刘约权仪器分析课后习题附答案内容.doc

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1、|第1章 绪 论1.1 内容提要 1.1.1 基本概念 分析化学研究物质的组成、含量、状态和结构的科学。 化学分析是利用化学反应及其计量关系进行分析测定的一类分析方法。 仪器分析则是以物质的物理性质或物理化学性质及其在分析过程中所 产生的分析信号与物质的内在关系为基础，并借助于比较复杂或特殊的现代仪 器，对待测物质进行定性、定量及结构分析和动态分析的一类分析方法。 准确度指多次测定的平均值与真值（或标准值）之间的符合程度。常 用相对误差E r 来描述，其值越小，准确度越高。 100% r x E 式中，x为样品多次测定的平均值； 为真值（或标准值）。 精密度指在相同条件下用同一方法对同一样品进

2、行多次平行测定结果 之间的符合程度。 误差测量值与真实值之差。 偏差测量值与平均值之差。用来衡量精密度的高低。为了说明分析结 果的精密度，以测量结果的平均偏差 和相对平均偏差 表示。单次测量结果 d r d 的偏差 ，用该测量值 与其算术平均值 之差来表示。 i d i x xi i d x x 1 2 . n d d d d n 100% r d d x 标准偏差 2 1 ( ) 1 n i i x x S n 相对标准偏差指标准偏差在平均值中所占的比例，常用 或RSD表示： r S100% r S S x |灵敏度仪器分析方法的灵敏度是只待测组分单位浓度或单位质量的变 化所引起测定信号值的

3、变化程度，以b表示。d d ( d ) x b c m 信号变化量 浓度（质量）变化量或 检出限即检出下限，是指某一分析方法在给定的置信度可以检出待测 物质的最小浓度（或最小质量），以D表示。0 3 / D S b 标准曲线是待测物质的浓度或含量与仪器响应（测定）信号的关系曲 线。 一元线性回归法把反映物质浓度c仪器响应信号的测量值 之间关系 A 的一组相关的分析数据，用一元线性回归方程（ ）表示出来的方法， A a bc 其中： ， a A bc 1 2 1 ( )( ) ( ) n i i i n i i c c A A b c c 1 1 , n n i i i i c A c A n

4、n 式中，b为回归系数，即回归直线的斜率； 为直线的截距； 为浓度（或含量） a c 的平均值； 为响应信号测量值的平均值。 A 相关系数是标准溶液浓度所对应的响应信号测量值 与浓度 之间线 A c 性关系好坏程度的统计参数，通常以相关系数 来表征。 样品的采集从大量的不均匀的待测物质中采集能代表全部待测物质的 分析样品的过程。 样品的制备样品得粉碎、混匀、缩分的过程，称为样品的制备。 样品的提取采用适当的溶剂和方法，将样品中不同成分从中分离出来 的过程，称为提取。 样品的消解把难溶或难解离的化合物的待测样品转化为便于测定的物 质称为样品的消解。 样品的纯化在测定之前，除掉样品中杂质的操作。

5、样品的浓缩在测定前出去过多的溶剂，提高待测组分浓度的过程称为 浓缩。 样品的衍生是用化学反应将某种仪器分析方法无法测定的待测组分定 量的转化为另一种可以分析测定的化合物（衍生物）的过程称为样品的衍生。|微波压力釜消解法将样品放于压力釜消解容器内，加入消解试剂，密 封后置于专用微波炉内在一定的功率挡进行消解的方法。具有大批量、快速消 解和转化的优点。 1.1.2 基本内容 1.仪器分析法分类 光分析法利用待测组分的光学性质(如光的发射、吸收、散射、折射、 衍射、偏振等)进行分析测定的一种仪器分析方法，其理论基础是物理光学、几 何光学和量子光学。 电化学分析法利用待测组分在溶液中的电化学性质进行分

6、析测定的一 种仪器分析方法，其理论基础是电化学和化学热力学。 分离分析法利用物质中各组分间的溶解能力、亲和能力、吸附和解吸 能力、渗透能力、迁移速率等性能方面的差异，先分离后分析测定的一类仪器 分析方法，其主要理论基础是化学热力学和化学动力学。 其他分析法利用热学、力学、声学、动力学性质进行测定的仪器分析 方法。其中最主要的有质谱法(MS)，利用带电粒子质荷比的不同进行分离、测 定的分析方法。另外，还有热分析法、动力学分析法、中子活化法、光声光谱 分析法和电子能谱分析法等等。 2. 仪器分析在高等教育中的应用 仪器分析一直是我国高校化学专业的基础课，伴随着科技的不断飞速发展 及各学科的交叉渗透

7、，仪器分析越来越受到重视并逐渐扩展应用到相关领域， 成为目前高校化学系、生物系、医药系、食品系的必修课及其他相关专业的选 修课。 3. 仪器分析方法的重要评价指标 精密度，准确度，灵敏度，选择性，标准曲线的线性及线性范围，检出限。 4. 仪器分析样品的预处理步骤 样品的采集与制备，样品的提取与消解，样品的纯化与浓缩，样品的衍生 化。 5. 计算机在仪器分析中的应用|利用计算机模拟仪器分析实验(即可以节省试剂，又可与防止环境污染，尤 其是可以模拟一些人不能直接操作的实验)，利用计算机技术，提高仪器分析方 法的准确度、灵敏度、选择性、降低检出限；利用计算机进行数据处理；利用 计算机建立仪器工作站；

