分析与监测实验指导书.doc

《分析与监测实验》

天津理工大学环境科学与安全工程学院

2014年3月

目 录
第一章 《分析与监测实验》实验教学大纲 1
一、学时、学分 1
二、课程简介 1
三、实验的地位、作用和目的及学生能力标准 1
四、实验方式与基本要求 1
五、考核方式与实验报告要求 2
六、实验项目 2
七、开放实验室的要求： 3
八、本大纲主执笔人：毕成良 3
第二章 《分析与监测实验》实验指导书 4
2.1 溶液pH的测定 4
一、实验目的 4
二、实验原理 4
三、仪器及试剂 4
四、实验步骤 4
五、实验数据及其处理 6
六、注意事项与要求 6
七、思考题 6
2.2 邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁 7
一、实验目的 7
二、实验原理 7
三、实验仪器与试剂： 7
四、实验步骤 8
五、数据处理 9
六、思考题 10
2.3 电感耦合等离子体光谱法测定水样中金属元素含量 11
一、实验目的 11
二、仪器设备 11
三、实验原理 11
四、实验步骤 13
五、实验要求 14
六、数据处理 14
七、思考题 14
2.4 高效液相色谱法测定水体中的苯酚和α-萘酚 15
一、实验目的 15
二、实验原理 15
三、实验仪器和药品 15
四、实验步骤 16
五、实验结果 17
六、注意事项 17
七、附高效液相色谱法分析谱图 17
八、思考题 18
2.5 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程 19
一、实验目的 19
二、实验原理 19
三、仪器与试剂 20
四、实验步骤 20
五、数据处理： 21
六、思考题 22
2.6 火焰原子吸收光谱法测定水中的痕量铜 23
一、实验目的 23
二、仪器与试剂 23
三、实验原理 23
四、实验步骤 25
五、数据处理 26
六、注意事项 26
七、思考题 27
2.7 气相色谱定性、定量测定混合烃含量（归一化法） 28
一、实验目的 28
二、仪器与试剂 28
三、实验原理 28
四、实验步骤 29
五、数据处理及百分含量的计算 30
六、注意事项 30
七、思考题 30
2.8 离子色谱法测定水样中F-、Cl-、SO42- 31
一、实验目的 31
二、仪器与试剂 31
三、实验原理 31
四、实验步骤 31
五、数据处理 36
六、注意事项 38
七、思考题 38

