第四章 定量分析仪器与基本操作
仪器分析方法是以物质的物理性质或物理化学性质为基础，并借用特殊仪器进行测量的分析方法。仪器分析法主要有光谱分析法、电化学分析法和色谱分析法等。光谱分析方法是基于物质对光的选择性吸收或被激发后发射特定波长光的性质进行分析的方法，即通过测量待测物的特定吸收(或发射)波长和对光的吸收程度(或发射光强度)进行定性分析、定量分析。常用的光谱分析法包括吸收光谱法(比色法，紫外／可见分光光度法，原子吸收分光光度法、红外吸收分光光度法等)和发射光谱法(原子发射光谱法和荧光法等)。电化学分析法是以物质的电学及电化学性质为基础进行分析的方法。通常将被测物质的溶液构成一个化学电池，然后通过测量电池的电动势或测量通过电池的电流、电量等物理量或其变化值来确定被测物的组成及含量。常用的 电化学分析法包括电位分析法、库仑分析法、电导分析法和极谱分析法等。色谱分析法是利用物质的物理化学性质不同将混合物分离并运用一定的检测手段进行检测的分析方法，包括薄层色谱法、气相色谱法和液相色谱法等。此外，仪器分析方法还包括质谱分析、核磁共振波谱分析、电子探针分析和离子探针微区分析以及上述仪器分析方法的联合分析方法。
仪器分析法具有快速、灵敏，且能测低含量组分及有机物结构的特点，特别适用于低含量样品的分析及中控快速分析。但仪器分析的试样预处理、制备标样、方法准确度的校验等，都需要化学方法来完成，因此仪器分析法和化学分析法是密切配合、相互补充的，化学分析法是基础，仪器分析法是发展方向。
第一节 分析天平与称量
分析天平是精确测定物质质量的计量仪器，是化工分析中常用的重要工具。称量的准确度直接影响测定结果的准确度，因此，化验分析工作人员应熟平衡状态，克服了双盘天平的缺点，而且操作更简便。 ．
电子天平是利用电磁力平衡原理来衡量被称物的质量的，应用现代电子控制 技术进行称量，全量程不用砝码。称量时在秤盘上放上被称物后几秒内即可达到 平衡，显示读数。根据天平有无反馈回路一般分为开环(无反馈)和闭环(有反 馈)两类。闭环控制的天平动态品质远远优于开环系统的动态品质，目前国内外 新生产的电子天平大多为闭环式的。 机械天平称量结果准确度较高，但操作烦琐，且操作不当易损坏部件(如玛 瑙刀口等)，维护、保养与校正较复杂，目前主要用于有特殊要求(准确度要求较高)的称量或对砝码的校正。电子天平具有操作简便、称量响应快、精度高以 及有内置标准砝码可实现自校功能等悉天平的结构和性能，合理选择并正确使用天平，保证称量的准确度，同时应注意加强天平的日常维护与保养，延长天平使用寿命。 4.1.1天平的分类、性能及选用。
一 天平的分类
(1)根据天平的衡量原理、结构分类 根据称量平衡原理不同，天平主要分为机械天平(杠杆天平)和电子天平两大类。
机械天平是利用杠杆原理衡量被称物的质量的。根据结构不同，机械天平又可分为等臂天平(杠杆左右两臂相等)和不等臂单盘天平(杠杆左右两臂不等)。等臂天平还可分为等臂双盘天平和等臂单盘天平。等臂双盘天平可分为摆动指针天平、阻尼天平、电光天平。电光天平按加码器加码范围的不同，又可分为部分 机械加码和全部机械加码。由于双盘天平存在不等臂误差、空载及实载灵敏度不同等缺点，已逐渐被不等臂单盘天平所取代，不等臂单盘天平采用全量程机械减码结构，减去砝码的质量等于被称物的质量，使横梁始终保持全载的特点，是天平的发展方向，目前在实验室中应用较为广泛。
(2)根据天平的相对精度分级相对精度是指天平的名义分度值(天平标尺上一个分度所代表的质量或最小显示单位)与最大载荷的比值，目前我国根据相 对精度将天平一共分为10级(见表5—1)。1～6级为精密天平，7～10级为普通 天平。在分析实验中，一般使用3～5级精度的分析天平。
天平的级别表 精度级别 1 -72 2×10 7 -6 -73 5×10 8 -5-74 1×10 9 -5-65 2×10 10 -5-6名义分度值1×10 （最大载荷） 精度级别 6 名义分度值5×10 （最大载荷） 1×10 2×10 2×10 1×10 -4
（3）根据最大称量值分类 根据最大称量值不同，天平可分为常量天平、半微量天平、微量天平和超微量天平。各类天平的最大称量值如下表： 种类 常量天平 半微量天平 微量天平 超微量天平 最大称量值/ 克 100—200 20—100 3—50 2—5 分度值 小于称量值的10 -5 小于称量值的10 -5 小于称量值的10 -5 小于称量值的10 -6 二 天平的技术指标
（1）最大称量 最大称量又称为最大载荷，指天平可称量的最大质量值。选择天平时应注意天平的最大称量应高于被称物体可能的质量。
（2）分度值 每台天平在技术指标牌上都有一个分度值，即天平的名义分度值（分析天平一般为0.1mg），它是指天平标尺上一个分度（最小刻度）所表示的质量，是选择天平的技术指标之一。
(3)秤盘直径和秤盘上方的空间 天平秤盘直径及称盘上方空间，即高度和宽度，也是选择天平的技术指标之一。
宽度，也是选择天平的技术指标之一。
三 天平的选用
在选择天平时，应先了解各类天平的技术指标和特点，在此基础上根据称量的最大质量、精度要求及工作特点正确选用天平。选择天平的一般原则是：
①最大称量应满足工作要求，不能使天平超载，以免损坏天平.
