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仪器分析
《仪器分析》重修复习题
一、填空题
1、仪器分析是以物质的物理或物理化学性质测量为基础的分析方法;化学分析则是利用化学反应及其计量关系进行分析的方法。
光学分析法分为光谱法和非光谱法两大类。
2、原子光谱产生于原子能级间的跃迁,原子的能量状态可用以n,L,S,J为参数的光谱项来表征。
分子光谱产生于分子能级间的跃迁,其中紫外光谱产生于分子的电子能级间的跃迁。
3、紫外可见吸收光谱分析中,紫外光区是波长范围为10-400nm的电磁辐射,可见光区是波长范围为400-780nm的电磁辐射。
紫外及可见吸收光谱法是根据溶液中物质的分子或离子对紫外及可见光区的辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法。
红外吸收光谱又称分子的振动—转动光谱。
4、紫外可见分光光度计常用单色器为棱镜和光栅。
红外吸收光谱仪主要有色散型和干涉型(傅立叶变换型)两大类型;迈克尔逊干涉仪是干涉型红外光谱仪的核心部件。
5、原子发射光谱分析中,具有最低激发电位的谱线称为(第一)共振线。
每种元素都有其特征发射光谱,这是原子发射光谱定性分析依据。
光谱定量分析的基本公式为I=acb(或:
lgI=lga+blgc)。
6、原子吸收光谱分析中,将待测物质原子化的方法主要有火焰原子化和非火焰原子化两种;高温石墨炉属于非火焰原子化器。
锐线光源是指能发射谱线半宽度极窄的发射线的光源。
原子吸收光谱法是根据待测物质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用进行元素定量分析的方法。
7、原子荧光光谱分析中,激发光和发射荧光波长相同时,产生的荧光称为共振荧光。
8、离子选择性电极的基本结构包括敏感膜、内参比溶液和内参比电极等三部分。
离子选择性电极(膜电极)的核心部分是敏感膜。
在电位分析中采用加入总离子强度调整缓冲溶液的方法来控制溶液的总离子强度。
9、电位滴定法是利用指示电极电位的突跃来确定终点的分析方法。
酸碱滴定中,可采用pH玻璃电极作指示电极。
10、经典极谱分析法是以滴汞电极作工作电极电解被分析物质的稀溶液,再根据所得的电压~电流(极谱波)曲线进行分析的方法。
该法以固态电极作工作电极电极,则称为伏安法。
11、气相色谱法是指使用气体作为流动相的色谱法,其中气液色谱的固定相称
为固定液。
色谱柱理论塔板数越多,则该色谱柱的柱效能越高。
12、热导池检测器是气相色谱仪的常用检测器,紫外光度检测器是高效液相色谱仪的常用检测器。
13、核磁共振分析中,当射频的频率正好等于自旋进动频率时,自旋核就会吸收射频能量,从低能级跃迁到高能级,这种现象称为核磁共振。
14、由于氢核(1H)所处的化学环境不同,具有不同的屏蔽常数σ,引起外磁场或共振频率的移动,此现象称为化学位移。
磁不等价氢核之间会产生自旋偶合裂分。
15、质谱图中分子离子峰的m/z值即是中性分子的相对分子量,质量数不符合氮规律的离子峰一定不是分子离子峰。
二、选择题
(A)1、原子处于最低能量状态称为。
A、基态B、激发态C、高能态
(A)2、原子发射光谱是由原子的受激发跃迁而产生的光谱。
A、外层电子B、内层电子C、原子核
(C)3、AES分析中,直流电弧不适用于分析下列哪种试样?
A.矿石的定性分析B.矿石的半定量分析C.人发中的Pb
(A)4、AES分析中,直流电弧可用于下列哪种分析?
