仪器分析复习题[1].doc

第一章 绪论1 仪器分析：以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。这类分析方法一般要依靠仪器来完成，故习惯上称为仪器分析。2 仪器分析方法分类：光谱分析（红外、紫外-可见）电分析（电流分析，电位分析，电导分析，电重量分析，库仑法，伏安法）、分离分析（色谱、电泳、质谱）其他分析（电子显微镜、超速离心机、放射性技术）3 定量分析方法的评价指标：灵敏度、精密度、准确度、检出限。第二章 光谱分析导论1 光谱区中紫外、可见、红外对应的波长范围？ 紫外（200-380nm）可见（380-780nm）近红外（780-2500nm）中红外（2.5-50um）远红外（50-300um）2 原子光谱和分子光谱的比较?原子光谱：原子基态与激发态能量差E=1-20eV，与紫外-可见光的光子能量相适应，特征是线状光谱分子光谱：相邻电子能级间的能量差Ee=1-20eV，与紫外-可见光的光子能量相适应，特征是线状光谱 相邻振动能级间的能量差Ev=0.05-1eV,与中红外区的光子能量相适应，特征是带状光谱 相邻转动能级间的能量差Er0.05eV, 与远红外区的光子能量相适应，特征是带状光谱3 实际光谱与理论光谱的主要差别以及造成这些差别的主要原因是什么？理论上原子光谱和分子光谱都是由一条条不连续的谱线组成，因为能级是分裂的、不连续的、量子化的，每条谱带相应于一种波长或一种能量的光子。实际上，原子光谱由于基态与不同激发态之间的能级差远远大于宽度约1*10-3nm数量级的谱线，所以呈线状光谱。而分子光谱由于光谱仪获得的光谱中谱线的波长宽度大大扩张，所以是带状光谱。分子实际光谱中谱线扩张的原因主要有两个：一是跃迁产生的光子能量有一定的能量离散（由于测不准原理、相对论效应以及个能级间能量差很小）。二是目前仪器的色散元件还难以将分子光谱中的谱带完全分开和真实的记录下来。4 荧光与磷光产生的量子解释及其区别？荧光：激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,然后再回到基态的其它振动能级并发射光子的发射光称荧光。荧光的发射波长比入射光的波长长磷光：激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,它不直接跃迁回到基态而是转入到亚稳的三重态,分子在三重态的寿命较长(从10-4 sec.到10sec.),然后再回到基态的其它振动能级并发射光子,这种发射光称磷光。5 色散型光谱仪中吸收光谱仪和发射光谱仪在光路上的异同？光谱仪的基本构成: 吸收光谱仪发射、磷光荧光、散射光谱仪磷光光谱散射光谱分子光谱仪A. *C. *原子光谱仪B. * D1.D2. * *光源、单色器、样品池、原子化器 、检测器、信号转换处理器、显示器 第三章 紫外-可见光谱法1 生色团和助色团的概念? 生色团：含有键的不饱和基团。 助色团：一些原子和原子团不吸收200-800nm范围内的光,但与生色团结合后,具有能使生色团的吸收峰向长波或短波方向移动的作用,这样的原子或原子团称为助色团。2 分子外层电子跃迁的类型？*，*，* , * 哪两种跃迁是有用的？* , * 其摩尔吸收系数有何区别？* 跃迁摩尔吸收系数很小,仅在10-100范围内。* 跃迁摩尔吸收系数很大,达到1000-100000。 溶剂极性对这两类跃迁的影响？极性增加时，* 跃迁产生的吸收峰通常向短波方向移动（蓝移）* 跃迁产生的吸收峰通常向长波方向移动（红移）3 红移效应及有机化合物结构对此效应的影响？ 当分子含有多个键,并且被单键隔开时,共轭效应增加,* 跃迁能量更低,吸收光谱最大吸收峰向长波方向移动,摩尔吸收系数增大。