仪器分析课程期末考试(试卷与解答题解)

北京化工大学2012——2013学年第二学期

《仪器分析》期末考试试卷

班级：姓名：学号：分数：

一、单项选择题 (每题2分，共30分)

1. 离子选择性电极的选择性常用选择性系数K ij的大小来衡量( )。

（A）K ij值越大表明电极选择性越高；(B) K ij值越小表明电极选择性越低；

（C）K ij值越小表明电极选择性越高；( D) K ij通常大于1，但偶尔小于1。

2. 色谱流出曲线可以获得以下重要信息( )。

(A) 色谱图上出现4个色谱峰，可以判断样品中最多含有4个组分；

(B) 标准偏差是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半；

(C) 保留时间指流动相流过色谱柱的时间；

(D) 半峰宽是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半。

3. 下面哪一个不是谱带展宽柱内效应( )。

(A)涡流扩散；(B)检测器死体积大；

(C)传质阻力；(D)分子扩散。

4. 可以概述两种原子光谱（吸收、发射）产生机理的是（）。

(A) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱；

(B) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁；

(C) 能量与气态原子外层电子相互作用；

(D) 辐射能使原子内层电子产生跃迁。

5. 在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时( )。

(A) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现；

(B) 屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现；

(C) 屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现；

(D)屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。

6. 下列化合物中的质子化学位移最大的是 ( )。

(A)CH3Br；(B) CH3BI；(C) CH3F；（D）CH4

7. 在液相色谱中，梯度洗脱适用于分离( )。

(A) 极性变化范围宽的样品；(B) 沸点相差较大的样品；

(C) 极性非常相近的样品；(D) 异构体。

8. 用NaOH滴定草酸的滴定体系中使用（）为指示电极。

(A) 玻璃电极(B) 甘汞电极(C) 银电极(D) 硫化银膜电极

9. 原子吸收光谱法中的物理干扰消除方法是( )。

(A) 释放剂；(B) 保护剂；(C) 扣除背景；(D) 标准加入法。

10. 羰基化合物RCOR、RCOCl、RCOH和RCOF中，C=O伸缩振动频率最高是（）。

（A）RCOCl；（B）RCOR；（C）RCOF；（D）RCOH

11. 一种酯类(M=116), 质谱图上在m/z57(100%), m/z29(27%)及m/z43(27%)处均有离子峰, 初步推测其可能结构如下，试问该化合物结构为( )。

(A) (CH3)2CHCOOC2H5 (B) CH3CH2COOCH2CH2CH3

(C) CH3(CH2)3COOCH3 (D) CH3COO(CH2)3CH3

12. 在某化合物的质谱上，M和(M＋2)峰的相对强度约为1：1，由此，大致可以推

断该化合物存在（）。

(A) 氧的同位素；(B) 硫的同位素；(C) 溴的同位素；(D)氯的同位素。

13. 不能采用原子发射光谱分析的物质（）。

(A)碱金属；(B)有机物和大多数非金属元素；(C)稀土元素；(D)过渡金属。14．下列化合物中，同时有n→π*，π→π*，σ→σ*跃迁的化合物是( )。

(A) 一氯甲烷；(B) 丙酮；(C) 1,3-丁二烯；(D) 甲醇

15. 红外光谱固体样品一般采用的制样方法是( )。

(A)直接研磨压片；(B)与KBr混合研磨压片；(C)配成有机溶液；(D)配成水溶液。

二、填空题（每题2分，共20分）

1. 高分子化合物分子量及分子量分布通常使用的色谱法是。

2.在原子吸收法中, 火焰原子化法与石墨炉原子化法相比较, 测定的灵敏

度，主要是因为后者比前者的原子化效率。

3.测定溶液pH 时，使用电极为参比电极，电极为指示

电极。

4．液相色谱流动相常使用黏度的溶剂，目的是减少溶质的，提高柱效。

5. 紫外-可见、红外、原子吸收光谱法定量依据是一个相同的定律是：。

6. 质谱仪器主要、、、和显示与记录系统等部件构成。

7. .核磁共振波谱法分析中，常以中氢核共振时的磁场强度为标准（简称TMS），规定它的化学位移为零。

8. 与其它光谱仪相比，傅里叶变换红外光谱仪最大的不同之处是。9．紫外可见分光光度计的玻璃样品池可用于,而不能用于。

10. 在反相色谱中，极性的组分先出峰，而在正相色谱中，极性的

组分先出峰

三、简答题和计算题 (共26分)

