近代分析 2(1).doc

1.质谱分析1.1 以单聚焦质谱仪为例，说明组成仪器各个主要部分的作用及原理A 真空系统，质谱仪的离子源，质量分析器，检测器必须处于高真空状态。B，进样系统，将样品气化为蒸气送入质谱仪离子源中。样品在进样系统中被适当加热后转化为气体。C.离子源，被分析的气体或蒸气进入离子源后通过电子轰击（电子轰击离子源），化学电离（化学电离源），场致电离（场致电离源），场解析电离（场解析电离源）或快离子轰击电离（快离子轰击电离源）等转化为碎片离子，然后进入 d.质量分析器，自离子源产生的离子束在加速电极电场作用下被加速获得一定的动能，再进入垂直于离子运动方向的均匀磁场中，由于受到磁场力的作用而改变运动方向作圆周运动，使不同质荷比的离子顺序到达检测器产生检测信号而得到质谱图e.离子检测器。通常以电子倍增管检测离子流。1.2 双聚焦质谱仪为什么能提高仪器的分辨率？在双聚焦质谱仪中，同时采用电场和磁场组成的质量分析器，因而不仅可以实现方向聚焦，即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦，而且可以实现速度聚焦，即将质荷比相同，而速度不同的离子聚焦。所以双聚焦质谱仪比单聚焦质谱仪具有更高的分辨率。1.3 试述飞行时间质谱计的工作原理，它有什么特点？飞行时间质谱计的工作原理很简单，仪器图略，飞行时间质谱分析器的主要部分是一个既无电场也无磁场的离子漂移管。当离子在加速区得到动能后，以速度进入自由空间，则可以看出，离子的漂移时间与其质荷比的平方根成正比，即离子的质荷比越大，则飞行时间越长，反之亦然。特点：工作原理简单，质量分析器不需要磁场，又不需要场，只需要直线漂移空间，因此，仪器的机械结构较简单，增长漂移路程L就可以提高分辨本领。快速。在约20ms时间内，就可以记录质量为0-200a.m.u.的离子。要在短时间内快速记录微弱的离子流，只能采用高灵敏，低噪音的宽频带电子倍增管，因此仪器的电子部分要求高。质量分析系统需处于脉冲工作状态，否则就无法确定离子的起始和到达时间，无法区分到达接收器的不同质量。1.4 比较电子轰击离子源，场致电离源及场解析电离源的特点？电子轰击源，电子轰击的能量远高于普通化学键的键能，因此过剩的能量引起分子多个键的断裂，产生许多碎片离子，因而能够提供分子结构的一些重要的官能团信息，但对于相对分子质量较大，或极性大，难气化，热稳定性差的有机物，在加热和电子轰击下，分子易破碎，难以给出完整分子离子信息。在场致电离源的质谱图上，分子离子峰很清楚，但碎片峰则较弱，因而对于相对分子质量的测定有利，但缺乏分子结构信息。场解析电离源，电离原理与场致电离相同，解析试样分子所需能量远低于气化所需能量，因而有机化合物不会发生热解析，即使热稳定性差的试样仍能得到很好的分子离子峰，分子中的C-C键一般不会断裂，因而很少生成碎片离子。总之，场致电离和场解析电离源都是对电子轰击源的必要补充，使用复合离子源，则可同时获得完整分子和官能团信息。1.5 试述化学电离源的工作原理。化学电离源内一定压强的反应气体，如甲烷，异丁烷，氨气等用高能量的电子轰击反应气体使之电离，电离后的反应分子再与试样分子碰撞发生分子离子反应形成准分子离子QM+，和少数碎片离子，在CI谱图中，准分子离子峰往往是最强锋，便于从QM+推断相对分子质量，碎片峰越少，谱图简单，易于解释。1.6 有机化合物在电子轰击离子源中可能产生哪些类型的离子？从这些离子的质谱峰中可以得到一些什么信息？分子离子。从分子离子峰可以确定相对分子质量。同位素离子峰。当有机化合物中含有S,CL,BR等元素时在谱图中会出现含有这些同位素的离子峰，同位素峰的强度比同位素的丰度比相当，因而可以也来判断化合物中是否含有某些元素。碎片离子峰。根据碎片离子峰可以和阐明分子的结构。另外尚有重排离子峰，两价离子峰，亚稳离子峰等都可以在确定化合物结构时得到应用。1.7 ICP-MS分析测定原理及其主要功能和工作原理。测定原理：液体样品雾化器雾化以后以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气氛中被充分蒸发，原子化，电离。通过特殊接口提取离子源的离子流，再由离子透镜将离子流集成散射角尽量小的离子束四级杆质量分析器在电磁场的作用下，把各种离子按质荷比分开，而相同质荷比的离子则聚集在一起，最后经过检测器的信号接受转化和放大作用，通过计算机控制输出结果。主要功能：由ICP作为离子源和MS实现联用，主要用于元素分析和元素形态分析。工作原理：样品由雾化器雾化后由载气带入等离子体焰炬ICP中，在极高的温度下完全被蒸发和解离，电离的百分比也很高（90%）。通过特殊的借口提取离子源中的离子流，再由离子透镜将离子流聚焦成散角尽量小的离子束。四级杆质量分析器在电场或磁场作用下，把离子按质荷比（m/z）分开得到质谱。质量是物质固有性质之一，不同的离子有不同的质量谱质谱。通过测量各种离子质谱峰强度进行定量分析。在ICP-OES中，等离子体激发基态原子的电子至较高能级。当较高能级的电子落回基态，就会发射出某一待测元素的特定波长的光子，在ICP-MS中，等离子体炬管都是水平放置的，用于产生带正电荷的离子，而不是光子。