仪器分析习题参考答案.doc

仪器分析习题作业

第一章绪论
1-2化学分析与仪器分析区别？又有哪些共同点？
1、主要区别：（1）化学分析是利用物质的化学性质进行分析；仪器分析是利用物质的物
理或物理化学性质进行分析；
（2）化学分析不需要特殊的仪器设备；仪器分析需要特殊的仪器设备；
（3）化学分析只能用于组分的定量或定性分析；仪器分析还能用于组分的结构分析；
（4）化学分析灵敏度低、选择性差，但测量准确度高，适合于常量组分分析；
仪器分析灵敏度高、选择性好，但测量准确度稍差，适合于微量、痕量及超痕量组分的分析。
2、共同点：都是进行组分测量的手段，是分析化学的组成部分。
1-5仪器分析与分析仪器联系与区别？
分析仪器与仪器分析的区别：分析仪器是实现仪器分析的一种技术设备，是一种装置；仪器
分析是利用仪器设备进行组分分析的一种技术手段。
分析仪器与仪器分析的联系：仪器分析需要分析仪器才能达到量测的目的，分析仪器是仪器
分析的工具。仪器分析与分析仪器的发展相互促进。
1-7采用仪器分析进行定量分析为神魔要进行校正？
因为仪器分析直接测量的是物质的各种物理信号而不是其浓度或质量数，而信号与浓度或质
量数之间只有在一定的范围内才某种确定的关系，且这种关系还受仪器、方法及样品基体等的影响。因此要进行组分的定量分析，并消除仪器、方法及样品基体等对测量的影响，必须首先建立特定测量条件下信号与浓度或质量数之间的关系，即进行定量分析校正。

第二章光谱分析法导论
2-1
光谱仪的一般组成包括：光源、单色器、样品引入系统、检测器、信号处理与输出装置。
各部件的主要作用为光源：提供能量使待测组分产生吸收包括激发到高能态；
单色器：将复合光分解为单色光并采集特定波长的光入射样品或检测器；
样品引入系统：将样品以合适的方式引入光路中并可以充当样品容器的作用；
检测器：将光信号转化为可量化输出的信号。
信号处理与输出装置：对信号进行放大、转化、数学处理、滤除噪音，然后以合适的方式输出。

2-2：单色器组成？作用是？
单色器的组成包括：入射狭缝、透镜、单色元件、聚焦透镜、出射狭缝。
各部件的主要作用为：入射狭缝：采集来自光源或样品池的复合光；
透镜：将入射狭缝采集的复合光分解为平行光；
单色元件：将复合光色散为单色光（即将光按波长排列）
聚焦透镜：将单色元件色散后的具有相同波长的光在单色器的出口曲面上成像；
出射狭缝：采集色散后具有特定波长的光入射样品或检测器

2-7光栅宽度5.0mm，每毫米刻线数720条，该光栅第一级光谱分辨率多少？
因为对于一级光谱（n=1）而言，光栅的分辨率为：
R = nN = N =光栅宽度×光栅的刻痕密度= 720× 5 = 3600
又因为： R =
所以，中心波长(即平均波长)在1000cm-1 的两条谱线要被该光栅分开，它们相隔的最大距
离为： dλ===0.28cm-1

第3 章原子发射光谱法
3-2缓冲剂与挥发剂在矿石定量分析中的作用？
缓冲剂的作用是抵偿样品组成变化的影响，即消除第三元素的影响，控制和稳定弧温；
挥发剂的作用是增加样品中难挥发性化合物的挥发能力

3-6（注意内标与内标法的概念区别）
解：在进行内标法定量分析时，在待样品中加入或基体中大量存在的含量基本固定的组分称为内标。
在分析时，以待测物的信号与内标物的信号比与待测物的浓度或质量之间的关系来进行定量分析的方法称为内标法。
采用内标法定量的目的是消除试样的组成、形态及测量条件如光源的变化等对测量结果的影响，提高分析结果的稳定性。

