高等儀器分析簡答題題目與答案

儀器分析基本原理1、簡述儀器分析的一般流程。一個完整的儀器分析流程應包括取樣、樣品的預處理(溶樣、分離、提純和制備)、儀器測定、數(shù)據(jù)處理、結果表達、提供分析報告、對結果進行研究和解釋等過程。2、比較標準加入法與標準曲線法的優(yōu)缺點。標準曲線法的優(yōu)點是大批量樣品測定非常方便。缺點是：對個別樣品測定仍需配制標準系列，手續(xù)比較麻煩，特別是遇到組成復雜的樣品測定，標準樣的組成難以與其相近，基體效應差別較大，測定的準確度欠佳。標準加入法的優(yōu)點是可最大限度地消除基體干擾，對成分復雜的少量樣品測定和低含量成分分析，準確度較高；缺點是不能消除背景吸收，對批量樣品測定手續(xù)太繁，不宜采用。3、簡述吸收光譜與發(fā)射光譜之間的差異。發(fā)射光譜：給樣品以能量，比如原子發(fā)射光譜，原子外層電子由基態(tài)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)電子不穩(wěn)定，會以光輻射的形式是放出能量，而回到基態(tài)或較低的能級。得到線狀光譜。吸收光譜：用一定波長的光照射樣品，樣品會吸收一部分光，照射前后就有光強度的變化，記錄這種變化得到的是吸收光譜，如分子、原子吸收光譜。區(qū)別：發(fā)射光譜是指樣品本身產生的光譜被檢測器接收。比如ICP，樣品本身被激發(fā)，然后回到基態(tài)，發(fā)射出特征光譜。發(fā)射光譜一般沒有光源，如果有光源那也是作為波長確認之用。在測定時該光源也肯定處于關閉狀態(tài)。吸收光譜是光源發(fā)射的光譜被樣品吸收了一部分，剩下的那部分光譜被檢測器接收。比如原子吸收光譜，空心陰極燈發(fā)出的光譜被樣品吸收了一部分，檢測器則接收剩余的那部分。吸收光譜都有光源，測定時光源始終工作，并且光源、樣品、檢測器在一直線（中間反射鏡不算）。紫外-可見分析技術1、簡述影響紫外可見吸收光譜的因素。（1）溫度：在室溫范圍內，溫度對吸收光譜的影響不大。在低溫時，吸收強度有所增大；在高溫時，譜帶變寬，譜帶精細結構消失。（2）溶劑：由于紫外光譜的測定大多數(shù)在溶液中進行，而溶劑的不同將會使吸收帶的位置及吸收曲線的形態(tài)有較大的影響。所以在測定物質的吸收光譜時，一定要注明所用的溶劑。一般來說，極性溶劑會造成-躍遷吸收帶發(fā)生紅移，而使n-躍遷發(fā)生藍移。非極性溶劑對上述躍遷影響不太明顯。（3）pH值：很多化合物都具有酸性或堿性可解離基團，在不同的pH值的溶液中，分子的解離形式可能發(fā)生變化。其吸收峰的形狀、吸收峰的位置、吸收強度等都有可能發(fā)生變化。（4）儀器的狹縫寬度：狹縫寬度越大，光的單色性越差，吸收光譜的細微結構就可能消失。2、簡述紫外光譜法在有機化合物分析中的應用，試舉例說明。紫外可見光譜一般有以下幾個應用：定性分析，定量分析，異構體判斷，純度檢查。定性分析：判斷共軛關系及某些官能團。如在（200-400nm）之間無吸收峰，說明該未知物無共軛關系，且不會是醛、酮，很可能是一個飽和化合物。定量分析：用于測定物質的濃度和含量。異構體判斷：乙酰乙酸乙酯存在酮-烯醇互變異構體。酮式沒有共軛雙鍵，在204nm處有弱吸收；烯醇式有共軛雙鍵，在245nm處有強吸收。