《仪器分析》思考题与习题答案(7)

2018-12-05 21:36

(5)拉曼散射的强度通常与散射物质的浓度呈线性的关系,而在红外光谱中吸收与浓度为对数关系。

(6)具有拉曼活性的谱带反映了基团极化率随简正振动的变化,而具有红外活性的谱带反映了基团偶极矩随简正振动的变化。拉曼光谱中包含的倍频及组频谱带比红外光谱中少,即拉曼光谱往往仅出现基频谱带,谱带清楚。

5. 下图是一张拉曼光谱图,请分别说出横坐标和纵坐标的定义。

100004568000311相对强度60002174000200000100200300400Δν/cm-1500600 答:横坐标:拉曼位移,以波数表示。纵坐标:拉曼光强。 6. 指出下列分子的振动方式哪些具有拉曼活性?为什么?

(1)O2、H2 (2)H2O的对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动

答:活性判断规律:产生偶极矩变化有红外活性,反之没有。分子极化率变化有拉曼活性,反之没有,凡有对称中心的分子,其分子振动仅对红外和拉曼之一有活性;凡无对称中心的分子,大多数分子振动对红外和拉曼都是有活性的;少数分子的振动即红外非活性又拉曼非活性。

(1)O2 H2 都有两个原子,且为线性分子,所以其振动形式有3n-5=3×2-5=1中,即对称伸缩振动,它们分子的振动是拉曼活性,红外非活性,因为它们是对称分子,其振动中并没有偶极矩的变化,有极化率的变化。

(2)H2O分子中有3个原子,且为非线性分子,所以其振动形式有3n-6=3×3-6=3种,即对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动 三种振动都对红外和拉曼都具有活性,因为水分子为无对称中心的分子,其振动同时使偶极矩和极化率产生变化 7. 拉曼的强度受哪些因素的影响?

答:拉曼的强度受测定样品浓度 、激光的功率,以及测量的参数,尤其是光谱采集时间的影响。

第十二章 分子发光分析法

1.解释下列名词:

荧光;磷光;振动弛豫;系间窜跃;内转化;激发光谱;发射光谱;量子产率;光致发光

答:荧光——处于S1或T1态的分子返回S0态时伴随发光现象的过程为辐射去激,分子从S1态的最低振动能级跃迁至S0态各个振动能级所产生的辐射光称为荧光。

磷光——当受激分子降至S1的最低振动能级后,经系间窜跃至T1态,并经T1态的最低振动能级回到S0态的各振动能级所辐射的光称为磷光。

振动弛豫——同一电子能级内,激发态分子以热的形式将多余的能量传递给周围的分子,自己则从高的振动能级回到低的振动能级,这种现象称为振动弛豫(VR)。

系间窜越——不同多重态之间的无辐射跃迁叫系间窜越(ISC)。 内转化——同一多重态的不同电子能级间无辐射去激过程叫内转换。

激发光谱——改变激发波长,并测量在最强荧(磷)光发射波长处的强度变化,以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。

发射光谱——发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐照荧光物质,产生不同波长和强度的荧光,以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。

量子产率——荧光物质吸收光后发射出的荧光光量子数与其所吸收激发光光量子数之比。

光致发光——物质的分子吸收光能所产生的荧光(Fluorescence)和磷光(Phosphorescence)的现象。

2.荧光光谱的形状取决于什么因素?

答:荧光光谱形状与激发波长无关。不管激发波长如何,电子都是从第一电子激发态的最低振动能层跃迁到基态的各个振动能层。因此,荧光光谱的形状取决于基态的振动能级。

3.影响荧光效率的主要因素有哪些?

答:(1)分子结构的影响:发荧光的物质中都含有共轭双键的强吸收基团,共轭体系越大荧光效率越高;分子的刚性平面结构利于荧光的产生;取代基对荧光物质的荧光特征和强度有很大影响,给电子取代基可使荧光增强,吸电子取代基使荧光减弱;重原子效应使荧光减弱。

(2)环境因素的影响:溶剂的极性对荧光物质的荧光强度产生影响,溶剂的极性越强,荧光强度越大;温度对溶液荧光强度影响明显,对于大多数荧光物质,升高温度会使非辐射跃迁引起的荧光的效率降低;溶液pH值对含有酸性或碱性取代基团的芳香族化合物的荧光 性质有影响;表面活性剂的存在会使荧光效率增强;顺磁性物质如溶液中溶解氧的存在会使 荧光效率降低。

4.根据取代基对荧光性质的影响,请解释苯胺和苯酚的荧光量子产率比苯高50倍。

答:取代基对荧光物质的荧光特征和强度也有很大影响。给电子取代基如-OH、-NH2、可使共轭体系增大,导致荧光增强。这是由于取代基上的n电子的电子云与苯环上的π轨道平行,因而共享了共轭π电子结构,产生了p-π共轭效应,扩大了共轭双键体系。因此,苯胺和苯酚的荧光量子产率比苯高50倍。

5.如何获得荧光物质的激发光谱和发射光谱?

