《仪器分析习题》郑大课后习题答案说课材料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。仪器分析习题郑大课后习题答案-第二章光学分析法导论(书后习题参考答案)1.已知1电子伏特=1.60210-19J，试计算下列辐射波长的频率（以兆赫为单位），波数（以cm-1为单位）及每个光子的能量（以电子伏特为单位）：（1）波长为900pm的单色X射线；（2）589.0nm的钠D线；（3）12.6m的红外吸收峰；（4）波长为200cm的微波辐射。解：已知1eV=1.60210-19J,h=6.62610-34Js,c=3.0108ms-1=900pm的X射线Hz，即3.3331011MHzcm-1J用e

2、V表示，则eV589.0nm的钠D线Hz，即5.093108MHzcm-1J用eV表示，则eV12.6m的红外吸收峰Hz，即2.381107MHzcm-1J用eV表示，则eV波长为200cm的微波辐射Hz，即1.50102MHzcm-1J用eV表示，则eV2.一个体系包含三个能级，如果这三个能级的统计权重相同，体系在300K温度下达到平衡时，试计算在各能级上的相对分布（Ni/N）能级的相对能量如下。（1）0eV，0.001eV，0.02eV；（2）0eV，0.01eV，0.2eV;（3）0eV，0.1eV,2eV。解：已知T=300K,k=1.38010-23JK-1=8.61410-5eVK

3、-1,kT=8.61410-5300=0.0258eVE0=0eV,E1=0.001eV,E2=0.02eVE0=0eV,E1=0.01eV,E2=0.2eVE0=0eV,E1=01eV,E2=2eV3.简述下列术语的含义电磁辐射电磁波谱发射光谱吸收光谱荧光光谱原子光谱分子光谱自发发射受激发射受激吸收电致发光光致发光化学发光热发光电磁辐射电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，它即有波动性，又具有粒子性电磁波谱将电磁辐射按波长顺序排列，便得到电子波谱电子波谱无确定的上下限，实际上它包括了波长或能量的无限范围发射光谱原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光

4、谱为发射光谱吸收光谱物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱荧光光谱在某些情形下，激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射跃迁的形式过渡到基态，或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态。通过这种方式获得的光谱，称为荧光光谱原子光谱由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱分子光谱由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱自发发射处于两个能级Ei、Ej(EiEj)上的粒子浓度分别为Ni、Nj当i能级上的一个粒子跃迁到j能级时，就自发发射一个能量为Ei-Ej的光子，这类跃迁称为自发发射受激发射对于处于高能级i的粒子，如果有频率恰好等于(Ei-Ej)/h的光子接近它时，它受

5、到这一外来光子的影响，而发射出一个与外来光子性质完全相同的光子，并跃迁到低能级j这类跃迁过程为受激发射受激吸收频率为(Ei-Ej)/h的辐射照射时，粒子从能级j跃迁到能级i，使得辐射强度降低，这种现象称为受激吸收电致发光电场引起的碰撞激发，是指被电场加速的带电粒子碰撞而受到激发，从而发射出电磁辐射这一过程称为电致发光光致发光电磁辐射吸收激发，是指吸收电磁辐射而引起的激发，从而发射出电磁辐射，这一过程称为光致发光化学发光在一些特殊的化学反应体系中，有关分子吸收反应所释放的化学能而处于激发态，回到基态时产生光辐射。这样获得的光谱称为化学发光光谱热发光物体加热到一定温度也会发射出电磁辐射，称为热发光

6、4.什么是光谱分析法，它包括哪些主要方法？答：当物质高温产生辐射或当辐射能与物质作用时，物质内部能级之间发生量子化的跃迁，并测量由此而产生的发射，吸收或散射辐射的波长和强度，进行定性或定量分析，这类方法就是光谱分析法光谱分析法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光法、紫外可见分光光度法、红外光谱法、分子荧光法、X射线荧光法等5.辐射光子能量与波长的关系怎样，按光子能量从高到低有哪些辐射类型？答：辐射光子能量与波长的关系为：E=hc/按光子能量从高到低的顺序为：射线，X射线，紫外，可见，红外，微波，无线电波6.电子光谱一般在什么波长区？振动光谱在什么波长区？转动光谱在什么波长区？答：电子

7、光谱紫外、可见区（Ee、E、Er均改变）62620nm振动光谱近红外区（Ev及Er改变）62024.8m转动光谱远红外、微波区（仅Er改变）24.8m第三章紫外及可见吸收光谱法(书后习题参考答案)1.已知某Fe()络合物，其中铁浓度为0.5gmL-1，当吸收池厚度为lcm时，百分透光率为80%。试计算：（1）溶液的吸光度；（2）该络合物的表观摩尔吸光系数；（3）溶液浓度增大一倍时的百分透光率；（4）使（3）的百分透光率保持为80%不变时吸收池的厚度。解：已知b=1cm,T=80%,c=0.5gmL-1则molL-1(1)A=lgT=lg0.80=0.0969(2)由A=bc得到：Lmol-1c

8、m-1(3)c2=2c,A2=2A=0.1938即lgT2=0.1938,T2=0.640(4)A3=lgT3=lg0.80=0.0969,c3=2c,则A3=A,b3=b/2cm2.钢样中的钛和钒，可以同时用它们的过氧化氢络合物形式测定，1.000g钢样溶解，发色并稀释至50mL。如果其中含1.00mg钛，则在400nm波长的吸光度为0.269；在460nm的吸光度为0.134。在同样条件下，1.00mg钒在400nm波长的吸光度为0.057；在460nm为0.091。表中各试样均重1.000g，最后稀释至50mL。根据它们的吸光度计算钛和钒的百分含量。试样号A400A460试样号A400A