3-8简述三种用于ICP炬的式样引入方式？
因为试样只能被载气带入ICP 光源中，而不能直接引入ICP 光源中，所以固体试样和液体试样都在引入ICP 光源前必须转化为气态或气溶胶状态。因此试样引入ICP 光源的主要方式有：雾化进样（包括气动雾化和超声雾化进样）、电热蒸发进样、激光或电弧和火花熔融进样，对于特定元素还可以采用氢化物发生法进样。其中，以气动雾化方式最为常用。
第8 章分子发光分析法
8-1解释下列名词
（1）单重态：体系中两个电子以不同的自旋方向处于相同或不同轨道的状态。
（2）三重态：体系中两个电子以相同的自旋方向处于相同或不同轨道的状态。
（3）系间跨越：不同多重态能级之间的非辐射跃迁过程。
（4）振动驰豫：同一电子能级中，从较高振动能级到较低振动能级的非辐射跃迁过程。
（5）荧光猝灭：某种给定荧光体与溶剂或其它溶质分子之间发生的导致荧光强度下降的物
理或化学作用过程。
（6）荧光量子产率：荧光体所发射的荧光的光子数与所吸收的光子数的比值。
（7）重原子效应：当分子中含有一些质量数比较大的原子（称为重原子，如I、Br 等）或
体系中存在由重原子组成的溶剂（如碘乙烷）时，由于重原子会增加系间窜跃，导致荧光减弱的现象。

8-2磷光与荧光在发射特性上差别与原因？
因为荧光是由第一电子激发单重态的最低振动能级向基态跃迁时发射的光谱，因此当分子被
激发到比第一电子激发单重态的最低振动能级还要高的任何一个能级上后，它在发荧光之前都将通过振动驰豫、内转化等非辐射驰豫过程回到第一电子激发单重态的最低振动能级上，然后才能通过辐射跃迁（发荧光）回到基态。因此荧光光谱的形状于激发光波长无关。

8-10等量蒽分别溶解于苯或氯仿成同浓度溶液，哪一种磷光更强？
在分子或体系中存在重原子时，重原子会增加系间窜跃速度，导致荧光减弱，但却使磷光增强。由于氯仿的重原子效应比苯大，所以蒽在氯仿中的磷光比在苯中强。

第9 章紫外-可见吸收光谱法
9-1有机化合物分子电子跃迁？
有机化合物的电子跃迁主要有σ→σ*、n→σ* 、π→π* 、n→π*
能够在紫外-可见吸收光谱中反应出来的有：n→σ* 、π→π* 、n→π*
9-8（1）乙烯（2）1,3,5-己三稀（3）1,3-丁二烯哪个摩尔吸光系数大？
因为随着共轭体系得增加，π→π*跃迁的吸收峰会发生红移于增色效应，所以1,3,5-己三烯的吸收峰的摩尔吸光系数最大。

9-12全反式番茄红素的λmax和εmax
因为：A = −lgT = −lg0.42 = 0.377
按照朗伯-比尔定律：
=0.377/（2.5*2*1000）=7.54*10……-5=0.001/（0.1M）
所以：M=132.6g/mol

第10章红外吸收法
14-1、影响红外吸收峰强度的主要因素
解：影响红外吸收峰强度的主要因素：红外吸收的强度主要由振动能级的跃迁概率和振动过程中偶极矩的变化决定。从基态向第一激发态跃迁的概率大，因此基频吸收带一般较强。另外，基频振动过程中偶极矩的变化越大，则其对应的红外吸收越强。因此，如果化学键两端连接原子的电负性差异越大，或分子的对称性越差，则伸缩振动时化学键的偶极矩变化越大，其红外吸收也越强，这就是nC=O的强度大于nC=C的原因。一般来说，反对称伸缩振动的强度大于对称收缩振动的强度，伸缩振动的强度大于变形振动的强度。

