仪器分析实验讲义2016年3月实验目录实验一、核磁共振氢谱确定有机物结构实验二、X射线衍射的物相分析实验三、电感耦合等离子体发射光谱法测定茶叶中的金属元素火焰原子吸收法测定自来水中的钙、镁硬度实验四、常规样品的红外光谱分析实验五、苯丙氨酸和酪氨酸的紫外可见光谱分析实验六、苯丙氨酸和酪氨酸的分子荧光光谱分析实验七、内标法测定奶茶中的香兰素含量实验八、毛细管电泳仪分离测定雪碧、芬达中的苯甲酸钠实验九、液相色谱仪分离测定奶茶、可乐中的咖啡因实验十、循环伏安法观察Fe(CN)6及抗坏血酸的电极反应过程实验十一、氟离子选择性电极法测定湖水中F-含量实验十二、差热与热重分析研究Cu2SO4.5H2O脱水过程实验1 根据1HNMR推出有机化合物C9H10O2的分子结构式一、实验目的(1)了解核磁共振谱的发展过程，仪器特点和流程。

(2)了解核磁共振波谱法的基本原理及脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪的工作原理。

(3)掌握A V300MHz核磁共振谱仪的操作技术。

(4)熟练掌握液体脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪的制样技术。

(5) 学会用1HNMR谱图鉴定有机化合物的结构。

二、实验原理1HNMR的基本原理遵循的是核磁共振波谱法的基本原理。

化学位移是核磁共振波谱法直接获取的首要信息。

由于受到诱导效应、磁各向异性效应、共轭效应、范德华效应、浓度、温度以及溶剂效应等影响，化合物分子中各种基团都有各自的化学位移值的范围，因此可以根据化学位移值粗略判断谱峰所属的基团。

1HNMR中各峰的面积比与所含的氢的原子个数成正比，因此可以推断各基团所对应氢原子的相对数目，还可以作为核磁共振定量分析的依据。

偶合常数与峰形也是核磁共振波谱法可以直接得到的另外两个重要的信息。

它们可以提供分子内各基团之间的位置和相互连接的信息。

根据以上的信息和已知的化合物分子式就可推出化合物的分子结。

图1是1H-NMR所用的脉冲序列。

图1：zg脉冲序列三、仪器与试剂1. 仪器瑞士bruker公司生产的A V ANCE300NMR谱仪；ø5mm的标准样品管1支。

滴管1个。

2. 试剂TMS（内标）；CDCL3（氘代氯）仿；未知样品:C9H10O2。

四、操作步骤1. 样品的配制取2mg的:C9H10O2）放入ø 5mm核磁共振标准样品管中，再将0.5ml氘代氯仿也加入此样品管中（溶液高度最好在3.5—4.0cm之间），轻轻摇匀，等完全溶解后，方可测试。

若样品无法完全溶解，也可适当加热或用微波震荡等致其完全溶解。

2. 测谱(1)样品管外部用天然真丝布擦拭干净后再插入转子中，放在深度规中量好高度。

严格按照操作规程（此处操作失误有可能摔碎样品管损害探头！）。

按下“Lift on/off”键，此键灯亮。

当听到计算机一声鸣叫，弹出原有的样品管（有样品管时），若无样品管时，能听到从孔穴中发出气流向上喷射的呼呼声，等待探头穴中向上的气流可以托住样品管时，方可将样品管放到探头穴口，放入样品管。

立即再按一下“Lift ln/of”键，使灯熄灭，样品菅徐徐落下到位待测。

(2) 样品管外部用天然真丝布擦拭干净后再插入转子中，放在深度规中量好高度（此处操作失误有可能摔碎样品管损害探头！）。

(3) 更换样品管。

按下“Lift on/off”键，此时灯亮。

几秒后，探头穴内发出气流声，计算机一声鸣叫，弹出原有的样品管（有样品管时），或者无样品管时从孔穴中发出气流向上喷射的呼呼声，等待探头穴中向上的气流可以托住样品管时，方可将样品管放到探头穴口；此时才能放入样品管。

