完整版仪器分析考前复习题答案

1、1、指示电极和工作电极有何区别？如何定义？ 5分用来指示电极外表待测离子的活度,用于测定过程中溶液本体浓度不发生变化的体系的电 极,称为指示电极.用来发生所需要的电化学反响或响应激发信号,用于测定过程中本体浓度会发生变化的体系的电极,称为工作电极.主要区别是：测定过程中溶液本体浓度是否发生变化.因此,在电位分析法中的离子选择电极、极谱分析法中的滴汞电极都称为指示电极.在电解分析法和库仑分析法的伯电极上,因电极反响改变了本体溶液的浓度,故称为工作电极.2、 比较化学滴定、电位滴定、库仑滴定之间的异同.5分普通的化学滴定法是依靠指示剂颜色变化来指示滴定终点.如果待测溶液有颜色或浑浊时,终点的指示就

2、比较困难,或者根本找不到适宜的指示剂.而电位滴定法是在滴定过程中,通过测量电位变化以确定滴定终点的方法,和直接电位法相比,电位滴定法不需要准确的测量电极电位值,因此,温度、液体接界电位的影响并不重要,其准确度优于直接电拉法.但是在滴定到达终点前后,滴液中的待测离子浓度往往连续变化 n个数量级,引起电位的突跃,被测成分的含量仍然通过消耗滴定剂的量来计算.库仑滴定是指在特定的电解液中,以电极反响的产物作为滴定剂 电生滴定剂,相当于化学滴定中的标准溶液 与待测物质定量作用,借助于电位法或指示剂来指示滴定终点.与其他的滴定相比,库仑滴定并不需要化学滴定和其它仪器滴定分析中的标准溶液和体积计 量,简化了

3、操作过程；库仑滴定中的电量较为容易限制和准确测量；沉定剂来自于电解时的电极产物,可实现容量分析中不易实现的沉定过程；方法的灵敏度、准确度较高；易于实现自动滴定等特点.3、极谱定性、定量的依据是什么.5分极谱定性分析的依据是： 在一定条件下,每种物质的半波电位是个固定值,不因该物质在电解液中所含的浓度不同而不变化.定量分析根据极谱扩散电流方程和极谱波方程式12 1一 .1极谱扩散电流方程平均、dtdt= 607nD2m3t6c0当温度、底液及毛细管特性不变时,极限扩散电流与浓度成正比, 这既是极谱定量分析的依=-BI ln (Gc - i据.极谱波方程式de 1n 2 nF 1-(4摭4、盐桥的

4、作用是什么？对盐桥中的电解质有什么要求？5分主要作用是：1.在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触,减免和稳 定液接电位当组成或活度不同的两种电解质接触时,在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷别离而形成双电层,这样产生的电位差称为液体接界扩散电位,简称液接电位,使液接电位减至最小以致接近消除.2.预防试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位.盐桥里的物质一般是强电解质而且不与溶液反响,常用氯化钾,但对于溶液中有Ag+的那么不能采用氯化钾,一般用硝酸钾代替.5、为什么要引入条件电极电位？对参比电极有何要求？ 5分条件电极电位是由于在实

5、际工作中考虑了溶液的离子强度、配位效应、沉淀、水解、pH等因素的影响后的实际电极电位. 参比电极必须是电极反响为单一的可逆反响,电极电势稳定和重现性好,通常多用微溶盐电极作为参比电极.6、简述色谱根底理论中的塔板理论和速率理论10分塔板理论是由以下四个假设构成的：1、在柱内一小段长度 H内,组分可以在两相间迅速到达平衡.这一小段柱长称为理论塔板高度Ho 2、流动相如载气进入色谱柱不是连续进行的,而是脉动式,每次进气为一个塔板体积 Vm.3、所有组分开始时存在于第 0号塔板上,而且试样沿轴纵向扩散可忽略.4、分配系数在所有塔板上是常数,与组分在某一塔板上的量无关.3分速率理论：是由荷兰学者范弟姆

