《仪器分析》思考题与习题答案

2018-11-16 20:50

2. 影响原子吸收谱线宽度的因素有哪些?其中最主要的因素是什么?

答:影响原子吸收谱线宽度的主要因素有自然宽度、多普勒变宽?vD和压力变宽。压力变宽包括洛伦兹变宽?vL和赫尔兹马克变宽?vH两种。对于火焰原子化吸收,?vL为主要变宽;而对于石墨炉原子化吸收,?vD为主要变宽。

3.原子吸收光谱法,采用峰值吸收进行定量的条件和依据是什么?

答:为了使通过原子蒸气的发射线特征频率恰好能与吸收线的特征频率相一致,通常用待测元素的纯物质作为锐线光源的阴极,使其产生发射,这样发射物质与吸收物质为同一物质,产生的发射线与吸收线特征频率完全相同,可以实现峰值吸收。而且在特定条件下,吸光度A与待测元素的浓度c呈线性关系,这是采用峰值吸收进行定量的依据。

4.原子吸收光谱仪主要由哪几部分组成?各有何作用?

答:原子吸收光谱仪主要由光源、原子化器、分光系统和检测系统这四大部件组成。原子吸收光源的作用是发射待测元素的特征谱线。为了测定待测元素的峰值吸收,必须采用待测元素制成的锐线光源;原子化器的作用是将样品中的待测元素转化为基态原子,以便对光源发射的特征光进行吸收;分光系统的作用就是将待测元素的分析线与干扰线分开,使检测系统只能接受分析线;原子吸收检测系统的作用就是把单色器分出的光信号转换为电信号,经放大器放大后以透光率或吸光度的形式显示出来。

5.与火焰原子化相比,石墨炉原子化有哪些优缺点?

答:与火焰原子化器相比,石墨炉原子化器的原子化效率高,气相中基态原子浓度比火焰原子化器高数百倍,且基态原子在光路中的停留时间更长,因而灵敏度高得多,特别适用于低含量样品分析,取样量少,能直接分析液体和固体样品。但石墨炉原子化器操作条件不易控制,背景吸收较大,重现性、准确性均不如火焰原子化器,且设备复杂,费用较高。

6.背景吸收是怎样产生的?对测定有何影响?

答:背景吸收是一类特殊的光谱吸收,它包括分子吸收和光散射引起的干扰。分子吸收是指样品在原子化过程中,生成某些气体分子、难解离的盐类、难熔氧化物、氢氧化物等对待测元素的特征谱线产生的吸收而引起的干扰。光散射是指原子化过程中产生的固体微粒,光路通过时对光产生散射,使被散射的光偏离光路,不为检测器所检测,测得的吸光度偏高。

7.简述原子吸收光谱法比原子发射光谱法灵敏度高,准确度高的原因?

答:激发态原子数受温度的影响大,而基态原子数受温度影响小,所以原子吸收光谱法的准确度优于原子发射光谱分析法,基态原子数远大于激发态原子数,因此原子吸收光谱法的灵敏度高于原子发射光谱分析法。

8.测定植株中锌的含量时,将三份1.00g植株样品处理后分别加入0.00 mL,1.00 mL,2.00 mL,0.0500 mol·L-1 ZnCl2标准溶液后稀释定容为25.0 mL,在原子吸收分光光度计上测定吸光度分别为0.230,0.453,0.680,求植株样品中锌的含量。 解:根据题中数据得 c0=0 A1=0.230 c1=1.00 mL×0.050 0 mol·L-1/25.0 mL=0.002 00 mol·L-1 A2=0.453 c2=2.00 mL×0.050 0 mol·L-1/25.0 mL=0.004 00 mol·L-1 A3=0.680

以锌标准溶液浓度对吸光度作图得图8-1,由标准曲线上查得

cx=0.002 0 mol·L-1

图8-1

样品中锌的质量分数为ω,则cx=1.00 ω/(65.39×25×10-3)=0.002 0 mol·L-1 ω=3.3×10-3 g·g-1(或0.33%)

答:植株样品中锌的含量为3.3×10-3 g·g-1(或0.33%)。

9. 用原子吸收法测定钴获得如下数据: ρ标/(μg·mL-1) T/(%) 2 62.4 4 38.8 6 26.0 8 17.6 10 12.3 (1)绘制A—c标准曲线;

(2)某一试液在同样条件下测得T=20.4%,求其试液中钴的质量浓度。 解:

(1)先将T%换算为吸光度A:由A=―lg T得 ρ标/(μg·mL-1) A 2 0.205 4 0.411 6 0.585 8 0.754 10 0.910 试液 0.690 以浓度为横坐标,A为纵坐标,绘制A—ρ标准曲线,见图8-2。 (2)由标准曲线查得在A=0.690处对应的钴的浓度为ρ钴=7.2 μg·mL-1。

图8-2

第九章 紫外-可见吸收光谱分析法

1. 电子跃迁有哪几种类型?这些类型的跃迁各处于什么波长范围?