立即再按一下“Lift ln/of”键，使灯熄灭，样品管徐徐落到指定位置待测。

(4) 将仪器调节到可作常规氢谱的工作状态(调入一个成功的氢谱)。

(5) 输入“edc”（建立一个新的实验数据文件）。

(6) 输入“lock”，点击所选溶剂（氘代试剂），即锁场。

(7) 用匀场操作板中的转盘调匀场（同学们只要调Z1和Z2），调好后，按一下“STDBY”。

(8) 输入“eda”（设置采样参数）。

(9) 输入“rga”（自动设置接收机增益）。

(10) 当字幕上出现finished时，输入“zg”（开始采样）。

(11) 等待采样完毕，输入“ef”（进行傅立叶变换）。

(12) 输入“apk”（自动调相位），如果相位还不理想就要手动调节。

激活“” 在出现的窗口处用左键按住0上下移动，把最大峰的化学位移调好，按住1上下移动调试其它峰的化学位移，然后保存（手动调相位）。

(13)激活“”把出现的红线调到和四甲基峰重合时点下左键，在出现的窗口处输入“0”后确认（定标）。

(14)激活“”后再点击“”按住左键从峰的左切点拖到峰的右切点，然后保存（积分）。

(15) 用左键选中“Analysis”,再选中【pp】，把出现的窗口中的第三栏数字改为“1”，第五栏数字改为“8”，第四栏根据具体谱图的要求调到合适的数值，选“OK”（标出化学位移值）。

(16) 输入“plot”(准备打印)。

(17)在出现的窗口处点击右键，选Edit,选1D Spectrum,选ppm,选Show Peak Labels,选Shaw Integral Labels,最后确认。

(18) 用右键点活打印框，选1D/2D-Edit,把吸收峰的高度调到合适的位置。

(19) 把打印框调到合适的位置。

(20) 打印。

五、谱图解析核磁共振光谱是以样品分子中不同化学环境磁性原子核的吸收峰位置（化学位移）为横坐标，以测得吸收峰的相对高度（共振信号强度）为纵坐标所作的谱图。

谱图解析可以从以下几点入手:（1）由分子式计算不饱和度。

（2）要区分出杂质峰、溶剂峰、旋转边带。

杂质峰与样品峰的面积没有简单的整数比。

溶剂峰都有一个相对确定的化学位移值。

旋转边带会随着测试样品转速的不同而不同。

（3）峰的位置—化学位移δ(ppm)，它可提供质子的化学环境信息，即它是什么结构基团上的氢、该基团上可能有哪些取代基。

某一个质子的吸收峰位置与参比物质（通常为四基硅烷）的吸收峰位置之间的差就是该质子的化学位移。

在不同化学环境下的质子具有不同的化学位移，在相同化学环境下相同的质子具有相同的化学位移。

化学位移的计算：δ=（ν样-ν标）/ν仪器×106=（B样-B标）/B标×106式中化学位移（δ）的值是以ppm（百万分之一）来表示。

ν样、B样分别为样品的共振频率和磁场强度，ν标、B标分别为标样的共振频率和磁场强度ν仪器、B仪器分别为仪器的频率和磁场强度。

某化合物用300MHz核磁共振谱仪检测，其所含的CH3在340Hz处发生共振（标准样品为TMS）。

δCH3=340/300×106÷106=1.13（ppm）（4）峰面积—峰面积积分或积分线高度。

它提供各个峰之间的质子数量比例。

（5）信号分裂峰的个数和形状。

它提供质子基团邻近的其它质子的个数和分布。

数目和峰强遵循简单的规律2nI+1规律（对于I=1/2的核是n+1规律）：某质子（或质子群）有n个相邻的质子时，裂分峰数目为n+1重峰；各裂分峰的强度比基本上等于二项式（a+b）n的展开式各项系数比。

