仪器分析复习概述.docx

仪器分析复习概述.docx

《仪器分析复习概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析复习概述.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

仪器分析复习概述

仪器分析复习概述

S1.概述

1.仪器分析的分类

答：

仪器分析通常分为光分析法、电化学分析法、色谱法以及其它仪器分析方法几大类。

包括成分分析、结构分析和表面、形貌分析三大部分。

分类

原理

具体包括

光分析法

光谱法

以光的发射、吸收和散射为基础建立起来的一类分析方法。

通过检测光谱的波长或强度进行分析。

原子光谱法（发射、吸收、荧光、X射线荧光）、

分子光谱法（紫外、可见，红外，荧光，磷光，化学发光，拉曼，核磁共振等）。

非光谱法

通过测量光的某些其它性质，如反射、散射、干涉、衍射和偏振等变化建立起来的一类分析方法。

折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、X射线衍射法和电子衍射法等。

电化学分析法

根据物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分析的一类分析方法。

电导法、电位法、电解和库仑法、伏安和极谱法等

色谱分析法

根据混合物的各组分在互不相溶的两相（固定相和流动相）中吸附能力、分配系数或其它亲和作用的差异进行分离、分析的方法。

气相色谱法和液相色谱法等。

其它仪器分析

根据元素的质量与电荷比的关系进行分析的方法

质谱法

根据物质的质量、体积、热导或反应热与温度之间的关系进行分析的方法

热分析法

利用核衰变过程中所产生的放射性辐射来进行分析的方法

放射化学分析法

2.与化学分析相比，仪器分析的特点

答：

多元素同时分析：

最多可达50~60个元素；

灵敏度高：

一般可达到10-6-10-9；

选择性好，抗干扰能力强：

干扰少，可不经分离直接进行分别测定；

样品用量少：

固体样几~几十mg，液体样一般几十

；

固体样品直接分析：

导体、非导体可直接整体、微区和薄层分析；

化学形态分析：

能直接分析出有机物及阴离子的价态；

线性范围宽：

工作曲线线性范围可达4-9个数量级；

操作简便，自动化程度高：

一般由计算机控制；

相对误差较大：

一般为5%，而化学分析一般为%-1%；

仪器价格昂贵：

仪器一般几万到几十万；

S2.光学分析法导论

名词解释

基态：

能量最低，最稳定的能量状态；

激发态：

所有高于基态的能量状态称为激发态；

激发能：

从基态跃迁到某一激发态所需要的能量；

电离能：

电子脱离原子核的束缚所需要的能量；

辐射的吸收：

构成物质的每一个基本体系（原子、离子、分子）具有不连续的有限的量子化能级，当他们暴露在辐射中时，可以吸收某些频率的电磁辐射，使这些粒子由基态跃迁到激发态，这称为辐射的吸收。

辐射的发射：

另一方面，原来处于激发态的粒子回到低能级或者基态，往往会发出电磁辐射，这称为辐射的发射。

线光谱：

当辐射的物质是各个气态原子时，产生紫外、可见光区的线光谱

带光谱:

带光谱是由许多量子化的震动能级叠加在分子的基态能级上而形成的，它是由一系列靠的很近的线光谱组成

连续光谱:

固体加热至炽热会发射连续光谱，这类热辐射称为黑体辐射

自发发射：

激发态的粒子在受激后在很短的时间内返回到低能态或基态，辐射出光量子，这个过程为自发发射

受激发射：

处于高能级的粒子受到外界诱导跃迁到低能级或基态，同时发射出光子的过程。

原子光谱：

分子光谱:

简答题

1.常见的光源与分光系统有哪些。

答：

常见的光源分为三类。

分别为连续光源、线光源（激光光源）

而分光系统中常用的主要有棱镜、光栅、狭缝

2.比较光栅和棱镜分光的优缺点

（1）光栅光谱是均匀排列的，而棱镜光谱为非均匀光谱；

（2）光谱排列顺序不同，光栅光谱是由紫到红，棱镜光谱是由红到紫；

（3）光栅光谱有谱级的重叠现象，而棱镜光谱却没有；

（4）光栅光谱适用范围大，几个nm～100μm，棱镜光谱适用范围小120nm~60μm

3.了解测可见光、红外光谱、紫外光谱分别用哪些类型的检测器

答：

真空

紫外

可见

近红外

红外

远红外

光检测器

光电倍增管

光电管

光电池

硅二极管

光导电检测器

热检测器

热电偶

辐射热测量计

热电检测器

4.原子光谱中定量与定性分析时狭缝宽度的选择。

答：

1）.定性分析:

选择较窄的狭缝宽度提高分辨率减少其它谱线的干扰,提高选择性；

2）.定量分析:

选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝的亮度,提高分析的灵敏度；

3）.应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度,并通过条件优化确定最佳狭缝宽度;

4）.与发射光谱分析相比,原子吸收光谱因谱线数少,可采用较宽的狭缝.但当背景大时，可适当减小缝宽。

S3.原子光谱法基础

名词解释

共振线：

由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线

主共振线：

由第一激发态向基态跃迁所发射的谱线称为主共振线

原子线：

由原子所发射的谱线，以I表示

能级图：

把原子系统内可能存在的量子化能量用图解的表示

光谱项：

粒子的一个能态。

标记该能态的量子数称为光谱项符号。

原子吸收：

在热的气体介质中，气态原子能够吸收特征辐射波长使电子从基态跃迁到较高的激发态，产生原子吸收光谱，原子吸收通常是对锐线光源的特征吸收。

原子荧光：

气态自由原子吸收特征辐射后跃迁到较高能级，然后又跃迁回到基态或低能态，同时发射出与原激发辐射波长相同或不同的辐射即为原子荧光。

原子发射：

原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到了发射光谱，原子发射光谱是线状光谱。

原子化器：

将样品中待测组份转化成基态原子的装置，又叫“吸收池”

谱线轮廓：

谱线强度或吸收系数随频率或波长的分布

自吸效应：

大多数光源的中心部分温度很高，外层温度较低，中心部分原子所发射的谱线，会被外层处于基态的同类原子所吸收，结果谱线强度减弱，这种现象称为谱线的自吸收

简答题

1.了解谱线宽度的因素

答：

谱线宽度的影响因素一览表

主要类型

机理

自然宽度

不受外界条件影响的谱线固有宽度

多普勒变宽

原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽

场致变宽

由于磁场和电场的作用引起的谱线变宽

压力变宽

洛伦兹变宽

不同粒子碰撞引起的谱线变宽

赫芝马变宽

同种粒子碰撞引起的谱线变宽

自吸变宽

由于自吸效应所引起的谱线变宽

2.温度对原子光谱的影响

答：

主要就是影响基态原子和激发态原子的关系，基态原子吸收其共振辐射后，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子光谱。

