《化工产品分析测试技术》复习重点.docx

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《化工产品分析测试技术》复习重点

第一章

<1>光学显微分析——优点：

分析简单、直观

局限性：

只能观察材料的表面形态，不能做微区成分分析

<2>透射电子显微镜是TEM；扫描电子显微镜SEM

<3>电子显微分析法分辨率优于光学显微分析法的主要原因:

电子显微镜是以电子束代替光束

<4>透射电子显微镜主要是由三部分组成:

电子光学部分、真空部分、电器部分

<5>透射电镜需要真空的原因:

ⅰ因为高速电子与气体分子相遇和相互作用导致随机电子散射引起炫光和减低像衬度;

ⅱ照明系统中的电子枪会发生电离和放电,使电子束不稳定;

ⅲ残余气体会腐蚀电子枪中的灯丝,缩短其寿命,且会严重污染

样品

<6>为什么透射电镜通常将试样制成薄膜、单晶或者切成超薄切

片，才能进行测试？

透射电镜是利用样品对入射电子的散射能力的差异而形成衬度的，这要求制备出对电子束“透明”的样品。

<7>X射线能谱仪用于探测样品受激产生的（特征X射线）的能量和强度的设备。

<8>能谱仪（EDS）工作原理：

从试样中产生的X射线被Si（Li）半导体检测，得到电荷脉冲信号经前置放大器和主放大器转换放大得到与X射线能量成正比的电压脉冲信号后，送到脉冲处理器进一步放大再经模数转换器（ADC）转换成数字信号送入多道分析器（MCA）由计算机处理后，在显示器上显示分析结果并打印机打印。

<9>扫描电子显微镜主要有电子光学系统、真空系统、电器系统三部分，另外还有信号检测系统。

如果配置了能谱仪，则还有包括特征X射线处理系统。

<10>制备SEM样品应考虑的几个问题:

（1）观察样品一定是固体,在真空下能保持长期稳定。

含水样品

应先行干燥或予抽真空。

（2）导电性不好或不导样品,在电镜观察时,电子束打在试样上,多余的电荷不能流走,形成局部充电现象,干扰了电镜观察。

为此要在非导体材料表面喷涂一层导电物质（如碳、金），涂层厚度0.01-0.1μm，并使喷涂层与试样保持良好的接触，使累积的电荷可流走。

（3）扫描电镜样品的尺寸不像TEM样品那样要求小和薄，扫描电镜样品可以是粉末状的，也可以是块状的，只要能放到扫描电镜样品台上即可，一般SEM最大允许尺寸为φ25mm，高20mm。

（4）将样品放入样品室观察前先需用丙酮、酒精或甲苯这类溶剂清洗掉样品表面的油污，因为这些物质分解后会在样品表面沉积一层碳和其他产物，当放大倍数缩小时，图像中原视域就成为暗色的方块。

（5）在SEM里，是用特征X射线谱来分析材料微区的化学成分。

X射线谱的测量与分析主要有能谱仪（EDS）。

<11>举例说明电镜在科学研究中的作用:

可以观察材料微观尺度区域内的形貌、成分、结构及缺陷等信息

第二章

1、热分析是在（程序控制温度）下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。

程序控制温度：

指用固定的速率加热或冷却。

物理性质：

包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、升华、电学及磁学性质等。

这些物理量直接或间接与温度有关系。

2、热分析四大支柱：

差热分析（DTA）、热重分析（TG）、差示扫描量热分析（DSC）、热机械分析（TMA）.

3、热天平是根据天平梁的倾斜与重量变化的关系进行测定,即样品质量的变化与天平梁的倾斜成正比关系,有（变位法和零位法）两种

4、

5、DTA曲线的峰形与试样的性质、实验条件密切相关，某一试样给定升温速度，峰形可表征（其热反应速度的变化）。

峰形（陡），热反应速度（快）；峰形（平缓），热反应速度（慢），峰面积表示（热效应的大小）。

6、DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为（零）所需供给的（热量）为纵坐标所得的扫描曲线。