9、460101720.11650.9020.57020.3660.43060.6000.66030.3700.29870.3930.21540.6400.43680.2060.130解：依条件，对钛(Ti)：,对钒(V)：,c=1mg/50mL，相当于1g钢样中有1mg钛或钒则根据吸光度的加和性，得到：0.269c1+0.057c2=A4000.134c1+0.091c2=A460将实验数据代入该方程组，计算结果列于下表试样号A400A460c1(%)c2(%)注101720.1160.05370.04841mg/g=0.1%20.3660.4300.0520.39530.3700.2980.0

10、990.18140.6400.4360.1980.18750.9020.5700.2950.19260.6000.6600.1010.57670.3930.2150.1400.030580.2060.1300.0670.0443.取2.00mL含2molL-1NH3的Cu2+溶液放入1.00cm的吸收池中。测得在某一确定波长的吸光度为0.600。然后取0.0100molL-1CuSO4溶液1.00mL添加到第一个吸收池中。再测得的吸光度为0.800。试指出第一个溶液中Cu2+的浓度为多少？解：已知A1=0.600,A2=0.800,b=1cm依条件，有：A1=bcx即0.600=1cxcx=0

11、.00500molL-14.螫合物吸收峰波长为575nm，实验表明，当配位体的初始浓度超过Cu2+浓度20倍时，吸光度数值只取决于Cu2+浓度而与配位体浓度无关。今有两种Cu2+和X浓度均己知的溶液，实验数据如下：3.101055.001052.001026.00104A（吸光度）0.6750.366试求出的离解常数。解：(1)A=bCuX2,A=0.675,c=3.1010-5(CuX2)(2)CuX2=Cu2+2X-，c(Cu2+)=5.0010-5molL-1，c(X-)=6.0010-4molL-1CuX2=molL-1Cu2+=(5.001.68)10-5=3.3210-5molL-

12、1X-=6.0010-421.68210-5=5.6610-4molL-1K离解=5.配制一组溶液，其中铁（II）的含量相同，各加入7.1210-4molL-1亚铁溶液2.00mL，和不同体积的7.1210-4molL-1邻菲罗啉溶液，稀释至25mL后，用1.00cm吸收池在510nm测得各溶液的吸光度如下：邻菲罗啉V/mL吸光度邻菲罗啉V/mL吸光度2.000.2406.000.7003.000.3608.000.7204.000.48010.000.7205.000.59312.000.720（1）问亚铁-邻菲罗啉络合物的组成是怎样的？（2）络合物的形成常数是多少？解：(1)作Ac关系图当

13、VL=6mL时对应的cL/cM值3:1，即络合物组成为FeL3(2)在VL=6mL时，离解度为0.0278molL-1K形成=或b=1cm,FeL3的摩尔吸光系数为：molL-1A=0.700时，molL-1此时Fe2+=molL-1L=3Fe2+=0.4210-5molL-1(或L=cL-3FeL3)于是K形成6.若透光率读数误差T=0.0040，计算下列各溶液的普通光度法浓度相对误差：（1）T=0.204；（2）A=0.195；（3）A=0.280；（4）T=94.4%。解：T=0.0040(1)T=0.204(2)A=0.195T=0.638(3)A=0.280T=0.525(4)T=9

14、4.4%=0.9447.若采用高吸光度示差法，以T80%的参比溶液调节满标度，题6中哪些溶液可用此法测定？试分别求出表现透光率Tf及浓度相对误差，并与题6比较。解：Ts=0.80，(4)不能用示差光度法测定(1)T=0.204,Tr=0.204/0.80=0.255(2)T=0.638,Tr=0.7975(3)T=0.525,Tr=0.656与6题比较，利用示差法，提高了测定结果的准确度。8.镉的某种络合物，它的摩尔吸光系数为2.00104,用于分析一组水溶液中镉的浓度，浓度范围为0.510-4molL-11.0010-4molL-1，光度计配有1.00cm吸收池。仪器透光率读数误差为0.00

15、4，这一误差与T的数值无关。（1）测得的吸光度和透光率将在什么范围?（2）对于Cd2+浓度为0.5010-4molL-1和1.510-4molL-1的试液，由于仪器读Cd2+数误差而引起结果的相对误差是多少？（3）如果（2）中的溶液稀释5倍后再测定，则结果的相对误差是多少?（4）如果用Cd2+浓度为0.4510-4molL-1溶液校正仪器达满刻度（T=100），以进行示差测定，则（2）中溶液由于仪器读数误差而引起结果的相对误差是多少？解：T=0.0040,=2.00104Lmol-1cm-1,b=1cm(1)A=bcA1=bc1=2.0010410.510-4=1.00T1=0.100A2=b

16、c2=2.001041110-4=2.00T2=0.010即测得的吸光度范围为1.002.00，透光度范围为0.0100.100(2)对于c=0.5010-4molL-1，A1=1.00,T1=0.10对于c=1.5010-4molL-1，A3=3.00T3=0.0010(3)对于c1=0.1010-4molL-1，A1=0.200,T1=0.631对于c2=0.3010-4molL-1，A2=0.600,T2=0.251(4)cs=0.4510-4molL-1,A=bc=0.90,Ts=0.126Tr1=0.10/0.126=0.794Tr2=0.0010/0.126=0.007949.有两