ICP-MS分析中要尽可能组织光子达到检测器，因为光子会增加信号的噪音，正是大量离子的生成和检测使ICP-MS具备独特的ppt数量级的检测能力，检出限大约优于ICP-MS技术3-4个数量级。1.8 ICP-MS技术分析性能特点及主要应用领域？测定对象绝大多数金属元素和部分非金属元素。检出限0.1ng/L至100.1ng/mL 。分析速度大于20 samples per hour 。精度RSD小于5%。离子源稳定性优良的长程稳定性。自动化程度从进样到数据处理的全程自动化和远程控制。可测定同位素的比率。优点：谱线简单，干扰小，检测限低，重现性好，可同时实现多元素分析，分析速度快，线性范围宽，可进行定性，定量及同位素分析，应用领域广。缺点：仪器价格贵，运行成本高。主要应用领域有：生物医药，环境分析，地质分析考古学，高纯材料，贵金属分析，冶金工核工业等领域。 ICP-MS在环境分析中的应用、 ICP-MS在高纯材料分析中的应用、ICP-MS在半导体工业中的应用、ICP-MS在机械冶金行业中的应用。痕量元素分析：涵盖元素周期表中的大部分元素，检测限达pp级（10-12）同位素比值分析：准确度和精确度（0.01% - 1.0%）不如TIMS，但能满足一般的同位素比值测量用途，如同位素稀释和样品来源判别。元素形态分析：与HPLC、GC、离子色谱联用，进行元素的形态分析。1.9 ICP形成当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场，这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（离子与电子）在电磁场的作用下，与原子碰撞并使之电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电离产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K，并被原子化和激发产生发射光谱。1.10 色谱和质谱联用后有什么突出的特点？质谱法具有灵敏度高，定性能力强等特点。但进样要纯，才能发挥其特长。另一方面，进行定量分析又比较复杂。气相色谱法则具有分离效率高，定量分析简便的特点。但定性能力却较差。1.11 如何利用质谱信息来判断化合物的相对分子质量？判断分子式？利用分子离峰可以准确测定相对分子质量。高分辨质谱仪可以准确测定分子离子或碎片离子的质荷比，故可利用元素的精确质量及丰度比计算元素组成。1.12 相比于液相色谱分析，液质联用分析对流动相有什么特殊要求或者限制在离子化过程中，大量水的存在由于其所需较大的汽化热，而使得脱溶剂困难，从而大幅度降低离子化效率，因此实际操作中要尽可能优先选择流动相时应具备以下条件:显著的质子自递过程，有利于离子在流动相中的预形成。适中介电常数，避免喷口放电。强挥发性，易脱去，不易形成溶剂加成物。1.13 色质联用技术的特点是？气质与液质联用技术的应用范围有什么不同？色质联用技术色谱法的高效能分离混合的特点，与质谱法的高分辨率鉴定化合物的特点相结合加上电子计算机的应用，就大大提高质谱仪器的效能，为分析组成复杂的有机化合物混合物提供了有力手段。气质范围：能用气相色谱法进行分析的试样，大部分都能用GC-MS进行鉴定和定量测定。分析气体试样，也易挥发或可转化为易挥发的液体和固体。液质范围：髙极性、热不稳定性、难挥发的大分子有机化合物。1.14 色质联用技术的特点是什么？气质与液质连用技术的应用范围有何不同？特点：质谱仪是一种很好的定性鉴定用的仪器，但对混合物的分析无能为力。色谱仪是一种很好的分离仪器，但定性能力很差。色谱-质谱联用，则结合了色谱对复杂基体化合物的高分离能力与质谱独特的选择性，灵敏度，分子量及结构信息于一体，发挥了各自的专长，使分离和鉴定同时进行，具有广泛的应用领域。色谱可作为质谱的样品导入装置，并对样品进行初步分离纯化，因此色谱-质谱联用技术可对复杂体系进行分离分析。因为色谱可得到化合物的保留时间，质谱可给出化合物的分子量和结构信息，故对复杂体系或混合物中化合物的鉴别和测定非常有效。GC-MS已得到了极为广泛的应用，如环境污染物的分析、药物的分析、食品添加剂的分析等。GC-MS还是兴奋剂鉴定及毒品鉴定的有力工具。而LC-MS主要用于分析GC-MS不能分析，或热稳定性差、强极性和高分子量的物质，如生物样品（药物与其代谢物质）和生物大分子（肽、蛋白、核酸和多糖）。1.15 气质联用仪常用离子源有？液质联用仪呢？两者有什么不同之处？分别有什么优点气：电子轰击电离EI，化学电离CI、电离效率高，能量分散小，结构简单，操作方便。 、图谱具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供较多信息，对化合物的鉴别和结构解析十分有利。 、所得分子离子峰不强，有时不能识别。液：大气压电离API，包括电喷雾电离ESI，大气压化学电离APCI。适合于分析极性强、分子量大、难气化、热稳定性差的样品。