江苏大学高等仪器分析

紫外 1、 紫外-可见吸收光谱的特点 1.相对于其他光谱分析方法来说，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度较快。 2.灵敏度较高。其最低检出浓度可达到10-6g/ml. 3.有较好的选择性。 4.精密度和准确度较高。其相对误差可减至1%~2%。 5.用途广泛。在医药，化工，治金，环境保护，地质等到诸多领域。紫外-可见吸收光谱分析法已成为必不可少的测试手段之一。 2、紫外-可见吸收光谱的应用 1．定性分析：判断共轭关系及某些官能团。如在（200~400）nm之间无吸收峰，说明该未知物无共轭关系，且不会是醛、酮，很可能是一个饱和化合物。 2．定量分析：用于测定物质的浓度或含量，测定步骤与可见光分光光度计相同 。 3．异构体的判断：例如：乙酰乙酸乙酯存在酮-烯醇互变异构体。酮式没有共轭双键，在204nm处有弱吸收；烯醇式有共轭双键，在245nm处有强吸收。故可根据它们的紫外吸收光谱可判断其存在与否。 4． 纯度检查：例如，如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可方便检出该化全物中的痕量杂质。 3、紫外光吸收光谱的波长范围 紫外可见光谱区是在（4~800）nm的电磁波，其中（4~400）nm的电磁辐射称为紫外区，它又分为两段：（4~200）nm为远紫外区，（200~400）nm的电磁波称为近紫外区，而波长在（400~800）nm的电磁波为可见光区。因此，有机化合物测定中所谓的紫外光谱是指（200~400）nm近紫外区的吸收光谱，通常用UV表示。由于玻璃对波长300nm以下的电磁波有吸收，在300nm以下的测定中光学元件不能使用玻璃，一般以石英制品代替，在300nm以下的区域又称石英区。 4、简述有机化合物中电子跃迁有几种，其中我们感兴趣的电子跃迁是那几种，为什么？ 有机物最有用的吸收光谱是基于π-π*和n-σ*跃迁而产生的，这两类跃迁所需要的辐射能量大多处于波长大于200nm的区域。它们分子中含有不饱和键，这种含有不饱和键的基团称为生色团。如C=C、 C=O、苯环等 。 5、 影响紫外-可见吸收光谱因素 1.温度：在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。在低温时，吸收强度有所增大；在高温时，谱带变宽，谱带精细结构消失。 2.溶剂：由于紫外光谱的测定大多数在溶液中进行，而溶剂的不同将会使吸收带的位置及吸收曲线的形态有较大的影响。所以在测定物质的吸收光谱时，一定要注明所用的溶剂。  3.PH值：很多化合物都具有酸性或碱性可解离基团，在不同PH值的溶液中，分子的解离形式可能发生变化。其吸收峰的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都有可能发生变化。 4.仪器的狭缝宽度：狭缝宽度越大，光的单色性越差，吸收光谱的细微结构就可能消失。 6、紫外-可见分光光度计的结构 1．光源：光源是提供入射光的装置。主要使用氘灯和碘钨灯，两种光源发射波长光度范围不同。氘灯可产生（165-360）nm波长范围的光，当超过360nm时，应采用碘钨灯。仪器中光源可以自动进行切换。 2．单色器：是一种把来自光源的复合光分解为单色光，并分离出所需要波段光束的装置。是光谱仪的关键部件，其主要组成为入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜。色散元件为光栅。 3．吸收池：又称样品池、参比池或比色皿。所用材料一般采用石英制品。比色皿一般使用前需清洗并校正。 4．检测器：其作用是检测光信号，交将光信号转变为电信号。现在一般使用光电倍增管。以前常用光电管作为检测器，光电倍增管的灵敏度要比光电管高很多。 5．信号显示系统。配有微机，可对光谱仪进行操作控制，并进行数据处理。 荧光 8、分子发光分析法包括哪几种？分子吸收分光光度法与分子发光分析法的区别？ 1.荧光分析（fluorescence  analysis）    2.磷光分析（phosphorescence  analysis） 3.化学发光分析（chemiluminescence analysis） 该类分析方法与吸收分光光度法有密切关系。 分子发光分析法：若分子吸收了光能而被激发至较高能态，在返回基态时，发射出与吸收光波长相等或不等的辐射，这种现象称为光致发光，荧光分析和磷光分析是基于这类光致发光现象而建交起来的分析方法。        该类分析方法与吸收分光光度法有密切关系。当物质分子吸收辐射能而被激发到较高电子能态之后，在返回基态的过程中，要释放出部分能量。基态分子吸收了一定能量后，跃迁至激发态，当激发态分子以辐射跃迁形式将其能量释放返回基态时，便产生分子发光。 分子吸收分光光度法是一种常用的仪器分析方法，它是过通被测物质对特定波长光的 选择性吸收来进行定性或定量分析。分子暖收分光光度法按光源波长的不同可分为红外吸收光谱部分与紫外和可见光部分。 