仪器分析课程期末考试试卷与答案题解.pdf

1 北京化工大学 20122013 学年第二学期 仪器分析仪器分析期末考试试卷期末考试试卷 课程代码 C H M 2 2 4 0 0 T 班级： 姓名： 学号： 分数： 题号 一 二 三 四 总分 得分 一、单项选择题一、单项选择题 ( (每题每题 2 2 分，共分，共 3030 分分) ) 1. 离子选择性电极的选择性常用选择性系数Kij的大小来衡量 ( )。 （A）Kij值越大表明电极选择性越高； (B) Kij值越小表明电极选择性越低； （C）Kij值越小表明电极选择性越高； ( D) Kij通常大于1，但偶尔小于1。 2. 色谱流出曲线可以获得以下重要信息 ( )。 (A) 色谱图上出现4个色谱峰，可以判断样品中最多含有4个组分； (B) 标准偏差是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半； (C) 保留时间指流动相流过色谱柱的时间； (D) 半峰宽是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半。 3. 下面哪一个不是谱带展宽柱内效应 ( )。 (A)涡流扩散； (B)检测器死体积大； (C)传质阻力； (D)分子扩散。 4. 可以概述两种原子光谱（吸收、发射）产生机理的是（ ） 。 (A) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱； (B) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁； (C) 能量与气态原子外层电子相互作用； (D) 辐射能使原子内层电子产生跃迁。 5. 在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时 ( )。 2 (A) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现； (B) 屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现； (C) 屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现； (D) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。 6. 下列化合物中的质子化学位移最大的是 ( )。 (A)CH3Br；(B) CH3BI； (C) CH3F； （D）CH4 7. 在液相色谱中，梯度洗脱适用于分离( )。 (A) 极性变化范围宽的样品；(B) 沸点相差较大的样品； (C) 极性非常相近的样品； (D) 异构体。 8. 用 NaOH 滴定草酸的滴定体系中使用（ ）为指示电极。 (A) 玻璃电极 (B) 甘汞电极 (C) 银电极 (D) 硫化银膜电极 9. 原子吸收光谱法中的物理干扰消除方法是 ( )。 (A) 释放剂；(B) 保护剂；(C) 扣除背景；(D) 标准加入法。 10. 羰基化合物RCOR、 RCOCl、 RCOH和RCOF中， C=O伸缩振动频率最高是 （ ） 。 （A）RCOCl；（B）RCOR； （C）RCOF； （D）RCOH 11. 一种酯类(M=116), 质谱图上在m/z57(100%), m/z29(27%)及m/z43(27%)处均有离 子峰, 初步推测其可能结构如下，试问该化合物结构为( )。 (A) (CH3)2CHCOOC2H5 (B) CH3CH2COOCH2CH2CH3 (C) CH3(CH2)3COOCH3 (D) CH3COO(CH2)3CH3 12. 在某化合物的质谱上，M 和(M2)峰的相对强度约为 1：1，由此，大致可以推 断该化合物存在（ ） 。 (A) 氧的同位素； (B) 硫的同位素； (C) 溴的同位素； (D)氯的同位素。 13. 不能采用原子发射光谱分析的物质（ ） 。 (A)碱金属；(B)有机物和大多数非金属元素；(C)稀土元素；(D)过渡金属。 14下列化合物中，同时有 n*，*，*跃迁的化合物是 ( )。 (A) 一氯甲烷； (B) 丙酮； (C) 1,3-丁二烯； (D) 甲醇 15. 红外光谱固体样品一般采用的制样方法是 ( )。 (A)直接研磨压片； (B)与 KBr 混合研磨压片； (C)配成有机溶液； (D)配成水溶液。 3 二、填空题（每题二、填空题（每题 2 2 分，共分，共 2020 分）分） 1. 高分子化合物分子量及分子量分布通常使用的色谱法是 。 2. 在原子吸收法中, 火焰原子化法与石墨炉原子化法相比较, 测定的灵敏 度 ，主要是因为后者比前者的原子化效率 。 3. 测定溶液 pH 时，使用 电极为参比电极， 电极为指示 电极。 4液相色谱流动相常使用 黏度的溶剂，目的是减少溶质的 ， 提高柱效。 5. 紫外-可见、 红外、 原子吸收光谱法定量依据是一个相同的定律是： 。 6. 质谱仪器主要 、 、 、 和 显示与记录系统等部件构成。 7. .