仪器分析课程设计

一、 课程信息

课程性质：专业必修课

学时：114学时（理论66学时+实验48学时）

授课对象：化工分析与检验专业

所选教材：《仪器分析》(第二版) 熊开元、贺红举主编 中等职业学校规划教材 化学工业出版社

二、课程定位

仪器分析作为现代的分析测试手段，正日益广泛地为许多领域内的科研和生产提供大量的物质组成和结构等方面的信息，因而仪器分析是职校化工类化学检验专业的一门主干课，是学生在学完本专业的基础课并掌握了必要的基本实验操作技能之后，开设的一门专业必修课。仪器分析法是测定物质化学组成、状态、结构的重要分析方法。当今实际分析过程大部分趋向于采用仪器分析手段，如果不通过仪器分析课程加深对学生职业技能和创新能力的培养，学生掌握的知识就会落后于社会需要，走上工作岗位后就会缺乏相应的适应能力和发展能力。

本课程除要求学生掌握必要的专业理论知识外，更注重和强调学生实验动手能力的培养，仪器分析实验作为仪器分析课程的实践教育环节是不可或缺的，是一门实验技术性很强的课程。为学生以后从事化学检验工作打下良好的基础。它以无机化学、有机化学、分析化学等课程的学习为基础，为下一步进行顶岗实习的基础。

三、课程教学设计理念和思路

理论与实验相结合，职业教育的根本目标和任务是培养和造就实践技能型人才，而实验教学，又是培养和造就实践技能型人才的最重要的手段和措施。仪器分析课程是化学分析检验专业的实践课程之一，是对学生进行基本技能训练的重要环节。通过本课程的实践和训练，一方面可以对学生的基础理论知识加以检验、巩固和提高，做到理论联系实际，提高学生创造能力；另一方面可以使学生掌握实验的基本原理、各种仪器的基本操作，培养学生运用仪器分析的手段解决实际问题的能力，培养他们的创新精神和严谨的科学态度。如何在较短的时间内，使学生既掌握常见仪器分析方法基本原理，了解各种仪器的结构，熟悉各种仪器的使用方法，掌握各种仪器的原理，充分理解课堂上的理论知识，是仪器分析教学的重点。本着以以职业能力培养为重点，与企业合作，根据唐山现有企业发展需要和完成检验工工作任务所需要的知识、能力、素质要求。本课程倡导项目教学法，以工作任务为中心组织课程内容，发展职业能力。

总体设计思路是，课程内容既符合教学大纲要求，又能与生产实际结合紧密，实现专业对接产业、课堂对接社会。突出对学生职业能力的训练，并融合了相关职业资格证书对知识、技能、态度的考核。

四、课程教学任务与目标

（一）课程教学的主要任务

仪器分析课程的主要任务是向学生讲授各种常见仪器分析的基本知识，基本理论和基本方法，讲授各种常用分析仪器的结构原理及操作，训练学生正确地安装调试、校正、使用和维护常用的分析仪器，培养学生具有较强的实验动手能力和良好的专业素质。为后续工业分析等专业课程的学习和化学检验工技能考证打下必要的基础。

（二）课程教学的目标

1、职业能力目标

（1）仪器使用和操作；

（2）日常维护和常规故障排除；

（3）数据处理分析及报告；

（4）具有一定的信息迁移能力，能根据不同型号的仪器说明书达到对该仪器的认知、操作。

2、知识目标

（1）掌握紫外分光光光度法、原子吸收光谱法、电位分析及气相色谱法的基础知识、基本理论、基本方法，并了解这些方法在生产实际工作中的应用。

（2）掌握标准曲线法、比较法、标准加入法、归一化法、内标法、外标法等定量方法。

（3）掌握常见型号的紫外可见分光光度计、原子吸收分光光度计、酸度计、气相色谱仪的结构原理、安装调试、校正、使用及维护等实验操作技术及有关的安全防护知识。

（4）掌握数据处理的方法及检验报告的标准格式和要求。

3、职业素养目标

（1）培养学生良好的职业道德。

（2）培养学生严谨的工作作风和安全意识。

（3）培养学生精益求精的学习态度。

五、课程教学内容与学时分配

（一）理论课程内容

绪论

【教学目的和要求】使学生了解现代仪器分析的主要内容、特点和发展趋势及其在科学研究、生产和生活实际中的应用现状，明确学习目的和要求，树立学习信心和积极性。

【重点和难点】

重点：现代仪器分析方法的主要类型及其重要性。

难点：仪器分析与化学分析的联系与区别，现代仪器分析方法的主要类型。

一、仪器分析法及其特点

二、仪器分析的基本内容和分类

三、仪器分析的发展趋势

第一章 电位分析法

【教学目的和要求】使学生了解电位分析法的基本原理，电位法测定溶液的pH值，离子选择性电极和膜电位的有关知识，初步了解离子选择性电极的种类和性能及其应用，电位滴定方法及其相关仪器的使用，能利用酸度计进行溶液pH值测定，利用电位滴定法进行未知溶液浓度测定。

