仪器分析作业

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1、1 简述原子吸收分光光度法的基本原理，并从原理上比较发射光谱法和原子吸收光谱法的 异同点。 答：基本原理： 原子在两个能态之间的跃迁伴随着能量的发射和吸收。原子可具有多种能级状态，当 原子受外界能量的激发时，其最外层电子可跃迁到不同能级，因此可能有不同的激发态。 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光，它再跃迁回基态时，则发射 出同样频率的光，这种谱线称为共振发射线。使电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸 收谱线称为共振吸收线。各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基 态激发至第一激发态时吸收的能量不同，因而各种元素产生的共振线不同且各有其特征， 即为元素的特征曲

2、线。原子吸收分光光度法的基本原理就是利用处于基态的待测原子蒸气 对从光源辐射的共振线的吸收来进行分析的一种方法。 异同点： 原子吸收光谱法（AAS）是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行 定量分析的方法；原子发射光谱法（AES）是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发 射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。AES 是基于原子的发射现象，而 AAS 则是基 于原子的吸收现象。它们是互相联系的两种相反的过程，同属于光学分析法。原子的吸收 线比发射线的数目少的多，这样谱线重叠的概率就小的多，而试样中共存元素的辐射线， 在发射光谱分析中，若不能与待测元素的辐射线相分离，将发生干扰，但对

3、于原子吸收法， 即使和邻近谱线分离得不完全，由于空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长的辐射线，因 此其他辐射线干扰小，所以原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服；在原子吸收法 的实验条件下，原子蒸汽中基态原子比激发态原子数多的多，所以测定的是大部分原子， 这就使原子吸收法往往具有较高的灵敏度；激发态原子数的温度系数显著大于基态原子， 所以原子吸收法可以预期将比发射法具有更佳的信噪比。2 简述 ICP 的形成原理及优缺点。 答：形成原理： 同高频加热原理相似，当在感应线圈上施加高频电场时，由于气体在常温下不导电， ， 因而没有感应电流的产生，也不会出现等离子体。若使用一感应线圈产生电火花触发少量

4、 气体电离，产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之 迅速大量电离，形成“雪崩”式放电。电离了的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合 环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈 耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳 定的等离子体焰矩。 优缺点： （1）工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的 分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。 （2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。 （3）由于电子密度高，所以碱金属的电离不会造成很大

5、干扰。 （4）ICP 是无极放电，没有电极污染。 （5）ICP 的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。 （6）ICP 一般以氩气作工作气体，由此产生的光谱背景干扰少。3 谱线变宽的原因有哪些？有何特点？ 答：（1）自然变宽VN：在无外界影响下，谱线仍有一定的宽度，这种宽度称为自然宽度。与 原子发生能级间跃迁时激发态原子的有限寿命有关。不同谱线有不同的自然宽度，其约相 当于 10-5数量级。 （2）多普勒变宽VD：这是由于原子在空间中作无规则热运动所导致的，又称为热变宽。 与元素的相对分子质量、温度和谱线的频率有关，在一定温度范围内，温度稍有变化，对 谱线的宽度影响并

6、不很大，待测元素的相对原子质量越小，温度越高，则VD越大。 （3）压力变宽：由于吸光原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起的能级稍微变化，使发 射或吸收光量子频率改变而导致的频谱变宽。根据与之碰撞的粒子不同，压力变宽又可分 为两类：劳伦兹变宽和共振变宽。共振变宽只有在被测元素浓度较高时才有影响，通常情 况下，压力变宽起重要作用的主要是劳伦兹变宽。 （4）自吸变宽：光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。 灯电流越大，自吸现象越严重。 （5）场致变宽：外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象， 影响较小。 在一般分析条件下以VN和劳伦兹变宽为主。4 简

7、述空心阴极灯的工作原理及特点。 答：工作原理： 空心阴极灯是一种气体放电管，包括一个阳极和一个空心圆筒形阴极。两电极密封于 充有低压惰性气体的带有石英窗的玻璃壳中。当正负电极间施加适当电压时，便开始辉光 放电，这时电子将从空心阴极内壁流向阳极，在电子通路上与充入的惰性气体碰撞而使之 电离，带正电荷的惰性气体离子在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击，使阴极表面的金属 原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发， 于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。空心阴极灯发射的光谱，主 要是阴极元素的光谱，因此用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心

8、阴 极灯的光强度与灯的工作电流有关，增大电流，可以增加发射强度。 特点：（1）只有一个操作参数 （2）发射的谱线稳定性好、强度高而宽度窄 （3）容易更换 （4）测一种元素需更换相应的灯5 原子吸收的干扰有哪几种？怎么产生的？该怎么消除干扰？ 答：类型产生原因消除方法与分析线相邻的是待测元 素的谱线减小狭缝宽度与分析线相邻的是非待测 元素的谱线选用合适惰性气 体、高纯度单元 素灯与光源有关的干扰空心阴极灯中有连续背景 发射可将灯反接，并 用大电流空点， 以纯化灯内气体光谱干扰光谱线重叠干扰元素的谱线重叠而致干扰可选用待测元素 的其它光谱线作为分析线，或者 分离干扰离子原子化器的发射：来自火 焰本

