儀器分析答案武漢大學

1. 儀器分析尹華王新宏版課後習題答案就是你

第二章 氣相色譜分析

2-2 氣相色譜儀的基本設施包括哪幾部分？各有什麼作用？
答：氣相色譜儀包括五個部分：
（1）載氣系統，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量；
作用：向分析系統提供流動相（載氣），並保證其純度，控制載氣的流速與壓力，以使其可正常工作。
（2）進樣系統，包括進樣器、氣化室；
作用：試樣注入進樣器中，經氣化室瞬間氣化為氣體，由不斷通過的載氣攜帶進入色譜柱。
（3）色譜柱和柱箱，包括溫度控制裝置；
作用：在色譜柱中充滿固定相，當載氣攜組分流經時，由於不同組分與固定相吸附作用大小不同，其保留值不同，從而可將各組分在色譜柱中分離。溫度控制裝置用來控制色譜柱溫度，以配合流速，組分性質等將組分更好分離。
（4）檢測系統，包括檢測器、檢測器的電源及控溫裝置；
作用：調節溫控裝置控制溫度，當各組分先後進入檢測器時，檢測器可將組分濃度或質量變化轉化為電信號
（5）記錄系統，包括放大器、記錄儀，有的儀器還有數據處理裝置；
作用：由於電信號會很小，所以經過放大器，將電信號放大並通過記錄儀顯示信號，記錄數據。

2-20 在一根2m的長的硅油柱上，分析一個混合物，得下列數據：苯、甲苯及乙苯的保留值時間分別為1，20，，、2，2，，及3，1，，；半峰寬為5.2749999999999995px，7.2749999999999995px及10.225px,已知記錄紙速為1200mm·h-1，求色譜柱對各種組分的理論塔板數及塔板高度。
解：記錄紙速：F=1200mm·h-1= cm·s -1
統一tR與Y1/2的單位：tR1=80s×cm·s -1= cm
tR2=122s×cm·s -1=cm
tR3=181s×cm·s -1=cm
對組分苯：n1=5.54=5.54×≈885
H1===2.26mm
對組分甲苯：n2=5.54 =5.54×≈1082
H2===1.85mm
對組分乙苯：n3=5.54 =5.54×≈1206
H3===1.66mm

2-21 在一根3m長的色譜柱上，分離一試樣，得如下的色譜圖及數據：
（1）用組分2計算色譜柱的理論塔板數；
（2）求調整保留時間t』R1 及t』R2；
（3）若需達到分離度R=1.5，所需的最短柱長為幾米？

解：（1）對組分2，tR2=17min，Y=1min ，tM=1min
∴ n2=16 =16×=4624
（2） t』R1= tR1－tM=14min－1min=13min
t』R2= tR2－tM=17min－1min=16min
（3） α= =
n有效=16R2 =16×1.52×=1024
H有效===0.732mm
∴Lmin= n有效·H有效=1024×0.732mm=0.75m

2-25丙烯和丁烯的混合物進入氣相色譜柱得到如下數據：
計算：（1）丁烯在這個柱上的分配比是多少？
（2）丙烯和丁烯的分離度是多少？
解：（1）對丁烯 tR2=4.8min ，tM=0.5min

∴分配比 k===8.6
(2)R==≈1.44

2-26 某一氣相色譜柱，速率方程式中A，B和C的值分別是3.75px，9px2·s-1和
4.3×10-2s，計算最佳流速和最小塔板高度。
解：最佳流速 u最佳===2.89 cm2·s-1
最小塔板高度 H最小=A+2 =3.75px+2 cm=99.75px

2-30 有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物質，稱取此試樣1.055g。以環己酮作內標，稱取0.1907g環己酮，加到試樣中，混合均勻後吸取此試液3uL進樣，得到色譜圖。從色譜圖上測得的各組分峰面積及已知的S』值如下表所示：

求甲酸、乙酸、丙酸的質量分數。
解：甲酸：f』甲酸==
∴W甲酸= ••f』甲酸×100%= ×××100%=7.71%
乙酸：f』乙酸= =
∴W乙酸= •• f』乙酸×100%= ×××100%=17.56%
丙酸：f』丙酸= =
∴W丙酸=•• f』丙酸×100%=×××100%=6.14%

