仪器分析思考题(附答案)

《仪器分析》思考题第一章绪论1.经典分析方法和仪器分析方法有何不同？经典分析方法：是利用化学反应及其计量关系，由某已知量求待测物量，一般用于常量分析，为化学分析法。仪器分析方法：是利用精密仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法，用于微量或痕量分析，又称为物理或物理化学分析法。化学分析法是仪器分析方法的基础，仪器分析方法离不开必要的化学分析步骤，二者相辅相成。2.灵敏度和检测限有何联系？灵敏度(sensitivity，用S表示)是指改变单位待测物质的浓度或质量时引起该方法检测器响应信号(吸光度、电极电位或峰面积等)的变化程度.检出限(detectionlimit，用D表示)，又称为检测下限，是指能以适当的置信概率检出待测物质的最低浓度或最小质量。检出限既与检测器对待测物质的响应信号有关，又与空白值的波动程度有关。检测限与灵敏度从不同侧面衡量了分析方法的检测能力，但它们并无直接的联系，灵敏度不考虑噪声的影响，而检出限与信噪比有关，有着明确的统计意义。似乎灵敏度越高，检出限就越低，但往往并非如此，因为灵敏度越高，噪声就越大，而检出限决定于信噪比。3.简述三种定量分析方法的特点和适用范围。一、工作曲线法（标准曲线法、外标法）特点：直观、准确、可部分扣除偶然误差。需要标准对照和扣空白试用范围：试样的浓度或含量范围应在工作曲线的线性范围内，绘制工作曲线的条件应与试样的条件尽量保持一致。二、标准加入法（添加法、增量法）特点：由于测定中非待测组分组成变化不大，可消除基体效应带来的影响试用范围：适用于待测组分浓度不为零，仪器输出信号与待测组分浓度符合线性关系的情况三、内标法特点：可扣除样品处理过程中的误差试用范围：内标物与待测组分的物理及化学性质相近、浓度相近，在相同检测条件下，响应相近，内标物既不干扰待测组分，又不被其他杂质干扰第二章光谱分析法导论1.常用的光谱分析法有哪些？分子光谱法：紫外-可见分光光度法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法原子光谱法：原子吸收光谱法原子发射光谱法原子荧光光谱法X射线荧光光谱法2.简述狭缝的选择原则狭缝越大，光强度越大，信噪比越好，读数越稳定，但如果邻近有干扰线通过时会降低灵敏度，标准曲线弯曲。狭缝越小，光强度越弱，信噪比越差，读数不稳定，但光的单色性好，测试的灵敏度较高。狭缝的选择原则：有保证只有分析线通过的前提下，尽可能选择较宽的狭缝以保证较好的信噪比和读数稳定性。第三章紫外—可见分光光度法1.极性溶剂为什么会使π→π*跃迁的吸收峰长移，却使ｎ→π*跃迁的吸收峰短移？溶剂极性不同会引起某些化合物吸收光谱的红移或蓝移，称溶剂效应。在π→π*跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性溶剂时，由于溶剂与溶质相互作用，激发态π*比基态π能量下降更多，因而使基态与激发态间能量差减小，导致吸收峰红移。在n→π*跃迁中，基态n电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使激发态与基态间能量差增大，导致吸收峰蓝移。2.课后习题：3、5、9、11（p50）课后习题3：在分光光度法测定中，为什么尽可能选择最大的吸收波长作为测量波长？因为选择最大吸收波长为测量波长，能保证测量有较高的灵敏度，且此处的曲线较为平坦，吸光系数变化不大，对beer定律的偏离较小。课后习题5：在分光光度测量中，引起对Lambrt-Beer定律偏离的主要因素有哪些？如何克服这些因素对测量的影响？偏离Lambert-BeerLaw的因素主要与样品和仪器有关。（1）与测定样品溶液有关的因素浓度：当l不变，c0.01M时,Beer定律会发生偏离。溶剂：当待测物与溶剂发生缔合、离解及溶剂化反应时，产生的生成物与待测物具有不同的吸收光谱，出现化学偏离。光散射：当试样是胶体或有悬浮物时，入射光通过溶液后，有一部分光因散射而损失，使吸光度增大，Beer定律产生正偏差。（2）与仪器有关的因素单色光：Beer定律只适用于单色光，非绝对的单色光，有可能造成Beer定律偏离。