仪器分析精选习题及答案

1、仪器分析精选习题集及答案 第二章气相色谱分析 2-2气相色谱仪的基本设施包括哪几部分？各有什么作用？ 答：气相色谱仪包括五个部分： （1）载气系统，包括气源、气体净化、气体流速控制和测量； 作用：向分析系统提供流动相（载气），并保证其纯度，控制载 气的流速与压力，以使其可正常工作。 （2）进样系统，包括进样器、气化室； 作用：试样注入进样器中，经气化室瞬间气化为气体，由不断 通过的载气携带进入色谱柱。 （3）色谱柱和柱箱，包括温度控制装置； 作用：在色谱柱中充满固定相，当载气携组分流经时，由于不 同组分与固定相吸附作用大小不同， 其保留值不同，从而可将各组分在色谱柱中 分离。温度控制装置用来控

2、制色谱柱温度， 以配合流速，组分性质等将组分更好 分离。 （4）检测系统，包括检测器、检测器的电源及控温装置； 作用：调节温控装置控制温度，当各组分先后进入检测器时， 检测器可将组分浓度或质量变化转化为电信号 （5）记录系统，包括放大器、记录仪，有的仪器还有数据处理装置； 作用：由于电信号会很小，所以经过放大器，将电信号放大并 通过记录仪显示信号，记录数据。 2-20在一根2m的长的硅油柱上，分析一个混合物，得下列数据：苯、甲苯及 乙苯的保留值时间分别为1, 20，、2, 2,及3, 1，；半峰宽为0.211cm, 0.291cm及 0.409cm,已知记录纸速为1200mm - h-1，求色

3、谱柱对各种组分的理论塔板数及塔 板高度。 解：记录纸速：F=1200mm - h-1= 30 1 -1 8 tR1=80s X cm - s = cm 30 3 1 -1 61 tR2=122sX cm - s = cm 30 15 1 -1 181 tR3=181sX cm - s = cm 30 30 、2 统一 tR与丫1/2的单位: 1 -1 cm - s 对组分苯：n 1=5.54 tR1 丫1 1 2 =5.54 X 8 3 0.211 Hi=L = 2m =2.26mm 山 885 tR2 2 15 0.291 对组分甲苯: n 2=5.54 =5.54X 1082 、2 H2=

4、 = 2m =1.85mm n21082 /、2 广 181 Y 对组分乙苯：n 3=5.54 tR3 =5.54 X 30 1206 丫1（3） 0.409 2丿 I ) H3=L2m=1.66mm n31206 2-21在一根3m长的色谱柱上，分离一试样，得如下的色谱图及数据: （1）用组分2计算色谱柱的理论塔板数； （2）求调整保留时间t R1及t R2； （3）若需达到分离度R=1.5，所需的最短柱长为几米？ 解：(1)对组分 2，tR2=17min，Y=1min ，tM=1min (t 屮(17 n2=16I =16X i =4624 I Y丿I 1丿 (2) t R1= tR1 t

5、M=14min 1min=13min t R2= tR2 tM=17m in 1mi n=16min (3) 0= I t R2 I t R1 16 13 16 2 n有效=16R =16X 1.52X 13 13 L 3m H有效- n2有效 =0.732mm 16 2 16( - J2 1 T丿 =1024 / Lmin= n 有效 H 有效=1024x 0.732mm=0.75m 2-25丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据: ft 峰咖n 空 0,5 0.2 R 3.51 0.8 T 4.8 1.0 计算：（1） 丁烯在这个柱上的分配比是多少? （2）丙烯和丁烯的分离度是多少？