1.16 电子轰击离子源与大气压电离源在应用上有什么不同和特点，简述它们的工作原理1）电子轰击源，电子轰击的能量远高于普通化学键的键能，因此过剩的能量引起分子多个键的断裂，产生许多碎片离子，因而能够提供分子结构的一些重要的官能团信息，但对于相对分子质量较大、或极性大，难气化，热稳定性差的有机化合物，在加热和电子轰击下，分子易破碎，难以给出完整分子离子信息。（2）在场致电离源的质谱图上，分子离子峰很清楚，但碎片峰则较弱，因而对于相对分子质量的测定有利，但缺乏分子结构信息。（3）场解析电离源，电离原理与场致电离相同，解吸试样分子所需能量远低于气化所需能量，因而有机化合物不会发生热分解，即使热稳定性差的试样仍能得到很好的分子离子峰，分子中的C-C 键一般不会断裂，因而很少生成碎片离子。总之，场致电离和场解析电离源都是对电子轰击源的必要补充，使用复合离子源，则可同时获得完整分子和官能团信息。电子轰击离子源，采用高速(高能)电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子M+， M+继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。APCI源是在气流的作用下，使液体雾化，然后使用外加放电的模式，使微粒带电。适合做小分子且极性较小的化合物。而ESI是在雾化前外加电场是溶液带点，利用高温低压，蒸发快的特点产生库仑爆炸，进而生成离子。适合做极性较大的小分子化合物。1.17 气质联用仪的离子源、质量分析器及检测器均必须在高真空状态下工作，为什么？ 质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的分子离子反应1.18 简述大气压电离源API（ESI和APCI）的特点和应用范围。 ESI和APCI源具有极为广泛的应用领域，如小分子药物及其各种体液内代谢产物的测定，农药及化工产品的中间体和杂质鉴定，大分子的蛋白质和肽类的分子量测定，氨基酸测序及结构研究以及分子生物学等许多重要的研究和生产领域 特点：高的离子化效率：对蛋白质而言接近100多种离子化模式供选择：ESI（）、ESI（），APCI（十）、APCI（）；对蛋白质而言，稳定的多电荷离子产生使蛋白质分子量测定范围可高达几十万甚至上百万u；“软”离子化方式使热不稳定化合物得以分析并产生高丰度的准分子离子峰；气动辅助电喷雾（peneumatic-assisted electrosPray）技术的在接口中采用使得接口可与大流量（1mlmin）的HPLC联机使用1.19 等离子火炬在ICP-MS中的作用是什么？用于产生带正电荷的离子，提供极高的温度，将物质完全蒸发和解离。使待测元素可以很好地电离（90%以上），产生带正电荷的离子。1.20 ICP-MS的干扰有哪些？怎样消除？质谱干扰：1.多原子离子的重叠。2.同量异位素干扰。3.氧化物、氢氧化物、氢化物和双电荷离子的干扰。非质谱干扰：基体干扰和物理干扰。消除质谱干扰的方法：1.数学校正方程2.冷等离子体技术3.碰撞/反应池技术2.晶体2.1 简述单晶样品的测试流程。首先挑选优质单晶:优质单晶一般是近于理想的情况下成核和生长，其内部原子排列比较紧密，整齐，缺陷少。在我显微镜下观察透明，光亮，晶棱，晶面凭证而呈一定的外形对称性。在显微镜下调好晶体后，一般要视晶体是否稳定，将晶体用胶水胶在玻璃丝的顶端或封在薄壁的硼玻璃毛细管中，也可外面涂一层胶水保护，然后固定在测角头的轴心上，按衍射方法的要求，将测角头安装在衍射仪或者照相机上，利用望远镜，进行适当的调整。2.2 多晶X射线衍射仪主要组成x射线发生器。由x射线管，高压发生器，安全控制系统三部分。探角器。核心部件。待测样品，探测器均安装在它上面，产生的衍射线的方位由它确定并加以记录。探测和记录系统，由闪烁发光体，光阴极及光电倍增管构成。计算机控制和数据处理系统，有控制仪运行和记录与处理数据两大功能。2.3 X射线衍射旋转阳极靶和固定靶使用不同的靶也就是所用的X射线的波长不同，根据Bragg方程，某一间距为d的晶面族其衍射角将不同，各间距值的晶面族的衍射角将表现出有规律的改变。因此使用不同靶长的X射线管所得到的衍射图上的衍射峰位置是不同的，衍射峰位置变化是有规律的。而一种晶体自有的一套d值是其结构固有的、可作为该晶面物质的标志性参数。因此，不管使用何种靶材的X射线管，从所得到的衍射图获得某样品的一套d值与靶材无关。衍射图上衍射峰的相对强度主要决定于晶体的结构，但是由于样品的吸收性质也和入射线波长有关，因此同一样品用不同靶所得到的图谱上衍射峰间的相对长度会稍有差别，与靶材有关。2.4 简述X射线衍射原理？晶体点阵：固体与晶体，固体分为三大类晶体：准晶体与非晶体，固体中原子按排列的具体情况是划分三大类的依据。原子在三维空间周期性排列构成的固体为晶体，非晶体中原子排列是无序，没周期性，1984年从实验上发现的准晶体既不同于晶体又不同于非晶体，其原子排列尚在研究中，晶体分单晶多晶，单晶粉碎后变成多晶，粉末状态的多晶又叫粉晶。阵点与点阵：为反映晶体中原子排列的周期性，在三维空间以一个点代表一个原子或一个原子团，这样的点叫阵点。阵点在空间作周期性无限分布所形成的阵列叫空间点阵，即点阵。晶向与晶向指数：图实线虚线代表两个不同的晶列，同一个格子可以形成多个方向不同的晶列，而每个晶列定义了一个方向称为晶向。