称红移效应(red shift effect)。共轭体系越大，红移越明显，摩尔吸收系数增大越多。4 紫外-可见分光光度计的基本组成？紫外-可见分光光度计在可见区和紫外区使用的光源有何不同？ * 可见区：钨丝灯或卤素灯，适用波长区域：320-25000nm，光源辐射能量与工作电压4次方成正比，仪器必须配有稳压装置。紫外区：氢灯或氘灯，适用波长区域：180-375nm，氘灯应用最广泛，光强度比相同功率氢灯大3-5倍5 朗伯比尔定律的表达式及其造成偏差的主要原因？A Kcl 造成偏差的主要原因：1 非单色光的影响：由出射狭缝投射到被测物质上的光并不是理论上要求的单色光，而是一个有限宽度的谱带，称为光谱带宽，随着带宽的增大，吸收光谱的分辨率下降，并偏离比尔定律。2 非吸收光的影响：当来自出射狭缝的光的光谱带宽大于吸收光谱谱带时，投射在试样上的光中就含有非吸收光，不仅导致灵敏度的下降，而且使校正曲线弯向横坐标轴，偏离比尔定律。3 散射的影响：当被测试样中含有悬浮物或胶粒等散射质点时，入射光通过试样时会有部分光因散射而损失，使投射光强度减小，实测吸光度增大，偏离比尔定律。4 其他因素的影响：如入射光不垂直于吸收池的光学面、荧光发射、化学因素等等。6 吸光度与透光率的转换？ AlogT 测量最理想范围为：T70% - 15% A0.150-0.7007 紫外-可见分析中仪器条件如何选择？ 1.测量波长的选择 A优先选择最大吸收波长B 最大波长受到共存杂质干扰时,选择次强波长。C 最大波长的吸收峰太尖锐,测量波长难以重复时,选择次强波长。 2.透过率或吸光度的范围的选择:选择T15%-70%或A0.150-0.800之间。 3.狭缝宽度的选择 定性分析：选择较小的狭缝,以尽量保留振动能级跃迁的精细结构。 定量分析：在吸光度稳定的情况下,选用最少狭缝。 4.样品池选择 根据测定波长、溶液浓度(选择L)等选择。第四章 原子吸收光谱法1 共振吸收线：电子从基态跃迁至最低激发态所吸收的谱线。共振发射线: 电子从激发态返回基态时所发射的谱线。 共振线: 共振吸收线和共振发射线的总称。 共振吸收: 基态原子对共振线的吸收。分析线: 共振线和一般吸收线均可作为分析线。2 影响原子谱带变宽的因素有哪些？何为主要因素？ A、自然宽度 原子发生能级间跃迁时，激发态原子寿命不一样而产生。 B、多普勒变宽(热变宽) 原子无规则的热运动产生。 C、劳伦茨（压力）变宽 原子间或原子同其它粒子的碰撞使原子的基态能级稍有变化，因而吸收谱线变宽。 a.赫尔兹马克变宽(共振变宽) 由同种原子碰撞引起。 b.罗伦茨变宽 由不同种原子碰撞引起。 D、自吸变宽 由光源周围温度较低的原子蒸气吸收同种原子发射线而导致的谱线变宽。 E、埸致变宽 由强电埸和强磁埸引赶起。在原子吸收分析中，对于原子化过程，主要防止热变宽和压力变宽;对与产生特征谱线的空心阴极灯，主要防止热变宽和自吸变宽。3在原子吸收光谱分析中，为什么要用峰值吸收代替积分吸收？实现峰值吸收必须满足的条件是什么？ 在温度不太高而且能保持稳定的条件下，如果满足发射线和吸收线的中心波长相同，则待测元素对中心波长的吸收系数（峰值吸收）与该种元素的原子浓度成正比，从而解决了原子吸收的测量问题。必须满足的条件是：锐线光源发射的谱线的中心波长与原子吸收的中心波长完全一致；锐线光源的谱线半宽度比原子吸收谱线半宽度更窄，一般为1/5。4 简述空心阴极灯的构造和工作原理？ 