答:改变激发波长,并测量在最强荧光发射波长处的强度变化,以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。发射光谱是利用一定波长和强度的激发波长辐照荧光物质,产生不同波长和强度的荧光,以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。

6.根据《知识拓展》中的知识,从因特网上查阅荧光分析在自己所学专业上的应用,并归纳总结,撰写一篇综述文章。

7.一个化学反应要成为化学发光反应必须满足哪些条件? 答:能够产生化学发光的反应必须具备下述条件:

(1) 化学反应必须提供足够的激发能,激发能主要来源于反应焓。

(2) 要有有利的化学反应历程,使化学反应的能量至少能被一种物质所接受并生成激发态。

(3) 激发态能释放光子或能够转移它的能量给另一个分子,而使该分子激发,然后以辐射光子的形式回到基态。

8.简述分立取样式液相化学发光分析法及其特点。

答:化学发光分析法的测量仪器主要包括 样品室、光检测器、放大器和信号输出装置。化学发光反应在样品室中进行,样品和试剂混合的方式有不连续取样体系,加样是间歇的。将试剂先加到光电倍增管前面的反应池内,然后用进样器加入分析物。分立取样式液相化学发光仪是一种静态下测量液相化学发光信号的装置。国产YHF-1型、FG83-1型等液相化学发光仪都属于分立取样式。该仪器具有简单、灵敏度高的待点,还可用于反应动力学的研究。但手工进样重复性差,测量的精密度易受人工加样等因素的影响,且难于实现自动化,分析效率也比较低。

第十三章 核磁共振波谱分析法

1. NMR与UV、IR一样,同属吸收光谱,与UV、IR比较,NMR有什么不同? 答:与UV、IR比较,NMR都属于吸收光谱,但原理不同,UV是分子外层电子能力跃迁引起的,IR是分子的振动能级的跃迁,NMR是原子核自旋能级的跃迁,所以产生UV、IR、NMR谱的所需的外加电磁波的波长也不同,

2. 产生核磁共振的条件是什么?

答:有自旋现象的磁性核即I≠0,在外加磁场中产生能及分裂,若外加电磁波能量E = hv0,满足于两能级差ΔE时即外加电磁波频率等于核的进动频率,产生核磁共振。

3. 什么是化学位移,影响化学位移的因素有哪些?

答:化学位移:某一质子吸收峰的位置与标准吸收峰位置之间的差值;化学位移源于质子核外屏蔽效应,而屏蔽效应又是由核外电子云密度产生,所以凡是能够引起质子核外电子云密度变化的各种因素都会引起化学位移的变化。主要包括与质子相邻元素或基团的电负性、共轭效应、各相异性效应、氢键作用等。

4. 什么叫自旋偶合、自旋裂分、偶合常数?

答:相邻自旋核之间的相互作用称自旋-自旋偶合,简称自旋偶合;由自旋偶合所引起的谱线增多的现象称自旋-自旋裂分,简称自旋裂分;由自旋偶合产生的峰的裂分间距称为偶合常数,用符号J表示,单位是Hz。

5. 什么是饱和,什么是弛豫?

答:饱和,磁核吸收能量发生跃迁,而高能态的核没有其他途径回到低能态,其结果就使处于低能态氢核的微弱多数趋于消失,能量的净吸收逐渐减少,共振吸收峰渐渐降低直至消失,使吸收无法测量,这种情况称为“饱和”现象;弛豫,磁核由高能态返回到低能态,由不平衡状态恢复到平衡状态而不发射原来所吸收的能量的过程称为弛豫过程,弛豫包括自旋-晶格弛豫和自旋-自旋弛豫两种。

6. 什么是化学等价、磁等价?

答:化学等价:分子中若有一组化学环境相同的核,具有相同的化学位移,则这组核称为化学等价的核;化学位移等价的一组核,若它们每个核对组外任何一个磁核的偶合常数彼此也相同,则这组核称为磁等价的核。

7. 在下面化合物中,哪个质子具有较大的δ值?并说明原因。

H1FCHH2CHCl 答:H1的化学位移值较大,因为H1核与F近邻,F核电负性较大,使H1核外层电子云密度减小,屏蔽系数变小,化学位移向低场移动,化学位移值变大。 8. 下列化合物OH的氢核,何者处于较低场?为什么? 答:(I)化合物OH的氢核化学位移交低场,因为OH可以与相邻羰基形成氢键,使其化学位移向低场移动。 9.某未知化合物其分子式为C7H8,推测其结构式。 图13-20未知化合物1H核磁共振谱 2?2n4?n3?n12解:由化合物分子式C7H8计算不饱和度Ω= =4,则推测可能为芳香烃; 谱图显示在7.2与2.3两个共振峰分别为5H和3H;


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