《現(xiàn)代儀器分析》-第二版-劉約權(quán)-課后習(xí)題答案

1、現(xiàn)代儀器分析習(xí)題解答2009 年春第 12 章 電位分析及離子選擇性電極分析法p2161 什么是電位分析法？什么是離子選擇性電極分析法？答：利用電極電位和溶液中某種離子的活度或濃度之間的關(guān)系來測定待測物質(zhì)活度或濃度的電化學(xué)分析法稱為電位分析法。以離子選擇性電極做指示電極的電位分析，稱為離子選擇性電極分析法。2何謂電位分析中的指示電極和參比電極？金屬基電極和膜電極有何區(qū)別？答：電化學(xué)中把電位隨溶液中待測離子活度或濃度變化而變化，并能反映出待測離子活度或濃度的電極稱為指示電極。電極電位恒定，不受溶液組成或電流流動方向變化影響的電極稱為參比電極。金屬基電極的敏感膜是由離子交換型的剛性基質(zhì)玻璃熔融燒制

2、而成的。膜電極的敏感膜一般是由在水中溶解度很小，且能導(dǎo)電的金屬難溶鹽經(jīng)加壓或拉制而成的單晶、多 晶或混晶活性膜。4. 何謂 tisab 溶液？它有哪些作用？答：在測定溶液中加入大量的、對測定離子不干擾的惰性電解質(zhì)及適量的 ph 緩沖劑和一定的掩蔽劑，構(gòu)成總離子強度調(diào)節(jié)緩沖液( tisab )。其作用有：恒定離子強度、控制溶液ph 、消除干擾離子影響、穩(wěn)定液接電位。5. 25 c時，用ph=4.00的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液測得電池：“玻璃電極| h+ (a=x mol?l-1) i飽和甘汞電極”的電動勢為0.814v,那么在c(hac)=1.00 x10-3 mol?l-1的醋酸溶液中，此電池的電動勢為多

3、少？(khac=1.8 x10-5,設(shè)ah+=h+)解：e1= 6(+) 6(-尸 6 (+) (k-0.0592ph1 )e2= 6(+)- 6(-戶 6(+)- (k-0.0592ph2 ). e2- e1= e2-0.814=0.0592(ph2- ph1).e2=0.814+0.0592(-lgvkc- 4.00)=0.806 (v)6. 25c時，用ph=5.21的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液測得電池：“玻璃電極| h+ (a=x mol?l-1) i飽和甘汞電極”的電動勢為0.209v,若用四種試液分別代替標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，測得電動勢分別為0.064v;0.329v;0.510v;0.677v ,試求

4、各試液的ph和h+活 度解：(1) e1=0.064-0.209=0.0592(ph1-phs)vphs=5.21：ph1=2.76ah+=1.74x10-3 mol?l-1(2) ae2=0.329-0.209=0.0592(ph2-phs)vphs=5.21：ph2=7.24ah+=5.75x10-8 mol?l-1(3) ae3=0.510-0.209=0.0592(ph3-phs)vphs=5.21：ph3=10.29ah+=5.10 x10-11 mol?l-1e4=0.677-0.209=0.0592(ph4-phs)vphs=5.21：ph4=13.12ah+=7.60 x10-

5、14 mol?l-17. 25c時，電池：“鎂離子電極| mg2+ (a=1.8 x10-3mol?l-1 ) |飽和甘汞電極”的電動勢為 0.411v ，用含 mg2+ 試液代替已知溶液，測得電動勢為 0.439v ，試求試液 中的 pmg 值。解：v e2- e1= (0.0592/2 ) pmg+ (0.0592/2 ) lg(1.8 x10-3)0.439-0.411=(0.0592/2 ) pmg-0.0813：pmg=3.698. 25 c時，電池：“ no3-離子電極 | no3- (a=6.87 xi0-3mol?l-1 ) | 飽和甘汞電 極”的電動勢為0.3674v ,用含

