仪器分析考试练习题和答案

第2章光学分析法导论【2-1】 解释以下名词。〔1〕原子光谱和分子光谱〔3〕闪耀光栅和闪耀波长

仪器分析考试练习题和答案〔2〕放射光谱和吸取光谱〔4〕光谱通带答：〔1〕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。放射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会放射电磁辐射，这样产生的光谱为放射光谱。吸取光谱：物质对辐射选择性吸取而得到的原子或分子光谱称为吸取光谱。闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的外表一夹角，称为闪耀角。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。【2-2】 简述棱镜和光栅的分光原理。【2-3】 简述光电倍增管工作原理。答：光电倍增管工作原理：光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。光电阴极电子受光子激发，离开外表放射到真空中。多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。4〕经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。【2-4】 何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。【2-5】 请按能分别排列以下电磁辐见光，紫外光，X射答：能量递增顺

量递增和波长递增的挨次，射区：红外，无线电波，可线，微波。序：无线电波、微波、红外X射线。波长递增挨次：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。【2-6】 计算以下电磁辐射的频率和波数。〔1〕波长为0.9nm的单色X射线；〔2〕589.0nm的钠D线；〔3〕12.m的红外吸取峰；〔4〕200cm的微波辐射。，c，答：由公式v

1得：v

3.001010 13.331017Hz， 1.11107cm10.9107 0.9107v

3.001010 15.091014Hz， 1.70104cm1589.0107 589.0107v

3.001010 12.381013Hz， 7.94102cm112.61043.001010

12.6104Hz 1〔4〕

200

1.50108

200

5.00103cm1【2-7】 以焦耳〔J〕和电子伏特〔eV〕为单位计算题2-6中各种光子的能量。答：由公式Eh，得：〔1〕E6.6310343.3310172.211016J1.39103eV〔2〕E6.6310345.0910143.361019J2.10eV〔3〕E6.6310342.3810131.581020J9.86102eV〔4〕E6.6310341.501089.941026J6.21107eV频率/Hz跃迁能量光谱区频率/Hz跃迁能量光谱区光学分析法JeVcm-12.5×10148.0×10-272.52500跃迁能量答：跃迁能量频率/Hz光谱区光学分析法JeVcm-12.5×10141.2×1071.7×10-198.0×10-271.05.0×10-88.3×1034.0×10-4近红外光区射频核磁共振波谱法6.04.02.52.0可见光区可见风光光度法7.55.00.32500中红外光区红外光谱法【2-9】 某平面反射式衍射光栅每毫米刻槽数为1750条，平行光束的入射角为48.2°。计算在-11.2°方向上的衍射光的波长。dsinsinn+sin(11.2)]=11+sin(11.2)]=11750【2-10】 某光谱仪能区分位于207.3nm及215.1nm的相邻两条谱线，计算仪器的区分率。假设要求两条谱线在焦面上分别达2.5mm，计算该仪器的线色散率及倒线色散率。 R

215.1nm-207.3nm

=27.1线色散率DL

dl 2.5mm =0.32mmnm-1d 215.1nm-207.3nm1 1倒线色散率DL

1

3.1nmmm-1D 0.32mmnm-1L【2-11】 假设光栅的宽度为60mm，总刻线度为1500条/mm，计算：此光栅的理论区分率；〔2〕能否将铁的310.0671nm，310.0369nm和309.997nm的三条谱线分开？解：〔1〕光栅理论区分率RkN60mm1500条/mm=90000能，过程略。【2-12】 有一垂直对称式光栅摄谱仪，装一块1200条/mm刻线的光栅，其宽度为5.0cm，闪耀角为20°，试计算：在第一级光谱中，该光栅的理论区分率；当入射光沿槽面法线N入射时，其闪耀波长 。解：〔1〕RkN1200560000

b〕〔2〕

=570nm，过程略。b〕【2-13】 假设用刻痕密度为2000条/mm的光栅区分460.20nm和460.30nm处的两条Li放射线试计〔1〕区分率；〔2〕光栅的大小。 (460.20nm+460.30nm〕/2解：〔1〕RR

460.30nm-460.20nm

=4.6103；〔2〕Nn4.61034.61031光栅的大小，即宽度为WNd4.6103

2000mm1

0.1cmmm1

0.23cm【2-14】 假设为衍射光波长，W为光栅总宽度。试证明光栅理论区分率的最大极限值为2W。dsincosksincos最大值为2，故ddk2W∴RkNKd