第三章 高效液相色譜分析

3-1 從分離原理、儀器構造及應用范圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同點。
答：（1）分離原理：①相同點：氣相色譜和液相色譜都是使混合物中各組分在兩相間進行分配。當流動相中所含混合物經過固定相時，會與固定相發生作用。由於各組分性質與結構上的差異，不同組分在固定相中滯留時間不同，從而先後以不同的次序從固定相中流出來；②異同點：氣相色譜的流動相為氣體，液相色譜的流動相為液體。
（2）儀器構造：①相同點：氣相色譜和液相色譜都具有壓力表，進樣器，色譜柱及檢測器；②異同點：液相色譜儀有高壓泵和梯度洗提裝置。注液器中貯存的液體經過濾後由高壓泵輸送到色譜柱入口，而梯度洗提裝置則通過不斷改變流動相強度，調整混合樣品各組分k值，使所有譜帶都以最佳平均k值通過色譜柱。
（3）應用范圍：①相同點：氣相色譜和液相色譜都適用於沸點較低或熱穩定性好的物質；②異同點：而沸點太高物質或熱穩定性差的物質難用氣相色譜法進行分析，而液相色譜法則可以。

3-4液相色譜法有幾種類型？它們的保留機理是什麼？在這些類型的應用中，最適宜分離的物質是什麼？
答：液相色譜法的類型有：液—液分配色譜法、化學鍵合色譜法、液—固色譜法、離子交換色譜法、離子對色譜法、空間排阻色譜法等。
其中，（1）液—液分配色譜法保留機理是：試樣組分在固定相和流動相之間的相對溶解度存在差異，因而溶質在兩相間進行分配。分配系數越大，保留值越大；適用於分離相對分子質量為200到2000的試樣，不同官能團的化合物及同系物等。
（2）化學鍵合色譜法保留機理和最適宜分離的物質與液—液分配色譜法相同。
（3）液—固色譜法保留機理是：根據物質吸附作用不同來進行分離，作用機制是溶質分子和溶劑分子對吸附劑活性表面的競爭吸附。如果溶劑分子吸附性更強，則被吸附的溶質分子相應的減少；適用於分離相對分子質量中等的油溶性試樣，對具有不同官能團的化合物和異構體有較高的選擇性。
（4）離子交換色譜法保留機理是：基於離子交換樹脂上可電離的離子與流動相具有相同電荷的溶質離子進行可逆交換，依據這些離子對交換劑具有不同親和力而將它們分離；適用於凡是在溶劑中能夠電離的物質
（5）離子對色譜法保留機理是：將一種（或多種）與溶質分子電荷相反的離子加到流動相中，使其與溶質離子結合形成疏水型離子化合物，從而控制溶質離子的保留行為；適用於各種強極性的有機酸，有機鹼的分離分析。
（6）空間排阻色譜法保留機理是：類似於分子篩作用，溶質在兩相之間按分子大小進行分離，分子太大的不能今年、進入膠孔受排阻，保留值小；小的分子可以進入所有膠孔並滲透到顆粒中，保留值大；適用於分子量大的化合物（如高分子聚合物）和溶於水或非水溶劑，分子大小有差別的試樣。

3-5 在液—液分配色譜中，為什麼可分為正相色譜及反相色譜？
答：在液—液分配色譜法中，一般為了避免固定液的流失，對於親水性固定液常採用疏水性流動相，即流動相的極性小於固定相的極性，這種情況稱為正相液—液分配色譜法；反之，若流動相極性大於固定相的極性，則稱為反相液—液分配色譜法。正相色譜和反相色譜的出峰順序彼此正好相反。

3-8 何為梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異同之處？
答：所謂梯度洗提，就是載液中含有兩種（或多種）不同極性的溶劑，在分離過程中按一定的程序連續變化改變載液中溶劑的配比極性，通過載液中極性的變化來改變被分離組分的分離因素從而使流動相的強度、極性、PH值或離子強度相應的變化以提高分離效果。
它的作用相當於氣相色譜中的程序升溫，不同的是，k值的變化是通過流動相的極性、PH值或離子強度的改變來實現的。而氣相色譜的程序升溫是按預定的加熱速度隨時間作線性或非線性的增加，是連續改變溫度；相同的是它們的作用都是通過改變被分離組分的分離因素，提高分離效果。