故可根據(jù)它們的紫外吸收光譜可判斷其存在與否。純度檢查：例如，如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其中雜質有較強的吸收，就可方便檢測出該化合物的痕量雜質。3、簡述紫外可見吸收光譜波長范圍的劃分，并指出“UV”所表示的范圍。紫外可見光譜區(qū)是在4-800nm的電磁波，其中4-400nm的電磁輻射稱為紫外區(qū)，它又分為兩段：4-200nm為遠紫外區(qū)，200-400nm的電磁波為近紫外區(qū)，而波長在400-800nm的電磁波為可見光區(qū)。4、簡述紫外可見分光光度計的結構。光源：光源是提供入射光的裝置。單色器：是一種把來自光源的復合光分解為單色光，并分離出所需要波段光束的裝置。吸收池：又稱樣品池、參比池或比色皿。檢測器：其作用是檢測光信號，將光信號轉變?yōu)殡娦盘?。信號顯示系統(tǒng)：配有微機，可對光譜儀進行操作控制，并進行數(shù)據(jù)處理。熒光分析技術1、簡述熒光分析法的特點，其中物質產生熒光所必須具備的條件。熒光法的主要特點是靈敏度高和選擇性強。分子產生熒光必須具備兩個條件：（1）物質分子必須具有能吸收一定頻率紫外光的特定結構；（2）物質分子吸收了特征頻率的輻射能之后，必須具有較高的熒光效率。熒光效率大，在相同的濃度下，熒光的發(fā)射強度也大。具有共軛雙鍵體系的分子、具有剛性平面結構的分子、苯環(huán)上取代基的類型2、簡述環(huán)境對熒光測試的影響。分子所處的環(huán)境，如溫度、溶劑、pH值等都會影響分子結構和立體構像，從而影響熒光強度。溫度：一般來說，大多數(shù)熒光物質的溶液隨著溫度的降低，熒光效率和熒光強度將增加；相反，溫度升高熒光效率將下降。溶劑：同一種熒光物質溶于不同的溶劑，其熒光光譜的位置和強度可能會明顯的不同。一般情況下，隨著溶劑的極性增加，熒光強度將增強。pH：溶劑pH值的影響，當熒光物質是弱酸或弱堿時，溶劑pH值對熒光強度有較大的影響。猝滅劑的影響：熒光猝滅是指熒光物質與溶劑或其他溶質分子相互作用，引起熒光強度降低、消失或熒光強度與濃度不呈線性關系的現(xiàn)象。引起熒光猝滅的物質稱為猝滅劑。3、分子發(fā)光分析法包括幾種分析方法，并簡述分子吸收分光光度法與分子發(fā)光分析法的區(qū)別。分子發(fā)光分析法包括熒光分析、磷光分析和化學發(fā)光分析。分子吸收分光光度法是受激物質以熱能的形式釋放過多的能量，測量的是物質對輻射的吸收；而分子發(fā)光分析是受激物質分子以發(fā)射輻射的形式釋放能量，測量的是物質分子自身發(fā)射的輻射的強度，屬于發(fā)射光譜。4、簡述熒光分析法的特點及缺點。熒光法的主要特點是靈敏度高，檢出限為10-7-10-9g/ml，比紫外可見分光光度發(fā)高10-1000倍。熒光法的選擇性強，能吸收光的物質并不一定能產生熒光，且不同物質由于結構不同，雖吸收同一波長，產生的熒光強度也不同。此外，它還有用樣量少、操作簡便等優(yōu)點。熒光法的缺點是由于許多物質不發(fā)射熒光，因此它的應用范圍受到限制。5、簡述熒光定量分析條件的選擇。選擇線性范圍：當熒光物質溶液的吸光度A0.05時，熒光強度與濃度才呈線性關系。