取点阵中某一阵点为原点，则点阵中任一阵点的位矢为R=ma+nb，mnp均为有理数，a b c 是选定的基矢，所以m n p能标志R的方向与大小，结晶学上将m n p连比（m:n:p）并化为互质整数u:v:w（=m:n:p）后得u v w，这三个数字称为晶向指数。晶面与晶面指数：一个平面的方位可用该平面法线的方向余弦来表示，也可用该平面在三个坐标轴上的截距来表示，后者通过其截距来求晶面指数。晶带 晶带轴与晶带定律：我们常看到晶体的晶面与表面围绕着晶体排列成带状，一个给定带的所有晶面都平行于通过晶体中心的一条假想直线或方向，晶面的这种带和晶带，各晶面及其交线或都与之平行的那条假想直线，直线叫晶带轴。识别一个晶带的关键在于晶带轴的方向，常用【u v w】表示，如果晶面（hkl）平行于带轴【u v w】那么该面的法线垂直于它，hu+kv+lw=0 此式为晶带定律。晶面间距与点阵参数：晶面间距是指两个相邻的平行晶面之间的垂直距离，通常用d（下标为hkl）表示，d的有关公式如下，立方晶系d=a(h2 +k2 +l2)-0.5四方晶系d=(ha）2 +（ka）2 +（lc）2)-0.5.正交晶系d=(ha）2 +（kb）2 +（lc）2)-0.5.2.5 简述X射线衍射物理分析的过程（从测试开始）获得衍射花样，可以用德拜照相法，透射聚焦照相法、衍射仪法，从提高精确度和灵敏度出发，最好使用透射聚焦照相法和衍射仪法。计算面间距d值和测定相对强度I/I1值（I1为最强线的强度）定性相分析以2小于90度的衍射线为主要依据，要求d值有足够精度。2角和d值分别给出0.01和0.001位有效数字。检索PDF卡片，对多计算的d值给出适当的误差正负d之后，用三强线的d-I/I1值在PDF卡片索引的相应d值中查到被测相的条目，核对八强线的d-I/I1，当八强线基本符合时，根据该条目指出的卡片编号取出PDF卡片，将其中的全部d-I/I1值与被测的衍射花样核对给出与被测相对的PDF卡片，检索PDF卡片可以用人工检索，也可用计算机检索。最后制定，有时初步检索和对卡后亦能给出唯一准确的卡片，可能给出数个乃至更多的候选卡片，这就需要依据其他方面的有关资料和实践实验，划定对被测相唯一准确的PDF卡片。2.6 特征X射线与原子核外电子的关系？原子由核和核外电子组成，核由质子和中子组成。伦琴射线又叫X射线，准确地说是原子核外的内层电子受激发产生的，核外自由电子受激产生适合通讯的长波；原子核的外层电子受激产生一些短波、红外线、可见光；内层电子受激产生穿透力较强的伦琴射线；这些都是由核外电子激发的。 核内的质子衰变释放阿尔法射线，中子束受激产生北塔射线，这两种是核内受激产生的。X射线是由原子核外电子的跃迁或受激等作用产生的物质原子电离（内层电子电离后外层电子补空位）后发射特征X射线：快速电子将壳层电子击出原子之外，该壳层就产生了空位，当外层电子向内层跃迁时，将两壳层间的能量差以X射线的形式发射出来，这种X射线具有确定的能量。X射线是另一种由原子核外层电子引起的辐射。2.7 简述电子能谱仪的工作原理，电子束和样品相互作用后会产生什么样的信息？来自样品的X射线被探测器探头检测，检测器的两端即得到电荷脉冲信号，经过处理器将信号整行放大，最后输送到多道脉冲分析器中，按脉冲电压的幅度大小进行分类累计，并与X射线计数强度相对于X射线自己量的分布图形显示出来，最后由计算机进行分析处理，并打印出报告。作用后很快得到0.7520kev的整个感兴趣的谱线，很快鉴定样品中的化学成分。2.8 高能电子束和样品相互作用后会产生什么样的信息？如何运用来自样品的X射线被探测器探头检测，检测器的两端即得到电荷脉冲信号，经过处理器将信号整行放大，最后输送到多道脉冲分析器中，按脉冲电压的幅度大小进行分类累计，并与X射线计数强度相对于X射线自己量的分布图形显示出来，最后由计算机进行分析处理，并打印出报告。作用后很快得到0.7520kev的整个感兴趣的谱线，很快鉴定样品中的化学成分。2.9 TEM电子衍射的相机常数是什么意义？ 当加速电压一定 时，电子波长是个确定值，这时相机长度与电子波 长的乘积就是一个常数。K=L。K称为电子衍射相机常数; 式中，L称为相机长度。若已知相机常数，则可从花样中斑点的R测 量值计算出衍射晶面组 (hkl) 的d值。2.10 X射线衍射光路中有哪些狭缝？它们的作用是什么？梭拉狭缝，用来限制入射线和眼射线垂直方向的发散度。发散狭缝DS，用来限制X射线水平方向的发散度。防散射狭缝SS，用于放置空气散射等非试样散射x射线进入技术管。接受狭缝RS，用于控制进入辐射探测器的衍射线宽度。2.11 请说明转靶X射线衍射仪相对封闭靶的优势在哪里？转靶X射线管由于靶面每分钟做几千次的旋转，不断改变热焦斑在靶面上的位置，以达到加强冷却的目的，其功率比一般管高出几倍至几十倍。由于转靶X射线仪的有效功率高，它除了可用于常规衍射分析外，更可用于需要进行精确衍射的实验，如粉晶的晶胞参数测定，微量物相的鉴定等。充分散热，提高X射线管的功率2.12 应该挑选怎样的单晶样品送检测？如何根据晶体的稳定性程度确定粘晶体的方法？选择晶体时要注意所选晶体表面光洁、颜色和透明度一致。