第八章 原子吸收光譜分析

8-2 何謂銳線光源？在原子吸收光譜分析中為什麼要用銳線光源？
答：所謂銳線光源就是能發射出譜線半寬度很窄的發射線的光源；在原子吸收光譜分析中，由於原子吸收線的半寬度很小，要測量這樣一條半寬度很小的吸收線的積分吸收值，就需要有解析度高達五十萬的單色器。這在目前的技術情況下還很難做到。使用銳光源，可以通過計算峰值吸收系數代替積分吸收。

8-6 石墨爐原子化法的工作原理是什麼？與火焰原子化法相比較，有什麼優缺點？為什麼？
答：石墨爐原子化法的工作原理為：它是利用電流直接加熱石墨爐以達到高溫（2000～3000℃）使被測元素原子化的方法。它在原子化過程中採用直接進樣和程序升溫排除干擾並且使被測元素原子化。
與火焰原子化相比：優點：（1）最大優點是注入的試樣幾乎可以完全原子化。特別是對於易形成耐熔氧化物的元素，由於沒有大量氧存在，並由石墨提供了大量碳，所以能夠得到較好的原子化效率。
（2）原子在光路中的停留時間長，絕對靈敏度高。而火焰原子化法基態原子在光路中停留時間短，部分基態原子在火焰冷區域會重新結合成單氧化物，單氫氧化物和雙金屬氧化物。
（3）用樣量少，可直接分析固態樣品，如塑料，纖維。而火焰原子化法則需要試樣為液態或氣態，使其與燃氣一起噴出。
（4）對均勻的懸浮物及乳濁液也可分析。
（5）由於試樣完全蒸發，幾乎不存在基體效應。因為在程序升溫過程中，在較高的溫度下使有機物或沸點低的無機物灰化以排除，減少基體組分對待測元素的干擾。而火焰原子化法則無法直接消減其它元素的干擾，只能在試樣中加入其它試劑以抑制干擾。
（6）可直接分析共振線位於遠紫外區的非金屬元素。
（7）具有較高且可調的原子化溫度，最高可達3400℃。
缺點：（1）共存化合物的干擾比火焰原子化法大。當共存分子產生的背景吸收較大時，要調節灰化溫度及時間，使背景分子吸收不與原子吸收重疊，並使用背景校正方法來校正之。
（2）由於取樣量少，進樣量及注入管內位置變動都會引起偏差，因而重現性要比火焰法差。

8-7 說明在原子吸收分析中產生背景吸收的原因及影響，如何減免這一類影響？
答：（1）火焰成分對光的吸收。由於火焰中OH、CH、CO等分子或基團吸收光源輻射的結果。波長越短，火焰成分的吸收越嚴重；一般可通過零點的調節來消除。
（2）金屬的鹵化物、氧化物、氫氧化物以及部分硫酸鹽和磷酸鹽分子對光的吸收。在低溫火焰中，影響較顯著。在高溫火焰中，由於分子分解而變的不明顯。鹼土金屬的氧化物和氫氧化物分子在它們發射譜線的同一光譜區中呈現明顯吸收；可用高溫火焰來減少吸收。
（3）固體微粒對光的散射。當進行低含量或痕量分析時，大量基體成分進入原子化器，這些基體成分在原子化過程中形成煙霧或固體微粒在光路中阻擋光束而發生的散射現象，此時將引致假吸收；分離基體成分以減少影響。

