材料现代分析方法-练习含答案.pdf

1 材料现代分析方法材料现代分析方法 目录目录 第一篇 总论 习题 . 3 一、填空题 . 3 二、名词解释 . 3 第二篇 衍射分析 习题 . 4 一、选择题 . 4 二、填空题 . 4 三、判断题 . 5 四、名词解释 . 5 五、简答题 . 6 第三篇 电子显微分析 习题 . 8 一、选择题 . 8 二、填空题 . 9 二、判断题 . 9 三、名词解释 . 9 四、简答题 . 10 第四篇 光谱、电子能谱分析 习题 . 11 第十一章 原子光谱分析法 . 11 原子发射光谱（AES）习题 . 11 一、选择题 . 11 二、填空题 . 12 三、简答题 . 13 原子吸收光谱（AAS） 习题 . 15 一 选择题 . 15 二 填空题 . 15 三 简答题 . 16 原子荧光法 AFS 习题 . 18 一 选择题 . 18 二 填空题 . 18 三 名词解释： . 19 四 简答题： . 19 第十二章 分子光谱分析法 . 20 紫外-可见光吸收光谱法（UV-Vis）习题 . 20 一 选择题 . 20 二 填空题 . 21 三 简单题 . 21 分子荧光光谱法 . 23 一 名词解释 . 23 红外吸收光谱法 . 23 一 选择题 . 23 2 二 填空题 . 24 三 简答题 . 24 四 计算题 . 25 第十三章 电子能谱分析法 . 26 一 简答题 . 26 第五篇 其它分析方法 习题 . 28 第十七章 热分析法 . 28 一 选择题 . 28 二 填空题 . 29 三 判断题 . 29 四 名词解释 . 29 五 简答题 . 30 第十八章 核磁共振谱法 . 31 一 选择题 . 31 二 填空题 . 34 三 判断题 . 35 四 各词解释 . 35 五 简答题 . 36 六 结构解析题 . 37 3 第一篇第一篇 总论总论 习题习题 一一、填空题填空题 1电磁辐射也可称为电磁波，它在空间的传播遵循波动方程；电磁辐射具有波粒二象性， 电磁辐射波动性的表现有： 反射 、 折射 、 干涉 、 衍射 、 偏振 ；描述电磁辐射波动 性的主要物理参数有： 波长或者波数 、 频率 相位 。 2电磁辐射具有微粒性，即由光子所组成的光子流。电磁辐射的微粒性的表现主要是 光 电效应 ； 描述电磁辐射微粒性的主要物理参数有 光子能量 和 光子动量 等。 3电磁波谱可分为 3 个部分：长波部分，包括 射频波 和 微波 ，有时习惯 上称此部分为 波谱 。中间部分，包括 紫外线 、 可见光 和 红外线 ， 统称为 光谱 。短波部分，包括 X 射线 和 射线 （以及宇宙射线） ，此部 分可称 射线谱 。 4原子由原子核和绕核运动的电子组成，一般近似认为核外电子在各自的轨道上运动。核 外电子的运动状态由 主量子数 n 、 角量子数 l 、 磁量子数 m 、自旋量子 数 s 和 自旋磁量子数 ms 表征。 5分子的运动及能态比原子的复杂。分子能级可近似的认为由 电子能级 、 振动 能级 和 转动能级 组成。 6电子束与固体样品作用时产生的信号有_背散射电子_、_二次电子_、_吸收电子_、 _透射电子_、_特征 X 射线_、_俄歇电子。 二二、名词解释、名词解释 基态： 激发： 满带：能带中所有能级都被电子填满。 空带：能带中各个能级都无电子填充。 空间点阵： 倒易点阵： 晶面晶面： 在空间点阵中可以作出相互平行且间距相等的一组平面， 使所有的节点均位于这组平 面上，各平面的节点分布情况完全相同，这样的节点平面成为晶面。 晶面间距：两个相邻的平行晶面的垂直距离。 4 第二篇第二篇 衍射分析衍射分析 习题习题 一、选择题一、选择题 （ B ）1.用来进行晶体结构分析的 X 射线学分支是（ ） A.X 射线透射学；B.X 射线衍射学；C.X 射线光谱学；D.其它 （ B ）2. M 层电子回迁到 K 层后，多余的能量放出的特征 X 射线称（ ） A. K ；B. K ；C. K ；D. L 。 ( A )3K 层电子被激发，L 层电子向 K 层电子跃迁时，辐射出的 X 射线为： （ A ） (A) Ka辐射 (B) K辐射 (C) La辐射 (D) L辐射 （ C ）4. 当 X 射线发生装置是 Cu 靶，滤波片应选（ ） A.Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。 （ A ）5. 当电子把所有能量都转换为 X 射线时，该 X 射线波长称（ ） A. 短波限 0；B. 激发限 k；C. 吸收限；D. 特征 X 射线 （ C ）6.有一倒易矢量为cbag22，与它对应的正空间晶面是（ ） 。 A. （210） ；B. （220） ；C. （221） ；D. （110） ； 。 （ C ）7.一束 X 射线照射到晶体上能否产生衍射取决于（ ） 。 A是否满足布拉格条件；B是否衍射强度 I0；CA+B；D晶体形状。 （ B ）8.面心立方晶体（111）晶面族的多重性因素是（ ） 。 A4；B8；C6；D12。 （ B ）9.最常用的 X 射线衍射方法是（ ） 。 A. 劳厄法；B. 粉末多法；C. 周转晶体法；D. 德拜法。 （ C ）10.德拜法中有利于提高测量精度的底片安装方法是（ ） 。 A. 正装法；B. 反装法；C. 偏装法；D. A+B。 （ C ）11.德拜法中对试样的要求除了无应力外，粉末粒度应为（ ） 。 A. 250 目；C. 