兰州大学 仪器分析习题要点讲解

1仪器分析习题要点解答兰州大学化学化工学院仪器分析课程组适用于武汉大学仪器分析教材2009.9.102光谱分析法导论(p36)1.对下列单位进行换算：(1)1.50ÅX射线的波数(cm-1)；(2)670.7nm锂线的频率(Hz)；(3)3300cm-1波数的波长(nm)；(4)Na5889.95(书中写的是6889.95Å)相应的能量(eV).解：(1)＝＝cm-1(2)Hz(3)nm(4)eV1781067.61050.1114981047.4107.670103c303010330011710.210602.11095.588910310626.61910834hE32．写出下列各种跃迁所需的能量范围(eV):(1)原子内层电子跃迁；(0.1~10nm)(2)原子外层电子跃迁；(10~780nm)(3)分子的电子跃迁；(1.25~0.06)(4)分子振动能级跃迁；(25~1.25)(5)分子转动能级跃迁.(250~25)主要根据p12表2-1的数据解：(1)～eV(2)1.6～eV(3)1.0～20.7eV(4)～1.0eV(5)～eV2102.15102.1310521052102.12105mmm答案不一致的原因是原题没有给出波长范围！解题思路是：E=hv43．比较光栅和棱镜分光的优缺点解：(1)光栅光谱是均匀排列的，而棱镜光谱为非均匀光谱；(2)光谱排列顺序不同，光栅光谱是由紫到红，棱镜光谱是由红到紫；(3)光栅光谱有谱级的重叠现象，而棱镜光谱却没有；(4)光栅光谱适用范围大，几个nm～100μm，棱镜光谱适用范围小，120nm～60μm54．某种玻璃的折射率为1.7000，求光在此玻璃介质中的传播速度.解：7000.110321021vvvn1010121076.17000.1103nvvcm/s65．为什么进行定量分析和定性分析时常常需要用不同的解:因为在定量分析中谱线已定，在干扰谱线不进入色谱仪的情况下，增大狭缝的宽度可增加进入检测器的光通量，有可能增加信噪比，使定量分析更为准确；而在进行定性分析时要减小狭缝的宽度，目的是要避免光谱的重叠，使定性分析准确。缝宽度?76.在使用光栅进行分光时，当入射光为60°角时为了能在10°的反射角观测到λ=500nm的一级衍射谱线，每厘米应有多少条刻线?解：由光栅公式得：d(sinφ+sinθ)=nλn=1(这里n=k)∴481nm20793sinsind00710sin60sin10500cmd187.在400-800nm范围内棱镜单色器，为什么用玻璃材料比用石英为好？解：因为在此波长范围内玻璃棱镜比石英棱镜的色散率大，可以将可见光很好的色散开来。8.若光谱工作范围为200－400nm，应选用什么材料制作棱镜和透镜，为什么？解：选用石英制作棱镜和透镜。因为在200～400nm的波长范围内，玻璃强烈地吸收紫外光。99．若用60度的石英棱镜、60度的玻璃棱镜和2000条的光栅，分辨460.20和460.30nm处的两条锂发射线，试计算它们的大小。已知石英和玻璃在该光区的色散分别为和mm.1mm4103.14106.3解:对于石英棱镜:对于光栅:对于玻璃棱镜:5.460220.46030.463230.46020.460RcmRddntmR43.5t,5.4602)(得底边长度（棱镜数）cmNdWRNnnNR23.010200015.4602,5.4602,1,1cmmdtdnRt3.111010.有一块72.0条/mm和5.00mm长的红外光栅。试计算此光栅的一级分辨本领。如果要将两条中心在1000cm-1的谱线分开，它们应该相距多远？解:36000.50.721nNR由上式得:1178.23601000cmcmR11.若光栅刻痕为1200条/mm，当入射光垂直照射时，求3000Å波长光的一级衍射角。解：由光栅方程：，当，n=1时，=0.36,ndsinsin1200103000sin7d01.210011有某红外光栅（72条/mm）,当入射角为50°，反射角为20°时，其一级和二级光谱的波长为多少？12．解：由题意可知，d＝m/条，φ＝50º，θ＝20º一级光谱：n＝1，由公式2－13可得：d(sinφ+sinθ)＝n(sin50º＋sin20º)＝解得：1＝1.54×m＝15.4μm二级光谱：n＝2，同理解得2＝7.7μm31072131072110512若光栅宽度为50mm刻痕数为1200条/mm，此光栅的理论分辨率应为多少？13.解：由题意可知，N＝50mm1200条/mm＝60000条，n＝1由式2－20得，R＝nN＝1×60000＝60000上述光栅能否将铌3094.18Å与铝3092.71Å分开？为什么？14.解：＝3094.18－3092.17＝1.47Å，=＝3093.45Å上题中，R＝60000，则在时能分辨开的最小距离为：＝0.05Å∵1.470.05,∴可以分开.2216000045.309313试计算刻痕数为1250条/mm，焦距为1.6m光栅的一级和二级光谱的倒线色散率.15.解：由题意可知，d＝m，F＝1.6m由式2－16得，D=∴倒线色散率为：=,单位为Å/mm∴一级光谱倒线色散率为：＝＝5Å/mm二级光谱倒线色散率为：＝＝2.5Å/mm31012501dnFddldldnFddld37106.11012501dld37106.12101250114光学原子光谱法基础(p49)1．