构造：空心阴极、钨制阳极、玻璃管、光学窗口（所需透过辐射波长370nm用普通玻璃）机理: 当施加300-400伏直流电压时,阴极发射出的电子在电场作用下,高速飞向阳极,途中与惰性气体碰撞而使其电离,正离子又在电场作用下被大大加速飞向阴极,对阴极表面猛烈轰击,使金属原子被溅射出来,被溅射出来的原子再与电子、原子、离子等粒子互相碰撞而被激发,从而发射出被测元素的特征谱线。5原子化的方法有：火焰原子化法，非火焰原子化法，氢化物原子化法三类，火焰原子化器包括雾化器，雾化室，燃烧器三部分，石墨炉原子化法包括干燥，灰化、原子化，净化等阶段。6原子吸收光谱中单色器的作用是：将待测元素的光谱与相邻的谱线即干扰谱线分开，选出有用谱线。7原子吸收光谱中单色器的位置和紫外分光光度计有何不同，为什么？ 紫外分光光度计的单色器位于光源之后，样品池之前。而原子吸收分光光度计的单色器位于原子化器和检测器的中间，目的是防止原子化时产生的辐射干扰进入检测器，避免强烈辐射引起的光电倍增管疲劳。8原子吸收干扰的类型有哪些，其消除方法有哪些？一、 光谱干扰：当测定某一元素时,另一元素的光谱线相距很近,亦参与吸收,干扰测定。消除办法:另选分析线二、背景干扰：由于背景吸收造成。消除办法：A.化学消除法：分离干扰杂质或富集并分离被测元素后测定。B.氘灯连续光源扣除法C.利用塞曼效应扣除背景三、化学干扰：待测元素与共存物在火焰中发生化学反应而引起原子化程度的改变。消除方法：A.加入释放剂 加入与干扰物形成更稳定的或更难挥发的化合物, 使待测元素从与干扰物相结合的化合物中释放出来。 B.加入保护剂： 加入一种保护剂使其与待测元素形成稳定络合物,防止与干扰物作用。 C.加入络合剂使其与干扰物形成更稳定化合物。D.加入缓冲剂,在标准和试样中均加入过量干扰物, 使干扰达到饱和, 趋向于稳定。 四、电离干扰：基态原子进一步电离,使基态原子数减少。 消除办法:A .加入消电离剂,加入一种可提供自由电子的易电离的物质, 使其优先电离。 B、改变火焰类型和燃烧状态,如测定碱金属时,采用较低温度的空气-丙烷或空气-氢气火焰。五、物理干扰：由于基体溶液引起物理性质变化,如密度,粘度,表面张力等,影响原子化程度改变而产生的干扰。消除办法: A. 使标准溶液与试样溶液组成一致,从而抵消。 B. 采用标准加入法。C. 稀释或加入适有机溶剂9氘灯校正背景的简单原理： 氘灯产生的连续光谱进入单色器狭缝，通常比原子吸收线 宽度 大一百倍左右。氘灯对原子吸收的信号为空心阴极灯原子信号的0.5%以下。由此，可以认为氘灯测出的主要是背景吸收信号，空心阴极灯测的是原子吸收和背景信号，二者相减得原子吸收值。氘灯校正法已广泛应用于商品原子吸收光谱仪器中。10原子吸收分析条件的选择1. 分析线的选择：选择元素的共振线。2. 狭缝的选择：以排除干扰和具有一定透光强度为原则。3. 灯电流的选择：在保证空心阴极灯有稳定辐射和 足够的入射光强度条件下，使用最低灯电流。4、原子化条件选择 火焰原子化法：选择火焰类型和调节燃气与助燃气比例。 石墨炉原子化法：通过实验选择合适的干燥、灰化、原子化及除残等阶段的温度和持续时间。11有关灵敏度的计算 灵敏度：定义: 某待测元素产生1%吸收时(即A0.0044)的对应浓度。 单位 PPM/1%, 即 ug/ml/1% ，公式 : S0.0044CA 第五章红外光谱法1基频：指基团由基态向第一振动能级跃迁产生的红外吸收频率2倍频： 基频以外的其他振动能级跃迁产生的红外吸收频率统称为倍频3产生红外吸收的条件是什么，是否所有的分子都能产生红外吸收光谱？为什么？ 产生红外吸收的条件是： 1）辐射光子具有的能量和发生振动跃迁所需的能量相等， 2）辐射与分子之间有偶合作用发生 产生红外吸收谱带的条件是：1）只有在振动过程中偶极矩发生变化的那种振动方式, 才能吸收红外幅射,在红外光谱中出现吸收谱带。