在 250-325 目之间；D. 任意大小。 （ B ）12.测角仪中，探测器的转速与试样的转速关系是（ ） 。 A. 保持同步 11 ；B. 21 ；C. 12 ；D. 10 。 （ B ）13.衍射仪法中的试样形状是（ ） 。 A. 丝状粉末多晶；B. 块状粉末多晶；C. 块状单晶；D. 任意形状。 ( B )14 用X射线对化合物或固溶体进行定性分析时， 得到的结果是： （ ） (A) 元素 (B) 相 (C) 组织 (D) 成分 （ A ）15. X 射线物相定性分析时，若已知材料的物相可以查（ ）进行核对。 A. Hanawalt 索引；B. Fenk 索引；C. Davey 索引；D. A 或 B。 二二、填空题填空题 1、 X 射线管电压低时， 只能产生 连续谱 ， 较高时可能产生 连续谱 和 特征谱 。 特征 X 射线强度与 管电压 、 管电流 及 特征激发 有关。 2、影响 X 射线衍射强度的因素有 结构因子 、 多重性因子 、 吸收因子 、 温度 因子 。 5 3、 晶体衍射的方法分为多晶体衍射方法和单晶体衍射方法； 多晶体衍射方法分为有 照相照相 法和 衍射仪衍射仪 法； 单晶体衍射方法有 劳埃劳埃 法和 周转晶体周转晶体 法。 衍射仪法中 的主要参数有 狭缝宽度 、 扫描范围 、 扫描速度 。 4、X 射线定量分析方法有 内标法 、 外标法 、 K 值法 。 三、判断题三、判断题 1特征 X 射线的波长是由阳极靶元素决定的。 （ ） 2产生衍射的充要条件是满足布拉格方程且 Fhkl0。 （ ） 四、名词解释四、名词解释 光电效应：光电效应：原子被入射辐射电离的现象 相干散射：相干散射：当 射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫 振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的 波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件。 非相干散射：非相干散射： 当 射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后， 可以得到波长比入射 射线 长的 射线，且波长随散射方向不同而改变的散射现象。 荧光辐射：荧光辐射：也称为二次荧光，一个具有足够能量的 射线光子从原子内部打出一个 K 电子， 当外层电子来填充 K 空位时，将向外辐射 K 系 射线，这种由 射线光子激发原 子所发生的辐射过程，称荧光辐射。 K K 系的吸收限系的吸收限：指 射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射 光子的能量必须等于或大于将 K 电子从无穷远移至 K 层时所作的功 W，称此时的 光子波长 称为 K 系的吸收限。 俄歇效应俄歇效应：当原子中 K 层的一个电子被打出后，它就处于 K 激发状态，其能量为 Ek。如果一 个 L 层电子来填充这个空位，K 电离就变成了 L 电离，其能由 Ek 变成 El，此时将 释 Ek-El 的能量，可能产生荧光 射线，也可能给予 L 层的电子，使其脱离原子 产生二次电离。即 K 层的一个空位被 L 层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效 应。 X-ray 谱谱： 如果对 X-ray 管施加不同的电压， 再用适当的方法去测量由 X-ray 管发出的 X-ray 波长和强度， 得到 X-ray 强度与波长的关系曲线.X-ray 强度 I 随波长 变化的关系 曲线。实验发现：X-ray 管发射出的 X-ray 分为连续 X-ray 谱和特征(标识)X-ray 谱两类。 X-ray 连续谱连续谱:在管压很低，小于 20kv 的曲线是连续变化的，故称之为 X-ray 连续谱。 短波限短波限: 随管压增高，X-ray 强度增高，连续谱峰值所对应的波长向短波方向移动。在各种 管压下的连续谱都存在一个最短的波长值 0，称为短波限。 特征特征 X-ray: 改变管电压，管电流，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即 波长只与靶的原子序数有关， 与电压无关。 因为这种强度峰的波长反映了物质的原 子序数特征，所以叫特征 X-ray，由特征 X-ray 构成的 X-ray 谱叫特征 X-ray 谱。 系统消光系统消光:把因原子在晶体中位置不同或原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的 现象称为“系统消光” 。 6 结构因子结构因子: 是晶体结构对衍射强度的影响因子,定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度 影响规律的参数称为结构因子。 X X 射线吸收规律射线吸收规律：强度为 I 的特征 X 射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减与在物质内通 过的距离 x 成比例，即-dI/I= dx 。 线吸收系数线吸收系数： 即为上式中的 ， 指在 X 射线传播方向上， 单位长度上的 X 射线强弱衰减程度。 五五、简答题、简答题 1.特征特征 X 射线是如何产生的？