6、no3-試液代替已知濃度的 no3-溶液，測得電動勢為 0.4464v ，試求試液的 pno3 值。解：v e2- e1=0.4464-0.3674=-0.0592 pno3-0.05921g(6.87x10-3)0.079=-0.0592 pno3+0.128. pno3=0.828第 4 章 原子吸收光譜法p601 影響原子吸收譜線寬度的因素有哪些？其中最主要的因素是什么？答：影響原子吸收譜線寬度的因素有自然寬度fn、多普勒變寬和壓力變寬。其中最主要的是多普勒變寬和洛倫茲變寬。3 原子吸收光譜法，采用極大吸收進行定量的條件和依據(jù)是什么？答：原子吸收光譜法，采用極大吸收進行定量的條件：光源發(fā)

7、射線的半寬度應(yīng)小于吸收線半寬度；通過原子蒸氣的發(fā)射線中心頻率恰好與吸收線的中心頻率丫0相重合。定量的依據(jù)： a=kc4 原子吸收光譜儀主要由哪幾部分組成？各有何作用？答：原子吸收光譜儀主要由光源、原子化器、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)四大部分組成。光源的作用：發(fā)射待測元素的特征譜線。原子化器的作用：將試樣中的待測元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的能吸收特征光的基態(tài)原子。分光系統(tǒng)的作用：把待測元素的分析線與干擾線分開，使檢測系統(tǒng)只能接收分析線。 檢測系統(tǒng)的作用：把單色器分出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器放大后以透射比或 吸光度的形式顯示出來。5 使用空心陰極燈應(yīng)注意些什么？如何預(yù)防光電倍增管的疲勞？答：使用空心陰極燈應(yīng)注意

8、：使用前須預(yù)熱；選擇適當(dāng)?shù)臒綦娏鳌ｎA(yù)防光電倍增管的疲勞的方法：避免長時間進行連續(xù)光照。6 與火焰原子化器相比，石墨爐原子化器有哪些優(yōu)缺點？答：與火焰原子化器相比，石墨爐原子化器的優(yōu)點有：原子化效率高，氣相中基態(tài)原 子濃度比火焰原子化器高數(shù)百倍，且基態(tài)原子在光路中的停留時間更長，因而靈敏度 高得多。缺點：操作條件不易控制，背景吸收較大，重現(xiàn)性、準(zhǔn)確性均不如火焰原子化器，且 設(shè)備復(fù)雜，費用較高。7光譜干擾有哪些，如何消除？答：原子吸收光譜法的干擾按其性質(zhì)主要分為物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾和光譜 干擾四類。消除方法：物理干擾的消除方法：配制與待測溶液組成相似的標(biāo)準(zhǔn)溶液或采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，使試 液與標(biāo)

9、準(zhǔn)溶液的物理干擾相一致?；瘜W(xué)干擾的消除方法：加入釋放劑或保護劑。電離干擾的消除方法：加入一定量的比待測元素更容易電離的其它元素（即消電離 劑），以達到抑制電離的目的。光譜干擾的消除方法：縮小狹縫寬度來消除非共振線干擾；采用空白校正、氘燈校正 和塞曼效應(yīng)校正的方法消除背景吸收。10 比較標(biāo)準(zhǔn)加入法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法的優(yōu)缺點。 答：標(biāo)準(zhǔn)曲線法的優(yōu)點是大批量樣品測定非常方便。缺點是：對個別樣品測定仍需配 制標(biāo)準(zhǔn)系列，手續(xù)比較麻煩，特別是遇到組成復(fù)雜的樣品測定，標(biāo)準(zhǔn)樣的組成難以與 其相近，基體效應(yīng)差別較大，測定的準(zhǔn)確度欠佳。標(biāo)準(zhǔn)加入法的優(yōu)點是可最大限度地消除基干擾，對成分復(fù)雜的少量樣品測定和低含量 成分分析