不附着小晶体，没有缺损重叠、解理破坏、裂缝等缺陷。晶体长、宽、高的尺寸均为 0.1 0.4 mm ，即晶体对角线长度不超过 0.5 mm （大晶体可用切割方法取样，小晶体则要考虑其衍射能力）。需要平整表面，该表面面积最小为6mm*10mm。在显微镜下调好晶体后，一般要视晶体是否稳定，将晶体用胶水胶在玻璃丝的顶端或封在薄壁的硼玻璃毛细管中，也可外面涂一层胶水保护，然后固定在测角头的轴心上，按衍射方法的要求，将测角头安装在衍射仪或者照相机上，利用望远镜，进行适当的调整3. 电镜3.1 SEM基本原理？扫描电子显微镜由电子光学系统、偏转系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统等部分组成。其中最重要的是电子光学系统和信号检测放大系统。它的工作与原理是这样的：由电子枪发射出的电子在电场作用下加速，又经过电磁透镜的聚焦作用，在样品表面聚焦成为极细的电子束，最小直径可以达到1-10nm。这些特征信号，被按种类、成比例地转换为视频信号，经过视频放大和信号处理，从而在荧光屏上得能反映样品表面特征的扫描图像。3.2 TEM成像原理？它是一种电子束透过样品而直接成像的电镜。使用短波长的入射电子束与样品作用后产生的透射电子(主要是散射电子)为信号，通过电磁透镜将其聚焦成像，并经过多级放大后，在荧光屏上显示出反映结构信息的电子图像。从电子枪发射出的电子入射样品时，与样品物质原子及核外电子发生弹性散射或非弹性散射作用，产生很多带有样品信息的电信号，如透射电子、散射电子、二次电子等。透射电镜成像的实质是用不带有信息的电子射线，在通过样品时和样品发生作用，而当电子射线在样品另一方重新出现时，已带有有关样品的信息，然后进行放大处理，使人们能够看见并进行解释。人眼对光强度（振幅反差）和波长（色反差）的变化是敏感的，它能直接解释光学显微镜给出的信息，但对于电子显微镜来说却不能直接解释。目前只能把电子所带的信息转变成光强度的振幅反差形成黑白图像。把电子波长转变成颜色是不行的，因此电子显微镜照片都是单色的。3.3 电镜和光镜在基本原理上的区别电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子流对样品的透射5或反射及电磁透镜的多级放大后在荧光屏上成像的大型仪器。光学显微镜是利用可见光照明，将微小物体形成放大影像的光学仪器。区别:照明源。电镜-电子枪发出的电子流。光镜-可见光。透镜。电镜中起放大作用的物镜为电磁透镜，光镜-玻璃磨制而成的光学透镜。成像原理。电镜，作用于被检样品的电子束经电磁透镜放大后达到荧光屏上成像或作用于感光胶片成像。其电子模拟淡的差别产生机理为电子束作用被检样品时，入射电子与物质的原子发生碰撞产生散射，光镜，样品的物像以亮度差呈现，它是由被检样品的不同结构吸引光线多少的不同所造成。所用标本制备方式不同，电镜观察所用组织细胞标本制备程序较复杂，技术难度，费用都较高。在取材，固定，脱水，包埋环节需要特殊试剂和操作。光镜观察的标本则一般置于载玻片上，如普通组织切片标本，细胞涂片标本，组织压片标本和细胞滴片标本。3.4 TEM （透射电镜）与SEM（扫描电镜）与光学显微镜比较照明源：可见光；电子束；电子束。透镜：玻璃透镜；电磁透镜；电磁透镜。分辨率：0.1-0.2um，1-2A，10-30-100A。放大倍率：1000；80-100万；20-800000。成像反差：吸收为主；散射为主；二次电子数量。焦点深度：浅（500倍时2um）;中等（500倍时500um);深（500倍时1000um）。图像色彩：有；无；无。显像方式：直接观察；荧光屏；显示器。样品种类：切片涂片；切片复型膜涂片；各种实体。样品厚度：厚；极薄；不限。样品环境：空气；真空；真空低真空。TEM电子光学部分：透射电镜主体，由电子枪、聚光镜、聚光镜消散器、和轴线圈、物镜、中间镜、投影镜、各级光栅、观察记录系统。分辨率：Scherezer欠焦条件下衬度传递函数曲线和横坐标轴的第一个交点决定的空间频率。信息分辨率是由色差和束发散产生的衰减包络函数所决定的分辨率限制，它一般取衬度传递函数衰减到其30%所对应的空间频率。透射电镜的特点是分辨率高，它接近或达到仪器的理论极限分辨率；放大倍率高，变化范围大，图像为二维结构平面图像，可观察非常薄样品；样品制备一超薄切片为主，操作较复杂，透射电镜适用于样品内部显微结构及样品外形观察，也可进行纳米样品粒径大小测定。SEM：镜筒位于主机部分上部，由电子枪、聚光镜、灯丝对中线圈，光阑，偏转线圈，消像散器，样品室组成。作用是足产生具有较高亮度和尽可能小的束斑直径的电子束，激发样品使其产生电信号。扫描电镜中，由电子枪发射并经聚光镜汇聚的电子束在偏转线圈作用下对样品表面进行光栅状扫描，激发样品产生各种电信号，检测器检测其中某种电信号，并按顺序、成比例地将其转化为视频信号，信号经放大处理后成像。分辨率：决定的主因有电子束的束斑直径，束流大小，电子波长。镜筒真空度，一次电子在样品中的扩散范围和产生，二次电子的范围。若束斑100A则分辨率再高也达不到100A。要提高分辨率，必须缩小束斑直径，可用2-3级聚光镜将电子枪发射出的30-50umde 交叉光斑缩小为3-10nm的探针，而场发射枪的束斑可缩小到1nm一下，探针的电流强度必须保证在10-12-10-11A以上。