射线是如何产生的？ 答：电子将原子内层电子激发出来，外层电子向内层电子跃迁，在跃迁的过程中，多余的 能量以 X 射线的形式释放出来。对于不同元素而言，能级差是固定的，因此不同元素所 激发出来的能量不同，所以称为特征 X 射线。 2、X 射线产生的基本条件？射线产生的基本条件？ 答：X-ray 是由高速运动着的带电（或不带电）粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与 该物质中的内层电子相互作用而产生的。其大部分动能（99%）转变为热能使物体升温， 而一小部分动能（1%）则转变为光能以 X 射线形式向外界释放。 A 产生自由电子 B 使 电子作定向高速运动 C 在电子运动的方向上设置使其突然减速的障碍物 3、X 射线衍射与光的反射的区别？射线衍射与光的反射的区别？ 答： 1、 被晶体衍射的 X-ray 是入射线在晶体中所经过路程上的所有原子散射波干涉的结果， 而可见光的反射是在极表层产生的， 可见光反射仅发生在两种介质的界面上。 2、 单色 X-ray 的衍射只是在满足布拉格定律的若干特殊角度上产生（选择衍射） ，而可见光的反射可以在 任意角度产生。 可见光在良好的镜面上反射，其效率可以接近 100%，而 X-ray 衍射的强 度比起入射强度却微乎其微。注意：X-ray 的反射角不同于可见光反射角，X-ray 的入射线 与反射线的夹角永远是 2 4、X-ray 衍射的本质？衍射的本质？ 答：X-ray 的衍射是由大量原子参与的一种散射现象。原子在晶面上呈周期排列，被它们散 射的 X-ray 之间必然存在位相关系，因而在大部分方向上产生相消干涉，只在仅有的几个方 向上产生相长干涉， 这种相长干涉的结果形成了衍射束。 产生衍射现象的必要条件是有一个 可以干涉的波（X-ray）和有一组周期排列的散射中心（晶体中的原子） 5试推导试推导 BraggBragg 方程，并对方程中的主要参数表示的意义和范围进行讨论。方程，并对方程中的主要参数表示的意义和范围进行讨论。 假设： 晶体结构的周期性，可将晶体视为由许多相互平行且晶面间距（d）相等的原子面组成； X 射线具有穿透性，可照射到晶体的各个原子面上； 光源及记录装置至样品的距离比 d 数量级大得多，故入射线与反射线均可视为平行光。 设一束平行的 x 射线(波长，以角照射到晶体中 (hkl)的各原子面上，各原子面产生反 射，如图所示，A1 与 A2 是任选两相邻晶面。 反射线光程差 干涉一致加强的条件 得出： 7 讨论：(1) |sin |1； / 2d = | sin | 1，即 2d 因此，只有当入射 X 射线的波长 2d 时，才能产生衍射。 6、X 射线与物质的相互作用。射线与物质的相互作用。 一束 X 射线通过物质时，一部分透射，一部分则被吸收（散射与真吸 收） ，其强度发生衰 减。 X-ray 与物质的相互作用是一个复杂的过程。归结为三个能量转换过程： E1：散射 能量。 E2： 吸收能量： 包括真吸收转化部分和光电效应、 俄歇效应、 正电子吸收等 。 E3： 透过物质继续沿原入射方向传播的能量， 包括波长改变和不改变部分。 根据能量守恒定律， E1+E2+E3=E。E 为光子能量、电子能量、原子能量和剩余能量的总和。 相干散射 当 X-ray 与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，光子把能量全部传给电子，电 子受 X-ray 电磁波的影响绕其平衡位置发生受迫振动， 不断被加速或被减速而且振动频率与 入射 X-ray 的相同。 非相干散射 当 X-ray 光子与束缚力不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子 相撞时的散射过程可利用一个光子与一个电子的弹性碰撞机制来描述。 电子将被撞离原运动 方向同时带走光子的一部分动能成为反冲电子；根据动量和能量守恒，原来的 X-ray 光子也 因碰撞而损失掉一部分能量，使得波长增加并与原方向偏离 2 角。散射光子和反冲电子的 能量之和等于入射光子的能量。 X-ray 的吸收 物质对 X-ray 的吸收（真吸收）是原子内部电子的跃迁引起的。物质吸收 X 射线时会产生二次特征（产生荧光辐射） 、光电效应（逸出光电子）及俄歇效应（逸出俄 歇电子） 。 7、简述、简述 X 射线衍射物相分析方法中，单相物质定性分析程序？射线衍射物相分析方法中，单相物质定性分析程序？ 答: （1）制备待分析物质样品； （2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索 PDF 卡片； （4）核对 PDF 卡片与物相判定。 8 8. .计算面心立方的结构因子，其晶面指数满足什么条件时出现衍射强度计算面心立方的结构因子，其晶面指数满足什么条件时出现衍射强度 答：面心立方晶胞内四个同种原子，分别位于 0 0 0，1/2 1/2 0, 1/2 0 1/2, 0 1/2 1/2, 8 则 F= e 2 (0)+ e2 i(h/2+ k/2)+ e2 i(k/2+ l/2)+ e2 i(l/2+ h/2) = 1+ e i(h+ k)+ e i(k+ l)+ e i(l+ h) 如果 h，k，l 为全奇、全偶， （h+ k） ， （k+ l） ， （l+ h）必然为偶数，所以 F 2=16 2 F=4 如果 h，k，l 为有奇有偶，三个指数函数的和为1。