这种方式称红外活性的,否则称红外非活性的。2）只有符合V=1,2.的跃迁才会产生红外吸收带。4多原子分子振动有几种方式？ 1）伸缩振动，即沿键轴方向伸缩，使键长发生变化的振动，有对称伸缩振动(用 VS表示)和反对称伸缩振动两种(亦称不对称伸缩振动,用VAS表示)。 2）弯曲振动(变形振动)，即键角发生变化的振动。有面内弯曲振动: 剪式振动()和平 面摇摆振动()。面外弯曲振动:扭曲振动()和非平面摇摆振动()。 5简述色散型红外光谱仪和富立叶变换红外光谱仪的区别。1）色散型红外仪器通常是双光束的，纵坐标准确度比较高；富立叶变换红外仪器是单光束仪器，用于光学测试是纵坐标准确度有问题。 2）富立叶变换红外光谱仪有以下优点： A.分辨率高 B.波数精度高 C. 扫描时间快FT-IR 1秒钟可扫完全图谱D. 光谱范围宽 E. 灵敏度高3）色散型红外光谱仪是频率域光谱仪，比较简单。富立叶变换红外光谱仪是时间域光谱仪, 需要进行FTIR变换后得到频率域光谱图. 6红外光谱法对试样有什么要求？ 1）必须是预先将样品提纯至98%以上 2）样品不应该含有水分 3）所用溶剂必须对红光不吸收，以免干扰 4）试样的浓度和测试厚度应该选择正确，以使光谱图中的大多数吸收峰的透过比处于 10%-80%范围内，7简单化合物的红外图谱的结构推测第八章 色谱法导论1保留时间：t R 从进样至组分出现浓度极大点时的时间2死时间：t0R 从进样至情性组分出现浓度极大点时的时间。3相对保留值 () 亦称分离因子或选择性因子, t R1/ t R24分离度（R）亦称分辨率,是指相邻两个峰的分离程度。R越大，相邻两组分分离越好。5半峰宽 (用 W 1/2 或 Y 1/2 表示,亦有用 2X 1/2表示)6简述塔板理论及其物理意义，并用塔板理论说明柱长和柱数的关系 1)塔板理论的基本假设：A.柱内各段塔板高度 H不变，柱子塔板数 N = L/H B.在塔板高度 H 内，组分在两相间达到瞬时平衡。C.流动相以脉冲方式进入一个体积。 D.分配系数K在每个塔板上均不变，是常数。E.组分加在0号塔板上，轴向扩散可忽略。2)塔板理论的物理意义:A、N说明组分在柱中反复分配平行的次数的多少，N越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显，柱效越高。B、形象地说明了色谱柱的柱效，是反映柱效能的指标。C、能很好地解释色谱图，如曲线形状、浓度最大值位置、色谱峰的宽度和保留值的关系等。 3)柱长和柱效的关系 理论塔板数: L tR tR N = = 16（ ）2 = 5.54（）2 H Yi Y1/2 N越大，柱效越高。即在塔板高度不变的情况下，柱长越长，塔板数越大，柱效越高第十章 气相色谱法1 画出GC的流程示意图（六大系统）并解释各部件的作用气路系统：提供稳定而具有一定流量（流速）载气气流的部件进样系统：由气化室和进样器（常采用微量注射器或六通阀）组成。为液体或固体样品进行气化的装置分离系统：为装有固定相的色谱柱，GC色谱柱有填充柱和毛细管柱。检测系统：把经色谱柱后流出物质的信号转变为电信号的装置。常用的有TCD、FID、ECD等。记录和数据处理系统：记录色谱保留值、峰高或峰面积的温度控制系统：温控部件、程序升温部件是对气相色谱仪的柱箱、检测器和气化室或辅助加热区进行控制。2 进样系统包括哪两部分？进样器和气化室3 填充柱和毛细管柱的区别？填充柱 毛细管柱 柱型 形，螺旋形 螺旋形 材料 不锈钢，玻璃 玻璃，弹性石英 柱长 0.56米 30500米 柱内径 26mm 0.1-0.5mm 特性 渗透性小，传质 渗透性大，C小， 阻力大, n低， n高，速度快 速度慢 4 试述氢火焰离子化检测器、热导池检测器、电子捕获检测器、氮-磷检测器和火焰光度检测器的类型和适用范围？