核磁共振波谱法分析中， 常以 中氢核共振时的磁场强度为标准 （简 称 TMS） ，规定它的化学位移为零。 8. 与其它光谱仪相比， 傅里叶变换红外光谱仪最大的不同之处是 。 9紫外可见分光光度计的玻璃样品池可用于 ,而不能用于 。 10. 在反相色谱中，极性 的组分先出峰，而在正相色谱中，极性 的 组分先出峰 三三、简答题和计算题简答题和计算题 ( (共共 2626 分分) ) 1 （ （5 分）分）重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、 汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其 中一种方法原理及仪器构成。中一种方法原理及仪器构成。 4 2(5 分分) 富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作 为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员，为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员， 需要用一台需要用一台高效液相色谱高效液相色谱仪器分析某蛋糕生产商的仪器分析某蛋糕生产商的富马酸二甲酯的含量， 如何优化富马酸二甲酯的含量， 如何优化 色谱条件准确测定富马酸二甲酯？色谱条件准确测定富马酸二甲酯？ 3(5 分分) 简述简述标准加入标准加入法定量比标准曲线法准确的原因。法定量比标准曲线法准确的原因。 5 4(5 分分) 用分光光度法同时测定废液中用分光光度法同时测定废液中 MnO4- 和和 Cr2O72- 的含量，用的含量，用 1 cm 比色比色 皿在波长皿在波长 1 = 440 nm 处测得水样吸光度处测得水样吸光度 A = 0.365, 在波长在波长 2 = 545 nm 处测得吸光处测得吸光 度度 A = 0.682，请计算废液中，请计算废液中 MnO4-和和 Cr2O72- 的摩尔浓度的摩尔浓度 （已知（已知 Cr2O72- 的的 1 = 370，2 = 11.0； MnO4- 的的 1 = 93.0，2 = 2350）。 5. （6分） 在分） 在 1m长的填充柱上， 某化合物长的填充柱上， 某化合物 A及其异构体及其异构体 B的保留时间分别为的保留时间分别为5.80min 和和 6.60min；峰宽分别为；峰宽分别为 0.78min 和和 0.82min，空气通过色谱柱需，空气通过色谱柱需 1.10min。计算：。计算： （1）组分）组分 A 和和 B 的的分离度分离度；（；（2）组分）组分 A 和和 B 达到完全分离时所需柱长。达到完全分离时所需柱长。 6 1600 1580 1710 2820 2720 2960 780 690 四、谱图解析四、谱图解析( (每题每题 8 8 分，共分，共 2424 分分) ) 1某化合物的分子式为某化合物的分子式为 C8H8O，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出 推断过程。推断过程。 7 2某化合物的分子式为某化合物的分子式为 C10H12O2， 1H-NMR 谱图如下，试推测化合物的结构 谱图如下，试推测化合物的结构，并，并 说明依据说明依据。 8 3某化合物的分子式为某化合物的分子式为 C5H10O2，其，其质质谱图如下，请推断其分子结构式，写出推谱图如下，请推断其分子结构式，写出推 断过程。断过程。 9 北京化工大学20122013学年第二学期 仪器分析仪器分析期末考试期末考试答案题解答案题解 课程代码 C H M 2 2 4 0 0 T 班级： 姓名： 学号： 分数： 题号 一 二 三 四 总分 得分 一、一、单项单项选择题选择题 ( (每题每题 2 2 分，共分，共 3 30 0 分分) ) 1. 离子选择性电极的选择性常用选择性系数Kij的大小来衡量 ( C )。 （A）Kij值越大表明电极选择性越高； (B) Kij值越小表明电极选择性越低； （C）Kij值越小表明电极选择性越高； ( D) Kij通常大于1，但偶尔小于1。 2. 色谱流出曲线可以获得以下重要信息 ( B )。 (A) 色谱图上出现4个色谱峰，可以判断样品中最多含有4个组分； (B) 标准偏差是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半； (C) 保留时间指流动相流过色谱柱的时间； (D) 半峰宽是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半。 3. 下面哪一个不是谱带展宽柱内效应 ( B )。 (A)涡流扩散； (B)检测器死体积大； (C)传质阻力； (D)分子扩散。 4. 可以概述两种原子光谱（吸收、发射）产生机理的是（ C ） 。 (A) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱； (B) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁； (C) 能量与气态原子外层电子相互作用； (D) 辐射能使原子内层电子产生跃迁。 