14-16、下列哪一个化合物Vc=o吸收带在高频率？为什么？
解：

（a）                                      （b）
在影响基团频率的因素中，共轭效应使共轭体系具有两面性，且使其电子云密度平均化，造成双键略有伸长，单键略有缩短，因此双键的吸收频率向低波数方向位移。
较大53..共轭效应的苯基与C＝O相连，p－p共轭效应致使苯甲醛（a）中较乙醛中nC=O降低40 cm-1。对二氨基苯甲醛分子（b）中，对位推电子基二甲氨基的存在，使共轭效应增大，C＝O极性增强，双键性下降，nC=O较苯甲醛向低波数位移近30 cm-1。
14-18、顺式-1，2-环戊二醇的CCl4稀溶液，在3620cm-1及3455cm-1处出现两个吸收峰，为什么？
解：3620 cm-1处的吸收是游离OH的伸缩振动，而3450 cm-1处的吸收是由于形成了氢键，吸收波长向长波方向移动形成的。在CCl4稀溶液中只能形成分子内氢键，不易形成分子间氢键。从下面结构可以看出，只有顺式环戊二醇可以形成分子内氢键，所以在CCl4稀溶液中，顺式环戊二醇会在3450 cm-1处出峰，而反式环戊二醇则不出现。

顺式 1,2-环戊二醇        反式1,2-环戊二醇

第12章核磁共振波谱法
12-2自旋量子数为3/2的核有几种空间取向？
解：自旋量子数为I的核具有的磁能级为：2I＋1
即该核有2×＋1＝6中，每种磁能级的磁量子数分别为：5/2，3/2，1/2；-1/2，-3/2，-5/2。

12-4什么是化学位移？
用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称为化学位移。

12-5CNMR的化学位移和HNMR有何差别？
化学位移=(锁场场强-共振场强)/锁场场强不同碳的共振场强“差值”比氢核大，而碳的锁场场强（或共振场强）比氢核要小（只有氢核的1/4）。 所以，CNMR 谱的这个比值---“化学位移”---要远大于HNMR谱的。

第14章电位分析法
14-11某PH计的标度每改变一个PH单位，相当于电位的改变为60mV用斜率为50mV/pH的玻璃电极来测定pH为5.00的溶液，采用pH为2.00的标准溶液来测定，测定结果的绝对误差为多大？
解：因为对于pH电极，其电位为：E = k + s lg[H + ] = k − spH
所以， (pH - pH ) 50 (5.00 2.00) 150 (mV) x s ΔE = E − E = s = × − = s x
又因为每改变一个pH 单位，相对于电位改变60mV，所以150mV 的电位改变，相当于pH的改变为：ΔpH = 150 /60=2.5
所以，实际测量得到的pH 为：pH = pHs + ΔpH= 2.0 + 2.5 = 4.5
所以，测定结果的绝对误差为4.5-5.0= -0.5 个pH 单位。

14-19
（1）Ag+ + S2- = Ag2S； 选择用Ag2S 多晶膜电极；
（2）Ag+ + CN- = Ag(CN)2-；选择用Ag2S 多晶膜电极；
（3）NaOH + H2C2O4 = Na2C2O4 + H2O；选择pH 玻璃电极；
（4）Fe(CN)63- + Co(NH3)62+ = Fe(CN)64- + Co(NH3)63+；选择Pt⎢Fe3+, Fe2+电极(零类金属基电极)
（5）Al3+ + F- = Al(F)63-； 选择F-选择电极；
（6）H+ + 吡啶= 质子化的吡啶； 选择用pH 玻璃电极；
（7）2K4Fe(CN)6 + 3Zn2+ = Zn3K2[Fe(CN)6]2+ 6K+；选择K+玻璃电极
（8）H2Y2- + Co2+ = CoY2- +2 H+； 选择用Hg|HgY,CoY,Co2+电极(第三类金属基电极)

