材料科学研究方法期末复习

11当电子从最低激发单线态S1回到单线态S0时发射出光子称为荧光当电子从最低激发单线态S1进行系间窜越到最低激发三线态T1，再从T1回到单线态S0时，发射出光子称为磷光荧光物质的荧光寿命一般为10-6～10-10s。最长约为10-6s，停止光照射荧光即熄灭；磷光的波长较长，可长达数秒至数十秒，停止光照射后还会在短时间内发射。2.比较荧光光谱法和紫外光谱法的仪器特点。答：（1）单色器：荧光光谱仪有两个单色器，激发单色器和发射单色器；紫外光谱只有一个单色器。（2）荧光光谱仪的发射单色器与激发单色器互成直角。（3）样品池：荧光光谱仪的样品池四面透光，而紫外光谱两面透光。3.影响分子荧光的主要因素；答：（1）分子结构：跃迁类型、共轭效应、取代基效应、结构刚性效应。（2）环境因素：溶剂效应、温度的影响、pH的影响。4.名词解释答：（1）拉曼效应：光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，又称拉曼效应。即光波在被散射后频率发生变化的现象。（2）拉曼位移:即入射光频率与拉曼散射光频率的差值△ν称为拉曼位移。（3）拉曼光谱:是一种拉曼散射的光谱。（4）斯托克斯线:，指在拉曼线中，频率小于入射光频率的散射线称为斯托克斯线。（5）反斯托克斯线:指在拉曼线中，频率大于入射光频率的散射线称为反斯托克斯线。5.比较拉曼光谱与红外吸收光谱的异同。答：（1）相同点：都是分子光谱，都来研究分子振动。（2）不同点：物理过程却不同，拉曼光谱为发射光谱；即红外光谱是吸收光谱。光谱选律不同，产生红外光谱的条件是分子振动过程中偶极矩发生了变化，拉曼光谱来自的诱导偶极矩。研究对象不同，红外吸收光谱用来研究会引起偶极矩变化的极性基团和非对称性振动；拉曼光谱研究会引起分子极化率变化的非极性集团和对称性振动。7.质谱仪要抽真空的原因是什么？答：大量氧会烧坏离子源的灯丝；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，使谱图复杂化。8.裂解气相色谱（PGC）含义及原理是什么及特点是什么？？。聚合物的热裂解形式有几种形式。答：（1）含义：将待测样品置于裂解装置内，在严格控制的条件下加热使之迅速裂解成可挥发性小分子产物，然后将产物送入色谱柱直接进行分离分析。（2）原理：通过对产物的定性定量分析，及其与裂解温度、时间等操作条件研究裂解产物与原样品的组成、结构2和物化性能的关系，以及裂解机理和反应动力学。（3）特点：应用范围广，对样品的形态没有限制；裂解条件调节比较容易，可从不同的角度获取样品的特征，并可模拟加工或使用过程。③样品不用提纯，并可采用分步裂解的方法分析同时含有溶剂和聚合物的样品。④缺点：裂解过程复杂，影响因素多。（4）聚合物热裂解形式：①主链无规断裂、②侧基消除引起的主链断裂、③解聚、④环化、⑤主链具有不饱和键的高分子、⑥主链上具有杂原子的聚合物。9.理论塔板数计算方程式和保留时间含义及表达式是什么？何谓调整保留时间？气相色谱柱分为几类？答：（1）塔板数计算方程式（2）保留时间：保留时间指待测组分从进样到柱后出现浓度最大值时所需的时间。（3）调整保留时间tR’：指扣除了死时间的保留时间,即：tR’=tR－tM（调整保留时间=保留时间—死时间）（4）气相（GC）色谱柱：分为填充柱和毛细管柱。10.（1）助色基团：有些原子或者原子团，本身不能吸收波长大于200nm的波长，但它与一定的发色团相连时，则可使发色团所产生的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加。这类原子或者原子团叫做助色基团，如－OH、－NH2、—OR、卤素等。（2）①R带：由n＊跃迁引起的吸收带。常用识别C=O、NO2、CHO等，例如CH3-CH=O,CH2=CH-CHO等。②K带：由跃迁引起的吸收带。常用识别共轭双烯、α,β－不饱和醛、酮，芳香族醛、酮等。③B带：由苯环的跃迁引起的吸收带。常用识别带苯环的芳香化合物。11.红外属于哪一类光谱，红外光谱是如何产生？答：红外吸收光谱为波长为mm200~75.0的电磁波，又称为分子振动—转动光谱。属于分子光谱或震动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。12.红外光谱基团频率区范围4000-1300cm-1之间，这一区域称为基团频率区。基团频率区又可分为三个区域：①4000-2500cm-1为O—H、N—H、C—H的伸缩振动区。②2500-1900cm-1为叁键和累计双键区③1900-1200cm-1为双键伸缩振动区，基团频率区特征区能为化合物结构分析提供化合物所含集团种类的信息，常用于鉴定官能团。13.活泼氢判断：烯醇式、羧酸、醛类、酰胺类的活泼氢干扰小，可直接识别。醇类、胺类等吸收峰干扰大，不易识别，用OD2交换以确认。14.电子顺磁共振EPR与核磁共振NMR的区别222121r=16()r-1Rn有效3答：（1）、EPR是研究电子磁矩与外磁场的相互作用，NMR是研究核在外磁场中核塞曼能级间的跃迁。（2）、EPR的共振频率在微波波段，NMR的共振频率在射频波段。（3）、EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基的绝对浓度约在10-8M数量级。（4）、EPR和NMR仪器结构上的差别:EPR是恒定频率，采取扫场法，NMR是恒定磁场，采取扫频法。