仪器分析复习题参考答案

《仪器分析》复习题第一章绪论一、仪器分析方法的分类（四大类）（一）光学分析法(spectroscopicanalysis)以物质的光学性质（吸收，发射，散射，衍射）为基础的仪器分析方法。包括原子吸收光谱法、原子发射光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法等。(二)电分析(electricalanalysis)：电流分析，电位分析，电导分析，电重量分析,库仑法，伏安法。（三）色谱分析(chromatographyanalysis)：气相色谱法，液相色谱法（四）其它仪器分析方法(otheranalysis)：1.质谱法2.热分析法包括热重法、差热分析法、示差扫描量热法等。3.电子显微镜，超速离心机，放射性技术等。二、定量分析方法的评价指标•灵敏度：物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度，用S表示。•精密度：是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度。精密度用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差(sr)量度。•准确度:试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度。•检出限：某一分析方法可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为该方法对该物质的检出限。以浓度表示的称为相对检出限，以质量表示的称为绝对检出限。第二章光谱分析导论一、光谱区中紫外、可见、红外对应的波长范围？紫外：200-380nm可见：380-780nm近红外：780-2500nm中红外：2.5-50μm远红外：50-300μm二、原子光谱和分子光谱的比较。原子光谱的特征：电子能级间的跃迁,属电子光谱,线状光谱。分子形成带状光谱的原因能量离散，导致谱线宽度扩展测不准原理、相对论效应导致谱线宽度扩展。再加上能级之间的能量间距非常小，导致跃迁所产生的谱线非常多，间距非常小，易于重叠。原子光谱：原子基态与激发态能量差△E=1-20eV，与紫外-可见光的光子能量相适应，特征是线状光谱相邻电子能级间的能量差△Ee=1-20eV，与紫外-可见光的光子能量相适应，特征是线状光谱分子光谱：相邻振动能级间的能量差△Ev=0.05-1eV,与中红外区的光子能量相适应，特征是带状光谱相邻转动能级间的能量差△Er0.05eV,与远红外区的光子能量相适应，特征是带状光谱三、1.物质吸收光的过程无辐射退激共振发射荧光磷光2.物质散射光的过程瑞利散射斯托克斯散射反斯托克斯散射四、荧光与磷光产生的量子解释及其区别？荧光：激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,然后再回到基态的其它振动能级并发射光子的发射光称荧光。荧光的发射波长比入射光的波长长磷光：激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,它不直接跃迁回到基态而是转入到亚稳的三重态,分子在三重态的寿命较长(从10-4sec.到10sec.),然后再回到基态的其它振动能级并发射光子,这种发射光称磷光。。五、实际光谱与理论光谱的主要差别，以及造成这些差别的主要原因是什么？理论上原子光谱和分子光谱都是由一条条不连续的谱线组成，因为能级是分裂的、不连续的、量子化的，每条谱带相应于一种波长或一种能量的光子。实际上，原子光谱由于基态与不同激发态之间的能级差远远大于宽度约1*10-3nm数量级的谱线，所以呈线状光谱。而分子光谱由于光谱仪获得的光谱中谱线的波长宽度大大扩张，所以是带状光谱。分子实际光谱中谱线扩张的原因主要有两个：一是跃迁产生的光子能量有一定的能量离散（由于测不准原理、相对论效应以及个能级间能量差很小）。二是目前仪器的色散元件还难以将分子光谱中的谱带完全分开和真实的记录下来。