10、，準(zhǔn)確度較高；缺點是不能消除背景吸收，對批量樣品測定手續(xù)太繁，不宜 采用。11 原子吸收光譜儀有三檔狹縫調(diào)節(jié)，以光譜帶0.19nm 、 0.38nm 和 1.9nm 為標(biāo)度，對應(yīng)的狹縫寬度分別為 0.1mm 、 0.2mm 和 1.0mm ，求該儀器色散元件的線色散率倒數(shù)；若單色儀焦面上的波長差為 20nm.mm-1 ，狹縫寬度分別為 0.05mm 、 0.1mm 、0.2mm 及 2.0mm 四檔，求所對應(yīng)的光譜通帶各為多少？解：.w=d?s：d=w/s.d1=w1/s1=0.19/0.1=1.9nm.mm-1d2=w2/s2=0.38/0.2=1.9nm.mm-1d3=w3/s3=1.9/

11、1.0=1.9nm.mm-1w1=d?s1=2.0 x0.05=0.1nmw2=d?s2=2.0 x0.1=0.2nmw3=d?s3=2.0 x0.2=0.4nmw4=d?s4=2.0 x2.0=4.0nm12 測定植株中鋅的含量時，將三份1.00g 植株試樣處理后分別加入 0.00ml 、1.00ml 、 2.00ml0.0500mol?l-1zncl2 標(biāo)準(zhǔn)溶液后稀釋定容為 25.0ml ，在原子吸收光譜儀上測定吸光度分別為 0.230、0.453、0.680,求植株試樣中鋅的含量(3.33x10- 3g.g-1 )。解：設(shè)植株試樣中鋅的含量為 cx mol.l-1v a=kc. a1=k

12、cxa3=k(25 x10-3cx+2.00 0.0500 65.4 >10-3) /2510-3解之得 cx=2 x10-3 mol.l-1:植株試樣中鋅的含量為3.33 x10-3g.g-1第 5 章 紫外可見吸收光譜法p821 電子躍遷有哪幾種類型？哪些類型的躍遷能在紫外及可見光區(qū)吸收光譜中反映出來？答：電子躍遷的類型有四種：6 - 6 * , n-6*, n一n*,式式*。其中n-6*, n一n*,n一n*的躍遷能在紫外及可見光譜中反映出來。4何謂發(fā)色團和助色團？舉例說明。答：發(fā)色團指含有不飽和鍵，能吸收紫外、可見光產(chǎn)生n-n*或汽一n*躍遷的基團。例如：> c=cv, c

13、w, > c=o, n=n , cooh 等。助色團：指含有未成鍵 n 電子，本身不產(chǎn)生吸收峰，但與發(fā)色團相連能使發(fā)色團吸收峰向長波方向移動，吸收強度增強的雜原子基團。例如：nh2 ， oh， or，sr， x 等。9.已知一物質(zhì)在它的最大吸收波長處的摩爾吸收系數(shù)k為 1.4x104l?mol-1?cm-1 ,現(xiàn) 用 1cm 吸收池測得該物質(zhì)溶液的吸光度為 0.850 ，計算溶液的濃度。解：a=kcl. c=a/ (kl) =0.850/(1.4 x104 x1)=0.607 x10-4 (mol?l-1 )10 . k2cro4 的堿性溶液在 372nm 處有最大吸收,若堿性k2cro

14、4 溶液的濃度c(k2cro4)=3.00 x10-5mol? l-1,吸收池長度為1cm,在此波長下測得透射比是71.6%。計算：( 1 )該溶液的吸光度；(2)摩爾吸收系數(shù)；(3)若吸收池長度為3cm ，則透射比多大？解：( 1 ) a=-lgt=-lg71.6%=0.415(2)k=a/(cl)=0.415/(3.00 x10-5 x1)=4.83 x103(l?mol-1?cm-1 ). lgt=-a=-kcl=-4.83 x103 x3.00 x10-5 x3=-0.4347 . t=36.75%11 .苯胺在入max為280nm處的k為1430 l?mol-1?cm-1 ,現(xiàn)欲制備