17、种异构休，-异构体的吸收峰在228nm(=14000)，而-异构体吸收峰在296nm(=11000)。试指出这两种异构体分别属于下面结构中的哪一种？结构结构解：共轭体系，吸收峰向长波长方向移动，因此结构I为-异构体，结构II为-异构体10.已知丙酮的正己烷溶液的两个吸收峰138nm和279nm，分别属于n*和*。试计算n、*轨道的能量差，分别以电子伏特（eV）和焦/摩尔（Jmol1）为单位。解：*,1=138nm;n*,2=279nm；1eV=1.60210-19J(1)*能量差J以Jmol-1表示，为Nhc/1=8.69105Jmol-1以eV表示，为eV(2)n*能量差J以Jmol-1表示

18、，为Nhc/2=4.29105Jmol-1以eV表示，为4.44eV(3)n能量差E3=E1-E28.99-4.44=4.55eV(7.1210-19J)即4.40105Jmol-111.假定滴定反应为ABC。B是滴定剂，根据下述条件，给出表示分光光度滴定过程的曲线图，（1）A和C是无色物质，B是吸光物质；（2）A和B是吸光物质，C是无色物质；（3）A是吸光物质，B和C是无色物质（分光光度滴定曲线：以吸光度为纵坐标，以滴定剂体积为横标作图）。解：12.试说明和比较下列术语复合光和单色光单色器和色散元件棱镜d/dd/dndn/d荧光激发光谱和荧光发射光谱辐射跃迁和非辐射跃迁红移和紫移复合光和单色

19、光一束具有多种波长的光称为复合光，具有单一波长的光称为单色光单色器和色散元件单色器是一种能将辐射分解成它的各成分波长，并能从中分出任一所需部分的仪器部件。单色器有一个棱镜或光栅色散元件。棱镜d/d指棱镜的角色散率，是指两条波长相差d的光线被棱镜色散后所分开的角度d。d/dn表示作为棱镜材料折射率函数的的变化。dn/d表示折射率随波长的变化。荧光激发光谱和荧光发射光谱改变激发光波长，在荧光最强的波长处测量荧光强度的变化，作激发光波长与荧光强度的关系曲线，可得到激发光谱，激发光谱实质上就是荧光物质的吸收光谱。保持激发光波长和强度不变，测量不同波长处荧光强度的分布，作荧光波长与荧光强度的关系曲线，可

20、得到荧光光谱或称发射光谱。辐射跃迁和非辐射跃迁一个分子的电子能态的激发包含了电子从基态跃迁到激发态的任一振动能态，处在激发态的分子是不稳定的，在返回低能级的过程中产生辐射，称为辐射跃迁，不产生辐射，则称为非辐射跃迁红移和紫移在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向(红移)或短波方向(蓝移)移动的现象。13.试举例说明生色团和助色团。答：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起*和n*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。主要的生色团有C=O、N=N、N=O等。含有孤对电子(非键电子对)，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之

21、为助色团，如OH、OR、NHR、SH、Cl、Br、I等。14.试比较双光束和双波长分光光度法在仪器结构上有何不同，双波长分光光度法的原理是什么？答：(1)双光束分光光度计，在单色器的后面放置一切光器，将光分为两路强度相同的两部分，分别通过参比和样品溶液测定。双波长分光光度计，将同一光源发出的辐射通过两个单独调节的单色器，产生两条不同波长的光，分别进行测定。(2)由于双波长分光光度计采用统一光源，调节仪器使两波长处光强度相等，则两波长处吸光度之差为A=A2A1=(21)bc即输出信号A浓度c成正比消除了参比溶液和样品溶液组成不同带来的误差。15.与紫外分光光度计比较，荧光分光光度计有何不同。答：

22、光源：激发光源强度比吸收测量中的光源强度大。单色器：两个单色器，激发单色器和发射单色器。检测器：荧光强度很弱，检测器有较高的灵敏度。试样池：荧光分析中要求用石英材料。由于荧光强度与透过光强度相比小得多，在测量荧光时必须严格消除透过光的影响，在测量荧光计的仪器中，是在与入射光和透过光垂直的方向上来测量荧光。（荧光光度计有两个单色器，且入射光路与检测系统的光路垂直。）第四章红外分光光光度法(书后习题参考答案)1CO的红外光谱在2170cm-1处有一振动吸收峰问（1）CO键的力常数是多少？（2）14CO的对应峰应在多少波数处发生吸收？解：碳原子的质量g氧原子的质量g(1)=2071cm-1=18.6

23、105dyncm-1=18.6Ncm-1(厘米克秒制)(2)14COgcm-1或=2080cm-12已知CH键的力常数为5N/cm，试计算CH键伸展振动的吸收峰在何波数？若将氘（D）置换H，CD键的振动吸收峰为多少波数解：C-H键：k=5Ncm-1=5.0105dyncm-1碳原子的质量：mC=2.010-23g,氢原子的质量：g氘原子的质量：g依得cm-1cm-13指出以下振动在红外光谱中是活性的还是非活性的分子振动（1）CH3一CH3CC伸缩振动（2）CH3一CC13CC伸缩振动（3）SO2对称伸缩振动（4）CH2=CH2CH伸缩振动（5）CH2=CH2CH伸缩振动（6）CH2=CH2CH

24、2摆动（7）CH2=CH2CH2扭曲振动解：非红外活性：(1),(5),(7)红外活性：(2),(4),(6),(8)4下面三个图形（图4-20）分别为二甲苯的三种异构体的红外光谱图。请说明各个图形分别属于何种异构体（邻、间、对位）？并指明图中主要吸收峰的来源。解：分别为间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯主要吸收峰来源：苯环骨架振动，1700cm-12000cm-1C-H面外弯曲振动，650900cm-15有一种苯的氯化物在900660cm-1区域没有吸收峰，它的可能结构是什么？答：C6Cl6(六六六)6图4-21是由组成为C3H6O的纯液体获得的红外谱图，试推断这种化合物的结构。答：丙酮7下面两个

