儀器分析作業(yè)2022

儀器分析作業(yè)2022光分析導(dǎo)論1、原子光譜與分子光譜，吸收光譜與發(fā)射光譜有何不同？答：原子光譜是氣態(tài)原子發(fā)生能級躍遷時(shí)，能發(fā)射或吸收一定頻率（波長）的電磁輻射，經(jīng)過光譜儀得到的一條條分立的線狀光譜。分子光譜則是由于處于氣態(tài)或溶液中的分子發(fā)生能級躍遷時(shí)所發(fā)射或吸收的一定頻率范圍的電磁輻射組成的帶狀光譜。兩者的發(fā)生對象跟光譜形狀不一樣，原子光譜是氣態(tài)原子躍遷產(chǎn)生線狀光譜，而分子光譜是氣態(tài)或溶液中分子躍遷產(chǎn)生帶狀光譜。吸收光譜和發(fā)射光譜產(chǎn)生光譜的方式不同。吸收光譜是物質(zhì)受到光輻射作用時(shí)，物質(zhì)中的分子或原子以及強(qiáng)磁場中的自旋原子核吸收了特定的光子之后，由基態(tài)被激發(fā)躍遷到激發(fā)態(tài)所記錄的吸收的光輻射。發(fā)射光譜則是由于吸收光譜能處于高能態(tài)的分子或原子，其壽命很短，當(dāng)它們回到基態(tài)或較低能態(tài)時(shí)，有時(shí)以熱的形式釋放所吸收的能量，由于這種熱量很小，一般不易察覺，有時(shí)重新以光輻射形式釋放出來獲得光譜。2、什么是復(fù)合光和單色光，光譜分析中如何獲得單色光？答：物質(zhì)發(fā)出的光，是包含多種頻率成分的光，稱為復(fù)合光。單色光是只包含一種頻率成分的光?；旧嫌袃煞N手段：一種是用激光光源直接產(chǎn)生單色光另一種是白光經(jīng)過棱鏡或者光柵分3、為什么原子吸收是線狀的，而分子吸收是帶狀的？答：在分子中，電子態(tài)的能量比振動態(tài)的能量大50?100倍，而振動態(tài)的能量又比轉(zhuǎn)動態(tài)的能量大50?100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動躍遷和轉(zhuǎn)動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。在原子中，當(dāng)原子以某種方式從基態(tài)提升到較高的能態(tài)時(shí)，原子內(nèi)部的能量增加了，這些多余的能量將被以光的形式發(fā)射出來，于是產(chǎn)生了原子的發(fā)射光譜，亦即原子光譜。因?yàn)檫@種原子能態(tài)的變化是非連續(xù)量子性的，所產(chǎn)生的光譜也由一些不連續(xù)的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。原子發(fā)射1、何謂元素的共振線、靈敏線、最后線、分析線？答：共振線：激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間躍遷所產(chǎn)生的譜線。靈敏線：一般是指一些強(qiáng)度較大的譜線。最后線：是指當(dāng)樣品中某元素的含量逐漸減少時(shí)，最后仍能觀察到的光譜線。它也是該元素的最靈敏線。分析線：進(jìn)行分析時(shí)所使用的譜線。2、光譜定性分析的基本原理是什么？答：由于各種元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源的激發(fā)作用下，可以產(chǎn)生各自的特征譜線，其波長是由每種元素的原子性質(zhì)決定的，具有特征性和唯一性，因此可以通過檢查譜片上有無特征譜線的出現(xiàn)來確定該元素是否存在，這就是光譜定性分析的基礎(chǔ)。3、進(jìn)行光譜定性分析時(shí)可以有哪幾種方法？說明各個方法的基本原理。答：1、鐵光譜比較法最通用的方法，它采用鐵的光譜作為波長的標(biāo)尺，來判斷其他元素的譜線。標(biāo)準(zhǔn)光譜圖是在相同條件下，在鐵光譜上方準(zhǔn)確地繪出68中元素的逐條譜線并放大20倍的圖片。鐵光譜比較法實(shí)際上是與標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進(jìn)行比較，因此又稱為標(biāo)準(zhǔn)光譜圖比較法。2、標(biāo)準(zhǔn)試樣光譜比較法將要檢出元素的純物質(zhì)或純化合物與試樣并列色譜于同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質(zhì)光譜。若兩者譜線出現(xiàn)在同一波長位置上，即可說明某一元素的某條譜線存在。