第一章 《分析与监测实验》实验教学大纲
课程代码：1380356
课程名称：分析与监测实验/ Analysis and Monitoring Experiments
开课院（系）、实验室：环境科学与安全工程学院、实验中心
适用专业：环境科学与工程
实验指导书名称：
(1) 分析与监测实验指导书；
(2) 《分析化学实验（第三版）》，华中师范大学、东北师范大学、北京师范大学编，高等教育出版社，2001年7月第三版。
一、学时、学分
总学时：32/64 总学分：2 讲课学时：0 实验学时：64
二、课程简介
本课程主要进行pH计、气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱仪、紫外-可见吸收分光光度计、电化学工作站、原子发射光谱仪、原子吸收分光光度计的工作原理、组成、实验技术及应用讲解和实验具体操作。
三、实验的地位、作用和目的及学生能力标准
分析与监测实验是一门技术基础课。通过实验，可弥补课堂理论教学中的不足，增加学生的感性知识；掌握一些常用物质含量的测量方法；深化理论知识，使理论与实际结合起来；培养学生具有一定的设计实验方案的能力、利用实验的原始数据处理以获得实验结果的能力、运用文字表达技术报告的能力等。
四、实验方式与基本要求
1、综合性实验
实验名称：①溶液pH的测定(8学时)；②邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁元素(8学时)；③电感耦合等离子体光谱法测定水样中元素金属含量(8学时)；④循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程(8学时)；⑤火焰原子吸收光谱法测定水中的痕量铜(8学时)；⑥离子色谱法测定水样中F-、Cl-、SO42-(8学时)。
2、验证性实验
实验名称：①高效液相色谱法对混合物组分的定性、定量分析(8学时)；②气相色谱定性、定量测定混合烃含量（归一化法）(8学时)。
预习要求：了解pH计、气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱仪、紫外-可见吸收分光光度计、电化学工作站、原子发射光谱仪、原子吸收分光光度计的基本构造，各功能部件的作用与位置，实验技术及内容，提前设计好实验结果记录表格。
实验方式：学生通过实际操作熟悉以上仪器的测定操作。
实验要求：学生应掌握以上各实验仪器的操作，实验结果合理正确。
实验设备：pH计、气相色谱仪、液相色谱仪、离子色谱仪、紫外-可见吸收分光光度计、电化学工作站、原子发射光谱仪、原子吸收分光光度计。
实验分组：8-10人/组（有条件时应2-3人/组）
3、其它
①首先要求学生根据实验指导书在课下进行预习，书写预习报告，设计出原始数据表格；
②在实验室进行实验前，检查学生预习报告，给学生15～20分钟，熟悉实验设备流程、操作方法等，签到，填写实验记录；
③指导教师用10分钟左右时间提问问题，并讲解疑难问题等；指导教师结合实验指导书与仪器设备，给学生讲解实验原理、实验内容、实验步骤、注意事项等；
④实验小组为8-10人，有条件的应2-3人/组，学生在老师指导下完成实验；
⑤将测试数据及有关的设备参数等记录在已经设计好的原始数据表格中；
⑥实验结束后，指导教师检查原始数据；
⑦实验完成后，一周内提交实验报告，实验报告格式见指导书。
五、考核方式与实验报告要求
学生进入实验室后签到，实验开始后，指导教师提问，根据学生操作、实验结果、回答问题情况及实验纪律及作风、实验报告情况等方面给出学生成绩（实验报告格式见指导书）。实验操作成绩70%，期末考试成绩30%。
六、实验项目
序
号
实验
名称
内容摘要
所用主要设备
实验时数
实验
要求
实验类型
设备套数
每组
人数
实验者类别
开设实验室
1
溶液pH的测定
掌握pH计原理；学会校正pH计；测定溶液pH
pH计
8
必做
综合
10
2~5
本科生
101
2
邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁
掌握分光光度法原理；学会绘制标准曲线；学会测定试样中微量铁含量
紫外-可见吸收分光光度计
8
必做
综合
10
2~5
本科生
102
3
电感耦合等离子体光谱法测定水样中金属元素含量
掌握ICP-OES原理；利用ICP- OES定性、定量测定饮用水中金属元素含量
电感耦合等离子体原子发射光谱仪
8
必做
综合
1
8~10
本科生
421
4
高效液相色谱法对混合物组分的定性、定量分析
掌握HPLC原理；利用HPLC对有机混合物进行定性定量分析
液相色谱仪
8
必做
验证
1
8~10
本科生
301
5
循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程
掌握电化学工作站原理；利用电化学工作站测定铁氰化钾电极反应过程
电化学工作站
8
必做
综合
1
8~10
本科生
301
6
火焰原子吸收光谱法测定水中的痕量铜
掌握AAS结构与原理；利用AAS测定水样中Cu2+
原子吸收分光光度计
8
必做
综合
1
8~10
本科生
421
7
气相色谱定性、定量测定混合烃含量（归一化法）
掌握GC结构与原理；利用GC定性、定量测定混合烃含量
气相色谱仪
8
必做
验证
1
8~10
本科生
312
8
离子色谱法测定水样中F-、Cl-、SO42-
掌握ICS结构与原理；利用ICS测定水中F-、Cl-、SO42-
离子色谱仪
8
必做
综合
1
8~10
本科生
312
七、开放实验室的要求：
学生以小组为单位，按课程进度到实验室与指导教师联系实验。
八、本大纲主执笔人：毕成良
审核人：葛艳辉
批准人：李德生

第二章 《分析与监测实验》实验指导书
2.1 溶液pH的测定
一、实验目的
1. 掌握用玻璃电极测量溶液pH的基本原理和测量技术；
2. 学会怎样测定玻璃电极的响应斜率，进一步加深对玻璃电极响应特性的了解。
二、实验原理
以玻璃电极作指示电极、饱和甘汞电极作参比电极、插入待测溶液中组成原电池：
(-)Ag，AgCl│HCl(0.1mol·L-1)│玻璃膜│试液║KCl（饱和）│HgCl2，Hg(+)
▕←—————玻璃电极—————→▏ ∣←—饱和甘汞电极—→∣
在一定条件下，测得电池的电动势E与pH呈直线关系：

