201516現(xiàn)代儀器分析研究生試卷詳解

1、一、自旋核在靜磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)1寫(xiě)出、的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程的解。2進(jìn)動(dòng)頻率。3進(jìn)動(dòng)方向 6分二、從NMR（核磁共振）譜上可以得到哪些有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。 8分三、寫(xiě)出紅外譜圖解析的基本步驟 4分 四、產(chǎn)生紅外光譜的必要條件是： 4分 五、指出下列氫化學(xué)等價(jià)與磁等價(jià) 12環(huán)乙烷（）的椅式構(gòu)象，從動(dòng)力學(xué)角度分析，其NMR譜圖（化學(xué)等價(jià)與磁等價(jià)）。3 4 六 計(jì)算紫外最大吸收波長(zhǎng)lmax 6分七、寫(xiě)出計(jì)算 、的表達(dá)式 6分八、寫(xiě)出核自旋體系哈密頓算符，求出AMX自旋體系本征函數(shù)的本征值。6分九、畫(huà)出電子與樣品相互作用所產(chǎn)生的信息，并說(shuō)明利用這些電子信息，已有哪些現(xiàn)代分析儀器？ 6分十、如何用粉末X射線衍射的數(shù)據(jù)

2、來(lái)求納米粒子的平均粒徑 6分十一、在IR及Raman光譜中，振動(dòng)頻率與力常數(shù)及折合質(zhì)量關(guān)系式如何？計(jì)算R-O-H被氘代換成R-O-D時(shí)，設(shè)R-O質(zhì)量遠(yuǎn)大于H及D，如果測(cè)得R-O-H，將H被D置換后 6分十二、Ag屬于立 晶系，點(diǎn)陣常數(shù)，用 輻射晶體試樣Ag，射線波長(zhǎng) 6分（i）求（111）晶面1級(jí)衍射線的布拉格角。（ii）求（222）衍射面的2級(jí)衍射角。 十三、寫(xiě)出苯在乙醇中的紫外吸收光譜區(qū)域特征吸收峰。 6分十四、未知物分子式為C6H8N2，其紅外圖如下圖所示，試推其結(jié)構(gòu) 8分 現(xiàn)代儀器分析（A）參考答案一、解：1 。 4分2 1分3進(jìn)動(dòng)方向是左旋體系。 1分二、解：1多重性 峰的分裂 偶合

3、常數(shù)，自旋偶合 峰的寬度。2分2化學(xué)位移，位置代表化學(xué)環(huán)境。 1分3峰面積，積分代表原子核的濃度成正比，純物質(zhì)與峰面積分子中的質(zhì)子數(shù)成正比。 2分4 寬峰，內(nèi)部有精細(xì)結(jié)構(gòu)，分不開(kāi)、自旋偶合。動(dòng)力學(xué)過(guò)程，快速交換，構(gòu)象轉(zhuǎn)換。場(chǎng)的均勻性，旋轉(zhuǎn)受阻，與氫交換，化學(xué)交換。核的本性，化學(xué)環(huán)境等。 3分5其它信息。三、答：1.計(jì)算不飽和度2.官能團(tuán)的確定( >1500 cm-1)3.指紋區(qū)確定細(xì)節(jié)（1500600 cm-1）4.核磁共振（H質(zhì)子）5.綜合以上分析提出化合物的可能結(jié)構(gòu) 2分（一）鑒定已知化合物： 1.觀察特征頻率區(qū)：判斷官能團(tuán)，以確定所屬化合物的類型。 2.觀察指紋區(qū)：進(jìn)一步確定基團(tuán)的