此法多用于不經(jīng)常遇到的元素分析。4、光譜定量分析的依據(jù)是什么？為什么要采用內(nèi)標(biāo)？簡述內(nèi)標(biāo)法的原理。答：原子發(fā)射光譜定量分析的依據(jù)是羅馬金-賽伯公式I二Acb,lgI=lgA+blgc。在一定實(shí)驗(yàn)條件下，lgI與lgc成線性關(guān)系，此為光譜定量分析的基本關(guān)系式。自吸小時(shí)，忽略自吸，A與C成線性關(guān)系。根據(jù)公式lgI=lgA+blgc表明在一定濃度范圍內(nèi)，昆【與lgc成線性關(guān)系，但當(dāng)試驗(yàn)濃度較高時(shí)，由于自吸現(xiàn)象嚴(yán)重，所以標(biāo)準(zhǔn)曲線發(fā)生彎曲，由于b和a與試樣中待測元素的含量和實(shí)驗(yàn)條件（如蒸發(fā)、激發(fā)條件、試樣組成、取樣量等）有關(guān)，若直接按式進(jìn)行分析，則a、b為常數(shù)，即要求實(shí)驗(yàn)條件恒定不變，并無自吸現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)工作中有一定難度，所以原子發(fā)射光譜可采用內(nèi)標(biāo)法來消除實(shí)驗(yàn)條件對待測結(jié)果的影響。內(nèi)標(biāo)法原理：內(nèi)標(biāo)法是屬相對強(qiáng)度法，是在待測元素的譜線中選一條譜線作為分析線，然后在基體元素（試樣中除了待測元素之外的其它共存元素）或在加入固定量的其它元素的譜線作為內(nèi)標(biāo)線，兩條譜線構(gòu)成定量分析線對。5、簡述ICP的形成原理與特點(diǎn)。、答：ICP形成原理：高頻電流產(chǎn)生磁場;點(diǎn)火產(chǎn)生火花，形成載流子（離子與電子）；在電磁場作用下，與原子碰撞使之電離，載流子增加，氣體導(dǎo)電率高，在垂直于磁場方向上產(chǎn)生渦流；強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高熱又將氣體加熱，瞬間使氣體最高溫度達(dá)10000K等離子炬。當(dāng)載氣攜帶試樣氣溶膠通過等離子體時(shí)，被加熱至6000?7000K，并被原子化和激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射光譜。特點(diǎn)：靈敏度高，穩(wěn)定性好，試樣消耗少，工作線性范圍寬，特別適合于液態(tài)樣品分析；由于不用電極，因此不會產(chǎn)生樣品污染，同時(shí)Ar氣背景干擾少，信噪比高，在Ar氣的保護(hù)下，不會產(chǎn)生其他的化學(xué)反應(yīng)，因而對于難激發(fā)的或易氧化的元素更為適宜，因此應(yīng)用范圍更廣。缺點(diǎn)是消耗Ar氣量較大，費(fèi)用較高。盡管如此，ICP激發(fā)源突出的優(yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用已越來越廣泛。6、用三標(biāo)準(zhǔn)試樣法，測定試樣中的Mn,將三個標(biāo)準(zhǔn)樣和樣品在相同條件下，在同一感光板上攝譜，測得以下數(shù)據(jù)：試樣w（Mn）/%標(biāo)樣10.107標(biāo)樣20.430標(biāo)樣30.682樣品某（1）說明Fe測定中的作用；（2）求未知樣中Mn的含量。SMn293.9nm0.2401.4051.2611.104SFe292.7nm1.5181.5071.0411.586原子吸收1、何謂銳線光源？在原子吸收光譜分析中為什么要用銳線光源？答：銳線光源就是能輻射出譜線寬度很窄的原子線光源，該光源的使用不僅可以避免采用分辨率極高的單色器，而且使吸收線和發(fā)射線變成了同類線，強(qiáng)度相近，吸收前后發(fā)射線的強(qiáng)度變化明顯，測量能夠準(zhǔn)確進(jìn)行。在使用銳線光源時(shí)，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時(shí)發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)Kv在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內(nèi)。這樣，求出一定的峰值吸收系數(shù)即可測出一定的原子濃度。