6、特等提出的.结合塔板理论的概念,把影响塔板高度的动力学因素结合进去,导出的塔板高度H与载气线速度u的关系：H = A B Cu u 其中：A称为涡流扩散项,B为分子扩散项,C为传质阻力项涡流扩散项 A气体碰到填充物颗粒时,不断地改变流动方向,使试样组分在气相中形成类似涡流的流动,因而引起色谱的扩张.由于 A=2入dp,说明A与填充物的平均颗粒 直径dp的大小和填充的不均匀性入有关,而与载气性质、线速度和组分无关, 因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体,并尽量填充均匀,是减少涡流扩散,提升柱效的有效途径.分子扩散项B/u由于试样组分被载气带入色谱柱后,是以塞子的形式存在于柱的很小一段空间中,在 塞

7、子的前后纵向存在着浓差而形成浓度梯度,因此使运动着的分子产 生纵向扩散.而B=2rD gr是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数弯曲因子,D g为组分在气相中的扩散系数.分子扩散项与D g的大小成正比,而 D g与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分,其Dg小,反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根,所以采用相对分子质量较大的载气如氮气,可使B项降低,D g随柱温增高而增加,但反比于柱压.弯曲因子 r为与填充物有关的因素.传质项系数 Cu C包括气相传质阻力系数 C g和液相传质阻力系数 C 1两项.所谓气相 传质过程是指试样组分从移动到相外表的过程,在这一过程中试样组

8、分将在两相间进行质量交换,即进行浓度分配.这种过程假设进行缓慢,表示气相传质阻力大,就引起色谱峰扩张.7分7、 简述HPLC仪器的根本构成及常用的一些别离类型.10分HPLC仪器一般可分为梯度淋洗系统,高压输液泵与流量限制系统,进样系统,别离柱 及检测系统等5个主要局部5分；液相色谱有多种别离类型,根据使用的固定相不同, 主要有如下别离类型：液-固吸附色谱,液-液分配色谱、离子交换色谱,排阻色谱、亲和色 谱等.5分8、色谱分析法区别丁其他分析方法的主要特点是什么？ 5分1、别离效率高,可以别离分析复杂混合物、有机同系物、异构体、手性异构体等；2、灵敏度高,可以检测出g/g级甚至是ng/g级的物

9、质量；3、分析速度快,一般在几分钟或 几十分钟内可以完成一个试样的分析；4、应用范围广,气相色谱适用物沸点低于 400 C 的各种有机化合物或无机气体的别离分析.液相色谱适用于高沸点、热不稳定及生物试 样的别离分析.离子色谱适用于无机离子及有机酸碱的别离分析.9、色谱别离过程中的热力学和动力学因素分别由哪两个参数表现出来？两个色谱峰的保存时间较大就一定能够别离完全吗？ 5分色谱别离过程中的热力学因数是是保存值之差,而区域宽度是色谱别离过程中的动力学因 数,他们分别是通过别离度和分配系数这两个参数表现出来的.不一定能别离完全,判断两个峰能否别离完全是用别离度来表现的,当别离度R=1.5时,分离程

10、度到达99.7%,为相邻两峰完全别离的标准.10、选择气相色谱固定液的根本原那么是什么？如何判断化合物的出峰顺序？5分固定液通常中高沸点、 难挥发的有机化合物或聚合物.选择固定液的根本原那么是 “相似相溶原理.即根据试样的性质来选择与其相近或相似的固定液.根据组分与固定液的极性来判断出峰顺序. 如果组分与固定液的极性相似, 固定液和被测组 分两种分子间的作用力就强, 被测组分在固定液中的溶解度就大, 分配系数就磊,就不能先 出峰,即组分与固定液的极性相差较大的、分配系数小的先出峰,而分配系数大的后出峰.11、HPLC分析法中为什么采用梯度洗脱？如果组分保存时间太长,可以采 取什么举措调节？ 5

