仪器分析实验教程

本书根据近年来仪器分析技术在农业、食品、环境、化学化工、材料及生命科学等领域的广泛应用，以及目前高等院校的教学需求编写而成。本教材结合农业院校与理工院校的特点，注重仪器分析的基本原理、实验方法、实验技术及其在农业科学各领域的应用，旨在使学生掌握现代仪器分析技术，解决专业研究中的有关问题。

仪器分析是化学学科的一个重要分支，它是指通过使用特殊设备，对物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息进行分析和测定的一类方法。仪器分析课程是高等院校开设的一门理论与实践并重的课程，“仪器分析实验”是仪器分析课程的重要组成部分，它是通过实验的方法，使学生加深理解和巩固在仪器分析课堂中所学的理论知识，并使学生正确熟练地掌握仪器分析的基本操作和技能。通过实验操作可使学生学会正确合理地选择实验条件和实验仪器，善于观察实验现象和进行实验记录，正确处理数据和表达实验结果；培养良好的实验习惯、实事求是的科学态度和严谨细致的工作作风，以及独立思考、分析问题、解决问题的能力；以使学生逐步地掌握科学研究的技能和方法，为学习后续课程和将来工作奠定良好的实践基础。
本书共分12章，主要包括仪器分析实验的基础知识、紫外-可见光谱法、红外光谱法、荧光光谱法、原子光谱法、气相色谱法、液相色谱法、毛细管电泳法、核磁共振波谱法、质谱法、色谱-质谱联用技术及设计性实验等内容。每种分析方法主要阐述其基本原理、分析方法及仪器结构与原理，并以其在农业领域的应用为主要实验内容，旨在培养学生的基本操作技能及分析能力。具体编写分工如下：田宏哲编写第1章、第8~12章；李修伟编写第2章；秦培文编写第3章；李俊凯编写第4章；汪梅子编写第5章；马树杰编写第6章；王秀平编写第7章；何璐等参与资料查阅及整理工作。田宏哲负责全书的组织、统稿和定稿。本书由沈阳农业大学李兴海教授主审。
由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

田宏哲
2023年10月

本教材根据近年来仪器分析技术在农业、食品、环境、化学化工、材料及生命科学等领域的广泛应用，结合目前高等院校的教学需求,以及农业院校与理工院校的教学特点编写而成，旨在使学生掌握现代仪器分析技术，解决专业研究中的有关问题。
本教材共分12章，主要介绍了仪器分析实验基础知识，紫外-可见光谱法、红外光谱法、荧光光谱法、原子光谱法、气相色谱法、液相色谱法、毛细管电泳法、核磁共振波谱法、质谱法及色谱-质谱联用技术等分析方法的基本原理、分析方法、仪器结构与原理，每章有实验应用实例，还包括设计性及综合性实验。
本书可作为农林高等院校仪器分析和波谱分析专业本科生和研究生的实验教材，也可供其他院校相关专业选用。

第1章仪器分析实验基础知识001
1.1分析实验室的基本要求001
1.1.1实验用气001
1.1.2实验试剂001
1.1.3实验室用电002
1.2仪器分析的实验要求002
1.3实验数据记录及处理003
1.3.1实验数据记录003
1.3.2实验数据处理004
1.4定量分析方法004

第2章紫外可见光谱法006
2.1基本原理006
2.2分析方法006
2.2.1紫外-可见光谱法在定性分析方面的应用007
2.2.2紫外-可见光谱在定量分析方面的应用007
2.3仪器结构与原理009
2.3.1光源010
2.3.2单色器010
2.3.3吸收池010
2.3.4检测器010
2.3.5紫外-可见分光光度计的类型011
2.4实验内容012
实验一有机化合物紫外吸收曲线的绘制及溶剂效应012
实验二双波长分光光度法测定苯甲酸和水杨酸的含量014
实验三解联立方程组法测定双组分含量016
实验四土壤中有效磷的测定（分光光度法）018
实验五蔬菜中亚硝酸盐的测定020
实验六考马斯亮蓝法测定蛋白质浓度（分光光度法）023

第3章红外光谱法025
3.1基本原理025
3.1.1红外光谱产生的原理025
3.1.2红外光谱的特征吸收峰与分子结构的关系026
3.2分析方法027
3.2.1定性分析027
3.2.2定量分析028
3.2.3样品制备028
3.3仪器结构与原理029
3.3.1色散型红外分光光度计029
3.3.2傅里叶变换红外分光光度计030
3.4实验内容031
实验一红外光谱仪的基本操作及分析方法（压片法）031
实验二红外光谱法测定聚合物（薄膜法）033
实验三红外光谱法定性分析未知样品（压片法）035
实验四阿维菌素的红外光谱分析036
实验五红外光谱法分析芦丁（压片法）039
实验六红外光谱法分析肉桂酸（压片法）041

第4章荧光光谱法044
4.1基本原理044
4.1.1荧光的产生原理044
4.1.2荧光与分子结构的关系045
4.2分析方法046
4.2.1直接测定法046
4.2.2衍生化法046
4.2.3荧光淬灭法046
4.3仪器结构与原理046
4.3.1光源047
4.3.2单色器047
4.3.3样品池047
4.3.4检测系统047
4.4实验内容047
实验一乳制品中噻菌灵的荧光光谱测定047
实验二谷物中硫胺素的荧光光谱测定049
实验三荧光光谱法测定土壤中硒的含量051

