现代分析测试技术--期末复习题

1:分析测试技术 答：现代分析测试技术-用现代分析测试仪器对物质的组成、含量、结构、形态、形貌以及变化过程的技术和方法2：晶体的性质 答：自限性（自范性）：晶体在一定条件下能自发形成几何多面体的形状。 结晶均一性：同一晶体的不同部分具有相同的性质。 各向异性：晶体性质随方位不同而有差异的特性。 对称性：晶体中的晶面、晶棱、角顶、结点及物理化学性质等在不同方向作有规律地重复。 最小内能性：在相同热力学条件下，与同种成分的非晶体、液体、气体相比，其内能最小。 稳定性。3, 等轴晶系的晶面间距的计算。答； l4：核外电子运动状态描述。答： 主量子数n ：确定原子轨道能级的主要因素 角量子数l ：决定电子运动的角动量 磁量子数m：决定电子云在空间的伸展方向，即表示同一亚层中原子轨道的数目 自旋量子数ms：决定电子自旋方向7. 晶面、晶棱、面网符号的计算及表示方法。答：晶面符号: 它是根据晶面与各结晶轴的交截关系，用简单的数字符号形式来表达它们在晶体上方位的一种晶体学符号。 晶面符号的具体数值等于该晶面在结晶轴上所截截距系数的倒数比，表达为（h k l） 。晶棱符号： 晶棱符号只涉及方向, 不涉及具体位置。 为晶棱上某点在结晶轴上所截截距系数的比，表达为uv w面网符号是面网在三晶轴上的分数截距系数的倒数。若仅考虑面网的空间方位，均以面网指数（010）标识，但若进一步考虑二者面网间距的不同， 则可分别用（010）和（020）标识，此即为面网指数，干涉指数或衍射指数6.电子波有何特征?与可见光有何异同?答：答：1. X射线的本质是什么？答：X射线的本质是一种电磁波，它具有波粒二象性。即它既具波动性，又具有粒子性。X射线的波动性表现在它以一定的波长和频率在空间传播。X射线的波长范围为0.01100，介于射线和紫外线之间。X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流构成的。它具有一定的能量和动量2. 何谓连续X射线和特征X射线？试解释产生的原因。答：连续X射线：从X射线管中发出的X射线也不是单一波长（单色）的，而是包含有许多不同波长的X射线。这些波长构成连续的光谱，且是从某一最小值开始的一系列连续波长的幅射。它与可见光中的白光相似，故称白色X射线或称连续X射线连续X射线产生机理：连续X射线光谱(或称白色X射线)是由于快速移动的电子在靶面突然停止而产生的。每一个电子，由于突然停下来的结果，它把它的动能的一部分变为热能，一部分变为一个或几个X射线量子。由于电子的动能转变为X射线能量的有多有少，所放出的X射线的频率有所不同。因此，由此产生的X射线谱是连续的，但是有一个最短波长的极限，这相当于某些电子把其全部的能量转变为X射线能量时，频率最大的情况。特征x射线：不同的原子具有不同的结构，电子跃迁所释放的能量不同，不同元素有具有的特定波长的的x光，称为特征x射线或标识x射线。特征x射线产生原因：由阴极飞驰来的电子，在其与阳极的原子相作用时，把其能量传给这些原子中的电子，把这些电子激发到更高一级的能级上，此时原子过渡到不稳定的受刺激的状态。外层的电子立即落到内层填补空位。当发生这种过渡时，原子的能量重新减少，多余的能量就作为X射线量子发射出来。3. 连续X射线的短波限取决于什么？答：管电压4. 试述莫塞来定律。答：5. 特征X射线的波长取决于什么？答：特征X射线的波长是由阳极靶物质的原子序数决定6. X射线与物质相互作用有哪三种情形？答：X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。7. 何谓相干散射、不相干散射和特征散射？答：相干散射：当入射X射线光子与原子中束缚较紧的电子发生弹性碰撞时，X射线光子的能量不足以使电子摆脱束缚，电子的散射线波长与入射线波长相同，有确定的相位关系。这种散射称相干散射。非相干散射：当入射X射线光子与原子中束缚较弱的电子（如外层电子）发生非弹性碰撞时，光子消耗一部分能量作为电子的动能，于是电子被撞出原子之外，同时发出波长变长、能量降低的非相干散射8. 何谓光电效应和俄歇效应？二者是如何产生的？有何区别？答：光电效应：当用X射线轰击物质时，若X射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子的能量就会被吸收，从而导致其内层电子（如K层电子）被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，发射新的特征X射线。俄歇效应：当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次X射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使该电子受激发逸出原子成为二次电子。1. X射线衍射的概念?答：一束波长为的射线透过晶体时，某一特定方向上的散射X射线发生叠加，这种现象称为X射线衍射v 2. 布拉格方程的推导。答：v 3.布拉格方程的应用。答：（1）已知晶体的d值，通过测量，求特征X射线的，并通过判断产生特征X射线的元素。这主要应用于X射线荧光光谱仪和电子探针中。（2）已知入射X射线的波长，通过测量，求面网间距。