A.矿石的定性分析B.污水中Cr的定量分析C.人发中Pb的定量分析
(B)5、空心阴极灯一般以待测元素的纯物质或合金做材料。
A、阳极B、阴极C、外壳
(C)6、空心阴极灯中对发射线宽度影响最大的因素是。
A.阴极材料B.阳极材料C.灯电流
(B)7、原子吸收光谱分析中,光源的作用是。
A.蒸发试样B.发射待测元素的特征谱线C.照明
(A)8、某物质在235nm处有一强峰(κ=10000L.mol-1.cm-1),则该物质可能是下面的。
A、CH3-C(CH3)=CH-CO-CH3B、CH2=C(CH3)-CH2-CO-CH3C、CH2=C(CH3)-CH2-CH2-CHO
(C)9、按照分子轨道理论,下面哪一种电子跃迁所需的能量最低?
A、σ→σ*B、π→π*C、n→π*
(C)10、下列哪种物质不宜作紫外光谱测定中的溶剂?
A.乙醇B.环己烷C.苯
(A)11、下列哪种化合物中的C=O伸缩振动频率最小?
A.R-CO-BrB.R-CO-ClC.R-CO-F
(C)12、下列哪种化合物中的C=O伸缩振动频率最大?
A.R-CO-BrB.R-CO-ClC.R-CO-F
(A)13、某化合物的λmax已烷=305nm,λmax乙醇=295nm,该吸收应由哪种跃迁引起?
A.n→π*B.π→π*C.б→б*
(B)14、某化合物一个吸收带在正已烷溶剂中测得λmax=305nm,在乙醇溶剂中测得λmax=327nm,该吸收应由哪种跃迁引起?
A.n→π*B.π→π*C.б→б*
(A)15、内标法分析中,在基体元素(或定量加入的其它元素)的谱线中选择的一条比较线称为。
A、内标线B、分析线C、分析线对
(A)16、测量吸收线中心频率υ0两旁(dυ≈0)极窄范围内的积分吸收称为
测量。
A、积分吸收B、峰值吸收C、总吸收
(A)17、电位法测定溶液pH值时常用作参比电极。
A.饱和甘汞电极B.标准氢电极C.pH玻璃电极
(C)18、电位法测定溶液pH值时常用作指示电极。
A.甘汞电极B.标准氢电极C.pH玻璃电极
(B)19、极谱分析中,简单金属离子的半波电位与其浓度。
A.有关B.无关C.不确定
(A)20、气相色谱分析中,依极性相似原则,分离极性试样时应选择固定液。
A、极性B、非极性 C、不确定
(A)21、气相色谱分析中,M、N、P三个组份在某色谱柱上的分配系数分别为490、460、430,问哪一个组份最后流出色谱柱?
A.组份MB.组份NC.组份P
(C)22、气相色谱分析中,M、N、P三个组份在某色谱柱上的分配系数分别为490、460、430,问哪一个组份最先流出色谱柱?
A.组份MB.组份NC.组份P
(A)23、下列哪个化合物中质子的化学位移值最大?
A.CH3FB.CH3ClC.CH3I
(C)24、下列哪种原子核没有磁性?
A.1HB.13CC.12C
(A)25、已知某化合物相对分子量为偶数,依据氮规律,下列哪个化学式不正确?
