现代仪器分析 各章习题总结

第一章、绪论1、了解分析化学发展的过程阶段一：16世纪天平的出现，分析化学具有了科学的内涵20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学理论基础。第一次变革，20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少和精度低。阶段二：20世纪40年代后，仪器分析的大发展时期第二次变革，仪器分析的发展。阶段三：八十年代处初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革2、掌握仪器分析的分类和发展特点分类：电化学分析法、光学分析法、色谱分析法、其它仪器分析法。发展特点：提高灵敏度，解决复杂体系的分离问题，微型化及微环境的表征与测量，扩展时空多维信息，形态、状态分析及表征，生物大分子及生物活性物质的表征与测定，非破坏性检测与遥测，自动化及智能化。3、分析仪器的性能应从哪些方面进行评价？精密度：标准偏差、相对标准偏差、方差、变异系数误差：绝对误差、相对误差灵敏度：校正灵敏度、分析灵敏度检测限：空白加3倍的空白标准偏差线性范围：可以分析的浓度范围选择性：选择性系数4、仪器分析常用的校正方法？各有何特点？标准曲线法：标准物配制浓度要准确，标准基体与样品基体一致标准加入法：基体相近，基体干扰相同，但适用于小数量的样品分析内标法：克服或减少仪器或方法的不足等引起的随机误差或系统误差5、了解分析仪器的组成部分信号发生器——（分析信号）——检测器——（输入信号）——信号处理器——读出装置6、内标元素和分析线对选择的条件？内标元素应是原来试样中不含或含量少的元素，内标物的激发电位应与分析线相同或尽量相近，内标元素的待测元素应具有相近的电离电位，两条谱线的波长应接近，分析线对附近的背景干扰应尽量小第二章：离心与电泳技术1、理解相对离心力场（g）和沉降系数（s）的物理意义。相对离心力场：转头所产生的最大离心力场是重力场的多少倍。沉降系数：单位离心力场的沉降速度。迁移率：单位电场强度下电荷移动速率，取决于物质本身。2、掌握梯度离心的原理、优点和梯度材料选择条件。梯度离心的两个方法：速度梯度离心、等密度梯度离心。速度梯度离心：依据样品不同组分沉降系数的不同而分离的方法。等密度梯度离心：离心管中介质的密度梯度范围包括待分离样品中所有组分的密度，离心过程中各组分将逐步迁移到与它本身密度相同的地方形成区带。（分离取决于组分之间的密度差）优点：分辨力强，梯度液可抗对流、扰动和扩散，可同时分离几种不同的组分。梯度材料选择条件：要有合适的密度范围，所有梯度材料应不影响样品的生物活性，离心后便于与样品组分分离，不腐蚀离心管和转头，价格便宜、便于回收利用。3、了解影响荷电分子迁移速率的因素样品分子性质---------（样品分子的直径、形状、荷电荷数）电场强度---------------（E越大，泳动速度越快）溶液PH----------------（决定荷电分子的解离程度，决定荷电种类和电荷量，因此决定移动方向和速度）溶液的离子强度------（过小会降低泳动速率，过大会增大电泳过程中的发热量，使区带扩散变形）电渗---------------------（对样品形成一股除电场外额外的冲击力）焦耳热------------------（U变大，Q增大，可能破坏样品的支持介质）筛孔---------------------（琼脂／聚丙烯酰胺）4、理解各类凝胶电泳分离方法的原理（1）琼脂糖凝胶电泳：用于分离、鉴定、分析纯化DNA片段，用EB染色，在紫外灯下观察。取决于浄电荷的性质和数量、分子大小。（2）SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳：电泳缓冲液中加入SDS，SDS能与蛋白质形成胶粒，胶粒外表面带负电荷，所有电荷向正极移动，蛋白质分子在电泳中的迁移率仅取决于浄电荷数和分子大小。（3）等电聚焦聚丙烯酰胺凝胶电泳：根据等电点分离和分析蛋白质，取决于环境溶液PH（4）密度梯度凝胶电泳：根据分子量分离和分析蛋白质，适用于测球形蛋白质分子量（5）双向凝胶电泳：先将混合物放在直径1mm的玻璃凝胶中进行等电聚焦电泳，之后将凝胶条从毛细管中取出，放在另一平板凝胶的顶部，让胶条中的各组分进行SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。第三章：光学分析方法导论1.