(2025年)仪器分析复习题(答案版)

(2025年)仪器分析复习题(答案版)一、选择题（每题2分，共30分）1.紫外-可见分光光度法中，定量分析的基本依据是（）A.普朗克定律B.朗伯-比尔定律C.玻尔兹曼分布D.布拉格方程答案：B2.红外光谱中，官能团特征频率主要出现在（）A.4000-1300cm⁻¹B.1300-400cm⁻¹C.800-200cm⁻¹D.6000-4000cm⁻¹答案：A3.原子吸收分光光度计中，常用的光源是（）A.氘灯B.钨灯C.空心阴极灯D.汞灯答案：C4.气相色谱中，分离非极性物质时，通常选用（）A.极性固定相B.非极性固定相C.离子交换树脂D.凝胶答案：B5.高效液相色谱（HPLC）中，适用于检测无紫外吸收物质的检测器是（）A.紫外检测器B.荧光检测器C.示差折光检测器D.电化学检测器答案：C6.电位分析法中，指示电极的电位与待测离子浓度的关系遵循（）A.能斯特方程B.法拉第定律C.欧姆定律D.塔板理论答案：A7.质谱（MS）中，用于分离不同质荷比离子的核心部件是（）A.离子源B.质量分析器C.检测器D.真空系统答案：B8.核磁共振（NMR）中，化学位移的参考物质通常是（）A.四甲基硅烷（TMS）B.水C.乙醇D.丙酮答案：A9.库仑分析法的定量依据是（）A.朗伯-比尔定律B.能斯特方程C.法拉第电解定律D.范第姆特方程答案：C10.极谱分析中，极限扩散电流与待测物质浓度的关系遵循（）A.尤考维奇方程B.塔板理论C.速率理论D.布拉格方程答案：A11.原子发射光谱中，激发光源的作用是（）A.提供能量使原子电离B.提供单色光C.分离不同波长的光D.检测信号答案：A12.高效液相色谱中，减小填料粒径可提高柱效的主要原因是（）A.减小涡流扩散项B.减小分子扩散项C.减小传质阻力项D.增大分配系数答案：C13.红外光谱中，C=O的伸缩振动峰通常出现在（）A.3600-3200cm⁻¹B.2200-2000cm⁻¹C.1700cm⁻¹左右D.1200-1000cm⁻¹答案：C14.质谱中，分子离子峰的质荷比对应（）A.样品的分子量B.碎片离子的质量C.同位素离子的质量D.加合离子的质量答案：A15.核磁共振中，自旋量子数I=1/2的原子核（如¹H、¹³C）适用于NMR分析的主要原因是（）A.无自旋磁矩B.自旋磁矩为零C.自旋磁矩不为零且能级分裂清晰D.天然丰度高答案：C二、简答题（每题6分，共60分）1.简述朗伯-比尔定律的适用条件及偏离原因。答案：适用条件：①入射光为单色光；②溶液为稀溶液（浓度通常<0.01mol/L）；③吸光质点间无相互作用；④溶液无散射或反射；⑤待测物质在测量过程中无化学变化（如解离、缔合）。偏离原因：①非单色光引起的偏离（实际光源为复合光，不同波长光的吸光系数不同）；②浓度过高时，吸光质点间距减小，相互作用导致吸光系数改变；③溶液中发生解离、缔合或络合等化学变化，改变吸光物质的存在形式；④散射或反射导致光强损失。2.红外光谱中，官能团区与指纹区的主要区别是什么？各有何应用？答案：官能团区（4000-1300cm⁻¹）：波数高，吸收峰对应分子中主要官能团的伸缩振动，特征性强（如O-H、N-H、C=O等），用于确定分子中存在的官能团类型。指纹区（1300-400cm⁻¹）：波数低，吸收峰由分子骨架振动（如C-C、C-O的伸缩振动及各种弯曲振动）引起，特征性弱但对分子结构变化敏感，如同分异构体的区分，用于确认分子的具体结构（“指纹”识别）。3.原子吸收分光光度法中，为何需要使用锐线光源？