②精度符合测定准确度要求，不应使用精度不够的天平，导致达不到要求的测定准确度；也不应滥用高精度天平造成不必要的浪费。一般来讲，分度值在0.01～0.001g之间的普通天平，适于一般粗略称量。分度值在0.0001g的分析天平，适用于称取样品、标样及称量分析等。分度值在0.01mg的微量天平(1／100000g天平)，称量常在几毫克，适用于微量分析与精密分析。
以下为根据称量需求选择天平的实例。
①一般溶液的配制。溶液的配制一般需要称量几到几十克物质，准确度要求不高，
准确到0．1g。此时可选择最大载荷100g，分度值0.1g的托盘天平或电子天平(最小读数为0.1g即可)。
②常量分析称取样品。常量分析一般称样质量大于或等于0.2 g，要求称准至
0.0002g,在使用容器的情况下，容器质量为数十克，因此可选择单盘精密分析天平或电子分析天平。最大载荷100g，分度值为0.1mg。
③有机半微量定量分析及难获得的珍贵样品分析。称样量一般为3-5mg，要求称准
至0.02mg（测定准确度1%），容器质量小于1g，因此可选择最大载荷2g，分度值0.01mg的天平。
四 补充知识： 天平的感量：
在有些教学参考书、习题集乃至实验讲义中，对“天平的感量”一词在理解和使用上显得比较混乱。例如有这样一道题：“用一台天平测一铁块的质量，他测得的结果是 15.520克。如果这位同学的读数是正确的话，试问这台天平的感量是多少？”这种问法是不确切的。 “天平的感量”这个名词目前在计量部门中已不再使用，而是被它的同义语─—“天平的分度值”所代替。它的含义是指天平的指针偏转一个分格，需在天平的某秤盘上添加的小砝码质量数，其单位是毫克/格。它和天平的另一性能指标─—分度灵敏度互为倒数关系。天平的分度灵敏度是指在天平的某秤盘上添加单位质量的小砝码而使指针偏转的分格数，其单位是格/毫克。显然，天平的感量和分度灵敏度都是用来表示天平的敏度性的。一台天平，分度灵敏度越大，或者说感量越小，就越灵敏。
根据天平理论，天平的敏度性是和天平的臂长、指针的长短、横梁重心的高低、刀口的材料及磨损情况、负荷的多少等多种因素有关的，而具体测量的结果能读准到哪一位，只决定于砝码（游码）的最小分度值（这里说的分度值和前面提到的天平的分度值是两个不同的概念）。所以，根据天平测量时的读数（即使读数正确）是无法判定一台天平的感量的。本文开头举出的那道习题，应改为“试问这台天平的砝码（游码）的最小分度值是多少”才较为确切。
4.1.2 天平的使用与称量
分析天平是指称量精度为0.0001g的天平。分析天平是精密仪器，使用时要认真、仔细，按照天平的使用规则操作，做到准确快速完成称量而又不损坏天平。常用分析天平有电光分析天平和电子天平。
（一）电光分析天平的构造
电光分析天平也称半自动电光分析天平，其构造如图1所示。 （二）电光分析天平的使用方法 1．称量前的检查与准备
拿下防尘罩，叠平后放在天平箱上方。检查天平是否正常，天平是否水平，称盘是否洁净，圈码指数盘是否在“000”位，圈码有无脱位，吊耳有无脱落、移位等。
检查和调整天平的空盘零点。用平衡螺丝（粗调）和投影屏调节杠（细调）调节天平零点，这是分析天平称重练习的基本内容之一。每个同学都应掌握。 2．称量
当要求快速称量，或怀疑被称物可能超过最大载荷时，可用托盘天平（台称）粗称。一般不提倡粗称。
图1 电光分析天平
1－横梁，2－平衡螺丝，3－支柱，4－蹬，5－阻尼器，6－指针，7－投影屏， 8－螺旋足，9－垫脚，10－升降旋钮，11－调屏拉杆，12－变压器，13－刀口
14－圈码，15－圈码指数盘，16－称盘，17－盘托
将待称量物置于天平左盘的中央，关上天平左门。按照“由大到小，中间截取，逐级试重”的原则在右盘加减砝码。试重时应半开天平，观察指针偏移方向或标尺投影移动方向，以判断左右两盘的轻重和所加砝码是否合适及如何调整。注意：指针总是偏向质量轻的盘，标尺投影总是向质量重的盘方向移动。先确定克以上砝码（应用镊子取放），关上天平右门。再依次调整百毫克组和十毫克组圈码，每次都从中间量（500 mg和50 mg）开始调节。确定十毫克组圈码后，再完全开启天平，准备读数。 3．读数
砝码确定后，全开天平旋钮，待标尺停稳后即可读数。称量物的质量等于砝码总量加标尺读数（均以克计）。标尺读数在9～10 mg时，可再加10 mg圈码，从屏上读取标尺负值，记录时将此读数从砝码总量中减去。 4．复原
称量数据记录完毕，即应关闭天平，取出被称量物质，用镊子将砝码放回砝码盒内，圈码指数盘退回到“000”位，关闭两侧门，盖上防尘罩，并在天平使用登记本上登记。
使用天平的注意事项
（1）开、关天平旋钮，放、取被称量物，开、关天平侧门以及加、减砝码等，动作都要轻、缓，切不可用力过猛、过快，以免造成天平部件脱位或损坏。