故有 F 2=0 F=0 而当 F=0 时，无衍射束产生，因此时每个晶胞内原子散射波的合成振幅为零，这也就是结构 消光。 第三篇第三篇 电子显微分析电子显微分析 习题习题 一一、选择题、选择题 （ B ）1、人眼的平均分辨率为（ ） A 0.4mm B 0.2mm C 0.3mm D O.2 m E 0.4 m （ A ）2、电子枪产生的电子是（ ） A 入射电子 B 透射电子 C 弹性散射电子 D 二次电子 E 俄歇电子 （ B ）3、用来显示组织和细胞的内部超微结构像的电子为（ ） A 入射电子 B 透射电子 C 弹性散射电子 D 二次电子 E 反射电子 （ B ） 4 吸收电子的产额与样品的原子序数关系是原子序数越小， 吸收电子：（ ） A 越多 B 越少 C 不变 D 随即变化 （ E ）5、下面哪项不是超高压电子显微镜的优点（ ） A 可用于观察厚切片 B 可以提高分辨率 C 可提高图像质量 D 可观察复杂的结构 E 减少辐射损伤范围 （ B ）6、下面对扫描电镜的描述错误的是（ ） A 利用反射电子和二次电子成像 B 用于观察组织细胞内部结构 C 样品室大，可用于观察块状样品 D 景深长，立体感强 E 样品可被升降和倾斜 （ A ）7扫描电镜的分辨率是指： （ ） A 二次电子像的分辨率 B 俄歇电子的分辨率 C 背散射电子像的分辨率 D 吸收电子像的分辨率 ( D )8下列仪器适用于直接进行样品断口形貌分析的是： （ D ） A 光学显微镜 B 透射电子显微镜 C 扫描隧道显微镜 D 扫描电子显微镜 ( A )9扫描电镜的分辨率是指： （ A ） A 二次电子像的分辨率 B 俄歇电子的分辨率 C 背散射电子像的分辨率 D 吸收电子像的分辨率 （ D ）10、电子枪由（ ）组成 A 阴极、阳极 B 阴极、栅极 C 阳极、栅极 9 D 阴极、阳极、栅极 E 正极、负极、栅极 ( C )11 将入射电子束反相倾斜相应角度， 使散射电子沿光轴传播的成像操作叫做： ( ) A 中心明场成像 B 明场成像 C 中心暗场成像 D 暗场成像 （ D ） 12 让衍射束通过物镜光阑而把透射束挡掉得到图像衬度的方法， 叫做：（ ） A 中心明场成像 B 明场成像 C 暗场成像 D 中心暗场成像 （ D ）13、下面对透射电镜描述不正确的是（ ） A 利用透射电子成像 B 观察细胞内部超微结构 C 可观察负染标本 D 景深长、立体感强 E 分辨率高，性能最完善 二、填空题二、填空题 1. TEM 中的透镜有两种，分别是 静电透镜 和 电磁透镜 。 2. TEM 中的三个可动光栏分别是 第二聚光镜光栏 位于 第二聚光镜焦 点上 ， 物镜光栏 位于 物镜的背焦面上 ， 选区光栏 位于 物镜的像平 面上 。 3. TEM 成像系统由 物镜 、 中间镜 和 投影镜 组成。 4. TEM 的主要组成部分是 照明系统 、 成像系统 和 观察记录系统 ； 辅助部 分由 真空系统 、 循环冷却系统 和 控制系统 组成。 5. 电磁透镜的像差包括 球差 、 像散 和 色差 。 二二、判断题、判断题 1扫描电子显微镜的最小分辨本领可以小于其束斑直径。 （ ） 2透射电子显微镜中，聚光镜的作用是用来会聚电子枪发射出来的电子束的。 （ ） 三三、名词解释、名词解释 电磁透镜：电磁透镜：用磁场来使电子波聚焦成像的装置。 二次电子：二次电子： 入射电子从固体中直接击出的原子核外电子和激发态原子退回基态时产生的电子 发射。 分辨率分辨率：是指成像物体上能分辨出的两个物点的最小距离 明场像明场像：用另外的装置来移动物镜光阑，使得只有未散射的透射电子束通过他，其他衍射的电子束被光阑 挡掉，由此得到的图像 暗场像暗场像：或是只有衍射电子束通过物镜光阑，投射电子束被光阑挡掉，由此得到的图像 景深景深：是指当成像时，像平面不动，在满足成像清晰的前提下，物平面沿轴线前后可移动的距离 焦长焦长：焦长是指物点固定不变（物距不变） ，在保持成像清晰的条件下，像平面沿透镜轴线可移动的距离。 像差像差：由于透镜几何形状和电磁波波长变化对电磁透镜聚焦能力不一样造成的图像差异 衬度衬度：像平面上各像点强度的差别 质厚衬度质厚衬度：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域投射电子强度的改变，从而 10 在图像上形成亮暗不同的区域这一现象叫质厚衬度效应 四四、简答题、简答题 1 1、 为什么电子显微分析方法在材料研究中非常有用？为什么电子显微分析方法在材料研究中非常有用？ 答：因为电子显微分析能够 1）观察材料的表面形貌；2）可以用来研究样品的晶体结构 和体取向分布；3）可以进行能固体能谱分析。以上三个方面对于研究材料的性能与微观组 织和成分的关系有很大的帮助。 2. 2. 电子与样品作用产生的信号是如何被利用的？扫描电镜利用了那几个信号？电子与样品作用产生的信号是如何被利用的？扫描电镜利用了那几个信号？ 高能电子束与试样物质相互作用，产生各种信号，这些信号被相应的接收器接收，经过 放大器和处理后， 可以获得样品成分和内部结构的丰富信息。 背散射电子和二次电子主要应 用于扫描电镜；透射电子用于透射电镜；特征 X 射线可应用于能谱仪，电子探针等；俄歇电 子可应用于俄歇电子能谱仪。吸收电子也可应用于扫描电镜，形成吸收电子像。 1）背散射电子。