分析测试思考题.docx

1、分析测试思考题分析测试思考题序论部分思考题1 现代分析测试技术的特点有哪些?（1）分析测试仪器系列化 化学成分分析、结构分析、谱学分析、显微分析、物化性能分析等等。（2）分析测试仪器数字化 控制程序化，结果（数据、图像）数字化、分析计算自动化、操作界面化、简单化等。（3）分析测试仪器多功能化 如电子显微镜、扫描探针、X射线衍射仪等。（4）分析测试速度高速化 如X射线衍射仪、红外光谱仪、 DNA测序等（5）分析测试试样超微量化 成分和结构的微区分析、生化分析等。（6）分析测试仪器超小型化 过去的大型精密仪器，现在都可以放在办公桌上了，如激光拉曼光谱仪、光学吸收谱仪等等。2 晶体有哪些基本性质？

2、自限性（自范性）：晶体在一定条件下能自发形成几何多面体的形状。 结晶均一性：同一晶体的不同部分具有相同的性质。各向异性：晶体性质随方位不同而有差异的特性。对称性：晶体中的晶面晶棱、角顶、结点及物理化学性质等在不同方向作有规律地重复。最小内能性：在相同热力学条件下，与同种成分的非晶体液体、气体相比，其内能最小。稳定性。3 等轴晶系的晶面间距的计算。等轴晶系：a = b = c，= = 904 核外电子运动状态描述。 主量子数n 主量子数 n 决定原子轨道的能量。 角量子数 l 角量子数 决定原子轨道的形状。 磁量子数m 磁量子数 m 决定原子轨道在空间的取向。 自旋量子数ms 决定电子自旋方向综

3、上所述，n、l 、m 三个量子数可以确定一个原子轨道，而 n、l 、m 、 ms四个量子数可以确定电子的运动状态。5 举例说明泡利不相容原理、能量最低原理和洪德规则的应用。答：（1）泡利不相容原理：在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。由泡利不相容原理，可知一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋必须相反。 （2）能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽可能排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。 （3）洪德规则：电子在简并轨道上排布时，总是以自旋相同的方式分占尽可能多的轨道。作为洪德规则的补充，简并轨

4、道在全充满、半充满和全空时是比较稳定的。6 晶体的对称特点。 宏观对称的主要特征：有限图形的对称；对称要素的组合在空间相交于一点（没有平移操作）。 微观对称的主要特征：格子构造为无限图形的对称；对称要素的组合在空间呈周期性分布（有平移操作）。 晶体内部构造中除其外形上可能出现的对称要素外，还出现特有的与平移有关的微观对称要素：平移轴、滑移面（象移面）、螺旋轴 7 晶面、晶棱、面网符号的计算及表示方法。 晶面符号:它是根据晶面与各结晶轴的交截关系，用简单的数字符号形式来表达它们在晶体上方位的一种晶体学符号。晶面符号的具体数值等于该晶面在结晶轴上所截截距系数的倒数比，表达为（h k l）。由米勒发

5、明，也称米氏符号。 如晶面符号为（321）。晶棱符号：晶棱符号只涉及方向, 不涉及具体位置。为晶棱上某点在结晶轴上所截截距系数的比，表达为u v w。其中 u:v:w = MR/a : MK/b : MF/c。如图晶棱符号为123。面网符号采用米氏符号，写成（hkl），是指面网在晶轴上的分数截距的倒数（等于在晶轴上的截距系数的倒数色谱部分思考题：1、色谱分析的主要特点和优点？ ？（1）分离效率高（2）分析速度快（3）检测灵敏度高随着信号处理和检测器制作技术的进步，不经过预浓缩可以直接检测 10-9g 级的微量物质。如采用预浓缩技术，检测下限可以达到 10-12g数量级。（4）样品用量少一次分析

6、通常只需数纳升至数微升的溶液样品。（5）选择性好（6）多组分同时分析在很短时间内（20min左右），可以实现几十种成分的同时分离与定量。（7）易于自动化现在的色谱仪器已经可以实现从进样到数据处理的全自动化操作。（8）应用范围广2、高效液相色谱法和气相色谱法的主要区别？HPLCGC1、几乎可以分析各种化合物只能分析挥发性物质，约20%的化合物2、可用于热不稳定物质的分析不能用于热不稳定物质的分析3、柱效不会很高可得到很高的柱效4、流动相有毒，费用较高流动相为气体，无毒、易处理5、仪器制造难度较大仪器制造难度较小3、气相色谱和液相色谱仪器组成。(1)高压输液泵：(2)进样装置：六通阀；(3)高效分