若电流太小，激发出的二次电子数量少，图像过暗。电子束波长越短，分辨率越高。电子束波长一致才能避免色差。具有高且稳定的真空度，才能保证电子束不被散射。电子束射入样品后，由于散射作用将向各方向扩散，其形状呈水滴状，其范围大小由入射电子本身所具有的能量，样品成分及性质决定。可采取低压观察样品方法及增加样品导电性，喷镀重金属膜缩小扩散范围。3.5 EDS（电镜能谱分析）与其他元素分析有何区别和特点 能谱分析主要过程：高能入射电子束从分析试样上激发出特征X射线照射到Si（Li）检测器上时，使Si原子电离，产生电子-空穴对，在电场作用下，电子-空穴对能放电而产生与入射X射线光子能量成正比的电荷脉冲信号，由于每产生一对电子-空穴对所需要的能量石恒定的，在理想情况下，一定波长的X射线产生的电子-空穴对的数目与X射线的能量直接相关，能量高的X射线产生的电子-空穴对数目多，产生的电荷脉冲也高。然后信号放大系统将输入的电核脉冲转变成放大的电压，如利用薄样品，在最好条件下空间分辨率可达30nm或更好，这就可以分析如线粒体中浓密的颗粒状物。特点：能谱仪可在几分钟内对B5-U92之间所有元素进行快速定性分析，因为它能同时接受和检测所有不同能量的X射线光子信号，进一步的能量鉴别由电子光学线路进行，数据可以方便贮存或取用。能谱仪Si（Li）检测器对能量范围内的X-ary光子检测效率很高，可适应低入射电子束流（10-11A）条件的工作。不损伤样品快，不需对样品特殊处理。准确反映元素在微区内的分布（MAP）情况。缺点；不能精确定量痕量微量不能反映，Z小于5元素不能分析。Z小于5大于8的元素误差较大。特征X射线：内壳层电子被轰击后跳到比费米很高的能级上，出现的空穴被外壳层轨道的电子填入时，作为多余的能量放出的就是特征X射线。特征X射线具有元素的固有能量，根据它可以确定元素的种类，根据谱强度可确定其含量。特征X射线有两种展成谱的方法，即X射线能量色散谱方法和X射线波长色散谱方法。EDS分辨率约为135ev,比EELS和WDS低1-2个数量级，轻元素只能定性分析，但探测效率高，价格适中。3.6 电镜能量色散谱（能谱）的定性分析原理是什么？能谱分析中K L M线是怎样定义的？(参考3.5)X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。光电子能谱的基本原理：单电子过程吸收一个光子发射一个光电子的光电离：M + hv M+ + e- (1)光电子能谱仪把不同动能的光电子区分开来。分别测出它们的数量。即测出光电子按动能的分布，对光电子动能或电离能作图，即为光电子能谱图。3.7 如何获取满意的电镜图片？（TEM or SEM）TEM：图像的分辨率与加速电压有关，加速电压越高，图像分辨率越好。图像的衬度与加速电压有关，加速电压越高电子的穿透性越大，图像的衬度越差。空间分辨率与加速电压有关，利用场发射枪高亮度的特点，可进行高空间分辨率的观察，同一个加速电压下，场发射电镜和六硼化镧电镜，图像的分辨率也相同。主要技术参数：加速电压。其高低决定电子束透样品能力，电压越高，就能穿透更厚的样品。灯丝种类。最常用LaB6，场发射枪电子显微镜开始普及。分辨率。又分为点分辨率、信息分辨率、线分辨率等，最关心的为点分辨率。放大倍率。增加中间镜的数量，几乎可无限制的增加电子显微镜的放大倍率。但电子显微镜的分辨率由其加速电压、物镜球差、色差数等参量决定，无限制的增加放大倍率只能我们得到一张模糊的图像。同时图像的亮度将随倍率的提高而降低。对实验不利。3.8 怎样消除透射电镜中的像散？早期电镜中曾采用过机械式消像散器，利用手动机械装置来调整电磁透镜周围的小磁铁 组成的消像散器，来改变透镜磁场分布的缺陷。但由于调整的精确性和使用的方便性均难令人满意，现在这种方式已被淘汰。目前的消像散器由围绕光轴对称环状均匀分布的8个小电磁线圈构成，见图4-21，用以消除（或减小）电磁透镜因材料、加工、污染等因素造成的像散。其中每4个互相垂直的线圈为1组，在任一直径方向上的2个线圈产生的磁场方向相反，用2组控制电路来分别调节这2组线圈中的直流电流的大小和方向，即能产生1个强度和方向可变的合成磁场（图4-21中的虚线椭圆），以补偿透镜中所原有的不均匀磁场缺陷（图中椭圆形实线），以达到消除或降低轴上像散的效果。一般电镜在第2聚光镜中和物镜中各装有2组消像器，称为聚光镜消像散器和物镜消像散器。聚光镜产生的像散可从电子束斑的椭圆度上看出，它会造成成像面上亮度不均匀和限制分辨率的提高。调整聚光镜消像散器（镜体操作面板上装有对应可调旋钮），使椭圆形光斑恢复到最接近圆状即可基本上消除聚光镜中存在的像散。物镜像散能在很大程度上影响成像质量，消除起来也比较困难。通常使用放大镜观察样品支持膜上小孔在欠焦时产生的费涅尔圆环的均匀度，或者使用专门的消像散特制标本来调整消除，这需要一定的经验和操作技巧。近年来在一些高档电镜机型之中，开始出现了自动消像散和自动聚焦等新功能，为电镜的使用和操作提供了极大的方便。3.9 扫描电镜成像原理是？影响其的因素是什么？