《仪器分析》考前复习题答案.docx

仪器分析考前复习题答案仪器分析考前复习题答案 本文关键词：复习题，考前，答案，仪器，分析仪器分析考前复习题答案 本文简介：1、指示电极和工作电极有何区分？如何定义？（5分）用来指示电极表面待测离子的活度，用于测定过程中溶液本体浓度不发生改变的体系的电极，称为指示电极。用来发生所须要的电化学反应或响应激发信号，用于测定过程中本体浓度会发生改变的体系的电极，称为工作电极。主要区分是：测定过程中溶液本体浓度是否发生改变。因此仪器分析考前复习题答案 本文内容：1、指示电极和工作电极有何区分？如何定义？（5分）用来指示电极表面待测离子的活度，用于测定过程中溶液本体浓度不发生改变的体系的电极，称为指示电极。用来发生所须要的电化学反应或响应激发信号，用于测定过程中本体浓度会发生改变的体系的电极，称为工作电极。主要区分是：测定过程中溶液本体浓度是否发生改变。因此，在电位分析法中的离子选择电极、极谱分析法中的滴汞电极都称为指示电极。在电解分析法和库仑分析法的铂电极上，因电极反应变更了本体溶液的浓度，故称为工作电极。2、比较化学滴定、电位滴定、库仑滴定之间的异同。（5分）一般的化学滴定法是依靠指示剂颜色改变来指示滴定终点。假如待测溶液有颜色或浑浊时，终点的指示就比较困难，或者根本找不到合适的指示剂。而电位滴定法是在滴定过程中，通过测量电位改变以确定滴定终点的方法，和干脆电位法相比，电位滴定法不须要精确的测量电极电位值，因此，温度、液体接界电位的影响并不重要，其精确度优于干脆电拉法。但是在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度往往连续改变n个数量级，引起电位的突跃，被测成分的含量仍旧通过消耗滴定剂的量来计算。库仑滴定是指在特定的电解液中，以电极反应的产物作为滴定剂（电生滴定剂，相当于化学滴定中的标准溶液）与待测物质定量作用，借助于电位法或指示剂来指示滴定终点。与其他的滴定相比，库仑滴定并不须要化学滴定和其它仪器滴定分析中的标准溶液和体积计量，简化了操作过程；库仑滴定中的电量较为简单限制和精确测量；沉定剂来自于电解时的电极产物，可实现容量分析中不易实现的沉定过程；方法的灵敏度、精确度较高；易于实现自动滴定等特点。3、极谱定性、定量的依据是什么。（5分）极谱定性分析的依据是：在肯定条件下，每种物质的半波电位是个固定值，不因该物质在电解液中所含的浓度不同而不改变。定量分析依据极谱扩散电流方程和极谱波方程式极谱扩散电流方程当温度、底液及毛细管特性不变时，极限扩散电流与浓度成正比，这既是极谱定量分析的依据。极谱波方程式4、盐桥的作用是什么?对盐桥中的电解质有什么要求?（5分）主要作用是：1.在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的干脆接触，减免和稳定液接电位（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分别而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位）,使液接电位减至最小以致接近消退.2.防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。盐桥里的物质一般是强电解质而且不与溶液反应，常用氯化钾，但对于溶液中有Ag+的则不能采纳氯化钾，一般用硝酸钾代替。5、为什么要引入条件电极电位？对参比电极有何要求？（5分）条件电极电位是由于在实际工作中考虑了溶液的离子强度、配位效应、沉淀、水解、pH等因素的影响后的实际电极电位。参比电极必需是电极反应为单一的可逆反应，电极电势稳定和重现性好，通常多用微溶盐电极作为参比电极。6、简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论（10分）塔板理论是由以下四个假设构成的：1、在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间快速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。2、流淌相（如载气）进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（Vm）。3、全部组分起先时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽视。