25、化合物的红外光谱有何不同？（a）(b)答：红外光谱不同点：(a)3300cm-1，N-H伸缩振动（宽且强），CH2-伸缩振动峰，苯环骨架振动峰(1600cm-1附近)，一取代指纹峰(770730,710690cm-1)(b)1680cm-1,C=O强伸缩振动峰，甲基的伸缩振动峰(2928cm-1)8某化合物分子式为C5H8O，有下面的红外吸收带：3020，2900，1690和1620cm-1；在紫外区，它的吸收峰在227nm处（=104）。试提出一个结构，并说明它是否是唯一可能的结构。答：，否9.下面两个化合物中哪一个C=O吸收带出现在较高频率，为什么？(a)(b)答：(a)化合物的羰基吸收带

26、出现在较高频率N原子提供孤对电子，与苯环、C=O形成大键，中介效应10.举例说明分子的基本振动形式。答：CO2和H2O的振动模式11.试说明产生红外吸收的条件是什么?答：(1)必要条件：振动或转动时会引起偶极矩净变化的分子(2)辐射的频率与分子的固有振动频率相匹配12.试说明什么是基团频率和“指纹区”？各有什么特点和作用？答：组成分子的各种原子基团都有自己的特征红外吸收的频率范围和吸收峰，称这些能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰为特征峰，其相应的频率称为特征频率或基团频率。“指纹区”：在1300cm-1600cm-1（7.7m16.7m）范围的光谱区，分子构型和结构的微小差别，都可引起

27、吸收峰分布的明显改变。这一区域内的光谱对于分子来说就好像“指纹”对人一样，具有各自独特的特征。基团频率：有一定的范围，吸收峰较强，用于鉴定原子基团的存在指纹区：分子构型和结构的微小差别，会引起吸收峰分布的明显改变，可用于区分化合物的精细结构13.什么是拉曼散射，Stokes线和反Stokes线。答：一束单色光作用于透明介质时，在透射和反射方向以外出现的光称为散射光。当散射的粒子为分子大小时，发生与入射光频率相同的瑞利（Rayleigh）散射光，另外在其两侧对称分布有强度较弱的频率不同于入射光的散射光，称之为拉曼（Raman）光。这种现象称为拉曼散射其中频率较低的称为斯托克斯（Stokes）线，

28、频率较高的称为反斯托克斯线(anti-Stokes)。14.下述分子的振动各具有什么活性（红外、拉曼、或两者均有）（1）O2的对称伸缩振动；（2）CO2的不对称伸缩振动；（3）H2O的弯曲振动；（4）C2H4的弯曲振动。答：红外活性拉曼活性备注(1)O2的对称伸缩振动非是(2)CO2的不对称伸缩振动是非(3)H2O的弯曲振动是是(4)C2H4的扭曲(或弯曲)振动非非第五章原子发射光谱分析法(书后习题参考答案)1从棱镜摄谱仪摄取的光谱上获得下面的数据，从参考点至波长为324.754nm、326.233nm和327.396nm的谱线的距离依次为0.50,6.42和11.00mm，参考点至未知谱线的

29、距离为8.51mm，求未知谱线的波长。解：已知，于是nm2一台光谱仪配有6cm的光栅，光栅刻线数为每厘米6250条，当用其第一级光谱时，理论分辨率是多少？理论上需要第几级光谱才能将铁的双线309.990nm和309.997nm分辨开？解：分辨率R=d=Nm(1)m=1,R=66250=37500(2)因此，理论上需二级光谱才能将铁的双线分开3用光谱法测定合金中铅的含量，用镁线作内标线，得到如下数据。溶液测微光度计读数铅的浓度/mgmL-1MgPb17.317.50.15128.718.50.20137.311.00.301410.312.00.402511.610.40.502A8.815.5

30、B9.212.5C10.712.2（1）在1g1g坐标图上作一校正曲线；（2）由校正曲线估计溶液A、B和C的铅浓度。解：(1)下图为Rc的关系图(2)依条件，lgRA=0.246,lgRB=0.133,lgRC=0.0570于是得到cA=0.237mgmL-1,cB=0.324mgmL-1,cC=0.401mgmL-14某一含铅的锡合金试样用电弧光源激发时，摄谱仪的狭缝前放置一旋转阶梯扇板，扇板的每一阶梯所张的角度之比为1:2:4:8:16:32。光谱底片经显影定影干燥后，用测微光度计测量一适当锡谱线的每一阶梯的黑度，由各阶梯所得i0/i值为1.05，1.66，4.68，13.18，37.15

31、和52.5。绘制感光板的乳剂特性曲线，求出反衬度值。解：T12481632i0/i1.051.664.6813.1837.1552.5lgT00.3010.6020.9031.2041.505S=lgi0/i0.020.220.671.121.571.72中间四点线性非常好，其回归方程为：S=1.5lgT0.23,R2=1所以反衬度为=1.55几个锡合金标准样品中的铅含量已由化学分析法测得，将这些锡合金做成电极，拍摄它们的光谱。用测微光度计测量276.1nm锡谱线和283.3nm铅谱线。结果如下：试样编号%PbS锡线S铅线10.1261.5670.25920.3161.5711.01330.7

32、081.4431.54641.3340.8251.42752.5120.4471.580利用题4的结果，以铅百分浓度的对数为横坐标，以lg（IPb/ISn）为纵坐标绘制工作曲线。一个未知的锡合金试样用标准试样相同的方法处理。从底片上测得276.1nm锡线的黑度为0.920，而283.3nm铅线的黑度为0.669，问未知试样中铅的百分含量为多少？解：将已知数据转换，得到下表试样编号%PbS锡线S铅线lgPb%S=SSn-SPb10.1261.5670.259-0.9001.30820.3161.5711.013-0.5000.55830.7081.4431.546-0.150-0.10341.3