谱带宽度：当用一束吸光度随波长变化不大的复合光作为入射光进行测定时，吸光物质的吸光系数变化不大，对吸收定律所造成的偏离较小。对应克服方法：①c≤0.01M②避免使用会与待测物发生反应的溶剂③避免试样是胶体或有悬浮物④在保证一定光强的前提下，用尽可能窄的有效带宽宽度。⑤选择吸光物质的最大吸收波长作为分析波长课后习题9：将下列吸光度值换算为百分透射比。根据公式：T=10^（-A）。T为百分透射比A为吸光度（1）0.010:97.7%（2）0.050:89.1%（3）0.300：50.1%（4）1.00：10.0%（5）1.70:2.0%课后习题11：已知KMnO4的ε为2.2*10^3L/mol*cm,计算（1）此波长下质量分数为0.002%的KMnO4溶液在3.0cm吸收池中的透射比？由题得：p(KMno4)/p(H2O)=0.002%.m/M=nm=p*c所以c=p(水）*0.002%/M=0.0001266mol/LA=ε*L*c=0.8356T=10^(-A)=14.6%（2）此溶液稀释1倍后，其透射比是多少？由题得：稀释1倍后，浓度降低为原来的1/2A降为原来的1/2.所以T=38.2%3.用紫外-可见分光光度法测定Fe，有下述两种方法。A法：a=1.97X10^2L•g^(-1)•cm^(-1);B法:ε=4.10X10^3L•mol^(-1)•cm^(-1).问：（1）何种方法灵敏度高？ε(A)=a(A)*56=1.10*10^4ε(B)所以A的灵敏度更高。（2）若选用其中灵敏度高的方法，欲使测量误差最小，待测液中Fe的浓度应为多少？此时△C/C为多少？(此题仅作参考，勿当为标准答案）已知△T=0.003,ｂ=1cｍ,Ar（Fe）=55.85△C/C=0.434*△T/(T*lgT)当T=0.368或A=0.434时，△C/C最小。△C/C=-8.15*10^(-3)因为A=ε(A)*b*c所以c=3.95*10^(-5)mol/L第四章红外吸收光谱法1.何谓分子振动自由度？为何实际测得的通常要比计算的数目要少？分子振动自由度：多原子分子的基本振动数目，也是基频吸收峰的数目。为什么实际测得吸收峰数目远小于理论计算的振动自由度？①没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收，即非红外活性；②相同频率的振动吸收重叠，即简并；③仪器分辨率不够高；④有些吸收带落在仪器检测范围之外。2.何谓分子振动的频率？影响化学键基本振动频率的直接因素是什么？分子振动频率称为基团频率，不同分子中同一类型的基团振动频率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收谱带，其频率称基团频率。内部因素：（1）电子效应（2）氢键影响（3）振动偶合（4）费米共振（5）空间效应（6）分子对称性外部因素：（1）物态效应（2）溶剂效应3.解释名词：官能团区、指纹区、相关峰。基团频率区（官能团区）：在4000～1300cm-1范围内的吸收峰，有一共同特点：即每一吸收峰都和一定的官能团相对应，因此称为基团频率区。在此区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。指纹区：在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。指纹区的吸收峰数目虽多，但往往大部分都找不到归属。相关峰：同一种分子的基团或化学键振动，往往会在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收峰。这些相互依存和可以相互佐证的吸收峰称为相关峰。4.课后习题1、2、3、4课后习题1：简述振动光谱的特点以及它们在分析化学中的重要性。优点：特征性强,可靠性高、样品测定范围广、用量少、测定速度快、操作简便、重现性好。局限性：有些物质不能产生红外吸收；有些物质不能用红外鉴别；有些吸收峰，尤其是指纹峰不能全部指认；定量分析的灵敏度较低。课后习题2：试述分子产生红外吸收的条件。（1）分子吸收的辐射能与其能级跃迁所需能量相等；（2）分子发生偶极距的变化（耦合作用）。课后习题3：红外区分哪几个区域？