A.C8H8NO2B.C8H10N2OC.C9H10O2
三、判断题(对的打“√”,错的打“×”)
(×)1、电磁辐射的频率越高,或波长越小,光子具有的能量就越小。
(×)1、紫外可见吸收光谱属于分子光谱,而红外吸收光谱则是原子光谱。
(×)2、紫外可见分光光度计常用的光源可见光区是钨灯,紫外光区是硅碳棒灯。
(×)3、CO2分子具有四种基本振动形式,故其有四个红外吸收峰。
(√)4、由于C=O双键比C=C双键的对称性差,所以在乙酸丙烯酯中的C=O吸收峰比C=C吸收峰要强得多。
(×)5、由于C=O双键比C=C双键的对称性差,所以乙酸丙烯酯中C=O吸收峰比C=C吸收峰要弱。
(√)6、光谱学中,同种元素的原子线和离子线统称该元素的原子光谱。
(×)7、原子发射光谱分析中自吸现象是无法消除的。
(×)8、ICP光源采用的工作气体是Ar气,放电电极为石墨电极。
(√)9、原子吸收光谱分析法中实现峰值吸收测量的前提条件是采用锐线光源。
(×)10、原子化器的作用是将试样蒸发并使待测量元素转为基态原子蒸气并将基态原子激发至高能态。
(×)11、化学电池中的阴极即是正极,阳极即是负极。
(×)12、离子选择性电极的电极电位与待测离子的活度成线性关系。
(√)13、经典极谱分析过程中,被分析溶液必须保持静止。
(√)14、气相色谱分析中,组分与载气的导热系数相差越大,热导池检测器的测量灵敏度就越高。
(×)15、气相色谱分析中,组分与载气的导热系数相差越大,热导池检测器的测量灵敏度就越低。
四、解释下列名词术语
原子发射光谱(见P13)(即答案见教材《分析化学(下册)》第13页,自己归纳,下同)
原子吸收光谱(见P13)
生色团(见P18)
助色团(见P20)
共振线(见P68)
原子线与离子线(见P68)
谱线的自吸(见P71)
积分吸收(见P99)
峰值吸收(见P100)
膜电极(见P131)
指示电极(见P132)
工作电极(见P132)
极化电极(见P133)
去极化电极(见P133)
总离子强度调节缓冲溶液(见P147)
极谱分析底液(见P166)
色谱分配系数(见P212)
色谱分配比(见P212)
核磁共振(见P244)
化学位移(见P247)
分子离子(见P264)
碎片离子(见P269)
五、简答题
1、作为苯环的取代基,-NH2具有助色作用,而-NH3+则不具有助色作用。
试说明其原因。
(见P20)
2、铬黑T在pH<6时为红色(λmax==515nm),在pH=9.5时与Mg2+形成螯合物为紫红色(λmax==542nm),试从吸收光谱产生机理上给予解释。
(见P23)
3、分子产生红外吸收的两个条件是什么?
(见P37-38)
4、简述ICP光源的工作原理。
(见P74)
5、简述空心阴极灯的放电机理。
(见P102)
6、简述pH玻璃电极膜电位形成机理。
(见P135-137)
7、试从电极和电解的条件两方面比较极谱分析法和普通电解法的差异。
(见P159-160与P191-192)
8、色谱定性的依据是什么?
有哪些主要定性分析方法?
(见P229-230)
9、色谱定量分析的依据是什么?
有哪些主要的定量分析方法?
(见P230-232)
10、已知化合物CH3F中的氢核的化学位移值比CH3Cl中的氢核化学位移值要大,试解释其原因。
(见P248)
11、依图说明单聚焦质谱仪的基本工作原理。
(见P263-265)
12、画出单光束原子吸收分光光度计的结构示意框图(应标出各组成部件名称)。
(见P101)
13、画出气相色谱仪的流程示意框图(应标出各组成部件名称)。
(见P219)
14、画出高效液相色谱仪的流程示意框图(应标出各组成部件名称)。
(见P234)
六、计算题
可能使用的有关常数:
h=6.629×10-34J.s=4.136×10-15eV.s,c=2.99792×108m.s-1,
M(C)=12.01g.mol-1,M(Mn)=54.94g.mol-1
1、计算588.99nm钠线的频率和激发电位。
解:
(1)频率:
υ=c/λ=
=5.09×1014
(Hz)
(2)激发电位:
E=h
=6.629×10-34×5.091×1014=3.37×10-19(J)
或:
E=h
=4.136×10-15×5.091×1014=2.105(eV)
2、计算285.2nm镁线的频率(Hz)、波数(cm-1)和激发电位(eV)。
解:
(1)频率:
υ=c/λ=
=1.05×1015
(Hz)
(2)波数:
σ=1/λ=
=3.51×104(cm-1)
(3)激发电位:
E=h
=4.136×10-15×1.05×1015=4.35(eV)
或:
E=h