常数K取决于内外参比电极电位、电极的不对称电位和液体接界电位，因此无法准确测量K值，实际上测量pH是采用相对方法：

玻璃电极的响应斜率与温度有关，在一定的温度下应该是定值，25℃时玻璃电极的理论响应斜率为0.0591。但是玻璃电极由于制作工艺等的差异，每个pH玻璃电极其斜率可能不同，须用实验方法来测定。
三、仪器及试剂
1. 仪器：梅特勒-托利多Delta 320型酸度计、复合pH玻璃电极

2. 试剂：邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液 pH=4.00；磷酸二氢钾和磷酸氢二钠标准缓冲溶液 pH=6.86；硼砂标准缓冲溶液 pH=9.18。
四、实验步骤
1. 标准缓冲溶液的配置
将相应标准缓冲溶液试剂包中的试剂用蒸馏水溶解，转入到试剂包规定的容量瓶中定容，贴好标签备用。
2. 酸度计的标定（按照操作说明书操作）
(1) 选择温度测定；调节温度补偿，达到溶液温度值；
(2) 选择pH校正；
(3) 分别进行1点、2点、3点校正(以下以2点校正为例，适用酸性溶液)；
(4) 把用蒸馏水清洗过的电极插入pH=6.86标准缓冲溶液中；
(5) 调节定位，使仪器显示读数与该缓冲溶液当时温度下的pH相一致；
(6) 用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干，再插入pH=4.00的标准缓冲溶液中，调节使仪器显示读数与该缓冲液当时温度下的pH一致，仪器完成标定。用任意标准溶液验证，如有误差再重复(4)~(6)步骤。
3. pH玻璃电极响应斜率的测定
选择测定mV，将电极插入pH=4.00的标准缓冲溶液中，摇动烧杯、使溶液均匀，在显示屏上读出溶液的mV值，依次测定pH=6.86、pH=9.18标准缓冲溶液的mV值。
4. 溶液pH的测定。
当被测溶液与标定溶液温度相同时，用蒸馏水缓缓淋洗两电极3~5次，再用待测溶液淋洗3~5次。然后将它们插入装有25~50mL溶液的烧杯中，电极浸入水中，摇动烧杯、使溶液均匀，待读数稳定后．读取pH；用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干。
5. 土壤水浸液pH的测定
试样的制备
风干：新鲜样品应进行风干。将样品平铺在干净的纸上，摊成薄层，于室内阴凉通风处风干，切忌阳光直接暴晒。风干过程中应经常翻动样品，加速其干燥。风干场所应防止酸、碱等气体及灰尘的污染。当土样达到半干状态时，宜及时将大土块捏碎。亦可在不高于40℃条件下干燥土样。
磨细和过筛：用四分法分取适量风干样品，剔除土壤以外的侵入体，如动植物残体、砖头、石块等，再用圆木棍将土样碾碎，使样品全部通过2mm孔径的试验筛。过筛后的土样应充分混匀，装入玻璃广口瓶、塑料瓶或洁净的土样袋中，备用。储存期间，试样应尽量避免日光、高温、潮湿、酸碱气体等的影响。
试样溶液的制备：称取10.0±0.1g试样，置于50mL的高型烧杯或其他适宜的容器中，并加入25mL水(或氯化钾溶液或氯化钙溶液)。将容器密封后，用振荡机或搅拌器，剧烈振荡或搅拌5min，然后静置1h~3h，待测。
土壤水浸液pH的测定：将电极插入待测液中(注意玻璃电极球泡下部位于土液界面下，甘汞电极插入上部清液)，轻轻摇动烧杯以除去电极上的水膜，促使其快速平衡，静止片刻，按下读数开关，待读数稳定时记下pH。放开读数开关，取出电极，以水洗净，用滤纸条吸干水分后即可进行第二个样品的测定。每测5~6个样品后需用标准液检查定位。
测量试样溶液的温度与标准缓冲溶液的温度之差不应超过1℃。pH测量时，应在搅拌的条件下或事先充分摇动试样溶液后，将电极插入试样溶液中，待示数稳定后读取pH。
五、实验数据及其处理
1. pH玻璃电极响应斜率的测定
作E~pH图，求出直线斜率即为该玻璃电极的响应斜率。若偏离59mV/pH (25℃)太多，则该电极不能使用。
2. 记录未知试液pH
3. 记录未知土壤试液pH
六、注意事项与要求
1. 各组自己准备水样1~2个，最好为实际河水样，采集时注意安全！
2. 各组自己设计实验记录表格
3. 复合pH电极使用的注意事项
(1) 观察敏感膜玻璃是否有刻痕和裂缝；参比溶液是否浑浊或发霉(有絮状物)；参比电极的液接界部位是否堵塞；电极的引出线及插头是否完好，要保持电极插头的干燥与清洁；
(2) 玻璃球泡易破损，使用时要小心；
(3) 电极不得测试非水溶液，如油脂、有机溶剂、牛奶及胶体等等，若不得以测试必须马上清洗，用稀NaHCO3溶液浸泡清洗，时间不得太长，然后用蒸馏水漂洗干净；
(4) 电极正常测试水温为0~60℃，超过60℃极易损坏电极；
(5) 电极不得测试含F-高的水样；
(6) 每次测试结束，电极都须用蒸馏水冲洗干净，特别是测量过酸过碱溶液；
(7) 电极保护套内的KCl溶液（3 mol·L-1）要及时补充不能干涸。
七、思考题
1. pH计为什么要用标准缓冲溶液校正？
2. 土壤pH如何测定？
3. 如何保存复合pH玻璃电极？