8-10 要保證或提高原子吸收分析的靈敏度和准確度，應注意切哪些問題？怎樣選擇原子吸收光譜分析的最佳條件？
答：為保證或提高原子吸收分析的靈敏度和准確度，就要恰當的選擇原子吸收分光光度的分析條件，包括分析線的選擇、空心陰極燈電流、火焰、燃燒器高度、狹縫寬度以及光源工作條件、供氣速度、燃氣與助燃氣流量比等實驗條件。
最佳條件的選擇：（1）分析線：一般選擇待測元素的共振線，但測定高濃度樣品時，可選次靈敏線。若火焰穩定性差時，需選用次靈敏線，對於微量元素，必須選用最強吸收線。
（2）通帶：無鄰近干擾線時選擇較大通帶，0.4nm；有鄰近干擾線時選擇較小通帶，0.2nm。
（3）空心陰極燈電流：在保證有穩定和足夠的輻射光通量下，應選擇較低燈電流。
（4）火焰：對於易生成難解離化合物元素，應選擇溫度高的乙炔—空氣，以至乙炔—氧化亞氮火焰；反之，對於易電離元素，高溫火焰常引起嚴重的電離干擾，是不宜選用的。可歸納如下：測定Se、As用空氣—氫火焰；測定Ca、Mg、Fe、Cu、Zn用空氣—乙炔火焰；測定Al、Si、Cr、Mo、W用空氣—乙炔，乙炔—氧化亞氮火焰。
（5）燃燒器高度：調節燃燒器高度，使空心陰極燈火焰通過自由原子濃度最大的火焰區。測定高濃度樣品時，可旋轉燃燒器角度，以保證靈敏度。

8-14 用原子吸收光譜法分析尿試樣中銅的含量，分析線324.8nm。測得數據如下表所示，計算試樣中銅的質量濃度（ug·mL-1）。

解：設試樣銅的質量濃度為Cx ug·mL-1
由標准加入法得圖：

由圖量得 Cx=3.6ug·mL-1

8-15 用原子吸收法測銻，用鉛作內標。取5.00mL未知銻溶液，加入2.00mL4.13ug·mL-1的鉛溶液並稀釋至 10.0 mL，測得ASb/APb =0.808。另取相同濃度的銻和鉛溶掖，
ASb/APb =1.31，計算未知液中銻的質量濃度。
解：設未知液中銻的質量濃度為Cx ug·mL-1
第一次：CSb1= = CPb1= =0.826 ug·mL-1
ASb1= KSb ·CSb1 APb1= KPb· CPb1
∴ = = = 0.808
∴ Cx=1.335 ①
第二次：CSb2 = CPb2
ASb2= KSb ·CSb2 APb2= KPb· CPb2

∴ ==1.31
∴ =1.31 ②
聯立 ①② 得 Cx=1.335×=1.019 ug·mL-1

第九章 紫外吸收光譜分析

9-2 電子躍遷有哪幾種類型？這些類型的躍遷各處於什麼波長范圍？
答：電子躍遷類型有：σ—σ*、∏—∏*、n—σ*、n—∏*，電荷遷移躍遷和配位場躍遷。
其中：σ—σ*：處於真空紫外區，10～200nm
∏—∏*：處於近紫外區，200～380nm
n—σ*：處於遠紫外區和近紫外區，10～380nm
n—∏*：處於近紫外區，200～380nm
電荷遷移躍遷：處於遠紫外區和近紫外區，10～380nm
配位場躍遷：處於可見光區，380～800nm

9-7 異丙叉丙酮有兩種異構體：CH3—C(CH3)==CH—CO—CH3及CH2==C(CH3)—CH2—CO—CH3。它們的紫外吸收光譜為：（a）最大吸收波長在235nm處，ε=12000L·mol-1·cm-1;(b)220nm以後沒有強吸收。如何根據這兩個光譜來判別上述異構體？試說明理由。
答：（a）是CH3—C(CH3)==CH—CO—CH3；(b)是CH2==C(CH3)—CH2—CO—CH3
由於（a）的最大吸收波長比(b)長，故體系能量較低，由於前一個異構體中C=C鍵和C=O鍵形成共軛結構，可形成比後一個異構體更低的能量體系結構，
所以（a）為CH3—C(CH3)==CH—CO—CH3

9-10 紫外及可見光分光光度計與可見光分光光度計比較，有什麼不同之處？為什麼？
答：不同之處：（1）光源：有鎢絲燈及氫燈（或氘燈）兩種，可見光區（360～1000nm）使用鎢燈絲，紫外光區則用氫燈或氘燈。
（2）由於玻璃要吸收紫外線，所以單色器要用石英棱鏡（或光柵），溶液的吸收池也用石英製成。
（3）檢測器使用兩只光電管，一個是氮化銫光電管，用於625～1000nm波長范圍，另一個是銻銫光電管，用於200～625nm波長范圍，光電倍增管亦為常用的檢測器，其靈敏度比一般的光電管高2個數量級。

