材料分析测试方法期末考试

1.根据下图中数据计算羟基磷灰石（六方晶系）的晶胞参数解：六方晶系2222（hkl）)cl ()a k hk h (341d +++=已知Cu 靶：λkα1=1.54060×10-10m,λkα2=1.54443×10-10m；3λ2λλα2α1αKK K +==1.54188×10-10m对（300）晶面，32a d （hkl)=又有2d （hkl)sinθ=λ，2θ=32.371°，θ=16.1855°，sinθ=0.27875则2sinθλ32a =a=sinθλ3=9.5807×10-10m 对于（002）晶面，2θ=25.806°，θ=12.903°，sinθ=0.223302sinθλ)c 121d 2（hkl)==c=sinθλ=6.9050×10-10m 2.比较红外光谱与拉曼光谱的异同点答：红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱，都是研究分子结构的有力手段。

红外光谱测定的是样品的透射光谱。

当红外光穿过样品时，样品分子中的基团吸收红外光产生振动，使偶极矩发生变化，得到红外吸收光谱。

拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。

当单色激光照射在样品上时，分子的极化率发生变化，产生拉曼散射，检测器检测到的是拉曼散射光。

单色激光照射样品后，产生瑞利散射和拉曼散射。

瑞利散射是激光的弹性散射，不负载样品的任何信息。

拉曼散射又分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，拉曼散射负载有样品的信息。

对于分子中的同一个基团，它的红外光谱吸收峰的位置和拉曼光谱峰的位置是相同的。

在红外光谱图中，横坐标的单位可以用波数表示。

在拉曼光谱图中，虽然横坐标的单位也是用波数，但表示的是拉曼位移。

拉曼检测器检测到的是拉曼散射光，当用不同波长的激光激发样品时，拉曼检测器检测到的拉曼散射光的波长是不相同的。

虽然使用的激光波长不同，但对于同一个基团，拉曼位移是相同的。

拉曼位移是激光波数和拉曼散射光波数的差值。

有些基团振动时偶极矩变化非常大，红外吸收峰很强，是红外活性的。

如羰基的吸收。

有些基团振动时偶极矩没有变化，不出现红外吸收峰，是红外非活性的。

这种振动拉曼峰会非常强，也是拉曼活性的。

一个基团存在几种振动模式时，偶极矩变化大的振动，红外吸收峰强；偶极矩变化小的振动，红外吸收峰弱。

拉曼光谱与之相反，偶极矩变化大的振动，拉曼峰弱；偶极矩变化小的振动，拉曼峰强；偶极矩没有变化的振动，拉曼峰最强。

红外光谱和拉曼光谱的比较：拉曼光谱红外光谱散射光谱吸收光谱出现拉曼光谱的基团，称为拉曼活性出现红外光谱的基团，称为红外活性光谱范围40-4000cm-1光谱范围400-4000cm-1水可作为溶剂水不能作为溶剂样品可盛于玻璃瓶、毛细管等容器中直接测定不能用玻璃容器测定固体样品可直接测定需要研磨制成KBr压片源于极化率变化源于偶极矩变化谱图：分子骨架测定谱图：基团C≡N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带是强谱带C≡N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩振动是强谱带，这类键的反对称伸缩振动是弱谱带X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩振动是弱谱带，这类键的反对称伸缩振动是强谱带醇和烷烃的红外和拉曼光谱是相似的：I.C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别。

II.羟基和甲基的质量仅相差2单位。

III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱互相排斥原则——有对称中心的分子,有拉曼活性，则红外是非活性的，如有红外活性，则拉曼是非活性的。

互相允许原则——无对称中心的分子，大多具有红外和拉曼活性。

互相禁止原则——少数分子的既没有拉曼活性也没有红外活性。

3.了解电位滴定法的应用、局限答：电位滴定法的应用：①氧化还原滴定②酸碱滴定③沉淀滴定④络合滴定电位滴定的运用也有一定的局限性：其灵敏度受低浓度时电极电位测量准确度的限制，浓度低于10-5mol/L时，残余电流成为零电流电位法中的干扰因素。