2.2 邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁
一、实验目的
1. 学会吸收曲线及标准曲线的绘制，了解分光光度法的基本原理；
2. 掌握用邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理；
3. 学会T6型分光光度计的正确使用，了解其工作原理；
4. 学会数据处理的基本方法；
5. 掌握比色皿的正确使用。
二、实验原理
根据朗伯-比耳定律：A=εbc，当入射光波长λ及光程b一定时，在一定浓度范围内，有色物质的吸光度A与该物质的浓度c成正比。只要绘出以吸光度A为纵坐标，浓度c为横坐标的标准曲线，测出试液的吸光度，就可以由标准曲线查得对应的浓度值，即未知样的含量。同时，还可应用相关的回归分析软件，将数据输入计算机，得到相应的分析结果。
用分光光度法测定试样中的微量铁，可选用显色剂邻二氮菲(又称邻菲罗啉)，邻二氮菲分光光度法是化工产品中测定微量铁的通用方法，在pH为2-9的溶液中，邻二氮菲和二价铁离子结合生成红色配合物：

此配合物的lgK稳=21.3，摩尔吸光系数ε510 = 1.1×104 L·mol-1·cm-1，而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1。所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺(NH2OH·HCl)将Fe3+还原为Fe2+，其反应式如下：
2Fe3+ + 2NH2OH·HCl → 2Fe2+ + N2 + H2O + 4H+ + 2Cl-
测定时酸度高，反应进行较慢；酸度太低，则离子易水解。本实验采用HAc-NaAc缓冲溶液控制溶液pH≈5.0，使显色反应进行完全。
为判断待测溶液中铁元素含量，需首先绘制标准曲线，根据标准曲线中不同浓度铁离子引起的吸光度的变化，对应实测样品引起的吸光度，计算样品中铁离子浓度。
本方法的选择性很高，相当于含铁量40倍的Sn2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SiO32-；20倍的Cr3+、Mn2+、VO3-、PO43-；5倍的Co2+、Ni2+、Cu2+-等离子不干扰测定。但Bi3+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Ag+等离子与邻二氮菲作用生成沉淀干扰测定。
三、实验仪器与试剂：
1. 实验仪器
T6紫外可见分光光度计、容量瓶（50mL、100mL、500mL、1000mL）、吸量管（2mL、5mL、10mL）、比色皿、洗耳球。

