仪器分析简答题.doc

一题、答：研究物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱的分析方法称为紫外-可见分光光度法UV-Vis分光光度法是利用某些物质的分子吸收200～800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定组成部件：紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统1、光源：对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类 2、单色器：单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成其核心部分是色散元件，起分光的作用单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅3、吸收池：吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。

石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响4、检测器：检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等硒光电池对光的敏感范围为300～800nm，其中又以500～600nm最为灵敏这种光电池的特点是能产生可直接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中光电管在紫外-可见分光光度计上应用较为广泛5、信号指示系统：它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等很多型号的分光光度计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理紫外-可见分光光度法应用：1、Beer-Lambert定律其说明物质对单色光吸收强弱与吸收光的物质的浓度和厚度关系的定律A＝-lgT＝Elc 或 T＝10-A＝10-ELc 紫外-可见吸收光谱的峰位取决于电子能级差，吸收系数取决于跃迁机率，因此，紫外-可见吸收光谱反映分子的电子结构特征，为结构研究提供重要信息。

同一物质相同浓度的吸收曲线，应能相互重合2、定性与定量方法（一）定性鉴别 利用紫外一可见分光光度法进行化合物的定性鉴别，一般采用对比法 1.对比吸收光谱特征数据： ① 波长（λmax、λmin、λsh）②ε或E值 2．对比吸收度（或吸收系数）的比值 3．对比吸收光谱的一致性：只有在光谱曲线完全一致的情况下才有可能是同一物质，若光谱曲线有差异，则可认为试样与标准品并非同一物质二）纯度检查 1．杂质检查 （1）如果化合物在紫外-可见区没有明显吸收，而所含杂质有较强的吸收； （2）若化合物有较强的吸收峰，而所含杂质在此波长处无吸收峰或吸收很弱； （3）若杂质在此吸收峰处有比化合物更强的吸收这些都可用作检查杂质是否存在的方法2．杂质的限量检测 （三）含量测定 1．单组分的定量方法 （1）吸收系数法： C=A/（E*l） ε或E可以从手册或文献中查到 应注意计算结果是100ml中所含的质量（g）若用ε是每升中所含的摩尔数 （2）标准曲线法：先配制一系列浓度不同的标准溶液，绘制A-c关系图,用回归直线方程计算样品溶液的浓度 （3）对照法：在同样条件下配制标准溶液和样品溶液，在选定波长处，分别测量吸收度，根据定律：因是同种物质、同台仪器及同一波长的测定，故l和E相等，所以：A标/A样＝ C标/ C样 C样＝C标· A样/ A标2．多组分的测定方法 (1)列方程组法 (2)双波长法 (3)导数光谱法分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。

红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱红外光谱法的特点： 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一仪器构件：1 、光源IR中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。

常用的是Nernst灯或硅碳棒2 、吸收池：因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定3、单色器单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成4、检测器：常用的有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器5. 记录系统红外光谱法的应用：一、定性分析1、已知物的鉴定：将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献上的谱图进行对照如果两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同，峰的相对强度一样，就可以认为样品是该种标准物如果两张谱图不一样，或峰位不一致，则说明两者不为同一化合物，或样品有杂质2、未知物结构的测定：测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析的一个重要用途如果未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准谱图进行查对：（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸收带相同的标准谱图；（2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实二、定量分析 红外光谱定量分析是通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量。

其理论依据是朗伯-比耳定律由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，所以能方便地对单一组份和多组份进行定量分析此外，该法不受样品状态的限制，能定量测定气体、液体和固体样品因此，红外光谱定量分析应用广泛但红外定量灵敏度较低，尚不适用于微量组份的测定二题、答：原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析这种方法常用于定性、半定量和定量分析原子发射光谱的产生基本原理：原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到发射光谱原子发射光谱是线状光谱一般情况下，原子处于基态，通过电致激发、热致激发或光致激发等激发光源作用下，原子获得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态 ，约经10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能量称为激发电位原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位激发光源的作用机理：光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响目前常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花及电感耦合高频等离子体（ICP）在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。

放电是在有气体的电极之间发生由于在常压下，空气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力量，才能使气体产生离子变成导体使电离的方法有：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等 当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电通常，当电极间的电压增大，电流也随之增大，当电极间的电压增大到某一定值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿在电极间的气体被击穿后，即使没有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电光谱分析用的电光源（电弧和电火花），都属于自持放电类型感耦高频等离子炬(ICP)：感耦高频等离子炬用电感耦合传递功率，是应用较广的一种等离子光源感耦高频等离子炬的装置，由高频发生器、进样系统（包括供气系统）和等离子炬管三部分组成等离子炬形成原理：在有气体的石英管外套装一个高频感应线圈，感应线圈与高频发生器连接当高频电流通过线圈时，产生交变磁场(绿色),在管的内外形成强烈的振荡磁场管内磁力线沿轴线方向，管外磁力线成椭圆闭合回路开始时，管内为Ar气，不导电，需要用高压电火花触发，一旦管内气体开始电离，电子和离子则受到高频磁场所加速，产生碰撞电离，电子和离子急剧增加，带电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式放电，产生等离子体气流。

此时在垂直于磁场方向在气体中感应产生感应电流这个高频感应电流电阻很小，电流很大(数百安)，产生大量的热能，又将气体加热、促进气体电离，维持气体的高温，从而在管口形成稳定的等离子体焰炬，即等离子炬ICP优点：1、温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性2、“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小也有效消除自吸现象，线性范围宽（4～5个数量级）；3、ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；4、Ar气体产生的背景干扰小；5、无电极放电，无电极污染；6、ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，而是气体放电；ICP局限性：对非金属测定灵敏度低；仪器价格昂贵；维持费用较高 原子吸收光谱产生机理：原子吸收光谱法是基于从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试液蒸气时，被试液蒸气中待测元素基态原子所吸收，通过测试这种特征谱线光的减弱程度，来确定试液中待测元素含量的方法即基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收 进行元素定量分析的方法空心阴极灯产生鋭线光谱的原理:施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，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。

用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关三题、答：HPLC与GC异同点(1)GC分析对象只限于分析气体和沸点较低的化合物，它们仅占有机物。