仪器分析习题解答释疑.doc

|分析化学（仪器分析部分）（第三版）部分答案主编：曾泳淮高等教育出版社|目录第 2 章光学分析法导论 .3第 3 章原子发射光谱法 .7第 4 章原子吸收光谱法 .10第 5 章紫外-可见吸收光谱法 .18第 6 章红外光谱法 .22第 7 章分子发光分析法 .25第 8 章核磁共振波谱法 .29第 9 章电分析化学法导论 .34第 10 章电位分析法 .36第 11 章电解与库仑分析法 .41第 12 章伏安法与极谱法 .44第 13 章电分析化学的新进展 .47第 14 章色谱分析法导论 .48第 15 章气相色谱法 .55第 16 章高效液相色谱法 .58第 17 章质谱法 .64第 18 章其他仪器分析法 .68Content|第 2 章光学分析法导论【2-1】 解释下列名词。（1）原子光谱和分子光谱 （2）发射光谱和吸收光谱（3）闪耀光栅和闪耀波长 （4）光谱通带答：（1）原子光谱：由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱。分子光谱：由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。（2）发射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱。吸收光谱：物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。（3）闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。（4）光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。【2-2】 简述棱镜和光栅的分光原理。【2-3】 简述光电倍增管工作原理。答：光电倍增管工作原理：1）光子透过入射窗口入射在光电阴极 K 上。2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极 D1 上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经 N 级倍增极倍增后光电子就放大 N 次方倍。4）经过倍增后的二次电子由阳极 P 收集起来，形成阳极光电流，在负载 RL 上产生信号电压。【2-4】 何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。【2-5】 请按能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外，无线电波，可见光，紫外光，X 射线，微波。答：能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X 射线。波长递增顺序：X 射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。【2-6】 计算下列电磁辐射的频率和波数。|（1）波长为 0.9nm 的单色 X 射线；（2）589.0nm 的钠 D 线；（3）12.6m 的红外吸收峰；（4）波长为 200cm 的微波辐射。答：由公式 ， 得：cv1（1） ，01773.39Hz 7171.00.9cm（2） ，10147.5.958v 417.58. （3） ，10134.2.86Hz 2141.902.6cm（4） ，8105. 315.0【2-7】 以焦耳（J）和电子伏特（ eV）为单位计算题 2-6 中各种光子的能量。答：由公式 ，得：Eh（1） 34171636.10.2.0.90JeV（2） 495932（3） 34102.8.5.861EJe（4） 2676104V【2-8】 填表跃迁能量频率/HzJ eV cm-1光谱区 光学分析法2.5×10148.0×10-272.52500|答：跃迁能量频率/HzJ eV cm-1光谱区 光学分析法2.5×1014 1.7×10-19 1.0 8.3×103 近红外光区1.2×107 8.0×10-27 5.0×10-8 4.0×10-4 射频 核磁共振波谱法6.0 4.0 2.5 2.0 可见光区 可见风光光度法7.5 5.0 0.3 2500 中红外光区 红外光谱法【2-9】 某平面反射式衍射光栅每毫米刻槽数为 1750 条，平行光束的入射角为 48.2°。计算在-11.2 °方向上的衍射光的波长。解：根据光栅公式： sind610sin48.2+i(1.)=75（一级）3m【2-10】 某光谱仪能分辨位于 207.3nm 及 215.1nm 的相邻两条谱线，计算仪器的分辨率。如果要求两条谱线在焦面上分离达 2.5mm，计算该仪器的线色散率及倒线色散率。解：分辨率 207.3n+15.m/2=7.1-R（ ）线色散率 -.0.3nLdlD倒线色散率 1 -1-1.0.32nL【2-11】 若光栅的宽度为 60mm，总刻线度为 1500 条/mm，计算：（1）此光栅的理论分辨率；（2）能否将铁的 310.0671nm，310.0369nm 和 309.997nm 的三条谱线分开？解：（1）光栅理论分辨率 60m15/=90RkN条（2）能，过程略。【2-12】 有一垂直对称式光栅摄谱仪，装一块 1200 条/mm 刻线的光栅，其宽度为 5.0cm，闪耀角为 20°，试计算：（1）在第一级光谱中，该光栅的理论分辨率；（2）当入射光沿槽面法线 入射时，其闪耀波长 。N 1b（ ）|解：（1）分辨率 12056RkN（2） =570nm，过程略。1b（ ）【2-13】 若用刻痕密度为 2000 条/mm 的光栅，分辨 460.20nm 和 460.30nm 处的两条 Li 发射线。试计算（1）分辨率；（2）光栅的大小。解：（1）分辨率 ；3(460.2nm+.302=4.610-R） /（2）光栅的总刻痕数 33.1.6N光栅的大小，即宽度为 3 114.00.cm0.23c2Wd【2-14】 若 为衍射光波长， 为光栅总宽度。试证明光栅理论分辨率的最大极限值为 。 W证明：根据光栅方程： 可得， 最大值为 2，故 最小为：dsincoksincod2k 。21RkNKk【2-15】 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 (0.110nm)；（2）原子外层电子跃迁 (10780nm)；（3）分子的价电子跃迁(1.250.06m)；（4）分子振动能级的跃迁(251.25m)；（5）分子转动能级的跃迁(25025m)。