化 学 综 合 和 设 计 实 验
实 验 报 告
姓 名： 李玲云
学 号：2014332036
专 业： 无机化学
扫描电子显微镜和EDS能谱演示实验
一、实验目的
1、初步了解扫描电子显微镜的工作原理、基本构造、操作及用途
2、掌握样品的制备方法
二、扫描电子显微镜的工作原理及用途
从电子枪阴极发出的直径20cm~30cm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。第二节 扫描电镜生物样品制备技术大多数生物样品都含有水分，而且比较柔软，因此，在进行扫描电镜观察前，要对样品作相应的处理。扫描电镜样品制备的主要要求是：尽可能使样品的表面结构保存好，没有变形和污染，样品干燥并且有良好导电性能。
在高压（2~20kV）的作用下，利用聚焦得到非常细的高能电子束，使其在试样上扫描（电子束与试样表层物质相互作用），激发出背散射电子、二次电子等信息，通过对上述信息的接收、放大和显示成像，对试样表面进行分析。
根据量子力学理论，物质中存在着隧道现象，电子可以通过隧道穿过一个能级高度大于其总能量的势垒而出现在势垒的另一侧。因此，物质的表面电子可以借助隧道作用散逸出来，在物质表面附近形成电子云。在导体表面电子云中某位置的电子几率密度，会随着此位置与表面距离的增大而以指数形式迅速衰减。
扫描电子显微镜被广泛应用于材料科学、生物医学、信息产业、地质、石油化工和其它相关学科领域。是在微观尺度范围内，对样品的形貌进行观察、分析和测量的工具。现在的扫描电子显微镜，在配备相应附件后，可以获得试样表面的化学成分，晶体缺陷、电势、磁场及晶体取向等信息，是对固体物质表层进行综合分析的仪器。
吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室拥有场发射扫描电子显微镜。该显微镜通过接收二次电子信息来对样品表面形貌进行分析。显微镜的扫描倍数从25到650000倍，最大分辨率可达到1nm。显微镜有Oxford的能谱附件，可以进行样品的能谱测试。该显微镜不能对具有较强磁性的物质进行分析。
三、扫描电子显微镜的构造
1、电子光学系统（镜筒）
电子枪、三个电磁透镜、扫描线圈、试样室
电子枪中的灯丝产生高能电子束，电子枪的引出电压直接反映了灯丝状态的好坏（5kV~8kV不等）。每次实验都必须注意并记录电子枪引出电压。
电子束“光路”中的加速电场电压应根据样品情况确定（0.5~30kV）。
2、真空系统
机械泵、分子泵（油扩散泵）、离子泵、各种真空管道和阀门
由于仪器内部需要极高的真空度（电子枪及聚焦系统附近为10-8Pa，样品室附近为小于9.63*10-5Pa），故真空系统需不间断抽真空。换样品时必须严格按照规程通大气和抽真空；样品必须干燥。
3、供电系统
高压电源、透镜电流电源、电子枪加热电源、真空系统电源、扫描线圈电源、图像显示系统电源
由于真空系统需要不间断工作，供电系统中连接了断电后可长时间供电的UPS电源。
4、信号接收、放大及图像显示系统
5、扫描系统
四、样品制备
1、样品选择
样品应满足以下条件：充分干燥、无磁性或者处理后无磁性，薄膜样品尽量不在玻璃基底上生长。
2、粘样品
处理铜台：将铜台在无水乙醇中浸泡2分钟，用乙醇擦干净，并使乙醇挥发干净；
粘样品：在铜台上贴上导电胶，用牙签沾少量样品，均匀的涂在导电胶上（切勿戳导电胶），用洗耳球吹掉未粘牢的样品，制样是不要用手碰到样品台。如果样品具有磁性，就要用其他的物质将磁性的物质粘在上面，有磁铁吸不上来句可以了。
3、喷镀
若样品导电性不好，需要用离子溅射仪（JFC1600）溅射一薄层Pt，以增加其导电性。一般选择10mA电流喷镀30秒，导电性更差的可适当延长喷镀时间。
4、进样
将铜台固定在扫描电子显微镜专用的样品台上，调整铜台高度，使样品不高过样品台边缘，按照规程把样品台装入样品室（具体方法见开机操作）。
五、扫描电子显微镜操作
1、开机
