儀器分析實(shí)驗(yàn)的目的和要求

1、第一章 緒論1.1儀器分析實(shí)驗(yàn)的目的和要求儀器分析作為現(xiàn)代的分析測(cè)試手段，日益廣泛地為科研和生產(chǎn)提供大量的物 質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以全微區(qū)內(nèi)時(shí)間或空間分布狀態(tài)等方面的信息，因而已成為高等學(xué) 校中許多專業(yè)的重要課程之一。要學(xué)好儀器分析，必須認(rèn)真做好儀器分析實(shí)驗(yàn)。儀器分析實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括常見儀器分析方法的基本原理，儀器設(shè)備的使用和 維護(hù)，儀器分析實(shí)驗(yàn)的基本操作和儀器主要參數(shù)或?qū)嶒?yàn)條件的選擇與設(shè)定，以及 各種儀器分析方法的實(shí)踐與應(yīng)用。通過(guò)儀器分析實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生對(duì)有關(guān)儀器分析方法的基本原理有更加深入 的理解，對(duì)常用的分析儀器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍進(jìn)行比較全面的了解， 在學(xué)會(huì)典型儀器的使用方法的同時(shí)掌握必要

2、的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)方法和基 本操作技能；同時(shí)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，正確地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為今后的學(xué) 習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。儀器分析實(shí)驗(yàn)除了與其他實(shí)驗(yàn)有相同之處外，其最大特點(diǎn)是離不開各種各樣 的分析儀器。這些儀器精密度高，價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)室不可能購(gòu)置多套同類儀器設(shè) 備，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般多采用輪轉(zhuǎn)的方式，因而實(shí)驗(yàn)安排與講課內(nèi)容通常不 能同步進(jìn)行。在這種情況下，實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)就顯得尤為重要，要求操作者實(shí)驗(yàn)前 要認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材，明確實(shí)驗(yàn)的目的要求、基本原理、實(shí)驗(yàn)方法與步驟，要詳 細(xì)閱讀儀器使用說(shuō)明書，實(shí)驗(yàn)時(shí)嚴(yán)守操作規(guī)程，保證實(shí)驗(yàn)安全，操作正確無(wú)誤。實(shí)驗(yàn)者要準(zhǔn)備好記錄本，在記錄本上要擬定好實(shí)驗(yàn)

3、方案和操作步驟，預(yù)先記 錄必要常數(shù)與計(jì)算公式。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要認(rèn)真地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)與分析結(jié)果，注意手腦并用，積極思考，善于發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn) 題，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)異常情況或遇到故障應(yīng)及時(shí)排除，實(shí)驗(yàn)者本人不能排除時(shí)，應(yīng)立 即報(bào)告指導(dǎo)教師或工作人員，及時(shí)采取措施。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保持安靜，保持實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所整潔。人人都應(yīng)遵守實(shí)驗(yàn) 室規(guī)則，養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。使用的藥品、試劑、水、電、氣等都 應(yīng)本著節(jié)約原則，不得浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要按要求關(guān)好水、電、氣各種開關(guān)。要把儀器復(fù)原。打掃好室內(nèi) 衛(wèi)生，結(jié)束工作檢查合格后，方可離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)完成后應(yīng)按要求及時(shí)寫

4、出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告是完成實(shí)驗(yàn)的一個(gè)必 不可缺的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn) 原理、實(shí)驗(yàn)儀器類型與型號(hào)、主要實(shí)驗(yàn)步驟或主要實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理 以及結(jié)果、討論等。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)要忠實(shí)原始記錄，不得涂改數(shù)據(jù)。報(bào)告中所列 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要符合有效數(shù)字的表示方式.各種數(shù)據(jù)與結(jié)論，表達(dá)要簡(jiǎn)明正確，符合 邏輯、有條理性，還要附上應(yīng)有的圖表。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的 重要部分，其內(nèi)容雖無(wú)固定模式，但是可涉及諸如對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的進(jìn)一步深化理解， 做好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，失敗的教訓(xùn)及自己的體會(huì)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和解釋，結(jié)果的誤 差分析以及對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見等各個(gè)方面，以上內(nèi)容學(xué)

5、生可就其中體會(huì)較深者 討論一項(xiàng)或幾項(xiàng)。1.2儀器分析的實(shí)驗(yàn)誤差在分析測(cè)試過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，有很多因素影響所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度， 即人們不能得到絕對(duì)無(wú)誤的真值，只能對(duì)測(cè)試對(duì)象作出相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)。因此要 求分析工作者必須有正確的誤差概念，能夠判斷誤差的種類，找出產(chǎn)生誤差的原 因，然后有針對(duì)性地采取措施，以提高測(cè)定的準(zhǔn)確度。鑒于在基礎(chǔ)化學(xué)分析課程中已經(jīng)詳細(xì)闡述過(guò)分析測(cè)量誤差的基本知識(shí)，因此 在本教材中僅對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行概述。誤差分類：實(shí)驗(yàn)誤差由系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差兩部分所組成。誤差的來(lái)源：（1）由方法、儀器、試劑和個(gè)人等比較確定的、經(jīng)常性的因素引 起系統(tǒng)誤差；（2）由偶然的、無(wú)法控制的因素引起隨機(jī)誤差