15、一苯胺水溶液，使 其透射比為 30%, 吸收池長度為 1cm, 問制備 100ml 該溶液需苯胺多少克?解：設(shè)需苯胺x g, 則.a=-lgt= kcl 0.523=1430 x(x/mx 100x10-3) x1x=3.4 m0-3g12 .某組分a溶液的濃度為 5.00 x10-4mol? l-1 ,在1cm吸收池中于440nm 及 590nm下其吸光度為 0.638及0.139 ;另一組分 b溶液的濃度為 8.00 x10-4mol? l-1 , 在 1cm 吸收池中于440nm 及 590nm 下其吸光度為 0.106 及 0.470 。現(xiàn)有 a 組分和 b組分混合液在1cm 吸收池中

16、于440nm 及 590nm 處其吸光度分別為 1.022 及 0.414 ，試計算混合液中 a 組分和 b 組分的濃度。解：v ka440 ?ca ?l=aa440. ka440 = aa440/(ca ?l) =0.638/(5.00 x10-4 x1)=1.28 x103同理 ka590 = aa590/ (ca ?l) =0.139/(5.00 x10-4 x1)=2.78 x102kb440 = ab440/ (cb ?l) =0.106/(8.00 x10-4 x1)=1.33 x102kb590 = ab590/ (cb ?l) =0.470/(8.00 x10-4 x1)=5.

17、88 x102又aa+b440=ka440 ?ca ?l+ kb440 ?cb ?laa+b590=ka590 ?ca ?l+ kb590 ?cb ?l0.414=2.78102 xcax 1+5.88 m02 xcbxl解之得 ca=7.6 x10-4 (mol?l-1 )cb=3.7x10-4 (mol?l-1 )第 7 章 分子發(fā)光分析法3第一第二單色器各有何作用？熒光分析儀的檢測器為什么不放在光源與液池的直線上？答：第一單色器的作用是把從光源發(fā)射的光中分離出所需的激發(fā)光；第二單色器的作用是濾去雜散光和雜質(zhì)所發(fā)射的熒光。熒光分析儀的檢測器不放在光源與液池的直線上是為了消除激發(fā)光及散射光的

18、影響。5熒光光譜的形狀決定于什么因素？為什么與激發(fā)光的波長無關(guān)？答：熒光光譜的形狀決定于 s0 和 s1 態(tài)間的能量差、熒光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及基態(tài)中各振動能級的分布情況。熒光光譜的形狀與激發(fā)光的波長無關(guān)是因為熒光光譜是由 s1 態(tài)的最低能級躍遷至s0 態(tài)的各振動能級產(chǎn)生。第 15 章 分離分析法導(dǎo)論p2612塔板理論的主要內(nèi)容是什么？它對色譜理論有什么貢獻？它的不足之處在哪里？答：塔板理論把整個色譜柱比擬為一座分餾塔，把色譜的分離過程比擬為分餾過程，直接引用分餾過程的概念、理論和方法來處理色譜分離過程。塔板理論形象地描述了某一物質(zhì)在柱內(nèi)進行多次分配的運動過程， n 越大， h 越小， 柱效能越高，分

19、離得越好。定性地給出了塔板數(shù)及塔板高度的概念。塔板理論的不足之處：某些基本假設(shè)不嚴格，如組分在縱向上的擴散被忽略了、分配系數(shù)與濃度的關(guān)系被忽略了、分配平穩(wěn)被假設(shè)為瞬時達到的等。因此，塔板理論不能解釋在不同的流速下塔板數(shù)不同這一實驗現(xiàn)象，也不能說明色譜峰為什么會展寬及不能解決如何提高柱效能的問題。:有 1.022=1.28 x103 xcax 1+1.33 x102 xcbx13 速率理論的主要內(nèi)容是什么？它對色譜理論有什么貢獻？與塔板理論相比，有何進展？答：速率理論的主要內(nèi)容是范第姆特方程式： h=a+b/? +c?對色譜理論的貢獻：綜合考慮了組分分子的縱向分子擴散和組分分子在兩相間的傳質(zhì)過程