4、安排系数在全部塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。（3分）速率理论：是由荷兰学者范弟姆特等提出的。结合塔板理论的概念，把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出的塔板高度H与载气线速度u的关系：其中：A称为涡流扩散项，B为分子扩散项，C为传质阻力项涡流扩散项A气体遇到填充物颗粒时，不断地变更流淌方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流淌，因而引起色谱的扩张。由于A=2dp，表明A与填充物的平均颗粒直径dp的大小和填充的不匀称性有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此运用适当细粒度和颗粒匀称的担体，并尽量填充匀称，是削减涡流扩散，提高柱效的有效途径。分子扩散项B/u由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后(纵向)存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而B=2rDgr是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数(弯曲因子)，Dg为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与Dg的大小成正比，而Dg与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分，其Dg小,反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采纳相对分子质量较大的载气(如氮气)，可使B项降低，Dg随柱温增高而增加，但反比于柱压。弯曲因子r为与填充物有关的因素。传质项系数CuC包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数C1两项。所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度安排。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。（7分）7、简述HPLC仪器的基本构成及常用的一些分别类型。（10分）HPLC仪器一般可分为梯度淋洗系统，高压输液泵与流量限制系统，进样系统，分别柱及检测系统等5个主要部分（5分）；液相色谱有多种分别类型，依据运用的固定相不同，主要有如下分别类型：液-固吸附色谱，液-液安排色谱、离子交换色谱，排阻色谱、亲和色谱等。（5分）8、色谱分析法区分于其他分析方法的主要特点是什么？（5分）1、分别效率高，可以分别分析困难混合物、有机同系物、异构体、手性异构体等；2、灵敏度高，可以检测出g/g级甚至是ng/g级的物质量；3、分析速度快，一般在几分钟或几非常钟内可以完成一个试样的分析；4、应用范围广，气相色谱适用物沸点低于400的各种有机化合物或无机气体的分别分析。液相色谱适用于高沸点、热不稳定及生物试样的分别分析。离子色谱适用于无机离子及有机酸碱的分别分析。9、色谱分别过程中的热力学和动力学因素分别由哪两个参数表现出来？两个色谱峰的保留时间较大就肯定能够分别完全吗？（5分）色谱分别过程中的热力学因数是是保留值之差，而区域宽度是色谱分别过程中的动力学因数，他们分别是通过分别度和安排系数这两个参数表现出来的。不肯定能分别完全，推断两个峰能否分别完全是用分别度来表现的，当分别度R=1.5时，分别程度达到101.7%，为相邻两峰完全分别的标准。10、选择气相色谱固定液的基本原则是什么？如何推断化合物的出峰依次？（5分）固定液通常中高沸点、难挥发的有机化合物或聚合物。选择固定液的基本原则是“相像相溶”原理。即依据试样的性质来选择与其相近或相像的固定液。依据组分与固定液的极性来推断出峰依次。假如组分与固定液的极性相像，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大，安排系数就磊，就不能先出峰，即组分与固定液的极性相差较大的、安排系数小的先出峰，而安排系数大的后出峰。11、HPLC分析法中为什么采纳梯度洗脱？假如组分保留时间太长，可以实行什么措施调整？（5分）在气相色谱中，可以通过限制柱温来改善分别、调整出峰时间。而在液相色谱中，分别温度必需保持在相对较低和恒定状态。