【正文】 1 儀器分析習題要點解答 蘭州大學化學化工學院 儀器分析課程組 適用于武漢大學儀器分析教材 2 光譜分析法導論 (p36) 1. 對下列單位進行換算： (1) (cm1)； (2) (Hz)； (3)3300cm1波數(shù)的波長 (nm)； (4)Na (書中寫的是 )相應的能量 (eV). 解： (1) ＝ ＝ cm1 (2) Hz (3) nm (4) eV ??1 78 1 ??? ?1498 7 0103 ?????????c3 0 3 0103 3 0 011 7 ???? ?? 1910 834 ???? ????? ?? ??hE3 2．寫出下列各種躍遷所需的能量范圍 (eV): (1)原子內(nèi)層電子躍遷； (~10 nm) (2)原子外層電子躍遷； (10~780 nm) (3)分子的電子躍遷； (~ ) (4)分子振動能級躍遷； (25~ ) (5)分子轉動能級躍遷 . (250~25 ) 主要根據(jù) p12表 21的數(shù)據(jù) 解： (1) ～ eV (2)～ eV (3)～ eV (4) ～ eV (5) ～ eV ? ?3105 ?? 2105 ?? ?2105 ??m?m?m?答案不一致的原因 是原題沒有給出波 長范圍！解題思路 是： E=hv 4 3．比較光柵和棱鏡分光的優(yōu)缺點 解： (1)光柵光譜是均勻排列的，而棱鏡光譜為非均勻光譜； (2)光譜排列順序不同，光柵光譜是由紫到紅，棱鏡光譜是由紅到紫； (3)光柵光譜有譜級的重疊現(xiàn)象，而棱鏡光譜卻沒有； (4)光柵光譜適用范圍大，幾個 nm～ 100μm，棱鏡光譜 適用范圍小， 120nm～ 60μm 5 4．某種玻璃的折射率為 ，求光在此玻璃介質中的傳播 速度 . 解： 21021 ????vvvn101012 0 0 103 ?????nvv cm/s 6 5．為什么進行定量分析和定性分析時常常需要用不同的 解 : 因為在定量分析中譜線已定，在干擾譜線不進入色譜儀的情況下，增大狹縫的寬度可增加進入檢測器的光通量，有可能增加信噪比，使定量分析更為準確；而在進行定性分析時要減小狹縫的寬度，目的是要避免光譜的重疊，使定性分析準確。 縫寬度 ? 7 ，當入射光為 60176。 角時為了能在 10176。的反射角觀測到 λ=500nm的一級衍射譜線，每厘米應有多少條刻線 ? 解：由光柵公式得： d(sinφ+sinθ)=nλ n=1(這里 n=k) ∴ 481nm 20793 ???s ins in ??d00710s in60s in10500??? ? cm??d18 400800nm范圍內(nèi)棱鏡單色器，為什么用玻璃材料比用 石英為好？ 解：因為在此波長范圍內(nèi)玻璃棱鏡比石英棱鏡的色散率大，可以將可見光很好的色散開來。 200－ 400nm，應選用什么材料制作棱鏡和透鏡，為什么？ 解：選用石英制作棱鏡和透鏡。因為在 200～ 400nm的波長范圍內(nèi)，玻璃強烈地吸收紫外光。 9 9．若用 60度的石英棱鏡、 60度的玻璃棱鏡和 2022條 的光柵，分辨 ，試計算它們的大小。已知石英和玻璃在該光區(qū)的色散分別為 和 mm. 1?mm ?? ??解 : 對于石英棱鏡 : 對于光柵 : 對于玻璃棱鏡 : 6 0 2?????? ??RcmRddntmR43. 5t,)(?????得底邊長度（棱鏡數(shù)） ?cmNdWRNnnNR ,1, 1 ????????? ?cmmdtdnRt 1 ????10 /mm和 。試計算此光柵的一級分辨本領。如果要將兩條中心在 1000cm1的譜線分開，它們應該相距多遠？ 解 : 3 6 ??????? nNR ??由上式得 : 11 3 6 01 0 0 0 ?? ???? cmcmR?? 1200條 /mm，當入射光垂直照射時，求 3000197。波長光的一級衍射角。 解：由光柵方程： ，當 ， n=1時， =, ? ? ??? nd ?? s ins in1 2 0 0103 0 0 0s i n 7 ???? ?d??? ??00??11 有某紅外光柵（ 72條 /mm） ,當入射角為 50176。 ，反射角為 20176。 時，其一級和二級光譜的波長為多少？ 12． 解：由題意可知， d＝ m/條 ， φ＝ 50186。 ， θ＝ 20186。 一級光譜： n＝ 1，由公式 2－ 13可得： d(sinφ+ sinθ)＝ n (sin50186。＋ sin20186。)＝ 解得： 1＝ m＝ 二級光譜： n＝ 2 ，同理解得 2＝ 310721 ??? ?310721 ?? ??? 105?12 若光柵寬度為 50mm刻痕數(shù)為 1200條 /mm，此光柵的理論分辨率應為多少？ 13. 解：由題意可知， N ＝ 50mm1200條 /mm ＝ 60000條， n＝ 1 由式 2－ 20得， R ＝ nN ＝ 1 60000＝ 60000 上述光柵能否將鈮 ？為什么？ 14. 解： ＝ － ＝ ， = ＝ 197。 