=6.629×10-34×1.05×1015=6.96×10-19(J)
3、已知某两个吸收峰188nm和279nm分别属于π→π*跃迁和n→π*跃迁,计算它们跃迁所需的能量(以eV表示)。
解:
已知λ1=188nm(π→π*),λ2=279nm(n→π*),得
Eπ→π*=hc/λ1=
En→π*=hc/λ2=
4、称取0.50g某铜矿样,溶解后将其中的锰氧化成MnO4-,移入100mL容量瓶中定容。
用1.0cm的吸收池测得其透射率T=51%。
已知ε=2.2×103L.mol-1.cm-1,计算铜样中的锰的质量百分数。
解:
A=-lgT=-lg0.51=0.29,由:
A=εbCMn
得:
CMn=A/εb=0.29/(2.2×103×1.0)=1.32×10-4(mol.L-1)
得:
ωMn=mMn/m样×100%=(1.32×10-4×100×10-3×54.94/0.50)×100%=0.15%
5、已知C=O键的力常数k=19.05N.cm-1,计算C=O的振动吸收峰的位置(以波数σ表示)。
解:
σ=1303×
=1303×
=2172(cm-1)
6、已知C=C键的键力常数k=10.05N.cm-1,计算C=C的振动吸收峰的位置(以波数σ表示,单位cm-1)。
解:
σ=1303×
=1303×
=1684(cm-1)
7、已知某光栅光谱仪的光栅刻痕密度为1200mm-1,光栅宽度为50mm,求此光谱仪的一级光谱理论分辨率。
此光谱仪能否将Fe310.067nm、Fe310.030nm两谱线分开?
解:
已知k=1,l=50mm,b=1200mm-1,得:
(1)R理=klb=1×50×1200=60000
(2)R需=
=
=8380
R理》R需,
能分开此双线
8、用原子吸收光谱法测定试样中的Pb。
准确移取50.00mL试样2份,在波长283.3nm处测得一份试样的吸光度为0.325,另一份试样加入浓度为50.0mg.L-1的铅标准溶液后测得其吸光度为0.670。
计算试样中铅的浓度(mg.L-1)为多少?
解:
已知:
Vx=50.00mL,Vs=300µL,Ax=0.325,A=0.670,cs=50.0mg.L-1
由Ax=kcx,A=k
得:
cx=
得:
cx=
=0.279(mg.L-1)
9、原子吸收光谱分析测定Pb时,以2.0μg.mL-1的Pb标准溶液测得其透光率为50%,连续11次测得空白值的标准偏差为0.010,计算Pb的特征浓度和检出限。
解:
(1)灵敏度:
Cc=0.0044×
=0.0044×
=2.9×10-2(μg.mL-1/1%)
(2)检出限:
D=
×3σ=3×0.010×
=0.199(μg.mL-1)
10、以下列电池测定水中的氟离子浓度(25℃):
SCE||试液(水样)|氟离子选择电极
取水样50.00mL,测得上述电池电动势为0.137V;往上述水样再加入0.001mol.L-1氟标准溶液1.00mL后,测得电池电动势为0.117V。
试计算水样中氟离子浓度(单位mol.L-1)。
解:
已知CS=1.00×10-3mol.L-1,Es=0.1170V,Ex=0.1370V,
得:
E电池=EF--ESCE=K-0.059·lgaF-
得:
0.137=K-0.059·lgCx……①
0.117=K-0.059·lg
……②
联立①②式解得:
Cx=1.6×10-5(mol.L-1)
11、氟离子选择电极和饱和甘汞电极组成如下测量电池:
SCE||试液或标准溶液|氟离子选择电极
在25℃时,测得氟离子浓度为0.001mol.L-1时的电动势为0.158V;现用未知浓度的氟离子溶液代替上述溶液,测得电动势为0.217V,计算未知溶液的氟离子浓度。
解:
已知CS=0.001mol.L-1,Es=0.158V,Ex=0.217V,
由:
EF-=K-0.059·lgaF-得
E电池=K-0.059·lgaF-
得:
lgCX=lgCS+
=lg0.001+
=-4
得:
Cx=0.0001(mol.L-1)
12、pH玻璃电极和饱和甘汞电极组成如下测量电池:
pH玻璃电极|H+(α=X)||SCE
在25℃时,测得pH=4.01标准缓冲溶液的电动势为0.211V;现用未知pH值的溶液代替标准缓冲溶液,测得电动势为0.435V,计算未知溶液的pH值。
解:
已知pHS=4.01,Es=0.211V,Ex=0.435V,
由:
E电池=K+0.059·pH
得:
pHX=pHS+
=4.01+
=7.81
13、用钙离子选择性电极测量海水中Ca2+时,若海水中含有的Ca2+浓度为450ppm,Mg2+浓度为1150ppm,问由Mg2+带来的误差为多大?