第十章 紅外吸收光譜分析

10-l產生紅外吸收的條件是什麼？是否所有的分子振動都會產生紅外吸收光譜？為什
么？
答：紅外光譜是由於分子振動能級的躍遷（同時伴隨轉動能級躍遷）而產生的。
產生紅外吸收應具備的兩個條件：（1）輻射應具有剛好能滿足物質躍遷時所需的能量。（2）輻射與物質之間有偶合作用。
並不是所有的分子振動都會產生紅外吸收光譜。因為產生紅外吸收光譜必須滿足上述兩個條件。紅外輻射具有合適的能量，能導致振動躍遷的產生。當一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個基團的振動頻率和外界紅外輻射的頻率一致，就滿足第一個條件；為滿足第二個條件，分子必須有偶極矩的改變，只有發生偶極矩的變化的振動才能引起可觀測的紅外吸收譜帶。當這兩個條件都滿足了，才會產生紅外吸收光譜。

10-4 紅外光譜定性分析的基本依據是什麼？簡要敘述紅外定性分析的過程。
答：紅外光譜定性分析是依據每一化合物都具有特異的紅外吸收光譜，其譜帶的位置、數目、形狀、和強度均隨化合物及其聚焦態的不同而不同。大致可分為官能團定性和結構分析定性兩方面。官能團定性是根據化合物的紅外光譜的特徵基團頻率來檢測物質含有哪些基團，從而確定有關化合物類別。結構分析則要化合物的紅外光譜並結合其他實驗資料來推斷有關化合物的化學結構。
分析過程：（1）試樣的分離和精製：如分餾、萃取、重結晶、層析等方法提純試樣。
（2）了解與試樣性質有關的其他方面資料。
（3）譜圖的解析。
（4）和標准譜圖進行對照。
（5）計算機紅外光譜譜庫及其檢索系統。

10-5 影響基團頻率的因素有哪些？
答：引起基團頻率位移因素大致可分為兩類，即外部因素和內部因素。
[1]外部因素：試樣、測定條件的不同雞茸積極性的影響等外部因素都會引起頻率位移。
[2]內部因素：（1）電效應：①誘導效應：由於取代基具有不同電負性，通過靜電誘導作用，引起分子中電子分布的變化，從而引起鍵力常數的變化，改變了基團特徵頻率；②共軛效應：形成多重∏電子在一定程度上可以移動。共軛效應使共軛體系中電子雲密度平均化，力常數減小，振動頻率降低；③偶極場效應。
（2）氫鍵：羰基和羥基之間容易形成氫鍵，使羰基頻率降低。
（3）共振的耦合：適當結合的兩個振動基團若後來振動頻率相近，它們之間可能會產生相互作用而使譜峰裂為兩個，一個高於正常頻率，一個低於正常頻率。
（4）費米共振：當一振動的倍頻與另一振動的基頻接近時，由於產生相互作用而產生很強吸收峰或發生裂分。
（5）立體阻障：由於立體阻障，基團間共軛受到限制，基頻升高。
（6）環的張力：四元環張力最大，基頻最大。

10-11 某化合物在3640～43500px-1區間的紅外光譜如圖10-20所示。該化合物應是六氯苯（I）,苯（II）或4-叔丁基甲苯（III）中的哪一個？說明理由。

答：是4-叔丁基甲苯（III）
因為其光譜在α=2900 cm-1附近有強烈吸收，而飽和C-H鍵在2960～71250px-1 有強烈吸收，而只有（III）具有飽和C-H鍵。

2. 浠鍣ㄥ垎鏋愰橈紝奼傜瓟妗堬紒鎬ラ渶錛岃阿璋錛佹眰璇ョ墿璐ㄧ殑鍘熸憾娑叉祿搴

A=abc
a=A2/b2c2=0.453/(0.8*10.0*10/8)=0.0453
A1=abc1=0.453/(0.8*10.0*10/8)*1.2*(20*c/5)=0.0453*1.2*4c
c=A1/ab=0.361/((0.453/(0.8*10.0*10)/8)*1.2)/20*5=1.66mmol/L