仪器分析课后习题

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1、第二章2.1名词解释发射光谱:粒子吸收外界能量后由基态或低能态跃迁到能高能态(激发态) ,并在迅速返回基态或低能态的过程中以光辐射的形式释放能量所得到的光谱吸收光谱:基态或低能态的粒子受到电磁辐射的照射,选择性地吸收某些频率的辐射而跃迁到激发态,按波长排列的暗线或暗带组成的光谱原子光谱:原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱分子光谱:分子能级间的跃迁产生的光谱2.3对下列单位进行换算(1)=1/=1/0.1 710-7cm=5.88107 cm-1(2)=c/=2.997910 10cms-1/5.8910-5cm = 5.091014Hz(3) =1/=1/3300cm -1=3030nm

2、(4) E=hv=hc/=(6.62610 -34 Js2.99791010cms-1/3.24710-5cm)/1.602010-19 J=3.82eV第三章1、分子吸收光谱有何特点?答:分子吸收光谱是由于分子中电子能级、及分子的振动及分子的转动能级跃迁而产生的光谱,通常几个光带和暗区相间而成的带状光谱3.2 简述在紫外-可见分光光度中,极性溶液对 n*跃迁和 *跃迁产生的吸收带的影响情况答:在紫外-可见分光光度中,极性溶剂中基于 n 电子与极性溶剂形成氢键,降低了基态能量,使基态与激发态之间的能量差变大,导致 n*跃迁 max 向短波方向移动; *跃迁中,激发态极性大于基态,当使用极性大的

3、溶剂是,溶剂与溶质相互作用激发态比基态能级能量下降的多而使 max 向长波方向移动 3.3 什么是吸收曲线,什么是标准曲线?答:将不同波长单色光透过某一浓度的待测物,测量每一波长下待测溶液对光的吸收程度(即吸光度) ,以波长为横坐标,以吸光度为纵坐标作图所的曲线即为得吸收曲。标准曲线:配置一系列不同含量的标准溶液,一不含被测组分的空白溶液作参比,在相同条件下测定标准溶液的吸光度,以浓度为横坐标,吸光度为纵坐标作图所得的曲线3.4 某溶液用 2cm 吸收池测量时,T=60%,若改用 1cm 和 3cm 吸收池,T 和 A 各位多少?解: A=-lgT,A=cl用 2cm 吸收池时:lg-0.6=

4、c2cm c= (-lg0.6)/2=0.11用 1cm 吸收池时:A=cl=0.111 cm=0.11 , T=10-A=77.6%用 3cm 吸收池时:A=cl=0.113 cm=0.33 , T=10-A=46.8%3.10 以环己烷作为溶剂,配置下列浓度的苯酚标准系列和被测液,在 272nm 处以环己烷为参比溶液,测得其透射比如下表,试求试样中苯酚的浓度。苯酚(mg/mL) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 试样T% 70.0 48.8 34.2 24.0 17.4 40.7解:由 A=-lgT 苯酚(mg/mL) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 Cx

5、T% 70.0 48.8 34.2 24.0 17.4 40.7A 0.155 0.312 0.466 0.620 0.759 0.390以浓度 c 为横坐标,吸光度 A 为纵坐标做标准工作曲线:有图可知,式样浓度为:0.05 mg/mL第四章4.1 试简述红外吸收光谱和紫外吸收光谱的异同点。答:紫外-可见吸收光谱法:利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断的分析方法。红外光谱法:利用红外辐射与物质分子振动或转动相互作用所产生的红外吸收光谱,对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法紫外可见吸收光谱紫

6、外可见吸收光谱 红外吸收光谱红外吸收光谱光光 源源 紫外可见光紫外可见光 红外光红外光起起 源源 电子能级跃迁电子能级跃迁 振动能级跃迁振动能级跃迁研研 究究范范 围围不饱和有机化合物不饱和有机化合物共轭双键、芳香族等共轭双键、芳香族等几乎所有有机化合物几乎所有有机化合物 ;许多无机化合物许多无机化合物不同点不同点特特 色色 反映发色团、助色团的情况反映发色团、助色团的情况 反映各个基团的振动及转动特性反映各个基团的振动及转动特性相同点相同点 都是分子吸收光谱,都反映分子结构的特性都是分子吸收光谱,都反映分子结构的特性4.2 是否所有的分子振动都会产生红外吸收?简正振动的数目是否就是基频谱带的

