儀器分析精選習(xí)題及答案

1、儀器分析精選習(xí)題集及答案 第二章氣相色譜分析 2-2氣相色譜儀的基本設(shè)施包括哪幾部分？各有什么作用？ 答：氣相色譜儀包括五個(gè)部分： （1）載氣系統(tǒng)，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測(cè)量； 作用：向分析系統(tǒng)提供流動(dòng)相（載氣），并保證其純度，控制載 氣的流速與壓力，以使其可正常工作。 （2）進(jìn)樣系統(tǒng)，包括進(jìn)樣器、氣化室； 作用：試樣注入進(jìn)樣器中，經(jīng)氣化室瞬間氣化為氣體，由不斷 通過的載氣攜帶進(jìn)入色譜柱。 （3）色譜柱和柱箱，包括溫度控制裝置； 作用：在色譜柱中充滿固定相，當(dāng)載氣攜組分流經(jīng)時(shí)，由于不 同組分與固定相吸附作用大小不同， 其保留值不同，從而可將各組分在色譜柱中 分離。溫度控制裝置用來控

2、制色譜柱溫度， 以配合流速，組分性質(zhì)等將組分更好 分離。 （4）檢測(cè)系統(tǒng)，包括檢測(cè)器、檢測(cè)器的電源及控溫裝置； 作用：調(diào)節(jié)溫控裝置控制溫度，當(dāng)各組分先后進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)， 檢測(cè)器可將組分濃度或質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào) （5）記錄系統(tǒng)，包括放大器、記錄儀，有的儀器還有數(shù)據(jù)處理裝置； 作用：由于電信號(hào)會(huì)很小，所以經(jīng)過放大器，將電信號(hào)放大并 通過記錄儀顯示信號(hào)，記錄數(shù)據(jù)。 2-20在一根2m的長的硅油柱上，分析一個(gè)混合物，得下列數(shù)據(jù)：苯、甲苯及 乙苯的保留值時(shí)間分別為1, 20，、2, 2,及3, 1，；半峰寬為0.211cm, 0.291cm及 0.409cm,已知記錄紙速為1200mm - h-1，求色

3、譜柱對(duì)各種組分的理論塔板數(shù)及塔 板高度。 解：記錄紙速：F=1200mm - h-1= 30 1 -1 8 tR1=80s X cm - s = cm 30 3 1 -1 61 tR2=122sX cm - s = cm 30 15 1 -1 181 tR3=181sX cm - s = cm 30 30 、2 統(tǒng)一 tR與丫1/2的單位: 1 -1 cm - s 對(duì)組分苯：n 1=5.54 tR1 丫1 1 2 =5.54 X 8 3 0.211 Hi=L = 2m =2.26mm 山 885 tR2 2 15 0.291 對(duì)組分甲苯: n 2=5.54 =5.54X 1082 、2 H2=

4、 = 2m =1.85mm n21082 /、2 廣 181 Y 對(duì)組分乙苯：n 3=5.54 tR3 =5.54 X 30 1206 丫1（3） 0.409 2丿 I ) H3=L2m=1.66mm n31206 2-21在一根3m長的色譜柱上，分離一試樣，得如下的色譜圖及數(shù)據(jù): （1）用組分2計(jì)算色譜柱的理論塔板數(shù)； （2）求調(diào)整保留時(shí)間t R1及t R2； （3）若需達(dá)到分離度R=1.5，所需的最短柱長為幾米？ 解：(1)對(duì)組分 2，tR2=17min，Y=1min ，tM=1min (t 屮(17 n2=16I =16X i =4624 I Y丿I 1丿 (2) t R1= tR1 t

5、M=14min 1min=13min t R2= tR2 tM=17m in 1mi n=16min (3) 0= I t R2 I t R1 16 13 16 2 n有效=16R =16X 1.52X 13 13 L 3m H有效- n2有效 =0.732mm 16 2 16( - J2 1 T丿 =1024 / Lmin= n 有效 H 有效=1024x 0.732mm=0.75m 2-25丙烯和丁烯的混合物進(jìn)入氣相色譜柱得到如下數(shù)據(jù): ft 峰咖n 空 0,5 0.2 R 3.51 0.8 T 4.8 1.0 計(jì)算：（1） 丁烯在這個(gè)柱上的分配比是多少? （2）丙烯和丁烯的分離度是多少？