9、身或原子蒸气中待测 元素的发射仪器采用调制方 式进行工作、增 加电流、提高光 源发射强度与原子化器有关的干扰背景吸收:由气态分子对 光的吸收以及高浓度盐的 固体微粒对光的散射所引 起的,是一种宽频带吸收校正背景吸收:邻 近线矫正法;用于 是羊绒也有相似 组成的标准溶液 来矫正;用分离基 体的办法来消除 影响物理干扰试液与标准溶液 物理性 质有差异而产生的干扰配制与被测试样 组成相近的标准 溶液或采用标准 加入法。若试样 溶液的浓度高， 还可采用稀释法化学干扰待测元素和共存物质作用 生成难挥发的化合物，致 使参与吸收的基态原子减 少, 待测离子发生电离反 应1 消电离剂 2 释放剂 3 保护剂

10、4 缓冲剂有机溶剂的影 响改变火焰温度和组成，影 响原子化效率采用酯类酮类等 最合适的溶剂6 简述紫外吸收光谱产生的原因。 答：分子内部的运动可分为价电子运动、分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕其重 心的转动，因此分子具有电子能级、振动能级和转动能级。分子从外界吸收能量后，就能 引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级，分子吸收能量具有量子化的特征， 即分子只能吸收等于两个能级之差的能量。由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要不 同波长的电磁辐射使它们跃迁，即在不同的光学区出现吸收谱带。由于电子能级跃迁而产 生的吸收光谱主要出于紫外及可见光区，这种分子光谱称为电子光谱或紫外及可见光

11、谱。7 电子跃迁有哪几种类型？这些类型的跃迁各处于什么波长范围？ 答：类型波长范围*10200nm 远紫外区*150250nm 紫外区 *250400nm 近紫外区 n*400780nm 可见光区8 何谓助色团及生色团？答：助色团：一些含有 n 电子的基团(如OH、OR、NH、NHR、X 等)，它们本身 没有生色功能(不能吸收 200nm 的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生 n 共轭作 用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称 为助色团。 生色团：从广义来说，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。最有用 的紫外可见光谱是由 和 n跃迁产生

12、的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有 不饱和基团。这类含有 键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基CN 等。当出现几个生 色团共轭，则几个生色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比 单个发色团的吸收波长长，强度也增强。9 有机化合物的紫外吸收光谱中有哪几种类型的吸收带，它们产生的原因是什么？ 答： （1）饱和烃：饱和烃类分子中只含有 键，只能产生 *跃迁，即 电子从成键轨道， 最大吸收峰一般小于 150nm，处于真空紫外区。 （2）存在杂原子基团：则有 n *跃迁，这是由于其存在 n 电子，可产生 n*

13、的跃迁，n* 的能量低于 *，其相应的吸收波长发生红移。 （3）非共轭不饱和烯烃：在不饱和烃类分子中，除含有 键外，还含有 键，可以产生 *和 *两种跃迁。*跃迁的能量小于 *跃迁。 （4）共轭烯烃：当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长， *跃迁的吸收 带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。共轭双键愈多，红移愈显著，甚至产生 颜色。 （5）羰基化合物：C=O 基团主要可产生 *、 n* 、n*三个吸收带； n*吸 收带落于近紫外或紫外光区， 吸收较弱（max100） 。 （6）苯及其衍生物： 苯环上三个共轭双键的 *跃迁特征吸收带；E1带 180184nm =47000E2带 2

14、00204 nm =7000 B 带 230-270 nm =200 *与苯环振动能级跃迁叠加引起，也称精细结构吸收带。 当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是 E2带和 B 带，B 带简化，红移。 （7）稠环芳烃及杂环化合物：稠环芳烃，如萘、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但这 三个吸收带均发生红移，且强度增加。 随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强 度也相应增加。当芳环上的-CH 基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、 喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与萘相似。由于 引入含有 n 电子的 N 原子的，这类杂环化合物还可能产生 n*吸收带。10 某酮类化合物，当溶于极性溶剂中（如乙醇）时，溶剂对 n*及 * 跃迁，各产生 什么影响？ 答：溶剂极性的不同也会引起某些化合物吸收光谱的红移和蓝移，这种作用称为溶剂效应。 在 *跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质相互作 用，激发态 *比基态 的能量下降更多，因而激发态与基态之间的能量差减小，导致吸收 谱带 max红移。而在 n*跃迁中，基态 n 电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使激发态与基态之间能量差变大，导致吸收带 max向短波区移动（蓝移） 。