改善分别、调整出峰时间的目的，需通过变更流淌相组成和极性的方法即梯度洗脱的方法变更，从而可以使一个困难样品中的性质差异较大的组分能按各自相宜的容量因子k达到良好的分别目的。假如组分保留时间太长，可以通过变更柱长，增加流速，变更流淌相的极性来调整。12、简述光分析仪器的基本流程，并举例说明各基本单元所用的器件。（10分）光分析仪器种类许多，原理各异，但均涉及以下过程：供应能量的能源及辐射限制、辐射能与待测物质之间的相互作用，信号发生、信号检测、信息处理与显示等。（首先是被测物质与辐射能作用后，通过信号发生部分产生包含物质某些物理或化学性质信息的分析信号，再由信号检测部分将分析信号转变为易于测量处理的电信号，最终由信息处理与显示部分将信号和结果以呈现出来，变成人们可以观看的形式。）光分析仪器通常包括五个基本单元：光源、单色器、试样室、检测器、信息处理与显示装置。（5分）光源：在光谱分析中通常依据方法特征采纳不同的光源，如：可见光谱分析法中通常运用钨灯，而紫外光谱分析法中通常运用氢灯和氘灯，红外光谱分析法中常常运用能斯特灯。单色器：作用是将多色光色散成光谱带，供应光谱带或单色光。是光分析仪器的核心部件之一，其性能确定了光分析仪器的辨别率。包括色散元件(光栅与棱镜)，狭缝、准直镜等元件。检测器有光检测器和热检测器两种，光检测器可分为单道型检测器和阵列型（多道型）检测器，单道型检测顺有光电池检测器、光电管检测器和光电倍增管检测器等，阵列型检测器有光电二极管阵列检测器和电荷转移元件阵列检测器等。热检测器有真空热电偶检测器和热电检测器。信息处理与显示装置主要是计算机，协作专用的工作站进行数据处理并显示在计算机屏幕上。（5分）13、光分析法与其他分析方法相比有什么突出优点？（5分）光分析法在分析过程不涉及混合物分别，某些方法可进行混合物选择性测量，仪器涉及大量光学器件，与其他分析方法相比，具有灵敏度高、选择性好、用途广泛等特点。它涉及辐射能与待测物质间的相互作用及原子或分子内的能级跃迁，能供应化合物的大量结构信息，在探讨待测物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他分析方法难以取代的地位。14、为什么原子光谱通常为线状光谱而分子光谱通常为带状光谱？（5分）原子光谱是由原子所产生的汲取，包括原子放射，原子汲取和原子荧光三种，都经过原子化的过程以后，利用原子能级之间跃迁实现检测的，依据量子力学基本原理，能级跃迁均是量子化的，且满意肯定条件时才能有效发生，所以原子光谱是线状光谱，谱线宽度很窄，其半宽度约为10-3nm。（同时由于原子内部不存在振动和转动能级，所发生的仅仅是单一的电子能级跃进迁的原因。）分子光谱包括紫外-可见、红外和荧光三种，是通过分子价层电子能级跃迁而产生的，由于分子中广泛存在分子的振动、分子的转动，会叠加到电子能级之上，又由于其产生的振-转能级低于价电子能级，结果是价电子能级的展宽，最终表现为为带状光谱而不是线状光谱。15、为什么分子的荧光波长比激发光波长长？而磷光波长又比荧光波长长？两者有那些共性和不同？（10分）1、分子汲取外界光辐射以后，价层电子汲取能量发生能级跃迁，从基态跃迁到激发态，高能态的电子不稳定须要释放多余的能量，可以通过多种途径实现，其中之一是以光辐射的形式释放能量，回到基态，2、电子由第一激发单重态最低能级回到基态时放射的光称为荧光，而电子由第一激发三重态最低能级回到基态时放射的光称为磷光。（5分）3、由于分子受到光激发以后，可能跃迁到高电子能级的各个振动能级上，而不是只有第一激发单重态的最低能级，由E=h和c=可知，荧光波长比激发光波长长，类似的，由于三重态对应的是自旋平行而单重态对应的是自旋相反，依据量子力学原理可知第一激发三重态比第一激发单重态的能级还要小一些，因此，磷光波长又比荧光波长长。4、两者均属于分子从激发态回到基态的光子放射过程，都具有两个特征光谱激发光谱和放射光谱，其不同之处除了波长不同以外，其放射时间也有不同荧光大约在10-8s左右，而磷光则在10-4-101s之间。（5分）16、分析线、灵敏线、最终线、共振线各表示什么意义？相互之间有什么关系？（5分）分析线在测定某元素的含量或浓度时，所指定的某一特征波长的谱线，一般是从第一激发态状态下跃迁到基态时，所放射的谱线。每一种元素都有一条或几条最强的谱线，即这几个能级间的跃迁最易发生，这样的谱线称为灵敏线，最终线也就是最灵敏线。电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要汲取肯定频率的光，它再跃迁回基态时，则放射出同样频率的光，叫共振放射线，简称共振线。