背散射电子是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。其 中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 背散射电子的产生范围深， 由于背散射电子的 产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征， 也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。 2）二次电子。二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面 50-500 的区域，能量为 0-50 eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形 貌。 3）吸收电子。入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足 够厚度，没有透射电子产生） ，最后被样品吸收。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电 流表，就可以测得样品对地的信号。若把吸收电子信号作为调制图像的信号，则其衬度与二 次电子像和背散射电子像的反差是互补的。 4）透射电子。如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的入射 电子能够穿过薄样品而成为透射电子。 样品下方检测到的透射电子信号中， 除了有能量与入 射电子相当的弹性散射电子外， 还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。 其中有些待征能 量损失 5）特征 X 射线。特征 X 射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释 放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。 如果用 X 射线探测器测到了样品微区中存在某 一特征波长，就可以判定该微区中存在的相应元素。 6）俄歇电子。如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不以 X 射线的形式释放， 而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。 俄歇电子是由试样表面极有限的几个原于层中发出的， 这说明俄歇电子信号适用于表层化学 成分分析。 3 3. . 荧光荧光 X X 射线、二次电子和背散电子哪一个在样品上扩展的体积最大？射线、二次电子和背散电子哪一个在样品上扩展的体积最大？ 答：不同的信号在样品中穿透的体积各不相同，对于荧光 X 射线、二次电子和背散电子来 说，二次电子从表面 5-10nm 层发射出来，能量为 0-50eV，被散电子从试样的 0.1-1 微米的深处发射出来，能量接近入射电子能量。荧光 X 射线与特征 X 射线波长相同，特征 X 射线是从试样的 0.5-5 微米的深处激发出来。因此荧光 X 射线的扩展体积最大，背散电子 其次，二次电子的扩展体积最小。 11 4. 4. 要用扫描电镜观察不导电样品，可以采取哪些措施避免放电对图像清晰的影响？要用扫描电镜观察不导电样品，可以采取哪些措施避免放电对图像清晰的影响？ 答：有以下措施： （1）降低电压，因为降低电压后，单位时间内打在样品表面的电子数目减小，因此可以减 少电荷在样品表面的堆积。 （2）用环境扫描，通过在腔体内冲入水汽的方法，样品表面的电子通过水蒸气带走，从而 减少样品表面电荷堆积。 （3）喷金或喷碳，通过在样品表面喷金或喷碳，使电子束直接打在金膜或碳膜上，由于金 和碳的导电性比较好，可以带走电子从而减少样品表面电荷堆积。 （4）需要加快操作速度，因为时间越长电荷堆积越多，减少操作时间可以减少样品表面电 荷的堆积。 另一种答案： 在试样上喷涂一层导电物质金或碳；采用较低的加速电压；背散电子成像；改善样品和样 品台的导电连接；用可变电压扫描电镜、环境扫描电镜直接观察。 5.5.二次电子像景深很大，样品凹坑底部都能清楚地显示出来，从而使图像的立体感很强，二次电子像景深很大，样品凹坑底部都能清楚地显示出来，从而使图像的立体感很强， 其原因何在？其原因何在？ 答： 因为背离探测器的二次电子也能够被探测器接受到， 因此二次电子像显示细节的能力好。 6 6、透射电镜主要由几大系统构成、透射电镜主要由几大系统构成? ? 各系统之间关系如何各系统之间关系如何? ? 答：三大系统:电子光学系统,真空系统,供电系统。 其中电子光学系统是其核心。其他系 统为辅助系统。 7 7、 透射电镜的照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？透射电镜的照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？ 答：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。它的作用是提供一 束亮度高、照明孔经角小、平行度好、束流稳定的照明源。它应满足明场和暗场成像需求。 第四篇第四篇 光谱、电子能谱分析光谱、电子能谱分析 习题习题 第十一章第十一章 原子光谱分析法原子光谱分析法 原子发射光谱（原子发射光谱（AESAES）习题）习题 一、选择题一、选择题 （ D ）1. 