10 5. 在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时 ( C )。 (A) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现； (B) 屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现； (C) 屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现； (D) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。 6. 下列化合物中的质子化学位移最大的是 ( C )。 (A)CH3Br；(B) CH3BI； (C) CH3F； （D）CH4 7. 在液相色谱中，梯度洗脱适用于分离( A )。 (A) 极性变化范围宽的样品；(B) 沸点相差较大的样品； (C) 极性非常相近的样品； (D) 异构体。 8. 用 NaOH 滴定草酸的滴定体系中使用（ A ）为指示电极。 (A) 玻璃电极 (B) 甘汞电极 (C) 银电极 (D) 硫化银膜电极 9. 原子吸收光谱法中的物理干扰消除方法是 (D )。 (A) 释放剂；(B) 保护剂；(C) 扣除背景；(D) 标准加入法。 10. 羰基化合物RCOR、 RCOCl、 RCOH和RCOF中， C=O伸缩振动频率最高是 （ C ） 。 （A）RCOCl；（B）RCOR； （C）RCOF； （D）RCOH 11. 一种酯类(M=116), 质谱图上在m/z57(100%), m/z29(27%)及m/z43(27%)处均有离 子峰, 初步推测其可能结构如下，试问该化合物结构为( B )。 (A) (CH3)2CHCOOC2H5 (B) CH3CH2COOCH2CH2CH3 (C) CH3(CH2)3COOCH3 (D) CH3COO(CH2)3CH3 12. 在某化合物的质谱上，M 和(M2)峰的相对强度约为 1：1，由此，大致可以推 断该化合物存在（ C ） 。 (A) 氧的同位素； (B) 硫的同位素； (C) 溴的同位素； (D)氯的同位素。 13. 不能采用原子发射光谱分析的物质（ B ） 。 (A) 碱金属； (B) 有机物和大多数非金属元素； (C) 稀土元素； (D) 过渡金属。 14下列化合物中，同时有 n*，*，*跃迁的化合物是 ( B )。 (A) 一氯甲烷； (B) 丙酮； (C) 1,3-丁二烯； (D) 甲醇 11 15. 红外光谱固体样品一般采用的制样方法是 ( B )。 (A) 直接研磨压片；(B) 与 KBr 混合研磨压片； (C) 配成有机溶液；(D) 配成水溶液。 二、填空题（每题二、填空题（每题 2 2 分，共分，共 2020 分）分） 1. 高分子化合物分子量及分子量分布通常使用的色谱法是 排阻或凝胶色谱排阻或凝胶色谱。 2. 在原子吸收法中, 火焰原子化法与石墨炉原子化法相比较, 测定的灵敏度 低低 ，主要是因为后者比前者的原子化效率 高高 。 3. 测定溶液 pH 时， 使用 饱和甘汞饱和甘汞 电极为参比电极， 玻璃 电极为指示电极。 4液相色谱流动相常使用 低低 黏度的溶剂，目的是减少溶质的 传质阻力传质阻力 ，提 高柱效。 5. 紫外-可见、红外、原子吸收光谱法定量依据是一个相同的定律是： 朗伯朗伯-比尔比尔 定律定律 。 6. 质谱仪器主要由 进样系统进样系统 、 离子源离子源 、 质量分析器质量分析器 、 检测器检测器 和显示与记 录系统等部件构成。 7. .核磁共振波谱法分析中， 常以 四甲基硅烷四甲基硅烷 中氢核共振时的磁场强度为标准 （简 称 TMS） ，规定它的化学位移为零。 8. 与其它光谱仪相比， 傅里叶变换红外光谱仪最大的不同之处是 没有色散元件没有色散元件 。 9紫外可见分光光度计的玻璃样品池可用于 可见区可见区 ,而不能用于 紫外区紫外区 。 10. 在反相色谱中，极性 大大 的组分先出峰，而在正相色谱中，极性 小小 的组分 先出峰 三三、简简答题答题和计算题和计算题 ( (共共 2 26 6 分分) ) 1 （5 分）分）重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、 汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其 中一种方法原理及仪器构成。中一种方法原理及仪器构成。 解答解答：原子吸收光谱法：根据物质的基态原子蒸气对同类原子的特征辐射的吸收作 用来进行元素定量分析的方法。原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分：光源、原 12 子化器、单色器和检测器。 原子发射光谱法：根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待 测元素进行分析的方法。 