上題中， R ＝ 60000 ，則在 時能分辨開的最小距離為： ＝ 197。 ∵ , ∴ 可以分開 . ?? ? 2 21 ?? ??6000013 試計算刻痕數(shù)為 1250條 /mm，焦距為 級光譜的倒線色散率 . 15. 解：由題意可知， d＝ m ， F＝ 由式 2－ 16得， D= ∴ 倒線色散率為： = , 單位為 197。/mm ∴ 一級光譜倒線色散率為： ＝ ＝ 5197。/mm 二級光譜倒線色散率為： ＝ ＝ 31012501 ??dnFddl ??dld? nFddld? 37101 2 5 01??dld?37101 2 5 01???14 光學原子光譜法基礎 (p49) 1．下述那種躍遷不能產(chǎn)生，為什么？ (1) ； (2) ； (3) (4) . 1101 33 PS ? 2101 33 DS ? 3323 33 DP ? 1313 44 PS ?解： (1) (√) ∵ ， ， , (2) (Χ) ∵ ， , (3) (√) ∵ ， ， , (4) (√) ∵ ， ， , 1101 33 PS ?0??n2??L 2??J1??J1??L 0??S2101 33 DS ?0??n3323 33 DP ?0??n 1??L 1??J 0??S1313 44 PS ?0??n 1??L 0??J 0??S15 2．解釋下列名詞： (1) 激發(fā)電位：原子的外層電子由低能級激發(fā)到高能級時 所需要的能量； 電離電位：使原子電離所需要的最低能量 . (2) 原子線：原子外層電子躍遷時發(fā)射的譜線； 離子線：離子外層電子躍遷時發(fā)射的譜線 . (3) 共振線：電子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷產(chǎn)生的譜線 。 共振電位：原子的外層電子由基態(tài)激發(fā)到最低能量激發(fā)態(tài)時所需的最低激發(fā)電位 . (4) 譜線的自吸：原子在高溫時被激發(fā)，發(fā)射某一波長的譜線，而處于低溫狀態(tài)的同類原子又能吸收這一波長的輻射，這種現(xiàn)象稱為譜線的自吸 . 16 3．解釋下列名詞： (1) 多普勒變寬：由于輻射原子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)，因此，輻射原子可以看成運動著的波源，這一不規(guī)則的熱運動與觀測器兩者間形成相對位移運動，使譜線變寬，即多普勒變寬 . (2) 自然變寬：在無外界影響的情況下，譜線具有一定的寬度，稱為自然變寬 . (3) 壓力變寬：凡是非同類微粒 (電子、離子、分子、原子等 )相互碰撞或同種微粒相互碰撞所引起的譜線變寬統(tǒng)稱為壓力變寬 . (4) 自吸變寬：譜線自吸引起的變寬成為自吸變寬。 17 4．簡述常用原子化器的類型和特點 答： 類型： 火焰原子化器，電熱原子化器，電感耦合等離子體，直流等離子體，微波感生等離子體，輝光放電，電弧，電火花。 特點： 前兩種用于原子吸收和原子熒光光譜法，后面的幾種方法主要用于原子發(fā)射光譜法，電感耦合等離子體還可用于原子質譜法。這幾種原子化器的原子化溫度都較高。 18 5．簡述氫化物發(fā)生法原理。它能分析那些元素？ 答：氫化物發(fā)生法是將試樣轉變成氣體后進入原子化器的一種方法。將待測物轉變成揮發(fā)性氫化物，目前普遍應用的是硼氫化鈉（鉀） 酸還原體系，典型反應如下： 反應生成的砷化氫被惰性氣體帶入放在管式爐或火焰中已加熱到幾百度的一根二氧化硅的管子中，進行原子化，通過吸收或發(fā)射光譜測定濃度。 分析的元素：含砷、銻、錫、硒和鉍的試樣。 OHAs HBOHAs OHHBH 2333334 343433 ?????? ??19 6．當用熱火焰發(fā)射產(chǎn)生 ，在溶液 中含有 KCl，兩線的強度比較不存在是要大，為什么？ 答： K的存在抑制了 Na的電離，消除了電離干擾，從而使 Na的 7．在 1800℃ 天然氣火焰中，獲得的 Cs（ 852nm）原子線的強度要比在 2700℃ 氫氧火焰獲得的強度低，為什么？ 答：天然氣火焰中， 背景很大。 發(fā)射譜線強度大。 20 8．在高溫光源中，鈉原子發(fā)射一平均波長為 1139nm的雙線，它是 由 4s→ 3p躍遷產(chǎn)生的，試計算 4s激發(fā)態(tài)原子數(shù)與 3s基態(tài)原子數(shù)的比。 （ 1）乙炔 ——氧焰，溫度 3000℃ ； （ 2）電感耦合等離子體光源，溫度 9000℃ 。 解：（ 1）由： ，參照 p39圖 31， P=2J+1 前式中 EJ應該是 4s → 3p躍遷和 3p → 3s躍遷的能量之和。所以 所以： （ 2）同樣，當溫度為 9000℃ 時， ?????? ?????????? kTEPPNN JJJ e x p00 ?hcEJ ?JhchcE J 199983421 8 9 0 1101 1 3 9 ???? ??