33、340.8251.4270.125-0.60252.5120.4471.580.400-1.133样品0.4610.9200.669-0.3360.251以S对lgPb%作最小二乘法线性回归分析，得到SSnSPb=1.8737lgPb%0.3784,R2=1样品S=SSnSPb=0.251,依回归方程计算得到样品中Pb的含量为Pb%=0.460（注：lg(IPb/ISn)=lg(IPb/IoIoISn)=SSnSPb=S）6已知ZnI213.856nm及ZnI307.590nm。其激发能分别为5.77eV和4.03eV，自发发射跃迁几率分别为6108s-1，激发态与基态统计权重的比值（gig0

34、）均为3，试计算并讨论：（1）T5000K时，二激发态的原子密度（N1及N2）与基态原子密度（N0）的比值；（2）T2500K，5000K及10000K时，该二谱线强度比（I1/I2）；（3）根据这个计算能得到什么结论？解：玻尔兹曼公式为：，(1)T=5000KT=10000K,N1/N0=0.0037,N1/N2=0.028通常情况下，等离子体中基态粒子数N0是该种离子总数的绝大部分(2)Iij=AijNihvij=AijNihc/ij,Ni=Ni/N0N0,A1=A2=6108s()T=2500K()T=5000K或利用(1)的结果：()T=10000K(3)通常激发温度下，基态原子数占绝

35、大部分；在激发温度恒定时，处于低能态的原子数大于高能态的原子数；随温度增加，I1/I2增大，N/N0也增大7解释下列名词电极温度电弧温度灵敏线最后线共振线第一共振线自吸自蚀分析线内标线均称线对黑度黑度换值反衬度惰延量展度雾翳黑度答：电极温度即蒸发温度电弧温度即激发温度灵敏线元素的灵敏线一般是指强度较大的谱线，通常具有较低的激发电位和较大的跃迁几率。最后线由于谱线的强度与样品中元素的浓度有关，因而当元素浓度逐渐减小时，谱线数目相应减少，最后消失的谱线，称为最后线，最后线一般就是最灵敏的谱线。共振线由任何激发态跃迁到基态的谱线称为共振线第一共振线而相应于最低激发态与基态之间跃迁产生的辐射称为第一共

36、振线。自吸大多数光源的中心部分的温度较高，外层的温度较低，中心部分原子所发射的谱线，会被外层处于基态的同类原子所吸收，结果谱线强度减弱。这种现象称为谱线的自吸收。自蚀原子浓度增加有自吸发生时，谱线中心较强处的吸收比边缘部分更显著，这是因为吸收线的宽度比发射线小的缘故，吸收严重时中心的辐射有可能完全被吸收。这是自吸的极端情况，称自蚀。分析线在分析元素的谱线中选一根谱线，称为分析线内标线从内标元素的谱线中选一条谱线称为内标线，这两条谱线组成分析线对。均称线对分析线和内标线组成分析线对。激发电位和电离电位相等的分析线对称为均称线对黑度谱线变黑的程度简称为黑度，黑度用S表示。谱线的黑度用测微光度计测量

37、，是利用还原银愈多愈不透明的光学性质而测量的。黑度换值采用与黑度有关的其他黑度换值代替黑度，使乳剂特性曲线的直线部分向下延长，以扩大曲线的便于利用的直线范围。反衬度乳剂特性曲线正常曝光部分，S=（lgHlgHi）=lgHi，式中i为常数项，tg是乳剂特性曲线中间直线部分的斜率，表示当曝光量改变时黑度变化的快慢，称为感光板的反衬度惰延量1gHi为直线部分延长线在横轴上的截距；Hi称为感光板的惰延量，惰延量的倒数决定了感光板的灵敏度展度乳剂特性曲线所在横轴上的投影b称为感光板的展度，它决定了在定量分析时用这种感光板能分析含量的线性范围的大小雾翳黑度乳剂特性曲线曲线下部与纵轴相交的黑度S0，称为雾翳

38、黑度。8.光谱分析仪由哪几部分组成，各部分的主要功能是什么？解：光谱分析仪由光源、分光仪和检测器三部分组成光源提供能量，使物质蒸发和激发(要求：具有高的灵敏度和好的稳定性)分光仪把复合光分解为单色光，即起分光作用检测器进行光谱信号检测，常用检测方法有摄谱法和光电法摄谱法是用感光板记录光谱信号，光电法是用光电倍增管等元件检测光信号9.常用光源有哪几种，它们各有什么特点，在实际工作中应怎样正确选择。答：火焰、直流电弧、交流电弧、高压电容火花、电感耦合等离子体炬光源.火焰：最简单的激发光源，至今仍被广泛用于激发电位较低的元素直流电弧光源特点：(1)阳极斑点，使电极头温度高，有利于试样蒸发，龙适用于难

39、挥发元素；(2)阴极层效应增强微量元素的谱线强度，提高测定灵敏度；(3)弧焰温度较低，激发能力较差，不利于激发电离电位高的元素；(4)弧光游移不定，分析结果的再现性差；(5)弧层较厚，容易产生自吸现象，不适合于高含量定量分析直流电弧主要用于矿物和纯物质中痕量杂质的定性、定量分析，不宜用于高含量定量分析和金属、合金分析交流电弧光源特点：(1)弧焰温度比直流电弧稍高，有利于元素的激发；(2)电极头温度比直流电弧低，不利于难挥发元素的蒸发；(3)电弧放电稳定，分析结果再现性好；(4)弧层稍厚，也易产生自吸现象交流电弧光源适用于金属、合金定性、定量分析高压电容火花光源特点：(1)电极瞬间温度很高，激发