選擇合適的激發(fā)光和熒光波長：一般選擇激發(fā)光譜中能產生最強熒光的入射光波長作為激發(fā)光，熒光光譜選擇最強熒光的波長作為熒光測定的波長。原子吸收、原子發(fā)射技術1、原子吸收光譜儀主要由哪幾部分組成？各有何作用？原子吸收光譜儀器由光源、原子化器、分光系統(tǒng)、檢測器、信號處理和讀出裝置等5個基本部分與必要的附屬裝置。光源：銳線光源用于產生原子吸收信號，連續(xù)光源用于校正背景。 原子化器：將試樣中的待測元素轉化為氣態(tài)的能吸收特征光的基態(tài)原子。分光系統(tǒng)：將復合光分解為單色光輸出。檢測器：將弱光信號轉為電信號。信號處理和讀出裝置：將電信號在軟件中轉化成數(shù)據(jù)，顯示出來。2、比較原子吸收光譜與原子發(fā)射光譜的優(yōu)缺點。原子吸收光譜法的優(yōu)點：（1）檢出限低，靈敏度高；（2） 精密度高；（3）分析速度快；（4） 應用范圍廣；（5）儀器比較簡單，操作方便。缺點：多元素同時測定尚有困難,有相當一些元素的測定靈敏度還不能令人滿意。原子發(fā)射光譜的優(yōu)點：(1)多元素同時檢測能力；(2)分析速度快；(3)選擇性好；(4)檢出限低；(5)準確度較高；(6)試樣消耗少；(7)ICP光源校準曲線線性范圍寬。缺點：非金屬元素不能檢測或靈敏度低。3、簡述配制金屬離子標準溶液的注意事項。配置金屬離子溶液應用純水配制，容器應用純水洗三次以上。特殊要求的溶液應事先作純水的空白值檢驗。所用試劑的純度應為分析純或分析純以上，根據(jù)不同的工作要求合理選用相應級別的試劑。為保證試劑不受污染，應用清潔的牛角勺從試劑瓶中取出，絕不可用手抓取。試劑結塊可用潔凈的粗玻璃棒或瓷藥鏟將其搗碎后取出。打開易揮發(fā)的試劑瓶塞時不可把瓶口對準臉部。夏季由于室溫高，試劑瓶中很易沖出氣液，最好把瓶子在冷水中浸一段時間再打開瓶塞。放出有毒，有味氣體的瓶子應該用蠟封口。若嗅試劑氣味，可將瓶口遠離鼻子，用手在試劑瓶上方扇動，絕不可用舌頭品嘗試劑。所用天平的砝碼，滴定管，容量瓶及移液管均需定期校正。不能用手接觸腐蝕性及有劇毒的溶液，劇毒廢液應作解毒處理，不可直接倒入下水道。溶液要用帶塞的試劑瓶盛裝，見光易分解的溶液要裝于棕色瓶中，揮發(fā)性試劑例如用有機溶劑配制的溶液，瓶塞要嚴密，見空氣易變質及放出腐蝕性氣體的溶液也要蓋緊，長期存放時要用蠟封住。濃堿液應用塑料瓶裝，如裝在玻璃瓶中，要用橡皮塞塞緊，不能用玻璃磨口塞。除高氯酸外，均指20時的濃度。在標準滴定溶液標定，直接制備和使用時若溫度有差異，應要求補正。標準滴定溶液標定，直接制備和使用時所用分析天平、砝碼、滴定管、容量瓶、單標線吸管等均須定期校正。滴定分析用標液在常溫(15-25)下，保存時間一般不超過2個月。當溶液出現(xiàn)渾濁、沉淀、顏色變化等現(xiàn)象時，應重新配制。4、簡述原子類分析方法中，樣品制備的要求。在大多數(shù)情況下，由供試樣品制備樣品，都需要將樣品消解，破壞基體和轉為溶液，使被測元素轉化為適于測定的形式。樣品消解方法的選擇，取決于樣品類型和被測元素的性質。同時要考慮與隨后測定方法的銜接。分解樣品的方法有酸堿溶法、燃燒法、干灰化法、濕消解法和微波消解法等等。5、簡述原子吸收光譜分析的特點。（1）檢出限低；（2）選擇性好；（3）精密度高；（4）抗干擾能力強；（5）應用范圍廣；（6）用樣量??