2、在原子吸收光度計(jì)中為什么不采用連續(xù)光源（如鎢絲燈或氘燈）？3、原子吸收分析中，原子化器的作用是什么？若采用火焰原子化法，是否火焰溫度愈高，測定靈敏度就愈高？為什么？答：原子化器的作用是將試樣中的待測元素化為氣態(tài)的能吸收特征光的基態(tài)原子。否，因?yàn)闇囟冗^高，會使試樣原子激發(fā)或電離，基態(tài)原子數(shù)減少，吸光度下降。溫度過低，不能使試樣中鹽類解離或解離率太小，測定的靈敏度也會受到影響，如果存在未解離分子的吸收，干擾就會更大。因此，必須根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的火焰溫度。4、石墨爐原子化法的工作原理是什么？與火焰原子化法相比較，有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：其工作原理是大電流通過可墨管產(chǎn)生高熱、高溫（最高溫度可達(dá)3000K），使樣品原子化，這種方法又稱為電熱原子化法。石墨爐由電源、保護(hù)氣系統(tǒng)、石墨管爐等三部分組成。電源電壓約10?25V，大電流可達(dá)500A。石墨管長約28山山，內(nèi)徑約8mm，管中央有一小孔用以加入樣品。光源發(fā)出的光由石墨管中通過，管內(nèi)外都有保護(hù)性氣體（Ar）通過，以保護(hù)石墨管不被氧化、燒蝕。管內(nèi)氬氣由兩端流向管中心，由中心小孔流出，它可除去測定過程中產(chǎn)生的基體蒸氣，同時(shí)保護(hù)已經(jīng)原子化了的原子不再被氧化。石墨管接電源。石墨爐爐體四周通有冷卻水，以保護(hù)爐體。原子化過程分為干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化（去除殘?jiān)┧膫€階段，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子。與火焰原子化法相比較，優(yōu)點(diǎn)是原子化效率高，氣相中基態(tài)原子濃度比火焰原子化器高數(shù)百倍，且基態(tài)原子在光路中的停留時(shí)間更長，因而靈敏度高得多；而缺點(diǎn)是操作條件不易控制，背景吸收較大，重現(xiàn)性、準(zhǔn)確性不如火焰原子化器，且設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用較高。5、與原子發(fā)射相比，原子吸收具有更高的靈敏度與準(zhǔn)確度，為什么？答：原子發(fā)射可進(jìn)行痕量分析，一般激發(fā)源檢出限可達(dá)10—0.1ug?gT采用一般激發(fā)源，相對誤差約為5%—10%。采用ICP,相對誤差可在1%以下。而原子吸收光譜法是基于待測元素對其特征光譜線的吸收干擾線少，易于清除。而且原子吸收程度受外界因素的影響相對較小，因此原子吸收具有更高的準(zhǔn)確度，且絕對靈敏度可高達(dá)10-15-10-13g。6、在原子吸收分光光度法分析中，背景吸收是如何產(chǎn)生的？對測定有何影響？如何消除？答：背景吸收是由于原子化器中的氣態(tài)分子對光的吸收或高濃度鹽的固體微粒對光的散射而引起的，它們屬于一種寬頻率帶吸收。而且這種影響一般隨著波長的減短而增大，同時(shí)隨著集體元素濃度的增加而增大，并與火焰條件有關(guān)?？梢葬槍Σ煌闆r采取不同的措施，例如火焰成分中OH,CH,CO等對光的吸收主要影響信號的穩(wěn)定性，可以通過零點(diǎn)調(diào)節(jié)來消除，由于這種吸收隨波長的減小而增大，所以當(dāng)測定吸收波長位于遠(yuǎn)紫外區(qū)的元素時(shí)，可以選用空氣力2,Ar-H2火焰。對于火焰中金屬鹽或氧化物、氫氧化物引起的吸收通常利用高溫火焰就可消除。有時(shí)，對于背景的吸收也可利用以下方法進(jìn)行校正：（1）鄰近線校正法；（2）用與試液組成相似的標(biāo)液校正；（3）分離基體7．試畫出原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。各部件的作用是什么？8、應(yīng)用原子吸收光譜法進(jìn)行定量分析的依據(jù)是什么？進(jìn)行定量分析有哪些方法？答：在一定的濃度范圍和一定的火焰寬度條件下，當(dāng)采用銳線光源時(shí)，溶液的吸光度與待測元素濃度成正比關(guān)系，這就是原子吸收光譜定量分析的依據(jù)。