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《高级仪器分析技术》实验. 食品与营养保健学院. 目录. 实验一：水的纯度测定及电导率仪的使用 实验二： 铁的分光光度计法测定 实验三： 琼脂糖凝胶电泳 实验 实验四： 高效液相色谱法测定茶叶中咖啡因. 《 高级仪器分析技术 》 实验一. 水的纯度测定及 电导率仪的使用. 一、电导率仪的使用. 液体中的电流流动. 在固体导体中，电流是通过 自由电子的移动 而产生的。 在液体导体中，电流是通过 自由离子的移动 而产生的。. 传输电流的离子物质被称为电解液。 电解液的实质是自由离子。 分子水解产生带正电的阳离子和带负电的阴离子。. 电导率.
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《高级仪器分析技术》实验 食品与营养保健学院
目录 • 实验一：水的纯度测定及电导率仪的使用 • 实验二：铁的分光光度计法测定 • 实验三：琼脂糖凝胶电泳实验 • 实验四：高效液相色谱法测定茶叶中咖啡因
《高级仪器分析技术》实验一 水的纯度测定及 电导率仪的使用
液体中的电流流动 在固体导体中，电流是通过自由电子的移动而产生的。 在液体导体中，电流是通过自由离子的移动而产生的。 传输电流的离子物质被称为电解液。 电解液的实质是自由离子。 分子水解产生带正电的阳离子和带负电的阴离子。
电导率 • 以数字表示溶液传导电流的能力。 • 在国际单位制中，电导率的单位称为西门子每米（S/m），其它单位有：mS/m，S/cm，μS/cm。 1S/m=1000mS/m =1000000S/m =10mS/cm =10000μS/cm • 电阻率的倒数为电导率，用希腊字母κ表示，κ=1/ρ 。除非特别指明，电导率的测量温度是标准温度（ 25 °C ）
物理意义 • 电导率是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。另外：电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。 • 电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定的关系，当它们的浓度较低时，电导率随着浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。
应用领域 • 电厂-水处理； • 水厂和污水厂-废水处理； • 造纸-生产过程/废水处理； • 化工炼油-生产过程/废水处理； • 冶金和采矿-生产过程/废水处理； • 食品和饮料-生产过程/废水处理； • 医药行业-生物反应和发酵/废水处理； • 半导体-生产过程/废水处理/高纯水生产。
测量原理 - 电导式测量原理 • 将相互平行且距离是固定值L的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势。然后通过电导仪测量极板间电导。 • 电导率的测量需要两方面信息。一个是溶液的电导G，另一个是溶液的几何参数S。电导可以通过电流、电压的测量得到。根据关系式S=κ×G可以等到电导率的数值。
测量原理 欧姆定律: I = U / R = U ×G G = 电导 [S = 1/] 溶液电导率C [mS/cm, µS/cm]: C = G × d/A 其中：d为极板间距，A为极板面积 又电极常数 κ = d/A [cm-1] 则 C = G×κ 溶液电导率C只与溶液特性有关而与测量传感器几何尺寸无关。
电导率仪 • 电导率测定仪是一款多量程仪器，能够满足从去离子水到海水等多种应用检测要求。仪器能够提供温度补偿，并能设置温度系数，因此能够用于测量温度系数与水不同的液体样品。