答:从化学键的性质考虑,与有机化合物分子的紫外-可见吸收光谱有关的电子为:形成单键的?电子,形成双键的?电子以及未共享的或称为非键的n电子。电子跃迁发生在电子基态分子轨道和反键轨道之间或基态原子的非键轨道和反键轨道之间。处于基态的电子吸收了一定的能量的光子之后,可分别发生?→?*,?→?*,? →?*,n →?*,? →?*,n→?*等跃迁类型。? →?*,n →?*所需能量较小,吸收波长大多落在紫外和可见光区,是紫外-可见吸收光谱的主要跃迁类型。四种主要跃迁类型所需能量的大小顺序为:σ→σ* > n →σ* ≧ π→π* > n→π*。一般? →?*跃迁波长处于远紫外区,<200nm,n→σ*跃迁位于远紫外到近紫外区,波长大致在150-250nm之间,? →?*,n →?*跃迁波长近紫外区及可见光区,波长位于250nm-800nm之间。

2. 何谓发色团与助色团?试举例说明。

答:有机化合物分子结构中含有不饱和键,能吸收紫外、可见光产生π→π* 或n→π*跃迁的基团称为生色团。如C=C、炔基、C=O、COOH 、C=S、CONH2、N=N、N=O等。

含有孤对电子,它们本身不吸收紫外可见光,当与发色团相连时,能改变发色团中分子轨道上的电子分布,使发色团的吸收带波长向长波方向移动,吸收强度增加的杂原子基团称为助色团。例如—OH、—OR、—X(Cl、Br、I)、—NH2、—NO2、—SH等。

3.有机化合物的紫外吸收光谱中有哪几种类型的吸收带?它们产生的原因是什么?有什么特点?

答:R带是由化合物的n→π*跃迁产生的吸收带,它具有杂原子不饱和基团,

如>C=O, —NO,-NO2, —N=N—,—C=S等这一类发色团的特征。其特点是处于较长波长范围(约300 nm),E小,λmax在250~400 nm,是弱吸收,一般ε<100 L?mol-1?cm-1 。溶剂极性增加,λmax降低,R带发生蓝移,当有强吸收峰在其附近时,R带出现红移,有时被遮盖。

K带是由共轭体系中π→π*跃迁产生的吸收带,如(—CH=CH—)n,—CH=C—CO—。其特点是吸收强度大,ε>104 L?mol-1?cm-1,为强带。如丁二烯的λmax为218nm,ε为104,就属于K带。随着共轭体系的增长,K带向长波方向移动, K吸收带是共轭分子的特征吸收带。

B吸收带是芳香族化合物的特征吸收带,生色团是环状共轭体系,由环状共轭体系的π→π跃迁产生,λmax为225 nm。在气态或非极性溶剂中,苯及其许多同系物的B带出现振动的精细结构,常用来识别芳香族化合物。但在极性溶剂中,精细结构会消失。

E吸收带是由芳香族化合物的π→π跃迁所产生的,是芳香族化合物的特征吸收带,有两个吸收带,分别为E1带和E2带。

E1带由苯环内乙烯键上的π电子发生π→π跃迁所产生的,出现在185 nm处,为强吸收,ε>10 L?mol-1?cm-1。

4

*

*

*

E2带由苯环内共轭二烯键上的π电子发生π→π跃迁所产生的,出现在204 nm,为较强吸收,ε>10 L·mol-1 cm-1。

3

*

当苯环上有发色团取代且与苯环共轭时,E带常与K带合并一起红移。

4.试估计下列化合物中哪一种化合物的?max最大,哪一种化合物的?max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。

5. 称取某药物一定量,用0.1 mol/L的HCl溶解后,转移至100 ml容量瓶中用同样HCl稀释至刻度。吸取该溶液5.00 mL,再稀释至100 mL。取稀释液用2 cm吸收池,在310 nm处进行吸光度测定,欲使吸光度为0.350。问需称样多少克?(已知:该药物在310 nm处摩尔吸收系数?=6130 L/mol?cm,摩尔质量M=327.8)。

解:由A??lgT??lgI?ε310cl I00.350?6130?x5.001000???2 327.8100100解得:x?0.0187g?18.7 (mg)

6. 称取维生素C 0.0500 g溶于100 mL的5 mol/L硫酸溶液中,准确量取此溶液2.00 mL稀释至100 mL,取此溶液于1 cm吸收池中,在λ品中维生素C 的百分质量分数。

max

=245 nm处测得A值为0.498。求样

解:由A??lgT??lgc?I?Ecl I0A0.498??8.89?10?4(g/100mL) El560?18.89?10?4?100%?88.9% 维生素C 的百分质量分数=

20.0500?1007. 一般分光光度计读数有两种刻度,一种为百分透光率T%,另一种为吸光度

A,问当T%=0,50,100时,相应吸光度A的数值为多少? (∞,0.301,0)。

解:根据公式A??lgT,

当T%=0时,A??lgT??lg0??; 当T%=50时,A??lgT??lg0.5?0.301; 当T%=100时,A??lgT??lg1?0;

8. 有一浓度为C的溶液、吸收了入射光的16.69%,在同样条件下,浓度为2C的溶液百分透光率为多少?

解:根据公式A??lgT??lgI?Ecl,当浓度是C时,I02T=1-16.69%=0.8331.当浓度为2C时, T2c?T2=0.8331=0.694=69.4%.

9. 一符合朗伯-比耳定律的有色溶液放在2cm 的比色皿中,测得百分透光率为60%,如果改用1cm,5cm 的比色皿测定时,其T%和A各为多少?

解:根据公式A??lgT??lgI?Ecl,已知l=2cm时,T=0.6, I0


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