六、色散型光谱仪中吸收光谱仪和发射光谱仪在光路上的异同？光谱仪的基本构成:*光源、△单色器、□样品池、⊙原子化器、◎检测器、∽信号转换处理器、■显示器第三章紫外可见吸收光谱分析法简称UV-Vis基本概念：生色团；助色团生色团：含有π键的不饱和集团称为生色团。助色团:一些原子和原子团不吸收200-800nm范围内的光,但与生色团结合后,具有能使生色团的吸收峰向长波或短波方向移动的作用,这样的原子或原子团称为助色团。一、分子外层电跃迁的类型？哪两种跃迁是有用的？其摩尔吸收系数有何区别？溶剂对这两类跃迁的影响？分子外层电子的分子轨道可以分为五种,即σ成键与σ*反键轨道,π成键与π*反键轨道,ｎ非键轨道。A.σ分子轨道(σ(bonding)molecularorbital),如:-C--C-B.π键轨道(π(bonding)molecularorbital),如:C＝CC＝O-N＝N--C≡C-C.ｎ键轨道((non-bonding)molecularorbital),如：-C--Br:-C—O:H-C--N:HD.σ*反键轨道(sigmastar)orbitalE.π*反键轨道(pistar)orbitalσ，π，n键轨道为基态轨道（groundstateorbital)，σ*，π*为激发态轨道(excitedstateorbital).根据轨道能量：σπnπ*σ*ｎｎ→→ππ**和和ππ→→ππ**跃跃迁迁这两类跃迁是最有用的。它们△E比较少,最大吸收波长均大于200nm。这两类跃迁的差别在于吸收峰的强度不同。ｎ→π*跃迁摩尔吸收系数很少,仅在10-100范围内。而π→π*跃迁摩尔吸收系数很大,比ｎ→π*跃迁大100-1000倍,达到1000-100000。极性增加时，ｎ→π*跃迁产生的吸收峰通常向短波方向移动（蓝移），π→π*跃迁产生的吸收峰通常向长波方向移动（红移）吸收光谱仪发射、磷光荧光、散射光谱仪磷光光谱散射光谱分子光谱仪A.*→△→□→◎→∽→■C.□→△→◎→∽→■↑△↑*原子光谱仪B.*→⊙→△→◎→∽→■D1.⊙→△→◎→∽→■D2.⊙→△→◎→∽→■↑△↑*二、红移效应及其有机化合物结构对此效应的影响？当分子含有多个π键,并且被单键隔开时,共轭效应增加,π→π*跃迁能量更低,吸收光谱最大吸收峰向长波方向移动,摩尔吸收系数增大。称红移效应(redshifteffect)。共轭体系越大，红移越明显，摩尔吸收系数增大越多。三、紫外可见分光光度计在可见区和紫外区使用的光源有何不同？可见区：钨丝灯或卤素灯，适用波长区域：320-25000nm，光源辐射能量与工作电压4次方成正比，仪器必须配有稳压装置。紫外区：氢灯或氘灯，适用波长区域：180-375nm，氘灯应用最广泛，光强度比相同功率氢灯大3-5倍。四、朗伯·比尔定律的表达式及造成偏差的主要原因？A＝Kcl造成偏差的主要原因：1非单色光的影响：由出射狭缝投射到被测物质上的光并不是理论上要求的单色光，而是一个有限宽度的谱带，称为光谱带宽，随着带宽的增大，吸收光谱的分辨率下降，并偏离比尔定律。2非吸收光的影响：当来自出射狭缝的光的光谱带宽大于吸收光谱谱带时，投射在试样上的光中就含有非吸收光，不仅导致灵敏度的下降，而且使校正曲线弯向横坐标轴，偏离比尔定律。3散射的影响：当被测试样中含有悬浮物或胶粒等散射质点时，入射光通过试样时会有部分光因散射而损失，使投射光强度减小，实测吸光度增大，偏离比尔定律。4其他因素的影响：如入射光不垂直于吸收池的光学面、荧光发射、化学因素等等。五、吸光度（A）与透光度(T)的转换？A＝－logT测量最理想范围为：T＝70%-15%A＝0.150-0.700第四章原子吸收分光光度法基本概念：共振吸收线；分析线共振吸收线：电子从基态跃迁至最低激发态所吸收的谱线。共振发射线:电子从激发态返回基态时所发射的谱线。共振线:共振吸收线和共振发射线的总称。共振吸收:基态原子对共振线的吸收。分析线:共振线和一般吸收线均可作为分析线。一、影响原子谱带变宽的因素有哪些？何为主要因素？A、自然宽度原子发生能级间跃迁时，激发态原子寿命不一样而产生。