化学专业2006级《仪器分析》期末试卷A答案

化学专业2006级《仪器分析》期末试卷A答案一、填空题（20%）1、色谱法相对保留值的特点，只与柱温及固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关。2、在液相色谱中，为了提高分离效率，缩短分析时间，应采用梯度淋洗装置。3、高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进，一是采用了0.05mm内径的毛细管，二是采用了高达数千伏的电压。4、光分析法是指基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；光分析法的三个基本过程是（1）能源提供能量、（2）能量与被测物之间的相互作用和（3）产生信号。5、请指出下列化合物中的C—H伸缩振动谱带（V）的大致范围：A、CH3CH2CH=CH2的V=CH在3040~3010cm-i；B、CH3CH2C≡CH的V≡ch在~3300加-1；C、「『多的VAr-H在3030cm-ι。6、产生红外吸收光谱需要满足的两个条件是辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量和辐射与物质间有相互偶合作用。7、甘汞电极半电池的组成是HgIHg2Cl2（S）IKCl；跨越玻璃膜内外两个溶液之间产生的电位差，2 2^^*称为膜电位。8、色谱分析操作条件的选择重点，应从样品中难分离物质对的定量分离和分析时间这两方面来考虑；9、下面两个异构体吸收紫外光波长不相同，一为235nm，另一为275nm，请根据伍德沃德规则给予归属:化合物Illl的吸收波长应为23£nm；化合物π∣∣ | |的吸收波长应为275nm。二、选择题（20%）1、AES是指（B） A、原子吸收光谱；B、原子发射光谱；C、核磁共振波谱；D、差热分析；E、分子荧光光谱。2、在电化学分析中，经常被测量的电学参数有：（A、B、C、D）A、电动势；B、电流；C、电导；D、电量；E、电容。3、范弟姆特方程式主要说明（B、C、E）A、板高的概念；B、色谱蜂扩张；C、柱效率降低的因素；D、组分在两相间的分配情况； E、色谱分离操作条件的选择。4、俄国植物学家茨维特（TSWettM.）在研究植物色素的成分时所采用的色谱方法是属于（D）A、气-液色谱； B、气-固色谱；C、液-液色谱；D、液-固色谱；E、纸上色谱。5、下列说法哪些是正确的？（A、C、E）A、分子荧光波长永远大于激发光波长；B、分子荧光波长永远小于激发光波长；C、分子荧光波长与激发光波长无关；D、最长的荧光波长与最长的激发光波长相对应；E、最短的荧光波长与最长的激发光波长相对应。6、下列说法哪个是错误的？（C）A、分子荧光光谱的最短波长和激发波长的最长波长相对应；B、吸收光谱中跃迁能量最小的与荧光光谱中发射能最大的相对应；C、最长的荧光波长与最长的激发光波长相对应；D、分子荧光光谱波长与激发光波长无关；E、分子荧光光谱波长永远长于激发光波长。7、涉及色谱过程热力学和动力学两方面因素的是（B）A、保留值；B、分离度； C、相对保留值；D、峰面积；E、半峰宽。8、在发射光谱分析中，具有低干扰、高精度、低检测限和大线形范围的光源是（D）A、直流电弧；B、低压交流电弧；C、高压火花；D、电感偶合等离子体；E、激光显微光源。9、在下面各种振动模式中，不产生红外吸收带者是（A、C）A、乙炔分子中的-C≡C—对称伸缩振动；B、乙醚分子中C—O—C不对称伸缩振动；C、CO2分子中C—O—C对称伸缩振动；D、H2O分子中的∕o∖对称伸缩振动；E、HCl分子中的H—Cl键伸缩振动。2 HH10、有一种烯烃，如用红外光谱的指纹区判断其双键位置是否在末端，主要依据的谱带是：（A、B）A、~990cm-1； B、~910cm-1； C、~960 cm-1； D、~890cm-1； E、~830cm-1。三、问答和计算题（47%）1、在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，要达到完全分离，即R=1.5。计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1cm，柱长是多少？。（7分）解： r21=100/85=1.18n有效=16R2[r21/（r21—1）]2=16×1.52×（1.18/0.18）2=1547（块）L有效=n有效H有效=1547×0.1=155Cm即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。2、丙酮在乙醇中于366nm处的摩尔吸光系数的对数值为2.75Lcm-1mol-1,使用1.5cm的样品池，若透光率大于10%且小于90%，试计算可以使用的丙酮浓度范围。（5分）解：比尔定律A=εbc=-IgT，已知在366nm处lgε=2.75，贝Uε=102.75=562.3（Cm-Imol-1）使用1.5Cm的样品池，若透光率为10%，丙酮浓度c为-lg0.1∕562.3×1.5=1.18x10-3（mol/L）若透光率为90%，丙酮浓度C=-lg0.9∕562.3x1.5=5.42x10-5（mol/L）所以，可以使用的丙酮浓度范围是：5.42x10-5mol/L〜1.18x10-3mol/L。3、CO的红外光谱在2170cm-1有一吸收峰，计算CO的键力常数。（5分）1 1 .T k解：由：V=-=——=1307Jk=2170卜2兀CYμ\μ生封上必可,21702 4708900 12X16SC有：键力常数k= χμ= X =17.213702 1876900 12+164、当色谱柱温为150℃时，其范•弟姆特方程中的常数A=0.08cm，B=0.15cm2∙s，C=0.03s，这根柱子的最佳流速为多少？所对应的最小塔板高度为多少？（7分）答：对速率方程H=A+B/u+CU求导得:dHdu—B+C=0u2最佳流速U=—=,°>§=2.2(Cm/S)