17、已知某种化合物C10H12O2，其HNMR数据如下：7.3（5H，s），5.21（2H，s），2.3（2H，tetra），1.2（3H，tri）推断结构。（5分）7.35.211.22.35H2H2H3H计算自由度：U=10-6+1=5，由=7.3ppm(5H，s)，推断可能含有一个苯环还可能含有一个双键。结合其他数据，最终得出该化合物的结构为：。18、（10分）分子式为C4H10O的化合物有两种同分异构体，请依据HNMR数据分别确定其结构，并标示出各组峰所对应的化学位移：结构（I）1.9（3H，三重峰），3.7（2H，四重峰）；结构（II）0.7（3H，三重峰），1.0（3H，二重峰），1.2（2H，五重峰），1.3（1H，单重峰），3.6（1H，六重峰）。结构（I）应当为：CH3CH2OCH2CH3结构（II）应当是：CH3CH2CH(CH3)OH19、（10分）分子式为C4H8O2（M=88）的化合物有两种同分异构体，请依据下列数据分别确定其结构，并简要说明依据：结构（I）HNMR2.2（3H，单峰），3.5（3H，单峰），4.1（2H，单峰）；MS主要质谱峰有88，58，45，43结构（II）FTIR主要汲取峰有21015，1741，1464，1438，1357，1203cm-1；MS主要质谱峰有88，59，57，29自由度为4-4+1=1结构（I）应当为：CH3COCH2OCH3质谱中88到58是脱去两个甲基所得的离子，而88-45是脱去CH3CO（43）所得。结构（II）应当是：CH3CH2COOCH3，由红外图可以推知，其中含有：甲基，羰基等，同时结合质谱图可以得出其结构应为CH3CH2COOCH3。20、质谱仪由哪几部分组成，各部分的作用是什么。（5分）质谱仪包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统。其中以离子源、质量分析器和离子检测器为核心，且必需处于高真空状态。进样系统，将样品气化为蒸气送入质谱仪离子源中。样品在进样系统中被适当加热后转化为即转化为气体。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。质量分析器是将离子源产生的离子按m/z大小依次分别，依次到达检测器产生检测信号而得到质谱图。相当于光谱仪中的单色器。检测器，通常以电子倍增管检测离子流；真空系统使离子源、质量分析器、检测器处于高真空状态。21、综合运用所学化学学问，试设计鸭蛋中苏丹红III的分析检测方案。（15分）如下基本信息供参考：“苏丹红”是一种化学染色剂。它的化学成份中含有一种叫萘的化合物，该物质具有偶氮结构，由于这种化学结构的性质确定了它具有致癌性，对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。11015年欧盟(EU)等国家已禁止其作为色素在食品中进行添加，对此我国也明文禁止。但由于其染色艳丽，印度等一些国家在食品生产和加工过程中违法运用苏丹红，导致严峻的平安隐患。化学式：苏丹红1号：1-苯基偶氮-2-萘酚：C16H12N2O苏丹红2号：1-(2,4-二甲基苯)偶氮-2-萘酚苏丹红3号：1-4-(苯基偶氮)苯基偶氮-2-萘酚苏丹红4号：1-2-甲基-4-(2-甲基苯)偶氮苯基偶氮-2-萘酚黄色粉末，熔点134°C。不溶于水，微溶于乙醇，易溶于油脂、矿物油、丙酮和苯。乙醇溶液呈紫红色，在浓硫酸中呈品红色，稀释后成橙色沉淀。非唯一方法，只要基本原理正确，有比较具体的步骤，即可给12-15分；假如步骤过于简略或者有明显错误出现，则给8-11分；假如基本原理不明白，试验步骤不清楚，则给4-7分；其他状况给0-3分。假如给出多个方法，则根据最高原则给分。用液相色谱进行分析检测：原理：将鸭蛋用打浆机或粉碎机磨细，将着色剂经乙腈提取后，过滤，然后将滤液用反相高效液相色谱进行色谱分析。试剂与仪器：乙腈(色谱纯)、水、冰醋酸、氯仿及苏丹红1号、苏丹红2号、苏丹红3号、苏丹红4号等标准品；分析天平、溶剂过滤器、0.45m滤膜、185mm滤纸、移液枪、一次性注射器、打浆机、均质机、高效液相色谱仪及进样瓶。试验：1、样品处理：将已知质量M的鸭蛋放入一个容量较大的密闭容器中用打浆机或粉碎机磨细混合匀称，称取肯定量（精确至0.01g）样品于三角瓶中，用量筒加入肯定量的乙腈。之后在均质机中充分混合数分钟，振荡后过滤于三角瓶中。