6、 解：（1）對(duì)丁烯 tR2=4.8min ，tM=0.5min 分配比 k=tlM=4-0.5=8.6 tM5 tR(2) tR(i) R=t=t1.44 評(píng)8+1.0)評(píng)8+1.0) 2 1 2-26某一氣相色譜柱，速率方程式中A ,B和C的值分別是0.15cm, 0.36cm -s 和 4.3 x 10-2s,計(jì)算最佳流速和最小塔板高度。 解：最佳流速 u 最佳=iB = i0.36cm *s =2.89 cm2 s-1 C S 4.3x10，s 最小塔板高度 H 最小=A+2 . BC =0.15cm+2、0.36 4.3 10，cm=3.99cm 2-30有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不

7、少水、苯等物質(zhì)，稱取此試樣1.055g。 以環(huán)己酮作內(nèi)標(biāo)，稱取0.1907g環(huán)己酮，加到試樣中，混合均勻后吸取此試液3uL 進(jìn)樣，得到色譜圖。從色譜圖上測(cè)得的各組分峰面積及已知的$值如下表所示： 乙直 丙H 峰面積 14.8 72.6 :紐一 42,4 0.261 0,562 1,00 0.938 求甲酸、乙酸、丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 解：甲酸: 1 1 f甲酸= S甲酸0.261 *酸二 A酸？ms?f 甲酸 x 100%= 14.8 X 0.1907 Xx 100%=7.71% Asm1331.0550.261 乙酸：f乙酸= S乙酸 0.562 -W乙酸= A乙酸 ?匹？ f酸 X 100%=

8、A m 72.60.1907 v 1 1331.0550.562 100%=17.56% / _ 1 _ 1 丙酸: f丙酸 S丙酸 0.938 W丙酸=A丙酸?ms? f丙酸X 100%=空 X 0.1907 X X 100%=6.14% ASm1331.0550.938 第三章高效液相色譜分析 3-1從分離原理、儀器構(gòu)造及應(yīng)用范圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同 點(diǎn)。 答：（1）分離原理：相同點(diǎn)：氣相色譜和液相色譜都是使混合物中各組分 在兩相間進(jìn)行分配。當(dāng)流動(dòng)相中所含混合物經(jīng)過固定相時(shí)，會(huì)與固定相發(fā)生作用。 由于各組分性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的差異，不同組分在固定相中滯留時(shí)間不同，從而先后 以不同的

9、次序從固定相中流出來；異同點(diǎn)：氣相色譜的流動(dòng)相為氣體，液相色 譜的流動(dòng)相為液體。 （2）儀器構(gòu)造：相同點(diǎn)：氣相色譜和液相色譜都具有壓力表， 進(jìn)樣器, 色譜柱及檢測(cè)器；異同點(diǎn)：液相色譜儀有高壓泵和梯度洗提裝置。 注液器中貯 存的液體經(jīng)過濾后由高壓泵輸送到色譜柱入口， 而梯度洗提裝置則通過不斷改變 流動(dòng)相強(qiáng)度，調(diào)整混合樣品各組分k值，使所有譜帶都以最佳平均k值通過色譜 柱。 （3）應(yīng)用范圍：相同點(diǎn)：氣相色譜和液相色譜都適用于沸點(diǎn)較低或熱 穩(wěn)定性好的物質(zhì)；異同點(diǎn)：而沸點(diǎn)太高物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)難用氣相色譜 法進(jìn)行分析，而液相色譜法則可以。 3-4液相色譜法有幾種類型？它們的保留機(jī)理是什么？在這些類

