-Cr 3 的条件电极电位为 1.08，能使 Fe2+氧化为 Fe3+。在 1 mol/L H2SO4中 EFe3+Fe 2+0.68V，加入 1：3（VV）的 H3PO4后由于 PO43-与 Fe3+形成稳定的无色络离子Fe(PO 4)23-，而使 Fe3+Fe 2+电对的条件电极电位降低，

20、所以在有 H3PO4存在的H2SO4介质中滴定 Fe2+时，起始条件电极电位最低，滴定突跃最长。（5）. 从 EV 曲线上确定的计量点位置，是否位于突跃的中点？为什么？从 EV 曲线上确定的计量点位置，并不位于突跃的中点，因为在该氧化还原反应中所涉及的二个半反应为：Fe2+ e Fe 3+ n11Cr2O72- 14H 6e 2Cr 3 7H 2O n26n1n 2，所以等当点并不在滴定突跃的中点，而是偏向电子转移数较多的 Cr2O72-一方。在这里是用 K2Cr2O7滴定 Fe2+，因此等当点偏向于滴定突跃的末端。（六）思考题1为什么氧化还原滴定可以用铂电极作为指示电极答：铂是一种性质稳定的

21、惰性金属，当铂电极插入可溶性氧化态或还原态物质的滴定溶液中，电极本身并不参加反应，而是作为一个导体，在这里仅起传导电子的作用,没有离子穿越相界面.。为物质的氧化态(Fe 3+)和还原态(Fe 2 )转移电子提供了场所，它能显示溶液中对应的氧化态和还原态离子浓度间的关系，因而可在氧化还原滴定中用作指示电极。2.从实验的 E-V 曲线上确定的终点，是否与计量点一致？如果用 Ce2SO4溶液滴定 Fe2+，它的计量点位置应在哪里？答：不一定一致。电位滴定法是靠电极电位的突跃来指示滴定终点。在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度往往连续变化 n 个数量级，引起电位的突跃，此突变会形成一段距离的突变曲

22、线，一般无法非常绝对准确地从曲线中找出计量点，从 EV 曲线上确定的计量点位置，并不位于突跃的中点，计量点偏向于滴定突跃的末端。 而 如果用 Ce2SO4溶液滴定 Fe2+ Fe2+ e Fe 3+ n11Ce+ e Ce n 21n1=n2，所以计量点应是滴定突跃的中点。3.指示剂的变色与滴定突跃的电位变化是否一致？答：一致。指示剂的变色实际上是通过滴定电位突跃来实现的，当滴定接近计量点时，溶液离子活度会发生跃迁，指示剂会发生颜色突变。本实验用二苯胺磺酸钠作指示剂，其氧化态为紫色，还原态为无色，变色的条件电极电位为 0.85V。变色范围为 0.850.059/2V 。用 K2Cr2O7滴定

23、Fe2+的突跃范围的电位正好将指示剂的变色范围包含在内，故计量点时，指示剂由无色而氧化为紫色。荧光分光光度法定量测定维生素 B2的含量1实验开始时，应先开光谱仪主机电源，预热五分钟后再开电脑主机，二者顺序不能颠倒，以防光谱仪主机开机后产生的高压损坏电脑主机。2样品测量结束时，就先关闭 Xe 灯，再进行数据处理。为了延长 Xe 灯的使用寿命，不要在开着 Xe灯的状态下处理数据。3测量完毕时，关机顺序为：先关电脑主机，然后关光谱仪主机。（务必等到 Xe 灯冷却后）4.干扰荧光分光分光度法的因素：(1)溶剂：同一荧光物质在不同的溶剂中可能表现出不同的荧光性质。溶剂的极性增强，对激发态会产生更大的稳定

24、作用，结果使物质的荧光波长红移，荧光强度增大。(2)温度：升高温度会使非辐射跃迁概率增大，荧光效率降低。(3)PH：大多数含有酸性或碱性取代基团的芳香族化合物的荧光性质受 PH 的影响很大。(4)溶液表面活性剂的存在，减少非辐射跃迁的概率，提高了荧光效率。(5)溶液中溶解氧的存在，由于氧分子的顺磁性质，使激发单重态分子向三重态的体系间窜跃速率加大，因而会使荧光效率降低。5维生素 B2 在 pH67 时荧光最强，本实验为何在酸性溶液中测定？原因：维生素 B2 在碱性溶液中经光线照射，会发生分解而转化为光黄素，后者的荧光比核黄素的荧光强的多。因此，测量时溶液要控制在酸性范围内，且必须在避光条件下进