某摄谱仪刚刚可以分辨 310.0305 nm 及 309.9970 nm 的两条谱线，则用该摄 谱仪可以分辨出的谱线组是 ( ) A.Si 251.61 Zn 251.58 nm; B.Ni 337.56 Fe 337.57 nm C.Mn 325.40 Fe 325.395 nm; D.Cr 301.82 Ce 301.88 nm （ D ）2. 原子发射光谱是由下列哪种跃迁产生的？ ( ) 12 A 辐射能使气态原子外层电子激发; B 辐射能使气态原子内层电子激发 C 电热能使气态原子内层电子激发; D 电热能使气态原子外层电子激发 （ A ） 3. 光电法原子发射光谱分析中谱线强度是通过下列哪种关系进行检测的 （I光 强，i电流，V电压）？ ( ) A. I i V B. i V I C. V i I D. I V i （ B ）4. 摄谱法原子光谱定量分析是根据下列哪种关系建立的(I光强, N基基态 原子数,S分析线对黑度差, c浓度, I分析线强度, S黑度)？ ( ) A.I N基 B.S lgc C.I lgc D.S lgN基 （ D ）5. 当不考虑光源的影响时，下列元素中发射光谱谱线最为复杂的是 ( ) A. K B. Ca C. Zn D. Fe （ C ）6. 发射光谱定量分析选用的“分析线对”应是这样的一对线 ( ) A 波长不一定接近，但激发电位要相近; B 波长要接近，激发电位可以不接近 C 波长和激发电位都应接近; D 波长和激发电位都不一定接近 （ D ）7. 下面几种常用的激发光源中, 最稳定的是 ( ) A 直流电弧 B 交流电弧 C 电火花 D 高频电感耦合等离子体 （ A ）8. 原子发射光谱仪中光源的作用是 ( ) A 提供足够能量使试样蒸发、原子化/离子化、激发; B 提供足够能量使试样灰化 C 将试样中的杂质除去,消除干扰; D 得到特定波长和强度的锐线光谱 （ C ）9. 在原子发射光谱摄谱法定性分析时采用哈特曼光阑是为了 ( ) A 控制谱带高度; B 同时摄下三条铁光谱作波长参比 C 防止板移时谱线产生位移; D 控制谱线宽度 （ B ）10. 当浓度较高时进行原子发射光谱分析, 其工作曲线(lg lgc)形状为 ( ) A 直线下部向上弯曲; B 直线上部向下弯曲; C 直线下部向下弯曲 D 直线上部向上弯曲 二、填空题二、填空题 1 1原子发射光谱激发源的作用是提供足够的能量使试样原子发射光谱激发源的作用是提供足够的能量使试样 _蒸发蒸发_ _ 和和_激发激发_ _ 。 2. 电感耦合等离子体光源主要由高频发生器、等离子炬管、雾化器高频发生器、等离子炬管、雾化器等三部分组成, 此光源 具_稳定性好、基体效应小、线性范围宽、检出限低、应用范围广、自吸效应小、准确稳定性好、基体效应小、线性范围宽、检出限低、应用范围广、自吸效应小、准确 度高度高等优点 。 3. 等离子体中元素的电离度与_弧焰温度和元素的电离电位弧焰温度和元素的电离电位_有关。 4. 第一共振线是发射光谱的最灵敏线, 它是由_第一激发态第一激发态_跃迁至_ _基态基态 时产生的辐射. 5. 衡量摄谱仪的性质, 可根据色散率、分辨率和集光本领色散率、分辨率和集光本领等三个光学特性指标来表 征. 6. 摄谱仪所具有的能正确分辨出相邻两条谱线的能力，称为 _分辨率分辨率_ 。把不同波长 的辐射能分散开的能力，称为 _色散率色散率_ 。 7. 在进行光谱定性全分析时，狭缝宽度宜_窄_,目的是保证有一定的_分辨率_， 而进行定量分析时，狭缝宽度宜 _宽_ ，目的是保证有一定的 _照度_ 。 8. 原子在高温下被激发而发射某一波长的辐射, 但周围温度较低的同种原子(包括低能级 原子或基态原子)会吸收这一波长的辐射, 这种现象称为_自吸_。 9. 对下列试样进行发射光谱分析, 应选何种光源较适宜？ (1)海水中的重金属元素定量分析_高频电感耦合等离子体高频电感耦合等离子体_ 13 (2)矿物中微量 Ag、Cu 的直接定性分析_直流电弧直流电弧_ (3)金属锑中 Sn、Bi 的直接定性分析_电火花电火花_。 10. 发射光谱定性分析中, 识别谱线的主要方法有(1)_ 铁谱比较法铁谱比较法_,(2)_ 标准试样光谱标准试样光谱 比较法比较法_。 11.在谱线强度与浓度的关系式 IAc n中, n 表示与_自吸自吸_有关的常数,当n0 时,表示 I I与与c c无关无关; 当c值较大时,n值2 的所有元素；而 SIMS 可检测所有的元素。XPS 主要获取表面元素和化学键 信息，此外还可得到元素深度分布和价带结构等信息；AES 主要获取表面元素信息，此外 还可得到元素深度分布和表面成像以及化学键等信息；SIMS 主要获取表面元素和同位素信 )()( )()( 13031303 BrAr BrAr r AA AA k A k 27 息，此外还可得到元素深度分布和表面成像以及化合物等信息。XPS 的最大特色在于能获 取丰富的化学信息，定量分析好，对样品表面的损伤最轻微；AES 的最大特色是空间分辨 力非常好，具有很高的微区分析能力，可进行表面分布成像。SIMS 的最大特色是检测灵敏 度非常高，并可分析 H 和 He 以及同位素，可作微区、微量分析以及有机化学分析。 2. 用电子能谱进行表面分析对样品有何一般要求？有哪些清洁表面的常用制备方法？