2. 试剂
硫酸铁铵(A.R.)、盐酸、盐酸羟胺(A.R.)、醋酸钠(A.R.)、醋酸(A.R.)、邻二氮菲(A.R.)。
四、实验步骤
1. 标准溶液配制
1) 100μg·mL-1铁标准溶液配制
准确称取0.8634g铁盐NH4Fe(SO4)2·12H2O(A.R)，置于烧杯中，加入20mL 6mol·L-1 HCl溶液和少量水，溶解后，定量转移至1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度，充分摇匀，得100μg·mL-1储备液。
2) 10μg·mL-1铁标准溶液配制
用移液管吸取上述100μg·mL-1铁标准溶液10.00mL，置于100mL容量瓶中，加入2.0mL 6mol·L-1HCl溶液，用水稀释至刻度，充分摇匀。
3)盐酸羟胺溶液（10%）：新鲜配制。
4)邻二氮菲溶液（0.15%）：新鲜配制。
5)HAc-NaAc缓冲溶液（pH≈5.0）：称取136g醋酸钠，加水使之溶解，在其中加入120 mL冰醋酸，加水稀释至500mL。
6)HCl溶液（1+1）。
2. 邻二氮菲-Fe2+吸收曲线的绘制
用吸量管吸取铁标准溶液（10μg·mL-1）6.0mL，放入50mL容量瓶中，加入1mL 10%盐酸羟胺溶液，2mL 0.15%邻二氮菲溶液和5mL HAc-NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀。放置10min，选用1cm比色皿，以试剂空白（即在0.0mL铁标准溶液中加入相同试剂）为参比溶液，选择440~560nm波长，每隔10nm测一次吸光度，其中500~520nm之间，每隔5nm测定一次吸光度。以所得吸光度A为纵坐标，以相应波长λ为横坐标，在坐标纸上绘制A与λ的吸收曲线。从吸收曲线上选择测定Fe的适宜波长，一般选用最大吸收波长λmax为测定波长。
3. 标准曲线(工作曲线)的绘制
用吸量管分别移取铁标准溶液(10μg·mL-1)0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0，10.0mL分别放入7个50mL容量瓶中，分别依次加入1mL 10%盐酸羟胺溶液，稍摇动；加入2.0mL 0.15%邻二氮菲溶液及5mL HAc-NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀。放置10min，用1cm比色皿，以试剂空白(即在0.0mL铁标准溶液中加入相同试剂)为参比溶液，选择λmax为测定波长，测量各溶液的吸光度。在坐标纸上(亦可利用计算机软件绘图)，以含铁量为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线。
4. 试样中铁含量的测定
总铁的测定：采样后立即将样品用盐酸酸化至pH＜1(含CN－或S2-离子的水样酸化时，必须小心进行，因为会产生有毒气体)，分析时取50.0mL匀水样于150mL锥形瓶中，加(1+3)盐酸1mL，盐酸羟胺溶液1mL，加热煮沸至体积减少到15mL左右，以保证全部铁的溶解和还原。若仍有沉淀应过滤除去。以下按绘制校准曲线同样操作，测量吸光度并作空白校正。
亚铁的测定：采样时将2mL盐酸放在一个100mL具塞的水样瓶内，直接将水样注满样品瓶，塞好瓶塞以防氧化，一直保存到进行显色和测量（最好现场测定或现场显色）。分析时只需取适量水样，直接加入缓冲溶液与邻菲啰啉溶液，显色5~10min，在510nm处以水为参比测量吸光度，并作空白校正。
可过滤铁的测定：在采样现场，用0.45μm滤膜过滤水样，并立即用盐酸酸化过滤水至pH＜1，准确吸取样品50mL置于150mL锥形瓶中，以下操作与总铁测定步骤相同。
依据样品溶液的吸光值，从标准曲线上即可查得其浓度，最后计算出原试液中含铁量(以μg·mL-1表示)。并选择相应的回归分析软件，将所得的各次测定结果输入计算机，得出相应的分析结果。
五、数据处理
1. 邻二氮菲-Fe2+吸收曲线的绘制
(1) 数据纪录
不同波长吸光度
波长λ/nm
440
450
460
470
480
490
500
505
508
509
510
511
512
吸光度A

波长λ/nm
513
514
515
520
530
540
550
560

吸光度A

(2) 作吸收曲线图，确定最大吸收波长λmax= nm
2. 标准曲线的制作和铁含量的测定
(1) 数据记录(0号为参比溶液)
序号
数值
量/单位
1
2
3
4
5
6
7
8
10μg·mL-1 Fe2+/ mL
1
2
4
6
8
10
未 知
未 知
吸光度（A）

(2) 作标准曲线图
(3) 从标准曲线上查得或由曲线方程为：
(4) 计算未知溶液中CFe2+ = μg·mL-1
六、思考题
1. 用本法测出的铁含量是否为试样中Fe2+含量？
2. 邻二氮杂菲分光光度法测定铁时，为何要加入盐酸羟胺溶液？
3. 吸收曲线与标准曲线有何区别？在实际应用中有何意义？
4. 制作标准曲线和试样测定时，加入试剂的顺序能否任意改变？为什么？

2.3 电感耦合等离子体光谱法测定水样中金属元素含量
一、实验目的
1.了解原子发射光谱法的基本原理；
2.了解电感耦合等离子体发射光谱法的基本原理；
3.了解电感耦合等离子体发射光谱仪的基本构造；
4.掌握样品的消化及分析方法。
二、仪器设备
1.电感耦合等离子体发射光谱仪-美国瓦里安全谱直读等离子体发射光谱Vista MPX ICP-OES；