8、利用计算机网络获取仪器分析相关信息数据等。 1.2 思考题与习题解答 1. 现代仪器分析法有何特点？它与化学分析方法有何不同？ 答：仪器分析与化学分析相比，具有如下特点： (1)灵敏度高；(2)操作简便，分析速度快；(3)选择性好；(4)样品用量少； (5)用途广；(6)相对误差较大。 2. 现代仪器分析主要有哪些分析方法？请用列图表的方法进行总结。 答：列图表如下： 分析方法 基本原理 理论基础 包含的分析方法 光分析法 利用待测组分的光学性 质(如光的发射、吸收、 散射、折射、衍射、偏 振等) 物理光学、 几何光学、 量子光学 吸收光谱法、发射光谱法、散射光 谱法以及旋光(偏振)法、折射(

9、光) 法、比浊法、光导纤维传感法、X 射线及电子衍射法 电化学分析 法 利用待测组分在溶液中 的电化学性质 电化学和化 学热力学 电位法、极谱与伏安法、电导法、 电解法及库仑法 分离分析法 利用物质中各组分间的 溶解能力、亲和能力、 吸附和解吸能力、渗透 能力、迁移速率等性能 方面的差异 化学热力学 和化学动力 学 气相色谱法、高效液相色谱法、薄 层色谱法和离子色谱法、超临界流 体色谱法、高效毛细管电泳法、毛 细管电动色谱法以及色谱-光谱、 色谱-质谱、毛细管电泳-质谱等联 用方法 其他分析法 利用物质中各组分间的 热学、力学、声学、动 力学性质以及带电粒子 的质荷比的差异 热学、力学、 声学

10、、动力 学 质谱法、热分析法、动力学分析法、 中子活化法、光声光谱分析法和电 子能谱法|3. 评价一种仪器分析方法的主要技术指标是什么？ 答：精密度，准确度，灵敏度，选择性，标准曲线的线性及线性范围，检 出限。 4. 微波压力釜溶样消解法有什么突出优点？ 答：(1)消解反应快速完成；(2)适用于大批样品同时进行消解反应；(3)可 用于各种生物样品的消解。 5. 如何利用一元线性回归方程手工绘制标准曲线？ 答：测定浓度(或含量)分别为c 1 ，c 2 ，c 3 ，c 4 ，c 5 ，的标准系列所对应的 响应信号的测量值分别为A 1 ,A 2 ,A 3 ,A 4 ,A 5 ,利用 ； ； A a

11、bc 1 n i i c c n ； ； ；求得a， ， 值，过(0,a)和( 1 n i i A A n 1 2 1 ( )( ) ( ) n i i i n i i c c A A b c c a A bc c A , )两点，在c的浓度(或含量)范围内作一条直线即为给定的数据组(c i ,A i )所 c A 确定的一条最为可靠的标准曲线。 6. 称取 0.3511g(NH 4 ) 2 SO 4 FeSO 4 6H 2 O 于 500mL 容量瓶中，加少量水溶解， 再加入 20mL1:4 的 H 2 SO 4 ，最后用蒸馏水定容，所配溶液为铁标准溶液。取 V(单位：mL)铁标准溶液于 5

12、0mL 容量瓶中，用邻二氮菲显色后加蒸馏水至刻度， 分别测得其吸光度列于下表： 铁标准溶液V/ mL 吸光度A 0.00 0 0.20 0.085 0.40 0.165 0.60 0.248 0.80 0.318 1.00 0.398 吸取 5.00mL 试液，稀释至250mL，在吸取此稀释液 2.00mL 于 50mL 容量瓶中， 与标准溶液相同条件显色定容后，测得吸光度A=0.281。(1)试写出该标准曲线 的一元线性回归方程，并求出试液中铁的含量；(2)计算相关系数。已知 M(NH 4 ) 2 SO 4 FeSO 4 6H 2 O=392.17gmol -1 ,M(Fe)=55.85 g

13、mol -1 。 解：(1)标准溶液的浓度为 1 3 1 1 Fe 1 0.3511g 55.85g.mol 10 mg.g 0.1000mg.mL 500mL 392.17g.mol c 显色后标准溶液中铁的浓度为|铁标准溶液V/ Ml 3 1 Fe /(10 mg.mL ) c 吸光度A 0.00 0.00 0 0.20 0.40 0.085 0.40 0.80 0.165 0.60 1.20 0.248 0.80 1.60 0.318 1.00 2.00 0.398 则 ， 3 1 1 1.20 10 mg.mL n i i c c n 1 0.243 n i i A A n 3 1 2

14、 1 1 6 2 1 ( )( ) 0.3116 10 mL.mg 1.95 10 mL.mg 1.6 10 ( ) n i i i n i i c c A A b c c 2 3 0.243 1.95 10 1.20 10 0.009 a A bc 2 0.009 1.95 10 A a bc c 当A=0.281 时， 3 1 1.39 10 mg.mL c 考虑到这一浓度是原始试液经稀释、显色定容后的浓度，故原试液的浓度 为 3 1 1 Fe 1.39 10 mg.mL 50mL 250mL 1.74mg.mL 2.00mL 5.00mL c (2)相关系数为 1 2 2 1 ( )(

15、) 0.9978 ( ) ( ) n i i i n i i i c c A A c c A A 7. 测得某标准样品的质量浓度分别为 0.2001mgL -1 ，0.2003 mgL - 1 ，0.2004 mgL -1 ，0.2005 mgL -1 。计算其标准偏差S和相对标准偏差S r 。 解：其平均值为 1 0.2001 0.2003 0.2004 0.2005 0.2003mg.L 4 x 标准偏差为 2 4 1 1 ( ) 2.16 10 mg.L 1 n i i x x S n 相对标准偏差为 4 1 1 2.16 10 mg.L 100% 0.11% 0.2003mg.L r S S x