用电子能谱进行表面分析对样品有何一般要求？有哪些清洁表面的常用制备方法？ 答：由于电子能谱测量要在超高真空中进行，测量从样品表面出射的光电子或俄歇电子。所 以对检测的试样有一定的要求：即样品在超高真空下必须稳定，无腐蚀性，无磁性，无挥发 性。另外在样品的保存和传送过程中应尽量避免样品表面被污染。在任何时候，对被分析样 品的表面都应尽量少地接触和处理。 常用清洁表面的制备方法有：真空解理、断裂，稀有气体离子溅射，真空刮削，高温蒸发， 真空制备薄膜等。 3. 什么是化学位移？它们有何实际应用什么是化学位移？它们有何实际应用？ 答： 原子因所处化学环境不同而引起的内壳层电子结合能变化， 在谱图上表现为谱峰的位移， 这种现象称为化学位移。 所谓某原子所处化学环境不同有两方面的含义： 一是指与它相结合 的元素种类和数量不同；二是指原子具有不同的价态。 化学位移常用来作元素化学态的识别， 并可以推知原子结合状态和电子分布状态。 此外它还 可以给出某些体系的结构信息。它可提供材料表面丰富的物理和化学信息。 4. 在在 XPS 谱图中可观察到几种类型的峰？从谱图中可观察到几种类型的峰？从 XPS 谱图中可得到哪些表面有关的物理和化谱图中可得到哪些表面有关的物理和化 学信息？学信息？ 答：在 XPS 谱图中可观察到几种类型的峰。一部分是基本的并总可观察到，另一些依赖于 样品的物理和化学性质。i. 光电子谱线；ii. 俄歇电子谱线；iii. X 射线卫星峰；iv. X 射线鬼 线；v. 震激谱线；vi. 多重分裂；vii. 能量损失谱线；viii. 价电子线和价带。 XPS 主要通过测定内壳层电子能级谱的化学位移可以推知原子结合状态和电子分布状态。 XPS 可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸附、表面态、表面价电子结构、原子和 分子的化学结构、 化学键合情况等。 X 射线光电子能谱进行元素鉴别的依据是各种元素的光 电子峰结合能具有特征性和唯一性，即具有元素的“指纹”特征；进行化学态识别的主要依 据是化学位移和各种终态效应以及价带谱特征等。 5. 用用 X 射线光电子能谱进行元素鉴别时的一般分析步骤有哪些？射线光电子能谱进行元素鉴别时的一般分析步骤有哪些？ 用 X 射线光电子能谱进行元素鉴别是通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结合能直接进行 的。 就一般解析过程而言， 首先鉴别那些总是存在的元素的谱线， 特别是 C 和 O 的谱线； 其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线； 最后鉴别剩余的弱谱线， 假设它 们是未知元素的最强谱线； 对于 p， d， f 谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线结构， 它们应有一定的能量间隔和强度比，p 线的强度比约为 1:2，d 线的强度比约为 2:3，f 线的 强度比约为 3:4。 28 6. 俄歇电子能谱的基本原理是什么？俄歇电子的能量主要与哪些因素有关？俄歇电子能谱的基本原理是什么？俄歇电子的能量主要与哪些因素有关？ 俄歇电子能谱(AES)的基本原理是俄歇效应。当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处 于较高能量的激发态， 这一状态是不稳定的， 它将自发跃迁到能量较低的状态 （退激发过程） ， 其中非辐射退激发过程通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子， 使它克服结 合能而向外发射(Auger 过程)。向外辐射的电子称为俄歇电子，其能量仅由相关能级决定， 与原子激发状态的形成原因无关。因而它具有“指纹“特征，可用来鉴定元素种类。 7. 俄歇电子能谱有何突出优点？它可给出哪些表面的物理和化学信息？俄歇电子能谱有何突出优点？它可给出哪些表面的物理和化学信息？ AES 的最大优点是优异的空间分辨率，具有很高的微区分析能力，可进行表面成像，具有 高的(亚单层)表面灵敏度， 对表面损伤较小。 AES 可给出如下表面特征： 化学组成， 覆盖度， 键中的电荷转移，电子态密度和表面键中的电子能级等。由于电子束可细微聚焦、偏转和扫 描，所以还可测出元素在表面的分布(SAM)。当与离子刻蚀相结合还可得到元素在深度方向 的分布。在某些条件下还可给出元素在表面的化学状态信息。 8. 用用 AES分析分析 304不锈钢表面， 测得不锈钢表面， 测得 Fe、 Cr和和 Ni的的 LMM俄歇峰的相对强度分别为俄歇峰的相对强度分别为 10.1、 4.7 和和 1.5，已知其相应的相对灵敏度因子分别为，已知其相应的相对灵敏度因子分别为 0.2、0.29 和和 0.27。试求表面上。试求表面上 Fe、Cr 和和 Ni 的百分含量。的百分含量。 解：应用相对灵敏度因子法，我们可以计算出 第五篇第五篇 其它分析方法其它分析方法 习题习题 第十七章第十七章 热分析法热分析法 一一 选择题选择题 1差热分析法中测试的参数是 （ B ） (A) 样品的质量 (B) 样品和参比物之间的温差 29 (C) 输入给样品与参比物之间的能量差 (D) 力学性质 2差示扫描量热法中测试的参数是 （ C ） (A) 样品的质量 (B) 样品和参比物之间的温差 (C) 输入给样品与参比物之间的能量差 (D) 力学性质 3热重分析法中测试的参数是 （ A ） (A) 样品的质量 (B) 样品和参比物之间的温差 (C) 输入给样品与参比物之间的能量差 (D) 力学性质 二二 填空题填空题 1、热分析是在 程序控制温度 下，测量物质的 物理性质 与 温度 关系一种技术。 