11、分在气相色谱中,可以通过限制柱温来改善别离、调节出峰时间.而在液相色谱中,别离温度必须保持在相对较低和恒定状态.改善别离、调节出峰时间的目的, 需通过改变流动相组成和极性的方法即梯度洗脱的方法改变,从而可以使一个复杂样品中的性质差异较大的组分能按各自适宜的容量因子 k到达良好的别离目的.如果组分保存时间太长,可以通过改变柱长,增加流速,改变流动相的极性来调节.12、简述光分析仪器的根本流程,并举例说明各根本单元所用的器件.10分光分析仪器种类很多,原理各异,但均涉及以下过程：提供能量的能源及辐射限制、辐射能与待测物质之间的相互作用,信号发生、信号检测、信息处理与显示等.首先是被测物质与辐射能作

12、用后,通过信号发生局部产生包含物质某些物理或化学性质信息的分析信 号,再由信号检测局部将分析信号转变为易于测量处理的电信号,最后由信息处理与显示部分将信号和结果以展现出来,变成人们可以观看的形式.光分析仪器通常包括五个根本单元：光源、单色器、试样室、检测器、信息处理与显示装置.5分光源：在光谱分析中通常根据方法特征采用不同的光源,如：可见光谱分析法中通常使 用鸨灯,而紫外光谱分析法中通常使用氢灯和觉灯,红外光谱分析法中经常使用能斯特灯.单色器：作用是将多色光色散成光谱带,提供光谱带或单色光.是光分析仪器的核心部件之一,其性能决定了光分析仪器的分辨率.包括色散元件光栅与棱镜,狭缝、准直镜等元件.

13、检测器有光检测器和热检测器两种,光检测器可分为单道型检测器和阵列型多道型检测器,单道型检测顺有光电池检测器、光电管检测器和光电倍增管检测器等,阵列型检测器有光电二极管阵列检测器和电荷转移元件阵列检测器等.热检测器有真空热电偶检测器和热电检测器.信息处理与显示装置主要是计算机,配合专用的工作站进行数据处理并显示在计算机屏幕上.5分13、光分析法与其他分析方法相比有什么突出优点？ 5分光分析法在分析过程不涉及混合物别离,某些方法可进行混合物选择性测量,仪器涉及大量光学器件,与其他分析方法相比,具有灵敏度高、选择性好、用途广泛等特点.它涉及 辐射能与待测物质间的相互作用及原子或分子内的能级跃迁,能提

14、供化合物的大量结构信 息,在研究待测物质组成、结构表征、外表分析等方面具有其他分析方法难以取代的地位.14、为什么原子光谱通常为线状光谱而分子光谱通常为带状光谱？ 5分原子光谱是由原子所产生的吸收,包括原子发射,原子吸收和原子荧光三种,都经过原子化的过程以后,利用原子能级之间跃迁实现检测的,根据量子力学根本原理,能级跃迁均是量子化的,且满足一定条件时才能有效发生,所以原子光谱是线状光谱,谱线宽度很窄, 其半宽度约为10-3nm.同时由于原子内部不存在振动和转动能级,所发生的仅仅是单一的 电子能级跃进迁的缘故. 分子光谱包括紫外-可见、红外和荧光三种,是通过分子价层电子能级跃迁而产生的, 由于分

15、子中广泛存在分子的振动、分子的转动,会叠加到电子能级之上, 又由于其产生的振-转能级低于价电子能级,结果是价电子能级的展宽,最终表现为为带状光谱而不是线状光 谱.15、为什么分子的荧光波长比激发光波长长？而磷光波长乂比荧光波长长？两者有那些共性和不同？ 10分1、分子吸收外界光辐射以后,价层电子吸收能量发生能级跃迁,从基态跃迁到激发态,高能态的电子不稳定需要释放多余的能量,可以通过多种途径实现,其中之一是以光辐射的形式释放能量,回到基态,2、电子由第一激发单重态最低能级回到基态时发射的光称为荧光,而电子由第一激发三重态最低能级回到基态时发射的光称为磷光.5分3、由于分子受到光激发以后,可能跃迁

16、到高电子能级的各个振动能级上,而不是只有第一激发单重态的最低能级,由 E=h v和c=入v可知,荧光波长比激发光波长长,类似的,由于三重态对 应的是自旋平行而单重态对应的是自旋相反,根据量子力学原理可知第一激发三重态比第一激发单重态的能级还要小一些,因此,磷光波长又比荧光波长长.4、两者均属于分子从激发态回到基态的光子发射过程,都具有两个特征光谱激发光谱和发射光谱,其不同之处除了波长不同以外,其发射时间也有不同荧光大约在10-8s左右,而磷光那么在10-4-100s之间.5分16、 分析线、灵敏线、最后线、共振线各表示什么意义？相互之间有什么关系？5分分析线在测定某元素的含量或浓度时,所指定的