{已知:
KCa2+,Mg2+=1.4×10-2,M(Ca)=40.08g.mol-1,M(Mg)=24.30g.mol-1}
解:
(1)[Ca2+]=
=1.12×10-2(mol.L-1)
[Mg2+]=
=4.73×10-2(mol.L-1)
(2)T%=KCa2+,Mg2+·[Mg2+]2/2/[Ca2+]×100%=
×100%=5.91%
14、极谱法测量25.00mL水样中的Cd2+浓度,得其扩散电流为0.2173μA。
往该样品溶液中加5.00mL的0.01200mol.L-1Cd2+标准溶液后,测得扩散电流为0.5445μA,求原水样中Cd2+的浓度(单位mol.L-1)。
解:
已知hx=0.2173μA,H=0.5445μA,Vx=25.00mL,Vs=5.00mL,
Cs=0.01200mol.L-1,由极谱分析标准加入法有:
Cx=
=
=1.20×10-3(mol.L-1)
15、在某色谱柱上分析试样时,得到两个组分的保留时间分别为14.0min和17.0min。
已知死时间为1.0min,两者的峰底宽度均为1.0min,计算:
(1)组分A、B的相对保留值γB,A;
(2)两组份的分离度。
解:
已知tR(A)=14min,tR(B)=17min,t0=1min,YB=YA=1min,
得:
(1)γB,A=
=
=1.2
(2)R=
=
=3.0
u(cm/s)
tR(s)
Y(s)
11
2020
223
25
888
99
40
558
68
16、在2.0m长的色谱柱上,以氦为载气,测得不同载气线速u下组份的保留时间tR和峰底宽Y值如右表,依表中数据求:
①VanDeemter方程中的系数A、B、C值;②最佳线速uopt及最小塔板高度Hmin。
解:
(1)当u1=11cm/s时,有:
n1=16(tR/Y)2=16×(2020/223)2=1313块
H1=L/n1=200/1313=0.1523cm
同理,当u2=25cm/s时,有:
n2=16×(888/99)2=1287块
H2=L/n2=200/1287=0.1554cm
当u3=40cm/s时,有:
n3=16×(558/68)2=1077块
H3=L/n3=200/1077=0.1857cm
将上述数据分别代进VanDeemter方程H=A+B/u+Cu得如下方程组:
0.1523=A+B/11+11C………①
0.1554=A+B/25+25C………②
0.1857=A+B/40+40C………③
联立①②③式解得:
A=0.0605cm,B=0.68cm2/s,C=0.0027s
(2)uopt=(B/C)1/2=(0.68/0.0027)1/2=15.87cm/s
Hmin=A+2(B·C)1/2=0.0605+2×(0.68×0.0027)1/2=0.1462cm
17、用甲醇作内标,取0.0573g甲醇和5.869g环氧丙烷试样混合,进行色谱分析得甲醇和水的峰面积分别为164mm2和186mm2,已知两者的校正因子分别为0.590和0.560,计算环氧丙烷中水的质量分数。
解:
已知m甲醇=0.0573g,A甲醇=164mm2,f甲醇=0.590,A水=186mm2,f水=0.560,
m试样=5.869g,
依据色谱内标法分析有:
ω%=
×100%=
×100%=1.05%
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