optYC00.03代入”=A+B/u+C∙u得：最小板高H =A+2、BC=0.08+2√0.15X0.03=0.21(cm)min5、设待测元素和内标元素含量分别为C和c0,分析线和内标线的强度分别为I和I0,b和b0分别为分析线和内标线的自吸收系数，请根据光谱定量分析的基本关系式（I=acb）导出内标法光谱定量分析的基本关系式并说明采用内标法的原因。（7分）解：根据光谱定量分析的基本关系式，对分析线和内标线分别有：I=acbI=acbIacb 1 0 00则其相对强度R为：R=—=T一=αcbIacb上式中，a=a1∕a0c0b，在内标元素含量端和实验条件一定时，a为定值，对上式取对数可得：lgR=lgI=blgC+lga就是内标法光谱定量分析的基本关系式。由光谱定量分析的基本关系式I=acb可知，常数a是与试样的蒸发、激发过程和试样组成等因素有关的一个参数；常数b是自吸系数，当谱线强度不大、没有自吸时，b=1；反之，有自吸时，b<1,而且自吸越大，b值越小。所以，只有在严格控制实验条件一定的情况下，在一定的待测元素含量的范围内，a和b才是常数，I与C之间才具有线性关系。但由于试样的蒸发、激发条件，以及试样组成、形态等的任何变化，均会使参数a发生变化，都会直接影响谱线强度。这种变化,特别是激发温度的变化是很难控制的。因此,通常不采用测量谱线绝对强度的方法来进行光谱定量分析,而是采用谱线相对强度的方法,即上述的“内标法”。6、请说明色谱法塔板理论的特点和不足（7分）答：（1）当色谱柱长度一定时,塔板数n越大（塔板高度H越小）,被测组分在柱内被分配的次数越多,柱效能则越高,所得色谱峰越窄。（2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同,用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时,应指明测定物质。（3）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果,当两组分的分配系数K相同时,无论该色谱柱的塔板数多大,都无法分离。（4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果,也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。7、简述激光拉曼光谱的基本原理。（3分）答：光与物质分子作用产生方向改变且有能量交换的非弹性碰撞（Raman散射），用Raman散射光与入射光频率差即Raman位移AV来进行定性、定量分析的方法。8、简述毛细管区带电泳（CZE）分离机理。（6分）答：电场作用下,柱中出现：电泳现象和电渗流现象。带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流两种速度的矢量和。正离子：两种效应的运动方向一致,在负极最先流出；中性粒子无电泳现象,受电渗流影响,在阳离子后流出；阴离子：两种效应的运动方向相反，V电渗流>ν电泳时,阴离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被相互分离。四、结构解析题（13%）1、有一化合物C10H16由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱λmax=231nm（ε=9000），此化合物加氢只能吸收2摩尔H2,确定其结构。（4分）解：①计算不饱和度Q=3；两个双键；共轭，可加一分子氢②可能的结构为：I∖I1II1I Jl③λmaχ=231nm， 1 1 X ,LmaX ABCD④计算λmax：由λmax=λ基+∑niλ∕ 即λmax=非稠环二烯6力）+2X烷基取代+环外双键计算得：A，232nm；B，273nm；C，268nm；268nm。所以，该化合物的结构为A。2、某未知物分子式为C8H7N室温下为固体，熔点29℃，测得其红外光谱如下图所示，试推测其结构式。（9分）T%Z53 4S 6 7 8 9 10Il1213U151f该红外光谱中，3030cm-1的吸收峰是苯环上的=C-H伸缩振动引起的。1607cm-1、1508cm-1的吸收峰是苯环骨架C=C伸缩振动引起的。817cm-1说明苯环上发生了对位取代。可初步推测是一个芳香族化合物，其基本结构单元为一ŋ-。结合不饱和度为6,并考虑到分子式为C8H7N，不难看出除苯环外（不饱和度等于6），只可能再含有一个C≡N叁键。2217cm-1吸收峰，位于叁键和累积双键的特征吸收区。从该峰的强度看，是一强峰，它不可能是C≡C的伸缩振动吸收，因为C≡C的吸收一般较弱；从它的位置看，不可能是丙二烯基C=C=C和异氰的-N+≡C-基等的吸收，因为它们的吸收峰位置应低于2217cm-1。但有可能是