2.循环冷凝水；3.高纯氩气、高纯氮气；4.烧杯、容量瓶等；5.微波消解。
三、实验原理
1. 原子吸收与发射光谱
原子吸收光谱法：被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收 进行元素定量分析的方法。基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，就得到发射光谱。原子发射光谱是线状光谱。一般情况下，原子处于基态，通过电致激发、热致激发或光致激发等激发光源作用下，原子获得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态，约经10-8s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。

发射光谱仪的原理示意图
2. 原子发射光谱的分析仪器
1.摄谱仪；2.光电光谱仪；3.火焰发射光谱；4.电感耦等离子体光谱仪；
5.微波等离子体光谱仪。
3. 等离子体发射光谱仪
(1) 概述
原子发射光谱在50年代发展缓慢。1960年，工程热物理学家Reed设计了环形放电感耦等离子体炬；指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；光谱学家法塞尔和格伦菲尔德用于发射光谱分析，建立了电感耦合等离子体光谱仪(ICP -AES)；70年代以后，ICP-AES应用广泛。
等离子体在总体上是一种呈中性的气体，由离子、电子、中心原子和分子所组成，其正负电荷密度几乎相等。
(2) ICP-AES的结构及工作流程

ICP-AES系统框图 离子炬工作示意图
电感耦合高频等离子体通常由高频发生器、等离子炬管和雾化器等三部分组成。
① 高频发生器
自激式高频发生器，用于中、低档仪器；晶体控制高频发生器，输出功率和频率稳定性高，可利用同轴电缆远距离传送。
② 等离子体炬管：三层同心石英玻璃炬管置于高频感应线圈中，等离子体工作气体从管内通过，试样在雾化器中雾化后，由中心管进入火焰；外层Ar从切线方向进入，保护石英管不被烧熔，中层Ar用来点燃等离子体。
③ 试样雾化器
④ 光谱系统
(3) 原理
当高频电源与围绕在等离子炬管外的负载感应线圈(用圆铜管或方铜管绕成2~5匝的水冷却线圈)接通时，高频感应电流流过线圈，产生轴向高频磁场。此时向炬管的外管内切线方向通入冷却气Ar，中层管内轴向(或切向)通入辅助气体Ar，并用高频点火装置引燃，使气体触发产生载流子(离子和电子)。当载流子多至足以使气体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上产生环形涡电流。几百安的强大感应电流瞬间将气体加热至10000K，在管口形成一个火炬状的稳定的等离子炬。等离子炬形成后，从内管通入载气，在等离子炬的轴向形成一通道。由雾化器供给的试样气溶胶经过该通道由载气带入等离子炬中，进行蒸发、原子化和激发，产生原子发射光谱，经过检测器检测，对试样中元素进行定性定量分析。
(4) ICP-AES 特点
① 温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性；② “趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。有效消除自吸现象，线性范围宽(4~5个数量级)；③ ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；④ Ar气体产生的背景干扰小；⑤ 无电极放电，无电极污染；ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电；
缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。
(5) 全谱直读等离子体光谱仪仪器特点:
① 测定每个元素可同时选用多条谱线；② 可在一分钟内完成70个元素的定量测定；③ 可在一分钟内完成对未知样品中多达70多元素的定性；④ 1mL的样品可检测所有可分析元素；⑤ 扣除基体光谱干扰；⑥ 全自动操作；⑦ 分析精度：CV 0.5%。
四、实验步骤
1. 开机：执行开机程序
2. 编辑方法：将标准品中的所有元素的特征吸收谱线波长选中，使相互干扰最小并灵敏度最好
3. 标准曲线的绘制：进行空白试验，再测定标准溶液的测定，绘制出各元素的标准曲线
4. 非水样品的消化
传统的方法主要有湿法消化和干法灰化
(1) 湿法消化是在适量的样品中加入硝酸、高氯酸、硫酸等氧化性强酸，结合加热来破坏有机物，在消化过程中易产生大量的有害气体，危险性较大，且试剂用量也较多，空白值偏高；
(2) 干法灰化是在高温灼烧下，使有机物氧化分解，剩余无机物供测定，此法消化周期长，耗电多，被测成分易挥发损失，坩埚材料有时对被测成分也有吸留作用，致使回收率降低。
(3) 压力消解罐消解
(4) 氧化紫外光解
(5) 微波消解
(6) 土壤样品消解实例
普通酸分解法
准确称取0.5g(准确到0.1mg，以下都与此相同)风干土样于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水润湿后，加入10mLHCl（ρ1.19g·mL-1），于电热板上低温加热，蒸发至约剩5 mL 时加入15 mLHNO3（ρ1.42 g·mL-1），继续加热蒸至近粘稠状，加入10mLHF（ρ1.15 g·mL-1）并继续加热，为了达到良好的除硅效果应经常摇动坩埚。最后加入5mLHClO4（ρ1.67 g·mL-1），并加热至白烟冒尽。对于含有机质较多的土样应在加入HClO4之后加盖消解，土壤分解物应呈白色或淡黄色(含铁较高的土壤)，倾斜坩埚时呈不流动的粘稠状。用稀酸溶液冲洗内壁及坩埚盖，温热溶解残渣，冷却后，定容至100mL或50mL，待测，最终体积依待测成分的含量而定。
5. 样品测定在与标准相同的条件下，将消化液直接进样测定。
6. 打印实验数据及图谱。
7. 关机：执行关机程序。
五、实验要求
1. 按照分组情况进行实验；
2. 样品自备：洁净、透明、无色或略有颜色、内有未知金属元素的液体样品；每组样品数量2-3样；
3. 实验过程安排：仪器构造讲解+样品集中测定。
六、数据处理
1. 标准曲线绘制；2. 金属离子浓度计算。
七、思考题
1. 氩气在本实验中有那几个功能？
2. 本组水样中有哪些元素是有益于人体的，哪些属于有害元素？