并通过面网间距，测定晶体结构或进行物相分析。v 4. 获得衍射花样的几种方法。答：（1）劳厄法：用连续X射线谱作为入射光源，单晶固定不动，入射线与各衍射面的夹角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的X射线来满足布拉格方程 （2）旋转晶体法：旋转单晶法是用单色X射线照射单晶体，并且使晶体不断地旋转。即固定X射线的波长，不断改变角，使某些面网在一定的角度时，能满足布拉格方程，而产生衍射。 （3）粉末法：粉末法是通过单色X射线照射多晶体样品，入射X射线波长固定。通过无数取向不同的晶粒来获得满足布拉格方程的角。1. X射线分析有哪些应用？答：物象分析，定量分析，晶胞参数的精确测定，衍射线的指标化，晶粒尺寸和比表面积，介孔材料、长周期材料的低角度区衍射，薄膜的物相鉴定及取向测定，薄膜的反射率、厚度、密度及界面粗糙度测定2. X射线物相分析的概念。答：射线照射到晶体所产生的衍射具有一定的特征，可用衍射线的方向及强度表征，根据衍射特征来鉴定晶体物相的方法称为物相分析法。3. JCPDS主要有哪种索引?答： 字顺索引即为名称索引，是按物质的英文名称或矿物学名称的字母顺序排列的，每种物质的名称后面列出其化学分子式，三根最强的d值和相对强度数据，以及该物质对应的JCPDS卡片的顺序号 数字索引（哈那瓦特索引）是鉴定未知相时主要使用的索引，它按衍射花样的三条最强线d值排列，1972年以后出版的书还列出了另外五条较强的线，即为八强线排列，每种物质的三强线或八强线在索引中重复三次或八次，即每一强线都作为第一根线排列一次。 芬克索引它是主要为强度失真和具有择优取向的衍射花样设计的，它也是按八强线排列。4. 简述粉晶X射线物相定性分析原理。答：任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数（包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中质点的数目及坐标等）。当X射线通过晶体时，产生特定的衍射图形，对应一系列特定的面间距d和相对强度I/I1值。其中d与晶胞形状及大小有关，I/I1与质点的种类及位置有关。所以，任何一种结晶物质的衍射数据d 和I/I1 是其晶体结构的必然反映。晶体的射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是射线衍射物相分析方法的依据。 1. X射线荧光产生的原理。答：原子中的内层（如K层）电子被X射线辐射电离后在K层产生一个空位。外层（L层）电子填充K层孔穴时，会释放出一定的能量，当该能量以X射线辐射释放出来时就可以发射特征X射线荧光。 2. XRF定性分析及定量分析的基本原理。答：定性分析：每一种元素都有其特定波长（或能量）的特征X射线。通过测定试样中特征X射线的波长（或能量），便可确定试样中存在何种元素，即为X射线荧光光谱定性分析。定量分析：元素特征X射线的强度与该元素在试样中的原子数量（即含量）成比例。因此，通过测量试样中某元素特征X射线的强度，采用适当的方法进行校准与校正，便可求出该元素在试样中的百分含量，即为X射线荧光光谱定量分析。 3. X射线荧光光谱仪的结构与主要类型。答：波长色散型（WDXRF）：指使用晶体分光的波长色散型光谱仪，效率较低，一般采用大功率光管激发。用于高精度高灵敏度定量分析。 能量色散型（EDXRF）：以带有半导体探测器和多道脉冲高度分析器为特征的X射线荧光光谱仪，探测效率高，一般采用放射源或小功率光管激发（几瓦到几十瓦）。用于执行快速定性分析和低水平定量分析。 4. Moseley 定律。答： 5. XRF的主要用途有哪些。答：定性分析，定量分析，元素分布，全反射XRF分析（1） 电镜的球差、像散、色差分别是由什么原因引起的？答：球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的。色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。v（2）电子束与固体样品作用时产生的信号哪些？分别解释。答：（1）背散射电子：背散射电子是被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。（2）二次电子：二次电子是指在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外层电子。（3）吸收电子 ：入射电子进人样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽,最后被样品吸收。（4）透射电子： 如果被分析的样品很薄，那么就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。（5）特征射线：当样品原子的内层电子被入射电子激发，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的射线释放出来。