1．（5分）重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其中一种方法原理及仪器构成。

2．(5分) 富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员，需要用一台高效液相色谱仪器分析某蛋糕生产商的富马酸二甲酯的含量，如何优化色谱条件准确测定富马酸二甲酯？

3．(5分) 简述标准加入法定量比标准曲线法准确的原因。

4．(5分) 用分光光度法同时测定废液中MnO4-和Cr2O72-的含量，用1 cm比色皿在波长λ1 = 440 nm处测得水样吸光度A = 0.365, 在波长λ2 =545 nm处测得吸光度A = 0.682，请计算废液中MnO4-和Cr2O72-的摩尔浓度（已知Cr2O72-的ελ1 = 370，ελ2 = 11.0；MnO4-的ελ1 = 93.0，ελ2 = 2350）。

5. （6分）在1m长的填充柱上，某化合物A及其异构体B的保留时间分别为5.80min 和

6.60min；峰宽分别为0.78min和0.82min，空气通过色谱柱需1.10min。计算：（1）组分A和B的分离度；（2）组分A和B达到完全分离时所需柱长。

1600

1580

1710

2820

2720

2960

780 690

四、谱图解析(每题8分，共24分)

1．某化合物的分子式为C 8H 8O ，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出推断过程。

2．某化合物的分子式为C10H12O2，1H-NMR谱图如下，试推测化合物的结构，并说明依据。

3．某化合物的分子式为C5H10O2，其质谱图如下，请推断其分子结构式，写出推断过程。

北京化工大学2012——2013学年第二学期

《仪器分析》期末考试答案题解

班级：姓名：学号：分数：

一、单项选择题 (每题2分，共30分)

1. 离子选择性电极的选择性常用选择性系数K ij的大小来衡量( C )。

（A）K ij值越大表明电极选择性越高；(B) K ij值越小表明电极选择性越低；

（C）K ij值越小表明电极选择性越高；( D) K ij通常大于1，但偶尔小于1。

2. 色谱流出曲线可以获得以下重要信息( B )。

(A) 色谱图上出现4个色谱峰，可以判断样品中最多含有4个组分；

(B) 标准偏差是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半；

(C) 保留时间指流动相流过色谱柱的时间；

(D) 半峰宽是指正常色谱峰的两个拐点间距离的一半。

3. 下面哪一个不是谱带展宽柱内效应( B )。

(A)涡流扩散；(B)检测器死体积大；

(C)传质阻力；(D)分子扩散。

4. 可以概述两种原子光谱（吸收、发射）产生机理的是（C）。

(A) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱；

(B) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁；

(C) 能量与气态原子外层电子相互作用；

(D) 辐射能使原子内层电子产生跃迁。

5. 在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时( C )。

(A) 屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现；

(B) 屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现；

(C) 屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现；

(D)屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。

6. 下列化合物中的质子化学位移最大的是 ( C)。

(A)CH3Br；(B) CH3BI；(C) CH3F；（D）CH4

7. 在液相色谱中，梯度洗脱适用于分离( A )。

(A) 极性变化范围宽的样品；(B) 沸点相差较大的样品；

(C) 极性非常相近的样品；(D) 异构体。

8. 用NaOH滴定草酸的滴定体系中使用（A）为指示电极。

(A) 玻璃电极(B) 甘汞电极(C) 银电极(D) 硫化银膜电极

9. 原子吸收光谱法中的物理干扰消除方法是(D )。

(A) 释放剂；(B) 保护剂；(C) 扣除背景；(D) 标准加入法。

10. 羰基化合物RCOR、RCOCl、RCOH和RCOF中，C=O伸缩振动频率最高是（C ）。

（A）RCOCl；（B）RCOR；（C）RCOF；（D）RCOH

11. 一种酯类(M=116), 质谱图上在m/z57(100%), m/z29(27%)及m/z43(27%)处均有离子峰, 初步推测其可能结构如下，试问该化合物结构为( B )。