热导池检测器常用哪两种气体做载气？为什么？氢火焰离子化检测器：质量型、破坏型检测器。灵敏度高、线性范围宽、响应快，应用范围广，只对碳氢化合物产生信号，适合于痕量有机物的分析。热导池检测器：通用型、非破坏型检测器。适用于几十万分之一以上组分测定；灵敏度较低。电子捕获检测器：对电负性基团具有高度选择性，对非电负性基团无响应；灵敏度高；线性范围窄。适合农药残留量的检测。氮-磷检测器：又称热离子检测器，对含氮、磷化合物具有高度选择性。火焰光度检测器：又成为硫磷检测器，对含硫、磷化合物具有高灵敏度选择性。氢气和氦气，因为被测物质与载气的导热系数相差越大，测量的灵敏度越高。氢气有较大的热导率，较为常用，氦气热导率也较大，但是价格较贵。5 气相色谱定性和定量的方法有哪些？使用归一化法和内标法定量时必须满足的条件是什么？定性分析：1. 根据保留值与已知物（标准物）对照定性(1)利用保留时间定性（tR法定性需要严格控制色谱条件和进样量。（2）利用峰高增量定性（3）利用双柱或多柱定性2.与其它分析仪器联用定性（检测器定性法）（1）色-质联用定性（GC/MS)定性（2）色谱-红外光谱联用（GC/FT-IR）定性法定量分析：1.外标法(标准曲线法)12.归一化法（面积归一化和峰高归一化）3.内标法（试样中加入一定量的标准物，再进样分析）必须满足的条件：归一化法：所有组分必须全部流出色谱柱并产生响应信号和测出峰面积。内标法：内标物纯度要高，结构与待测组分相似；内标峰与组分峰靠近且很好分离；内标物和被测组分浓度相似；每次需准确称量内标和样品。6 气固色谱固定相有哪几类？多孔高聚物（高分子多孔微球）；分子筛；氧化铝 ；硅胶；碳质吸附剂（活性碳）7 气液色谱固定相包含哪两部分？担体分为哪两类？红色担体和白色担体的区别？担体常用什么方法处理？载体（担体）和固定液担体按化学成分分为硅藻土担体和非硅藻土担体，硅藻土担体又分为红色担体和白色担体。红色担体 -主要用于非极性固定液。白色担体 -主要用于极性固定液。处理办法：A酸洗:6N HCl处理半小时,洗至中性。目的:除去担体中的金属氧化物。B碱洗:5% KOH-甲醇回流,洗至中性。目的:除去担体中的酸性氧化物,如三氧化二铝。C硅烷化处理目的：除去硅醇结构。8 气液色谱固定液的选择原则和组分流出顺序的判断1) 相似性原则 非极性样品选用非极性固定液(主要作用力为色散力)。流出顺序:沸点低的先流出,同沸点的极性组分先流出。 中等极性样品选用中等极性固定液(主要作用力为色散力和诱导力)流出顺序: 沸点低的先流出, 同沸点的极性小的组分先流出。 强极性样品选用强极性固定液(主要作用力为静电力)。流出顺序: 极性低的先流出。2) 利用固定液与组分之间的特殊作用力选择形成氢键样品选择氢键型固定液。流出顺序:形成氢键能力小的先流出。9 载气在毛细管柱和填充柱中的阻力用什么参数来衡量？二者有何不同？用比渗透率B0 来衡量，公式如下： LuB0= j P毛细管柱的B0高出填充柱100多倍；毛细管柱载气流量一般为每分钟几毫升，比填充柱少2倍以上。10 速率理论在毛细管气相色谱和填充柱气相色谱中的不同及意义？速率理论在填充柱色谱中的表达式如下： 2DM 2kdf2 0.01(k)2 dp2H = 2dp + +( + ) U U 3(1+k)2 Ds (1+k)2 Dm 速率理论在填充柱色谱中的表达式如下： 2DM （k）3 r2 1+6k+11(k)2 r2H = +( + -) U U 6(1+k)2 K2 Ds 24(1+k)2 Dm 毛细管柱的速率公式中无涡流扩散项；表明柱半径减少可以大幅度提高柱效；11 毛细管气相色谱仪和填充柱气相色谱仪在流路上有何不同？