10、型的應(yīng)用中，最 適宜分離的物質(zhì)是什么？ 答：液相色譜法的類型有：液一液分配色譜法、化學(xué)鍵合色譜法、液一固色 譜法、離子交換色譜法、離子對(duì)色譜法、空間排阻色譜法等。 等。 相同 其中，（1）液一液分配色譜法保留機(jī)理是：試樣組分在固定相和流動(dòng)相之間的 相對(duì)溶解度存在差異，因而溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行分配。分配系數(shù)越大，保留值越大； 適用于分離相對(duì)分子質(zhì)量為200到2000的試樣，不同官能團(tuán)的化合物及同系物 （2）化學(xué)鍵合色譜法保留機(jī)理和最適宜分離的物質(zhì)與液一液分配色譜法 （3）液一固色譜法保留機(jī)理是：根據(jù)物質(zhì)吸附作用不同來進(jìn)行分離， 作 用機(jī)制是溶質(zhì)分子和溶劑分子對(duì)吸附劑活性表面的競(jìng)爭吸附。如果溶劑分子吸

11、附 性更強(qiáng)，則被吸附的溶質(zhì)分子相應(yīng)的減少； 適用于分離相對(duì)分子質(zhì)量中等的油溶 性試樣，對(duì)具有不同官能團(tuán)的化合物和異構(gòu)體有較高的選擇性。 （4）離子交換色譜法保留機(jī)理是： 基于離子交換樹脂上可電離的離子與 流動(dòng)相具有相同電荷的溶質(zhì)離子進(jìn)行可逆交換， 依據(jù)這些離子對(duì)交換劑具有不同 親和力而將它們分離；適用于凡是在溶劑中能夠電離的物質(zhì) （5）離子對(duì)色譜法保留機(jī)理是：將一種（或多種）與溶質(zhì)分子電荷相反 的離子加到流動(dòng)相中， 使其與溶質(zhì)離子結(jié)合形成疏水型離子化合物， 從而控制溶 質(zhì)離子的保留行為；適用于各種強(qiáng)極性的有機(jī)酸，有機(jī)堿的分離分析。 （6）空間排阻色譜法保留機(jī)理是： 類似于分子篩作用， 溶質(zhì)在兩

12、相之間 按分子大小進(jìn)行分離，分子太大的不能今年、進(jìn)入膠孔受排阻，保留值??；小的 分子可以進(jìn)入所有膠孔并滲透到顆粒中， 保留值大；適用于分子量大的化合物 （如 高分子聚合物）和溶于水或非水溶劑，分子大小有差別的試樣。 3-5 在液液分配色譜中，為什么可分為正相色譜及反相色譜？ 答：在液液分配色譜法中，一般為了避免固定液的流失，對(duì)于親水性固 定液常采用疏水性流動(dòng)相， 即流動(dòng)相的極性小于固定相的極性， 這種情況稱為正 相液液分配色譜法； 反之， 若流動(dòng)相極性大于固定相的極性， 則稱為反相液 液分配色譜法。正相色譜和反相色譜的出峰順序彼此正好相反。 3-8 何為梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異

13、同之處？ 答：所謂梯度洗提，就是載液中含有兩種（或多種）不同極性的溶劑，在分 離過程中按一定的程序連續(xù)變化改變載液中溶劑的配比極性， 通過載液中極性的 變化來改變被分離組分的分離因素從而使流動(dòng)相的強(qiáng)度、極性、 PH 值或離子強(qiáng) 度相應(yīng)的變化以提高分離效果。 它的作用相當(dāng)于氣相色譜中的程序升溫，不同的是， k 值的變化是通過流動(dòng) 相的極性、 PH 值或離子強(qiáng)度的改變來實(shí)現(xiàn)的。而氣相色譜的程序升溫是按預(yù)定 的加熱速度隨時(shí)間作線性或非線性的增加， 是連續(xù)改變溫度； 相同的是它們的作 用都是通過改變被分離組分的分離因素，提高分離效果。 第八章 原子吸收光譜分析 8- 2 何謂銳線光源？在原子吸收光譜分