7、数目,为什么?答:分子产生红外吸收必须满足:1、分子振动是必须有产生瞬间偶极矩变化,2、分子的振动能级差与红外辐射的能量相等。理论上,分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰,实际上红外谱图上峰的数目比理论值少得多。吸收峰减少原因:a、没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收,b、吸收频率相同,简并为一个吸收峰,有时频率接近,仪器分辨不出,表现为一个吸收峰,c、有些吸收程 度太弱,仪器检测不出,d、有些吸收频率超出了仪器的检测范围4.3 什么是基团频率,影响基团频率的因素有哪些?答:把能代表某基团存在,并有较高强度的吸收峰,称为特征吸收峰,所在的频率位置称为基团频率。影响基团频率的因素物质分子结构

8、和外界条件,其中分子结构包括:诱导效应(I),共轭效应(C),氢键,杂化,振动耦合;外界条件有:物态效应、溶剂效应4.4 在 CC、CH、NH、OH 单键伸缩振动中,产生吸收带最强的和最弱的各是哪一种?为什么?(不考虑分子中其他结构的影响)答:产生吸收带最强的是 OH 伸缩振动和最弱的是 CC 伸缩振动;红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化,偶极矩与分子的对称性有关,对称性越强,偶极矩就越小吸收谱带的强度也就越弱。其中 CC 的对称性最强而 OH 的对称性最差,所以产生吸收带最强的是 OH 伸缩振动和最弱的是 CC 伸缩振动4.6 在红外吸收光谱中,乙烯分子的 CH 不对称伸缩振动具

9、有红外活性4.7 (2)4.8 (2)第五章5.1 解释下列名词荧光:当电子从第一激发单重态 S1 的最低振动能级回到基态 S0 各振动能级所产生的光辐射磷光:电子经过系间窜跃到 T1 振动能级,从 T1 最低振动能级回到基态的各个振动能级所产生的光辐射荧光效率:吸收激发光的量子数分子数与发出荧光的量子数的比值荧光猝灭:激发分子与溶剂分子或其他溶质分子相互作用,使荧光强度减弱甚至消灭的现象系间跨越:激发单重态与激发三重态间的无辐射跃迁,电子自旋状态发生改变振动弛豫:受激分子与溶剂分子等碰撞而失去能量以极快的速度降至同一能级低振动能级上的过程5.2 试从原理、仪器两方面对荧光和磷光进行比较。荧光

10、 磷光发光机理激发单重态最低振动能级基态各能级激发三重态最低振动能级基态各能级激发态寿命 10-8s 10-41s发光环境 常 温 低 温5.3 那些分子结构的物质能发射荧光,影响荧光强弱的因素有那些?答: 具有能吸收一定频率紫外-可见光的特定结构且具有较高的荧光效率的物质能发射荧光。影响荧光强弱的因素包括物质的分子结构和所处的环境条件,其中物质结构有共轭体系、共平面性以及芳香族化合物的取代基类型,共轭体系越大荧光强度越强;共平面性越好荧光强度越强;给电子取代基使荧光增强,吸电子取代基使荧光强度减弱。5.4 何为荧光的激发光谱和荧光光谱,它们之间有什么关系激发光谱:固定测量波长(选最大发射波长

11、 em),从 200700 nm 扫描,让不同波长的光照在荧光物质上,测定不同波长激发光照射下的荧光强度,以激发波长(ex)为横坐标,以荧光强度(IF)为纵坐标作图所得的曲线 荧光光谱:固定激发光波长和强度 (选最大激发波长 ex),测定不同荧光波长的强度,以荧光波长(em)为横坐标,荧光强度( IF )为纵坐标作图所得的曲线 相互关系:不论用任何波长的光辐射激发,电子始终都是从第一激发态的最低振动能级回到基态的各个振动能级,荧光只能出现一个谱带激发波长的大小对荧光光谱的形状和位置几乎没有影响,但影响荧光强度,其中最大激发波长下产生的荧光最强由于无辐射跃迁时有能量损失,荧光光谱的 max 比激