4、結(jié)合方式。 3.對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)譜圖驗(yàn)證。 1分（二）測(cè)定未知化合物： 1.準(zhǔn)備性工作： 了解試樣的來(lái)源、純度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等； 1分四、解：1. 紅外輻射光的頻率與分子振動(dòng)的頻率相當(dāng)，才能滿足分子振動(dòng)能級(jí)躍遷所需的能量，而產(chǎn)生吸收光譜。 2分2. 必須是能引起分子偶極矩變化的振動(dòng)才能產(chǎn)生紅外吸收光譜。2分 五、1、H1與H4、H2與H3化學(xué)等價(jià)、磁等價(jià)，H3與H1，H2與H4不等價(jià)。2分2、任意溫度下，與化學(xué)等價(jià)高溫時(shí)，磁等價(jià)，低溫時(shí)磁不等價(jià)2分3、H1與H3、H2與H4化學(xué)等價(jià)、H1與H3非磁等價(jià)H2與H3非磁等價(jià)2分4、H1、H3、H4皆不等價(jià)。化學(xué)不等價(jià)，磁不等價(jià)。 2分六、解： 3分 3分七、

5、解： =0.3722×2.677×2.728×2.997=8.15 3分 =0.3722×3.029×2.728×2.714=8.35 3分八、解： 2分 2分 2分九、透射電子 直接透射電子，以及彈性或非彈性散射的透射電子用于透射電鏡(TEM)的成像和衍射二次電子如果入射電子撞擊樣品表面原子的外層電子，把它激發(fā)出來(lái)，就形成低能量的二次電子，在電場(chǎng)的作用下它可呈曲線運(yùn)動(dòng)，翻越障礙進(jìn)入檢測(cè)器，使表面凹凸的各個(gè)部分都能清晰成像。二次電子的強(qiáng)度主要與樣品表面形貌合關(guān)。二次電子和背景散射電子共同用于掃描電鏡(SEM)的成像。當(dāng)探針很細(xì)，分辨高

6、時(shí)，基本收集的是二次電子而背景電子很少，稱為二次電子成像(SEI)特征X射線 如果入射電子把樣品表面原子的內(nèi)層電子撞出，被激發(fā)的空穴由高能級(jí)電子填充時(shí)，能量以電磁輻射的形式放出，就產(chǎn)生特征X射線，可用于元素分析。俄歇(Auger)電子 4分 如果入射電子把外層電子打進(jìn)內(nèi)層，原子被激發(fā)了為釋放能量而電離出次外層電子，叫俄歇電子。主要用于輕元素和超輕元素(除H和He)的分析，稱為俄歇電子能譜儀背景散射電子 入射電子穿達(dá)到離核很近的地方被反射，沒(méi)有能量損失；反射角的大小取決于離核的距離和原來(lái)的能量，實(shí)際上任何方向都有散射，即形成背景散射陰極熒光 如果入射電子使試樣的原于內(nèi)電子發(fā)生電離，高能級(jí)的電子向

7、低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)較長(zhǎng)(在可見(jiàn)光或紫外區(qū))，稱為陰極熒光，可用作光譜分析，但它通常非常微弱 2分 十、解： 3分半峰寬、弧度 、X射線波長(zhǎng)，為半角 3分十一、解： 2分 1分 1分cm-1 2分十二、解：（i）， 3分（ii） 3分 十三、（1）E1、E2苯環(huán)三個(gè)乙烯環(huán)狀基軛系統(tǒng)躍遷，芳香強(qiáng)特征。 3分（2）B吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu) 3分十四、1. 4 2分2. 可能有苯環(huán)，此推測(cè)由3031、1593、1502的吸收峰所證實(shí)，由750cm-1的吸收知該化合物含鄰位取代苯環(huán)。 2分3. 3285、3193 cm-1的吸收是很特征的伯胺吸收。（對(duì)稱伸縮振動(dòng)和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)） 2分綜合上述信息及分子式