14、析中為什么要用銳線光源？ 答：所謂銳線光源就是能發(fā)射出譜線半寬度很窄的發(fā)射線的光源； 在原子吸 收光譜分析中， 由于原子吸收線的半寬度很小， 要測(cè)量這樣一條半寬度很小的吸 收線的積分吸收值， 就需要有分辨率高達(dá)五十萬的單色器。 這在目前的技術(shù)情況 下還很難做到。使用銳光源，可以通過計(jì)算峰值吸收系數(shù)代替積分吸收。 8- 6 石墨爐原子化法的工作原理是什么？與火焰原子化法相比較，有什么優(yōu)缺 點(diǎn)？為什么？ 答：石墨爐原子化法的工作原理為： 它是利用電流直接加熱石墨爐以達(dá)到高 溫（20003000C）使被測(cè)元素原子化的方法。它在原子化過程中采用直接進(jìn)樣 和程序升溫排除干擾并且使被測(cè)元素原子化。 與火焰

15、原子化相比： 優(yōu)點(diǎn)：（1）最大優(yōu)點(diǎn)是注入的試樣幾乎可以完全原 子化。特別是對(duì)于易形成耐熔氧化物的元素， 由于沒有大量氧存在， 并由石墨提 供了大量碳，所以能夠得到較好的原子化效率。 (2) 原子在光路中的停留時(shí)間長，絕對(duì)靈敏度高。而火焰原子化法基態(tài)原 子在光路中停留時(shí)間短， 部分基態(tài)原子在火焰冷區(qū)域會(huì)重新結(jié)合成單氧化物， 單 氫氧化物和雙金屬氧化物。 (3) 用樣量少，可直接分析固態(tài)樣品，如塑料，纖維。而火焰原子化法則 需要試樣為液態(tài)或氣態(tài)，使其與燃?xì)庖黄饑姵觥?(4) 對(duì)均勻的懸浮物及乳濁液也可分析。 (5) 由于試樣完全蒸發(fā)，幾乎不存在基體效應(yīng)。因?yàn)樵诔绦蛏郎剡^程中， 在較高的溫度下使有機(jī)

16、物或沸點(diǎn)低的無機(jī)物灰化以排除， 減少基體組分對(duì)待測(cè)元 素的干擾。 而火焰原子化法則無法直接消減其它元素的干擾， 只能在試樣中加入 其它試劑以抑制干擾。 (6) 可直接分析共振線位于遠(yuǎn)紫外區(qū)的非金屬元素。 (7) 具有較高且可調(diào)的原子化溫度，最高可達(dá) 3400C。 缺點(diǎn)：(1)共存化合物的干擾比火焰原子化法大。 當(dāng)共存分子產(chǎn)生的背景吸 收較大時(shí)， 要調(diào)節(jié)灰化溫度及時(shí)間， 使背景分子吸收不與原子吸收重疊， 并使用 背景校正方法來校正之。 ( 2)由于取樣量少， 進(jìn)樣量及注入管內(nèi)位置變動(dòng)都會(huì)引起偏差， 因而 重現(xiàn)性要比火焰法差。 8-7 說明在原子吸收分析中產(chǎn)生背景吸收的原因及影響， 如何減免這一類

17、影響？ 答：(1)火焰成分對(duì)光的吸收。由于火焰中 OH、CH、CO 等分子或基團(tuán)吸 收光源輻射的結(jié)果。 波長越短， 火焰成分的吸收越嚴(yán)重； 一般可通過零點(diǎn)的調(diào)節(jié) 來消除。 ( 2)金屬的鹵化物、 氧化物、 氫氧化物以及部分硫酸鹽和磷酸鹽分子對(duì) 光的吸收。在低溫火焰中，影響較顯著。在高溫火焰中，由于分子分解而變的不 明顯。堿土金屬的氧化物和氫氧化物分子在它們發(fā)射譜線的同一光譜區(qū)中呈現(xiàn)明 顯吸收；可用高溫火焰來減少吸收。 ( 3)固體微粒對(duì)光的散射。 當(dāng)進(jìn)行低含量或痕量分析時(shí)， 大量基體成分 進(jìn)入原子化器，這些基體成分在原子化過程中形成煙霧或固體微粒在光路中阻擋 光束而發(fā)生的散射現(xiàn)象，此時(shí)將引致假