2.4 高效液相色谱法测定水体中的苯酚和α-萘酚
一、实验目的
1. 了解色谱法的分离原理，初步学会使用高效液相色谱仪；
2. 利用高效液相色谱仪分离测定水体中的苯酚及α-萘酚。
二、实验原理
1. 色谱法的分离原理
溶于流动相中的各待测组分经过色谱柱固定相时，由于各组分与固定相发生作用(吸附、分配、离子吸收、排阻、亲和)的大小、强弱不同，在固定相中滞留时间不同，从而先后从固定相中流出，达到分离的目的，又称色层法、层析法。
2. 高效液相色谱仪使用原理
高效液相色谱仪由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成四个系统即高压输液系统、进样系统、分离系统和检测系统。
储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱(固定相)内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来。
正是根据物质的定性与定量关系，不同的物质顺序离开色谱柱，通过检测器得到不同的峰信号，最后通过分析比对这些信号来判断待测物所含有的物质。
3. 苯酚及α-萘酚的分离原理及标准溶液准备
对于一些组分比较简单的已知范围的混合物，或无已知物的情况下，可以利用保留值定性。保留值的大小取决于分配系数之比，即与组分的性质、固定液的性质及柱温有关，与固定液的用量、柱长、流速及填充情况无关。在一定操作条件下，用对照品配成不同浓度的对照液，定量进样，用峰面积或峰高对对照品的量（或浓度）做校正曲线，求回归方程，然后在相同条件下分析试样，计算含量，这种方法称为校正曲线法。通常截距近似为零，若截距较大，说明存在一定的系统误差。本实验，苯酚的波长为270nm，α-萘酚的波长为295nm。使得两种物质的吸收峰达最大值，最终选定在254nm条件下。分别配置单样和混合液浓度为100mg·L-1、80mg·L-1、60mg·L-1、40mg·L-1、20mg·L-1标准溶液，分别进样，记录保留时间和出峰面积，用于定性分析。绘制标准曲线，用于定量分析，计算出样品浓度。
三、实验仪器和药品
高效液相色谱仪；流动相过滤器；超声波清洗器；分析天平；