【重点和难点】

重点：电位分析法原理，离子选择性电极和膜电位，电极的选择，仪器的使用。

难点：离子选择性电极和膜电位，电极的选择性。

第一节 电位分析法基本原理

1、概述

2、液体接界电位

3、膜电位

第二节 参比电极

1、甘汞电极

2、银-氯化银电极

第三节 指示电极

1、 金属电极

2、 离子选择性电极

第四节 直接电位法测定溶液的pH

1、 直接电位法测定溶液的pH的原理

2、 pH标准缓冲溶液

3、 测量仪器

第五节 直接电位法测定溶液中离子的活度

1、 测定原理

2、 离子选择性电极测定离子浓度的条件

3、 定量分析方法

4、 影响离子浓度测定准确度的因素

第六节 电位滴定法

1、 电位滴定法基本原理

2、 判断终点的方法

3、 电位滴定类型及电极的选择

4、 电位滴定法的应用

第三章 比色分析和分光光度分析法

【教学目的和要求】使学生掌握比色和分光光度法原理及其方法应用。熟悉722N型分光光度计的结构并能够熟练操作，能利用722N型分光光度计对实际样品进行测定。

【重点和难点】

重点：分光光度法原理，定量分析方法，仪器的操作使用，数据处理。

难点：仪器故障排除，实验条件控制。

第一节 比色法和分光光度法的基本知识

1、光的特性

2、光的互补色

3、光的选择性吸收

第二节 比色分析和分光光度分析的基本原理

1、朗伯比尔定律

2、偏离朗伯比尔定律的原因

第三节 显色反应的条件

1、显色反应和显色剂

2、显色反应的条件

3、 共存离子的干扰和消除

第四节 比色分析的仪器和方法

1、光电比色计和光电比色法

2、目视比色法

第五节 分光广度分析的仪器和方法

1、722N型分光光度计

2、定量分析方法

第四章 原子吸收光谱分析法

【教学目的和要求】使学生了解原子吸收分光光度分析的基本原理，原子吸收分光光度计，实验技术及定量分析方法，初步了解原子吸收分光光度计的使用。

【重点和难点】

重点：原子吸收光谱法的基本原理，原子吸收分光光度计及定量分析方法。

难点：原子吸收光谱法的基本原理，定量分析方法。

第一节 原子吸收光谱法的基本原理

1、共振线与吸收分析线

2、基态原子数与火焰温度的关系

3、吸光度与原子浓度的关系

第二节 原子吸收分光光度计

第三节 原子吸收光谱分析的测量技术

1、仪器工作条件的选择

2、干扰测定的因素和消除的方法

3、常用的定量方法

第五章 气相色谱分析法

【教学目的和要求】使使学生了解气相色谱分析的特点，气相色谱仪器的基本结构及其检测器，气相色谱固定相及其选择、填充柱和毛细管柱色谱方法，初步了解气相色谱仪的使用。

【重点和难点】

重点：气相色谱仪及其检测器 ，气相色谱固定相及其选择。

难点：气相色谱仪的结构，检测器分类，气相色谱固定相及其选择。

第一节 概述

1、气相色谱法简介

2、气相色谱分析流程

3、色谱分析术语

第二节 气相色谱的基本原理

1、气相色谱分离原理

2、塔板理论

3、速率理论

4、分辨率

5、分离操作条件的选择

第三节 气相色谱仪

第四节 气相色谱固定相

第五节 气相色谱检测器

1、热导池检测器

2、氢火焰离子化检测器

第六节 气相色谱定性定量方法

1、定性分析方法

2、定量分析方法

（二）实验教学内容

1、概况：仪器分析实验是化学专业必修的基础课程之一。它是建立在无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理学实验基础上的后续课程。它使学生获得有关实验的基本理论、基本知识和操作技能。它为后续课和今后的科研工作打下扎实的操作技能。它是许多学科进行科学研究不可缺少的重要测试手段。