40、能量大，可激发电离电位高的元素；(2)电极头温度低，不利于元素的蒸发；(3)稳定性好，再现性好；(4)自吸现象小，适用于高含量元素分析电火花光源适用于低熔点金属、合金的分析，高含量元素的分析，难激发元素的分析电等离子体源（ICP）的优点：(1)检出限低，可达10-310-4gg-1；(2)精密度高，可达1%；(3)基体和第三元素影响小，准确度高；(4)工作曲线线性范围宽，可达45个数量级；(5)光谱背景一般较小，多元素同时测定电感耦合等离子体焰光源(ICP)是原子发射光谱分析理想的激发光源ICP原子发射光谱分析(ICP-AES)的应用十分广泛，并已成为当今环境科学、材料科学及生命科学等重要领域

41、中各种材料的元素分析的有效方法之一另外，ICP与其他分析技术的联用也引人注目比如，ICP为原子化器与原子吸收、原子荧光分析联用(ICP-AAS或ICP-AFS)，ICP为离子源与质谱联用(ICP-MS)和ICP-AES为检测器与色谱(气相、液相)联用等是分析液体试样的最佳光源。必须针对所分析对象的性质和分析任务的要求，考虑如下几个方面：分析元素的性质首先要考虑待分析元素的挥发性及它们的电离电位大小。对易挥发易电离的元素，如碱金属可以采用火焰光源。对难挥发元素可考虑采用直流电弧光源。对一些难激发的元素，可考虑采用火花光源。以利于这些元素的测定。分析元素的含量低含量元素需有较高的绝对灵敏度，而绝对

42、灵敏度大小决定于激发温度和被测元素进入分析间隙的量，应采用电弧光源。而对高含量的元素，要求测定准确度较高，可采用火花光源。试样的形状及性质对块状金属合金，火花和电弧光源均适合，而对一些导电性差的粉末类样品，则常采用电弧光源。光谱定性还是定量分析定性分析要求灵敏度高，常采用直流电弧。而定量分析要求准确度高一些，常使用稳定性较好的火花光源和交流电弧，但当测定极痕量元素时，常采用灵敏度较高的直流电弧。选择光源时要考虑一系列问题，有时这些问题是矛盾的，但是只要抓住主要矛盾，从蒸发温度、激发温度和放电稳定性三方面综合考虑，就能得到较理想的效果。10.实际测得钠原子的第一共振线波长588.994nm和58

43、9.593nm，求钠原子该两条谱线对应的共振电位是多少？解：以eV表示，为11.什么叫摄谱仪的线色散率、分辨率及集光本领？它们各与哪些主要因素有关。答：线色散率是指在焦面上波长相差d的二条谱线被分开的距离dl，用dl/d表示。棱镜摄谱仪：由此式看出，影响dl/d的因素有投影物镜焦距(f)，棱角的角色散率，光轴与感光板的夹角等暗箱物镜焦距越长，光轴与感光板夹角越小，棱镜角色散率越大，则线色散率越大。光栅摄谱仪：由此式看出，影响dl/d的因素有光谱级数(m)，投影物镜焦距(f)，光栅常数(b)及光栅衍射角()，而与波长几乎无关d越小，m越大，线色散率越大；而增大f和也能增大线色散率，但受到限制增大

44、f，光强会减弱，增大，像色散严重分辨率指分开相邻谱线的能力可用下式表示R=，式中为两条谱线的平均波长；d为恰好能分辨两条谱线间的波长差棱镜摄谱仪R=式中m为棱镜数目，b为棱镜底边长度，dnd为棱镜材料的色散率。可见，棱镜的数目越多及其底边越长，分辨率越大。已知dnd与棱镜材料和波长有关，因此，摄谱仪的分辨率也与这些因素有关。对于同一棱镜，在短波长区有较大的分辨率。分辨率与棱镜顶角、暗箱物镜焦距及光轴与感光板的夹角无关，这是与线色散率不同的。棱镜的实际分辨率比理论分辨率稍差。光栅摄谱仪RNm，光栅的理论分辨率与光栅的总刻线数和光谱的级次成正比集光本领表示摄谱仪光学系统传递辐射能的能力，常用入射于

45、狭缝的光源亮度B为一单位时，在感光板上所得照度E来表示。摄谱仪L=式中d/f为暗箱物镜的相对孔径，为入射光的辐射通量与经过一系列棱镜、透镜后透射光辐射通量之比。当棱镜数目增多，棱镜底边增大，或暗箱物镜焦距增长时，均使透射比变小，而使集光本领减弱12.影响谱线强度的因素是什么，哪些是主要因素。答：（原子线）从上式可以看出，影响谱线强度(I)的因素有：(1)激发电位(E)，I与E是负指数关系，E越大，I越小；(2)跃迁几率(A)，I与A成正比；(3)统计权重(g1/g2)，统计权重是与能级简并度有关的常数，I与g1/g2成正比；(4)激发温度(T)，T升高，I增大，但I与T关系往往是曲线关系，谱线

46、各有其最合适的温度，在此温度时，I最大；(5)基态原子(N0)，I与N0成正比，由于N0是元素的浓度(C)决定的，所以在一定条件下，N0正比于浓度C，这是光谱定量分析的依据假如是离子线，其I除与上述因素有关外，还与元素的电离电位(V)有关13.元素光谱性质与元素周期表之间有什么关系。答：如同元素的化学性质和物理性质一样，元素的光谱学性质在元素周期表中，也呈现周期性变化：（1）同一周期的元素，随着原子序数增大，外层价电子数也逐渐增加。因此，光谱越复杂，其谱线强度逐步减弱。（2）对于主族元素，大部分外层、次外层为s、p电子排列，所以，它们的谱线数目较少，谱线强度较大。同一主族元素，由于外层电子数目