7、离柱：(4)液相色谱检测器：a.紫外检测器；b.光电二极管阵列检测器；c.示差折光检测器；d.荧光检测器e.电化学检测器f.质谱仪；(5)附属部件：脱气装置，自动进样装置，梯度洗脱装置，柱温箱，衍生系统，馏分收集装置以及数据处理等装置均有：载气系统、进样系统、分离系统、检测系统4、气相色谱和液相色谱仪器分析条件的选择。(1) 固定相的选择 气液色谱，应根据“相似相溶”的原则(2)柱长和柱内径的选择增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2），但组分的保留时间tR ，且柱阻力，不便操作。 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。 填充色谱柱的柱长通

8、常为13米。 可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。 柱内径一般为34厘米。(3)柱温的确定首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温，分离度，分析时间。 柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离5、高效液相色谱流动相在使用前要如何处理? （1）用0.45m的微孔滤膜过滤，以防不溶物磨损高压泵和堵塞流路、色谱柱等；（2）对流动相进行脱气处理，

9、否则，溶于流动相中的气体形成气泡会影响泵、检测器的使用；6、高效液相色谱对流动相有什么基本要求? （1）与色谱柱不发生不可逆化学变化，即保留柱效或柱子的保留性质长期不变；（2）能溶解被分离的样品；（3）与所用的检测器匹配；（4）黏度尽可能小，以获得高的柱效；（5）价格便宜、毒性小、易于纯化；7、简述色谱分析的定量原理 。定量分析：在一定的色谱条件下，某组分的质量或浓度与检测器响应信号（峰面积或峰高）成正比。8、色谱基本定义：保留时间、保留体积、分离度等保留时间tR指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需要的时间保留体积VR指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积，即VR

10、 = tR F0分离度（R）：也称分辨率。指相邻两个峰的分离程度。R作为色谱柱的总分离效能指标，定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两色谱峰峰宽之和之半的比值9.简述色谱定量分析中的内标法定义及内标物的选择原则。答：当只需测定试样中某几种组分,而且试样中所有组分不能全部出峰时,可采用此法。 内标法是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。 内标物要满足以下要求：（a）试样中不含有该物质；（b）与被测组分性质比较接近；（c）不与试样发生化学反应；（d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。XRD思考题1. X

11、射线产生的原理是什么？X射线的本质是什么？答：X射线的产生主要与原子内部电子的激发有与跃迁有关。当原子受到电子的高速撞击时，如果这些电子束的能量足够大，它们就会将原子内层的电子打出去，这一过程成为激发。当内层电子被激发后，便在原有的位置上留下一个空穴。外层高能级上的电子必然会填补这个空穴，这一过程成称为跃迁。跃迁的过程伴随着能量的释放，方式有多种。其中一种重要的形式是以光子的形式辐射，这就是X射线的发生。X射线频率的计算公式：h=E2-E1；E1、E2为两个能级的能量。本质：X射线的本质是一种电磁波，具有波粒二象性，既具有波动性，又具有粒子性，在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反应在传

12、播过程中发生干涉，衍射作用，而在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的离子性。2. 何谓连续X射线和特征X射线？试解释产生的原因。答：何谓连续X射线：正如太阳光包含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等许多不同波长的光一样，从X射线管中发出的X射线也不是单一波长（单色）的，而是包含有许多不同波长的X射线。这些波长构成连续的光谱，且是从某一最小值开始的一系列连续波长的幅射。它与可见光中的白光相似，故称白色X射线或称连续X射线。连续X射线产生的原因：连续X射线光谱(或称白色X射线)是由于快速移动的电子在靶面突然停止而产生的。每一个电子，由于突然停下来的结果，它把它的动能的一部分变为热能，一部分变为一

13、个或几个X射线量子。由于电子的动能转变为X射线能量的有多有少，所放出的X射线的频率有所不同。因此，由此产生的X射线谱是连续的，但是有一个最短波长的极限，这相当于某些电子把其全部的能量转变为X射线能量时，频率最大的情况。 何谓特征X射线：谱线的波长与管压和管流无关，它与靶材有关，对给定的靶材，它们的这些谱线是特定的。因此，称之为特征X射线或标识X射线。产生特征X射线的最低电压称激发电压。特征X射线产生的原因：特征X射线光谱产生的原因与连续光谱完全不同。由阴极飞驰来的电子，在其与阳极的原子相作用时，把其能量传给这些原子中的电子，把这些电子激发到更高一级的能阶上；换句话说，就是把原子的内层电子打到外