理解三种光谱法的形成与区别（1）线光谱：由于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线，线宽约（2）带状光谱：由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱，各能极间的能量差小，带宽约（3）连续光谱：固体被加热到炽热状态时，无数的原子和分子的运动或振动所产生的热辐射。通常产生背景干扰。温度越高，辐射越短，且短波长的辐射强度增加的最快，线光谱和带光谱叠加在连续光谱上。炽热的固体所产生的连续辐射是红外、可见及较长波长的重要辐射源。2、光学分析的分类有哪些？光学分析包括：光谱法，非光谱法光谱法包括：原子光谱法（表现形式是线光谱。包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法）分子光谱法（表现形式是带光谱。包括紫外-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）光谱法：基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间跃迁而产生的发射、吸收、散射、辐射的波长和强度的分析方法。非光谱法：基于物质与辐射相互作用时，测量辐射某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏射等变化的分析方法。3、光谱仪器的主要结构组成有哪些？组成：光源、样品容器、单色器、检测器。单色器包括：狭缝、准直镜、棱镜或光栅（最主要）、会聚透镜。检测器包括：光电转换器、电子读出、数据处理及记录。4、简述单色器的工作原理光源发出的光经入射狭缝后变成一束近似平行光，经准直镜变成平行光，照在色散元件上，色散元件将其色散后，由聚光镜将不同波长的光聚焦在出射狭缝平面的不同位置，转动色散元件和聚光镜课使不同波长的光聚焦在出射狭缝口，使某一波长的光射出单色器，而其它波长的光被出射狭缝挡掉，达到制造单色光的目的。5、光电转换器：将光辐射转化为课测量的电信号的器件。理想的光电转换器要求：灵敏度高，信噪比大，暗电流小，响应快且在宽的波段内相应恒定。第四章紫外-可见吸收光谱的产生1、理解紫外-可见吸收光谱的产生分子吸收光谱的形成过程：运动分子外层电子---吸收外来辐射---产生电子能级跃迁---分子吸收谱通常情况下，发生电子能级间的跃迁需要的能量为1-20W，与该能量相对应的波长为1230—62nm，紫外-可见光区的波长为200-800nm，分子吸收紫外-可见光获得的能量足以使价电子发生跃迁。因此，由价电子跃迁产生的分子吸收光谱称为紫外-可见吸收光谱。2、比尔定律内容。成立条件及引起偏离的因素内容：当入射波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比。A=kbc（k为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关）条件：入射光是单色光。吸收发生在均匀介质中。吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。样品溶液为稀溶液。偏离因素：（1）样品性质影响a.待测物高浓度---吸收质点间隔变小---质点间互相作用---对待定辐射的吸收能力发生变化----变化b.溶液各组分的相互作用c.溶剂的影响d.胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失(2)仪器因素a.入射光非单色光b.谱带宽度与狭缝宽度3.紫外-可见分光光度计的结构组成及分类组成：光源、单色器、吸收池、检测器、数据处理记录装置分类：单光束分光光度计、单波长双光束分光光度计、双波长分光光度计、光电二极管阵列分光光度计4、紫外-可见分光光度法测量条件的选择及常用的定量方法。测量条件：（1）测量波长的选择：选择最大吸收处的波长作为分析波长（2）狭缝宽度的选择：合适的狭缝宽度就是吸光度不减小时的最大狭缝宽度（3）吸光度范围的选择：控制在0.1-0.8之间（4）有色化合物的选择：组成稳定，化学性质稳定。加入量色剂（5）参比夜选择定量分析：标准曲线法、标准加入法、标准对比法、多组分定量方法、示差分光光度法第五章原子吸收光谱法1、原子吸收光谱产生的机理、影响原子吸收光谱轮廓的因素概念：基于物质产生的原子蒸气对特定的谱线（通常是待测元素的特征谱线）的吸收作用来进行定量分析的方法。