100 mL容量瓶3个、250 mL容量瓶、200 mL量筒、滴管、100 μL-1000 μL移液枪、20 μL-200 μL移液枪；
苯酚、α-萘酚、乙腈、蒸馏水。
四、实验步骤
1. 开机前准备工作
查资料，确定流动相的比例，一般选用甲醇、水、乙腈按比例配制之后根据需要选择不同的滤膜，对流动相进行抽滤除杂质；再进行超声脱气泡10~20min；配制样品和标准溶液，必要时也用0.45μm滤膜过滤。
2. 开机
（1）开启计算机，运行Bootp Serve程序。
（2）依次开启仪器各模块电源。
（3）待各模块自检完成后，设定参数。菜单栏单击control→monitor instrument，单击Pump图标，出现参数设定菜单，设定Flow 1.0 mL/min，单击Pump off变为Pump on；单击Light图标后，单击Light off 变为Light on；关闭菜单栏。
3. 在线检测
（1）在工作界面，选择通道，填写实验信息，在方法菜单栏上点击采样控制，设置采样时间、文件保存路径、保存方式、文件名。
（2）在方法菜单栏点击积分，选择积分参量、积分方法、样品重量、积分最小面积，时间参数等相关参数后点击“采用”按钮。
（3）在方法菜单栏点击谱图显示，设置时间显示范围、电压表示范围、谱图显示颜色、数据显示内容，点击“采用”按钮。
（4）在方法菜单栏点击仪器信息，输入相关仪器参数。
（5）在通道菜单栏点击数据采集，观察流动相基线是否平稳待，基线平稳，在检测器通过“zero”键调零。
标样谱图：用进样针抽取相应量标品，把手动进样器扳钮按逆时针方向旋至“load”处，将进样针插入进样孔，注入标液，注完将进样器扳钮按顺时针方向旋至“inject”处，同时点击外带按钮或数据采集菜单栏“采集数据”按钮。数据采集完毕，自动积分，文件存于相应地址。
样品谱图：在方法菜单栏点击组分表，在对话框点击谱图按钮，调入标样谱图，通过鼠标拖动圈住对应峰，设定相关参数，点击采用按钮，用进样针抽取相应量样品，进样方式同标样。点击采集按钮，采集时间结束，文件存于设定地址。
4. 分析色谱图：在住界面点击Reprogress进入界面后双击右侧图标后，打开文件，点击所保存的文件名既看到图谱。点击▓（analysist）显示保留时间和峰面积，记录数据做标准曲线。计算标准线性方程；待测样品进样后，记录相同保留时间下的物质峰面积，代入方程计算含量。
5. 关机：试验结束后用纯甲醇将色谱柱冲洗干净，一般用纯甲醇冲洗1~3h，待记录仪上无杂质峰后关机，关闭稳压电源。
五、实验结果
浓度(mg/L)
苯酚保留时间(min)
苯酚峰面积(mv)
α萘酚保留时间(min)
α萘酚峰面积(mv)
5
5.870
10885
17.817
11832
10
5.885
20712
17.843
22597
20
5.838
39526
17.810
42753
40
6.393
85953
19.472
84744
60
6.395
132342
19.53
111818
80
6.377
201670
19.128
211266
100
6.263
218933
19.343
249168
样品

绘制苯酚、α萘酚标准曲线。
六、注意事项
1. 流动相的制备要与装置相适应，必须经过过滤、脱气并恢复到室温后使用，以防气泡的产生；
2. 样品溶液进样前必须用0.45μm滤膜过滤，以减少微粒对进样阀的磨损；
3. 转动阀芯时不能太慢，更不能停留在中间位置，否则流动相受阻，使泵内压力剧增，甚至超过泵的最大压力，再转到进样位时，过高的压力将使柱头损坏；
4. 为防止缓冲盐和样品残留在进样阀中，每次分析结束后应冲洗进样阀。通常可用水冲洗，或先用能溶解样品的溶剂冲洗，再用水冲洗；
5. 输液泵的压力必需稳定，才能取得良好的分析结果。变动的幅度大致在0.5MPa以内范围为正常；
6. 在一段时间内不进行分析时，建议清洗柱子，并从装置上卸下，种类不同的柱子，清洗的方法也不同，必须按柱的使用说明书确认。存放时，柱内应充满溶剂（甲醇或乙腈），两端要封死。柱子要轻拿轻放。
七、附高效液相色谱法分析谱图
八、思考题
1. 采用色谱法原理的分析仪器有哪些？
2. 高效液相色谱法还可以对环境中的哪些污染物质进行分析检测？

2.5 循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程
一、实验目的
1. 学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理；
2. 熟悉伏安法测定的实验技术；
3. 学习固体电极表面的处理方法。
二、实验原理
循环伏安法(CV)是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线。

当工作电极被施加的扫描电压激发时，其上将产生响应电流，以电流对电位作图，称为循环伏安图。典型的循环伏安图如下：
i—E曲线

从循环伏安图中可得到几个重要的参数：阳极峰电流（ipa)、阳极峰（Epa）、阴极峰电流（ipc）、阴极峰电位（Epc）
对可逆氧化还原电对的式量电位Eθ’与Epc和Epa的关系为：