18、吸收；分離基體成分以減少影響。 8-10 要保證或提高原子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度，應(yīng)注意切哪些問題？怎樣 選擇原子吸收光譜分析的最佳條件？ 答：為保證或提高原子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度， 就要恰當(dāng)?shù)倪x擇原子吸 收分光光度的分析條件，包括分析線的選擇、空心陰極燈電流、火焰、燃燒器高 度、狹縫寬度以及光源工作條件、供氣速度、燃?xì)馀c助燃?xì)饬髁勘鹊葘?shí)驗(yàn)條件。 最佳條件的選擇：( 1)分析線：一般選擇待測(cè)元素的共振線，但測(cè)定高濃 度樣品時(shí)， 可選次靈敏線。 若火焰穩(wěn)定性差時(shí)， 需選用次靈敏線， 對(duì)于微量元素， 必須選用最強(qiáng)吸收線。 (2) 通帶：無鄰近干擾線時(shí)選擇較大通帶，0.4 nm；有鄰近干擾線時(shí)

19、選擇較 小通帶， 0.2nm。 (3) 空心陰極燈電流：在保證有穩(wěn)定和足夠的輻射光通量下，應(yīng)選擇較低 燈電流。 (4) 火焰：對(duì)于易生成難解離化合物元素，應(yīng)選擇溫度高的乙炔 空氣， 以至乙炔一氧化亞氮火焰；反之，對(duì)于易電離元素，高溫火焰常引起嚴(yán)重的電離 干擾，是不宜選用的?？蓺w納如下：測(cè)定 Se、As用空氣一氫火焰；測(cè)定Ca、 Mg、Fe、Cu、Zn用空氣一乙炔火焰；測(cè)定 Al、Si、Cr、Mo、W用空氣一乙炔, 乙炔一氧化亞氮火焰。 (5) 燃燒器高度：調(diào)節(jié)燃燒器高度，使空心陰極燈火焰通過自由原子濃度 最大的火焰區(qū)。測(cè)定高濃度樣品時(shí)，可旋轉(zhuǎn)燃燒器角度，以保證靈敏度。 8-14用原子吸收光譜法

20、分析尿試樣中銅的含量，分析線324.8nm。測(cè)得數(shù)據(jù)如 下表所示，計(jì)算試樣中銅的質(zhì)量濃度(ug mL1 )。 加人Cu的環(huán) 加人d的質(zhì)誰度 1 6.0 0.757 8*0 0.912 4.0 0 60 j 解：設(shè)試樣銅的質(zhì)量濃度為 Cx ug mL1 由標(biāo)準(zhǔn)加入法得圖： II :. 4.02.002.04.06.08.0 C/ ug mL 由圖量得Cx=3.6ug - mL1 8-15用原子吸收法測(cè)銻，用鉛作內(nèi)標(biāo)。取5.00mL未知銻溶液，加入 2.00mL4.13ug - mL1的鉛溶液并稀釋至 10.0 mL，測(cè)得Asb/APb =0.808。另取相同 濃度的銻和鉛溶掖， Asb/APb

21、=1.31，計(jì)算未知液中銻的質(zhì)量濃度。 解：設(shè)未知液中銻的質(zhì)量濃度為 Cx ug mL1 第一次：Csb1= 5Cx = 1 CxCpz= 2 4.13 =0.826 ug - mL 10 2 10 Asb1= Ksb Csb1APb1= KPb Cpb1 ASb1 = Apbi Ks2cX KPb 0.836 KSb Cx Kpb *1.652 =0.808 Cx=1.335 Ksb Kpb 第二次： CSb2 = CPb2 Apb2= Kpb Cpb2 Asb2= Ksb CSb2 ASb2 = _ KSb *CSb2 =1 31 APb2 K Pb *CPb2 i1 1 1 聯(lián)立得3荷九