15.简述气相色谱分离原理；气相色谱仪包括几个系统？说明氢火焰离子化检测器FID检测器作用原理。答：（1）气相色谱分离原理：被测物质各组分的分离是基于各组分在固定液中溶解度的不同。溶解度较大的组分较难挥发，逐渐移在后面；而较小的组分，则移在了前面，经过一段时间反复溶解挥发，各组分就彼此分离了。（2）色谱仪组成：气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温度控制系统和数据记录和处理系统。（3）氢火焰离子化检测器FID检测器作用原理：以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。16.液相色谱仪包括哪几部分？何谓梯度洗脱？答：（1）液相色谱仪包括：高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统数据处理和计算机控制系统（2）梯度洗脱：流动相中含有两种或两种以上不同极性的溶剂，在洗脱过程连续或间断改变流动相的组成，以调节它的极性，使每个流出的组分都有合适的容量因子k'，并使样品中的所有组分可在最短的分析时间内，已适用的分离度获得圆满地选择性的分离。26.目前各种色谱定性方法的基于什么原理？动力学的范第姆特方程的表达式，式中各参数的物理意义是什么？（1）原理：由于各种物质在一定的色谱条件下均有确定的保留值，因此保留值可作为一种定性指标。即是基于保留值定性原理。BHACuu塔板高度=涡流扩散项+分子扩散项+传质阻力项A-涡流扩散项，B-分子扩散系数，C-传质阻力系数，u-流动相线速度27.红外光谱指纹区的范围是多少？其中包括哪几个区域，其特征是什么？答：（1）范围：在IR光谱指纹区的范围：频率位于1300-4001cm的低频区。（2）区域：包括氢键区（含氢基团的伸缩震动），叁键和累积双键区（累积双键基团的伸缩振动），双键区（双键基团的伸缩振动），单键区（含氢基团的弯曲基团）。28.分子的每一个振动自由度是否都能产生一个IR吸收峰？为什么？不是，当出现以下几种情况时分子中的每一个振动自由度不是都能产生一个吸收峰：①振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红外吸收；②频率完全相同的震动彼此发生简并；③强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰；④吸收峰有时落在中红外区（4000-4001cm）以外，吸收强度太弱以致无法测定。34.电子捕获检测器原理：一个能源和一个电场。能源多数用Ni63或H3放射源，放射源的β射线将载气（N2或Ar）电离，产生次级电子和正离子，在电场作用下，电子向正极方向移动，形成恒定基流。当载气带有电负性溶质进入4检测器时，电负性溶质就能捕获这些低能量的自由电子，形成稳定的负离子，负离子再与载气正离于复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号——倒峰。通过放大可记录得到响应信号，其大小与进入池中组分量成正比。36.从色谱图或色谱流出曲线中，可获得哪些重要的信息。答：(1)根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；(2)根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；(3)根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；(4)色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据；(5)色谱峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据.38.反气相色谱IGC与气相色谱GC的区别答：（1）相同点：原理、计算公式、仪器、载气。（2）不同点：固定相、样品相反。气相色谱是将被研究的物质作为流动相，而固定液涂于载体表面作为固定相。反气相色谱将需要研究的对象作为固定相，而探针分子随载气作为流动相。39.高效液相色谱往复式活塞泵工作原理？高效液相色谱流动相为什么要进行脱气处理？答；（1）原理：利用电机经齿轮螺杆传动、带动活塞以缓慢恒定的速度移动，使载液在高压下以恒定流量输出。当活塞达到每个输出冲程末端时，暂时停止输出流动相，然后以极快速度进入吸入冲程，再次将流动相由单向阀封闭的载液入口吸入泵中，再重新进入输出冲程的运行。如此往复交替进行。（2）脱气处理原因：目的是除去其中溶解的气体。在洗脱过程中如存在气泡会增加基线噪音，严重时使分析灵敏度降低。此外溶解在流动相中的氧气，会造成荧光猝灭，影响荧光检测器的检测，还可能导致样品中某些组分被氧化或使柱中固定相发生降解而改变柱的分离性能。40.简要叙述HPLC和GC在分析对象与范围、流动相的选择方面的差异？答：（1）相同：均为高效、高速、高选择性的色谱方法，兼具分离和分析功能，均可以在线检测。（2）不同20.顺磁共振：如果在垂直于H的方向上施加频率为hυ的电磁波，当满足条件hυ＝gβH，处于两能级间的电子发生受激跃迁，导致部分处于低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁到高能级中这种现象。