2、 DTA 是在 程序控制温度 下， 测量 物质和参比物之间的温度差 与 温度 关系一种技术。 3、 DSC 是在 程序控制温度 下， 测量 输给物质与参比物的功率差 与 温度 关系一种技术。 4、热重法是在 程序控制温度 下，测量物质的 质量 与 温度 关系一种技术。 根据试样 与天平横梁支撑点之间的相对位置，热天平可分为 上皿式 、 下皿式 、 水平式 三种。 5、DTG 曲线是 TG 曲线对温度（或时间）的一阶导数。TG 测定中，中间产物的检测与升温速 率密切相关，升温速率大， 不利于中间产物的检出 ，因为 TG 曲线上 拐点变得不明显。 6、 差热曲线的纵坐标是试样与参比物的 温度差 T ， 向上表示 放热反应 ， 向下表示 吸 热反应 。 7、DSC 曲线的纵坐标是试样与参比物的 热流率 ，向上表示 吸热 ，向下表示放热 。 DSC 曲线峰包围的面积正比于热焓的变化 。 8、升温速率主要影响 DSC 曲线的 峰温 和 峰形 ，一般越大， 峰温越高 ， 峰形越大和越尖锐。 9、影响差热分析的因素有 仪器因素 、 实验条件因素 、 试样因素 三类。差热分析中， 升温速率影响峰的 形状 、 位置 和 相邻峰的分辨率 ， 当升温速率增大时， 峰位向 高 温方向迁移 ， 峰形 变陡 。 DTA 曲线提供的信息有： 峰的位置 、 峰的形状 、 峰 的个数 。 10、根据所用测量方法的不同，DSC 可分为 功率补偿型 、 热流型 。 11、 DSC 是动态量热技术，对 DSC 仪器重要的校正就是 温度校正 和 量热校正。 12、热分析联用技术分为 同时联用 技术、 串接联用 技术、 间歇联用 技术。 三 判断题判断题 1在微商热重曲线中，其峰面积与失重量成正比。 （ ） 四 名词解释 1.1.热重分析热重分析 答案：答案： 在程序控温条件下， 测量物质的质量与温度的关系的方法。 2.2.差热分析差热分析 答案：答案：在程序控温条件下，测量物质与参比物的温度差与温度的 关系的方法。 3.3.差示扫描量热分析差示扫描量热分析 答案：答案：在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与 温度的关系的方法。 4.4.热热膨胀分析膨胀分析 答案：答案：在程序控温条件下，测定试样尺寸变化与温度或时间的关 系的方法。 30 五五 简答题简答题 1.DSC1.DSC 与与 DTADTA 测定原理的不同测定原理的不同 答案：答案：DSC 是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差 为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTA 是测量 T-T 的关系，而 DSC 是保持 T = 0，测定 H-T 的关系。两者最大的差别是 DTA 只能定性或半定量，而 DSC 的结果可用于定量 分析。DTA 在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升 温时试样由于放热而一度加速升温)。而 DSC 由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与 参比物的温度始终相等， 避免了参比物与试样之间的热传递， 故仪器的反应灵敏， 分辨率高， 重现性好。 2.DTA2.DTA 存在的两个缺点存在的两个缺点 答案：答案： 1）试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数 K 值变化，难以进 行定量；2）试样产生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大差异，三者之间会发生 热交换，降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。 使得差热技术难以进行定量分析，只能进行定性或半定量的分析工作。 3 3、功率补偿型、功率补偿型 DSCDSC 仪器的主要特点仪器的主要特点 答案：答案： 1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。 整个仪器由两套控制电路进行监控。 一套控制温度， 使试样和参比物以预定的速率升温， 另一套用来补偿二者之间的温度差。 2. 无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差 T 等于 0。这是 DSC 和 DTA 技术最本质的区别。 4.4.DTGDTG 曲线体现的物理意义及其相对于曲线体现的物理意义及其相对于 TGTG 曲线的优点曲线的优点 答案：答案：DTG 曲线表示的是物质在加热过程中质量随时间的变化率（失重速率）与温度（或时 间）的关系。其其相对于 TG 曲线的优点有： 1.能准确反映出起始反应温度 Ti，最大反应速率温度 Te 和 Tf 。更能清楚地区分相继发生 的热重变化反应，DTG 比 TG