8、，可知該化合物為： 鄰苯二胺 2分一、若某核磁共振波譜，化學(xué)位移=60Hz，該譜儀工作頻率為300MHz，以TMS（四 甲基硅烷）為內(nèi)標(biāo)，求=？ppm。如果在60MHz波譜儀測(cè)定，化學(xué)位移=？Hz 6分二、寫(xiě)出 、計(jì)算式 6分三、肉桂酸分子式 NMR數(shù)據(jù)如下，分析譜圖歸屬，并求、 A1=7.97ppm A2=7.70ppm B2=6.58ppm B1=6.31ppmAB型二重峰指哪個(gè)H之間的峰？ 8分四、分析 電子順磁共振譜 4分五、電鏡性能有幾個(gè)要素？ 6分六、掃描隧道和原子力電子顯微鏡有什么相同點(diǎn)與不同點(diǎn) 8分 七、分析SO2的紅外及拉曼活性與振動(dòng)形式 6分八、Ag屬于立 晶系，點(diǎn)陣常數(shù)，

9、用輻射晶體試樣Ag，射線波長(zhǎng) 6分（i）求（111）晶面1級(jí)衍射線的布拉格角。（ii）求（333）衍射面的2級(jí)衍射角。九、簡(jiǎn)述傅里葉變換紅外光譜儀的基本原理 4分十、已知的質(zhì)譜圖解釋質(zhì)譜圖 8分十一、簡(jiǎn)述透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡的基本原理，比較異同點(diǎn) 6分十二.、一個(gè)化合物的分子式為 C10H12O , 其NMR譜圖如下圖所示，推斷該化合物的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明理由。 12分現(xiàn)代儀器分析參考（B）答案一、解： ppm 3分ppm =12Hz 3分 二、解： =0.3722×2.677×2.728×2.997=8.15 3分 =0.3722×3.029

10、5;2.728×2.714=8.35 3分三、 ppm ppm 2分 2分 ppm 2分 ppm 1分 ppm 1分四、解：有5條線，強(qiáng)度比1:2:3:2:1 2I+1=2×(1+1)+1=5， 2分3e為2個(gè)N共有。 2分五、解：分辨率大孔徑角的磁透鏡，100KV時(shí)，分辨率可達(dá)0.005nm。實(shí)際TEM只能達(dá)到0.10.2nm，這是由于透鏡的固有像差造成的。 提高加速電壓可以提高分辨率。已有300KV以上的商品高壓(或超高壓)電鏡，高壓不僅提高了分辨率，而且允許樣品有較大的厚度，推遲了樣品受電子束損傷的時(shí)間，因而對(duì)高分子的研究很有用。但高加速電壓意味著大的物鏡，500KV

11、時(shí)物鏡直徑4550cm。 對(duì)高分子材料的研究所適合的加速電壓，最好在250KV左右。 2分放大倍數(shù) 電鏡最大的放大倍數(shù)等于肉眼分辨率(約0.2mm)除以電鏡的分辨率0.2nm，因而在106數(shù)量級(jí)以上。 2分襯度 在分析TEM圖像時(shí)，亮和暗的差別(即襯度，又稱反差)到底與樣品的什么特性有關(guān)，這點(diǎn)對(duì)解釋圖像非常重要。 2分六、解：掃描隧道和原子力電子顯微鏡是1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者賓尼和羅雷爾相繼發(fā)明創(chuàng)造的。 1分 掃描隧道電子顯微鏡簡(jiǎn)稱STM。在性能上，其分辨率通常在0.2nm左右，故可用來(lái)確定表面的原子結(jié)構(gòu)。測(cè)量表面的不同位置的電子態(tài)、表面電位及表面逸出功分布。此外，還可以利用STM對(duì)表