因此，若溶液浓度低于10-3mol/l时，就需要采用其他滴定方法，才能保证一定准确度。

4.原子吸收光谱分析的基本原理是什么？答：从光源辐射出的具有待测元素特征谱线的光，通过样品蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，从而使辐射特征谱线光被减弱的程度来测定样品中待测元素含量。

5．色谱法的基本原理，简述液相色谱与气相色谱、薄层色谱、超临界流体色谱、毛细管电泳色谱在柱效、应用范围、费用等方面的不同。

答：色谱法的基本原理：是利用样品中各组份在不同的两相中溶解、分配、吸附等化学作用性能的差异,当两相作相对运动时,使各组分在两相中反复多次受到上述各作用力而达到相互分离。

（1）HPLC与GC（气相色谱）比较柱效GC>HPLC应用范围HPLC>GC费用GC<HPLC结论：凡是用GC与HPLC都可分析的样品原则上用GC。

（2）HPLC与TLC（薄层色谱）比较柱效HPLC>TLC自动化程度TLC<HPLC高效快速HPLC>TLC费用TLC<HPLC（3）HPLC与SFC（超临界流体色谱）比较柱效SFC>HPLC应用范围SFC<HPLC（尤其是对极性分子和生物大分子，如蛋白，核酸）费用SFC>HPLC（4）HPLC与CE（毛细管电泳色谱）比较柱效CE>HPLC应用范围HPLC≌CE费用CE<HPLCCE的重现性是它的致命弱点，目前还不能作为常规的分析方法被广泛使用。

CE的上样量极少，不能做纯化的技术。

6.按分离机制分，色谱主要可以分为哪几类，简述其主要特点。

答：按分离机制分，色谱主要可分为：i）吸附色谱（正相色谱，NPC）根据样品组分对极性固定相表面吸附亲和力的不同实现分离ii）分配色谱（反相色谱，RPC）分离基于样品组分在非极性固定相和流动相中的溶解度/相互作用不同iii）离子交换色谱（IEC）根据样品组份离子交换亲和力的差异分离iv）离子色谱其与离子交换色谱的区别是其采用了特制的、具有极低交换容量的离子交换树脂作为柱填料，并采用淋洗液抑制技术和电导检测器，是测定混合阴离子的有效方法。

v）离子对色谱将一种（或多种）与溶质离子电荷相反的离子（对离子或反离子）加到流动相中使其与溶质离子结合形成疏水性离子对化合物，使其能够在两相之间进行分配。

vi)疏水作用色谱（HIC）根据样品组份与固定相疏水相互作用的差异分离ⅴii）体积排阻色谱（SEC）GPC：固定相是疏水性凝胶,流动相是有机溶剂GFC：固定相是亲水性凝胶,流动相是水溶液v iii）手性色谱（CC）ⅸ）亲和色谱(AC)利用生物大分子和固定相表面存在的某种特异性亲和力，进行选择性分离。

7.高效液相色谱的主要部件，简述其工作原理；答：高效液相色谱的主要部件：(1)高压输液泵(2)梯度淋洗装置(3)进样装置(4)高效分离柱(5)液相色谱检测器。

工作原理：高压泵将贮液器（或槽、罐）中的流动相溶剂经进样器送入色谱柱，然后从控制器的出口流出（通常要回收）。

当注入待测样品时，流经进样器的流动相将样品各组分带入色谱柱中进行分离，分离后的各组分依一定的顺序进入检测器，检测器产生的信号由记录仪记录下来，最后形成液相色谱图。