6、。減免誤差的措施：（1）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法、標(biāo)準(zhǔn)試樣、空白試驗(yàn)、對(duì)照試驗(yàn)和儀 器校正等途徑檢出和減免系統(tǒng)誤差；（2）通過(guò)在一定范圍內(nèi)，增加平行測(cè)定的次 數(shù)，減少隨機(jī)誤差。準(zhǔn)確度和精密度:準(zhǔn)確度是指測(cè)定值與真值相符合的程度；精密度是指單次 測(cè)定值與n次測(cè)定平均值的偏差程度。只有在校正了系統(tǒng)誤差的前提下，精密度 高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度才高。通常用平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差表示測(cè)定的精密度，而后者比 平均偏差更加靈敏地反映測(cè)定數(shù)據(jù)之間的彼此符合程度。在一般的分析結(jié)果報(bào)告中，只需列出測(cè)定次數(shù)、測(cè)定平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差三項(xiàng) 即可反映出測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度，而不必一一列出全部數(shù)據(jù)。1.3儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與表達(dá)1.3.1可疑

7、數(shù)據(jù)的取舍分析測(cè)定中常常有個(gè)別數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)相差較大，成為可疑數(shù)據(jù)（或稱離群 值、異常值）。對(duì)于有明顯原因造成的可疑數(shù)據(jù)，應(yīng)予舍去，但是對(duì)于找不出充 分理由的可疑數(shù)據(jù)，則應(yīng)慎重處理，應(yīng)借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)后再行取 舍。在3-10次的測(cè)定數(shù)據(jù)中，有一個(gè)可疑數(shù)據(jù)時(shí)，可采用Q檢驗(yàn)法決定取舍； 若有兩個(gè)或兩個(gè)以上可疑數(shù)據(jù)時(shí)，宜采用Grubbs檢驗(yàn)法。1.3.2有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則由于誤差的存在，任何測(cè)量的準(zhǔn)確度都是有限的，因此在記錄數(shù)據(jù)時(shí)既不可 隨意多寫數(shù)字的位數(shù)，夸大測(cè)量的精度；也不可輕率少寫數(shù)字的位數(shù)，降低測(cè)量 的精度。在小數(shù)點(diǎn)后的“0”也不能任意增加或刪去。在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，還須注意 遵守下

8、列規(guī)則：（1）有效數(shù)字的修約按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8187-1987進(jìn)行：在擬舍棄的數(shù)字中，若 左邊的第一個(gè)數(shù)字4，則舍去；在擬舍棄的數(shù)字中.若左邊的第一個(gè)數(shù)字N6, 則進(jìn)一；在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊的第一個(gè)數(shù)字為5,其右邊的數(shù)字井非全部 為0，則進(jìn)一；在擬舍棄的數(shù)字中，若左邊的第一個(gè)數(shù)字為5,其右邊的數(shù)字皆 為0，所擬保留的末位數(shù)字為奇數(shù)時(shí)，則進(jìn)一，若為偶數(shù)（包括“0”）時(shí)，則不進(jìn)； 有效數(shù)字的修約應(yīng)一次完成，不得連續(xù)進(jìn)行多次修約。（2）加減運(yùn)算結(jié)果中，保留有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)與絕對(duì)誤差最大的相同；乘除 運(yùn)算結(jié)果中，保留有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)以相對(duì)誤差最大的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。（3）對(duì)數(shù)計(jì)算中，對(duì)數(shù)小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)應(yīng)與

9、真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同。（4）計(jì)算式中用到的常數(shù)如n、e以及乘除因子等，可以認(rèn)為其有效數(shù)字的位 數(shù)是無(wú)限的，不影響其他數(shù)據(jù)的修約。1.3.3分析結(jié)果的表達(dá)取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，應(yīng)以簡(jiǎn)明的方法表達(dá)出來(lái)，通常有列表法、圖解法、數(shù)學(xué) 方程表示法等三種方法，可根據(jù)具體情況選擇一種表達(dá)方法。列表法是將一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的自變量和因變量的數(shù)值按一定形式和順序一 一對(duì)應(yīng)列成表格，比較簡(jiǎn)明、直觀，是最常用的方法。列表時(shí)應(yīng)有完全而又簡(jiǎn)明 的表名，在表名不足以說(shuō)明表中數(shù)據(jù)含義時(shí)，則在表名或表格下面再附加說(shuō)明， 如獲得數(shù)據(jù)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)條件、數(shù)據(jù)來(lái)源等；表中數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)取舍適當(dāng)， 小數(shù)點(diǎn)應(yīng)上下對(duì)齊，以便比較分析。圖解法是將

10、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按自變量與因變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)繪成圖形，直觀反映變 量間的各種關(guān)系，便于進(jìn)行分析研究。每圖應(yīng)有簡(jiǎn)明的標(biāo)題，并注明取得數(shù)據(jù)的 主要實(shí)驗(yàn)條件、作者姓名（包括合作者姓名）、以及實(shí)驗(yàn)日期。注意坐標(biāo)分度的選 擇，其精度應(yīng)與測(cè)量的精度一致。圖解法是整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要方法，通常借助標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法、曲線外推法 圖解微分法和圖解積分法直接或間接獲得樣品的有關(guān)信息。這些處理方法與它們 在基礎(chǔ)化學(xué)分析課程中應(yīng)用相似，本教材不再贅述。數(shù)學(xué)方程表示法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以數(shù)學(xué)方程式描述變量之間關(guān)系的 方法。儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自變量與因變量之間多成直線關(guān)系，或是經(jīng)過(guò)適當(dāng)變 換后，使之呈現(xiàn)直線關(guān)系，因此儀器分析中比較常用的是一元線性回歸分析，多 采用平均值法和最小二乘法完成。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文中，往往還需算出相關(guān)系數(shù) r，以說(shuō)明變量之間的相關(guān)程度；注意，lrl=0時(shí)，表明x與y毫無(wú)線性關(guān)系，但 并不否定x與y之間可能存在其他的非線性關(guān)系。儀器分析