仪器分析第四版课后参考答案.docx

1、仪器分析第四版课后参考答案第二章 习题解答1.简要说明气相色谱分析的基本原理借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发（气液色谱），或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?气路系统、进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统。气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭的气路系统；进样系统包括进样装置和气化室，其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中；分离系统包括分离柱和柱箱；温控系统；检测

2、系统包括检测器和放大器；记录和数据处理系统用积分仪或色谱工作站。16.色谱定性的依据是什么?主要有那些定性方法?解:根据组分在色谱柱中保留值的不同进行定性。主要的定性方法主要有以下几种:(1)直接根据色谱保留值进行定性(2)利用相对保留值r21进行定性(3)保留指数法17.何谓保留指数?应用保留指数作定性指标有什么优点?用两个紧靠近待测物质的标准物（一般选用两个相邻的正构烷烃）标定被测物质，并使用均一标度（即不用对数），用下式定义：X为保留值（tR, VR ,或相应的记录纸距离），下脚标i为被测物质，Z，Z+1为正构烷烃的碳原子数，XZ Xi XZ+1，IZ = Z 100优点:准确度高,可根

3、据固定相和柱温直接与文献值对照而不必使用标准试样。19.有哪些常用的色谱定量方法? 试比较它们的优缺点和使用范围? 1外标法（标准曲线法） 外标法是色谱定量分析中较简易的方法该法是将欲测组份的纯物质配制成不同浓度的标准溶液。使浓度与待测组份相近。然后取固定量的上述溶液进行色谱分析得到标准样品的对应色谱团，以峰高或峰面积对浓度作图（取直线部分）。分析样品时，在上述完全相同的色谱条件下，取制作标准曲线时同样量的试样分析、测得该试样的响应讯号后由标谁曲线即可查出其百分含量此法的优点是操作简单，适用基体简单的样品；结果的准确度取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性 2内标法 当只需测定试样中某几个组份

4、，或试样中所有组份不可能全部出峰时，可采用内标法。具体做法是：准确称取样品，加入一定量某种纯物质作为内标物，然后进行色谱分析根据被测物和内标物在色谱图上相应的峰面积(或峰高）)和相对校正因子求出某组分的含量内标法是通过测量内标物与欲测组份的峰面积的相对值来进行计算的，因而可以在定程度上消除操作条件等的变化所引起的误差 内标法的要求是：内标物必须是待测试样中不存在的；内标峰应与试样峰分开，并尽量接近欲分析的组份内标法的缺点是在试样中增加了一个内标物，常常会对分离造成一定的困难。3归一化法 归一化法是把试样中所有组份的含量之和按100计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高为定量参数通过下列公式计算各组

5、份含量：由上述计算公式可见，使用这种方法的条件是：经过色谱分离后、样品中所有的组份都要能产生可测量的色谱峰 该法的主要优点是：简便、准确；操作条件(如进样量，流速等)变化时，对分析结果影响较小这种方法常用于常量分析，尤其适合于进样量很少而其体积不易准确测量的液体样品27.在一色谱柱上，测得各峰的保留时间如下：求未知峰的保留指数解：将有关数据代入公式得：I = (log14.8 log13.3)/(log17.3-log13.3)+8 100=840.6428.化合物A与正二十四烷及正二十六烷相混合注入色谱柱进行试验，得调整保留时间为A, 10.20min, n-C24H50, 9.81min,

6、 n-C26H54, 11.56min, 计算化合物A的保留指数。解；同上。29.测得石油裂解气的气相色谱图（前面四个组分为经过衰减1/4而得到），经测定各组分的f 值并从色谱图量出各组分峰面积为：用归一法定量，求各组分的质量分数各为多少故：CH4, CO2, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8的质量分数分别为：wCH4 =(2140.74 4/2471.168 )100%=25.63%wCO2 =(4.5 1.00 4/2471.168 )100% =0.73%wC2H4 =(278 4 1.00/2471.168) 100% =45.00%wC2H6 =(77 4 1.05/24

7、71.168 )100% =13.09%wC3H6 = (250 1.28 /2471.168) 100%=12.95%wC3H8 =(47.3 1.36/2471.68 )100%=2.60%解：（1）从图中可以看出，tR2=17min, Y2=1min,所以； n = 16(tR2/Y2)2 =16172 = 4624 (2) tR1= tR1- tM =14-1=13min t”R2=tR2 tM = 17-1 = 16min相对保留值 a = tR2/tR1=16/13=1.231根据公式：L=16R2(1.231/(1.231-1)2 Heff通常对于填充柱，有效塔板高度约为0.1c