；（7）儀器設備相對比較簡便，操作簡便，易于掌握。6、簡述原子吸收光譜定量分析的常用方法，并簡要說明各方法在使用時應注意的問題。常用的定量方法有標準曲線、標準加入法。此外，如為雙通道儀器，可用內標法定量。在這些方法中，標準曲線法是最基本的定量方法。標準曲線法：又稱矯正曲線法，是用標準物質配制標準系列，在標準條件下，測定各標準樣品的吸光度值，以吸光度值A和濃度C繪制標準曲線，在同樣條件下，測定樣品的吸光度值，再通過繪制的標準曲線求得相應的濃度。標準曲線法成功應用的基礎在于，標準系列與被分析樣品的基體的精確匹配、標樣濃度的準確確定與吸光度值的準確測量。同時，待測樣品所測的吸光度值應在標準曲線范圍內。標準加入法：原子吸收光譜分析是相對分析法，用校正曲線確定含量，分析結果的準確性直接依賴于標準樣品和被分析樣品物理化學性質的相似性。在實際的分析過程中，樣品的基體、組成和濃度千變萬化，要找到完全與被測樣品組成相匹配的標準物質是不容易的。標準加入法可以自動進行基體匹配，補償樣品基體的物理和化學干擾，提高測定的準確度。標準加入法操作如下：分取幾份等量的被分析試樣，在其中分別加入不同量的被測元素標準溶液，依次在標準條件下測定它們的吸光度值，制作吸光度值對加入量的校正曲線，將校正曲線外延與橫坐標相交，原點至交點的距離，即為試樣中被測元素的含量。標準加入法的所依據(jù)的原理是吸光度的加和性。從這一原理考慮，要求：1）不能存在相對系統(tǒng)誤差，即試樣的基體效應不得隨被測元素含量對干擾組分含量的比值改變而改變。2）必須校正背景和空白值。3）校正曲線是線性的。內標法：是在標準試樣和被分析試樣中分別加入一定量的內標元素，在標準條件下測定分析元素和內標元素的吸光度比值，并與標樣濃度繪制校正曲線。在同樣條件下，測定試樣中被測元素和內標元素的吸光度比值，通過校正曲線求得試樣中被測元素的含量。內標法的最大優(yōu)點是可以減少實驗條件的變動而引起的隨機誤差，提高測定的精密度。因為要同時測定被測元素和內標元素的吸光度，所以儀器必須為雙通道原子吸收光譜儀。紅外分析技術1、簡述用紅外光譜儀壓片法測試固體樣品時，在模具中裝樣時應注意什么？怎樣消除光譜中產生的克里斯蒂森效應。克里斯蒂森(Christiansen)效應的起因是樣品的顆粒的光散射，而引起散射的條件是顆粒的大小尺寸比光波的波長大、或等數(shù)量級。還有就是樣品顆粒與分散介質的折射率差別太大。所以要消除克里斯蒂森(Christiansen)效應就必須破壞以上引起光散射的兩個條件。（1）充分研磨樣品，掌握研磨時間對樣品顆粒尺寸的影響規(guī)律，對不同樣品需靈活采用不同的研磨方法，如韌性樣品（橡膠等）可用干冰或液氮（40）冷凍變脆后研磨，粉碎效果更好。最終使樣品顆粒的尺寸小于紅外光的波長，散射強度與波長四次方成反比，也就是顆粒尺寸在23m。（2）選擇與樣品折射率相近的基質（液體或固體）。一般的固體有機物的折射率在1.51.6之間，溴化鉀折射率與之相近，如果樣品的折射率與溴化鉀的折射率匹配不好，可改選其它基質。2、簡述傅立葉變換紅外光譜儀的結構。樣品應具備何種條件才能進行紅外測試。結構：光源、干涉儀、樣品室、檢測器、計算機溴化鉀壓片法（溴化鉀臨用前，一般在125-250之間烘24小時，取出至干燥器冷卻后使用）樣品溴化鉀=1:100-200混合后在瑪瑙研缽中研成粉末，要求顆粒直徑在3um以下。