扫描电镜的成像原理:电子束与样品作用时，由于样品表面形貌结构的异，各处被激发的二次电子的数量有所不同，从而在荧屏上的对应位置上的相应的明暗反差形成样品表面形貌特征的图像。即二次电子图像成散射电子图像。影响因素当样品倾斜时，二次信号强度将会增大，即倾斜效应。样品的边缘部分可部分，二次电子极容易脱离样品，二次电子信号也会增大，即边缘效应。样品中原子序数的增加，核外电子数量且自由电子也会增加，所以二次电子量也会增加，即原子序数效应。样品的导电性能也将严重影响二次电子的图像质量，如导电性会造成入射电子在样品的堆积，而产生放电现象即充放电效应。3.10 影晌扫描电镜图像质量的因素有哪些？分辨率：决定的主要因素是：电子束的束斑直径、束流大小和电子波长；镜筒真空度；一次电子在样品中的扩散范围和产生；二次电子的范围。若束斑100 ，则分辨率再高也达不到100 。要想提高分辨率，首先必须缩小束斑直径，为此要用23级聚光镜将电子枪发射出的3050m的交叉光斑缩小为310nm的探针。而场发射枪的束斑可缩小到1nm以下，探针的电流强度必须保证在10121011A以上。若电流太小，激发出的二次电子数量少，图像过暗，难以区分图像细节。电子束波长越短，分辨率越高。电子束波长一致才能避免色差。具有高而稳定的真空度，才能保证束电子不被散射。电子束射入样品之后，由于散射作用将向各方向扩散，其形状呈水滴状，其范围大小由入射电子本身所具有的能量、样品成分及性质决定。可采取低压观察薄样品的方法及增加样品导电性、喷镀重金属膜等方法缩小扩散范围。焦深：焦深大是扫描电镜的最大特点，扫描电镜的焦深范围约在1mm至0.1m。有些厂家可以做到10mm。清晰度也是衡量图像质量因素之一，除图像像素数目，精确聚焦和消像散，设立最佳观察条件等因素外，制备样品的方法和质量也对图像清晰度有较大影响。3.11 扫描电镜与透射电镜在成像原理上有什么差别？就原子之间的距离（1 ）和原子核及周围电子的大小（105106 ）而言， 物质本身实际是一个几乎完全空的空间，如果样品足够薄（小于0.1m），那么入射电子就能够通过样品，将通过样品的电子叫作透射电子。入射电子在通过样品时，由于受到样品物质库仑场的作用不同，就带有样品内部不同的信息，将透射电子所带的信息转换成图像即透射电子像。样品物质原子的核外电子受入射电子激发后，逸出样品表面时，就称为二次电子。二次电子可在距样品表面500 深度内产生，但由于样品的吸收等作用，只是在距表面100 深度内的二次电子才能逸出样品表面，成为二次电子信号。逸出的二次电子能量一般低于50eV。二次电子是扫描电镜观察样品表面形貌的主要信号，二次电子所携带的信息是通过显像管显示的。二次电子数量的多少决定显像管的亮度和反差，而二次电子数是由加速电压、照射电流、束斑直径、样品表面形态、样品成分、电子束入射方向等条件决定的，二次电子数量越多，图像质量越好。3.12 纳米微离子透射电镜的样品怎样制备？可采用冷冻蚀刻技术，首先将样品在液冷冻，样品又又脆，再用刀劈裂，劈裂时注意刀不能有缺口，油污，水分，并保持干燥。断裂后进行蚀刻，蚀刻就在真空中便冷冻样品表面的水升华，后暴露出断裂面上的样品的超微结构，以便喷镀，蚀度的深度一般为几十纳米，结构尺寸相近，结束后在样品的蚀刻面上喷镀一层及炭膜，厚度在2-5纳米，再将样品连同薄膜一起升温，最后用带有膜的铜网将薄膜捞起并晾干，电镜观察。3.13 纳米粒子材料制备TEM样品时应注意什么？ 在金刚砂纸上磨制样品的时候应尽量将样品磨薄，这样可以减少离子减薄的时间。将样品磨至其边角变钝为宜，磨好的样品用手指触摸应几乎感觉不到样品的存在。但也不能过薄，过薄会导致样品的解理。磨得很薄时要注意随时查看样品情况，不然很容易将样品磨碎。截面样品制备过程中，两片样品对粘时，胶要涂匀并尽可能地薄。将样品放在夹具上夹的力度要适中，在不将样品夹碎的情况下尽量使用较大力度，这样可以把多余的胶水从样品的缝隙中挤出。磨好的样品，应几乎用肉眼看不到样品中间的缝隙，这样在离子减薄的过程中更好地保护样品表面，才能看到完整的截面信息。对于容易氧化的样品要在临近测试时制样，不能治好样后放置太长时间再进行测试，不然很容易失去样品原本的信息。3.14 场发射电镜与普通电镜和何区别？亮度比LaB6 高2个数量级，比W灯丝高3个数量级；更小的束斑（足够的束斑亮度）；好的相干性和更小的能量。3.15 TEM样品固定的目的是什么？是在分子水平上使被研究的组织和细胞，如同生活时一样精确地保存结构的每一细节，即设法使其尽量保持接近细胞的生活状态，并尽可能地减少细胞的死后变化，使细胞及其细胞器的精细结构完好无损地得以保存。3.16 TEM样品的脱水程序是什么？彻底清洗样品 30分钟以上（中间换液数次） 50乙醇或丙酮 1015分钟 70乙醇或丙酮 1015分钟 80乙醇或丙酮 1015分 90乙醇或丙酮 1015分钟 100乙醇或丙酮 2次，每次30分钟 游离和培养细胞的脱水时间可适当缩短。3.17 TEM和SEM的比较主要区别：在原理上，SEM不是用透射电子成像，而是用二次电子加背景散射电子成像。在仪器构造上，除了光源、真空系统相似外，检测系统完全不同。