8、m, 代入上式， 得：L=102.2cm ?1m22.分析某种试样时，两个组分的相对保留值r21=1.11, 柱的有效塔板高度H=1mm，需要多长的色谱柱才能完全分离根据公式 25. 丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据：计算：（1）丁烯的分配比是多少（2）丙烯和丁烯的分离度是多少解： （1）kB= tR(B)/tM =(4.8-0.5)/0.5=8.6 (2) R = tR(B)-tR(P)2/(YB+YP)=(4.8-3.5) (1.0+0.8) =1.44第3章思考题解答1.从分离原理、仪器构造及应用范围上简要比较气相色谱及液相色谱的异同点。解：二者都是根据样品组分与流动相和固定

9、相相互作用力的差别进行分离的。从仪器构造上看，液相色谱需要增加高压泵以提高流动相的流动速度，克服阻力。同时液相色谱所采用的固定相种类要比气相色谱丰富的多，分离方式也比较多样。气相色谱的检测器主要采用热导检测器、氢焰检测器和火焰光度检测器等。而液相色谱则多使用紫外检测器、荧光检测器及电化学检测器等。但是二者均可与MS等联用。气相色谱的分离能力远大于液相色谱。都具有灵敏度高、分析速度快，操作方便等优点。但沸点太高的物质（大于400 ）或热稳定性差的物质难以用气相色谱进行分析。而只要试样能够制成溶液，既可用于HPLC分析，而不受沸点高、热稳定性差、相对分子量大的限制。5. 在液-液分配色谱中，为什么

10、可分为正相色谱及反相色谱解：正相色谱：流动相的极性小于固定液的极性； 反相色谱：流动相的极性大于固定液的极性。采用正相及反相色谱是为了降低固定液在流动相中的溶解度从而避免固定液的流失。9.高效液相色谱进样技术与气相色谱进样技术有和不同之处解：气相色谱进样系统包进样器和气化室。气体样品通过注射器或定量阀进样。液体或固体试样可稀释或溶解后直接用微量注射器进样。试样在气化室瞬间气化后，随载气进入色谱柱分离。在液相色谱中为了承受高压，常常采用停流进样和高压定量进样阀进样的方式8何谓梯度洗提它与气相色谱中的程序升温有何异同之处解：在一个分析周期内，按一定程序不断改变流动相的组成或浓度配比，称为梯度洗提是

11、改进液相色谱分离的重要手段梯度洗提与气相色谱中的程序升温类似，但是前者连续改变的是流动相的极性、pH或离子强度，而后者改变的温度程序升温也是改进气相色谱分离的重要手段第4章 习题解答1.电位测定法的根据是什么?对于一个氧化还原体系:Ox + ne- = Red根据能斯特方程式:E = E0Ox/Red + TR/nF ln (aOx/aRed)对于纯金属,活度为1,故上式变为:可见,测定了电极电位,即可测定离子的活度(或浓度),这就是电位测定法的理论依据.2.何谓指示电极及参比电极?试各举例说明其作用.解:指示电极:用来指示溶液中离子活度变化的电极,其电极电位值随溶液中离子活度的变化而变化,在

12、一定的测量条件下,当溶液中离子活度一定时,指示电极的电极电位为常数.例如测定溶液pH时,可以使用玻璃电极作为指示电极,玻璃电极的膜电位与溶液pH成线性关系,可以指示溶液酸度的变化.参比电极:在进行电位测定时,是通过测定原电池电动势来进行的,电动势的变化要体现指示电极电位的变化,因此需要采用一个电极电位恒定,不随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化的电极作为基准,这样的电极就称为参比电极.例如,测定溶液pH时,通常用饱和甘汞电极作为参比电极.3.为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?如何估量这种选择性?解:因为离子选择性电极都是由对特定离子有特异响应的敏感膜制成.可以用选择性电极的选择性系数来