14、层或者甚至把它打到原子外面，而使原子电离，从而在原子的内电子层中留有缺席的位置。此时原子过渡到不稳定的受刺激的状态。原子停留在这样的受刺激状态的寿命不超过10-3秒，外层的电子立即落到内层填补空位。当发生这种过渡时，原子的能量重新减少，多余的能量就作为X射线量子发射出来X射线的频率由下式决定：hv =E2-E1式中E1和E2为原子的正常状态能量和受刺激状态时的能量由于各类原子的能阶有别，所以特征X射线的波长随阳极的材料而异。特征X射线的波长与阳极材料的原子序数的平方成反比。3. X射线的强度变化与哪些因素有关？答：连续X射线的总强度取决于电压、电流、阳极靶原子序数实验证明，连续X射线的总强度与

15、管电流i、管电压V、阳极靶的原子序数Z存在如下关系： 4. X射线与物质相互作用有哪三种情形？答：X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。5. 布拉格方程的推导和应用。公式推导：射线2比射线1多走了D-B-F的距离，=DB+BD=dsin+ dsin=2 dsin;X射线在该方向上发生衍射的条件-X射线通过干涉加强的条件是为波长的整数倍，即=n；故有n=2 dsin。这就是著名布拉格方程。应用：（1）已知晶体的d值，通过测量，求特征X射线的，并通过判断产生特征X射线

16、的元素。这主要应用于X射线荧光光谱仪和电子探针中。（2）已知入射X射线的波长，通过测量，求面网间距。并通过面网间距，测定晶体结构或进行物相分析。6. X射线分析有哪些应用？答： 物相分析；定量分析；晶胞参数的精确测定；晶粒尺寸和点阵畸变的测定；介孔材料、长周期材料的低角度区衍射；薄膜的物相鉴定及取向测定；薄膜的反射率、厚度、密度及界面粗糙度测定。7.获得晶体衍射花样的三种基本方法。各有什么应用？答：（1）劳埃法（劳厄法）。劳埃法也称固定单晶法。用连续X射线谱作为入射光源，单晶固定不动，入射线与各衍射面的夹角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的X射线来满足布拉格方程。产生的衍射线表示了各衍射面的方

17、位，固此法能够反映晶体的取向和对称性。劳埃法主要用于分析晶体的对称性和进行晶体定向。（2）旋转晶体法。旋转单晶法是用单色X射线照射单晶体，并且使晶体不断地旋转。即固定X射线的波长，不断改变角，使某些面网在一定的角度时，能满足布拉格方程，而产生衍射。旋转晶体法主要用于研究晶体结构 。（3）粉末法。粉末法是通过单色X射线照射多晶体样品，入射X射线波长固定。通过无数取向不同的晶粒来获得满足布拉格方程的角。 当波长一定的X射线照射多晶体样品时，但由于样品中有无数个晶体，且每个晶体的取向是不同，总可以找到一些颗粒中的某个面网，它与X射线的夹角恰好满足布拉格方程，而产生衍射。粉末法是X射线衍射分析中最常用

18、的方法。主要用于物相分析，点阵参数的测定等。8. 解释相干散射、非相干散射。答：当入射X射线光子与原子中束缚较紧的电子发生弹性碰撞时，X射线电子的能量不足以使电子摆脱束缚，电子的散射线波长与入射线波长相同，有确定的相位关系。这种散射称为相干散射。 当入射X射线光子与原子中束缚较弱的电子发生非弹性碰撞时，X射线光子将一部分能量传给电子，使之脱离原有的原子而成为反冲电子，同时光子本身也改变了传播方向，发生散射，且能量减小，也就是说，散射X射线的波长变长了。对于这种X射线散射，由于散射X射线与入射X射线的波长不同，不能产生干涉效应，故称为非相干散射。17. X射线的本质？答：X射线的本质是一种电磁波

19、，具有波粒二象性，既具有波动性，又具有粒子性，在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反应在传播过程中发生干涉，衍射作用，而在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的离子性。9. 简述粉晶X射线物相定性分析原理。答: 晶体的射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是射线衍射物相分析方法的依据。10. X射线荧光产生的原理。答：原子中的内层(如K层)电子被X射线辐射电离后在K层产生一个空位。外层(如L层)电子填充K层空穴时，会释放出一定的能量，当该能量以X射线辐