（1）按样品室的VENT键，待停止闪烁后，打开气锁
（2）打开样品室的门，戴手套将样品送入固定位置（通过导轨滑入，确定已固定好），关门、关锁
（3）按EVAC键，开始抽真空。待停止闪烁后，用样品杆将样品水平送入样品室，此时HLDR灯变绿说明样品台已到达正确位置
（4）查看Penning Gauge的真空值，小于9.63*10-5Pa方可开电子枪，此时HT由蓝变绿
（5）升发射电流，从2——5——10μA缓慢升加速电压（2kV每次），视具体样品的性质，确定加速电压值（不导电样品在5kV左右，导电样品在10~15kV左右，测能谱时20kV【轻原子】~25kV【重原子】）
（6）依据样品的大致粒径，确定工作距离（8、6、3mm，测能谱必须是15mm），设定探针电流值
（7）开电子束截止阀Gun VALVE CLOSE，调节放大倍率、聚焦及衬度等，开始观察样品形貌特征
2、关机
（1）关闭电子束截止阀Gun VALVE CLOSE，将放大倍率调至最小
（2）缓慢降加速电压（2kV每次）
（3）降发射电流10——5——2μA
（4）关电子枪，HT由绿变蓝
（5）工作距离设置为8mm
（6）点击菜单栏中Exchange，使样品台归位，此时EXCH POSN指示灯亮
（7）用样品杆取出样品，归位。HLDR指示灯熄灭
（8）按VENT，停止闪烁后，打开气锁取出样品台，关好样品室门
（9）按EVAC使其变亮，电镜自动抽真空，关闭显示器
3、在专用服务器上获取数据并刻录成光盘带走
SQUIDS和PPMS测试演示实验
磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。
磁性的分类：顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性
QD公司的MPMS专注于磁性测量，带有超导磁体和液氮温控系统，提供了高磁场和低温的测量环境，内置射频SQUID用来检测磁信号，整个过程高度自动化。
磁性的测定：PPMS( Physics Property Measurement System) 是在低温和强磁场的背景下测量材料的直流磁化强度和交流磁化率、直流电阻、交流输运性质、比热和热传导、扭矩磁化率等综合测量系统.利用MPMS可在高磁场（7T）极低温（1.9K）环境下进行精度AC磁化率测量，DC磁化强度测量，以及光照条件下磁学研究，还可以进行精密的电学测量。
PPMS：PPMS在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁学测量，电输运测量，热学和热点输运测量。
主要应用：
可测样品直流磁化率强度和交流磁化率
可测样品在确定磁场下直交流电阻随温度的变化，确定样品电导率；确定超导材料的超导临界温度；确定巨磁阻测量的相变温度和磁阻变化率；确定半导体材料的载流子密度。
可测量在确定磁场下（0-9T）样品和确定温度（1.9-400K）下样品I-V曲线和临界电流。
可测量在确定磁场下（0-9T）样品比热随温度变化，确定样品的相变温度。
测量确定磁场下样品热导率和SeeBeck系数随温度的变化，研究非平衡态性质
测量确定温度下材料的吃各向异性作为旋转角和磁场的函数
PPMS 需要注意的问题
(1) 由于在PPMS 系统中磁场值不是由霍尔片等磁场传感器测量的,而是由超导磁体的电流乘以磁体常数计算得到的,在超导磁体电流为零时,由于冻结磁通,剩余磁场可达几十高斯,这可能造成很多测量错误。因此每次测量必须注意保持剩余磁场在2Gauss 以下,特殊情况必须使用超低场装置,使剩余磁场达到0105Gauss。
(2) 温度控制的关键是必须保持流阻的畅通,一旦流阻被堵塞,温度就很难降低和控制,必须使整个系统自然升温到室温。使流阻畅通后重新加入液氦,运行系统。氧分子团和氮分子团是造成流阻堵塞的主要原因,尺度较大的灰尘、油污微粒和小冰晶一般不会堵塞流阻。因此要特别小心不要让大量空气、灰尘、油污和水进入液氦杜瓦之中。