6、 解：（1）对丁烯 tR2=4.8min ，tM=0.5min 分配比 k=tlM=4-0.5=8.6 tM5 tR(2) tR(i) R=t=t1.44 評8+1.0)評8+1.0) 2 1 2-26某一气相色谱柱，速率方程式中A ,B和C的值分别是0.15cm, 0.36cm -s 和 4.3 x 10-2s,计算最佳流速和最小塔板高度。 解：最佳流速 u 最佳=iB = i0.36cm *s =2.89 cm2 s-1 C S 4.3x10，s 最小塔板高度 H 最小=A+2 . BC =0.15cm+2、0.36 4.3 10，cm=3.99cm 2-30有一试样含甲酸、乙酸、丙酸及不

7、少水、苯等物质，称取此试样1.055g。 以环己酮作内标，称取0.1907g环己酮，加到试样中，混合均匀后吸取此试液3uL 进样，得到色谱图。从色谱图上测得的各组分峰面积及已知的$值如下表所示： 乙直 丙H 峰面积 14.8 72.6 :纽一 42,4 0.261 0,562 1,00 0.938 求甲酸、乙酸、丙酸的质量分数 解：甲酸: 1 1 f甲酸= S甲酸0.261 *酸二 A酸？ms?f 甲酸 x 100%= 14.8 X 0.1907 Xx 100%=7.71% Asm1331.0550.261 乙酸：f乙酸= S乙酸 0.562 -W乙酸= A乙酸 ?匹？ f酸 X 100%=

8、A m 72.60.1907 v 1 1331.0550.562 100%=17.56% / _ 1 _ 1 丙酸: f丙酸 S丙酸 0.938 W丙酸=A丙酸?ms? f丙酸X 100%=空 X 0.1907 X X 100%=6.14% ASm1331.0550.938 第三章高效液相色谱分析 3-1从分离原理、仪器构造及应用范围上简要比较气相色谱及液相色谱的异同 点。 答：（1）分离原理：相同点：气相色谱和液相色谱都是使混合物中各组分 在两相间进行分配。当流动相中所含混合物经过固定相时，会与固定相发生作用。 由于各组分性质与结构上的差异，不同组分在固定相中滞留时间不同，从而先后 以不同的

9、次序从固定相中流出来；异同点：气相色谱的流动相为气体，液相色 谱的流动相为液体。 （2）仪器构造：相同点：气相色谱和液相色谱都具有压力表， 进样器, 色谱柱及检测器；异同点：液相色谱仪有高压泵和梯度洗提装置。 注液器中贮 存的液体经过滤后由高压泵输送到色谱柱入口， 而梯度洗提装置则通过不断改变 流动相强度，调整混合样品各组分k值，使所有谱带都以最佳平均k值通过色谱 柱。 （3）应用范围：相同点：气相色谱和液相色谱都适用于沸点较低或热 稳定性好的物质；异同点：而沸点太高物质或热稳定性差的物质难用气相色谱 法进行分析，而液相色谱法则可以。 3-4液相色谱法有几种类型？它们的保留机理是什么？在这些类

10、型的应用中，最 适宜分离的物质是什么？ 答：液相色谱法的类型有：液一液分配色谱法、化学键合色谱法、液一固色 谱法、离子交换色谱法、离子对色谱法、空间排阻色谱法等。 等。 相同 其中，（1）液一液分配色谱法保留机理是：试样组分在固定相和流动相之间的 相对溶解度存在差异，因而溶质在两相间进行分配。分配系数越大，保留值越大； 适用于分离相对分子质量为200到2000的试样，不同官能团的化合物及同系物 （2）化学键合色谱法保留机理和最适宜分离的物质与液一液分配色谱法 （3）液一固色谱法保留机理是：根据物质吸附作用不同来进行分离， 作 用机制是溶质分子和溶剂分子对吸附剂活性表面的竞争吸附。如果溶剂分子吸