常用兩種方法進(jìn)行定量分析：（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法：該方法簡便、快捷，但僅適用于組成簡單的式樣。（2）標(biāo)準(zhǔn)加入法：本方法適用于式樣的確切組分未知的情況。不適合于曲線斜率過小的情況。9、教材（原子吸收光譜法）“思考題與習(xí)題”第13題。10、原于吸收光譜法中，當(dāng)吸收為1％時(shí)，其對應(yīng)吸光度值應(yīng)為多少？。11、以4.0ugmL-1的鈣溶液，用火焰原子吸收法測得透射比為48%,試計(jì)算鈣的特征濃度。12、以原子吸收光譜法分析尿樣中銅的含量,分析線324.8nm.測得數(shù)據(jù)如下表所示,計(jì)算試樣中銅的質(zhì)量濃度血鼠11-1）加入銅的質(zhì)量濃度/mg.mL-10.02.04.06.08.0A0.280.440.600.7570.91213.某原子吸收分光光度計(jì)的倒線色散率為1.5nm-mm—1,要測定Mg,采用285.2nm的特征譜線，為了避免285.5nm譜線的干擾，宜選用的狹縫寬度為多少14、通常為什么一般不用原子吸收光譜法進(jìn)行物質(zhì)的定性分析？答：原子吸收光譜是基于測量待測元素的基態(tài)原子對其特征譜線的吸收程度而建立的分析方法。在通常情況下，原子處于即基態(tài)。當(dāng)通過基態(tài)原子的某輻射線所具有的能量（或頻率）恰好符合該原子次基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量（頻率）時(shí)，該基態(tài)原子就會從輻射線中吸收能量，產(chǎn)生光譜。原子的能級是量子化的，這種選擇性吸收定量關(guān)系服從式：故一般不用原子吸收光譜法進(jìn)行物質(zhì)的定性分析。15、為什么要以峰值吸收代替積分吸收進(jìn)行原子吸收分析？答：原子的發(fā)射線與吸收線本身都是有一定寬度（頻率）范圍的譜線，由于原子吸收譜線的寬度僅有10-3nm，要在這樣狹窄的范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量積分吸收，一方面需要分辨率極高的單色器，制造這種單色器尚存在技術(shù)的困難。另一方面，即使制造出這種單色器，采用普通分光光度法所用的傳統(tǒng)光源（氬燈、鎢燈等連續(xù)光源）測定積分吸收也是行不通的。原子吸收光譜法采用氬燈、鎢燈等連續(xù)經(jīng)單色器分光后，分出的是相對單色的光譜帶，而在原子吸收光譜分析中，該輻射通過帶有普遍單色器的原子吸收分光光度計(jì)后，分離所得的光譜通帶寬度約為0.2nm，而吸收該譜線寬約10-3nm，吸收前后入射光的強(qiáng)度減少僅為0.5%，與一般一起分析的誤差相近，不可能精確測定，所以要以峰值吸收代替積分吸收進(jìn)行原子吸收分析。16、簡述空心陰極燈的工作原理。答：在放電管的兩個板加足夠高的電壓（300—500V）時(shí)，電子將空心陰極的內(nèi)壁射向陽極，并在運(yùn)動時(shí)與充入的惰性氣體原子相互碰撞而使之電離，產(chǎn)生帶正電荷的惰性氣體離子。該正離子在電場作用下，高速射向陰極，使陰極表面金屬原子濺射出來，濺射出來的原子再與電子，惰性氣體原子及離子發(fā)生碰撞而被激發(fā)處于激發(fā)態(tài)的粒子不穩(wěn)定，很快返回基態(tài)，并以光的形式釋放出多余的能量，產(chǎn)生待測元素的特征光譜線。17、影響原子吸收譜線寬度的因素有哪些？各因素的影響程度如何？答：影響原子吸收譜線寬度的因素有：1、自然寬度，2、多普勒寬度，3、壓力變寬自然寬度：與激發(fā)態(tài)原子的平均壽命有關(guān)，壽命越長，寬度越小。多普勒寬度：在原子蒸汽中，原子正處于雜亂無章的熱運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)趨向光源方向運(yùn)動時(shí)，原子將吸收頻率較高的光波，當(dāng)背離光源方向運(yùn)動時(shí)，原子吸收頻率較低的光波。相對極大吸收頻率而言，既有紫移又有紅移，相對原子質(zhì)量較小，溫度較高，變寬程度越大，壓力變寬，洛化茲變寬隨外界氣體壓力，碰撞粒子的有效截面積的增加而增大，隨外界分子溫度、吸光原子相對質(zhì)量的增大而減小。紫外可見1、試用能級躍遷說明，為什么原子光譜為線狀光譜，而分子光譜為帶狀光譜。