12、发光谱的 max 长由于大多数分子的基态振动能级分布和第一电子激发态振动能级分布相似,激发光谱中跃迁能量最小的和最大波长分别和荧光光谱中发射能量最大和最小的波长相对应,则荧光光谱与激发光谱的形状大致呈镜像对称关系5.5 简述荧光分光光度计的基本结构及各部件的基本作用、与紫外-可见分光光 度计的区别答:荧光分析仪器主要由激发光源、单色器、样品池、检测器和放大显示系统组成五个部分组成。激发光源:提供一定波长和强度的激发光;单色器:第一单色器作用:分离出所需要的激发光,选择最佳激发波长ex ,用此激发光激发液池内的荧光物质 ex,第二单色器作用:滤掉一些杂散光和杂质所发射的干扰光,用来选择测定用的荧

13、光波长em 。 在选定的em 下测定荧光强度,定量分析。样品池主要用于盛放样品,检测器的作用是把光信号转化成电信号, 放大, 直接转成荧光强度与紫外-可见分光光度计有两点不同:两个单色器;检测器与激发光互成直角5.7 下列化合物中,哪一个荧光效率大?为什么?答:芴的荧光效率大与联苯,因为芴中两个苯环由于亚甲基的桥联作用共平面性大于联苯。5.10 在 5 只 25mL 的容量瓶中分别加入 25ug/mL 的维生素 B2标准溶液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00 mL,用 1%HAc 溶液稀释至刻度,摇匀,在激发波长为 452nm,荧光波长为 516nm 处用适当浓度的荧光素钠溶液调

14、节荧光强度(I F)至刻度 100 格处,分别测定溶剂空白和上述标准溶液的 IF,读数,另取含维生素 B2样品溶液 1.50mL 于 25mL 容量瓶中,用 1%HAc 溶液稀释至刻度,摇匀,在相同条件下测量其读数,结果见下表,使计算样品溶液中维生素 B2的含量(ug/mL)V(标准溶液 mL) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 1.50(样品)IF/格 1 23.10 45.05 67.15 89.30 55.00答案:20.33 ug/mL第六章6.1 解释下列名词激发电位:使元素外层电子由基态跃迁到激发态所需要的电位电离电位:使元素失去外层电子由原子变成离子所需要的电位共

15、振线:在所有原子谱线中,凡是由各个激发态回到基态所发射的谱线原子线:由原子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线叫原子线。以罗马字母表示离子线:离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线以罗马字母,表示灵敏线:有一定强度, 能标记某元素存在的特征谱线(一般是最易激发或激发能较低的谱线主共振线)最后线:当元素的含量减少时,其谱线数目亦相应减少,随着元素含量减少而最后消失的谱线等离子体:以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整体电中性集合体谱线自吸和自蚀:由等离子体内温度和原子浓度的分布不均匀,中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收,使辐射强度降低的现象称为自吸;自吸严重,当达到一定值时,谱

16、线中心完全吸收,如同出现两条线,这种现象称为自蚀标准加入法:在几份相同试样中加入不同浓度的待测元素标样,测分析线对强度比,作 RC 曲线测定试样含量的方法分析线对:对每一元素,可选择一条或几条(23 条)灵敏线或最后线来进行定性分析、定量分析,这种谱线称为分析线6.2 原子发射光谱是这样产生的?为什么各种元素都有其特征的谱线?答:气态原子或离子在受到热或电激发时,由基态跃迁到激发态,再返回到基态时,发射出特征光谱不同的元素其原子结构不同,原子的能级状态不同,电子在不同能级间跃迁所放出的能量不同,原子发射谱线的波长不同,同一种元素有许多条发射谱线,最简单的 H 已发现谱线 54 条,Fe 元素谱线 45 千条,每种元素有特征谱线定性分析的依据6.4 简述 ICP 光源的工作原理及其优点答:ICP 光源是利用高频电感耦

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