答案：原子吸收的吸收线很窄（约0.001nm），若使用连续光源（如氘灯），吸收仅占光源发射光谱的极小部分，导致测量灵敏度极低。锐线光源（如空心阴极灯）发射的谱线与待测原子吸收线中心频率一致，且半宽度远小于吸收线半宽度（峰值吸收），可实现对吸收线中心频率处吸收的准确测量，提高灵敏度和准确度。4.气相色谱中，范第姆特方程（H=A+B/u+Cu）各参数的物理意义是什么？如何通过该方程优化分离条件？答案：H为理论塔板高度（柱效指标，H越小柱效越高）；A为涡流扩散项（与固定相颗粒大小、填充均匀性有关）；B/u为分子扩散项（u为载气流速，B为扩散系数，流速越低，分子扩散越显著）；Cu为传质阻力项（C为传质阻力系数，流速越高，传质阻力越大）。优化条件：①选择小粒径、均匀填充的固定相以减小A；②控制载气流速在最佳流速（uopt=√(B/C)）附近，平衡分子扩散和传质阻力；③使用低黏度载气（如氢气）降低传质阻力。5.高效液相色谱（HPLC）与气相色谱（GC）的主要差异有哪些？答案：①流动相：HPLC为液体（有机溶剂或水），GC为气体（惰性气体）；②分析对象：HPLC适用于高沸点（>400℃）、热不稳定、大分子（如蛋白质）样品；GC适用于低沸点（<400℃）、易挥发、热稳定样品；③操作温度：HPLC通常在室温或低温下运行，GC需高温（柱温箱加热）；④分离机制：HPLC包括分配、吸附、离子交换、尺寸排阻等多种机制，GC主要为分配或吸附；⑤检测器：HPLC常用紫外、荧光检测器，GC常用FID、ECD检测器。6.电位分析法中，参比电极应满足哪些要求？常用的参比电极有哪些？答案：要求：①电位稳定且已知（不受待测溶液组成影响）；②可逆性好（电极反应快速达到平衡）；③重现性高（同一型号电极电位一致）；④制作简单、使用方便。常用参比电极：饱和甘汞电极（SCE，由Hg|Hg₂Cl₂|KCl（饱和）组成）、银-氯化银电极（Ag|AgCl|KCl（一定浓度））。7.质谱（MS）中，电子轰击离子源（EI）的优缺点是什么？答案：优点：①电离效率高，产生的离子流强，灵敏度高；②碎片离子丰富，可提供分子结构信息；③标准质谱图库（如NIST库）主要基于EI源数据，便于检索。缺点：①能量高（通常70eV），易导致分子离子峰（M⁺）强度低甚至消失（尤其对于不稳定分子）；②不适用于难挥发、热不稳定样品（需先气化）。8.核磁共振（NMR）中，影响化学位移的主要因素有哪些？答案：①屏蔽效应：核外电子云密度越高，屏蔽作用越强，化学位移（δ）越小（高场）；②诱导效应：电负性基团（如-OH、-Cl）吸引电子，降低核外电子云密度，δ增大（低场）；③共轭效应：共轭体系中电子离域改变核外电子云分布（如苯环上的取代基）；④各向异性效应：分子中某些基团（如C=C、C≡C、苯环）的电子环流产生感应磁场，对邻近核的屏蔽或去屏蔽作用（如苯环氢处于去屏蔽区，δ≈7.27）；⑤氢键：形成氢键后，质子周围电子云密度降低，δ增大（如醇类的-OH在浓溶液中δ更高）。9.库仑分析法的基本要求是什么？如何保证电流效率为100%？答案：基本要求：①待测物质在电极上定量反应（电流效率100%）；②电极反应单一（无副反应）；③准确测量电解过程中消耗的电量（Q=I×t）。保证电流效率的方法：①控制电极电位（如恒电位库仑法）或电流密度（如恒电流库仑法），避免其他物质（如H⁺、O₂）在电极上反应；②除去溶液中的干扰物质（如通过预电解）；③使用支持电解质（降低迁移电流）和惰性气体（如N₂）除氧。10.原子发射光谱（AES）与原子吸收光谱（AAS）的主要区别是什么？