W1k2

2W 。【2-15】 写出以下各种跃迁所需的能量范围〔eV〕。原子内层电子跃迁(0.1~10nm)；原子外层电子跃迁(10~780nm)；〔3〕分子的价电子跃迁(1.25~0.06μm)；分子振动能级的跃迁(25~1.25μm)；分子转动能级的跃迁(250~25μm)。Ehv计算得〔1〕1.2102～1.2105eV〔2〕1.6～1.2102eV〔3〕1.0～20.7eV〔4〕5102～1.0eV〔5〕5103～5102eV第3章原子放射光谱法【3-1】 原子光谱是如何产生的？答：原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式放射出去，【3-2】 什么叫激发能和电离能？失去电子变为气态阳离子〔即电离〕，必需抑制核电荷对电子的引力而所需要的能量。【3-3】 什么是共振线？,其外层电子从基态跃迁到激发态所产生的吸取线称为共振吸取线,简称共振线。外层电子由激发态直接跃迁到基态时所辐射的谱线称为共振放射线,也简称为共振线。【3-4】 描述一个电子能态的4个量子数是哪些？【3-5】 电子数为33的As，其电子组态是什么？【3-6】在高能态40000cm-1与低能态15000cm-1间跃迁的相应波长为多少？高能态6eV与低能态3eV间跃迁的波长为多少？答：400.3nm；413.6nm。【3-7】 光谱项的含义是什么？什么是能级图？【3-8】 由J=0到J=0的跃迁是允许跃迁还是禁阻跃迁？答：禁阻跃迁。【3-9】 原子放射光谱谱线强度与哪些因素有关？答：原子光谱的谱线强度与激发能、温度和试样元素的含量有关。【3-10】 什么是谱线的自吸和自蚀？答：谱线自吸是指某元素放射出的特征光由光源中心向外辐射过程中,会被处于光源边缘局部的低能级的同种原子所吸取,使谱线中心放射强度减弱,这种现象叫自吸。谱线自蚀指在自吸严峻状况下,会使谱线中心强度减弱很多,使表现为一条的谱线变成双线外形,这种严峻的自吸称自蚀。【3-11】在原子放射光谱中，光源的作用是什么？答：激发光源的作用是供给试样蒸发、解离和激发所需要的能量，并产生辐射信号。要求：激发力量强，灵敏度高，稳定性好，构造简洁，操作便利，使用安全。【3-12】 简述原子放射光谱中几种常见光源的工作原理，比较它们的特性及适用范围。【3-13】 何谓等离子体？答：等离子体又叫做电浆,是由局部电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过奇异设计的磁场可以捕获、移动和加速等离子体。【3-14】为什么氩气广泛应用于等离子体中？答：第一，氩气较简洁获得，其次，氩气是惰性气体，不与其他元素反响，便于争论，可常做保护气体，第使用的气体多种多样，此答复仅在从适合根底争论的角度考虑。假设一些大气压放电，那么氧氮氢等都适合放电。其他低气压也可使用氦，氙。有些热等离子体则使用金属蒸汽，比方锂。【3-15】光谱定性分析的根本原理是什么？光谱定性分析可承受哪几种方法？简述各种方法的根本原理及适用场合。【3-16】什么是内标法？在什么状况下使用？答：内标法是将肯定重量的纯物质作为内标物〔参见内标物条〕加到肯定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进展色谱分析，分别测定内标物和待测组分的峰面积〔或峰高〕及相对校正因子，按公式和方正因子，消退了某些操作条件的影响，也不需要严格要求进样提及准确,在药物分析中作用内标法。【3-17】 光谱定量分析中为什么要扣除背景？应当如何正确扣除背景？测微光度计读书〔S〕【测微光度计读书〔S〕溶液铅的质量浓度/〔mgmL-1〕MgPb17.317.50.15128.716.50.20137.311.00.301410.312.00.402511.610.40.502A8.815.5B9.212.5C10.712.2测微光度计读书〔测微光度计读书〔S〕S溶液铅的质量浓度/〔mgmL-1〕lgCMgPbS-SPb Mg17.317.510.20.151-0.8228.716.57.80.201-0.69737.311.03.70.301-0.521410.312.01.70.402-0.397511.610.4-1.20.502-0.299A8.815.56.7-0.652B9.212.53.3-0.494C10.712.21.5-0.410作图得y=-21.472x-7.2968A含铅0.233mg/L，B含铅0.321mg/L，C含铅0.389mg/L。【3-19】 用内标法火花光源测定溶液中的镁。钼作为内标元素。用蒸馏水溶解氯化镁，以制备一系列标准镁溶液，每一标准溶液和分析样品溶液中含有25.0ng/mL的钼，钼溶液用溶解钼酸铵而得到。用移液管移取50镁的浓度，ng/mL谱线强度L的溶液置于铜电极上，溶液蒸发至干。测得279.8nm处的镁谱线强度和281.6镁的浓度，ng/mL谱线强度Mg279.8nmMo281.6nm1.050.671.810.53.41.6105181.510501151.7105007391.9分析试样2.51.8logIlogIIMglogcMo-0.429 0.02110.32741.02111.07922.0211.83023.0212.58994.0211.3889logx3.02.52.0)1.5)oIM/g 1.0IMog ol0.0-0.5