9、荧光分析法的特点及缺点。 1．灵敏度高，检出限为10-7-10-9g/ml，比紫外可见分光光度法高10~1000倍。 2．荧光法的选择性强，能吸收光的物质并不一定能产生荧光，且不同物质由于结构不同，虽吸收同一波长，产生的荧光强度也不同。 3．它还有用样量少、操作简便等的优点。 荧光法的缺点是，由于许多物质不发射荧光，因此使它的应用范围受到限制。 10、激发光谱和荧光光谱如何得到？ 任何发射荧光的物质都具有两个特征光谱，即激发光谱（excitation spectrum）和荧光光谱(fluorescence spectrum)。它们是荧光分析中定性和定量的基础。 荧光物质的最大激发波长（λex）和最大荧光波长（λem）是鉴别物质的根据，也是定量测定时的最灵敏的条件。 激发光谱  ： 如果将激发光的光源用单色器分光，测定不同波长的激发光的照射下，荧光最强处荧光强度的变化，以激发波长（λ）为横坐标，荧光强度（IF）为纵坐标作图，便可得到荧光物质的激发光谱。 荧光光谱  ：固定激发光波长和强度，而让物质发射的荧光通过单色器分光，以测定不同波长的荧光强度。以荧光波长（λ）为横坐标，荧光强度（IF）为纵坐标作 图，便可得到荧光物质的荧光光谱。 11、分子产生荧光必须具备2个条件： 1．物质分子必须具有能吸收一定频率紫外光的特定结构 2．物质分子吸收了特征频率的辐射能之后，必须具有较高的荧光效率。荧光效率大，在相同的浓度下，荧光的发射强度也大 12、环境对荧光的影响 分子所处的环境，如温度、溶剂、PH值等都会影响分子结构和立体构像，从而影响荧光强度 。 1.温度：一般说来，大多数荧光物质的溶液随着温度的降低，荧光效率和荧光强度将增加；相反，温度升高荧光效率将下降 。  2.溶剂：同一种荧光物质溶于不同的溶剂，其荧光光谱的位置和强度可能有明显的不同。一般情况下，随着溶剂的极性增加，荧光强度将增强。 3.溶剂PH值的影响，当荧光物质是弱酸或弱碱时，溶剂PH值对荧光强度有较大影响。 4.猝灭剂的影响，荧光猝灭是指荧光物质与溶剂子或其他溶质分子相互作用，引起荧光强度降低、消失或荧光强度与浓度不呈线性的关系的现象。引起荧光猝灭的物质称为猝灭剂（quencher）。常见的猝灭剂有卤素离子、重金属离子、氧分子、以及硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物等。 13、荧光的定量分析 1．荧光测定的线性范围一般在10-5~100μg/ml。当浓度较高时，吸光度（A）〉0.05时，由于自猝灭和自吸收等原因，荧光强度与浓度不呈线性关系，荧光强度同浓度的线性关系将向浓度轴偏离，发生负偏差。 2．与紫外-可见分光光度法相同，也可采用曲线法和标准对照法。 3．测量条件的选择 选择线性范围：当荧光物质溶液的吸光度A≤0.05时，荧光强度与浓度才呈线性关系。 选择合适的激发光和荧光波长：一般选择激发光谱中能产生最强荧光的入射光波长作为激发光，荧光光谱选择最强荧光的波长作为荧光测定的波长。 14、荧光分光度计的性能 1.可检测荧光、磷光及生物发光 2.扫描速度快，可达24000 nm/分，数据采集速率达80次/秒 3.波长范围：190-1100 nm 4.光谱带宽：1.5、2.5、5、10和20 nm五档切换 5.具有液体池和固体池，并具有自动控温设备。 原子吸收 15、原子吸收与原子发射含义异同点。 原子吸收光谱法（AAS），亦称原子吸收分光光度法，是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。它是测定痕量和超痕量元素的有效方法。 原子发射光谱（AES）分析， 原子由激发态回到基态（或跃迁到较低能级）时，若此以光的形式放出能量，就得到了发射光谱。利用物质在被外能激发后所产生的原子发射光谱来进行分析的方法。其谱线的波长决定于跃迁时的两个能级的能量差。 16、原子吸收光谱分析的特点 ? 检出限低。火焰原子吸收光谱法（FAAS）检出限可达ng/ml量级，石墨炉原子吸收光谱法的检出限可达10-13~10-14g。 ? 选择性好。原子吸收光谱是元素的固有特征，这是其选择性好的根本原因。 ? 精密度高。原子吸收光谱的相对标准偏差一般可达到1%，最好时可以达到0.3%或更好。 ? 抗干扰能力强。原子吸收线数目少，一般不存在共荐元素的光谱重叠干扰。 ? 应用范围广。 ? 用样量小。 ? 仪器设备相对比较简便，操作简便，易于掌握。 17、AAS法的应用 2） 在元素分析中的应用：原子吸收光谱分析在元素分析中的应用最为广泛。现已广泛应用于工业、农业、生化、地质、治金、食品、环保等各个领域，日前原子吸收已成为金属元素分析的最为有力工具之一，而且在许多领域已作为标准分析方法。能检测70余种金属元素含量。 2）在理论研究中的应用：能测定活化能、气体原子扩散系数、解离能、蒸气压等。 3）在有机分析中的应用：多种有机物与相应的金属元素之间的化学计量反应而间接测定有机化合物。如8-羟基奎啉（Cu）。 