答：在原子吸收中，在發(fā)生純電子能級躍遷時(shí)，不會疊加振動和轉(zhuǎn)移能級躍遷，發(fā)射和吸收的是一定頻率（或波長）不連續(xù)的輻射，相應(yīng)的原子光譜便是一條彼此另立的線光譜。在分子吸收中，分子的振動能量比分子的轉(zhuǎn)動能量高，當(dāng)外界能量引起分子作用能級躍遷時(shí)，必須同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷，但這種轉(zhuǎn)動能級的躍遷不是單純的轉(zhuǎn)動能級躍遷，而且疊加在振動能級躍遷之上的，所以得到的振動光譜并不是一條線狀譜線，而是帶狀譜線。2、電子躍遷主要有哪幾種類型？各類型所需能量大小的順序如何？答：根據(jù)分子軌道理論，在有機(jī)化合物分子中與紫外—可見吸收光譜有關(guān)的價(jià)電子有三種：形成單鍵的。電子，形成雙鍵或三鍵的電子和分子中未成鍵的孤對電子（稱為n電子）。當(dāng)有機(jī)化合物吸收了可見光或紫外光，分子中的價(jià)電子就要躍遷到激發(fā)態(tài)，其躍遷方式主要有四種類型，即。。某、n。某、n某、某。各種躍遷所需能量大小為：。。某〉n。某三某〉n某。3、何謂助色團(tuán)及生色團(tuán)？答：含有不飽和鍵，能吸收紫外、可見光產(chǎn)生某或n某躍遷的基團(tuán)稱為發(fā)色團(tuán)（或生色團(tuán)）。含有未成鍵n電子，本身不產(chǎn)生吸收峰，但與發(fā)色團(tuán)相連時(shí)，能使發(fā)色團(tuán)吸收峰向長波方向移動，吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的雜原子基團(tuán)稱為助色團(tuán)。4、有機(jī)化合物的紫外吸收光譜中有哪幾種類型的吸收帶？它們產(chǎn)生的原因是什么？有什么特點(diǎn)？答：首先有機(jī)化合物吸收光譜中，如果存在飽和基團(tuán)，則有SS某躍遷吸收帶，這是由于飽和基團(tuán)存在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的S電子，這類躍遷的吸收帶位于遠(yuǎn)紫外區(qū)。如果還存在雜原子基團(tuán)，則有nS某躍遷，這是由于電子由非鍵的n軌道向反鍵軌道躍遷的結(jié)果，這類躍遷位于遠(yuǎn)紫外到近紫外區(qū)，而且躍遷峰強(qiáng)度比較低。如果存在不飽和C=C雙鍵，則有pp某、np某躍遷，這類躍遷位于近紫外區(qū)，而且強(qiáng)度較高。如果分子中存在兩個以上的雙鍵共軛體系，則會有強(qiáng)的k吸收帶存在，吸收峰位置位于近紫外到可見光區(qū)。對于芳香族化合物，一般在185nm，204nm左右有兩個強(qiáng)吸收帶，分別成為E1,E2吸收帶，如果存在生色團(tuán)取代基于苯環(huán)共軛，則E2吸收帶與生色團(tuán)的K帶合并，并且發(fā)生紅移，而且會在230—270nm處出現(xiàn)較弱的精細(xì)吸收帶（B帶）。這些都是芳香族化合物的特征吸收帶。5、影響紫外可見吸收光譜的因素。答：主要取決于分子中價(jià)電子的能級躍遷，但分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境均會產(chǎn)生影響，包括：1、共軛效應(yīng)，2、助色效應(yīng)，3、超共軛效應(yīng)，4、溶劑效應(yīng)。6．在紫外區(qū)可否用玻璃吸收池？答：不可以。因?yàn)椴Ａ兆贤夤庥绊憸y試液對紫外光吸光度的準(zhǔn)確性，因而石英不吸收紫外光。因此，可見光區(qū)域內(nèi)測試時(shí)需要玻璃比色池，紫外區(qū)內(nèi)測試用石英比色池。分子發(fā)光1、單重態(tài)、三重態(tài)、仿。卜。位移的概念答：單重態(tài)：一個所有電子自旋都配對的分子的電子態(tài)，用“S”表示。三重態(tài)：電子在躍遷過程中改變了自旋方向，使分子具有兩個自旋平行的電子，這是分子所處的電子態(tài)，稱為三重態(tài)，用丁表示。tocke位移：激發(fā)峰位和發(fā)射峰位的波長之間的差是一個表示分子發(fā)光物質(zhì)的物理常數(shù)的，這個常數(shù)被稱為斯托克斯位移。2、簡述分子熒光的發(fā)射過程。答：當(dāng)激發(fā)態(tài)的分子通過振動馳豫—內(nèi)轉(zhuǎn)換—振動馳豫到達(dá)第一單線激發(fā)態(tài)的最低振動能級時(shí)，第一單線激發(fā)態(tài)最低振動