0 1 2 3 4logc样品logIMgIMo

1.3889，由图查得cx

6.3ng/mL第4章原子吸取光谱法【4-1】 解释以下名词。〔1〕原子吸取；〔5〕压力变宽；答：〔1〕原子吸取：

〔2〕谱线变宽；〔6〕积分吸取；

〔3〕自然变宽；〔7〕峰值吸取；

〔4〕多普勒变宽；光谱通带。谱线变宽：由仪器或辐射源性质引起的谱线宽度增加。自然变宽：在无外界影响的状况下，谱线具有肯定的宽度，称为自然变宽。多普勒变宽：由于辐射原子处于无规章的热运动状态，因此，辐射原子可以看成运动着的波源，这一不规章的热运动与观测器两者间形成相对位移运动，使谱线变宽，即多普勒变宽。压力变宽：但凡非同类微粒(电子、离子、分子、原子等)相互碰撞或同种微粒相互碰撞所引起的谱线变宽统称为压力变宽。积分吸取：在原子吸取光谱分析中，原子蒸气所吸取的全部能量。峰值吸取：承受放射线半宽度比吸取线半宽度小得多且放射线的中心与吸取线中心全都的锐线光源，测出峰值吸取系数，来代替测量积分吸取系数的方法。光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。【4-2】 何谓原子吸取光谱法？(共振线)的吸取进展分析的方法。它的特点是：(1)准确度高；(2)灵敏度高；(3)测定元素范围广；(4)可对微量试样进展测定；(5)操作简便，分析速度快。【4-3】 画出原子吸取光谱仪构造方框图，并注明各大局部的名称及主要作用。答：原子吸取光谱仪主要由光源、原子化器、分光系统和检测系统4局部组成，其构造方框图如下图。光源的作用是放射待测元素的共振辐射。原子化器的作用是供给足够的能量，使试液雾化、去溶剂、脱水、解离产生待测元素的基态自由原子。分光系统的作用是分别谱线，把共振线与光源放射的其他谱线分别开并将其聚焦到光电倍增管上。检测系统的作用是承受欲测量的光信号，并将其转化为电信号，经放大和运算处理后给出分析结果。【4-4】 画出空心阴极灯构造示意图，并说明在AAS中为什么要用空心阴极灯。答：示意图如下：不同元素的空心阴极灯能发出特征谱线，激发火焰中待测原子，然后经光电倍增管接收，放大，数据处理,得到结果。【4-5】 何谓峰值吸取测量法？峰值吸取测量的必要条件是什么？答：在温度不太高的稳定火焰条件下，峰值吸取系数K0与待测元素的基态原子浓度N0之间也存在着简洁的线性关系，并可以利用半宽很窄的锐线光源来准确测定K0值，这样N0值可以由测定K0而得到，这种方法必需使通过吸取介质的放射线的中心频率0,e与吸取线的中心频率0,a严格全都，即0,e0,a；；a必需要求放射线的半宽度e远远小于吸取线的半宽度a；a使用锐线光源。【4-6】 写出原子吸取光谱法定量分析的根本关系式并指出其应用条件。【4-7】 简述对原子吸取光谱仪的光源进展调试的意义及其方式。【4-8】 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？将石墨管加热至高温而使样品原子化。与火焰原子化相比，在石墨炉原子化器中，试样几乎可以全部原子化，因而测定灵敏度高。对于易形成难熔氧化物的元素，以及试样含量很低或试样量很少时格外适用。缺点：共存化合物的干扰大，由于取样量少，所以进样量及注入管内位置的变动会引起误差，因而重现性较差。【4-9】 简述石墨炉电热程序中每一程序的作用是什么。答：石墨炉的升温程序及各步骤的作用如下：枯燥——蒸发样品中溶剂或水分；灰化——除去样品比分析元素化合物易挥发的基体物质；原子化——使分析元素化合物离解成原子；净化——除去残留的杂质。【4-10】 何谓分析方法的检出限？检出限和灵敏度有何区分与联系？如何测得检出限？出的元素的最小浓度〔又称相对检出限〕或最小量〔又称确定检出限〕。牢靠程度，能够表征分析方法的最大检出力量。【4-11】 原子吸取光谱分析中干扰是怎么产生的？简述消退各种干扰的方法。答：干扰及其消退方法有：物理干扰物理干扰是指试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变化而引起的干扰效应.属于这类干扰的因素有：试液的粘度、溶剂的蒸汽压、雾化气体的压力等.物理干扰是非选择性干扰,对试样各元素的影响根本是相像的.承受标准参加法或稀释法来减小和消退物理干扰。化学干扰化学干扰是指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应，它主要影响待测元素的原子化效率，学更稳定的化合物，从而影响被测元素化合物的解离及其原子化。消退化学干扰的方法有：化学分别；使用高温火焰；参加释放剂和保护剂；使用基体改进剂等。电离干扰在高温下原子电离,使基态原子的浓度削减，引起原子吸取信号降低，此种干扰称为电离干扰。电离效应随温度上升、电离平衡常数增大而增大，随被测元素浓度增高而减小。参加更易电离的碱金属元素，可以有效地消除电离干扰。光谱干扰光谱干扰包括谱线重叠、光谱通带内存在非吸取线、原子化池内的直流放射、分子吸取、光散射等。当承受锐线光源和沟通调制技术时，前3谱背景的主要因素。分子吸取干扰高。【4-12】简述氘灯校正背景技术的工作原理及其特点。答：〔1〕工作原理是：在垂直于锐线光源和原子化器之间增加了氘灯光源与切光器，氘灯在放射连续光谱，,同时也产生分子吸取和光散射背景吸取，检测得到原子吸取(A1)和背景吸取(A2)的总吸取(A)，A=A1+A2。当氘灯所放射的谱线进入原子化器后，宽带背(A2)两束谱线吸取结果差:A1=A-A2，T得到扣除背景吸取以后的原子吸取(A1)。〔2〕,动态线性范围宽,但仅对紫外光谱区(<350nm)有效。【4-13】 简述塞曼效应校正背景技术的工作原理及其特点。答：〔1〕.通过在石墨炉原子化器上施加恒定强度电磁场，使待测元素原子核外层电子的吸取谱线裂分为和，-。当通过垂直于磁场的和-时,(A2时,(A1(A2)的总吸取(A)，两种吸取结果的差：A1=A-A2，就得到扣除背景吸取以后的原子吸取。技术之一。【4-14】 为什么说原子荧光现象是原子吸取现象的逆过程？【4-15】 什么是荧光量子效率与荧光猝灭？荧光猝灭是指荧光物质分子与溶剂分子之间发生猝灭，荧光猝灭分为静态猝灭和动态猝灭。【4-16】 原子荧光光谱法的特点是什么？【4-17】 画精彩散型原子荧光光谱仪的构造框图，并说明它和原子吸取光谱仪的主要区分是什么？答：构造框图如下：它和原子吸取光谱仪的主要区分在于光源不同。【4-18】 试从方法原理、特点和应用范围等方面对AES，AAS和AFS做一具体的比较。【4-19】 欲测定以下物质，应选用哪一种原子光谱法，并说明理由。血清中锌和镉〔Zn2μgmL1，Cd0.003μgmL1〕；鱼肉中汞的测定〔xμgmL1〕；水中砷的测定〔xμgmL1〕；矿石中La，Ce，Pr，Nd，Sm的测定〔0.00x%~0.x〕；废水中Fe，Mn，Al，Ni，Co，Cr的测定〔μgmL1解：〔1〕选原子荧光光谱法；