第18 章色谱法导论部分习题解答
18-1、试说明分离的含义及热力学限制，分析分离与制备分离的区别于联系。
答：利用待分离的各种组分在两相间的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同而进行分离的方法（也叫层析法或色层法）
速差迁移是因为不同组分在两相间的分配系数不同而引起的。按照()可见，速差迁移取决于色谱热力学因素，包括固定相与流动相的性质与组成，组分性质以及固定相与流动相的体积比。
分子离散是因为分子在色谱分离过程中存在涡流扩散、纵向扩散和传质阻力造成的，按照速率方程可知，分子离散取决色谱动力学因素，包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度、以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。

18-9试列出影响色谱峰区域扩张的因素。
答：影响色谱峰区域扩张的因素包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。

第19章气相色谱法
19-1、填充柱气象色谱仪与毛细管气象色谱仪流程有何差异？
答：与填充柱气相色谱相比，毛细管气相色谱仪的柱前增加了一个分流进样器，柱后增加了尾吹气路。样品经过气化后可以选择全部或部分进入色谱柱中，从柱后流出的样品则在尾吹气作用下得到富集并加速进入检测器，以减少峰展宽和提高检测灵敏度。

19-10、在气象色谱操作中，为什么程序升温？
答：气相色谱中的程序升温则是指在气相色谱分离过程中由低到高改变色谱柱炉温的操作方
法。使用程序生温的目的是为了提高分离的分辨率和加快分析速度，实现沸点相差很大的组分的混合物的有效和快速分离。

19-13设计下列式样测定色谱分析操作。
（1）乙醇中微量水：采用填充柱气相色谱，用高分子多孔微球为固定相，H2 或He 为流动相，采用热导池检测器检测。
（2）超纯N2 中的O2：采用填充柱气相色谱，用固体吸收剂为固定相，Ar 为流动相，采用电子捕获检测器检测。
（3）蔬菜中有机磷农药：采用毛细管气相色谱，用强极性固体液为固定相，H2 为流动相，
采用氮磷检测器检测。
（4）微量苯、甲苯和二甲苯：采用毛细管气相色谱，用非极性固定液为固定相，H2 为流动相，采用氢火焰离子检测器检测。

第20章液相色谱法
20-1、试与气象色谱，经典液相柱色谱比较说明高效液相色谱有那些基本特点，其色谱性能和应用范围有何异同？
答：与经典液相色谱相比，HPLC 柱更短、更细，填料粒径更小，填充更均匀，分离在高压下进行，并且具有在线检测的功能，因此具有高柱效、高灵敏度和快速分离的特点，可用于准确的定性和定量分析；经典液相色谱一般用于制备分离。
与气相色谱相比，HPLC 的流动相种类多，对分离的作用大；此外，HPLC 一般在常温、
高压和较低流速下，其柱效、灵敏度和分离速度都不如开管气相色谱好，但HPLC 种类很多，可以用于热不稳定和沸点高的化合物的分离，适用面更广；而GC 只能用于热稳定和500oC 可以气化的化合物的分离。

20-2、高效液相色谱仪有哪几个主要成分？他与气象色谱仪有何异同？
答：HPLC 仪器的主要组成部件有：流动相储器和溶剂处理系统、高压泵系统、进样系统、色谱柱、检测器；它与GC 仪器的相同点是：都有流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器；不同点是：
（1）流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器在HPLC 和GC 中各不相同；
（2）GC 中的有一个温控系统，控制进样系统、色谱柱和检测器的温度；而HPLC 中只有一个柱温箱，用于恒定色谱柱温度。
（3）HPLC 有一个高压泵系统，而GC 中不需要。

20-20、提出适合分离下列混合物的色谱方法。
（1）和
（2）CH3CH2OH CH3CH2CH2OH
（3）Ba2+和Sr2+
（4）C4H9COOH C5H11COOH
（5）高相对分子量糖苷
答：（a）两组分为同分异构体，用液固吸附色谱分离；
（b）两组分为强极性化合物，可以采用正相色谱分离；
（c）两组分为离子，采用离子交换色谱分离
（d）两组分为有机弱酸，可以采用反相色谱分离；
（e）分离组分为大分子化合物，使用凝胶色谱。
精心整理