13、表征.称为j离子对欲测离子i的选择性系数.4.为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?如何估量这种选择性?解:离子选择性电极是以电位法测量溶液中某些特定离子活度的指示电极.各种离子选择性电极一般均由敏感膜及其支持体,内参比溶液,内参比电极组成,其电极电位产生的机制都是基于内部溶液与外部溶液活度不同而产生电位差.其核心部分为敏感膜,它主要对欲测离子有响应,而对其它离子则无响应或响应很小,因此每一种离子选择性电极都具有一定的选择性.可用离子选择性电极的选择性系数来估量其选择性.10.设溶液中 pBr = 3, pCl =1. 如用溴离子选择性电极测定Br- 离子活度,将产生多大误差?已知电极的选

14、择性系数KBr-, Cl-=610-3.11.某钠电极,其选择性系数KNa+,H+ =30. 如用此电极测定pNa等于3的钠离子溶液,并要求测定误差小于3%,则试液的pH必须大于多少?解: 30 aH+/10-3 0.03aH+ 6绘制滴定曲线绘制DpH/DV V曲线用二级微商法确定终点计算试样中弱酸的浓度化学计量点的pH应为多少?计算此弱酸的电离常数(提示:根据滴定曲线上的半中和点的 pH)解: (a)根据上表,以E/V为纵坐标，以V/mL为横坐标，作图，即可得到如左图所示的滴定曲线 (b)利用DpH/DV=(pH2-pH1)/(V2-V1)求得一阶微商，与相应的滴定体积列入下表然后，以Dp

15、H/DV对V作图，即可得到下页所示的一阶微商V曲线0.10 : (65+1.532) = x : 65 x = 0.098 约等于 0.10(d) 0.100050.00=C 15.70(e) 同例题中求终点电位方法相同 8.24+(9.43-8.24) 65/(65+1.532) = 9.40(f) 由于 所以,滴定到一半时溶液的pH即为该弱酸的离解常数.滴定到一半时,体积为15.698/2 = 7.85mL,从pH V曲线查得 pH=5.60亦即离解常数pKa=5.60滴定时用氟离子离子选择性电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，得到下列数据：(a)确定滴定终点，并计算氟化钠溶液的浓度。

16、(b)已知氟离子选择性电极与饱和甘汞电极所组成的电池的电动势与氟化钠浓度间的关系可用式(4-22)表示，用所给的第一个数据计算式(4-22)中的K值。 (c) 用(b)项求得的常数，计算加入50.00mL滴定剂后氟离子的浓度。(d)计算加入50.00mL滴定剂后游离La3+浓度.(e)用(c) (d)两项的结果计算LaF3的溶度积常数。解: (a) 参考教材p137.(b) 结合(a)中求得的aF-及上表中VLa=0.00mL时的电动势，采用下式即可求得K ：(c) 利用上式可求得加入50.00mL后，E=-0.1118V时的CF-第五章3在极谱分析中，为什么要加入大量支持电解质加入电解质后电

17、解池的电阻将降低，但电流不会增大，为什么解：加入支持电解质是为了消除迁移电流由于极谱分析中使用滴汞电极，发生浓差极化后，电流的大小只受待测离子扩散速度（浓度）的影响，所以加入支持电解后，不会引起电流的增大4当达到极限扩散电流区域后，继续增加外加电压，是否还引起滴汞电极电位的改变及参加电极反应的物质在电极表面浓度的变化解：极谱分析中，由于滴汞电极的电位受外加电压所控制，所以当达到极限扩散电流区域后，继续增加外加电压，会引起滴汞电极电位的改变但由于滴汞电极表面待测离子浓度已经降低到很小，甚至为零，而溶液本体中待测离子尚来不及扩散至极化电极表面，所以不会引起电极表面待测离子浓度的变化5残余电流产生的

18、原因是什么它对极谱分析有什么影响解：残余电流的产生主要有两个原因，一为溶液中存在微量的可以在电极上还原的杂质，二为充电电流引起它对极谱分析的影响主要是影响测定的灵敏度6极谱分析用作定量分析的依据是什么有哪几种定量方法如何进行解：根据极谱扩散电流方程式：id=607nD1/2m2/3t1/6C,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。极谱定量方法通常有直接比较法，标准曲线法，标准加入法等三种。7举例说明产生平行催化波的机制解：极谱催化波属于一种极谱动力波，其中化学反应与电极反应平行：当氧化剂X在电极上具有很高的超电位时，就可以保证上述催化循环进行下去，