7、下图是热分析结果，指出下列两条曲线是分别通过什么方法

测出的？

8、实验条件、样品因素是如何影响差热分析效果的？

1）实验条件的影响

①升温速率的影响----影响峰位和峰形

②.气氛的影响

③压力的影响

④热电偶热端位置

⑤走纸速度（升温速度与记录速度的配合）

——走纸速度与升温速度相配合。

——升温速度10K/min/走纸速度30cm/h。

2）样品的影响

①样品用量的影响

试样用量越多，内部传热时间越长，形成的温度梯度越大，DTA峰形成扩张，分辨率下降，温度滞后严重。

样品量越大，易使相邻两峰重叠，分辨力下降。

样品用量以少为原则。

一般用量最多至毫克。

②样品粒度的影响

③试样的结晶度、纯度和离子取代

——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面积要小。

——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。

④试样的装填

——装填要求：

薄而均匀。

——试样和参比物的装填情况一致。

⑤参比物的选择

——整个测温范围无热反应

——比热与导热性与试样相近

——粒度与试样相近（100－300目筛）

9、差热分析是在程序控温下，测量物质和参比物的温度差

随时间或温度变化的一种技术。

10、

11、

12、脱水在DTA曲线上会出现（吸热）峰；发生氧化反应在

DTA曲线上会出现（放热）峰。

13、简述热重分析的特点和影响分析效果的因素

热重法是对试样的质量随以恒定速率变化的温度或在等温

条件下随时间变化而发生的改变量进行测量的一种动态技术。

影响因素：

1）样品盘的影响

2）挥发物冷凝的影响

3）升温速率的影响

4）气氛的影响

5）样品用量的影响

6）样品粒度的影响

14、简述DTA、DSC分析测试结果提供的信息差异。

第三章

1、

Eb=hν-Ek–Φ

2、简述X光电子能谱分析的基本原理.

一定量的X光照射到样品表面,和待测物质发生作用,可以使待测物质原子的电子脱离原子成为自由电子。

该过程可用下式表示:

hν=Ek+Eb+Er

式中:

hν是X射线的能量;

Ek是光电子的能量;

Eb是电子的结合能（从电子结合态移到无穷远真空静止态）;

Er是原子的反冲能量,由于其值很小,可以忽略不计

3、简述俄歇电子能谱基本原理.

当具有足够能量的粒子（光子、电子或离子）与一个原子碰撞

时，原子内层轨道上的电子被激发出后，在原子的内层轨道上产生

一个空穴，形成了激发态正离子。

这种激发态正离子是不稳定态。

在此激发态离子的退激发过程中，外层轨道的电子可以向该空穴跃

迁移并释放能量，而该释放出的能量又可以激发同一轨道层或更外层

轨道的电子使之电离而逃离样品表面，这种发射电子就是俄歇电子。

4、X光电子能谱仪的基本组成：

品样室、激发源、氩离子枪

、电子能量分析器、检测器、真空系统

第四章

1、X射线衍射分析是建立在X射线通过晶体时产生衍射现象，请问分析中的特征X射线是如何产生的？

灯丝中发出的电子达到一定的能量，电子受高压电场的作用以高速轰击靶面，会把靶面材料原子中的K层（内层）电子空出，处于激发态，其它层（外层）的电子跃入空位时，能量降低，发出可以表征该原子特征的X射线。

2、基于X射线衍射的基本原理，可以建立两种X射线衍射分析

方法，分别是（XRD）、（XRF）。

3、XRD中用于分析的最重要的卡片是什么？

PDF卡片

4、简述X射线衍射分析的特点和应用。

答：

X射线衍射仪具有易升级，操作简便和高度智能化的特点，灵活地适应地矿、生化、理化等多方面、各行业的测试分析与研究任务。

X射线衍射（XRD）是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体，重要的无损分析工具。

对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质结构表征，以性能为导向研制与开发新材料，宏观表象转移至微观认识,建立新理论和质量控制不可缺少的方法。

其主要分析对象包括：

物相分析（物相鉴定与定量相分析）。

晶体学（晶粒大小、指标化、点参测定、解结构等）。

薄膜分析（薄膜的厚度、密度、表面与界面粗糙度与层序分析，高分辨衍射测定单晶外延膜结构特征）。

织构分析、残余应力分析。

不同温度与气氛条件与压力下的结构变化的原位动态分析研究。

微量样品和微区试样分析。

实验室及过程自动化、组合化学。

纳米材料等领域。

5、简述X射线衍射仪的工作原理。

答：

用高能电子束轰击金属“靶”材产生X射线，X射线的波长和晶体内部原子面间的距离相近，当一束X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。

当X射线以掠角θ（入射角的余角）入射到某一点阵晶格间距为d的晶面上时,在符合布拉格方程的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。