B、多普勒变宽(热变宽)原子无规则的热运动产生。C、劳伦茨（压力）变宽原子间或原子同其它粒子的碰撞使原子的基态能级稍有变化，因而吸收谱线变宽。a.赫尔兹马克变宽(共振变宽)由同种原子碰撞引起。b.罗伦茨变宽由不同种原子碰撞引起。D、自吸变宽由光源周围温度较低的原子蒸气吸收同种原子发射线而导致的谱线变宽。E、埸致变宽由强电埸和强磁埸引赶起。在原子吸收分析中，对于原子化过程，主要防止热变宽和压力变宽;对与产生特征谱线的空心阴极灯，主要防止热变宽和自吸变宽。二、在原子吸收光谱分析中，为什么要用峰值吸收代替积分吸收？实现峰值吸收必须满足的条件是什么？在温度不太高而且能保持稳定的条件下，如果满足发射线和吸收线的中心波长相同，则待测元素对中心波长的吸收系数（峰值吸收）与该种元素的原子浓度成正比，从而解决了原子吸收的测量问题。必须满足的条件是：①锐线光源发射的谱线的中心波长与原子吸收的中心波长完全一致；②锐线光源的谱线半宽度比原子吸收谱线半宽度更窄，一般为1/5。三、简述空心阴极灯的构造和工作原理？构造：空心阴极、钨制阳极、玻璃管、光学窗口（所需透过辐射波长370nm用石英玻璃；370nm用普通玻璃）机理:当施加300-400伏直流电压时,阴极发射出的电子在电场作用下,高速飞向阳极,途中与惰性气体碰撞而使其电离,正离子又在电场作用下被大大加速飞向阴极,对阴极表面猛烈轰击,使金属原子被溅射出来,被溅射出来的原子再与电子、原子、离子等粒子互相碰撞而被激发,从而发射出被测元素的特征谱线。四、原子吸收法有（火焰原子化法）（非火焰原子化法）（氢化物发生法）三种。火焰原子化器包括（雾化器）（雾化室）（燃烧器）三部分。石墨炉原子化法包括（干燥）（灰化）（原子化）（除残）等阶段。五、原子吸收光谱仪中单色器的作用？其位置和紫外可见分光光度计有何不同？为什么？原子吸收光谱中单色器的作用是：将待测元素的光谱与相邻的谱线即干扰谱线分开，选出有用谱线。紫外分光光度计的单色器位于光源之后，样品池之前。而原子吸收分光光度计的单色器位于原子化器和检测器的中间，目的是防止原子化时产生的辐射干扰进入检测器，避免强烈辐射引起的光电倍增管疲劳。六、原子吸收干扰的类型？氘灯校正背景的简单原理？分类：物理干扰、化学干扰、电离干扰、光谱干扰和背景干扰。（注意消除方法）氘灯产生的连续光谱进入单色器狭缝，通常比原子吸收线宽度大一百倍左右。氘灯对原子吸收的信号为空心阴极灯原子信号的0.5%以下。由此，可以认为氘灯测出的主要是背景吸收信号，空心阴极灯测的是原子吸收和背景信号，二者相减得原子吸收值。氘灯校正法已广泛应用于商品原子吸收光谱仪器中。七、有关灵敏度的计算。灵敏度：定义:某待测元素产生1%吸收时(即A＝0.0044)的对应浓度。单位PPM/1%,即ug/ml/1%，公式:S＝0.0044C／A第五章红外吸收光谱法基本概念：基频；倍频1基频：指基团由基态向第一振动能级跃迁产生的红外吸收频率2倍频：基频以外的其他振动能级跃迁产生的红外吸收频率统称为倍频一、产生红外吸收的条件是什么？是否所有的分子都能产生红外吸收光谱？为什么？产生红外吸收的条件是：1）辐射光子具有的能量和发生振动跃迁所需的能量相等，2）辐射与分子之间有偶合作用发生产生红外吸收谱带的条件是：1）只有在振动过程中偶极矩发生变化的那种振动方式,才能吸收红外幅射,在红外光谱中出现吸收谱带。这种方式称红外活性的,否则称红外非活性的。2）只有符合△V=±1,±2....的跃迁才会产生红外吸收带。二、多原子震动的几种形式。（填空题）1）伸缩振动，即沿键轴方向伸缩，使键长发生变化的振动，有对称伸缩振动(用VS表示)和反对称伸缩振动两种(亦称不对称伸缩振动,用VAS表示)。2）弯曲振动(变形振动)，即键角发生变化的振动。有面内弯曲振动:剪式振动(δ)和平面摇摆振动(γ)。面外弯曲振动:扭曲振动(τ)和非平面摇摆振动(ω)。三、简述述色散型红外光谱仪与富立叶变换红外光谱仪的区别？1）色散型红外仪器通常是双光束的，纵坐标准确度比较高；富立叶变换红外仪器是单光束仪器，用于光学测试是纵坐标准确度有问题。2）富立叶变换红外光