(3) 带循环制冷机的系统可以解决无液氦来源单位使用PPMS 系统的困难。但是必须注意样品室降温速率不可太快,最好不超过115 K/ min。否则由于抽出的大量冷氦气经过循环升温到室温后体积增加很多倍,回到液氦杜瓦后使液氦杜瓦内的压强升高,压强保险阀会自动打开而使氦气放到大气中,这样可能消耗较多的高纯氦气,这就是有些使用单位一个月需要补充5 瓶高纯氦气的原因。
(4) 由于带循环制冷机的PPMS 系统都没有液氮保护,依靠制冷机冷屏起到液氮保护作用。在临时停电后要尽快恢复工作,否则在24h 左右,由于没有冷屏的保护作用,杜瓦中的液氦将消耗殆尽。每次停止运行循环制冷机进行测量时间不宜过长,否则将损耗大量的液氦。
等离子体发射光谱元素分析(ICP)、固体紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱
一、实验目的
1、掌握ICP等离子发射光谱法的基本原理
2、掌握OPTIMA 3300DV型ICP等离子体发射光谱仪的结构和操作方法
3、学会溶样并测量样品中待测元素
二、ICP等离子发射光谱仪的工作原理及用途
ICP电感耦合高频等离子体。简单的的说ICP-AES就是利用不同元素原子中的中外层电子在激发态向基态跃迁时所发出光谱线来进行检测的。ICP只是使试样离解为气态原子和使之达到激发态的一种方式。在高频磁场中，高频点火装置使气体电离成为载流子；当载流子多至足以使气体有足够的导电率时，会在垂直于磁场方向产生感应环形涡电流，并瞬间将气体加热至10000K，在气体管口形成火炬状的稳定的等离子矩。试样经雾化器形成气溶胶，由载气带入等离子矩中，进行蒸发、原子化和激发，发射特征的光谱。收集发射光谱，由其波长和强度确定待测物质中某元素的存在与否及含量。ICP-AES法是以等离子体原子发射光谱仪为手段的分析方法，由于其具有检出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素同时测定等优点，因此，与其它分析技术如原子吸收光谱、X-射线荧光光谱等方法相比，显示了较强的竞争力。电感耦合等离子体原子发射光谱仪可准确分析含量达到10-9级的元素，而且很多常见元素的检出限达到零点几μg/L，分析精度非常高。对高低含量的元素要求同时测定，尤其对低含量元素要求精度高的项目，使用ICP-AES法非常方便。
OPTIMA 3300DV型ICP等离子体发射光谱仪在试样流动过程中检测，具有全谱直读的特点，可直接检测72种元素（氧族、卤族、放射性元素不可检测）。
三、实验用品
PerkinElmer OPTIMA 3300DV 等离子体发射光谱仪、去离子水、酸（HCL，HNO3等）,（HF等）或碱、容量瓶。
四、样品制备
1、标样的准备
将待测元素的标准样品单标或混标（从国家标准中心购买）稀释到一定浓度（一般为10mg/L，10ppm）
2、样品的准备（无机粉末样品）
样品：将被测物称重10mg—20mg，用少量去离子水湿润（3mL—5mL），滴加（2mL-3mL）能使样品溶解的酸或碱，搅拌使样品充分溶解（悬浊液或乳浊液会导致测不准），如果样品不溶可适当的加热是其溶解、最后用去离子水定容到100mL容量瓶中。
本底：为了测得的实验结果准确，使用本底，本底与样品制备的步骤、使用试剂的种类及用量完全相同，只是本底不加入样品，主要用于消除试剂带入的误差。
溶解样品时，应首先选择酸（盐酸、硝酸、王水等），尽量不用碱和HF酸；如果样品只能用碱溶解，应当尽可能少的用碱来溶解，以免与样品仓中的石英反应，同时给样品带入杂质，同时损害仪器。
五、OPTIMA 3300DV等离子体发射光谱仪的操作步骤
1、打开主机光学仓（最好提前一天），目的是使光学系统高度稳定。
2、打开氩气（Ar），压力0.6MPa——载气的作用主要是在等离子体中打开一条通道，并携带和输送样品进入等离子体中。
3、打开水冷——目的是冷却载气、高频线圈产生的热烈，使石英炬管不被烧熔。