17、某一特征波长的谱线,一般是从第一激发态状态下跃迁到基态时,所发射的谱线. 每一种元素都有一条或几条最强的谱线,即这几个能级间的跃迁最易发生,这样的谱线称为灵敏线,最后线也就是最灵敏线. 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光,它再跃迁回基态时,那么发射出同样频率的光,叫共振发射线,简称共振线.17、某种化合物C10H12O2,其HNMR数据如下：a 7.3 5H , s , a 5.212H , s, a 2.3 2H , tetra, a 1.2 3H , tri推断结构.5 分a 7.3计算自由度：U=10-6+1=5 ,由 8 =7.3ppm(5H ,s,推断可能含有一个苯

18、环还可能含有一个双键.结合其他数据,最后得出该化合物的结构为:C2O-CcH2CH318、10分分子式为C4H10O的化合物有两种同分异构体,请根据 HNMR数 据分别确定其结构,并标示出各组峰所对应的化学位移：结构Ia1.93H, 三重峰,a 3.7 2H,四重峰；结构II a 0.7 3H,三重峰,a 1.0 3H, 二重峰,a 1.2 2H,五重峰,a 1.3 1H,单重峰,a 3.6 1H,六重峰.结构I应该为：CH3CH2OCH2CH3结构II应该是：CH3CH2CHCH 3OH19、10分分子式为C4H8O2 M=88的化合物有两种同分异构体,请根据以下数据分别确定其结构,并简要说

19、明依据：结构I HNMR a 2.2 3H, 单峰,a 3.5 3H,单峰,a 4.1 2H,单峰；MS主要质谱峰有 88, 58, 45, 43结构II FTIR 主要吸收峰有 2985, 1741, 1464, 1438, 1357, 1203cm-1;MS 主要质谱峰有88, 59, 57, 29自由度为4-4+1=1结构I应该为：CH3COCH 2OCH3质谱中88到58是脱去两个甲基所得的离子,而88-45是脱去CH3CO 43所得.结构II应该是：CH3CH2COOCH3,由红外图可以推知,其中含有：甲基,洗基等,同时结合质谱图可以得出其结构应为CH3CH2COOCH 3.20、质

20、谱仪由哪几局部组成,各局部的作用是什么.5分质谱仪包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统.其中以离子源、质量分析 器和离子检测器为核心, 且必须处于高真空状态. 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即转化为气体.离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置. 电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的 多种碎片离子和中性粒子. 质量分析器是将离子源产生的离子按m/z大小顺序别离,顺序到达检测器产生检测信号而得到质谱图.相当于光谱仪中的单色器.检测器,通常以电子倍增 管检测离子流；真空系统使离子源、质量分析器、检测器处于高真空

21、状态.21、综合运用所学化学知识,试设计鸭蛋中苏丹红III的分析检测方案.15分如下根本信息供参考：苏丹红是一种化学染色剂.它的化学成份中含有一种叫荼的化合物,该物质具有偶氮结构,由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性,对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用.1995年欧盟EU等国家已禁止其作为色素在食品中进行添加,对此我国也明文禁止.但由 于其染色鲜艳,印度等一些国家在食品生产和加工过程中违法使用苏丹红,导致严重的平安隐患.化学式：苏丹红1号：1-苯基偶氮-2-荼酚：C16H12N2O苏丹红2号：1-2,4-二甲基苯偶氮-2-荼酚苏丹红3号：1-4-苯基偶氮苯基偶氮-2-荼酚苏丹红4号：1-2