這是為了防止克里斯蒂森效應。然后，用壓片機壓制成一透明的薄片即可進行測試。糊劑法：用液態(tài)石蠟油與樣品在瑪瑙研缽中研成糊狀，再將其涂于一張壓制好的KBr薄片上，然后進行測試。液體樣品的制備：液體樣品可用液體池來制備，液體池分為：固定池和可卸池兩種。另外，也可以用液膜法來測試，即將待測樣品直接滴加在一張壓制好的KBr薄片上，然后進行測試。氣體樣品的制備：氣體樣品用氣體池來測定。3、特征區(qū)與指紋區(qū)是如何劃分的？在光譜解析時有何作用？按吸收峰的來源，可以將2.525m的紅外光譜圖大體上分為特征頻率區(qū)（2.57.7m）以及指紋區(qū)（7.716.7m）兩個區(qū)域。特征頻率區(qū)中的吸收峰基本是由基團的伸縮振動產生，數(shù)目不是很多，但具有很強的特征性，因此在基團鑒定工作上很有價值，主要用于鑒定官能團。指紋區(qū)的情況不同，該區(qū)峰多而復雜，沒有強的特征性，主要是由一些單鍵C-O、C-N和C-X(鹵素原子)等的伸縮振動及C-H、O-H等含氫基團的彎曲振動以及C-C骨架振動產生。當分子結構稍有不同時，該區(qū)的吸收就有細微的差異。指紋區(qū)對于區(qū)別結構類似的化合物很有幫助。氣相、液相分析技術1、畫出氣相色譜的流程示意圖。、載氣系統(tǒng) 、進樣系統(tǒng) 、溫控系統(tǒng) 、檢測系統(tǒng) 、記錄及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2、氣相色譜儀用熱導池檢測器時，為什么常用H2和He作載氣而不常用氮氣作載氣？載氣與試樣的熱導系數(shù)相差越大，則靈敏度越高。故選擇熱導系數(shù)大的氫氣或氦氣作載氣有利于提高靈敏度。如用氮氣作載氣時，有些試樣（如甲烷）的熱導系數(shù)比它大，就會出現(xiàn)倒峰。3、簡述高效液相色譜儀操作的三要點。脫氣：HPLC 系統(tǒng)內是不希望有氣泡存在的。當氣泡存在時，你將觀察到瞬間的流速降低和系統(tǒng)壓力下降。如果這個氣泡足夠大，液相泵將不能輸送任何溶劑，而且如果壓力低于預先設定的壓力低限，泵將停止工作。在色譜圖上會出現(xiàn)不規(guī)律的毛刺。此外，氣泡的存在有時還會導致保留時間不重現(xiàn)。所以，必須注意消除流動相中的空氣。過濾：在HPLC 系統(tǒng)中，顆粒物的主要來源有三個途徑：流動相、被測樣品和儀器系統(tǒng)部件的磨損物。如果流動相均由高效液相色譜級溶劑組成，流動相沒有必要過濾。如果有任何一種緩沖液中加入了固體物，例如磷酸鹽，流動相過濾將是必要的一個步驟。被測樣品 所有樣品都先通過一個0.45 m 針筒式過濾器過濾。這是一個有效除去被測樣品中顆粒物的方法。沖洗：一個臟的儲液瓶將會污染注入的流動相。建議儲液瓶中緩沖液使用時間不要超過一周，而有機溶劑使用時間不要超過一個月。無論使用長短，在停泵以前一定要用非緩沖液流動相沖洗泵在半個小時以上，要是流動相中有難揮發(fā)緩沖鹽則建議沖洗的時間應該更長些。手動進樣閥的尤為關鍵。4、簡述HPLC與氣相色譜法（GC）的區(qū)別。