v （6）俄歇电子：在特征X射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以X射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另个电子发射出去，这个被电离出来的电子v（3）扫描电子显微镜的主要构造。答：电子光学系统组成：电子枪、聚光镜、物镜、扫描系统、物镜光阑、合轴线圈和消象散器。扫描系统：它由扫描发生器和扫描线圈组成样品室，信号检测与放大系统，图像显示和记录系统v（4）在扫描电镜中二次电子成像与背散射电子成像有什么区别？答：二次电子像是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种像衬度；背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。背散射电子像的形成，就是因为样品表面上平均原子序数Z大的部位而形成较亮的区域，产生较强的背散射电子信号；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较暗的区域，这样就形成原子序数衬度。（5）扫描电镜的主要特点。答：分辨率高，放大倍率高，景深D大，保真度好，样品制备简单。（6）解释：景深，焦长，衬度答：景深（或场深）是指在保持像清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。焦深（或焦长）是指在保持像清晰的前提下，像平面沿镜轴可移动的距离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。衬度：即是像面上相邻部分间的黑白对比度或颜色差v（7）电子探针有几种基本的工作方式？分别是什么？答：电子探针有三种基本的工作方式：1）对样品表面选定微区作定点的全谱扫描定性或半定量分析，以及对其中所含元素浓度的定量分析。2）电子束沿样品表面选定的直线轨迹作所含元素浓度的线扫描分析。3）电子束在样品表面作面扫描，以特定元素的X射线信号调制阴极射线管荧光屏亮度，给出该元素浓度分布的扫描图像。v 1. 透射电镜主要由几大系统构成？答：基本结构组成：电子照明系统，电子光学系统，观察记录系统，真空系统，电源系统v 2. 解释：点分辨率，晶格分辨率，衬度，明场像，暗场像答：点分辨率：透射电镜刚能分清的两个独立颗粒的间隙或中心距离晶格分辨率：当电子束射入样品后，通过样品的透射束和衍射束间存在位向差。由于透射和衍射束间的位相不同，通过动力学干涉在相平面上形成能反映晶面间距大小和晶面方向的条纹像，即晶格条纹像衬度：是指图像各部位明暗的区别程度。透射电镜图像的衬度主要包括散射衬度、衍射衬度。明场像（BF）：让透射束通过物镜光阑，将衍射电子束挡去而得到图像。直射电子成像，像清晰。暗场像（ DF） ： 将物镜光阑移动到挡住透射束的位置，让hkl衍射束通过所形成的图像。散射电子成像，像有畸变、分辨率低。v 3. 透射电镜的制样方法.v 4.试比较光学显微镜成像和透射电子显微镜成像的异同点？v 1. 解释：分子振动光谱，红外光谱，简正振动，伸缩振动，弯曲振动，偶极矩，红外活性，非红外活性，基频峰，泛频峰，简并答：分子振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动能级的跃迁，从而产生对光的吸收或散射。红外光谱：样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，引起分子偶极矩的净变化，并使分子振动或转动能级从基态跃迁到激发态，相应于这些频率的透射光强减弱，记录透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。简正振动是分子的基本振动，它是指分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置或达到最大位移值。伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，使键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。按其对称性的不同，它又可分为对称和不对称伸缩振动。前者是指振动时各个键同时伸长或缩短；后者是指有的键伸长、有的键缩短。对同一基团而言，不对称伸缩振动的频率及吸收强度总是高于对称伸缩振动。弯曲振动：弯曲振动又叫变形振动，是一种基团键角发生周期性地变化而键长不变的振动形式，它又可分为面内弯曲振动和面外弯曲振动两种类型。面内弯曲振动的振动方向位于分子平面内，而面外弯曲振动是垂直于分子所在平面的一种弯曲振动。偶极矩：正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩rq。分子的极性越大，偶极矩越大。红外活性：分子在振动过程中必须有偶极矩的净变化。即偶极矩的变化0 。分子振动时引起偶极矩变化，产生红外吸收的性质，称为红外活性。相关的振动称为红外活性振动。非红外活性：分子振动时不引起偶极矩变化，不能吸收红外辐射，即为非红外活性。基频峰：分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（0 ）跃迁至第一激发态（ 1 ）时所产生的吸收峰。即=1所产生的吸收峰。