4、打开空气压缩机——目的是剪切气源。
5、打开高频电源、计算机进入分析软件，等待73分钟。
6、当面板上高频开关灯亮时点燃等离子体并观察等离子体。检查蠕动泵、泵管、废液排放是否正常。如果还没有启动蠕动泵，应把样品毛细管插入与所测试样的基体一致的溶液瓶中。为保证分析结果的准确度，在测定样品前等候30min到1h。
7、利用方法编辑器建立一个方法，对样品进行全自动测试。
8、使用“Process”页面上的各登陆栏来控制分析数据处理。包括将每个元素的光谱数据转化为强度数据，并对光谱重叠进行校正。
9、输出数据的标准偏差和相对标准偏差不应超过3%，否则应当检查制样过程中有无错误，并重新进行实验。
六、思考题
ICP等离子体发射光谱仪检出限与分析过程基本参数和元素性质的关系？如何根据被测物选定测试条件？
答：元素的电离能较大的检出限较低，灵敏度差。检出下限最适当的试验确定办法是进行重复的、独立的测试低含量的、或者强化的样品基体（如塑料），这些样品均经历了完整的测试程序，包括样品消解和提取。最低6次重复测试和分析物浓度为估计方法检出下限的 3－5 倍被认为是合适的。对一个完整的测试流程，通常由重复测试的标准偏差乘以适当的系数确定。对于最小六次的重复测试，国际理论和应用化学联合会（IUPAC）推荐的系数为 3。但是美国环保署（US EPA）使用单侧可信区间，其系数等于根据测试次数和可信水平而选择的经验值（即当重复测试次数为6，可信概率为 99％时 t＝3.36）。 对于给定的测量系统，定量下限（LOQ）或者评估定量下限通常被描述为在日常实验室环境中在特定或者可接受的精度范围中能可靠检出的最低浓度。可接受的精度限通常定义为相对标准偏差的 10％或者简单表示为方法检出下限（MDL）的固定倍数（2－10）。
比表面测定与固体核磁共振测试演示实验
一、实验目的
1、掌握核磁共振波谱法的基本原理
2、掌握Varian 400MHz型固体核磁共振波谱仪的结构和操作方法
3、熟悉固体核磁共振在物质结构分析中的应用
二、固体核磁共振波谱仪的工作原理
化合物分子中同种核由于与其相连接的原子或原子团的不同，所处的化学环境就不同，也就是说被测核的核外电子的状态与电子云的密度是不同的。因此导致对外加磁场产生的屏蔽作用也不同，也就是说这些核实际所受的磁场强度是不同的，分裂的磁能级间隔不同。由于这个原因它们将在稍微不同的频率处出现共振吸收。这种共振吸收频率相对于人为规定的基准核共振频率之差??与基准核频率?基准之比，即这个吸收峰的相对位移，称为化学位移?，它是无量纲的数，一般在10－6数量级。根据不同基团中核的化学位移在各自特定的区域内出现的特点可以确定化合物分子中官能团的种类。邻近基团之间有相互作用会导致谱峰有更精细的裂分，利用这种裂分裂距的大小与形状可进一步确定分子内部相邻的基团的连接关系，最后便可推断分子的化学结构。
磁性核放在磁场中，由于磁矩与磁场相互作用，自旋轴产生一定的取向，从而发生核能级的分裂；同时核磁矩由于受到外加磁场的一个扭力，产生进动运动，且进动的角频率与外加磁场磁感应强度成正比。在外加磁场的垂直方向加一个频率固定的电磁波（射频），当进动频率与射频频率相同时，便产生共振：核吸收电磁辐射能量，从低能态向高能态跃迁；当电磁辐射光子的能量等于质子分裂能级能量级差时，光子将被质子吸收，发生核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简记为NMR）。
脉冲傅里叶变换核磁共振（PFT—NMR）使被检测物质加以强度很大的射频脉冲，同时激发了呗检测核的全部进动频率，核的共振谱线瞬时全部激发，测量由被检测核自旋所产生的自由感应衰减信号（Free Induced Decay，FID），得到复杂的频率干涉图，强度随时间衰减，由计算机通过傅里叶变换的方法进行转换，得到核磁共振谱图。