19、由于大量消耗的氧化剂是X,它可以在溶液中具有较高浓度，A则被不断地消耗和再生，总浓度基本保持不变，产生的催化电流与催化剂A的浓度成正比8方波极谱为什么能消除电容电流解：根据方波电流产生的机制，方波电压通过电解池产生的电容电流随时间而很快地衰减，即：因此，只要时间足够长，就可以将电容电流衰减至最小，甚至可以忽略不计9比较方波极谱及脉冲极谱的异同点解：充电电流限制了交流极谱灵敏度的提高，将叠加的交流正弦波该为方波，使用特殊的时间开关，利用充电电流随时间很快衰减的特性（指数特性），在方波出现的后期，记录交流极化电流信号，而此时电容电流已大大降低，故方波极谱的灵敏度比交流极谱要高出两个数量级方波极谱基

20、本消除了充电电流，将灵敏度提高到10-7 mol.L-1 以上，但灵敏度的进一步提高则受到毛细管噪声的影响脉冲极谱是在滴汞电极的每一滴汞生长后期，叠加一个小振幅的周期性脉冲电压，在脉冲电压后期记录电解电流由于脉冲极谱使充电电流和毛细管噪声电流都得到了充分衰减，提高了信噪比，使脉冲极谱成为极谱方法中测定灵敏度最高的方法之一根据施加电压和记录电流方式的不同，脉冲极谱分为常规脉冲极谱和微分脉冲极谱两种(1)分别写出富集和溶出时的电极反应式.(2)画出它的溶出伏安图.解: (1)电极反应式:富集: S2- +Hg - 2e =HgS溶出:HgS + 2e = S2- + Hg(2)溶出伏安图: 题11

21、11.在0V(对饱和甘汞电极)时,重铬酸根离子可在滴汞电极还原而铅离子不被还原.若用极谱滴定法以重铬酸钾标准溶液滴定铅离子,滴定曲线形状如何?为什么?解: 铅无电活性,不能在滴汞电极上被还原,因而在化学计量点之前,电流很低,化学计量点之后,重铬酸根过量,开始还原,电流开始增加.12.在双指示电极电位滴定中,以I2溶液滴定S2O32-, 此滴定的滴定曲线应该呈什么形状?为什么?在滴定开始至终点之前（0a1),没有可逆电对存在，DU最大，终点之后，存在可逆电对I2/I-,故DU开始减小解: 根据公式:得 Cx = 3.3010-3mol.L-1W%=Cx 0.250 118.3 100%/3.00

22、0=3.25%14.溶解0.2g含镉试样, 测得其极谱波的波高为41.7mm,在同样实验条件下测得含镉150, 250, 350, 及500mg的标准溶液的波高分别为19.3, 32.1, 45.0及64.3mm. 计算试样中的质量分数.解:绘制标准曲线,如右图所示.从图中查得,当波高为41.7时，对应的质量为324mg. 故质量分数为:324 10-6/0.2 100% = 0.162%15. 用下列数据计算试样中铅的质量浓度,以mg.L-1表示.解: 设试样中铅的摩尔浓度为CPb, 则:i1 = 58.9-12.4= 46.5 = KCPb 10.0/50.0i2 = 81.5-12.4

23、= 69.1 = K (CPb 10.0 + 5.0 1.7 10-3)/50.0 i2/i1 = 69.1/46.5 = (CPb 10.0 + 5.0 1.7 10-3)/(CPb 10.0) 得:CPb = 0.00175质量浓度为 CPb MPb 1000 = 0.00175 207.2 第七章3. 何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系解：由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。灵敏线(sensitive line) 是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振线(re

24、sonance line)。最后线(last line) 是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。进行分析时所使用的谱线称为 分析线(analytical line)。由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。5. 光谱定性分析的基本原理是什么进行光谱定性分析时可以有哪几种方法说明各个方法的基本原理和使用场合。解：由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定

25、性分析的基础。进行光谱定性分析有以下三种方法：（1）比较法。将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。（2）对于复杂组分及其光谱定性全分析，需要用铁的光谱进行比较。采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。（3）当上述两种方法均无法确定未知试样中某些谱线属于何种元素时，可以采用波长比较法。即准确测出该谱线的波长，然后从元素的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。9.何谓三标准试样法解：三标准试样法就是将三个或三个以上的