47、相同，电子排列相似，故它们的光谱性质很相似。（3）对于副族元素，内层d电子数已经饱和的元素，如铜、银、金、锌、镉、汞，由于外层为s电子排列，谱线简单且强度较大；而对于d电子数未饱和的铁、钨等元素，因具有外层d电子排列，谱线较复杂，强度也较弱。（4）同一元素的离子和原子，由于外层价电子数目不同，它们的离子光谱和原子光谱截然不同。而对于z+n的n级离子和原子序数为z的原子，外层价电子数及排列相同，它们的光谱则很相似。如碳的三级离子光谱、硼的二级离子光谱、铍的一级离子光谱均和锂的原子光谱相似。（5）对于同一周期的元素，原子序数越大，第一共振电位及电离电位越高，相应第一共振线波长越短。对于同一主族元素

48、，原子序数越大，第一共振电位及电离电位越低，相应的第一共振波长越长。究其原因，可以从价电子的状态来解释：价电子离核越远，数目越少，受核的作用越小，相应的第一共振电位于电离电位越小，第一共振线波长越长。相反，价电子离核越近，数目越多，受核的作用越大，相应的第一共振电位于电离电位越大，第一共振线波长越短。14.光谱背景是怎样产生的，有什么影响，怎样消除这种影响。答：当试样被光源激发时，常常同时发出一些波长范围较宽的连续辐射，形成背景叠加在线光谱上即光谱背景常常是由于灼热的固体辐射的连续光谱，分子辐射的带光谱，以及分析线旁边很强的扩散线所造成，在光谱分析中谱线通常是叠加在背景之上的。扣除背景的基本原

49、则是，以谱线加背景的强度减去背景的强度，例如扣除的是分析线的背景，则为强度I1+Ib减去强度Ib，而不是黑度相减。先测量黑度S1+b，由乳剂特性曲线查出其对应的强度的对数1gI1+b，从而求出I1+b。再在分析线近旁测量出背景的黑度Sb由乳剂特性曲线查出其对应的强度Ib，因I1=I1+bIb，即可求出分析线强度I1，用同样方法，也可扣除内标线的背景，求出内标线强度I0，分析线对的强度比，应用扣除背景后的1gR或换算成S进行工作。从理论上讲，背景会影响分析的准确度应予以扣除在摄谱法中，因在扣除背景的过程中，要引入附加的误差，故一般不采用扣除背景的方法，而针对背景产生的原因，尽量减弱、抑制背景，或

50、选用不受干扰的谱线进行测定15.光谱标样的制备要求有哪些？答：（1）选择一套含量不同的分析试样，用不同的化学方法独立测定，以获得可靠数据，作为原始标准。（2）用不含被测成分的同类物质作为基准物，加入一定量的欲测元素，配制成一系列含量范围的标准试样。（3）进行岩石、矿物分析时，如找不到不含欲测元素的空矿，可以用人工合成的方法制备基准物，然后加入待测元素，制成一套标准样品。不论用哪种方法制备光谱标准样品，都必须满足以下条件：（1）标准样品化学成分应极为准确。（2）标准样品中各成分分布极为均匀。（3）标准样品的尺寸、形状、热处理过程、物理性能和制造方法应与待测样品相同。（4）标准样品基体成分应与待测

51、试样相同或尽可能接近。（5）标准样品要有足够的稳定性，特别是待测元素的含量，应在长时期内保持不变。16.如何提高光谱分析的灵敏度和准确度。答：灵敏度光谱分析中灵敏度的表示，同一般分析化学中采用的表示法类似，即绝对灵敏度（检出限）和相对灵敏度（最低浓度），而更有意义的是绝对灵敏度（检出限），其公式为：即检出限近似等于均方误差的三倍。光谱分析的灵敏度与光源中分析线与背景强度比，谱线的自吸系数b（一般很小）与感光板的反衬度、黑度测量误差有关，而且与摄谱仪的集光本领、感光板灵敏度、光源亮度有关。一般说来，分析线与背景强度比越大，谱线自吸系数越小，感光板反衬度越大，黑度测量误差越小，灵敏度就越高；摄谱仪

52、的集光本领越大，感光板的灵敏度越高，光源亮度越大，也能提高灵敏度。准确度光谱分析的准确度决定于测定系统中偶然误差和系统误差总和分析总误差。要提高光谱分析的准确度，要求尽可能降低测定系统的偶然误差和系统误差。光谱分析偶然误差的来源：分析试样和标准样品不均匀的误差光源不稳定的误差感光板不均匀的误差分析结果处理的有关误差而光谱分析的系统误差则有以下几个方面：仪器构件不准确或校正不当的误差，如阶梯减光器仪器本身误差，如狭缝的不当改变光源电路条件变化引起的误差，如电压变化分析试样的组成、物理和化学状态与标准样不一致而引起的误差。有效减少或消除光谱分析存在的偶然和系统误差是提高光谱分析准确度的有效途径。消

53、除系统误差和偶然误差第六章原子吸收分光光度法(书后习题参考答案)1试比较原子吸收分光光度法与紫外-可见分光光度法有哪些异同点？答：相同点：二者都为吸收光谱，吸收有选择性，主要测量溶液，定量公式：A=kc，仪器结构具有相似性不同点：原子吸收光谱法紫外可见分光光度法(1)原子吸收分子吸收(2)线性光源连续光源(3)吸收线窄，光栅作色散元件吸收带宽，光栅或棱镜作色散元件(4)需要原子化装置(吸收池不同)无(5)背景常有影响，光源应调制(6)定量分析定性分析、定量分析(7)干扰较多，检出限较低干扰较少，检出限较低2试比较原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法有哪些异同点？答：相同点：属于原子光