当X射线波长λ已知时（选用固定波长的特征X射线），采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一θ角符合布拉格方程条件的反射面得到反射,测出θ后，利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距、晶胞大小和类型。

6、X射线衍射仪由哪几部分构成？

¡X光管

¡样品台

¡测角仪

¡检测器

7、用X射线衍射仪进行测试，对样品有哪些要求？

⏹1）粉体样品的制备；

一般要求粉体样品的颗粒度大小在0.1-10mm范围

¡选择参比物质时，尽可能选择结晶完好，晶料小于5mm，吸收系数小的样品

⏹MgO、Al2O3、SiO2

¡采用压片、胶带粘、石蜡分散的方法进行制样；

¡由于X射线的吸收与其质量密度有关，要求样品制备均匀，否则严重影响定量结果的重现性。

¡2）薄膜样品的制备

¡需要注意薄膜的厚度；

¡一般适合比较厚的薄膜；

¡要求样品具有比较大的面积，薄膜比较平整以及表面粗糙度要小。

¡3）特殊样品的制备

¡对于样品量比较少的粉体样品；

¡分散在胶带纸上黏结或分散在石蜡油中，形成石蜡糊；

¡分散均匀且每次分散量控制相同。

第五章

1、有机分子电子跃迁类型主要有4种。

所需要的能量顺序

：

σ→σ*＞n→σ*＞π→π*＞n→π*.

2、问：

在分子（CH3）2NCH＝CH2中，预计发生的跃迁类型有哪些？

σ→σ*；n→π*；n→σ*；π→π*；

3、问：

下列化合物中，同时有n→π*,π→π*,σ→σ*

跃迁的化合物是

（1）一氯甲烷

##

（2）丙酮####################

（3）1,3－丁二烯

（4） 甲醇

4、例：

请将下列化合物的紫外吸收波长λmax值按由长波到短波排列，并解释原因。

（1）CH2=CHCH2CH=CHNH2

（2）CH3CH=CHCH=CHNH2

（3）CH3CH2CH2CH2CH2NH2

解：

（2），

（1），（3）

5、例：

某化合物在正己烷和乙醇中分别测得最大吸收波长λmax=305nm和λmax=317nm，试指出该吸收是由哪一种跃迁类型所引起?

为什么?

因溶剂极性增大，λmax红移，所以由π→π*跃

迁引起。

6、试估计下列化合物中哪一种化合物的lmax最大，哪一种化合物的lmax最小，为什么？

.

解：

（b）>（a）>（c）

（b）中有两个共轭双键，存在K吸收带，（a）中有两个双键，而（c）中只有一个双键．

7、异丙叉丙酮有两种异构体：

CH3-C（CH3）=CH-CO-CH3及CH2=C（CH3）-CH2-CO-CH3．它们的紫外吸收光谱为:

（a）最大吸收波长在235nm处，emax=12000L.mol-1.cm-1;（b）220nm以后没有强吸收．如何根据这两个光谱来判断上述异构体？

试说明理由．

解：

　（a）为a,b-不饱和酮，即第一种异构体，因为该分子中存在两个双键的p-p共轭体系，吸收峰波长较长，而（b）在220nm以后无强吸收，说明分子中无K吸收带．故为第二种异构体．

8、例：

1.0⨯10-3mol/L的K2Cr2O7溶液在波长450nm和530nm处的吸光度A分别为0.200和0.050。

1.0⨯10-4mol/L的KMnO4溶液在450nm处无吸收，在530nm处吸光度为0.420。

今测得某K2Cr2O7和KMnO4的混合液在450nm和530nm处吸光度分别为0.380和0.710。

试计算该混合溶液中K2Cr2O7和KMnO4浓度。

假设吸收池长为10mm。

分析：

计算浓度，需要知ε，比色皿厚度、吸光度

解：

∵λ=530nmKMnO4A=0.420=εmn530×1×1.0×10-4

εMn530=4200L/mol.cm

K2Cr2O7A=0.050=εCr530×1×1.0×10-3

εCr530=50L/mol.cm

λ=450nmK2Cr2O7A=0.200=εC450×1×1.0×10-3

εCr450=200L/mol.cm

∵在λ=450nm时KMnO4无吸收

∴0.380=εCr450×1×Ccr

∴Ccr=0.380/200=1.9×10-3mol.L-1

∴在λ=530nm时0.710=50×1×1.9×10-3+4200×1×CMn

∴CMn=1.46×10-4mol.L-1