20、等因素。與塔板理論相比，速率理論解釋了色譜操作條件如何影響分離效果及如何提高柱效能。4何謂分離度，它的表達式是什么？應(yīng)從哪些方面著手提高分離度？答：分離度是指相鄰兩色譜峰的保留值之差與兩峰寬度平均值之比。表達式： r=可以通過提高塔板數(shù)n,增加選擇性？2, 1,容量因子k?來改善分離度。5 色譜定性的主要方法有哪些？多機連用有什么優(yōu)越性？答：色譜定性的主要方法有：。1與標(biāo)樣對照的方法；。2利用保留指數(shù)法定性；。3與 其它方法結(jié)合定性。多機連用能充分發(fā)揮色譜分離的特長，也能充分發(fā)揮質(zhì)譜或光譜定結(jié)構(gòu)的特長。6色譜定量常用哪幾種方法？它們的計算公式如何表達？簡述它們的主要優(yōu)缺點。答：色譜定量常用歸一

21、法、內(nèi)標(biāo)法及外標(biāo)法。歸一法的計算公式： wi=mi/m=mi/(m1+m2+mn尸aifi/( a1f1+ a2f2 +anfn)內(nèi)標(biāo)法的計算公式： wi=mi/m=aifi ms/ ( asfs m )歸一法具有簡便、準(zhǔn)確的優(yōu)點，對操作條件如進樣量、溫度、流速等的控制要求不苛刻。但是在試樣組分不能全部出峰時不能使用這種方法。內(nèi)標(biāo)法測定結(jié)果比較準(zhǔn)確，操作條件對測定的準(zhǔn)確度影響不大。外標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線操作簡便，不需用校正因子，但是對操作條件的穩(wěn)定性和進樣量的重現(xiàn)性要求很高。7 下列數(shù)據(jù)是由氣液色譜在一根40cm 長的填充柱上得到的：化合物 tr/min y/min空氣 2.5甲基環(huán)己烷，a10.71

22、.3甲基環(huán)己烯，b11.61.4甲苯， c 14.01.8求： ( 1 )平均的理論塔板數(shù)； ( 2 )平均塔板高度；( 3 )甲基環(huán)己烯與甲基環(huán)己烷的分離度；(4)甲苯與甲基環(huán)己烯的分離度。解： (1) ?n=(n1+n2+n3)/3=?16?(10.7/1.3)2+16?(11.6/1.4)2+16?(14.0/1.8)2?/3=1050？h=l/?n=40/1050=0.038 cm(3) rab=(tr(b)?tr(a)/1/2(ya+yb)=(11.6-10.7)/1/2(1.3+1.4)=0.67(4) rcb=(tr(c)?tr(b)/1/2(yb+yc)=(14.0-11.6)

23、/1/2(1.4+1.8)=1.508有甲、乙兩根長度相同的色譜柱，測得它們在范第姆特方程式中的各項常數(shù)如下：甲柱： a=0.07cm ， b=0.12cm2?s-1 ， c=0.02s ；乙柱： a=0.11cm ， b=0.10cm2?s-1 ，c=0.05s 。求：( 1)甲柱和乙柱的最佳流速u 和最小塔板高度；(2)哪一根柱子的柱效能高？解(1)對甲柱有：u 最佳=(b/c)1/2=(0.12/0.02)1/2=2.45 cm?s-1h 最小=八+2婚。)1/2=0.07+2(0.12x0.02)1/2=0.168 cm對乙柱有： u 最佳 =(b/c)1/2=(0.10/0.05)1

24、/2=1.41 cm?s-1h最小=a+2(bc)1/2=0.11+2(0.10x0.05)1/2=0.251 cm(2) 從(1) 中可看出 甲柱的柱效能高。9.有一 a、b、c三組分的混合物，經(jīng)色譜分離后其保留時間分別為：tr (a)=4.5min ， tr ( b) =7.5min ， tr (c) =10.4min ， tm=1.4min ，求：( 1 ) b 對 a 的相對保留值；( 2) c 對 b 的相對保留值；( 3 ) b 組分在此柱中的容量因子是多少？解： (1) ?b,a=t?r(b)/ t?r(a)= (7.5-1.4)/(4.5-1.4)=1.97(2) ?c,b=t