基态原子的产生：待测原子原子化：蒸发—气化—离解金属盐的水溶液雾化---气溶胶---进入火焰或原子化器---在高温作用下蒸发---金属盐脱水和气化---气态的金属盐分子---高温下吸收热量---金属盐分子被离解---基态原子共振线与吸收线：原子从基态跃迁到能量最低的激发态时，要吸收一定频率的光，称为共振吸收线。跃迁回到基态时，则发射出同样频率的光，称为共振发射线。共振发射线和共振吸收线的波长相同，简称共振线。影响因素：（1）自然宽度：约nm,激发态原子的平均寿命越短，谱线的自然宽度越大（2）多普勒宽度：nm--nm，不规则热运动引起（3）压力变宽：吸收原子与蒸气中其它粒子相互碰撞，引起的能级稍有变化，使发射或吸收光量子频率改变而导致变宽。2、原子吸收光谱的基本内容、空心阴极灯产生锐线光源的原理结构：光源、原子化系统、分光系统、检测系统原理：高压直流电--阴极电子--撞击惰性电子--电离--正离子--轰击阴极--待测原子溅射--聚集空心阴极内被激发--待测元素特征共振发射线3、原子吸收光谱分析测量条件的选择（1）分析线的选择：一般选用共振线作为分析线（2）狭缝宽度选择：以将分析线与临=邻近的谱线分开为原则（3）空心阴极灯工作电流的选择：最大允许工作电流的40%--60%（4）火焰及助燃比的选择：易生成难离解化合物的元素，应选择较高温度的火焰，易电离的元素应选用较低温度的火焰。配制一标准溶液喷入火焰，在固定助燃气流量的情况下，改变燃气流量，测定标准溶液的吸光度，最佳助燃比值应使吸光度达到最大。（5）测量高度的选择：最大吸光度所对应的高度第六章色谱法原理1、了解色谱法的分类（1）按两相状态分类气相色谱：气体为流动相的色谱液相色谱：液体为流动相的色谱超临界流体色谱：超临界流体为流动相的色谱化学键合相色谱：化学键合固定的色谱（2）按分离机理分类吸附色谱法：利用组分在吸附剂上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法分配色谱法：利用组分在固定液中溶解度不同而达到分离的方法离子交换色谱法：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小不同凝胶色谱法：利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透亲和色谱法：利用不同组分与固定相的高专属性亲和力进行分离（3）按固定相的外形分类柱色谱：固定相装于柱内的色谱法平板色谱（纸色谱）：固定相呈平板状的色谱法2、掌握色谱流出曲线的定义、参数、获得的信息定义：从色谱柱先后流出的各组分进入检测器，检测器发出响应信号，信号大小与组分浓度成正比，该型号放大后输送到记录仪，记录仪所画出与样品浓度相关的曲线。参数：（1）峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离（2）死时间：不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需时间（3）保留时间：试样从进样开始到柱后出现峰极大值时所经历的时间（4）调整保留时间：某组分的保留时间扣除死时间（5）死体积：色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的时间，色谱仪中管路和连接头间空间以及检测器空间的总和（6）保留体积：从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点是所通过的流动相体积（7）相对保留值：某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比获得的信息：根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析根据色谱峰的面积和峰高，可以进行定量分析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色谱峰两峰间的距离，是评价固定相选择是否合适的依据3、色谱定性、定量分析的方法定性分析：（1）利用纯物质对照定性（2）相对保留值法（3）加入已知物增加峰高法（4）保留指数定性法定量分析：（1）归一法：所有出峰组分的含量之和按100%计（2）内标法：将一定量的纯物质作为内标物加入到准确称量的试样中（3）外标法第七章气相色谱法1、气相色谱仪的基本设备包括哪几部分，各有什么作用？（1）气路系统：获得纯净、流速稳定的载气（2）进样系统（3）分离系统：分离样品（4）控制温度系统：对色谱柱炉、气化室、检测器三处的温度控制（5）检测和数据