4）在金属元素形态分析：通过气液色谱分离后以原子吸收测定，可以分析金属元素的不同价态 。 18、原子吸收定量分析 1．标准曲线法：配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液，在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光度值。绘制吸光度对浓度的校准曲线。测定试样的吸光度，从校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。 2.标准加入法：分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓度为0，CS、2CS 、3CS… ，然后分别测定它们的吸光度，绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离Cx 即是被测元素经稀释后的浓度。 19、测定条件的选择： 1．分析线的选择：一般选用共振线作分析线。 2．灯电流：保正稳定和适当光强度输出的条件下，尽量选用较低的工作电流。 3．原子化条件： ? 火焰法主要是选择适当的火焰。对于分析线在200nm以下的元素，不宜选用乙炔火焰。对于易电离的元素，宜选用低温火焰。而对于易生成难离解化合物的元素，则宜选用高温火焰。 ? 石墨炉法则应选择合适的干燥、灰化和原子化温度。 4． 燃烧器高度： ? 对于不同的元素，自由原子的浓度随火焰高度的分布是不同的。所以测定时，应调节其高度使光束从原子浓度最大处通过。 5．狭缝宽度： ?   由于原子吸收光谱法谱线的重叠较少，一般可用较宽的狭缝，以增强光的强度。但当存在谱线干扰和背景吸收较大时，则宜选用较小的狭缝宽度。  20. 火焰 子化器 常用的原子化器是预混合型火焰原子化器、电热石墨炉原子化器、阴极溅射原子化器、和石英原子化器。 预混合型火焰原子化器由雾化器、预混合室、缝式燃烧器及相应的气路组成。雾化器是关键部件，其作用是将试样雾化成直径为微米级的气溶胶。雾化效率直接影响元素的测定灵敏度。  a）喷雾器：将试样溶液转为雾状。 b）雾化室：内装撞击球和扰流器（去除大雾滴并使气溶胶均匀）。 c）燃烧器：产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。        非火焰原子化器 电热石墨炉原子化器是一类将试样放置在石墨管壁内，用电加热至高温实现原子化的系统。其中管式石墨炉是最常用的原子化器。采用40A，250V低压大电流供电，惰性气体保护，用水冷却。 ? 包括电源、保护系统和石墨管三部分。 ? 电源：100~250V，40A。用于产生高温。 ? 保护系统： 保护气（Ar）分成两路 ? 管外气——防止空气进入，保护石墨管不被氧化、烧蚀。 21、 光源—空心阴极灯 空心阴极灯的结构：是一种由被测元素或含有被测元素的材料制成的圆筒形空心极与一个阳极，密封在充有低压Ne或Ar惰性气体的玻璃管内的电真空器件。云母或陶瓷屏蔽的作用是阻止放电向外扩散，使放电集中在阴极腔内。 对光源的基本要求：发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度(锐线光源)；辐射的强度大；辐射光强稳定，背景小，使用寿命长等。空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用最广。 等离子 22.原子发射光谱分析的特点： 1．相当高的灵敏度 2．有较好的选择性 3．准确度较高 4．能同时测定多种元素，分析速度快。 5．用样量少 定量、定性分析样品中所含元素，多组分同时分析。 红外 23、简述傅立叶变换红外光谱仪的结构。样品应具备何种条件才能进行红外测试。 这是目前的主流机型，也是我们重点要介绍的机型。它测量波段宽、分辨率高、光通量大、响应速度快，可进行在线联机测试：GC/FTIR; HPLC/FTIR; TLC/FTIR； PGC/FTIR；SFC/FTIR/MS；TGA/FTIR；MIC/FTIR GC：  气相色谱法 TLC:  薄层色谱法 HPLC: 高效液相色谱法 SFC： 超临界流体色谱法 TGA： 热重分析法 PGC： 裂解色谱法 MIC： 显微红外 (1) 试样应该是单一组分的纯物质，纯度应>98%，便于与纯化合物的标准进行对照。多组分试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。 (2) 试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池的盐窗。 (3) 试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。 24、红外光谱仪的分类，及各自结构特点。 1.色散型红外光谱仪 样品置于光源与分光器之间，样品受红外光束聚焦加热，易产生热效应。分光器是由棱镜或光栅构成，获得单色光的纯度差，造成仪器的分辨率低。 