研究发现，样品在与外加磁场成一定的角度的平面上旋转，测定的谱线最窄。这个角度被称为魔角。在固体核磁共振中，结合魔角旋转、交叉极化、大功率质子去偶等技术，可以大大提高固体NMR谱的分辨率。
三、实验步骤
1、样品的准备
被测物质应为固体。把样品研细，装入到干净、无裂痕的标准核磁管中，压实，待测。
2、Varian 400MHz核磁共振波谱仪的操作程序
（1）打开工作站电源，使其处于稳定状态。启动空气压缩机，保证有一定压力的干净、干燥气体进入探头（目的在于产生空气浮力以保证样品管处于悬浮状态和旋转状态）。
（2）设定实验参数。实验参数包括脉冲序列、脉冲谱宽、中心频率、扫描次数等。将样品管放入探头中，开始旋转。
（3）调谐，目的在于调整磁场使之与所测的原子核频率匹配。
（4）测标准样品的90度脉冲宽度、发射功率。
（5）启动采集数据程序，进入实验的测试过程。该过程由计算机控制，全自动完成。
（6）数据处理，相位校正，得到谱图。
（7）停止旋转，取下样品管，退出实验程序。关闭空气压缩机。洗净核磁样品管。
四、思考题
1.固体核磁共振波谱仪适合测哪类样品？
答：固体核磁共振波谱仪适合测试固体粉末材料。
2.讨论核磁共振信号产生的条件？
答：核磁共振信号产生的条件有：
(1) 核有自旋(磁性核)；
(2) 外磁场,能级裂分；
(3) 照射频率与外磁场的比值n0 / B0 = g / (2p )。
CCD X-射线单晶衍射仪 操作流程
1 开启循环水系统
包括光管冷却和面探冷却
2 开启控制柜电源
3 检测水流量和温度正常后，开启X-Ray
4 启动主程序
启动Smart和Video
5 设置Smart参数
Level1 或 Level2
6 升电压电流
在Generator 菜单选项里逐步输入电流电压升高
7 设置Dark current 参数
8 仪器复位
Gonion-Optical 然后用主机转动按钮调心
9 上样调心
注意面探保护板盖好。调好心后关玻璃门
10 电脑操作
a 建立新目录 Esc-smart-crystal-New/edit Project
b 测量角归零 Gonion-update Gonion-zero
11 单胞指标化
Acquire-Matric 设置参数，指标化后得到单胞参数。
12 收集完整数据
Acquire-Edit Hemisphere 设置参数，Acquire- Hemisphere-OK，收集数据开始。
13 数据处理
使用SAINPLUS 和Shextl 数据处理和解结构
ZSM—5分子筛的合成及表征
史超
吉林大学 无机与合成国家重点实验室
摘要 以NaOH, NaCl, SiO2, Al2（SO4）3，正丁胺为原料常温下混合，180℃水热条件下反应7天，合成分子筛，经XRD物相分析显示，所合成的分子筛为ZSM-5型，且纯度较高，但在011晶面方向结晶不完全。利用差热热重分析确定，样品组成为XNa2O?Al2O3?44SiO2?yH2O(yC4H11N)。
关键词 分子筛 X射线粉末衍射 差热-热重分析
中图分类号 O6
前言：
1756年，Crosted发现一种不寻常的硅铝酸盐矿物加热时出现类似沸腾的现象，因此将这类硅铝酸盐矿物称为沸石。人工合成的沸石又被称为分子筛或沸石分子筛；而人工合成的微孔硅铝酸盐且天然矿物不存在的则只称其为分子筛，如ZSM-5。传统意义上的沸石分子筛是指以硅氧四面体SiO4和铝氧四面体AlO4为基本结构单元，通过氧原子形成的氧桥将基本结构单元连接构成的一类具有笼形或孔道结构的硅铝酸盐晶体。在笼内和孔道中存在着水分子和平衡骨架负电荷的可交换的阳离子，其化学组成一般用下式表示：
[M2(Ι),M(Ⅱ)]O·Al2O3·nSiO2·mH2O (n＞2)
式中：M(Ι)和M(Ⅱ)分别表示一价或二价阳离子；n为沸石分子筛的硅铝比；m为水的分子数，其值因沸石分子筛的种类而不同。
不同结构类型沸石分子筛的组成有一定的范围。当沸石分子筛的硅铝比（SiO2/Al2O3）不同时，其性质（如热稳定性、催化性质等）也有所改变。