根据热力学原理，在原子蒸气中，可能会有基态与激发态同时存在。

在一定的温度下达到热平衡时，基态与激发态原子数的比例遵循Boltzman分布定律：

式中，Ni与N0分别为激发态与基态的原子数；gi/g0为统计权重；T为热力学温度；K为常数，EI为激发能。

显而易见，温度越高，Ni/N0值越大，即激发态原子数随温度升高而增加，而且按照指数关系变化；在相同温度条件下，激发能越小，光谱线波长越长，Ni/N0值越大。

3.原子化的方法有哪些试样是如何引入的

答：

发射光谱分析要求所形成的原子被激发或电离处于高能态。

吸收、荧光光谱则要求原子处于基态或低能态。

因此分析的要求不同，其原子化的方法也就不一样。

原子化器类型

原子化温度

主要应用类型

火焰

1700~3150

原子吸收与原子荧光

电热原子化

1200~3000

电感耦合等离子体（ICP）

4000~6000

原子发射光谱与原子质谱

直流等离子体（DCP）

4000~6000

微波感应等离子体（MIP）

2000~3000

辉光放电（GD）

非热

电弧

4000~5000

电火花

>10000

试样引入的方法

方法

试样状态

气动雾化

溶液或者匀浆

超声雾化

溶液

电热蒸发

固体，溶液

氢化物发生

易挥发元素的溶液

直接插入法

固体，粉末

激光熔融

固体，金属

火花，电弧熔融

导电金属

辉光放电溅射

导电金属

S4.原子发射光谱法

名词解释

火花放电：

在大气压或高气压下的一种气体放电形式，因发电通道似火花而得名

电弧放电：

两个电极在一定电压下由气态带电粒子，如电子或离子，维持导电的现象

缓冲剂：

具有比基体元素低待测元素高的沸点，可控制蒸发温度，分析物的挥发和离解行为

灵敏线：

一般指强度较大的谱线，通常具有较低的激发电位和较大的跃迁几率

最后线：

由于谱线的强度与样品中元素的浓度有关，因而当元素浓度逐渐减小时，谱线数目相应减少，最后消失谱线，称为最后线

共振线：

由激发态向基态跃迁所产生的谱线

第一共振线：

由第一激发态向基态跃迁所产生的谱线

分析线：

在光谱定性分析时，并不需要检查所有的谱线，只需要检查元素的几条灵敏线就行了，所用的灵敏线称为分析线

自吸：

多数光源的中心部分温度很高，外层温度较低，中心部分原子所发射的谱线，会被外层处于基态的同类原子所吸收，结果谱线强度减弱，这种现象称为谱线的自吸收

简答题

1.原子发射光谱法的特点

答：

1）.多元素同时析出2）.检出限低3）.选择性好，抗干扰能力强4）.样品用量少

5）.固体样品直接分析6）.线性范围宽7）.操作简便、快速

2.光源的选择依据

答：

a）.试样的性质：

如挥发性、电离电位

b）.试样的形状：

如块状、粉末、溶液

c）.含量高低

d）.光源特性：

蒸发特性、激发特性、放电稳定性

发射光谱为什么可以实现多元素分析

答：

ICP发射光谱法具有同时或顺序多元素测定能力，特别是固体成像检测器的开发和使用及全谱直读光谱仪的商品化更增强了它的多元素同时分析的能力。

4.原子发射光谱有哪些背景干扰以及如何消除这些类型的背景干扰

答：

原子发射光谱的背景干扰来源及消除方法

背景干扰来源

具体

消除方法

分子辐射

试样本身或试样产生的分子氧化物发射的带状光谱

1.背景的扣除

在峰校正法，离峰校正法。

如果是光电检测器，谱线强度被直接积分，背景可直接由带有自动扣除背景的装置扣除

2.选不受干扰的谱线进行分析，尽量灵敏干扰少的谱线

谱线的翼展

谱线周围其他元素的强扩散线

黑体辐射

光源中炽热的固体物质发射的光谱，如电极头

离子复合

电子在离子场中被离子俘获而形成中性原子过程中引起能量变化多产生的连续辐射

轫致辐射

电子通过荷电粒子库仑场时被加速或减速引起的连续辐射

杂散光

仪器光学系统对一些辐射的散射

S5.原子吸收光谱法与原子荧光光谱法

名词解释

光源调制：

将入射光所产生的直流信号转换成交流信号，通过电学方法将其与来自火焰的直流信号滤掉，从而避免火焰背景干扰。

简答题

1.原子吸收光谱法的优缺点

答：

AAS的优点：

精密度高、检出限低、光谱干扰小，选择性好、测定范围广、操作简便快速

AAS的不足：

多元素同时测定有困难；对非金属及难熔元素的测定尚有困难；石墨原子吸收分析的重现性较差；

2.原子吸收光谱仪的仪器有哪几部分组成，每个主要部分的作用是什么

答：

原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计，由光源、原子化器、分光系统和检测器等四部分组成

原子吸收光谱仪的仪器组成及作用

组成部分

仪器选择

作用

光源

空心阴极灯

发射被测元素的特征共振辐射

原子化器

火焰原子化器（预混合式）

非火焰原子化器

（石墨炉电热原子化器）

将样品中待测组分转化为基态原子的装置

分光系统

光栅

滤出其他非吸收谱线的光学干扰

检测系统

光电原件

将分光系统的吸收信号转换成便于放大、读数的电信号

放大器

放大电信号、消除火焰中待测元素热激发自发发射光谱的干扰

读数装置

读出数据

3.试比较原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法有哪些异同。

相同点

不同点

原子发射光谱法

均是原子光谱法，且以光的发射、吸收和散射为基础建立起来的一类分析方法。

通过检测光谱的波长或强度进行分析。

原子吸收光谱法

原子荧光光谱法

4.在原子吸收分析中为什么要使用空心阴极灯光源光源为什么要进行调制