54、谱，对应于原子的外层电子的跃迁；是线光谱，用共振线灵敏度高，均可用于定量分析不同点：原子发射光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法(1)原理发射原子线和离子线基态原子的吸收自由原子(光致发光)发射光谱吸收光谱发射光谱(2)测量信号发射谱线强度吸光度荧光强度(3)定量公式lgR=lgA+blgcA=kcIf=kc(4)光源作用不同使样品蒸发和激发线光源产生锐线连续光源或线光源(5)入射光路和检测光路直线直线直角(6)谱线数目可用原子线和原子线(少)原子线(少)离子线(谱线多)(7)分析对象多元素同时测定单元素单元素、多元素(8)应用可用作定性分析定量分析定量分析(9)激发方式光源有原子化装置有原子化

55、装置(10)色散系统棱镜或光栅光栅可不需要色散装置(但有滤光装置)(11)干扰受温度影响严重温度影响较小受散射影响严重(12)灵敏度高中高(13)精密度稍差适中适中3已知钠蒸气的总压力（原子离子）为1.013l0-3Pa，火焰温度为2500K时，电离平衡常数（用压力表示）为4.86l0-4Pa。试计算：（1）未电离钠原子的分压和电离度;(2)加入钾为缓冲剂，电子分压为为1.013l0-2Pa时未电离的钠原子的分压。(3)设其它条件（如温度等）不变，加入钾后的钠原子线发射强度和吸光度的相对变化。提示：火焰气态原子行为可近似看成“理想”气体，即p=nkT。火焰气体的电离忽略不计解：(1)NaNa+

56、eabb则未电离的钠原子的分压为5.13510-4Pa电离度(2)加入钾缓冲剂即则钠原子占总的分数为(3)A=KN0,N0为基态原子数(Iij=AijEiN1,)A1=K0.506N,A2=K0.954N4设测定硅时，N2O-乙炔焰温度为3000100K，SiI251.9nm上能级的能量为4.95eV，下能级的能量为0.0279eV。试计算谱线发射强度及吸光度因温度变化引起的相对波动（即I/I及A/A值）。提示：从温度变化导致波耳兹曼因子e-E/kT变化去考虑解：已知=251.9nm，k=1.38010-23JK-1,用eV表示为k=8.61410-5eVK-1,谱线251.9nm对应的能量为

57、4.95eV，在此温度下，基态原子数占绝大多数，认为N0代替总的原子数N则于是将Ni对T求导数，得到(1)发射线强度与激发态原子数成正比，则温度变化引起的谱线发射强度的相对变化为(Ei=4.950.0279=4.922eV)T=2900K时，T=3000K时，T=3000K时，(2)吸光度A与基态原子数成正比，于是温度变化引起的吸光度相对波动为统计权重比为1T=2900时，T=3000时，T=3100时，5用原子吸收法测定元素M时。由未知试样得到的吸光度为0.435，若9毫升试样中加入1毫升100mgL-1的M标准溶液，测得该混合液吸光度为0.835问未知试液中M的浓度是多少？解：标准加入法解

58、得cx=9.81mgL-16测定镍时所得数据如下：吸光度加入镍量/g200mL-1空白样品0.00200.009000.02140.02842.000.04140.04844.000.06070.06776.00应用标准加入法求出样品中的镍含量。解：此系标准加入法，但空白视为一个样品，亦需作标准加入线，分别求出Fe含量，然后相减，或将两条线作在一张图上，直接取差值。V空白=0.2，V样品=0.9143，V实际=V样品V空白=0.714ck0=0.700cx=0.714/200=3.5710-3gmL-17试指出下列说法的错误：（1）原子吸收测量时，采用调制光源也可以消除荧光干扰。(2)原子荧光

59、是一种受激发射。（3）原子化器温度越高，自由原子密度越大。（4）用氘灯校正背景时，氘灯同时起着内标线的作用，可以校正附随物质的干扰效应。答：(1)荧光产生是由于受光源来的光刺激产生的，从光源来的光成为调制信号，那么由此引起的荧光也会成为调制信号，因此不能消除荧光干扰。(2)对于处于高能级i的粒子，如果有频率恰好等于(Ei-Ej)/h的光子接近它时，它受到这一外来光子的影响，而发射出一个与外来光子性质完全相同的光子，并跃迁到低能级j。这类跃迁过程为受激发射。受激发射产生的是与激发光同等性质的光气态原子吸收辐射能后跃迁至高能态，在很短时间内（约10-3s），部分将发生自发的辐射跃迁而返回低能态或基

60、态，这种二次辐射即为原子荧光。原子荧光波长可以与辐射光的波长不同。(3)原子化器温度越高，激发态原子密度越大，基态原子密度变小。对易电离的元素，温度高，容易电离。(4)氘灯产生连续辐射，仅能校正背景，起不到内标线的作用。干扰线比氘灯谱带宽度窄得多，则吸收近似为0，不能校正8在原子吸收分析中为什么要使用空心阴极灯光源？为什么光源要进行调制？解：原子吸收光谱分析的光源应当符合以一基本条件：(1)谱线宽度“窄”(锐线)，有利于提高灵敏度和工作曲线的线性；(2)发射线、吸收线中心频率完全一致；(3)谱线强度大、背景小，有利于提高信噪比，改善检出限；(3)稳定，有利于提高测量精密度；(4)灯的寿命长空心