2、标准及标准曲线流淌相：溶剂A：酸性水溶液溶剂B：乙腈流速:0.7ml/min基线稳定后起先进样将肯定量的苏丹红1号、苏丹红2号、苏丹红3号、苏丹红4号等标准品溶于乙腈中配成已知浓度的乙腈溶液，测出各物质的出峰时间，并配制具有浓度梯度的5个标准工作溶液的测定值绘制标准曲线。3、样品检测将制好的样品过0.45m的膜装入自动进样器的小瓶后进行液相色谱测定。记录其中的浓度C。结果：着色剂含量按公式：R=C×V×D/M计算。单位：mg/kg其中：C-样品中待测组分的浓度,单位：g/mL，V-样品溶液体积（mL），D-样品溶液的稀释倍数，M-检测样品取样量（g）22、（10分）在现有奶粉检测的国家标准中，主要进行蛋白质、脂肪、细菌等检测。三聚氰胺属于化工原料，是不允许添加到食品中的，所以现有国家标准不包含三聚氰胺检测的相应内容。由于中国采纳估测食品和饲料工业蛋白质含量方法的缺陷（“凯氏定氮法”测出含氮量乘以6.25来估算蛋白质含量），三聚氰胺常被不法商人掺杂进食品或饲料中，以提升食品或饲料检测中的蛋白质含量指标（蛋白质平均含氮量为16左右，三聚氰胺的含氮量为66左右），因此三聚氰胺也被作假的人称为“蛋白精”。为保障食品平安，打击非法活动，请你设计牛奶中三聚氰胺的分析检测方案。如下基本信息供参考：三聚氰胺（英文名：Melamine），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体，无味，密度1.573g/cm3(16)。常压熔点354（分解）；快速加热升华，升华温度300。在水中溶解度随温度上升而增大,在20时，约为3.3g/L，微溶于冷水，溶于热水，极微溶于热乙醇，不溶于醚、苯和四氯化碳，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。高效液相色谱仪-质谱联用方法：试剂与样品牛奶，甲醇、乙腈；氨水、乙酸铅、三氯乙酸；三聚氰胺标准品、柠檬酸、辛烷磺酸钠、试验方法(1)标准样品配制：取50mg三聚氰胺标准品，以20%甲醇溶解定容至50mL得到1010ppm的标准溶液，运用时，以提取液(0.1%三氯乙酸)稀释至所要的浓度。(2)提取：称取牛奶样品5g，加入50ml0.1%三氯乙酸提取液，充分混匀，加入2mL2%乙酸铅溶液，超声20min。然后取部分溶液转移至10mL离心管中，8000rpm/min离心10min，取上清液3mL过混合型阳离子交换小柱(PCX)。(3)测量23、某工厂生产了一种叫做己二胺盐酸盐的产品打算出口，选购方须要生产厂家供应产品质量标准和相应的检测方案，由于没有现成的国家标准或行业标准可以采纳，作为品质主管的你将如何完成此项工作？（15分）已知如下一些基本状况：中文名称:1,6-己二胺盐酸盐英文名称:1,6-hexanediaminedihydrochloride分子式:C6H18Cl2N2分子量:189.13mp:256-257°C结构式：性状：白色结晶，有吸湿性，水溶性好通过定性和定量来进行检测：定性用质谱进行检测，而定量则采纳自动电位滴定法进行测量定量：原理：采纳自动电位滴定法，用银离子作标准溶液进行测量，通过硝酸银的用量算出原液中氯离子的含量m1，进而折算出其中的1,6-己二胺盐酸盐的量m2，m1/m2算出其纯度。仪器：自动电位滴定仪银电极甘汞电极（外盐桥为浓度为0.1mol/L的硝酸钾溶液）试剂：氯化钠硝酸银1,6-己二胺盐酸盐，去离子水，分析步骤：1、采纳氯化钠溶液标定硝酸银溶液将氯化钠置于坩埚内，在500600加热50min，冷却后称取1.4625g溶于蒸馏水中定容于250mL容量瓶中，制得浓度为0.1010mol/L的氯化钠标准溶液。配制肯定浓度的硝酸银溶液，对电位滴定仪进行滴定参数设置，建立滴定模式后，起先硝酸银溶液。测得浓度c0.2、样品处理及测定：称取肯定量m1（已知，精确至0.0001g）的1,6-己二胺盐酸盐，用去离子水将其稀释至50mL，备用。平行移取三份稀释5倍未知样溶液10mL置于烧杯中，同标定硝酸银的操作步骤进行测定。记录硝酸银溶液用量V3、回收率测定为了检测该测定的打算性及方法的可行性，进行回收率试验。平行移取2份10mL待测样置于烧杯中，依次加入氯化钠标准溶液3mL，10mL，用自动电位滴定仪重复操作步骤进行测定。结果计算：通过硝酸银的用量算出原液中氯离子的含量m1，进而折算出其中的1,6-己二胺盐酸盐的量m2，m1/m2算出其纯度。其质量分数第23页 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