它们对分析化学的重要性如何。参考名词解释课后习题4：何为基频，倍频及组合频？影响基团频率位移的因素有哪些（参考题2）？基频：基态振动能级跃迁至第一振动激发态所产生的红外吸收频率倍频：基频以外的其他振动能级跃迁所产生的红外吸收频率组合频：两个或两个以上的基频，或基频与倍频的结合，如n1+n2，2n1+n2等产生的红外吸收频率第五章荧光光度法1.解释名词：单重态、三重态、激发光谱、荧光光谱单重态：当基态分子的电子都配对时，S=0，多重性M=1，这样的电子能态称为单重态。三重态：若通过分子内部的一些能量转移，或能阶间的跨越，成对电子中的一个电子自旋方向倒转，使两个电子自旋方向相同而不配对，这时S=1，M=3，这种电子激发态称三重电子激发态（三重态）激发光谱：将激发光的光源用单色器分光，测定不同波长照射下所发射的荧光强度（F），以F做纵坐标，激发光波长λ做横坐标作图。激发光谱反映了激发光波长与荧光强度之间的关系。发射光谱：固定激发光波长，让物质发射的荧光通过单色器，测定不同波长的荧光强度，以荧光强度F做纵坐标，荧光波长λ做横坐标作图。荧光光谱反映了发射的荧光波长与荧光强度的关系。2.下列化合物哪一个荧光效率大？为什么？酚酞，荧光素。（参考内容：荧光和分子结构的关系：1）跃迁类型π→π*较n→π*跃迁的荧光效率高。2）共轭结构：凡是能提高π电子共轭度的结构，都会增大荧光强度，并使荧光光谱长移。3）刚性平面：分子的刚性及共平面性越大，荧光量子产率就越大。4）取代基效应：在芳香化合物的芳香环上，进行不同基团的取代，对该化合物的荧光强度和荧光光谱都会产生影响。）答：荧光素，荧光素呈平面构型，其结构具有刚性，它是强荧光物质；而酚酞分子由于不易保持平面结构，故而不是荧光物质3.课后习题：P1083、63.参考第2题6.为什么分子荧光分析法的灵敏度通常比分子吸光光度法的要强？荧光分析测定的是在很弱背景上的荧光强度，并且是在与入射光成直角的方向上检测，其测定的灵敏度取决于检测器的灵敏度。也就是说，只要改进光电倍增管和信号放大系统，即使很微弱的荧光也能被检测到，这样就可以测定很稀的溶液，所以说荧光分析法的灵敏度很高。而紫外-可见分光光度法测定的是透射光强和入射光强的比值，即I/I0,当浓度很低时，检测器难以检测这两个两个大信号（I和I0）之间的微小差别，而且即使将光强信号放大，由于透过光强和入射光强都被放大，比值仍然不变，对提高检测灵敏度不起作用，所以紫外-可见分光光度法灵敏度不如荧光分析法的高。第六章原子吸收光谱法1.AAS的定义。它是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收来进行定量分析的方法。基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。2.简述AAS的特点优点：1.灵敏度:FAAS，ppm级；GAAS:10-9--10-14.2、准确度高，可达1－3％。3、干扰小，选择性高；4、测定范围广，可测70种元素。不足：多元素同时测定有困难；对非金属及难熔元素的测定尚有困难；对复杂样品分析干扰也较严重。3.比较AAS与UV-VIS的异同。相同点：①均为吸收光谱，且具有选择性，②二者均主要测溶液样品，且定量分析公式相同A=KC，在一定条件下，吸光度与浓度成线性关系。③测量仪器基本相同。不同点：①AAs原子吸收；UV-VIS分子吸收②AAS为锐线光源；UV-VIS为连续光源③AAS吸收带窄，线性光谱，UV-VIS为带状光谱④AAS调制光源，UV-VIS非调制光源⑤AAS定量分析，UV-VIS多用于定性分析⑥AAs需用原子化器处理样品；UV-VIS不需要⑦AAs干扰多，UV-VIS干扰少4.简述三种火焰的特点和应用范围①化学计量火焰：由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相近，又称为中性火焰，这类火焰,温度高、稳定、干扰小背景低，适合于许多元素的测定。②贫燃火焰：指助燃气大于化学计量的火焰，它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测定易解离，易电离元素,如碱金属。③富燃火焰