11、附 性更强，则被吸附的溶质分子相应的减少； 适用于分离相对分子质量中等的油溶 性试样，对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性。 （4）离子交换色谱法保留机理是： 基于离子交换树脂上可电离的离子与 流动相具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换， 依据这些离子对交换剂具有不同 亲和力而将它们分离；适用于凡是在溶剂中能够电离的物质 （5）离子对色谱法保留机理是：将一种（或多种）与溶质分子电荷相反 的离子加到流动相中， 使其与溶质离子结合形成疏水型离子化合物， 从而控制溶 质离子的保留行为；适用于各种强极性的有机酸，有机碱的分离分析。 （6）空间排阻色谱法保留机理是： 类似于分子筛作用， 溶质在两

12、相之间 按分子大小进行分离，分子太大的不能今年、进入胶孔受排阻，保留值小；小的 分子可以进入所有胶孔并渗透到颗粒中， 保留值大；适用于分子量大的化合物 （如 高分子聚合物）和溶于水或非水溶剂，分子大小有差别的试样。 3-5 在液液分配色谱中，为什么可分为正相色谱及反相色谱？ 答：在液液分配色谱法中，一般为了避免固定液的流失，对于亲水性固 定液常采用疏水性流动相， 即流动相的极性小于固定相的极性， 这种情况称为正 相液液分配色谱法； 反之， 若流动相极性大于固定相的极性， 则称为反相液 液分配色谱法。正相色谱和反相色谱的出峰顺序彼此正好相反。 3-8 何为梯度洗提？它与气相色谱中的程序升温有何异

13、同之处？ 答：所谓梯度洗提，就是载液中含有两种（或多种）不同极性的溶剂，在分 离过程中按一定的程序连续变化改变载液中溶剂的配比极性， 通过载液中极性的 变化来改变被分离组分的分离因素从而使流动相的强度、极性、 PH 值或离子强 度相应的变化以提高分离效果。 它的作用相当于气相色谱中的程序升温，不同的是， k 值的变化是通过流动 相的极性、 PH 值或离子强度的改变来实现的。而气相色谱的程序升温是按预定 的加热速度随时间作线性或非线性的增加， 是连续改变温度； 相同的是它们的作 用都是通过改变被分离组分的分离因素，提高分离效果。 第八章 原子吸收光谱分析 8- 2 何谓锐线光源？在原子吸收光谱分

14、析中为什么要用锐线光源？ 答：所谓锐线光源就是能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源； 在原子吸 收光谱分析中， 由于原子吸收线的半宽度很小， 要测量这样一条半宽度很小的吸 收线的积分吸收值， 就需要有分辨率高达五十万的单色器。 这在目前的技术情况 下还很难做到。使用锐光源，可以通过计算峰值吸收系数代替积分吸收。 8- 6 石墨炉原子化法的工作原理是什么？与火焰原子化法相比较，有什么优缺 点？为什么？ 答：石墨炉原子化法的工作原理为： 它是利用电流直接加热石墨炉以达到高 温（20003000C）使被测元素原子化的方法。它在原子化过程中采用直接进样 和程序升温排除干扰并且使被测元素原子化。 与火焰

15、原子化相比： 优点：（1）最大优点是注入的试样几乎可以完全原 子化。特别是对于易形成耐熔氧化物的元素， 由于没有大量氧存在， 并由石墨提 供了大量碳，所以能够得到较好的原子化效率。 (2) 原子在光路中的停留时间长，绝对灵敏度高。而火焰原子化法基态原 子在光路中停留时间短， 部分基态原子在火焰冷区域会重新结合成单氧化物， 单 氢氧化物和双金属氧化物。 (3) 用样量少，可直接分析固态样品，如塑料，纤维。而火焰原子化法则 需要试样为液态或气态，使其与燃气一起喷出。 (4) 对均匀的悬浮物及乳浊液也可分析。 (5) 由于试样完全蒸发，几乎不存在基体效应。因为在程序升温过程中， 在较高的温度下使有机

