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仪器分析作业参考答案

1、结合实际谈谈仪器分析的应用。

社会:体育(兴奋剂)、生活产品质量(鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量)、环

境质量(污染实时检测)、法庭化学(DNA技术,物证)

化学:新化合物的结构表征、分子层次上的分析方法

生命科学:DNA测序、活体检测

环境科学:环境监测、污染物分析

材料科学:新材料、结构与性能

药物:天然药物的有效成分与结构、构效关系研究

外层空间探索:微型、高效、自动、智能化仪器研制

2、原子光谱与分子光谱,吸收光谱与发射光谱有什么不同?

原子光谱是一条条彼此分立的线光谱。产生原子光谱的是处于稀薄气体状态的原子(相互之间作用力小),由于原子没有振动和转动能级,因此原子光谱的产生主要是电子能级跃迁所致。

分子光谱是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。产生分子光谱的是处于气态或溶液中的分子,分子光谱分三个层次:转动光谱、振动光谱、电子光谱。

当物质受到光辐射作用时,物质中的分子或原子以及强磁场中的原子核吸收了特定的光子后,由低能态被激发跃迁到高能态,此时如将吸收的光辐射记录下来,得到的就是吸收光谱。按其产生的本质可分为:分子吸收光谱、原子吸收光谱和核磁共振光谱等。

吸收了光能处于高能态的分子或原子,其寿命很短,当它们回到基态或较低能态时,有时重新以光辐射形式释放出所吸收的能量,由此获得的光谱就是发射光谱。发射光谱按其产生的本质通常分为:原子(离子)发射光谱、分子发射光谱和X射线发射光谱。3、何谓分光?光分析中通常是如何“分光”的?

利用色散现象将波长范围很宽的复合光分散开来,成为许多波长范围狭小的“单色光”

的作用称分光。光分析中常利用光在光栅上产生的衍射和干涉现象进行分光。

4、为什么原子光谱是线状的,而分子光谱是带状的?

因为原子没有振动能级和转动能级,原子光谱的产生主要由电子能级跃迁所致。发生纯电子能级跃迁时,不会叠加振动和转动能级跃迁,发射或吸收的便是一些频率不连续的辐射,成为一条条彼此分立的线光谱。而分子光谱除了电子能级跃迁,还有振动能级和转动能级,即具有三个层次,因此分子能级跃迁时所发射或吸收的是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。

5、名词解释:

激发能——原子从基态跃迁到发射该谱线的激发态所需要的能量,称为该谱线的激发能;电离能——使原子电离所需要的最低能量称为电离能;

原子线——原子外层电子的能级跃迁所产生的谱线称为原子线;

离子线——离子外层电子受激发后所产生的谱线称为离子线;

共振线——凡是由电子激发态与电子基态能级之间的跃迁所产生的谱线,称共振线;

灵敏线——每种元素的原子光谱线中,凡是具有一定强度、能标记某元素存在的特征谱线,称为该元素的灵敏线;

最后线——当元素含量减少到最低限度时,仍能坚持到最后出现的谱线称为最后线;

分析线——用来进行定性或定量分析的特征谱线称为分析线;

分析线对——内标法分析中,由待测元素的分析线和内标元素的内标线索构成的用来定量分析的一对谱线。

6、原子光谱的谱线强度与那些因素有关?原子发射光谱定量分析的依据是什么?定量分析的主要方法是什么?

原子光谱的谱线强度与激发能、温度和试样元素的含量有关,定量分析的依据是谱线强度与样品中元素浓度存在如下关系:lgI=blgc+lga,即分析条件合适时,谱线强度的对数值与待测元素浓度的对数值呈线性关系。定量分析的主要方法有:三标准试样法、标准加入法。

7、P40第7题:

以钾的浓度为横坐标,相对发射强度为纵坐标作图。从图中找出发射强度440处所对应的钾溶液的浓度为8.97μg/mL-1。

8、P60第1题:

影响原子吸收谱线宽度的因素有自然变宽、多普勒变宽和压力变宽。压力变宽包括洛伦兹变宽(火焰原子吸收变宽的主要因素)和赫尔兹马克变宽(石墨炉原子化吸收变宽的主要因素)9、P60第2题:

由于积分吸收很难测出原子吸光度的大小,必须使用能释放出含待测原子所能吸收特征谱线的锐线光源,才能测准吸光度的大小。所以释放特征谱线的原子与待测物质必须是同类原子,即选用锐线光源时需知道待测原子的类型,故不能用于定性分析中。

10、P60第12题:

根据题意有:c0=0,A1=0.230

C1=1.00mL×0.0500mol.L-1/25.0mL=0.00200mol.L-1

A2=0.453

C2=2.00mL×0.0500mol.L-1/25.0mL=0.00400mol.L-1

A2=0.680

以锌标准溶液对吸光度作图,由标准曲线上查得:c x=0.0020 mol.L-1

样品中锌的质量分数为ω,则:c x=1.00ω/(65.39×25×10-3)=0.0020 mol.L-1

所以:ω=3.3×10-3 g. g-1

11、P82第1题:

电子跃迁有4种类型:σ→σ*、n→σ*、n→π*、π→π*

其中n→σ*、n→π*、π→π*能在紫外可见吸收光谱中反映出来。

12、P83第6题:

C波长最长,B最短,A居中,因为吸收光波长随共轭效应增强而长移。

13、P83第12题:

K440a=A440a/Lc a=0.638/1×5.00×10-4 mol-1.cm-1=1276 mol-1.cm-1

K580a=A590a/Lc a=0.139/1×5.00×10-4 mol-1.cm-1=278 mol-1.cm-1

K440b=A440b/Lc b=0.106/1×8.00×10-4 mol-1.cm-1=133 mol-1.cm-1

K580b=A590b/Lc b=0.470/1×8.00×10-4 mol-1.cm-1=588 mol-1.cm-1

所以得方程组:

1.022=1276c a+133c b

0.414=278 c a +588 c b

求出:c a=7.65×10-4 mol.L-1,c b=3.45×10-4 mol.L-1

14、P103第2题:

(1):照射的红外光必须满足物质振动能级跃迁所需的能量,即光的能量必须等于两振动能级间的能量差;(2):红外光与物质之间有偶合作用即分子的振动必须是能引起偶极矩变化的红外活性振动。

15、P103第9题:

(1)=CH2的反对称伸缩振动:3085cm-1,=CH2的对称伸缩振动:2975cm-1;

(2)C=C伸缩振动:1680-1620 cm-1;

(3)—CH2,—CH3的反对称变形振动:1460 cm-1,—CH3的对称变形振动:1370-1380

cm-1;

(4)=C—H的面外弯曲振动:1000-650 cm-1;

(5)=CH2的面外摇摆振动:910-890 cm-1;

(6)—(CH2)5面内摇摆振动:720 cm-1

16、P103第11题:

计算不饱和度Ω=5,说明有苯环和一个环外双键

(1)3200-3400 cm-1宽峰:有-OH;

(2)2720 cm-1无峰:无-CHO;

(3)2800-3200 cm-1有几组峰:有=CH2,=CH—;

(4)990 cm-1,1645 cm-1有峰:有R-CH=CH2

因此推测结构式为:

仪器分析作业参考答案

17、P122第3题:

荧光物质发出的荧光可射向四面八方,但通过液池后的激发余光是沿着直线传播的。为了准确地进行测定,检测器不能直接对准光源,通常放置在液池的一边,与激发光传播方向成直角关系。这样,激发光的余光不会干扰测定,也减少了损坏检测器的可能性。

第一单色器作用是给荧光物质选择具有特定波长的激发光,第二单色器的作用是滤除荧光液池的反射光、瑞利散射光、拉曼散射光以及溶液中干扰物质产生的荧光,只允许待测物质的特征荧光照射到检测器上进行光电信号转换。

18、P122第5题:

(1)苯酚、苯胺为加强荧光的给电子取代基;(2)硝基、羧基为得电子基团,使荧光减弱;碘原子使;(3)芳环上取代F、Cl、Br、I后使系间串跃加强,荧光强度随卤素相对原子质量增加而减弱,磷光相应增强。

19、P122第13题:

因为同一组分的吸收光谱波长最短,磷光波长最长,荧光光谱的波长处于中间,且与激发光谱呈镜像关系,因此图中a、b、c分别为吸收光谱、荧光光谱、磷光光谱。

20、P143第1题:

由共振频率ν=γ×B0/2π得:

ν1H=1.0×10-8Hz

ν13C=2.5×10-7Hz

21、P143第3题:

δ=11:-COOH;δ=4:-CHBr;δ=2:-CH2-;δ=1:-CH3

22、P144第5题:

δ=1.3,3H,3重峰,应为-CH3,邻近有2个H,组成CH3CH2-

δ=4.1,2H,4重峰,应为-CH2-,其δ>4,说明-CH2-与电负性较大的O原子相连,4重峰说明-CH2-与-CH3相连,因此应有CH3CH2O-结构;

δ=2.1,3H,单峰,应为-CH3,-CH3与C=O相连,即CH3CO-;

因此a物质为乙酸乙酯

δ=1.2,3H,3重峰,应为-CH3,邻近有2个H,组成CH3CH2-

δ=2.1,2H,4重峰,应为-CH2-,-CH2-与-CH3及C=O相连,因此应有CH3CH2CO-结构;

δ=3.8,3H,单峰,应为-CH3,-CH3与O相连,即CH3O-;

因此b物质为丙酸甲酯

23、P183第3题:

要分辨C2H5CO+和C4H9+,要求质谱仪分辨率至少为:

R need=m/Δm=57.03414/(57.07042-57.03414)=1572

24、P183第5题:

假设产物中有X个氯原子,已知氯的两种同位素35Cl和37Cl的丰度比约为3:1,则根据各离子峰强度可近似按二项展开式(a+b)n计算,此处为I M:I M+2:I M+4=(3:1)x=9:6:1,可得X=2。

25、P183第7题:

m/z30的基峰为β伯胺开裂所致,因此应为化合物A。

26、P183第8题:

支链烷烃分子离子不稳定,其M+峰很小,由于季碳正离子最稳定,分子离子裂解在支链处,最长的支链易失去,丢失C3H7后得m/z71的基峰,失去C2H5、CH3后分别得m/z85和99的峰。

27、P262第9题;

(1)γB,A=t'R(B)/ t'R(A)=(7.5-1.4)/(4.5-1.4)=1.97

(2)γC,B=t'R(C)/ t'R(B)=(10.4-1.4)/(7.5-1.4)=1.48

(3)k'B=t'R(B)/ t 0 =(7.5-1.4)/1.4=4.36

28、P284第1题:

试样从进样器注入到气化室后,立即气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的组分依次进入检测器,产生的信号经放大后在记录仪上记录下来,得到色谱图。

29、P285第6题:

(3)、(5)可使色谱峰峰形变窄,(1)、(2)、(6)可使色谱峰峰形变宽,(4)中μ较小时,变窄;μ较大时,变宽。

30、P285第7题:

阿皮松L属于非极性固定液,由于二氯甲烷和三氯甲烷为极性组分,四氯甲烷为非极性组分,则同沸点极性组分先出峰,由于沸点由低到高顺序为CH2Cl2、CHCl3、CCl4,则出峰先后顺序为CH2Cl2、CHCl3、CCl4;

邻苯二甲酸二壬酯属于中等极性固定液,由于CH2Cl2沸点较CCl4与CHCl3低得多,因此尽管CH2Cl2极性大于CCl4,但前者的蒸气压大得多,所以CH2Cl2先出峰,对于CCl4与CHCl3则依沸点高低先后出峰,即CCl4先于CHCl3出峰,因此3种物质出峰先后顺序为CH2Cl2、CCl4、CHCl3。

31、P301第6题:

正相色谱是采用极性固定相、非极性或弱极性流动相,因此物质出峰时非极性或弱极性先出峰,则:正己烷先出,然后是苯,最后是正己醇;乙醚先出,然后是硝基丁烷,最后是乙酸乙酯。

反相色谱的出峰顺序与正相色谱相反。

32、P302第7题:

根据公式:k′=t R′/t0

t R′=t R-t0=29.1-1.05=28.05

则:k′=28.05/1.05=26.7