8.高效液相色谱中定性和定量的方法是什么，简述内标法和外标法的操作过程及其优缺点。

答：定性鉴别：首先用标样确定欲定量之色谱峰的保留时间(Rt)，通过比较保留时间,找到未知样中各色谱峰所对应的组份。

色谱定性是用与标样比较保留时间的方法,判据并不充分。

因此要明确：保留时间相同，可能是同样的组份；保留时间不同，肯定不是同样的组份。

色谱仪与红外光谱或质谱仪等联用，实际上是红外光谱仪和质谱仪等起着检测器的作用，将复杂组份的混合物经色谱柱分离为单组份，再利用红外光谱、质谱或核磁共振谱等进行定性分析。

定量分析：确认被检测组分峰,并达到分离度(R)大于1.5，确定被测组分色谱峰的一致性(纯度)；确定方法的检测限及定量限、灵敏度及线性范围。

用不同浓度的标准样品建立校正曲线，考查定量方法的准确度及精密度，用相应的色谱管理软件实施样品采集,数据处理及报告结果。

操作过程：内标法定量——1）配制一系列浓度的标样，其中加有内标样2）采集不同浓度标样的色谱图3）积分,按内标法定量计算,建立标准曲线特点：无需各组份都被检出、洗脱；需要标样，需要内标样；结果与进样体积无关；准确，但是麻烦；在标准方法中用得最多外标法定量——1）配制一系列已知浓度的标样2）采集不同浓度标样的色谱图3）积分,按外标法定量计算,建立标准曲线特点：无需各组份都被检出、洗脱；需要标样；标样及样品测定的条件要一致；进样体积要准确；在液相色谱中用得最多。

9.掌握热分析的不同方法的原理。

答：热重法（TG）——在升温或恒温(程序控制温度)条件下，测量物质质量与温度/时间之间的关系：M=f(T 或t)差热分析（DTA）——在程序控制温度下，测量样品与参比物（基准物，是在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如α－Al2O3、MgO等）之间的温度差与温度关系：ΔT=Ts-TrTs：试样的温度；Tr：参比物的温度；ΔT—T曲线：向上表示放热，向下表示吸热。

差示扫描量热法(DSC)——在程序控制温度过程中，进行功率补偿使测量样品与参比试样在温度相同∆T＝0；功率补偿的能量＝试样吸收或放出的能量ΔW=dQs/dt-dQr/dt=dH/dtdQs/dt：单位时间给试样的热量；dQr/dt：单位时间给参比物的热量；dH/dt：热焓变化，热流率热机械分析（TMA）——样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化.10.写出图示透射电镜结构名称。

1——电子枪2——3——束流偏转线圈4——第一聚光镜、第二聚光镜5——6——7——聚光镜光阑8——电磁偏转线圈9——物镜光阑10——物镜消像散线圈11——物镜12——选区光阑13——选区光阑14——第一中间镜15——第二中间镜16——第三中间镜17——观察窗18——荧光屏19——发片盒、收片盒20——照相室11.红外光谱的原理和制样的要求。

答：原理：构成物质的分子和原子存在微观的运动，用一束红外光（连续波长）照射试样，若其频率相应的能量与某个分子的振动或转动能量差相当时，就被分子吸收：ΔE=E’’-E’=hv=hc/λ。

分子由低能态过渡到高能态，产生能级跃迁，出现红外分子吸收光谱。

制样要求：首先要了解样品纯度，一般要求样品纯度大于99%（红外定量分析不要求），对含水分和溶剂的样品要干燥。

其次根据样品的物态和理化性质选择制样方法：透射红外（KBr，红外透明）：不溶不熔样品的制备——刮下试样，直接压片法（1－2wt％）固体样品的制备——研糊法（液体石腊法，加石蜡油调成糊状）；KBr压片法；薄膜法(高分子化合物）液体样品的制备——将液体涂覆于KBr片上；液体池（溶剂常用CCl4，CS2，CHCl3）；制备成薄膜（难挥发液体）气体试样——气体池12.分子振动的类型有哪些？答：晶格中固定原子的旋转：剪裁振动、扭曲振动、摇摆振动双原子分子——简正振动，分为伸缩振动和弯曲振动。