(A) (CH3)2CHCOOC2H5 (B) CH3CH2COOCH2CH2CH3

(C) CH3(CH2)3COOCH3 (D) CH3COO(CH2)3CH3

12. 在某化合物的质谱上，M和(M＋2)峰的相对强度约为1：1，由此，大致可以推断该化合物存在（C）。

(A) 氧的同位素；(B) 硫的同位素；(C) 溴的同位素；(D)氯的同位素。

13. 不能采用原子发射光谱分析的物质（B ）。

(A) 碱金属；(B) 有机物和大多数非金属元素；

(C) 稀土元素；(D) 过渡金属。

14．下列化合物中，同时有n→π*，π→π*，σ→σ*跃迁的化合物是( B )。

(A) 一氯甲烷；(B) 丙酮；(C) 1,3-丁二烯；(D) 甲醇

15. 红外光谱固体样品一般采用的制样方法是( B )。

(A) 直接研磨压片；(B) 与KBr混合研磨压片；

(C) 配成有机溶液；(D) 配成水溶液。

二、填空题（每题2分，共20分）

1. 高分子化合物分子量及分子量分布通常使用的色谱法是排阻或凝胶色谱。

2.在原子吸收法中, 火焰原子化法与石墨炉原子化法相比较, 测定的灵敏度

低，主要是因为后者比前者的原子化效率高。

3.测定溶液pH 时，使用饱和甘汞电极为参比电极，玻璃电极为指示电极。4．液相色谱流动相常使用低黏度的溶剂，目的是减少溶质的传质阻力，提高柱效。

5. 紫外-可见、红外、原子吸收光谱法定量依据是一个相同的定律是：朗伯-比尔定律。

6. 质谱仪器主要由进样系统、离子源、质量分析器、检测器和显示与记录系统等部件构成。

7. .核磁共振波谱法分析中，常以四甲基硅烷中氢核共振时的磁场强度为标准（简称TMS），规定它的化学位移为零。

8. 与其它光谱仪相比，傅里叶变换红外光谱仪最大的不同之处是没有色散元件。9．紫外可见分光光度计的玻璃样品池可用于可见区,而不能用于紫外区。

10. 在反相色谱中，极性大的组分先出峰，而在正相色谱中，极性小的组分

先出峰

三、简答题和计算题 (共26分)

1．（5分）重金属对环境的污染越来越受到政府的关注，工业废水中痕量镉、铬、汞、铜、铅等有害元素需要时时检测。请你给出两种仪器分析检测方法，并简述其中一种方法原理及仪器构成。

解答：原子吸收光谱法：根据物质的基态原子蒸气对同类原子的特征辐射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分：光源、原

子化器、单色器和检测器。

原子发射光谱法：根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。

原子发射光谱分析的仪器包括三大部分：光源、单色器和检测器。

2．(5分) 富马酸二甲酯能抑制多种霉菌、酵母菌及细菌的生长和繁殖，近年来作为防腐剂在食品及饲料工业上得到广泛的应用，若你是一名食品安全监督测试员，需要用一台高效液相色谱仪器分析某蛋糕产品中的富马酸二甲酯的含量，如何优化色谱条件准确测定富马酸二甲酯？

解答：（1）色谱条件的选择和优化（包括检测波长的选择、流动相的选择）；（2）标准曲线绘制（配制一系列标准溶液，考察富马酸二甲酯的线性范围和检出限）；（3）采用一定的样品前处理方法对蛋糕中的富马酸二甲酯进行有效提取，尽量去除基质的影响，并将建立的液相色谱方法用于经前处理的蛋糕样品中富马酸二甲酯含量的测定。

3．(5分) 简述标准加入法定量比标准曲线法准确的原因。

解答：标准曲线法是将贮备标准液稀释为所需要的标准系列，用零浓度调仪器零点后，依次由低到高浓度测量标准液的吸光度(或峰高、面积)，同时测定样品和样品空白的吸光度(或峰高、面积)，以标准液浓度为横坐标，对应的吸光度(或峰高、面积)为纵坐标，绘制标准曲线。它一般适用于已知样品的基本成分和标准液的基本成分相接近的样品。

标准加入法是分别在数份相同体积样品液中加入不等量的标准液，一定要有一份相同体积样品液中加入的标准液为零，按照上面绘制标准曲线的步骤测量吸光度(或峰高、面积)，以加入的标准液浓度为横坐标，对应的吸光度(或峰高、面积)为纵坐标，绘制标准曲线，用外推法(延长标准曲线和横坐标相交的数的绝对值)就可得到样品液浓度。它一般适用于组份较复杂的未知样品，能消除一些基本成份对测定的干扰，并消除工作条件的变化对测定结果的影响，但对测定的未知成分含量要粗略估计一下，加入的标准液要和样品液浓度接近。