某质子（或质子群）有i类相邻的质子n i个,同时又有j 类相邻的质子n j个时，裂分峰数目等于（n i+1）（n j+1）；各裂分峰的强度比可以按照二项（a+b）n的展开式各项系数比推算而得。

裂分峰以该质子的化学位移为中心，分左右大体对称分布。

相偶合的两组质子峰，其内侧峰高于其外侧峰。

裂分峰间距相等；等价的质子间虽有较强的偶合，但信号呈单峰，不裂分。

（6）偶合常数。

它提供两质子在分子结构中的相对位置。

图2是分子式为C9H10O2未知样品的1HNMR谱。

图2: C9H10O2的1HNMR谱七、数据处理实验2-1 X射线衍射物相分析一、实验目的(1) 熟悉Philips射线衍射仪的基本结构和工作原理(2) 基本学会样品测试过程(3) 掌握利用衍射图进行物相分析的方法二、实验原理晶体的X射线衍射图谱是对晶体微观结构精细的形象变换，每种晶体结构与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系，任何一种晶态物质都有自己独特的X射线衍射图，而且不会因为与其它物质混合在一起而发生变化，这就是X射线衍射法进行物相分析的依据.规模最庞大的多晶衍射数据库是由JCPDS（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）编篡的《粉末衍射卡片集》（PDF）。

三、仪器和试剂飞利浦Xpert Pro 粉末X射线衍射仪；无机盐四、实验步骤1．样品制备（1）粉末样品制备：任何一种粉末衍射技术都要求样品是十分细小的粉末颗粒，使试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒。

因为只有这样，才能满足获得正确的粉末衍射图谱数据的条件：即试样受光照体积中晶粒的取向是完全机遇的。

粉末衍射仪要求样品试片的表面是十分平整的平面。

（2）将被测样品在研钵中研至200-300目。

（3）将中间有浅槽的样品板擦干净，粉末样品放入浅槽中，用另一个样品板压一下，样品压平且和样品板相平。

2. 块状样品制备X光线照射面一定要磨平，大小能放入样品板孔，样品抛光面朝向毛玻璃面，用橡皮泥从后面把样品粘牢，注意勿让橡皮泥暴露在X射线下，以免引起不必要干扰。

3. 样品扫描在new program中编好测试程序（如图7-19）⇒open program ⇒measure⇒program开始采集数据⇒在HighScore中处理谱图。

五、数据处理每种晶体其X光衍射都有一组特定的d值，粉末线的分布是一定的；每种晶体内原子排列也是一定的，因此衍射线的相对强度也是一定的，每一个晶体都有一套特征的粉末衍射数据d-I值，并可把它作为定性鉴定物质和物相的依据。

粉末法的灵敏度为5%左右。

1．粉末衍射卡片索引目前通用的索引有：粉末衍射卡片哈氏索引（Hanawalt），芬克索引（Fink Index）和戴维字母索引（Alphabetical Index），每一种都分为有机和无机两类：（1）哈氏数值索引：每一种的数据在索引中占一横行，依次有：八条强谱线晶面间距数值，化学式卡片顺序号，查阅时把晶体面间距按衍射峰强弱排列成d1,d2,d3----，找到d1再找d2值，一直顺序找到第八值，从而可查的对应八强线的卡片顺序号，但也可用前三强的d值，按下列排列方式查找：d1d2d3 d2d3d1 d3d1d2在哈氏数值索引中出现三次。

（2）芬克索引也属于数值索引，不过它是以每种物质的八条强线晶面间距d作为该物质特征，芬克索引的编制是按各种物质八条强线中第一个d值的递减次序划分成组。

每一小组内再按第二个d值的递减次序排列。

编制索引时，每钟物质的八条强线晶面间距循环排列即d1d2d3d4d5d6d7d8 d2d3d4d5d6d7d8d1等顺序出现八次（3）戴维无机字母索引是以英文名称的字母顺序排列的。