分子筛中SiO2四面体中的Si是四价的，而AlO4四面体中的Al是三价的，整个硅氧铝骨架是带负电荷的，因此需要吸附阳离子以保持整个骨架呈现电中性。分子筛骨架结构中有许多规则的孔道和空隙，通常这些孔道和空腔内充满着水分子和平衡骨架的阳离子，孔道直径为分子大小的数量级（0.5-1.2nm）。其中水分子可以通过加热除去，而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。分子筛的孔道具有非常大的内表面，对极性分子和可极化分子具有较强的吸附能力，这样就可以按吸附能力的大小对某些物种进行选择性分离。分子筛的孔道或空腔中的阳离子是可以交换的，离子交换的种类及程度与分子筛的孔径大小及离子的价态有关。经离子交换后，可以是分子筛的化学物理性质有较大的变换。例如：A型分子筛骨架中的钠离子可以被K+、Ca2+等离子交换，不同离子交换后的A型分子筛的吸附有效孔径会发生变化；用稀土离子交换后的Y型分子筛具有很好的催化裂化反应活性。
沸石的人工合成工作从19世纪末就开始了，目前已合成出百余种沸石分子筛，比较典型的沸石分子筛有A型、X型、Y型和BETA型沸石分子筛等。沸石分子筛复杂而多样的孔道结构使其具有特殊的吸附性、离子交换性和催化性能，有着广泛的用途，如可用作干燥剂和有机物的分离纯制。分子筛作为石油加工的催化剂和催化剂载体，已广泛应用于石油炼制和石油化学工业中。
高硅沸石分子筛的合成开发是沸石合成研究中的一个重要领域，20世纪60年代将有机胺等引入分子筛合成体系，开辟了有机模版法合成沸石分子筛的新领域，诱导合成了大量的高硅铝比分子筛。1972年美国Mobil公司报道的ZSM-5型分子筛是新型高硅分子筛的突出代表。ZSM-5型分子筛结构中硅（铝）氧四面体连接成比较特殊的基本结构单元。它由8个五元环组成，具有这种结构单元的分子筛称Pentasil型分子筛。ZSM-5型分子筛属于正交晶系，空间群Pnma,晶胞常数a=2.01nm,b=1.99nm,c=1.34nm。晶胞组成可以表示为NanAlnSi96-nO192·16H2O。ZSM-5分子筛有二维的孔道，平行于a轴方向的十元环孔道呈S形弯曲，孔径为0.54nm×0.56nm，平行于c轴方向的十元环孔道呈直线形，孔径为0.51nm×0.55nm。ZSM-5分子筛具有宽的硅铝比范围和特殊的孔道结构，因而具有较高的抗腐蚀性、精致的择型选择性以及良好的水热稳定性能，已经被广泛应用于催化领域，如石油加工及精细化工工业中。ZSM-5分子筛的合成采用水热法，通常合成的起始物是非均相的硅铝酸盐凝胶，最典型的凝胶是由活性硅源、铝源、碱和水混合而成。在制备过程中，原料的配比、体系的均匀度、反应温度、PH、晶化时间等对分子筛的合成都有很大影响。对于高硅ZSM-5分子筛的合成，需要加入有机模版剂。最早专利报道的ZSM-5分子筛，是在季胺碱（如四丙基氢氧化铵）和碱金属混合溶液中合成的。其后陆续报道了以多种有机胺为模版剂都可以合成ZSM-5分子筛，如四丙基氢氧化铵、C2-C6烷基二胺、C1-C14正烷基胺等，此外还有使用ZSM-5晶种法以及无模版剂条件下合成ZSM-5分子筛的方法。ZSM-5分子筛已实现工业生产。
本实验采用直接配料的方法，以正丁胺为模版剂合成ZSM-5沸石分子筛，反应混合物组成为：10NaO:Al2O3:84SiO2:32R:3500H2O(R代表正丁胺)。采用的原料硅源为白炭黑、铝源为硫酸铝，分别与氢氧化钠、氯化钠和去离子水配成反应混合物，然后加入正丁胺，搅拌均匀，在180℃晶化7d左右即得ZSM-5沸石原粉。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
1.1.1仪器
X射线衍射仪，电热恒温箱，马弗炉，真空干燥箱，电磁搅拌器，吸滤装置，不锈钢反应釜，电子天平，精密pH试纸，生物显微镜，烧杯等。
1.1.2试剂