答案：①原理：AES基于原子/离子受激发后发射特征谱线（发射光谱）；AAS基于基态原子对特征谱线的吸收（吸收光谱）。②光源：AES需激发光源（如电感耦合等离子体ICP）使原子激发；AAS需锐线光源（如空心阴极灯）发射待测原子的特征谱线。③定量依据：AES的谱线强度与待测元素浓度成正比（I=ac^b）；AAS的吸光度与浓度成正比（A=Kc）。④干扰：AES易受光谱干扰（谱线重叠）；AAS主要受化学干扰（如基体效应）。三、计算题（每题10分，共30分）1.用紫外分光光度法测定某药物溶液的浓度。已知该药物的摩尔吸光系数ε=2.5×10⁴L·mol⁻¹·cm⁻¹，使用1cm比色皿，测得吸光度A=0.500。计算该溶液的浓度（mol/L）。答案：根据朗伯-比尔定律A=εbc，得c=A/(εb)=0.500/(2.5×10⁴×1)=2.0×10⁻⁵mol/L。2.采用标准加入法测定水样中的铅含量。取5份10mL水样，分别加入0、1.0、2.0、3.0、4.0μg/mL的Pb标准溶液各1mL，定容至50mL，测得吸光度依次为0.120、0.250、0.380、0.510、0.640。绘制A-c标准曲线，求原水样中Pb的浓度（μg/mL）。答案：设原水样中Pb浓度为c₀（μg/mL），加入标准溶液后，各溶液的Pb浓度为：c₁=(10c₀+0×1)/50=0.2c₀c₂=(10c₀+1.0×1)/50=0.2c₀+0.02c₃=0.2c₀+0.04c₄=0.2c₀+0.06c₅=0.2c₀+0.08以A为纵坐标，c为横坐标作图，得直线方程A=kc+b。代入数据计算斜率k=(0.640-0.120)/(0.08-0)=6.5，截距b=0.120（当c=0时A=0.120）。外推至A=0时，c=-b/k=-0.120/6.5≈-0.0185μg/mL（此为加入标准后的浓度）。原水样浓度c₀=(-0.0185)/0.2≈-0.0925μg/mL（负值不合理，说明计算中假设c₀为原浓度，实际应为c₀=(-c截距×50-0×1)/10。正确外推应为：当A=0时，0=6.5c+0.120→c=-0.0185μg/mL（此为定容后的浓度），原水样浓度c₀=(c×50-0×1)/10=(-0.0185×50)/10≈-0.0925μg/mL，显然数据可能存在误差，实际应重新检查计算。正确方法：以加入的标准浓度（μg/mL，定容后）为x轴，A为y轴，拟合直线方程。加入的标准量（定容后）分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08μg/mL，对应A=0.120、0.250、0.380、0.510、0.640。计算斜率k=(0.640-0.120)/(0.08-0)=6.5，截距b=0.120。当A=0时，x=-b/k=-0.120/6.5≈-0.0185μg/mL（此为水样中Pb在定容后的浓度）。原水样浓度c₀=(-0.0185μg/mL×50mL)/10mL≈-0.0925μg/mL（负值表示无干扰，实际应为线性关系中x=0时的A对应原水样的贡献，正确浓度应为通过直线方程求当加入标准量为0时，A=0.120对应的浓度，即c₀=(0.120/(6.5))×50/10≈0.0923μg/mL。可能初始数据设计时应为正值，此处假设正确结果约为0.092μg/mL）。3.某高效液相色谱柱分离两组分，测得保留时间tR1=4.5min，tR2=6.0min，死时间t0=1.0min，半峰宽W1/2(1)=0.2min，W1/2(2)=0