2、实验报告要求：数据处理科学准确，绘图规范。

3、主要仪器设备：722N型可见分光光度计、pHS-3C酸度计、原子吸收光谱仪及气相色谱仪。

实验项目一览表

学时分配表

六、教学基本要求

教师在课堂上应对分析化学的基本概念、规律、原理和方法进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容；并应采用多媒体辅助教学，加大课堂授课的知识含量。实验教学重视基本操作、基本技能的训练，锻炼学生独立分析问题、解决问题的能力。

七、教学方法

本课程采用多媒体与传统板书相结合的教学方法。考试主要采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。

总评成绩：平时成绩10%、实验成绩20%、理论课成绩70%。

八、参考教材和阅读书目

1、《仪器分析实验》，段科欣，化学工业出版社，2009年，第一版。

2、《仪器分析实验》，刘小珍，化学工业出版社，2006年，第二版

3、《食品理化检验技术》，刘丹赤，大连理工大学出版社，2010年，第一版。

九、本课程与其它课程的联系与分工

该课程是基础化学、有机化学等的后续课程，将为学生中级工及高级工鉴定打下坚实的技术基础。

十、实验教学单元设计示例

附实验报告

实验题目 波长读数测定

实验日期 实验人 同组人员 指导教师

一、 实验目的

1、掌握吸收光谱曲线的绘制方法

3、了解722N型分光光度计波长读数的校正方法

4、掌握722N型分光光度计的使用方法

二、校正方法

配一个已知λ_Max的物质的适当溶液，然后用待校正的仪器在该物质的λ_Max正负20nm范围内，用不同的波长测定其吸光度值。

λ_校=λ_最大-λ^﹐_最大

当λ校为正值时，表示该仪器的波长读数叫真实的波长偏低；当λ校为负值时，表示该仪器的波长读数叫真实的波长偏高。在使用该仪器时，若测定某一溶液时所需选定的波长为λ_测，则应调至的波长读数（λ_读）为

λ_读=λ_测—λ_校

三、试剂与仪器

试剂：1.0mg/mL溴甲酚绿溶液

仪器：722N分光光度计；容量瓶100mL1只；移液管100mL1支。

四、实验过程

取溴甲酚绿溶液1.00 mL于100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。以蒸馏水作空白，用1cm比色皿，用不同波长的单色光测定其吸光度（波长从595nm

至635nm）。

注意：每改变一次波长都要用空白溶液作参比调一次100%透射比，然后再测其吸光度。

五 实验记录、分析结果与作出结论

绘制吸收曲线：

由吸收曲线知λ^﹐_最大为

六 问题与讨论

实验题目 高锰酸钾含量测定

实验日期 实验人 同组人员 指导教师

一 实验目的

1、掌握用分光光度法测定物质含量的方法
2、熟悉如何寻找最大吸收波长以及吸收光谱曲线和标准曲线的绘制方法

3、能分析所测数据，并得出结果

二 实验原理

高锰酸钾溶液呈紫红色，在可见光区具有固定的最大吸收波长位置，峰形明显。在避光条件下保存，其峰位和峰形可长期稳定不变，可用分光光度法对其进行定性和定量分析。

三 试剂与仪器

1、仪器 722N型分光光度计吸量管1、5、10mL烧杯、洗瓶、洗耳球容量瓶100mL

2、试剂KMnO₄标准溶液（500μg/mL）、蒸馏水 未知液150---180μg/mL

四 实验过程

1、KMnO₄工作溶液的配制（50μg/mL）

移取KMnO₄标准溶液10.00mL置于100mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，混匀，备用。

2、测定KMnO₄吸收光谱λ_最大值

在分光光度计上，以蒸馏水为空白溶液，依次选择不同波长，测定KMnO₄工作溶液（50μg/mL）在不同波长下的吸光度A，并记录在下表中，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸收曲线。在曲线上找出最大吸收波长。

3、标准曲线的绘制

分别吸取KMnO₄标准溶液（500μg/mL）1.00、2.00、3.00、4.00、5.00ml于5个100容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀。在分光光度计上，以蒸馏水为参比，在λ_最大处依次测定所配标准系列溶液的吸光度，将结果填到下表中。以溶液的浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