16、物或沸点低的无机物灰化以排除， 减少基体组分对待测元 素的干扰。 而火焰原子化法则无法直接消减其它元素的干扰， 只能在试样中加入 其它试剂以抑制干扰。 (6) 可直接分析共振线位于远紫外区的非金属元素。 (7) 具有较高且可调的原子化温度，最高可达 3400C。 缺点：(1)共存化合物的干扰比火焰原子化法大。 当共存分子产生的背景吸 收较大时， 要调节灰化温度及时间， 使背景分子吸收不与原子吸收重叠， 并使用 背景校正方法来校正之。 ( 2)由于取样量少， 进样量及注入管内位置变动都会引起偏差， 因而 重现性要比火焰法差。 8-7 说明在原子吸收分析中产生背景吸收的原因及影响， 如何减免这一类

17、影响？ 答：(1)火焰成分对光的吸收。由于火焰中 OH、CH、CO 等分子或基团吸 收光源辐射的结果。 波长越短， 火焰成分的吸收越严重； 一般可通过零点的调节 来消除。 ( 2)金属的卤化物、 氧化物、 氢氧化物以及部分硫酸盐和磷酸盐分子对 光的吸收。在低温火焰中，影响较显著。在高温火焰中，由于分子分解而变的不 明显。碱土金属的氧化物和氢氧化物分子在它们发射谱线的同一光谱区中呈现明 显吸收；可用高温火焰来减少吸收。 ( 3)固体微粒对光的散射。 当进行低含量或痕量分析时， 大量基体成分 进入原子化器，这些基体成分在原子化过程中形成烟雾或固体微粒在光路中阻挡 光束而发生的散射现象，此时将引致假

18、吸收；分离基体成分以减少影响。 8-10 要保证或提高原子吸收分析的灵敏度和准确度，应注意切哪些问题？怎样 选择原子吸收光谱分析的最佳条件？ 答：为保证或提高原子吸收分析的灵敏度和准确度， 就要恰当的选择原子吸 收分光光度的分析条件，包括分析线的选择、空心阴极灯电流、火焰、燃烧器高 度、狭缝宽度以及光源工作条件、供气速度、燃气与助燃气流量比等实验条件。 最佳条件的选择：( 1)分析线：一般选择待测元素的共振线，但测定高浓 度样品时， 可选次灵敏线。 若火焰稳定性差时， 需选用次灵敏线， 对于微量元素， 必须选用最强吸收线。 (2) 通带：无邻近干扰线时选择较大通带，0.4 nm；有邻近干扰线时

19、选择较 小通带， 0.2nm。 (3) 空心阴极灯电流：在保证有稳定和足够的辐射光通量下，应选择较低 灯电流。 (4) 火焰：对于易生成难解离化合物元素，应选择温度高的乙炔 空气， 以至乙炔一氧化亚氮火焰；反之，对于易电离元素，高温火焰常引起严重的电离 干扰，是不宜选用的。可归纳如下：测定 Se、As用空气一氢火焰；测定Ca、 Mg、Fe、Cu、Zn用空气一乙炔火焰；测定 Al、Si、Cr、Mo、W用空气一乙炔, 乙炔一氧化亚氮火焰。 (5) 燃烧器高度：调节燃烧器高度，使空心阴极灯火焰通过自由原子浓度 最大的火焰区。测定高浓度样品时，可旋转燃烧器角度，以保证灵敏度。 8-14用原子吸收光谱法

20、分析尿试样中铜的含量，分析线324.8nm。测得数据如 下表所示，计算试样中铜的质量浓度(ug mL1 )。 加人Cu的环 加人d的质谁度 1 6.0 0.757 8*0 0.912 4.0 0 60 j 解：设试样铜的质量浓度为 Cx ug mL1 由标准加入法得图： II :. 4.02.002.04.06.08.0 C/ ug mL 由图量得Cx=3.6ug - mL1 8-15用原子吸收法测锑，用铅作内标。取5.00mL未知锑溶液，加入 2.00mL4.13ug - mL1的铅溶液并稀释至 10.0 mL，测得Asb/APb =0.808。另取相同 浓度的锑和铅溶掖， Asb/APb