基频峰的峰位（ vL ）等于分子的振动频率v。泛频峰：在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（=0）跃迁至第二振动激发态（2），第三振动激发态（3）等等，所产生的吸收峰称为倍频峰。简并：不同振动形式有相同的振动频率。v 2. 红外光分为哪三个区？并说明这些区的吸收带的用途。答：近红外光区的吸收带（13158-4000cm-1）：可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。中红外光区吸收带（4000-200cm-1）：是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。远红外光区吸收带（200-100cm-1）：是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。v 3. 分子产生红外光谱的条件？答：（1）振动的频率与红外光波段的某频率相等 即分子吸收了这一波段的光，可以把自身的能级从基态提高到某一激发态。这是产生红外吸收的必要条件。v （2）偶极矩的变化v 分子在振动过程中，由于键长和键角的变化，而引起分子的偶极矩的变化，结果产生交变的电场，这个交变电场会与红外光的电磁辐射相互作用，从而产生红外吸收。而多非极性的双原子分子（H2,N2,O2)，虽然也会振动，但振动中没有偶极矩的变化，因此不产生交变电场，不会与红外光发生作用，不吸收红外辐射。称之为非红外活性。v 4. 影响红外光谱峰的内部因素有哪些？答：内部因素主要有：1）电子效应、2）氢键效应、3）空间场效应、4） 样品物理状态的影响、5）振动耦合原子吸收复习题1原子吸收光谱仪一般由 光源 、 原子化系统 、 分光系统 和 检测系统 四部分组成。2. 按照原子化方式分类，原子吸收光谱仪可分为 火焰 和 非火焰 两大类。3. 原子吸收线变宽的影响因素有哪些？答：（1）自然变宽；（2）多普勒变宽；（3）压力变宽；（4）场致变宽；（5）自吸变宽。4. 原子吸收光谱分析中火焰可分为 化学计量火焰 、 贫燃火焰（氧化性火焰） 、 富燃火焰（还原性火焰） 三大类。5. 原子吸收光谱仪中原子化系统的作用是什么？答：将试样中的被测元素转化为基态的原子蒸气。6. 原子吸收光谱仪中用来衡量仪器性能的技术指标是 特征浓度 和 检出限。7. 什么是电离干扰？消除电离干扰的方法？答：是指一些元素在火焰中被离解成基态原子后，继续电离为正离子和自由离子，造成基态原子数减少，导致吸光度降低的一种干扰效应。消除电离干扰的方法：（1）加入电离抑制剂。（2）使用温度较低的火焰。8. 试阐述火焰原子吸收光谱分析法的优缺点。答： 优点：1.原子吸收分析条件稳定，重现性好，相对标准偏差小；1或更好2.分析速度快；3.应用元素范围广，空气-乙炔火焰可以测定35种元素，氧化亚氮乙炔火焰测定70多种元素；4.操作方法简便，易掌握。缺点：1.样品利用效率低，10%15%，大部分样品变为废液；2.气相原子浓度受到大量火焰气体的强烈稀释，大约为108个原子中只有1个原子参与吸收；3.火焰中自由原子在测量光路中的平均停留时间很短，约为10-4s；4.难熔元素如硼、硅、钛、锆、铌、钽、稀土元素等易生成难离解氧化物，原子化效率低。等离子发射光谱分析复习题1. 等离子发射光谱分析过程主要分三步，即激发、分光和检测。 2等离子体焰炬形成过程？答：首先向炬管中通入惰性气体（通常是氩气），建立氩气气氛。 感应线圈接入高频电源（27-40MHz），此时线圈内有高频电流及由它产生高频磁场。 由于在室温下干燥的氩气并不导电，不会在氩气中产生感应电流。提供尖端放电，使氩气局部电离为导体，进而产生感应电流（涡电流）。 感应电流加热气体形成火炬状ICP炬焰。 3.等离子体的定义。答：一般指电离度在0.1%以上的气体，这种气体不仅含有中性原子和分子，而且含有大量的电子和离子，且电子和正离子的浓度处于平衡状态，从整体来看是处于中性的。4. 等离子发射光谱定量分析是根据元素光谱线的强度和元素浓度间的定量关系来进行测定的。5. 等离子发射光谱分析法可以进行定性分析、定量分析、半定量分析。1. 解释：热分析、热重分析、差热分析、微商热重法、差示扫描量热法热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。微商热重法是在程序控温条件下,借助热天平,可以获得试样的质量随温度变化关系的信息差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术2影响热重分（TG ）曲线的因素有哪些？（1）升温速度 升温速度越快，温度滞后越严重（2）气 氛 影 响（3）样品的粒度和用量样品的粒度不宜太大、装填的紧密程度适中，200-300目筛10mg左右。（4）试样皿（坩锅）应注意试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的。如聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样皿，因相互间会形成挥发性碳化物。铂金试样皿不适宜作含磷、硫或卤素的聚合物的试样皿，因铂金对该类