12、面的原子進(jìn)行移出和植入操作，有目的地使其排列組合，這就使研制納米級(jí)量子器件、納米級(jí)新材料成為可能 2分原子力電子顯微鏡簡(jiǎn)稱AFM在真空環(huán)境下測(cè)量，其橫向分辨率可達(dá)0.15nm，縱向分辨率達(dá)0.05nm，主要用于測(cè)量絕緣材料表面形貌。此外，用AFM還可測(cè)量表面原子間力、表面的彈性、塑性、硬度、粘著力、摩擦力等性質(zhì)。 2分兩者在應(yīng)用上的主要區(qū)別：掃描隧道電子顯微鏡主要用于導(dǎo)體的研究，而原于力電子顯微鏡不僅用于導(dǎo)體的研究，也可用于非導(dǎo)體的研究。在制造原理上，兩者的基礎(chǔ)是相同的。 基本原理及功能掃描隧道電子顯微鏡的原理不同于傳統(tǒng)意義上的電子顯微鏡它是利用電子在原子間的量子隧穿效應(yīng)。將物質(zhì)表面原子的排列

13、狀態(tài)轉(zhuǎn)換為圖像信息的。在量子隧穿效應(yīng)中，原于間距離與隧穿電流關(guān)系相應(yīng)。通過(guò)移動(dòng)著的探針與物質(zhì)表面的相互作用，表面與針尖間的隧穿電流反饋出表面某個(gè)原子間電子的躍遷，由此可以確定出物質(zhì)表面的單一原子及它們的排列狀態(tài)。 原子力電子顯微鏡是在掃描隧道電子顯微鏡制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是利用移動(dòng)探針與原子間產(chǎn)生的相互作用力，將其在三維空間的分布狀態(tài)轉(zhuǎn)換成圖像信息，從而得到物質(zhì)表面原子及它們的排列狀態(tài) 。通常，把以掃描隧道和原子力電子顯微鏡為基礎(chǔ)，兼帶上述其他功能顯微鏡的儀器統(tǒng)稱為原子力電子顯微鏡。 2分一般掃描電子顯微鏡放大倍數(shù)為幾十萬(wàn)倍透射電子顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)百萬(wàn)倍以上，掃描隧道電子顯微鏡的

14、放大倍數(shù)通?？蛇_(dá)幾千萬(wàn)倍 1分七、解：SO2非直線 （1）對(duì)稱伸縮振動(dòng) 極化率變化，拉曼活性 2分偶極矩變化，紅外活性 極化率變化，拉曼活性（2）彎曲振動(dòng) 偶極矩變化，紅外活性 2分（3）反對(duì)稱中縮振動(dòng) 極化率變化，拉曼活性 偶極矩變化，紅外活性 2分八、解：（i）， 2分 2分（ii） 2分九、 光源發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)型成干涉圖，通過(guò)試樣的得到含試樣信息的干涉圖，由電子計(jì)算機(jī)采集，并經(jīng)過(guò)快速?gòu)?fù)里葉變換，得到吸收強(qiáng)度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜圖。 4分十、1）芳烴類化合物穩(wěn)定，分子離子峰強(qiáng)。 2）有烷基取代的，易發(fā)生 CC 鍵的裂解，生成的芐基離子往往是基峰。9114 n芐基苯

15、系列。 3）也有 斷裂，有多甲基取代時(shí)，較顯著。 2分 4）四元環(huán)重排； 有 -H，麥?zhǔn)现嘏牛?RDA 裂解。 5）特征峰：39、51、65、77、78、91、92、93 2分 4分十一、相同原理：透射電鏡和光學(xué)顯微鏡光路十分相似，電子顯微鏡有聚光鏡、物鏡，用電子源代替光源，以電磁透鏡代替玻璃透鏡，以熒光屏代替毛玻璃。掃描電鏡，利用聚焦得非常細(xì)的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息，信息接收，放大和顯示成像，以便對(duì)表面進(jìn)行分析，測(cè)試表面散射電子信息。 6分十二、解：分子式C10H12O，5，化合物可能含有苯基 2分 C=C 或C=O雙鍵； 1H NMR 譜無(wú)明顯干擾峰；由低場(chǎng)至高場(chǎng)，積分簡(jiǎn)比為4：2：3：3，