22、-甲基-4-2-甲基苯偶氮苯基偶氮-2-荼酚黄色粉末,熔点134 Co不溶于水,微溶于乙醇,易溶于油脂、矿物油、丙酮和苯. 乙醇溶液呈紫红色,在浓硫酸中呈品红色,稀释后成橙色沉淀.非唯一方法,只要根本原理正确,有比较详细的步骤,即可给12-15分；如果步骤过于简略或者有明显错误出现,那么给 8-11分；如果根本原理不明白,实验步骤不清楚,那么给 4-7分； 其他情况给0-3分.如果给出多个方法,那么根据最高原那么给分.用液相色谱进行分析检测：原理：将鸭蛋用打浆机或粉碎机磨细,将着色剂经乙睛提取后,过滤,然后将滤液用 反相高效液相色谱进行色谱分析.试剂与仪器：乙睛色谱纯、水、冰醋酸、氯仿及苏丹红

23、 1号、苏丹红2号、苏丹红 3号、苏丹红4号等标准品；分析大平、 溶剂过滤器、0.45 m滤膜、185mm滤纸、移液 枪、一次性注射器、打浆机、均质机、高效液相色谱仪及进样瓶.实验：1、样品处理：将质量 M的鸭蛋放入一个容量较大的密闭容器中用打浆机或粉碎机磨细混合均匀,称取一定量准确至0.01g样品于三角瓶中,用量筒参加一定量的乙睛.之后在均质机中充分混合数分钟,振荡后过滤于三角瓶中.2、标准及标准曲线流动相：溶剂A ：酸性水溶液溶剂 B：乙睛 流速:0.7ml/min 基线稳定后开始进样 将一定量的苏丹红 1号、 苏丹红2号、苏丹红3号、苏丹红4号等标准品溶于乙睛中配成 浓度的乙睛溶液, 测

24、出各物质的出峰时间, 并配制具有浓度梯度的 5个标准工作溶液的 测定值绘制标准曲线.3、样品检测将制好的样品过 0.45 a m的膜装入自动进样器的小瓶后进行液相色谱测定.记录其中 的浓度C.结果：着色剂含量按公式： R=C x V x D/M 计算.单位：mg/kg其中：C-样品中待测组分的浓度,单位：四/mL, V-样品溶液体积mL , D-样品溶液的稀 释倍数,M-检测样品取样量g22、10分在现有奶粉检测的国家标准中,主要进行蛋白质、脂肪、细菌等检测.三聚袱胺届丁化工原料,是不允许添加到食品中的,所以现有国家标 准不包含三聚袱胺检测的相应内容.由丁中国采用估测食品和饲料工业蛋白 质含量

25、方法的缺陷凯氏定氮法测出含氮量乘以6.25来估算蛋白质含量, 三聚袱胺常被不法商人掺杂进食品或饲料中,以提升食品或饲料检测中的蛋 白质含量指标蛋白质平均含氮量为16%左右,三聚袱胺的含氮量为 66%左右,因此三聚袱胺也被作假的人称为蛋白精.为保证食品平安,打击非法活动,请你设计牛奶中三聚袱胺的分析检测方案.如下根本信息供参考:三聚停胺英文名：Melamine ,是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,重要的氮杂环有 机化工原料.三聚停胺性状为纯白色单斜棱晶体,无味,密度 1.573g/cm3 16 C.常压熔 点354 C 分解；快速加热升华,升华温度300 C.在水中溶解度随温度升高而增大,在20

26、C时,约为3.3 g/L,微溶于冷水,溶于热水,极微溶于热乙醇,不溶于酰、苯和四氯化碳, 可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、毗嚏等.nh2N高效液相色谱仪-质谱联用方法：试剂与样品牛奶,甲醇、乙睛；氨水、乙酸铅、三氯乙酸；三聚停胺标准品、柠檬酸、辛烷磺酸钠、实验方法1标准样品配制：取50mg三聚停胺标准品,以 20%甲醇溶解定容至 50mL得到1000ppm的标准溶液,使 用时,以提取液0.1%三氯乙酸稀释至所要的浓度.2提取:称取牛奶样品5g,参加50ml0.1%三氯乙酸提取液,充分混匀,参加2mL2%乙酸铅溶液, 超声20min.然后取局部溶液转移至 10mL离心管中,8000rpm/min离心10min,取上清液3mL过混 合型阳离子交换小柱PCX.3