这种仪器扫瞄速度慢，测定一个样品一般需几分钟，甚至十几分钟，无法进行在线联机测试。 2.傅里叶变换型红外光谱仪 这是目前的主流机型，也是我们重点要介绍的机型。它测量波段宽、分辨率高、光通量大、响应速度快，可进行在线联机测试：GC/FTIR; HPLC/FTIR; TLC/FTIR； PGC/FTIR；SFC/FTIR/MS；TGA/FTIR；MIC/FTIR GC：  气相色谱法 TLC:  薄层色谱法 HSFC： 超临界流体色谱法 TGA： 热重分析法 PGC： 裂解色谱法 MIC： 显微红外 PLC: 高效液相色谱法 两类机型的性能比较 从两类红外光谱仪原理比较可知，傅里叶变换红外光谱仪有其独特之处，它与一般色散型红外光谱仪截然不同。FTIR无分光系统，测量时是应用经迈克尔逊干涉仪调制了的干涉光。可一次取得全波段光谱信息。具有高光通量，低噪声，测量速度快等一系列优点。它扩展了红外光谱研究领域，发展了许多特殊测试技术。下表是两种光谱仪的性能比较： 3. Nicolet  Nexus  470 FTIR光谱仪 Nexus系列智能傅立叶红外光谱仪性能 ：Nexus系列红外光谱仪是尼高力公司集近30年生产傅里叶红外光谱仪的，结合当今最新的光学、电子学、材料科学和人工智能技术推出的智能化、研究级红外光谱仪。 Nexus的设计充分体现了，在达成尖端技术指标的同时，最大限度地使系统智能化。 25、中红外谱图中的区域如何划分，一张合格红外谱图的基本要求。 28、简述HPLC基本原理及结构组成。 高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相) 内, 由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数, 在两相中作相对运动时, 经过反复多次的吸附- 解吸的分配过程, 各组分在移动速度上产生较大的差别, 被分离成单个组分依次从柱内流出, 通过检测器时, 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来。 30、请用示意图描述液相色谱手动进样阀构造（load和inject两种状态）。 31、简述HPLC对流动相的要求。 ① 必须是HPLC级的，不与固定相发生化学反应。  ② 对样品有适宜的溶解度，要求k在1～10范围内（可用范围）或2～5（最佳范围）。k值太小，不利于分离；k值太大，可能使样品在流动相中沉淀。  ③ 必须与检测器相适应。如用紫外检测器时，不能选用截止波长大于检测波长的溶剂。 ④ 粘度小。  ⑤ 必须脱气：由于流动相里含有微量空气，经泵的压力作用，会在流通池里产生气泡，这对分析产生一定的影响，如噪音增大，甚至于掩盖信号峰。因此，流动相在使用前必须经超声脱气30分钟以上。  ⑥ 过滤：由于流动相里有很微小的垃圾，如不经过过滤，偶尔会卡在单向阀门中，从而产生压力波动。  32、简述热重分析（TG）基本原理及DTG的意义。 差示扫描量热仪（DSC) 差热分析仪 （DTA） 热重分析仪  （TGA） 热机械分析仪 （DMA） 热重分析指温度在程序控制时，测量物质质量与温度之间的关系的技术。这里值得一提的是，定义为质量的变化而不是重量变化是基于在磁场作用下，强磁性材料当达到居里点时，虽然无质量变化，却有表观失重。而热重分析则指观测试样在受热过程中实质上的质量变化。 热重分析所用的仪器是热天平，它的基本原理是，样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。TGA 可以得到样品的热变化所产生的热物性方面的信息。 热重分析通常可分为两类：动态法和静态法。 1.静态法：包括等压质量变化测定和等温质量变化测定。等压质量变化测定是指在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与温度关系的一种方法。这种方法准确度高，费时。 2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。微商热重分析又称导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，简称DTG），它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。以物质的质量变化速率（dm/dt） 对温度T（或时间t）作图，即得DTG曲线。 33、简述DTA、DSC的工作原理及差异。 34、简述BIC-90激光粒度仪的技术指标。 1、测量范围：分为纳米级和微米级 2、测试方法：干法和湿法 3、测试原理：米氏散射和动态光散射 4、激光器：一般分为半导体激光器和HE-NE气体激光器，半导体激光器优点使用前无需预热，使用寿命长，缺点是发光不稳定，光斑可能不圆，气体激光器使用前应先预热，夏季在15分钟冬季在30分钟左右，优点是光斑圆，发光稳定 5、探测器的数量，也叫测量通道，不同的粒度仪探测器的环数也不一样，测量的精度也不一样，建议用环数多，排列角度大的