(2025年)仪器分析期末考试题及参考答案

(2025年)仪器分析期末考试题及参考答案一、选择题（每题2分，共30分）1.下列关于紫外-可见吸收光谱的表述中，错误的是（）A.定量分析的依据是朗伯-比尔定律（A=εcl）B.吸收峰的位置（λmax）由分子的电子结构决定C.摩尔吸光系数（ε）与入射光波长无关D.浓度过高时，由于分子间相互作用可能导致偏离朗伯-比尔定律2.气相色谱中，用于检测含卤素化合物的高灵敏度检测器是（）A.火焰离子化检测器（FID）B.热导检测器（TCD）C.电子捕获检测器（ECD）D.火焰光度检测器（FPD）3.高效液相色谱（HPLC）中，若分离强极性样品，最适宜的固定相是（）A.C18键合相（反相色谱）B.硅胶（正相色谱）C.离子交换树脂D.凝胶渗透色谱填料4.原子吸收光谱（AAS）中，空心阴极灯的主要作用是（）A.提供连续光谱B.发射待测元素的特征锐线光谱C.激发样品原子发射特征光谱D.消除背景干扰5.质谱（MS）中，下列质量分析器中分辨率最高的是（）A.四极杆质量分析器B.飞行时间质量分析器（TOF）C.离子阱质量分析器D.磁偏转质量分析器6.核磁共振（NMR）中，影响氢核化学位移（δ）的主要因素不包括（）A.电子云密度B.相邻核的自旋耦合C.溶剂效应D.外磁场强度7.电化学分析中，作为参比电极需满足的条件不包括（）A.电极电位稳定且已知B.对温度变化不敏感C.容易极化D.可逆性好8.红外光谱（IR）中，下列基团的特征吸收峰波数最高的是（）A.O-H（游离）B.C=OC.C-H（饱和）D.C≡C9.热分析技术中，差示扫描量热法（DSC）主要用于测定（）A.样品的质量变化B.样品与参比物的温度差C.样品的热焓变化D.样品的晶体结构10.毛细管电泳（CE）中，电渗流的方向主要取决于（）A.缓冲溶液的pHB.毛细管内壁的电荷性质C.分离电压的大小D.样品的电荷数11.关于电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES），下列说法错误的是（）A.可同时测定多种元素B.激发温度高，干扰少C.适用于固体样品直接分析D.线性范围宽12.荧光光谱与紫外-可见吸收光谱的主要区别在于（）A.前者是发射光谱，后者是吸收光谱B.前者的灵敏度低于后者C.前者只能测无机物，后者可测有机物D.前者不需要单色器13.高效液相色谱中，若分离时间过长，可通过调整（）缩短分析时间A.增加流动相极性（反相色谱）B.降低柱温C.减小流速D.增加固定相粒径14.原子荧光光谱（AFS）与原子吸收光谱的主要共同点是（）A.均需要锐线光源B.均利用基态原子对光的吸收C.均属于发射光谱D.均不受背景干扰15.关于气相色谱柱的老化，下列操作正确的是（）A.老化时不连接检测器B.老化温度高于最高使用温度20℃C.老化时间仅需30分钟D.老化过程中关闭载气二、填空题（每空1分，共20分）1.气相色谱中，理论塔板数（n）的计算公式为______，塔板数越大，色谱柱的分离效率______。2.高效液相色谱的梯度洗脱是指在分离过程中______随时间改变，适用于分离______样品。3.原子发射光谱（AES）的激发源通常有______、______和电感耦合等离子体（ICP）。4.质谱中，质荷比（m/z）是指______，分子离子峰的m/z对应化合物的______。5.紫外-可见光谱中，能吸收紫外-可见光的基团称为______，若两个生色团通过共轭键连接，会产生______效应，使吸收峰红移。6.红外光谱的指纹区是指波数______cm⁻¹的区域，主要用于______。7.核磁共振氢谱中，自旋-自旋耦合产生的峰裂分数遵循______规则，耦合常数（J）的单位是______。8.电化学分析中，能斯特方程描述了______与离子浓度的关系，对于氧化还原电极反应，其表达式为______。9.热重分析（TGA）中，失重率的计算公式为______，主要用于研究样品的______。10.毛细管电泳的分离机制包括______和______，其中电渗流的存在使______离子也能向检测器方向迁移。三、简答题（每题6分，共30分）1.比较气相色谱（GC）与高效液相色谱（HPLC）在应用范围、流动相和固定相上的主要差异。2.质谱中电子轰击离子源（EI）与电喷雾离子源（ESI）的特点有何不同？各适用于哪些类型的化合物？3.原子吸收光谱（AAS）中为何需要使用空心阴极灯作为光源？若使用连续光源会导致什么问题？4.红外光谱中，影响基团振动频率（波数）的主要因素有哪些？举例说明诱导效应如何影响C=O的吸收频率。5.