~0.x%〕选原子荧光光谱法或原子吸取光谱法；选原子荧光光谱法或原子吸取光谱法；选原子放射光谱法；选ICP—AES或原子吸取光谱法。【4-20】 Mg原子的核外层电子31S0→31P1跃迁时吸取共振线的波长为285.21nm，计算在2500K时其激发态和基态原子数之比。i0解:Mg31S0→31P1，则g／g=3i0跃迁时共振吸取波长λ=285.21nmi6.6310-3310285.31109?6.971019J激发态和基态原子数之比：N／N

＝〔／geikT其中：

g／g=3i 0

i 0 i 0E／kT=-6.97×10-19÷〔1.38×10-23×2500〕i代入上式得：Ni／N0＝5.0×10-9【4-21】 原子吸取光谱仪单色器的倒线色散率为1.5nmmm-1，欲测定Si251.61nm的吸取值，为了消退多重线Si251.43nm和Si251.93nm的干扰，宜选用的狭缝宽度为多少？解：∵S1=W1/D=〔251.61-251.43〕/1.5=0.12mmS2=W2/D=〔251.92-251.61〕/1.5=0.21mm由于S1<S2，所以应承受小于0.12mm的狭缝。【4-22】 用原子吸取法测定元素M时，由一份未知试样得到的吸光度读数为0.435，在9mL未知液中参加1mL