25、?r(c)/ t?r(b)= (10.4-1.4)/(7.5-1.4)=1.48(3) k?b= t?r(b)/tm=(7.5-1.4)/1.4=4.3610 已知在混合酚試樣中僅含有苯酚，o- 甲酚，m- 甲酚， p- 甲酚四種組分，經(jīng)乙?；幚砗?，測得色譜圖，從圖上測得各組分的峰高、半峰寬以及測得相對校正因子分別如下：化合物 苯酚o- 甲酚m- 甲酚p- 甲酚峰高 /mm 64.0104.1 89.270.0半峰寬 /mm 1.942.40 2.853.22相對校正因子(f)0.850.95 1.031.00求各組分的質(zhì)量分數(shù)。解： w1= a1f1/(a1f1+ a2f2+a3f3+a4

26、f4)=64.0x1.94>0.85/(64.01.94>0.85+104.12.40>0.95+89.22.85>1.03+70.03.22 x1.00)=105.54/830.13=12.72%w2=237.35/830.13=28.59%w3=261.85/830.13=31.54%w4=225.40/830.13=27.15%11 有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及少量水、苯等物質(zhì)，稱取試樣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，混合均勻后進樣，得如下數(shù)據(jù)：化合物 甲酸 乙酸 環(huán)己酮 丙酸峰面積 /cm214.872.613342.4相對

27、校正因子(f)3.831.781.00 1.07求甲酸、乙酸和丙酸的質(zhì)量分數(shù)。解：由于以環(huán)己酮作內(nèi)標(biāo)所以 wi=aifims/( asfsm)w 甲酸=14.8 x3.83 x0.1907/(133 x1.00 x1.055)=7.70%w 乙酸=72.6 x1.78 x0.1907/(133 x1.00 x1.055)=17.56%w 丙酸=42.4 x1.07 x0.1907/(133 x1.00 x1.055)=6.17%第 16 章 氣相色譜法p1 簡述氣相色譜儀的分離原理。氣相色譜儀一般由哪幾部分組成？各有什么作用？答：氣相色譜儀的分離原理：當(dāng)混合物隨流動相流經(jīng)色譜柱時，與柱中的固定

28、相發(fā)生作用(溶解、吸附等)，由于混合物中各組分理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相發(fā)生作用的大小、強弱不同，在同一推動力作用下，各組分在固定相中的滯留時間不同，從而使混合物中各組分按一定順序從柱中流出。氣相色譜儀一般由氣路系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和記錄與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。氣路系統(tǒng)的作用：為色譜分析提供純凈、連續(xù)的氣流。進樣系統(tǒng)的作用：進樣并將分析樣品瞬間汽化為蒸氣而被載氣帶入色譜柱。分離系統(tǒng)的作用：使樣品分離開。檢測系統(tǒng)的作用：把從色譜柱流出的各個組分的濃度(或質(zhì)量)信號轉(zhuǎn)換為電信號。記錄與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的作用：把由檢測器檢測的信號經(jīng)放大器放大后由記錄儀記錄和進行數(shù)據(jù)處理。3試述熱導(dǎo)、氫火焰離子化和電子捕獲檢測器的基本原理，它們各有什么特點？答：熱導(dǎo)檢測器是基于不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)指數(shù)。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，靈敏度適宜，線性范圍寬。電子捕獲檢測器是基于響應(yīng)信號與載氣中組分的瞬間濃度呈線性關(guān)系，峰面積與載氣流速成反比。它的特點是高選擇性，高靈敏度。氫火焰離子化檢測器基于響應(yīng)信號與單位時間內(nèi)進入檢測器組分的質(zhì)量呈線性關(guān)系， 而與組分在載氣中的濃度無關(guān)，峰面積不受載氣流速影響。它的特點是死體積小，靈 敏度高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，線性范圍寬。4對載體和固定液的要求分別是什么？如何選擇固定液？答：對載體的要求：o 1表面應(yīng)是化學(xué)惰性的，即表面沒有吸附性