解：由 计算得Ehv（1） eV2.051.（2）1.6 eV（3）1.020.7 eV （4） 1.0 eV2510（5） eV32|第 3 章原子发射光谱法【3-1】 原子光谱是如何产生的？答：原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，【3-2】 什么叫激发能和电离能？答：原子从基态跃迁到发射该谱线的激发态所需要的能量，称为该谱线的激发能。电离能是基态的气态原子失去电子变为气态阳离子（即电离），必须克服核电荷对电子的引力而所需要的能量。【3-3】 什么是共振线？答：原子受到外界能量激发时,其外层电子从基态跃迁到激发态所产生的吸收线称为共振吸收线,简称共振线。外层电子由激发态直接跃迁到基态时所辐射的谱线称为共振发射线,也简称为共振线。【3-4】 描述一个电子能态的 4 个量子数是哪些？【3-5】 电子数为 33 的 As，其电子组态是什么？【3-6】 在高能态 40000cm-1 与低能态 15000cm-1 间跃迁的相应波长为多少？高能态 6eV 与低能态 3eV 间跃迁的波长为多少？答：400.3nm；413.6nm。【3-7】 光谱项的含义是什么？什么是能级图？【3-8】 由 J=0 到 J=0 的跃迁是允许跃迁还是禁阻跃迁？答：禁阻跃迁。【3-9】 原子发射光谱谱线强度与哪些因素有关？答：原子光谱的谱线强度与激发能、温度和试样元素的含量有关。【3-10】 什么是谱线的自吸和自蚀？答：谱线自吸是指某元素发射出的特征光由光源中心向外辐射过程中,会被处于光源边缘部分的低能级的同种原子所吸收,使谱线中心发射强度减弱,这种现象叫自吸。谱线自蚀指在自吸严重情况下, 会使谱线中心强度减弱很多, 使表现为一条的谱线变成双线形状, 这种严重的自吸称自蚀。【3-11】 在原子发射光谱中，光源的作用是什么？答：激发光源的作用是提供试样蒸发、解离和激发所需要的能量，并产生辐射信号。要求：激发能力强，灵敏度高，稳定性好，结构简单，操作方便，使用安全。【3-12】 简述原子发射光谱中几种常见光源的工作原理，比较它们的特性及适用范围。【3-13】 何谓等离子体？答：等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体|状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。【3-14】 为什么氩气广泛应用于等离子体中？答：第一，氩气较容易获得，第二，氩气是惰性气体，不与其他元素反应，便于研究，可常做保护气体，第三，氩气的电子碰撞反应比较少。所以基础研究人员常用氩气放电来产生等离子体。但是研究范围和内容很广泛，使用的气体多种多样，此回答仅在从适合基础研究的角度考虑。若一些大气压放电，那么氧氮氢等都适合放电。其他低气压也可使用氦，氙。有些热等离子体则使用金属蒸汽，比如锂。【3-15】 光谱定性分析的基本原理是什么？光谱定性分析可采用哪几种方法？简述各种方法的基本原理及适用场合。【3-16】 什么是内标法？在什么情况下使用？答：内标法是将一定重量的纯物质作为内标物（参见内标物条）加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进行色谱分析，分别测定内标物和待测组分的峰面积（或峰高）及相对校正因子，按公式和方法即可求出被测组分在样品中的百分含量。当某种混合物组分复杂不能知道所有成分时首选内标法，不必测出校正因子，消除了某些操作条件的影响，也不需要严格要求进样提及准确,在药物分析中作用内标法。【3-17】 光谱定量分析中为什么要扣除背景？应该如何正确扣除背景？【3-18】 用原子发射光谱法测定合金中铅的含量，用镁作内标，得到下列数据：测微光度计读书（S ）溶液Mg Pb铅的质量浓度/（mg mL-1）1 7.3 17.5 0.1512 8.7 16.5 0.2013 7.3 11.0 0.3014 10.3 12.0 0.4025 11.6 10.4 0.502A 8.8 15.5B 9.2 12.5C 10.7 12.2|解：测微光度计读书（ ）SS溶液Mg Pb PbMg-铅的质量浓度/（mg mL-1）lgC1 7.3 17.5 10.2 0.151 -0.822 8.7 16.5 7.8 0.201 -0.6973 7.3 11.0 3.7 0.301 -0.5214 10.3 12.0 1.7 0.402 -0.3975 11.6 10.4 -1.2 0.502 -0.299A 8.8 15.5 6.7 -0.652B 9.2 12.5 3.3 -0.494C 10.7 12.2 1.5 -0.410作图得 y=-21.472x-7.2968A 含铅 0.233mg/L，B 含铅 0.321mg/L，C 含铅 0.389mg/L。【3-19】 用内标法火花光源测定溶液中的镁。钼作为内标元素。用蒸馏水溶解氯化镁，以制备一系列标准镁溶液，每一标准溶液和分析样品溶液中含有 25.0 ng/ mL 的钼，钼溶液用溶解钼酸铵而得到。用移液管移取50 L 的溶液置于铜电极上，溶液蒸发至干。测得 279.8 nm 处的镁谱线强度和 281.6 nm 处的钼谱线强度。试确定分析样品溶液中镁的浓度。谱线强度镁的浓度，ng/ mLMg 279.8 nm Mo 281.6 nm1.05 0.67 1.810.5 3.4 1.6105 18 1.51050 115 1.710500 739 1.9分析试样 2.5 1.8解：|MogIl clog-0.429 0.02110.3274 1.02111.0792 2.0211.8302 3.0212.5899 4.0211.3889 logx01234-0.50.0.51.01.52.02.53.0log(IMg/Io)logc样品 ，由图查得389.1logMI mLncx/3.6第 4 章原子吸收光谱法【4-1】 解释下列名词。（1）原子吸收； （2）谱线变宽； （3）自然变宽； （4）多普勒变宽；（5）压力变宽； （6）积分吸收； （7）峰值吸收； （8）光谱通带。答：（1）原子吸收：（2）谱线变宽：由仪器或辐射源性质引起的谱线宽度增加。（3）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。（4）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