HPLCGC在室溫下分析通常在高溫下分析，要求樣品必須具有熱穩(wěn)定性樣品必須溶于流動相，但不必須是揮發(fā)性的樣品必須是揮發(fā)性的固定相與流動相均參與分配流動相只用來帶動樣品，不參與分離分析樣品無分子量限定分析樣品分子量一般小于500amu5、簡述高效液相色譜儀的流動相在使用前必須過濾、脫氣的原因。過濾：在HPLC 系統(tǒng)中，顆粒物的主要來源有三個途徑：流動相、被測樣品和儀器系統(tǒng)部件的磨損物。如果流動相均由高效液相色譜級溶劑組成，流動相沒有必要過濾。如果有任何一種緩沖液中加入了固體物，例如磷酸鹽，流動相過濾將是必要的一個步驟。被測樣品 所有樣品都先通過一個0.45 m 針筒式過濾器過濾。這是一個有效除去被測樣品中顆粒物的方法。脫氣：HPLC 系統(tǒng)內是不希望有氣泡存在的。當氣泡存在時，你將觀察到瞬間的流速降低和系統(tǒng)壓力下降。如果這個氣泡足夠大，液相泵將不能輸送任何溶劑，而且如果壓力低于預先設定的壓力低限，泵將停止工作。在色譜圖上會出現(xiàn)不規(guī)律的毛刺。此外，氣泡的存在有時還會導致保留時間不重現(xiàn)。所以，必須注意消除流動相中的空氣。掃描電鏡分析技術1、簡述掃描電鏡測試對樣品的基本要求。需用電鏡觀測的樣品必須干燥、無揮發(fā)性、無磁性、穩(wěn)定、能與樣品臺牢固粘結（塊狀試樣的下底部需平整，利于粘結）。有磁性、含水、液態(tài)、真空中不穩(wěn)定、含有油污的都不能測。2、按電子槍源分，掃描電鏡分為哪幾類，各有什么優(yōu)缺點？按照電子槍種類分：鎢燈絲、場發(fā)射電子槍（冷場發(fā)射、熱場發(fā)射）鎢絲陰極便宜，場發(fā)射陰極很貴。鎢燈絲的壽命比較短，一般在50200小時之間；由于陰極材料溫度低，一般材料不會損失，因此壽命很長，可使用上萬小時。最佳鎢燈絲掃描電鏡最佳分辨率3.0nm，當前最佳的場發(fā)射掃描電鏡分辨率實現(xiàn)了亞納米級別。鎢燈絲掃描電鏡十幾萬，場發(fā)射幾十萬，都是美元。國內目前只能制造最低檔次的鎢燈絲掃描電鏡。3、簡述裝載樣品以及從樣品室中取出樣品時的注意事項。不能測的樣品：有磁性、含水、液態(tài)、真空中不穩(wěn)定、含有油污。取少量小片導電膠帶，防止硅片取不下來（膜、布、雞蛋殼等難固定的樣品可取大片導電膠固定，切勿浪費）。取樣品柱時，勿將六角螺絲旋出來太多，防止丟掉。撕去導電膠及回收硅片時，勿用尖銳工具劃樣品柱。勿動Z軸、T軸，取樣時右手勿碰到T軸，不要倚靠SEM主機。務必帶無塵橡膠手套操作，清潔工具請用無塵紙。關高壓3分鐘后才能按放氣鍵【VENT】，當程序中【HT】按鍵變亮3分鐘后才打開高壓，以延長燈絲的壽命。換樣品前必須先檢查燈絲電壓是否已經關閉，條件符合，可按放氣鍵（“VENT”）。 交換樣品特別注意：樣品室中暴露著鏡頭極靴、二次電子探頭、背散射電子探頭、能譜探頭等電鏡的核心部件，樣品臺驅動過程中存在著碰撞的可能性，因此交換樣品和驅動樣品臺時要特別小心。樣品室門應輕拉輕推；樣品要固定牢固，防止掉到鏡筒里去。禁止使用USB接口（包括優(yōu)盤），使用光驅必需是拷貝電鏡圖像專用光盤，嚴防病毒感染。電腦的許多指令要驅動電鏡中的電氣部件或機械部件的一系列動作，時間可能較長，千萬不要連續(xù)點擊或按鍵，否則可能引起電腦死機。由于儀器自身對濕度和溫度的要求以及安全方面的原因，儀器室最多12人測試，出入儀器室，須隨手關門。保持掃描電鏡室制樣臺和操作臺的清潔衛(wèi)生