氢氧化钠NaOH(AR),硫酸铝Al2(SO4)3(AR),白炭黑SiO2(CP),正丁胺C4H11N(AR),氯化钴CoCl2·6H2O(AR),无水乙醇（AR），硫酸H2SO4(AR)和氯化钠NaCl(AR)。
1.2 实验过程
1.2.1 ZSM-5分子筛的合成
1.2.1.1溶液的配制
A溶液：称取0.378g氢氧化钠（NaOH）和3.21g氯化钠（NaCl），溶于20ml去离子水中，搅拌缓慢下加入2.47g白炭黑，以磁力搅拌器搅拌成白色均匀胶体，为使胶体均匀外围用搅拌棒同时搅拌。
B溶液：称取0.320g硫酸铝，置于100ml烧杯中，加入10ml去离子水，搅拌至全部溶解。
1.2.1.2成胶过程
将B溶液缓慢滴加正在搅拌的A溶液中，胶体越来越粘稠，用磁力搅拌器和玻璃棒同时搅拌。搅拌10min至均匀为止，然后加入1.36ml正丁胺（正丁胺将烧杯带入通风橱内加样,并用表面皿盖住移出通风橱），搅拌均匀。用广泛pH试纸测混合胶体的pH为10。
1.2.1.3晶化与产物处理
把成胶的混合物装入聚四氟乙烯釜套中，填充度低于70%，然后放入不锈钢反应釜中，拧紧釜盖，放入电热恒温箱中于180℃晶化7d左右，取出。冷至室温后，将产物吸滤，用反复用水冲洗（约用水100ml，估计pH为8~9），用滤纸包好100℃干燥得ZSM-5沸石分子筛原粉。
1.2.1.4反应釜的处理
用过的不锈钢反应釜和聚四氟乙烯釜套用水洗净后，放入100℃烘箱中烘干。
1.2.2.物相鉴定
X射线粉末衍射物相分析：
按X射线物相分析步骤，将产物进行粉末X射线衍射结构分析，得到样品的X射线衍射图。将测得的X射线衍射谱图与ZSM-5分子筛标准X射线衍射谱图对比，以确定晶化产物是否为ZSM-5沸石分子筛以及纯度。
2 结果与讨论
2.1 X射线粉末衍射物相分析
表一：产物XRD数据表
注：2dsinθ=λ，λ=1.5418
表二：标准物质XRD数据表
讨论：所得产物d值与标准物质基本一致，小数点后一位基本一致。可判断产物为ZSM-5沸石分子筛，杂质未出现杂质峰，纯度较高。在2θ=7.9300处未出现最强峰，可能是产物在0 1 1晶面方向上结晶不完全。
2.2 热重差热分析
根据差热曲线，24.60℃~297.68℃范围内，出现一个吸热峰，为产物加热失水产生的锋。根据热重曲线，失水0.2058mg，占总重3.347%。在297.68℃~750.22℃范围内，出现一个放热峰，为正丁胺燃烧放热。根据热重曲线，这一过程中失去正丁胺0.4653mg，占总重7.567%。
m（样品）=0.2058/3.347%=6.15mg
nH2O= 0.0172mol
n（正丁胺）=0.0177mol
故水与正丁胺的比例为1:1
n（Al2O3）=n(Al2(SO4)3)=9.357*10-4
n(SiO2)=0.0412
故硅铝比为44
样品组成为XNa2O?Al2O3?44SiO2?yH2O(yC4H11N)
（若已知干燥样品总质量为m总可确定出x，y值）
3 结论
产物为ZSM-5沸石分子筛，纯度较高，011晶面方向结晶不完全。样品组成为样品组成为XNa2O?Al2O3?44SiO2?yH2O(yC4H11N)
参考文献
[1]徐如人，庞文琴。沸石分子筛的结构与合成。长春：吉林大学出版社，1987
[2]徐如人，庞文琴。无机合成与制备化学。北京：高等教育出版社：415~429
[3]邹明珠，张寒琦。中级化学实验。长春：吉林大学出版社，2006:6~9
思考题：
1. 影响ZSM-5分子筛合成的影响因素有哪些？
在制备过程中，原料的配比，体系的均匀度，反应温度，pH，晶化时间等对分子筛的合成都有很大影响。
2. 晶化用的不锈钢反应釜为什么要用氢氧化钠溶液煮？
氢氧化南溶液可以有效地溶解硅铝氧化物，防止反应釜积垢，不锈钢在高温下遇碱会生成保护层。
3. 产物的物相鉴定为什么用粉末X射线衍射法而不用红外光谱法？
产物成分组成不定，没有普遍存在化学键，故不能用红外光谱法测定，而用X-射线衍射不但可以测定产物组成，还可以很好地测量出分子筛孔道直径。