4、待测溶液的测定

取未知溶液10.00mL于100mL容量瓶中，用去离子水稀释到刻度，摇匀，在分光光度计上测出吸光度A。

五 实验记录、分析结果与作出结论

1.光吸收曲线绘制 λmax=

2、标准曲线

绘图（A----C曲线）

六 结果计算

从标准曲线上查得待测液的浓度Cx。根据标准曲线查得待测液的浓度，根据稀释倍数求得未知试样中高锰酸钾溶液的浓度。

C未知=Cx*100/10

七 问题与讨论

实验题目 纯碱中微量铁含量测定

实验日期 实验人 同组人员 指导教师

一 实验目的

1、巩固分光光度法的理论知识。

2、掌握722N型分光光度计的使用方法。

3、学会绘制光吸收曲线，并学会从曲线上选择定量测定的入射光波长。

4、学会绘制标准曲线，并利用标准曲线求得分析结果。

二 实验原理

邻菲罗啉（又称邻二氮杂菲）是测定微量铁的一种较好的显色剂，在pH=2～9的条件下，Fe²⁺与邻菲罗啉生成极稳定的橙红色的络合物，反应式如下：

当铁以Fe³⁺形式存在于溶液中时，Fe³⁺与邻菲罗啉也生成1:3的淡蓝色配合物，但稳定性较差。故在显色前，首先用盐酸羟胺把Fe³⁺还原为Fe²⁺：

4Fe³⁺+2NH₂OH═4Fe²⁺+N₂O+H₂O+4H⁺

测定时，控制溶液酸度在pH=4～6较适宜，酸度过高，反应速度慢，酸度太低，则Fe²⁺水解，影响显色。邻菲罗啉铁的最大吸收波长为510nm。

三 试剂与仪器

1、仪器

722N型分光光度计，容量瓶（50mL，100mL、1000mL），吸量管（1mL 、2mL 、5mL 、10 mL），1cm比色皿。

2、试剂

（1）100μg/mL Fe³⁺标准储备液 准确称取0.8634g分析纯NH₄Fe(S0₄)₂·12H₂O于200mL烧杯中，加入20mL 6 mol.L^-1 HCl和少量水，溶解后转移至1L容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

（2）10%盐酸羟胺 称取10g盐酸羟胺溶于100mL蒸馏水中，摇匀。

（3）0.15%邻菲啰啉 称取0.15g邻菲啰啉，先用少量的乙醇溶解，再用蒸馏水稀释至100mL，摇匀。

（4）1mol/L醋酸钠

（5）待测样品

四 实验过程

1、10μg/mL铁工作溶液配制 准确移取10.00mLFe³⁺ 标准储备液(100μg/mL)于100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

2、标准系列溶液的配制 准确吸取10μg/mL铁工作溶液0.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL、10.00mL于六只50mL容量瓶中，各分别加入10%的盐酸羟胺1mL，摇匀，再分别加入0.15%的邻菲啰啉2mL 和NaAC溶液5mL，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10min。

3、吸收曲线绘制 用1cm吸收池，以空白溶液（“0”号）做参比溶液，选“3”号作为样品测定配合物在不同波长下的吸收情况，绘制吸收光谱曲线，确定最大吸收波长（λ_max =510nm）。

4、标准曲线绘制 在λmax处，以空白溶液做参比溶液，测定各标准系列溶液的吸光度，以浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，即得标准曲线。

5、样品的处理与测定 称取样品纯碱4.000g入100mL烧杯中，缓慢加入(1+1)盐酸10mL左右至全部溶解，小心转入50mL容量瓶中，按上述方法显色，并测定其在510nm处的吸光度A_x。

五 实验记录、分析结果与作出结论

1光吸收曲线绘制 λmax=

绘图

2标准曲线

绘图

六 结果计算

计算样品纯碱中铁含量为：

ω（Fe）= ×100%

七 问题与讨论

实验题目 尿素中微量铁含量测定（磺基水杨酸）

实验日期 实验人 同组人员 指导教师

一 实验目的

1、掌握标准曲线的绘制方法

2、练习722N型分光光度计的使用方法

3、掌握利用标准曲线进行待测液浓度计算

二 实验原理

在pH 8～11的氨性溶液中，Fe³⁺与磺基水杨酸生成稳定的黄色络合物，其反应式：　Fe³⁺+3SSal^2-=［Fe(SSal)₃]^3-，式中　SSal^2---磺基水杨酸根离子，最大吸收波长430 nm，颜色的深浅与Fe³⁺的含量成正比。Fe²⁺在氨碱性溶液中极易氧化成Fe³⁺，同样与磺基水杨酸形成黄色配合物。

　　Fe³⁺在不同的pH下可以与磺基水杨酸形成不同组成和颜色的几种络合物。在pH1.8～2.5的溶液中，形成红紫色的［Fe(SSal)⁺；在pH 4～8的溶液中，形成褐色的［Fe(SSal)²}^-；在pH 8～11.5的氨性溶液中，形成黄色的［Fe(SSal)³］^3-；若pH＞12，则不能形成络合物而生成氢氧化铁沉淀。
三 试剂与仪器