25、行。6应如何确定被测物的激发和发射波长一般可将仪器的激发波长(Ex)先设定为 200nm，然后进行发射波长(Em)模式扫描，(Em)波长范围暂设定为 210800nm，然后记录所有出现的峰值波长；改变激发波长(Ex)后再扫描，如第二次发射图谱中的某个（或某些）峰的位置没有位移（或位移很少），一般来说这个（或这些）峰就是荧光峰；因为荧光峰的位置是不随激发波长的改变而改变的，仅是峰高（或峰面积）发生改变。将确定的荧光峰的波长作为发射波长(Em)固定下来，再做激发波长(Ex)的扫描，激发波长的范围要小于发射波长（根据斯拖克斯定律）；如果仅出一个峰则很简单确立下来，再将这个波长固定下来重新做真正的发射

26、波长(Em)扫描，可以得到良好的信噪比的结果值；如果做激发波长(EX)扫描后出现几个峰，则需要作出选择，一般选择峰形高度适合并又有一定带宽的峰为激发波长。原子发射法测定自来水中的钙与镁1、比较原子发射光谱法和原子吸收光谱法的异同点：答：不同点：（1） 、原理不同：原子吸收是通过原子蒸气共振吸收空心阴极灯发出的锐线光源。原子发射是元素在受到热或电激发时，有基态跃迁到激发态，再返回基态时，发出特征光谱。（2） 、光源不同：原子吸收是空心阴极灯。原子发射一般用直流电弧、交流电弧、高压电火花、电感耦合等离子体等作为光源。（3） 、原子吸收的检出限低：10 -10-10-14g，准确度高 1%-5%。原

27、子发射的检出限较低 10-0.1ug/g，准确度较高 5%-10%。（4） 、试样不同：原子吸收采用溶液，而原子发射可以用溶液或者用固体。而且原子吸收一次只能测定一种元素，而原子发射一次可以同时测定 70 多种元素。（5） 、运行成本不同：原子发射光谱法用的仪器要用大量氩气作为辅助气，成本较原子吸收光谱法高很多。相同点：（1）测定的对象都是微量元素的含量。（2）过程都需将样品原子化，都需要很高能量原子化。（3）都是使用锐线光源。原子吸收光谱测定铜的含量1火焰原子吸收光谱法的特点：（1）灵敏度高、（2）选择性好、（3）精确度较高、（4）适用范围广、（5）取样量少，固体和液体试样均可直接测定、（6

28、）分析周期短、（7）抗干扰能力强、稳定性好、（8）快速、简便、易掌握、设备简单便于自动化和计算机控制2火焰温度的选择：（a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰；（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气乙炔最高温度 2600K 能测 35 种元素。3. 原子化条件的选择在火焰原子化法中，火焰类型和特征是影响原子化效率的主要因素。对低、中温元素，使用空气乙炔火焰；对高温元素，采用氧化亚氮乙炔高温火焰；对分析 4.测量时进样量进样量过小，吸收信号弱，不便于测量；进样量过大，在火焰原子化法中，对火焰产生冷却效应，在石墨炉原子化法中

29、，会增加除残的困难。在实际工作中，应测定吸光度随进样量的变化，达到最满意的吸光度的进样量，即为应选择的进样量。5狭缝的自然宽度：狭缝宽度直接影响光谱宽带与检测器接受的能量。合适的狭缝宽度由实验确定，引起吸光度减少的最大狭缝宽度，即为合适的狭缝宽度。一般情况下，单色器的入射狭缝和出射狭缝的宽度是相等的，在 0.012mm 之间，本实验通过对狭缝宽度进行调节，得出最合适的狭缝宽度是 0.04mm。（不引起吸光度减小的最大狭缝宽度），线位于短波区（200nm 以下）的元素，使用空气氢火焰是合适的6. 当使用雾化器时，经常使用稀硝酸作为溶剂。理由：在实际分析中，习惯把分析元素转换成硝酸盐、硫酸盐。因为

30、这样可选取较高的灰化温度，以减少干扰。（六） 、思考题1. 采用标准加入定量法应注意哪些问题？答：.为了得到较为准确的外推结果，至少要配制四种不同比例加入量的待测标准液，以提高测量准确度。.绘制的工作曲线斜率不能太小，否则外延后将引入较大误差，为此应使一次加入量 C0未知量Cx尽量相近。.本法能消除基体效应带来的干扰，但不能消除背景吸收带来的干扰。.待测元素的浓度与对应的吸光度应呈线性关系。即绘制工作曲线应呈直线，而且当 Cx不存在时，工作曲线应该通过零点。2. 以标准加入法进行定量分析有什么优点？答：标准加入法适用于样品组分复杂的情况，优点是准确度较高,因为加入的标准溶液体积很小,避免了底液不同所引起的误差。能快速测出待测液浓度,而且准确度高。3. 为什么标准定量分析法中工作曲线外推与浓度轴相交点，就是试液中待测元素的浓度。答：在实际测量时，标准定量分析常采用作图法，因为结果更准确。一般吸取四份等体积试液置于四只等体积的容量瓶中，从第二只容量瓶中开始，分别按比例递增加入待测元素的标准溶液，然后用溶剂瓶稀释至刻度线，揺匀，分别测定溶液