4．(5分) 用分光光度法同时测定废液中MnO 4- 和Cr 2O 72- 的含量，用1 cm 比色皿在波长λ1 = 440 nm 处测得水样吸光度A = 0.365, 在波长λ2 = 545 nm 处测得吸光度A = 0.682，请计算废液中MnO 4-和Cr 2O 72- 的摩尔浓度 （已知Cr 2O 72- 的ελ1 = 370，ελ2 = 11.0； MnO 4- 的ελ1 = 93.0，ελ2 = 2350）。

解答：设MnO 4-和Cr 2O 72- 的摩尔浓度分别为C 1和C 2, 根据吸光度的加和性可得出 0.365 = 370 C 1 + 93.0 C 2 0.682 11.0 C 1 + 2350 C 2

解联立方程，求得 C 1 = 2.86 × 10-4 mol/L; C 2 = 9.15 × 10-4 mol/L 。

5. （6分）在1m 长的填充柱上，某化合物A 及其异构体B 的保留时间分别为5.80min 和

6.60min ；峰宽分别为0.78min 和0.82min ，空气通过色谱柱需1.10min 。计算：（1）组分A 和B 的分离度；（2）组分A 和B 达到完全分离时所需柱长。

解：（1）组分A 和B 的分离度 0.182

.078.0)

8.56.6(2)(221=+-=+-=

W W t t R RA RB

所以，组分A 和B 的分离度R =1.0。

（2）组分A 和B 达到完全分离时所需柱长

1

5.11

=

L 求得L = 2.25米，

所以组分A 和B 达到完全分离时所需柱长为2.25米。

1600

1580

1710

2820

2720

2960

780 690

四、谱图解析(每题8分，共24分)

1．某化合物的分子式为C 8H 8O ，其红外光谱图如下，请推断其分子结构式，写出推断过程。

解答：不饱和度Ω = ( 2×8 + 2-8 ) / 2 = 5，

因为Ω＞4，所以化合物可能含有苯环外加一个双键； 1600，1580 cm -1，苯环伸缩振动；

1710 cm -1，C=O 伸缩振动，波数较低，说明C=O 有可能与苯环共轭； 2820，2720 cm -1，醛基C-H 伸缩振动（费米共振导致峰的裂分）； 2960cm -1，甲基伸缩振动；

指纹区780，690 cm -1，说明苯环间位取代。 所以，该化合物可能是

2．某化合物的分子式为C10H12O2，1H-NMR谱图如下，试推测化合物的结构，并说明依据。

解答：不饱和度Ω = ( 2×10+2-12 ) / 2 = 5，

因为Ω＞4，所以化合物可能含有苯环外加一个双键；

各组峰的归属如下表所示：

所以该化合物可能的结构简式如下：

3．某化合物的分子式为C5H10O2，其质谱图如下，请推断其分子结构式，写出推断过程。

解答：不饱和度Ω = ( 2×5+2-10) / 2 = 1，结合组成式中含有两个O，说明分子中可能含有一个C=O；分子量为102，确认谱图中m/z 102为分子离子峰；

从m/z为74的碎片离子（可能为麦氏重排）推测为长链某酸甲酯，

因此m/z为74的碎片是；

长链的酸为正丁酸，m/z为71的碎片离子为；

m/z为43的碎片离子为：，，是上述m/z 71离子脱去CO分子产生；

m/z为59的碎片离子为；

m/z为87的碎片离子为；

因此该化合物为正丁酸甲酯，结构简式如下：

可能的裂解途径如下：

在羰基氧上形成正电荷m/z为102；断开碳氧单键(α-断裂），形成m/z为71的正离子；随后失去一氧化碳生成m/z为43的正离子；另外，由分子离子峰m/z102的正离子上，与羰基相连的碳碳单键断裂（α-断裂），形成m/z为59的正离子；由m/z 102分子离子峰发生麦氏重排，生成m/z 74的奇电子离子峰；与酯基氧相连的甲基断裂，形成m/z为87的正离子。