下述那种跃迁不能产生，为什么？(1)；(2)；(3)(4).110133PS210133DS332333DP131344PS解：(1)(√)∵，，,(2)(Χ)∵，,(3)(√)∵，，,(4)(√)∵，，,110133PS0n2L2J1J1L0S210133DS0n332333DP0n1L1J0S131344PS0n1L0J0S152．解释下列名词：(1)激发电位：原子的外层电子由低能级激发到高能级时所需要的能量；电离电位：使原子电离所需要的最低能量.(2)原子线：原子外层电子跃迁时发射的谱线；离子线：离子外层电子跃迁时发射的谱线.(3)共振线：电子从激发态向基态跃迁产生的谱线;共振电位：原子的外层电子由基态激发到最低能量激发态时所需的最低激发电位.(4)谱线的自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称为谱线的自吸.163．解释下列名词：(1)多普勒变宽：由于辐射原子处于无规则的热运动状态，因此，辐射原子可以看成运动着的波源，这一不规则的热运动与观测器两者间形成相对位移运动，使谱线变宽，即多普勒变宽.(2)自然变宽：在无外界影响的情况下，谱线具有一定的宽度，称为自然变宽.(3)压力变宽：凡是非同类微粒(电子、离子、分子、原子等)相互碰撞或同种微粒相互碰撞所引起的谱线变宽统称为压力变宽.(4)自吸变宽：谱线自吸引起的变宽成为自吸变宽。174．简述常用原子化器的类型和特点答：类型：火焰原子化器，电热原子化器，电感耦合等离子体，直流等离子体，微波感生等离子体，辉光放电，电弧，电火花，。特点：前两种用于原子吸收和原子荧光光谱法，后面的几种方法主要用于原子发射光谱法，电感耦合等离子体还可用于原子质谱法。这几种原子化器的原子化温度都较高。185．简述氢化物发生法原理。它能分析那些元素？答：氢化物发生法是将试样转变成气体后进入原子化器的一种方法。将待测物转变成挥发性氢化物，目前普遍应用的是硼氢化钠（钾）--酸还原体系，典型反应如下：反应生成的砷化氢被惰性气体带入放在管式炉或火焰中已加热到几百度的一根二氧化硅的管子中，进行原子化，通过吸收或发射光谱测定浓度。分析的元素：含砷、锑、锡、硒和铋的试样。OHAsHBOHAsOHHBH2333334343433196．当用热火焰发射产生589.0nm和589.6nm的钠线时，在溶液中含有KCl，两线的强度比较不存在是要大，为什么？答：K的存在抑制了Na的电离，消除了电离干扰，从而使Na的7．在1800℃天然气火焰中，获得的Cs（852nm）原子线的强度要比在2700℃氢氧火焰获得的强度低，为什么？答：天然气火焰中，背景很大。发射谱线强度大。208．在高温光源中，钠原子发射一平均波长为1139nm的双线，它是由4s→3p跃迁产生的，试计算4s激发态原子数与3s基态原子数的比。（1）乙炔——氧焰，温度3000℃；（2）电感耦合等离子体光源，温度9000℃。解：（1）由：，参照p39-图31，P=2J+1前式中EJ应该是4s→3p跃迁和3p→3s跃迁的能量之和。所以所以：（2）同样，当温度为9000℃时，kTEPPNNJJJexp00hcEJJhchcEJ1999834211011.510589011011391100.31062.6122oJPP52319102.132731038.11011.5expoJNN22319108.192731038.11011.5expoJNN219．U的质量浓度范围500-2000μg/mL，发现在351.5nm处吸光度与浓度呈线性关系。在低浓度时除非在式样中加入大约2000μm/mL碱金属盐，否则浓度与吸光度呈非线性关系，为什么？答：光谱缓冲剂，消除基体效应。2210．试比较用下列原子化器时，Na+和Mg+在3p激发态粒子数目与基态粒子数目的比例。注意本题没有给波长！（1）天然气—空气焰，温度2100K；（2）氢—氧焰，温度2900K；（3）电感耦合等离子体光源，温度6000K。解：Na+：ÅMg+：Å（2）Na：Mg：（3）Na：Mg：5893Na523108340107.221001038.1105893100.310626.6exp26expkTEPPNNJJoJ2852Mg523108340101.721001038.1102852100.310626.6exp26expkTEPPNNJoJJ4106.6oJNN8101.6oJNN2101.5oJNN4107.5oJNN书10-11书10-92311．为什么原子发射光谱法对火焰温度的变化比原子吸收和原子荧光谱法更为敏感？解：原子发射光谱需要的火焰温度是6000℃—10000℃，它是基于要将原子原子化后激发到激发态，再由激发态回到基态发射的谱线。而原子吸收和原子荧光光谱法的火焰温度为2000~3000℃，它是要测量原子在基态时吸收能量跃迁到激发态的谱线的强度；所以原子发射光谱法对火焰温度的变化比原子吸收和原子荧光谱法更为敏感。2412．计算Cu3273.96Å和Na5895.92Å的激发电位.解：eVeV78.310602.11096.327310310626.61910834hcECu10.210602.11092.589510310626.61910834hcENa25原子吸收和原子荧光分析法(p66)1.解释下列术语：(1)光谱干扰：由灯线不纯或原子化器中的背景吸收、散射所产生的干扰。(2)物理干扰：指试样粘度等物理