原子发射光谱分析的仪器包括三大部分：光源、单色器和检测器。 2(5 分分) 富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作 为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员，为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员， 需要用一台需要用一台高效液相色谱高效液相色谱仪器分析某蛋糕仪器分析某蛋糕产品中产品中的的富马酸二甲酯的含量， 如何优化富马酸二甲酯的含量， 如何优化 色谱条件准确测定富马酸二甲酯？色谱条件准确测定富马酸二甲酯？ 解答：解答： （1）色谱条件的选择和优化（包括检测波长的选择、流动相的选择） ； （2）标准曲线绘制（配制一系列标准溶液，考察富马酸二甲酯的线性范围和检出 限） ； （3）采用一定的样品前处理方法对蛋糕中的富马酸二甲酯进行有效提取，尽 量去除基质的影响，并将建立的液相色谱方法用于经前处理的蛋糕样品中富马酸二 甲酯含量的测定。 3(5 分分) 简述简述标准加入标准加入法定量比标准曲线法准确的原因。法定量比标准曲线法准确的原因。 解答：解答：标准曲线法是将贮备标准液稀释为所需要的标准系列，用零浓度调仪器零点 后，依次由低到高浓度测量标准液的吸光度(或峰高、面积)，同时测定样品和样品 空白的吸光度(或峰高、面积)，以标准液浓度为横坐标，对应的吸光度(或峰高、面 积)为纵坐标， 绘制标准曲线。它一般适用于已知样品的基本成分和标准液的基本成 分相接近的样品。 标准加入法是分别在数份相同体积样品液中加入不等量的标准液，一定要有一 份相同体积样品液中加入的标准液为零，按照上面绘制标准曲线的步骤测量吸光度 (或峰高、面积)，以加入的标准液浓度为横坐标，对应的吸光度(或峰高、面积)为纵 坐标，绘制标准曲线，用外推法(延长标准曲线和横坐标相交的数的绝对值)就可得 到样品液浓度。它一般适用于组份较复杂的未知样品，能消除一些基本成份对测定 的干扰，并消除工作条件的变化对测定结果的影响，但对测定的未知成分含量要粗 略估计一下，加入的标准液要和样品液浓度接近。 13 4(5 分分) 用分光光度法同时测定废液中用分光光度法同时测定废液中 MnO4- 和和 Cr2O72- 的含量，用的含量，用 1 cm 比色比色 皿在波长皿在波长 1 = 440 nm 处测得水样吸光度处测得水样吸光度 A = 0.365, 在波长在波长 2 = 545 nm 处测得吸光处测得吸光 度度 A = 0.682，请计算废液中，请计算废液中 MnO4-和和 Cr2O72- 的摩尔浓度的摩尔浓度 （已知（已知 Cr2O72- 的的 1 = 370，2 = 11.0； MnO4- 的的 1 = 93.0，2 = 2350）。 解答：解答：设 MnO4-和 Cr2O72- 的摩尔浓度分别为 C1和 C2, 根据吸光度的加和性可得出 0.365 = 370 C1 + 93.0 C2 0.682 11.0 C1 + 2350 C2 解联立方程，求得 C1 = 2.86 10-4 mol/L; C2 = 9.15 10-4 mol/L。 5. （6分）分） 在在 1m长的填充柱上， 某化合物长的填充柱上， 某化合物 A及其异构体及其异构体 B的保留时间分别为的保留时间分别为5.80min 和和 6.60min；峰宽分别为；峰宽分别为 0.78min 和和 0.82min，空气通过色谱柱需，空气通过色谱柱需 1.10min。计算：。计算： （1）组分）组分 A 和和 B 的的分离度分离度；（；（2）组分）组分 A 和和 B 达到完全分离时所需柱长。达到完全分离时所需柱长。 解：解：（1）组分 A 和 B 的分离度 0 . 1 82. 078. 0 )8 . 56 . 6(2)(2 21 WW tt R RARB 所以，组分 A 和 B 的分离度 R=1.0。 （2）组分A和B达到完全分离时所需柱长 1 5 . 1 1 L 求得L= 2.25米， 所以组分A和B达到完全分离时所需柱长为2.25米。 14 1600 1580 1710 2820 2720 2960 780 690 四、谱图解析四、谱图解析( (每题每题8 8分，共分，共2424分分) ) 1某化合物的分子式为某化合物的分子式为 C8H8O，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出 推断过程。推断过程。 解答：解答：不饱和度 = ( 28 + 2-8 ) / 2 = 5， 因为 4，所以化合物可能含有苯环外加一个双键； 1600，1580 cm1，苯环伸缩振动； 1710 cm1，C=O 伸缩振动，波数较低，说明 C=O 有可能与苯环共轭； 2820，2720 cm1，醛基 C-H 伸缩振动（费米共振导致峰的裂分） ； 2960cm1，甲基伸缩振动； 指纹区 780，690 cm1，说明苯环间位取代。 所以，该化合物可能是 15 2某化合物的分子式为某化合物的分子式为 C10H12O2， 1H-NMR 谱图如下，试推测化合物的结构 谱图如下，试推测化合物