为什么？1 进样方式不同，常采用分流进样。2 增加了尾吹气，目的：减少死体积；提高检测器的灵敏度。3 通常采用程序升温，即在一个分析周期内使柱温按预定的程序由低向高逐渐变化。该法可使不同沸点的组分在各自的最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。12 在气相色谱分析中，为了测定下列物质，各应选择那种检测器为宜？ （1）农作物中含氯农药的残留量（2）啤酒中微量硫化物的含量（3）分离和分析苯和甲苯异构体 （1）电子捕获检测器（2）火焰光度检测器（3）氢火焰离子化检测器第十一章 高效液相色谱法概念正相色谱：固定相为极性的流动相为非极性或弱极性的液相色谱反相色谱：固定相为非极性,流动相为极性的液相色谱梯度洗脱：梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂,按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变流动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分离的一种有效方法。程序升温：是在一个分析周期内使柱温按预定的程序由低向高逐渐变化。该法可使不同沸点的组分在各自的最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。底剂和洗脱剂：液-固吸附层析中的流动相依其所起的作用不同，分为 “底剂”和洗脱剂两类，底剂起决定基本色谱的分离作用，洗脱剂起调节试样组份的滞留时间长短，并对试样中某几个组份具有选择性作用。1 简述气相色谱与液相色谱的异同点？高效液相色谱与经典液相色谱的异同点？气相色谱与液相色谱共同点:1.色谱基本理论一致2.定性定量分析原理一样3均可用计算机控制色谱操作条件和色谱数据的处理程序差异点：1.流动相差异：组分在液相中的扩散系数比在气相中的扩散系数小104105倍,与固定相与流动相的作用力不能忽略。液体流动相多,可供选择范围广。2.固定相差别：GC固定相粒度粗、吸附等温线多为非线性。HPLC大都是新型的固体吸附剂，化学键合相等，粒度小，分配等温线多是线性，峰形对称，样品容量比GC高。3.利用范围更广：GC 15，HPLC 85以上的物质均可测定4.仪器结构的原理上亦有差别高效液相色谱与经典液相色谱差别：1.采用了高压输液泵2.采用了新型的固定相3.采用了高灵敏度的检测器4.自动化程度高2 HPLC仪器的流程图及各部件的作用?(1)流动相输送系统 1.贮液糟 2.高压泵 3.梯度淋洗装置梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂,按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变流动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分离的一种有效方法。 (2)进样系统 进样阀,注射器（与气相色谱相同）。(3)色谱分离系统 色谱柱:不锈钢柱, 固定相 恒温器：（通常柱温：室温65）(4)检测系统 光学检测器：紫外可见光、荧光、红外、二极管阵列检测器、质谱等。电学检测器：库仑、电导检测器等。(5)数据处理和记录系统 3 HPLC分类和分离类型的选择？（在液相色谱中如何选择分离类型？） 相对分子质量 非水溶液系统 凝胶渗透色谱 高于2000 水溶液系统 凝胶过滤色谱 凝胶过滤色谱 酸性化合物 阴离子交换剂 水溶液系统 离子交换色谱 碱性化