设计一个高效液相色谱分离苯、甲苯、乙苯和二甲苯（邻、间、对）的实验方案，需说明色谱柱类型、流动相选择、检测器及主要优化参数。四、综合题（共20分）某未知化合物的分子式为C₈H₈O₂（不饱和度=5），实验测得以下光谱数据：-质谱（EI）：分子离子峰m/z136，碎片离子峰m/z105（相对丰度100%）、m/z77（相对丰度50%）。-核磁共振氢谱（¹HNMR，CDCl₃）：δ7.2ppm（多重峰，4H），δ2.5ppm（单峰，3H），δ3.8ppm（单峰，3H）。-红外光谱（IR）：3030cm⁻¹（芳环C-H）、1710cm⁻¹（强吸收，C=O）、1250cm⁻¹（C-O-C）。试根据以上数据推断该化合物的结构，并说明各光谱数据的依据。参考答案一、选择题1.C（ε与入射光波长有关，不同波长下摩尔吸光系数不同）2.C（ECD对电负性强的卤素敏感）3.B（正相色谱固定相极性大于流动相，适合分离强极性样品）4.B（空心阴极灯发射待测元素的特征锐线光谱，满足AAS对锐线光源的需求）5.B（TOF分辨率可达数万，高于其他类型）6.D（化学位移与外磁场强度无关，是相对值）7.C（参比电极需不易极化）8.A（O-H游离态波数约3600cm⁻¹，高于其他基团）9.C（DSC测定热焓变化，TGA测定质量变化）10.B（毛细管内壁硅羟基解离带负电，溶液中阳离子形成电渗流，方向与电场方向一致）11.C（ICP-OES通常需将样品溶解为溶液）12.A（荧光是发射光谱，吸收是吸收光谱）13.A（反相色谱中增加流动相极性，减弱样品与固定相的作用，缩短保留时间）14.A（均需要锐线光源激发基态原子）15.A（老化时不连接检测器，避免污染）二、填空题1.n=5.54(tR/W₁/₂)²；越高2.流动相组成（或比例）；宽沸程或极性差异大的3.电弧；火花4.离子质量与电荷数的比值；相对分子质量5.生色团；共轭6.1300~400；化合物的结构确认（或指纹识别）7.(n+1)；Hz8.电极电位；E=E°+(RT/nF)ln([氧化态]/[还原态])9.(初始质量-最终质量)/初始质量×100%；热稳定性或分解过程10.电泳分离；电渗流；负三、简答题1.差异：-应用范围：GC适用于挥发性好、热稳定的样品（如小分子有机物、气体）；HPLC适用于非挥发性、热不稳定或大分子样品（如蛋白质、多糖）。-流动相：GC流动相为惰性气体（如N₂、He），仅起载带作用；HPLC流动相为液体（如甲醇-水），参与分离（通过极性调节）。-固定相：GC固定相为固体吸附剂（如硅胶）或液体固定液（涂渍在载体上）；HPLC固定相多为化学键合相（如C18、C8），稳定性高。2.EI与ESI特点及适用化合物：-EI（电子轰击离子源）：高能量电子轰击分子，产生强碎片离子（硬电离），谱图重复性好，适合小分子（如分子量<1000）、挥发性好的化合物（如烃类、醇类），但难测大分子或热不稳定样品。-ESI（电喷雾离子源）：通过喷雾形成带电液滴，温和去溶剂化产生分子离子（软电离），易提供多电荷离子（[M+H]⁺、[M+Na]⁺等），适合大分子（如蛋白质、多肽）或极性强、难挥发的化合物。3.空心阴极灯的作用及连续光源问题：AAS基于基态原子对特征谱线的吸收，需锐线光源（发射线半宽度<<吸收线半宽度）以提高灵敏度和准确度。空心阴极灯发射待测元素的特征锐线光谱（半宽度≈0.001nm），与吸收线匹配。若用连续光源（如氘灯），发射线半宽度远大于吸收线，导致吸收值无法检测（总吸收仅占发射光强的极小部分），灵敏度极低。4.影响基团振动频率的因素及诱导效应举例：主要因素：诱导效应（吸电子或供电子基团改变键的力常数）、共轭效应（共轭使双键键能降低，频率降低）、氢键（使O-H等基团频率降低、峰宽增加）、空间位阻（影响共轭程度）。诱导效应举例：乙酰氯（CH₃COCl）中，Cl的吸电子诱导效应使C=O键的电子云密度降低，键力常数增大，吸收频率（≈1800cm⁻¹）高于丙酮（CH₃COCH₃，≈1715cm⁻¹）。5.HPLC分离实验方案：-色谱柱：C18反相色谱柱（非极性固定相，适合分离苯系物）。-流动相：甲醇-水体系（如甲醇:水=70:30，可通过梯度洗脱优化分离度；甲醇比例增加，洗脱强度增大）。-检测器：紫外检测器（苯系物在254nm有特征吸收）。-优化参数：流速（1.0mL/min左右）、柱温（30℃，提高柱效）、进样量（10μL）；若分离度不足，可降低流动相极性（减少甲醇比例）或使用更长色谱柱。四、综合题结构推断：对甲氧基苯乙酮（结构式：C₆H₄(OCH₃)COCH₃）。依据：-分子式C₈H₈O₂，不饱和度=5（苯环占4，C=O占1，符合）。-质谱：分子离子峰m/z136（C₈H₈O₂分子量=136）；碎片峰m/z105