20、射释放出来时就可以发射特征X射线荧光。（俄歇效应与X射线荧光效应是两种相互竞争的过程。对于原子序数较小的元素，俄歇电子产生的几率高。但随着原子序数的增加，产生X射线荧光的几率逐渐增加，重元素主要以发射X射线荧光为主。）11. XRF定性分析及定量分析的基本原理。答：定性分析：根据扫描测量的谱图进行谱峰的检索并与标准谱的比对确定样品的元素(或化合物)组成。 定量分析：通过将测得的特征X射线荧光光谱强度转换成浓度的过程。原子吸收光谱，原子发射光谱，X射线荧光光谱，电子探针分析，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）12. 常见用于成分分析的方法有哪些?各有什么优缺点?答：原子吸收分析法和x射线荧光光

21、谱分析法可以用于成分分析。X射线荧光的优势：1.对于原子序数4的元素，可进行材料元素组成的定性鉴别，当浓度大于几个ppm时，鉴别只需几分钟2.是可供选择的定量分析方法之一3.不论在各种固体和液体的材料和混合物中元素的形态或氧化状态如何，均可进元素的定量测定4.可测定各种基体上薄膜的厚度13. X射线荧光光谱仪中的分光晶体的作用。14. X射线荧光光谱不能测定哪些元素？为什么？答：不能测定4号元素以下的15.试从基本原理和用途出发，阐述X射线荧光光谱分析与X射线衍射分析的联系和区别。分子振动光谱思考题1、根据双原子分子的振动方程，指出红外吸收谱带的主要决定因素有哪两个？答： K：键力常数； m1

22、、m2：两个原子的相对原子质量折合质量2、红外吸收光谱和拉曼散射光谱有什么区别和联系？红外光谱拉曼光谱联系都可以测定化合物中的基团、分子结构区别应用范围：生物、有机应用范围：无机、材料对极性键敏感（偶极矩变化）对非极性键敏感（极化率变化）需简单制样无需制样含水样品不行荧光样品不能测核磁共振思考题1、 核磁共振条件是什么 ？答：(1) 核有自旋 (磁性核)、(2) 外磁场,能级裂分;(3) 照射频率与外磁场的比值 / B0 = / (2 )、（4）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。（5）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和射频频率不同。（6）固定

23、H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处发生共振。也可固定 ，改变H0 （扫场） 2、化学位移定义以及影响化学位移的因素 ？ 答：在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移影响因素：A. 电负性（诱导效应）与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，质子的电子云密度越小，屏蔽作用减弱，NMR吸收峰高化学位移处，移动的程度正比于原子的电负性和该原子与H之间的距离。B 共扼效应当拉电子基或推电子基与双键相连时，会改变质子的电子云密度如电子云密度增大，化学位移值降低，反之升高C 各向异性效应当分子中一些基团的电子

24、云排布不对称时，处在不同位置的质子具有不同的化学位移，这种效应称为各向异性。典型代表有：苯环、双键、羰基、三键、环。D van der Waals 效应（去屏蔽效应）当两个质子在空间结构上非常靠近时，具有负电荷的电子云就会互相排斥，使这些质子周围的电子云密度减少，屏蔽作用降低，共振信号向低场移动。E 氢键效应形成氢键后1H核屏蔽作用减少，化学位移增大值，氢键属于去屏蔽效应。因此采用不同的溶剂质子的化学位移可能不同，存在溶剂效应。F 溶剂效应 溶剂效应：溶剂不同使化学位移改变的效应 溶剂效应的产生是由于溶剂的磁各向异性造成或者是由于不同溶剂极性不同,与溶质形成氢键的强弱不同引起的.3、自旋偶合和

25、自旋裂分定义。答： 分子中的核除了受外层电子的影响外（化学位移的改变），分子中邻近的核存在相互作用，这种相互作用称为自旋-自旋偶合。偶合作用不影响化学位移，但对共振峰的形状产生重大影响。 自旋核的核磁矩可以通过成键电子影响邻近磁核是引起自旋自旋偶合的根本原因。磁性核在磁场中有不同的取向，产生不同的局部磁场，从而加强或减弱外磁场的作用，使其周围的磁核感受到两种或数种不同强度的磁场的作用，故在两个或数个不同的位置上产生共振吸收峰。这种由于自旋-自旋偶合引起谱峰裂分的现象称为自旋-自旋裂分（Spin-Spin Splitting）。4、论述波谱解析的一般程序答：1. 实验样品的准备;2做必要的图谱及