26、标准试样和被分析试样于同一实验条件下，在同一感光板上进行 摄谱。由每个标准试样分析线对的黑度差与标准试样中欲测成分含量 c 的对数绘制工作曲线，然 后由被测试样光谱中测得的分析线 对的黑度差，从工作曲线中查出待测成分的含量。10. 试述光谱半定量分析的基本原理，如何进行解：光谱半定量分析主要有三种方法（1）谱线呈现法，当分析元素含量降低时，该元素的谱线数目也会逐渐减少，可以根据一定实验条件下出现特征谱线的数目来进行半定量分析（2）谱线强度比较法可以将被测元素配制成不同浓度的标准系列，然后分别与试样同时摄谱，并控制相同的摄谱条件，通过比较被测元素的灵敏线与标准试样中该元素的相应谱线的黑度，用目视

27、进行比较，进行半定量分析（3）均称线对法选择基体元素或样品中组成恒定的某元素的一些谱线做为待测元素分析线的均称线对(激发电位相近的谱线)，通过二者的比较来判断待测成分的近似含量。第8章习题解答(原子吸收)1.简述原子吸收分光光度法的基本原理，并从原理上比较发射光谱法和原子吸收光谱法的异同点及优缺点解：AAS是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的方法AES是基于原子的发射现象，而AAS则是基于原子的吸收现象二者同属于光学分析方法原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠 的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长

28、的辐射线经，因此其它辐射线干扰较小。原子吸收具有更高的灵敏度。在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态 原于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分原 子。原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比这是由于激发态原子数的温度系数显着大于基态原子。2何谓锐线光源在原子吸收光谱分析中为什么要用锐线光源 解：锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。原子吸收定量测定的基本关系式A=kC的条件是1、锐线光源；2、N ? No在使用锐线光源时，光源发射线半宽度很小，并且发射线与吸收线的中心频率一致。这时发射线的轮廓可看作一个很窄的矩形，即峰值吸收系数K? 在此轮廓内不随频率而改变，吸收只

29、限于发射线轮廓内。这样，求出一定的峰值吸收系数即可测出一定的原子浓度。5原子吸收分析中，若采用火焰原子化法，是否火焰温度愈高，测定灵敏度就愈高为什么解:不是。因为随着火焰温度升高,激发态原子增加,电离度增大,基态原子减少。所以如果太高,反而可能会导致测定灵敏度降低.尤其是对于易挥发和电离电位较低的元素,应使用低温火焰.9应用原子吸收光谱法进行定量分析的依据是什么进行定量分析有哪些方法试比较它们的优缺点解：在一定的浓度范围和一定的火焰宽度条件下，当采用锐线光源时，溶液的吸光度与待测元素浓度成正比关系，这就是原子吸收光谱定量分析的依据。原子吸收定量测定的基本关系式A=kC的条件是1、锐线光源；2、

30、N ? No 常用两种方法进行定量分析：（）标准曲线法：该方法简便、快速，但仅适用于组成简单的试样。（）标准加入法：本方法适用于试样的确切组分未知的情况。测定结果较准确。但测定步骤较多。14.以原子吸收光谱法分析尿样中铜的含量,分析线324.8nm. 测得数据如下表所示,计算试样中铜的质量浓度(mg.mL-1)解:采用标准加入法作图计算。横坐标为C（加入铜的质量浓度/mg.mL-1），纵坐标为吸光度A。当Y=0时，X=-0.2816/0.0791=-3.56 /mg.mL-1所以，试样中铜的质量浓度为3.56(mg.mL-1)第9章习题解答1.试简述产生吸收光谱的原因。解：分子具有不同的特征能

31、级，当分子从外界吸收能量后，就会发生相应的能级跃迁同原子一样，分子吸收能量具有量子化特征。记录分子对电磁辐射的吸收程度与波长的关系就可以得到吸收光谱。7.亚异丙基丙酮有两种异构体：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) 分子中存在两个双键的?共轭体系，吸收峰波长较长，即第一种异构体；(b)在220nm以后无强吸收，分子吸收峰波长较短，即第二种异构体。8下列两对异构体，能否用紫外光谱加以区别解；可以。（）中第一个化合物含有三个共轭双键，最大吸收波长比第二种化合物要长，强度也较高。同理（）中第二个