仪器测量原理 电导率仪由振荡器、放大器和指示器等部分组成。电导率仪的工作原理如图所示。 E为振荡器产生的交流电压，Rx为电导池的等效电阻，Rm为分压电阻，Em为Rm上的交流分压。由欧姆定律可知： Kcell为电导池常数，当E、Rm和Kcell均为常数时，由电导率κ的变化必将引起Em作相应变化，所以测量Em的大小，也就测得溶液电导率的数值。。将Em送至交流放大器放大，再经过讯号整流，以获得推动表头的直流讯号输出，表头直读电导率。 1.振荡器；2.电导池； 3.放大器；4.指示器。
影响因素 • 温度：电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的增高而降低。半导体的电导率随着温度的增高而增高。在一段温度值域内，电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率，必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性，时常可以表达为，电导率对上温度线图的斜率。
各向异性：有些物质会有异向性(anisotropic) 的电导率，必需用 3 × 3 矩阵来表达（使用数学术语，第二阶张量，通常是对称的）。
电导率测量为什么需要温度补偿? • 离子的迁移速度与温度有关 • 物质的离解程度与温度有关 • T = ref (1 + (T-Tref)) • with temperature coefficient : • =(T - ref)/ [ ref(T -Tref)] • ref= conductivity at reference emperature (e.g. 25 °C) • T=conductivity atprocesstemperature • Tref= reference temperature (e.g. 25 °C) • T= process temperature
电导率测量是与温度相关的。温度对电导率的影响程度依溶液的不同而不同，可以用下面的公式求得： Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)} 其中： Gt = 某一温度（°C）下的电导率 Gtcal = 标准温度（°C）下的电导率 Tcal = 温度修正值 α = 标准温度（°C）下溶液的温度系数。 （DDS-11C型对被测液能作标准温度系数2%）
下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值，只要测量某个温度范围内的电导率，并以温度为纵轴绘出相应的电导率的变化曲线，与标准温度相对应的曲线点为该溶液的α值。下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值，只要测量某个温度范围内的电导率，并以温度为纵轴绘出相应的电导率的变化曲线，与标准温度相对应的曲线点为该溶液的α值。
使用方法 • 开机：按下电源开关，预热30min。 • 测量： （1）调节“常数”补偿旋钮使显示值与电极上所标常数值一致。 （2）调节“温度”补偿旋钮至待测溶液实际温度值。 （3）先用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干，再用被测溶液清洗一次，把电极浸入被测溶液中，用玻璃棒搅拌溶液，使溶液均匀，读出溶液的电导率值。 • 在测量过程中，若显示屏首位为1（溢出），这表示被测溶液的电导率值超出量程范围，此时应将【RANGE】旋钮旋到高一档进行测量，或者将样品稀释一定倍数进行测量。 • 结束：用蒸馏水清洗电极；关机。
电极常数选择 电导率范围及对应电极常数推荐表
校正方法 • 精确配置标准溶液； • 调节标准溶液温度至参照标准温度（一般为25℃），即25±0.1℃。 • 按下式计算常数J：J=K/K测式中K为溶液标准电导率（查下表可得） • 测量标准液电导率、计算并修改常数数值。 • 测量标准液电导率用以验证。