26、元素分析;3分子量或分子式的确定；4计算不饱和度；5各部分结构的确定；6结构式的推定；7. 用全部光谱材料核对推定的结构式；8已知化合物，可用标准图谱对照，来确定热分析思考题1热重分析法的基本原理是什么？答：热重法是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度的关系的一种热分析技术热重法一般有两种类型，一种是等温热重法，即在恒定温度下测定物质的质量与时间的变化关系；另一种是非等温热重法，即在恒定温度下测定物质的质量与温度的变化关系。2影响热重（TG ）曲线的因素有哪些？答：仪器因素：1.基线漂移的影响2.挥发物的冷凝3.坩埚与试样的反应及坩埚的几何特性4.温度标定问题 实验因素：1.升温速率的影响2

27、.气氛的影响3.试样用量、粒度和装填情况的影响4.试样反应。3差热分析仪（DTA）的基本原理是什么？差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与相应温度（或时间）关系的一种分析技术。其原理是物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，同时还伴有吸热或放热现象，DTA曲线就是在线性升温下样吕温差与温度或时间关系的曲线。4差热（DTA）曲线的影响因素有哪些？答: 内因：试样本身的性质（热特性）外因： 仪器结构：加热炉形状、尺寸；坩埚材料、形状；热电偶位置、性能。 操作条件：加热速度；样品粒度、用量；压力、气氛。（1）升温速率 影响峰形（面积）与峰位升温速率越大，峰形越尖，峰高也增加

28、，峰顶温度也越高。 （2）样品 样品粒度100目300目。粒度小：表面积大，反应速度快；可改善导热条件；但影响气体扩散。粒度大：受热不均，峰温偏高，T范围大。对易分解产生气体的样品，粒度应大些。样品用量大，热传导迟缓，热效应产生的时间延长，温度范围扩大，差热峰越宽，越圆滑。样品量越大，易使相邻两峰重叠，降低分辨力。一般用量最多至毫克。（3）压力、气氛气氛和压力可以影响样品化学反应和物理变化的平衡温度、峰形，必须根据样品的性质选择适当的气氛和压力。压力增加，试样分解、扩散速度降低，反应T偏高。易氧化的样品，可通入N2、Ne等惰性气体5差热分析法的应用有哪些方面？答：在热分析中，DTA分析是使用较

29、早、应用较广和研究得较多的一种方法，其主要应用可归纳成以下几个方面：（1） 研究结晶转变、二级转变。（2） 追踪熔融、蒸发等相变过程。（3）用于分解、氧化还原、固相反应等的研究。（4） 可用于部分化合物的鉴定。6差示扫描量热法的应用有哪些方面？答：（1）样品焓变（H）的测定若已知仪器常数K，按测定K时相同的条件测定样品DSC曲线上峰面积S 按照式HKS可求得样品的焓变。（2）样品纯度测定利用Vant Hoff方程进行纯度测定。式中Ts为样品的瞬时温度（K），T0是纯物质的熔点（K），R是气体常数，Hf是摩尔熔融热焓， x是杂质的摩尔数，F是总样品在Ts熔化的分数（3） 结晶性高聚物结晶度测定聚

30、合物熔融热与其结晶度成正比，结晶度越高，熔融热越大。如果已知某聚合物百分之百结晶时的熔融热为Hf*，那么部分结晶聚合物的结晶度可按下式计算：= (Hf/ Hf*) 100 %式中，Hf为测定的样品熔融热。（4） 样品比热容的测定若DSC采用线性程序升温，升（降）温过程中，升（降）温速率（dT/dt）为定值，样品的热流率（dH/dt）是连续测定的，所测定的热流率与样品瞬间比热成正比，有： 式中，m为样品的质量；Cp为样品的定压比热容。此式即为DSC测定样品Cp之依据。7热重分析法的应用有哪些方面？请举例说明。（至少举5例）答：热重法的重要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，可

31、以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。目前，热重法已在下述方面得到应用：无机物、有机物及聚合物的热分解；（2）金属在高温下受各种气体的腐蚀过程；（3）固态反应；（4）矿物的煅烧和冶炼；（5）液体的蒸馏和汽化；（6）煤、石油和木材的热解过程；（7）含湿量、挥发物及灰分含量的测定；（8）升华过程；（9）脱水和吸湿；（10）爆炸材料的研究；（11）反应动力学的研究；（12）发现新化合物；（13）吸附和解吸；（14）催化活度的测定；（15）表面积的测定；（16）氧化稳定性和还原稳定性的研究；（17）反应机制的研究。8检测质量的变化最常用的办法就是用热天平，通常测量有哪两种方法？偏斜式天平是借助一个适当的转换器将天平梁的偏移转换为可记录的电讯