21、=1.31，计算未知液中锑的质量浓度。 解：设未知液中锑的质量浓度为 Cx ug mL1 第一次：Csb1= 5Cx = 1 CxCpz= 2 4.13 =0.826 ug - mL 10 2 10 Asb1= Ksb Csb1APb1= KPb Cpb1 ASb1 = Apbi Ks2cX KPb 0.836 KSb Cx Kpb *1.652 =0.808 Cx=1.335 Ksb Kpb 第二次： CSb2 = CPb2 Apb2= Kpb Cpb2 Asb2= Ksb CSb2 ASb2 = _ KSb *CSb2 =1 31 APb2 K Pb *CPb2 i1 1 1 联立得3荷九

22、019 ugmL 第九章紫外吸收光谱分析 9- 2电子跃迁有哪几种类型？这些类型的跃迁各处于什么波长范围？ * * * * 答：电子跃迁类型有：o 0-、nn、n o*、nn，电何迁移跃迁和配 *位场跃迁。 其中： 0:处于真空紫外区，10200nm nn * :处于近紫外区，200380nm n 0:处于远紫外区和近紫外区，10380nm nn :处于近紫外区，200380nm 电荷迁移跃迁：处于远紫外区和近紫外区，10380nm 配位场跃迁：处于可见光区，380800nm 9-7异丙叉丙酮有两种异构体：CH C(CH)=CH COCH及CH=C(Cfe) CH CO- CH。它们的紫外吸收

23、光谱为：(a)最大吸收波长在235nm处，(b)220nm以后没有强吸收。如何根据这两个光谱来判别上 述异构体？试说明理由。 答: (a) 是 CH C(CH)=CH-CO-CH; (b)是 CH=C(CH) CH CO-CH 由于(a)的最大吸收波长比(b)长，故体系能量较低，由于前一个异构体中 C=C键和c=o键形成共轭结构，可形成比后一个异构体更低的能量体系结构， 所以(a)为 CH C(CH)=CH-CO-CH 9- 10紫外及可见光分光光度计与可见光分光光度计比较，有什么不同之处？为 什么？ 答：不同之处：(1)光源：有钨丝灯及氢灯(或氘灯)两种，可见光区(360 1000nm使用钨

24、灯丝，紫外光区则用氢灯或氘灯。 (2)由于玻璃要吸收紫外线，所以单色器要用石英棱镜(或光栅) ，溶 液的吸收池也用石英制成。 (3)检测器使用两只光电管，一个是氮化铯光电管，用于6251000nm 波长范围，另一个是锑铯光电管，用于 200625nm波长范围，光电倍增管亦为 常用的检测器，其灵敏度比一般的光电管高 2 个数量级。 第十章 红外吸收光谱分析 10- l 产生红外吸收的条件是什么？是否所有的分子振动都会产生红外吸收光 谱？为什 么？ 答：红外光谱是由于分子振动能级的跃迁(同时伴随转动能级跃迁)而产生的。 产生红外吸收应具备的两个条件： ( 1 )辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的

25、 能量。( 2)辐射与物质之间有偶合作用。 并不是所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。因为产生红外吸收光谱必须 满足上述两个条件。 红外辐射具有合适的能量， 能导致振动跃迁的产生。 当一定 频率的红外光照射分子时， 如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射的频 率一致，就满足第一个条件；为满足第二个条件，分子必须有偶极矩的改变，只 有发生偶极矩的变化的振动才能引起可观测的红外吸收谱带。 当这两个条件都满 足了，才会产生红外吸收光谱。 10- 4 红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程。 答：红外光谱定性分析是依据每一化合物都具有特异的红外吸收光谱，其 谱带的位置、数目、形状、和强度均随化合物及其聚焦态的不同而不同。大致可 分为官能团定性和结构分析定性两方面。 官能团定性是根据化合物的红外光谱的 特征