维护保养及注意事项 • 电极使用前必须放入在蒸馏水中浸泡数小时，经常使用的电极应放入（贮存）在蒸馏水中。 • 量程正确设置方法：置与溢出档的高一档量程进行测量，能在低一档量程内测量的，不放在高一档量程内测量。 • 为保证仪器的测量精度，必要时在仪器的使用前，用该仪器对电极常数进行重新标定。同时应定期进行电导电极常数标定。 • 盛被测溶液的容器必须清洁，无离子玷污。 • 在测量高纯水时应避免污染，正确选择电导电极常数并最好采用密封、流动的测量方式（否则电导率增加很快，因为空气中的CO2溶入水里变成碳酸根离子 ）。
仪器内置的温度系数为2%/℃，与此温度系数不符的溶液使用温度补偿将会有误差。因此，进行高精度测量或检测高纯水时，应采用无温度补偿方式进行，然后查表，或者将被测溶液恒温在25℃，求其在25℃时的电导率值。 • 为保证测量精度，电极使用前应用于小0.5μS/cm的去离子水（或蒸馏水）冲洗二次，然后用被测试样冲洗后方可测量。 • 出现异常情况，联系管理员。 • 测量时应采用配套使用的，不要采用其它型号的。
测量低电导值的溶液时，请先在超纯水中清晰并浸泡2个小时以上。测量低电导值的溶液时，请先在超纯水中清晰并浸泡2个小时以上。 • 测量过程中，从甲溶液转到乙溶液时，先用蒸馏水清洗后，在用乙溶液清洗，不能用滤纸擦拭。 • 电极使用完毕后应该清洗干净，甩干后妥善保存（可浸泡在纯水中保存），避免碰撞损坏。 • 防止电极的插头和引线潮湿，否则将会出现测量误差。 • 电极长期使用，电极常数会发生变化，影响测量准确性，此时应重新标定电极常数。
电导电极的贮存与清洗 • 电导电极的清洗 1.可以用含有洗涤剂的温水清洗电极上有机成分污垢，也可以用酒精清洗。 2.钙、镁沉淀物最好用10℅柠檬酸。 3.镀铂黑的电极，只能用化学方法清洗，用软刷子机械清洗时会破坏镀在电极表面的镀层（铂黑）。注意：某些化学方法清洗可能在生活破坏被轻度污染的铂黑层。 4.光亮的铂电极，可以用软刷子机械清洗。但在电极表面不可以产生裂痕，绝对不可以使用螺丝起子之类硬物清理电极表面，甚至在用软刷子清洗时也要特别注意。
电导电极的贮存 电极（长期不用）应贮存在干燥的地方。电极使用前必须放入（贮存）在蒸馏水中数小时，经常使用的电极可以放入（贮存）在蒸馏水中。
二、水的纯度测定 • 实验目的 1.理解电导率仪的工作原理，掌握其使用方法。 • 2.测定各种水体的纯度。
实验原理 • 水的纯度取决于水中可溶性电解质的含量。由于一般水中含有极其微量的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CO32–、Cl–、SO42–等多种离子，所以，具有导电能力。离子浓度愈大，导电能力越强，电导率越大；反之，水的纯度越高，离子浓度愈小，电导率越小。因此通过测定电导率可以鉴定水的纯度。
实验数据 测量25℃、40℃、60℃的5种水样的电导率并记录。
思考与讨论 • 温度对电导率测定值有何影响？为什么？ • 各种水样的纯度如何？应该如何选用？
《高级仪器分析技术》实验二 铁的分光光度计法测定
1．仪器性能的检查 （1）预热：接通电源，让仪器预热至少二十分钟，使仪器进入热稳定工作状态。 （2）调零：仪器接通电源后，即进入自检状态。显示器实时显示仪器的自检状态。当仪器发生故障时，显示器会自动显示故障位置。自检结束，仪器自动寻找光源最大能量，查找完毕，仪器自动停留在420 nm处，并自动调100%T和0%T。显示器上显示420 nm和“100.0%T”。仪器此时进入测试状态。
2．使用方法 （1）按“方式键”（Mode）将测试方式设置为吸光度方式。 （2）调节波长设置想要的分析波长420nm。 （3）将参比溶液和被测溶液分别倒入比色皿中。注意比色皿内的溶液面高度不应低于25毫米，大约2.5毫升；被测试的样品中不能有气泡和漂浮物。