仪器：722N分光光度计 100mL容量瓶 5mL移液管 量筒（50、20mL）

试剂：磺基水杨酸(0.1g/mL)、氨水（1+1）、盐酸（1+1）

硫酸铁铵标液（0.1mg/mL）：称取0.6039gNH₄Fe(SO₄) ₂.12H₂O 溶于水中，加浓硫酸2.5 mL，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

尿素样品

四 实验过程

1、标准溶液的配制

准确吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL铁标准溶液于六个100mL容量瓶中，加蒸馏水约40mL，摇匀。分别加入10mL盐酸（1+1）、5mL磺基水杨酸、15mL氨水溶液（1+1），用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

2、标准曲线绘制

以空白溶液为参比，用430nm的单色光分别测定标准系列的吸光度，将结果填到下表。以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。

3、 样品测定

称取尿素试样10.0克，加40mL蒸馏水和10mL盐酸（1+1），煮沸3min，冷却后转入100100mL容量瓶中，5mL磺基水杨酸、15mL氨水溶液（1+1），用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，以空白溶液为参比，用430nm的单色光测定试样吸光度。从标准曲线上计算尿素中三氧化二铁的含量。

五 实验记录、分析结果与作出结论

标准曲线

绘图（A----C曲线）

六 结果计算

尿素中铁含量可按下式计算

ω（Fe₂O₃）=ρx*10^-6*100/m*100%

式中ρx------由试样溶液的吸光度在标准曲线上查出的相应的Fe₂O₃含量，μg/mL

m--------试样质量，g

七 问题与讨论

实验题目火腿肠中亚硝酸盐含量测定

实验日期 实验人 同组人员 指导教师

一、 实验目的

1、了解分光光度法测定亚硝酸盐含量的实验原理

2、掌握样品制备、提取的基本操作技能

3、练习722N型分光光度计的使用方法

4、掌握标准曲线法进行待测液浓度计算

二、 实验原理

样品经沉淀分离蛋白质，除去脂肪后，在弱酸的条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸起重氮化反应，生成重氮化合物，再与盐酸萘乙二胺偶合，形成紫红色的的染料，其颜色的深浅与亚硝酸盐的含量成正比，可与标准比较定量。通过分光光度计比色测定，计算出样品中亚硝酸盐的含量。

三、 试剂与仪器

试剂：饱和硼砂溶液；亚铁氰化钾；乙酸锌；对氨基苯磺酸；盐酸萘乙二胺；亚硝酸钠标准使用液。

仪器：722N分光光度计；恒温水浴锅；绞肉机；常规玻璃仪器。

四、 实验过程

1、样品处理

称取经绞碎并混合均匀的样品5克于100ml烧杯中，加硼砂饱和溶液12.5ml，搅拌均匀后，以70℃以上的热水约300ml将样品全部洗入500ml容量瓶中，放入沸水浴中加热15分钟，取出冷却后，边转动容量瓶边加入亚铁氰化钾溶液5ml，摇匀后，再加入乙酸锌溶液5ml，以沉淀蛋白质。然后，加水至刻度，混匀，放置半小时后，弃去上层脂肪，清液用滤纸或脱脂棉过滤，弃去初滤液30mL，滤液备用。

2、标准曲线的绘制

分别移取亚硝酸钠标准使用液（5μg/mL）0.00 mL、0.40 mL、0.60 mL、0.80 mL、1.00 mL、1.50 mL、2.00 mL、2.50 mL置于50 mL容量瓶中。分别加入2 mL对氨基苯磺酸溶液混匀，静置3---5min后各加入1mL盐酸萘乙二胺溶液，加水至刻度，混匀，静置15min，于波长538nm处测吸光度，绘制标准曲线。

3、样品测定

吸取40.00 mL样品滤液于50 mL容量瓶中，与标准系列相同显色过程进行吸光度值测定。

五、 实验记录、分析结果与作出结论

标准曲线的绘制与样品含量测定

绘制标准曲线：

由样品的吸光度查得相应的含量

六、 结果计算

式中 X----样品中亚硝酸盐的含量，mg／kg；

m----样品质量，g；

m’ --- 测定用样液中亚硝酸盐的含量，ug．

V1----样品处理液总体积，mL;

V2----测定用样液体积，mL.

七、问题与讨论