第5章原子光谱法053
5.1基本原理053
5.1.1原子吸收光谱法053
5.1.2原子发射光谱法054
5.2分析方法055
5.2.1原子吸收光谱法055
5.2.2原子发射光谱法055
5.3仪器结构与原理056
5.3.1原子吸收光谱仪的结构056
5.3.2原子发射光谱仪的结构057
5.4实验内容058
实验一食品中铁锰铜锌的测定058
实验二火焰原子吸收光谱法测定饲料中的锌060
实验三石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中的铅062
实验四电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定自来水中Ca等金属含量064

第6章气相色谱法066
6.1基本原理066
6.1.1分离原理066
6.1.2色谱图066
6.1.3色谱分离理论068
6.2分析方法069
6.2.1定性分析069
6.2.2定量分析070
6.3仪器结构与原理071
6.3.1载气系统071
6.3.2进样系统071
6.3.3分离系统072
6.3.4检测系统072
6.4实验内容075
实验一乙醇和正丁醇的气相色谱分析（归一化法）075
实验二蔬菜中有机氯农药残留量的测定（磺化净化法）076
实验三气相色谱法测定烷烃类化合物（外标法）078
实验四黄瓜中毒死蜱残留分析（气相色谱法）080
实验五豆粉中饱和脂肪酸含量的测定（衍生化法）082
实验六气相色谱的载气流速与理论塔板高度的关系084
实验七气相色谱法定量校正因子的测定085
实验八气相色谱法测定烷烃类化合物（内标法）087
实验九食品中有机氯类农药残留量的测定（色谱净化法）089

第7章液相色谱法092
7.1基本原理092
7.1.1液固吸附色谱法092
7.1.2液液分配色谱法092
7.1.3化学键合相色谱法092
7.1.4体积排阻色谱法093
7.1.5离子交换色谱法093
7.2分析方法094
7.2.1定性分析094
7.2.2定量分析095
7.3仪器结构与原理095
7.3.1输液系统095
7.3.2进样系统096
7.3.3分离系统097
7.3.4检测系统097
7.3.5超高压液相色谱099
7.4实验内容100
实验一液相色谱法测定苯乙酮含量100
实验二高效液相色谱法测定食品中嘧霉胺的残留量102
实验三甜玉米中可溶性糖的测定（示差折光检测器）103
实验四高效液相色谱法测定山梨酸含量（内标法）106
实验五水果中吡虫啉残留量的测定（紫外-可见光检测器）108
实验六环境激素类化合物双酚A的测定（荧光检测器）109
实验七果汁中有机酸的测定111
实验八黄酮类活性成分测定（HPLC法）114

第8章毛细管电泳法117
8.1基本原理117
8.1.1分离原理117
8.1.2毛细管电泳的分离流程119
8.2分析方法120
8.3仪器结构与原理120
8.3.1进样系统121
8.3.2分离系统121
8.3.3检测系统122
8.4实验内容122
实验一毛细管电泳法测定食品添加剂122
实验二毛细管区带电泳法分离多酚类化合物125
实验三毛细管电泳法测定金属阳离子126

第9章核磁共振波谱法129
9.1基本原理129
9.1.1原子核的自旋129
9.1.2核磁共振的产生129
9.1.3化学位移130
9.1.4自旋-自旋耦合131
9.1.5核磁共振碳谱132
9.2分析方法134
9.2.1定性及定量分析134
9.2.2样品处理134
9.2.3应用135
9.3仪器结构与原理135
9.3.1核磁共振波谱仪的结构135
9.3.2连续波核磁共振波谱仪136
9.3.3傅里叶变换核磁共振波谱仪137
9.4实验内容138
实验一核磁共振波谱法测定对甲氧基苯甲醛138
实验二核磁共振波谱法测定甲苯的结构140
实验三乙酸的核磁共振碳谱分析141
实验四表面活性剂的核磁共振氢谱分析143
实验五醋酸胆碱离子液体的核磁共振碳谱解析145
实验六磺胺二甲嘧啶的核磁共振碳谱解析147

第10章质谱法150
10.1基本原理150
10.1.1质谱法的原理150
10.1.2质谱中的离子类型151
10.1.3质谱中的离子裂解152
10.2分析方法152
10.2.1直接进样方式153
10.2.2色谱-质谱联用模式153
10.3仪器结构与原理153
10.3.1进样系统153
10.3.2离子源154
10.3.3质量分析器154
10.3.4检测器154
10.3.5真空系统154
10.4实验内容155
实验一质谱全扫描数据采集及定性分析155
实验二质谱选择离子数据采集及定量分析156
实验三采用MS/MS法鉴定有机化合物结构158

第11章色谱质谱联用技术161
11.1基本原理161
11.1.1色谱-质谱联用技术的发展161
11.1.2色谱-质谱联用模式161
11.1.3色谱-质谱联用类型162
11.1.4联用技术的特点162
11.2分析方法162
11.3仪器结构与原理163
11.3.1接口技术164
11.3.2离子源164
11.3.3质量分析器165
11.3.4检测器166
11.3.5真空系统166
11.4实验内容166
实验一HPLC-MS法的定性定量分析166
实验二LC-MS法测定农产品中赤霉素残留168
实验三LC-MS/MS法测定水果蔬菜中矮壮素的残留169
实验四蜂蜜中黄酮类成分的测定（HPLC-MS/MS法）172
实验五虫草中虫草素的测定（HPLC-MS/MS法）174
实验六可溶液剂中苦参碱成分测定176

第12章设计性实验179
12.1设计性实验题目179
12.2设计性实验的考察点180
12.3自选实验题目181

参考文献182