（4）打开样品室盖，将盛有溶液的比色皿分别插入比色皿槽中，盖上样品室盖。注意：一般情况下，参比样品放在样品架的第一个槽位中；仪器所附的比色皿，其透视率是经过测试匹配的，未经匹配处理的比色皿将影响样品的测试精度；比色皿的透光部分表面不能有指印和溶液痕迹。（4）打开样品室盖，将盛有溶液的比色皿分别插入比色皿槽中，盖上样品室盖。注意：一般情况下，参比样品放在样品架的第一个槽位中；仪器所附的比色皿，其透视率是经过测试匹配的，未经匹配处理的比色皿将影响样品的测试精度；比色皿的透光部分表面不能有指印和溶液痕迹。 （5）将参比溶液推入光路中，按“100%T”键调整零吸光度。 （6）将被测溶液推或拉入光路中，此时，显示器上所显示的是被测样品的吸光度数值。
实验目的1.掌握用磺基水杨酸显色法测定铁的原理和方法。2.掌握722型分光光度计的使用方法。实验目的1.掌握用磺基水杨酸显色法测定铁的原理和方法。2.掌握722型分光光度计的使用方法。 二、磺基水杨酸显色法测定铁
实验原理 • 伯朗－比尔定律 ε是摩尔吸光系数，其大小与入射光波长、 溶液的性质、温度等有关。若入射光波长、比 色皿（溶液）的厚度d一定时，吸光度只与溶 液的浓度c成正比。
2.等摩尔系列法求配合物组成及稳定常数 本实验选用磺基水杨酸（简写为H3R）与 Fe3+形成的配位平衡体系， H3R和Fe3+等试剂 与配合物的吸收光谱不重合，因此可用分光 光度法测定。因溶液pH的不同，形成配合物 的组成也不同。
在 pH9~11.5 的 NH3·H2O-NH4Cl 溶液中，Fe3+与磺基水杨酸反应生成三磺基水杨酸铁黄色配合物。
该配合物很稳定, 试剂用量及溶液酸度略有改变都无影响。Ca2+、 Mg2+、 Al3+等与磺基水杨酸能生成无色配合物, 在显色剂过量时, 不干扰测定。F-、 NO3-、 PO43-等离子对测定无影响。Cu2+、Co2+、Ni2+、Cr3+等离子大量存在时干扰测定。由于Fe2+在碱性溶液中易被氧化，所以。本法所测定的铁实际上是溶液中铁的总含量。 磺基水杨酸铁配合物在碱性溶液中的最大吸收波长为420nm, 故在此波长下测量吸光度。
实验原理 • 1.工作曲线的绘制 在6 只 50 mL 容量瓶中, 用吸量管分别加入0.00 、1.00、 2.00、3.00、4.00 、5.00mL浓度为0.1 mg/L的铁盐标准溶液，各加 4 mL 10% NH4Cl溶液和2 mL 20%磺基水杨酸溶液, 滴加氨水(1+1)直到溶液变黄色后, 再多加1mL, 加水稀释至刻度, 摇匀。（用NH3-NH4Cl作为缓冲溶液）
注意：A.在用磺基水杨酸铁测定Fe3+时，在pH=10 时形成的配合物稳定，且不容易受干扰，所以在pH9-11.5下测定黄色3：1配位比的产物，pH对实验成败很关键，用NH3-NH4Cl作为缓冲溶液。 B. 用移液管移取试剂，注意顺序，并且不能混用移液管。 C. 比色皿的使用中，每改变一次试液浓度，比色皿都要洗干净。应该按照浓度从低到高测量，以减少影响。
用分光光度计于420 nm波长下, 以试剂空白作参比溶液, 调节透光度为100%, 测出各标准溶液的吸光度。以吸光度为纵坐标, 铁含量为横坐标, 绘制工作曲线。
2.试液中铁含量的测定 用吸量管加待测试液 5.00mL于 50mL容量瓶中, 在与标准溶液相同条件, 按上述方法显色, 测量其吸光度。从工作曲线中查得相应的铁含量, 计算原试液中铁的含量。 注意：待测溶液一定要在工作曲线线形范围内，如果浓度超出直线的线形范围，则有可能偏离朗伯-比耳定律是光吸收的基本定律，就不能使用吸光光度法测定。
实验结果 表2 标准曲线法数据记录及结果 根据记录结果以吸光度为纵坐标, 铁含量为横坐标, 绘制工作曲线，从工作曲线上查出原试液中铁的含量（ ）mg/L。
思考与讨论 • 标准溶液是否要准确移取？ • 加NH4Cl的作用是什么？ • 为什么要用氨水滴至溶液呈黄色？ • 实验中若 （1）每个溶液的浓度都不一样 （2）温度有较大的变化 （3）比色皿的透光面不洁净 将对测定稳定常数有何影响？
《高级仪器分析技术》实验三 琼脂糖凝胶电泳实验