22、019 ugmL 第九章紫外吸收光譜分析 9- 2電子躍遷有哪幾種類型？這些類型的躍遷各處于什么波長范圍？ * * * * 答：電子躍遷類型有：o 0-、nn、n o*、nn，電何遷移躍遷和配 *位場(chǎng)躍遷。 其中： 0:處于真空紫外區(qū)，10200nm nn * :處于近紫外區(qū)，200380nm n 0:處于遠(yuǎn)紫外區(qū)和近紫外區(qū)，10380nm nn :處于近紫外區(qū)，200380nm 電荷遷移躍遷：處于遠(yuǎn)紫外區(qū)和近紫外區(qū)，10380nm 配位場(chǎng)躍遷：處于可見光區(qū)，380800nm 9-7異丙叉丙酮有兩種異構(gòu)體：CH C(CH)=CH COCH及CH=C(Cfe) CH CO- CH。它們的紫外吸收

23、光譜為：(a)最大吸收波長在235nm處，(b)220nm以后沒有強(qiáng)吸收。如何根據(jù)這兩個(gè)光譜來判別上 述異構(gòu)體？試說明理由。 答: (a) 是 CH C(CH)=CH-CO-CH; (b)是 CH=C(CH) CH CO-CH 由于(a)的最大吸收波長比(b)長，故體系能量較低，由于前一個(gè)異構(gòu)體中 C=C鍵和c=o鍵形成共軛結(jié)構(gòu)，可形成比后一個(gè)異構(gòu)體更低的能量體系結(jié)構(gòu)， 所以(a)為 CH C(CH)=CH-CO-CH 9- 10紫外及可見光分光光度計(jì)與可見光分光光度計(jì)比較，有什么不同之處？為 什么？ 答：不同之處：(1)光源：有鎢絲燈及氫燈(或氘燈)兩種，可見光區(qū)(360 1000nm使用鎢

24、燈絲，紫外光區(qū)則用氫燈或氘燈。 (2)由于玻璃要吸收紫外線，所以單色器要用石英棱鏡(或光柵) ，溶 液的吸收池也用石英制成。 (3)檢測(cè)器使用兩只光電管，一個(gè)是氮化銫光電管，用于6251000nm 波長范圍，另一個(gè)是銻銫光電管，用于 200625nm波長范圍，光電倍增管亦為 常用的檢測(cè)器，其靈敏度比一般的光電管高 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。 第十章 紅外吸收光譜分析 10- l 產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么？是否所有的分子振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收光 譜？為什 么？ 答：紅外光譜是由于分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷(同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷)而產(chǎn)生的。 產(chǎn)生紅外吸收應(yīng)具備的兩個(gè)條件： ( 1 )輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時(shí)所需的

25、 能量。( 2)輻射與物質(zhì)之間有偶合作用。 并不是所有的分子振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收光譜。因?yàn)楫a(chǎn)生紅外吸收光譜必須 滿足上述兩個(gè)條件。 紅外輻射具有合適的能量， 能導(dǎo)致振動(dòng)躍遷的產(chǎn)生。 當(dāng)一定 頻率的紅外光照射分子時(shí)， 如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和外界紅外輻射的頻 率一致，就滿足第一個(gè)條件；為滿足第二個(gè)條件，分子必須有偶極矩的改變，只 有發(fā)生偶極矩的變化的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收譜帶。 當(dāng)這兩個(gè)條件都滿 足了，才會(huì)產(chǎn)生紅外吸收光譜。 10- 4 紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是什么？簡要敘述紅外定性分析的過程。 答：紅外光譜定性分析是依據(jù)每一化合物都具有特異的紅外吸收光譜，其 譜帶的位置、數(shù)目、形狀、和強(qiáng)度均隨化合物及其聚焦態(tài)的不同而不同。大致可 分為官能團(tuán)定性和結(jié)構(gòu)分析定性兩方面。 官能團(tuán)定性是根據(jù)化合物的紅外光譜的 特征