光源：SEM：热灯丝：钨灯丝和LaB6灯丝 TEM场发射：冷场和肖基特 分辨率：SEM的分辨率主要受到电子束直径的限制，这里电子束直径指的是聚焦后扫描在样品上的照射点的尺寸。对同样品距的二个颗粒，电子束直径越小，越随得到好的分辨效果，电子束直径越小，信噪比越小。3.18 扫描电镜样品为什么要做导电处理？样品经过脱水、干燥处理后，其表面不带电，导电性能也差，用扫描电镜观察时，当入射电子束打到样品上，会在样品表面产生电荷的积累，形成充电和放电效应，影响对图像的观察和拍照记录。因此在观察之前要进行导电处理，使样品表面导电。不导电样品不喷镀的话，高真空观察时极易发生放电，尤其是在倍数较高的时候，另外如果配备了能谱，放电有可能会损坏能谱探头。第二种答案：生物样品、特别是经过干燥处理的样品，其表面电阻率很高导电性能很差，当接受电子束照射时，极易造成电子的堆积。产生放电现象。此外，生物样品元素成分中的原子系数大都较低，因此不仅二次电子的发射率低，而且不能耐受电子轰击，这样就难以得到反差适当的理想图像，更无法实现高倍率，高分辨SEM观察。鉴于上述情况，为了增强生物样品的导电性能，提高二次电子发射率及耐受电子轰击的能力，必须对样品进行增加导电性能的技术性处理。3.19 简述电镜能谱元素分析的优缺点。答：特点：能谱仪可在几分钟内对B5-U92之间所有元素进行快速定性分析，因为它能同时接受和检测所有不同能量的X射线光子信号，进一步的能量鉴别由电子光学线路进行，数据可以方便贮存或取用。能谱仪Si（Li）检测器对能量范围内的X-ary光子检测效率很高，可适应低入射电子束流（10-11A）条件的工作。不损伤样品。快，不需对样品特殊处理。准确反映元素在微区内的分布（MAP）情况。缺点：不能精确定量 痕量微量不能反映 Z小于5的元素不能分析,Z小于5大于8的元素误差较大。4.红外光谱4.1 简述物质红外光谱产生机理及红外光谱发生方程式。当分子受红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。 E=（V+1/2）hv4.2 产生红外吸收条件是什么？是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱？为什么？条件：辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量。辐射与物质间有相互偶合作用。不是；对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性，非对称分子有偶极矩，有红外活性，如水，氯化氢。5.原子光谱5.1 原子吸收光谱背景干扰是什么？其消除方法？ 背景干扰主要是指原子化过程中所产生的光谱干扰，由分子吸收和光散射等所有非待测原子所产生的吸收称为背景吸收，背景吸收引起背景干扰。 （1）用与试样溶液有相似组成的标准溶液进行校正。 （2）在测量试样对光源共振线吸收的同时，测量与分析线邻近的非吸收线的吸收（即背景吸收），两者相减即可。 （3）氘灯连续光谱背景校正 （4）塞曼(Zeeman)效应背景校正法。5.2 原子吸收光谱中应选用什么光源？为什么？空心阴极灯。光源应满足条件：能发射待测元素的共振线；能发射锐线；辐射光强度大，稳定性好。5.3 试论述氢化物发生-原子荧光光谱的分析原理？试样经酸加热消化后，在酸性介质中，被测元素与还原剂（硼氢化钠或硼氢化钾）在氢化物发生系统中生成气态氢化物（汞与还原剂反应生成原子态蒸气）。过量氢气和气态氢化物（汞原子蒸气）在载气（氩气）的带动下，进入原子仪器，氢气和氩气在特殊的点火装置的作用下形成氩氢火焰，使被测元素原子化，在空心阴极灯辐射出的被测元素的特征谱线的照射下，被测元素的基态原子被激发到高能态，在由高能态回到基态时，发射出特征的原子荧光光谱，在一定范围内（低浓度时），原子荧光强度与被测元素的浓度成正比，与标准系列进行比较定量，反应过程如下：KBH4+3H2O+H+H3BO3+K+8HEHn+H26.气相色谱6.1 气相色谱直接进样分析对样品性质的要求？为什么？样品应在色谱柱和载气构成的两项体系中具有不同分配系数或吸附能力。因为当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起迁移，并在两相间进行反复多次分配，（吸附-脱附或溶解-析出），使得那些分配系数只有微小差别的物质，在迁移速度上产生了很大的差别，经过一段时间后各组分之间达到了彼此的分离。背分离的物质依次通过检测装置，给出每个物质的信息，一般是一个色谱峰。7. 液相色谱7.1 液相色谱的流动相在配制以后，使用之前需要做什么处理？起什么作用？进行脱气处理， 流动相从高压的色谱柱内流出时，会释放其中溶解的气体，这些气体进入口后使噪音剧增，甚至产生巨大的吸收或吸收读数波动很大，使信号不能检测，脱气处理可以驱赶流动相中溶解的气体，使检测的信号不受溶解气体的影响。7.2 为什么作为高效液相色谱仪的流动相在使用前必须过滤，脱气？高效液相色谱仪所用溶剂在放入贮液灌之前必须经过0.45um滤膜过滤，除去溶剂中的机械杂质，以防输液管道或进样阀产生阻塞现象。所有溶剂在上机使用前必须脱气，因为色谱柱是带有压力操作的，检测器是在常压下工作，若流动相中所含有的