答：

由于灯的工作电流不大（mA），阴极温度不高，多普勒变宽不明显，自吸效果小；灯内的气压很低，洛伦兹变换可忽略；电场强度不大，场致变宽也可忽略。

因此在正常工作条件下，空心阴极灯能发射锐线光谱；且发射强度大，光源稳定性好，使用寿命长；基本符合原子吸收分析仪对光源的要求。

来自火焰的背景辐射（连续光谱、直流信号）可与待测物吸收线一同进去检测器，尽管单色器可滤除一部分背景，但仍不能完全消除这些背景对测定干扰。

所以，必须对光源进行调制。

5.石墨炉原子化器的组成、原理、及优缺点

答：

石墨炉原子化器

石墨炉原子化器

类别

非火焰原子化器

石墨炉组成

电源、保护系统、石墨管

升温程序

干燥、灰化、原子化和净化

原子化优点

灵敏度高；试样用量少；固体样品分析；可通过升温程序预处理试样

缺陷

精密度较差；基体效应严重

6.原子吸收分光光度法有哪些干扰，怎样减少或消除这些干扰

答：

尽管原子吸收法比原子发射法干扰要少得多，但也存在不少的干扰因素

来源

消除方法

光谱干扰

谱线干扰

由于干扰物与分析物谱线分辨不开所造成的干扰

减小狭缝的宽度；另选分析线；分离干扰元素

背景干扰

由于火焰分子发射后、分子吸收和光散射所引起的光谱干扰

光源调制

非光谱干扰

电离干扰

高温导致原子电离从而使基态原子数减少，吸光度下降

加入消电离剂，产生大量电子，从而抑制待测原子的分离

化学干扰

由于被测元素原子与共存组分发生化学反应生成难挥发的化合物造成的干扰

选择合适的原子化方法；增加观察时间；加入释放剂、保护剂；加入缓冲剂；进行化学分离

物理干扰

试样粘度、表面张力使其进入火焰的速度或喷雾效率改变引起的干扰

可通过配制与试样具有相似组成的标准溶液来克服

S6.质谱法

1.定义：

基于对样品气态离子的质荷比和离子流强度进行成分和结构分析的仪器

2.分辨本领：

指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力，定义为两相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于峰高的10%，则二者分开，其分辨率为

，可见质量数越小，分辨率越低。

3.分辨本领的决定因素：

离子通道的半径r；

加速器和收集器的狭缝宽度；

离子源的性质

4.质谱分析的步骤：

1）.离子化，即将待测物大部分转化成离子流一般为单电荷正离子

2）.分离，将离子按质量/电荷的比值分类

3）.检测，计算各种离子的数目或者测定由离子轰击传感器时产生的离子电流

5.质谱仪的基本构成

答：

质谱仪有进样系统、电离系统、质量分析器和检测系统为了获得离子的良好分

析，必须避免离子损失，因此但凡有样品分子及离子存在或者通过的地方必须处于真空状态。

构成

装置类型

作用

进样系统

间歇式进样系统

直接探针进样

色谱进样系统

将样品引入离子源，要求重复性好，不引起真空度降低

电离系统

电子轰击源

化学电离源

快原子轰击

高频火花源

电感耦合等离子体离子源

将引入的样品转化成碎片离子的装置

质量分析器

磁飞行器

飞行时间分析器

四级杆

将不同的碎片离子按质荷比分开

检测系统

电子倍增器

闪烁计数器

检测离子流

环状结构的形成原因：

高频电流的趋肤效应和载气动力学的双重作用的结果

中的干扰以及消除的方法

干扰类型

来源

消除方法

谱线干扰

同质量类型的离子

不同元素质量相同的同位素

计算机软件校正

多原子或分子离子

等离子体与基体相互作用

扣空白校正

氧化物和氢氧化物离子

形成氧化物或氢氧化物的干扰

优化实验条件

杂质离子

分离锥材料溅出的金属离子或者试剂中的杂质离子

使用超纯试剂

基体效应

低电离能元素的电离抑制了待测元素的电离

稀释、基体匹配、标准加入

基体效应：

试样中成分对分析元素测量的总效应

的应用

答：

1）.定性和半定量分析，特点是检出限低，谱图简单

2）.定量分析，主要是标准曲线法、内标法、同位素稀释法

3）.同位素比测法

9.质谱中离子峰的主要类型:

分子离子峰、碎片离子峰、重排离子峰、亚稳离子峰、同位素离子峰

S7.色谱法

液相色谱法：

用液体作为流动相的色谱法为液相色谱法

纸色谱：

利用滤纸作为固体相，样品溶液在纸上展开进行分离

色谱峰：

组分从色谱柱中流出时，检测器响应讯号大小随时间变化所形成的峰形曲线叫做色谱峰

基线：

色谱柱中仅有载气通过时，检测器响应讯号的记录应为一条直线，称为基线

峰高：

色谱峰最高点到基线之间的距离称为峰高

保留时间：

从进样开始到某一组分色谱峰顶点所需的时间间隔，其相应通过的载气体积称为该组分的保留体积

死时间：

不被固定相吸附或溶解的组分（甲烷）从进入其色谱柱到出现色谱峰最高点所需的时间，其相应通过的载气体积称为死体积

分辨率：

定量描述混合物中相邻两组分在色谱柱中分辨情况的主要指标，等于相邻两组分保留值之差与两组分峰宽之和的一半的比值。

色谱图、死时间、保留体积、分离度、峰高、峰面积、气相色谱法

简答题

1.气相色谱仪和液相色谱仪器的构成，各有什么作用

答：

1）.气相色谱仪有五个组成部分：

气路系统、进样系统（进样室和气化室）、色谱柱、检测器（浓度检测器、质量型检测器）、记录器

2）.液相色谱仪有四个组成部分：

高压输液系统、进样系统、分离系统（色谱柱）、检测系统（溶质性检测器、总体检测器）

3）.检测器的性能指标：

检测器的灵敏性、检测器的敏感度

2.试述塔板理论和速率理论的要点。