现代测试技术介绍

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现代工程测试技术

现代工程测试技术

现代工程测试技术现代工程测试技术是一种应用于工程领域的测试方法和技术。

它的目的是通过科学的测试手段,对工程项目进行全面、准确、可靠的测试和评估,以确保工程项目的质量和安全性。

现代工程测试技术包括多个方面,如材料测试、结构测试、可靠性测试等。

下面将对这些方面进行详细的介绍。

1. 材料测试:材料测试是工程测试的基础,它主要针对工程中使用的各种材料进行测试和评估。

常见的材料测试包括强度测试、硬度测试、耐腐蚀性测试等。

通过这些测试,可以评估材料的性能和可靠性,从而选择合适的材料用于工程项目。

2. 结构测试:结构测试是对工程结构的稳定性和安全性进行评估的一种测试方法。

常见的结构测试包括静力测试、动力测试、振动测试等。

通过这些测试,可以评估结构的承载能力、抗震性能、疲劳寿命等,从而确保工程结构的安全可靠。

3. 可靠性测试:可靠性测试是对工程设备或者系统的可靠性进行评估的一种测试方法。

通过对设备或者系统进行长期的运行测试,可以评估其故障率、寿命等指标,从而预测设备或者系统的可靠性。

可靠性测试可以匡助工程师选择可靠性较高的设备或者系统,提高工程项目的可靠性。

4. 数据分析:现代工程测试技术还包括对测试数据的分析和处理。

通过对测试数据进行统计分析、图象处理等,可以得到对工程项目故意义的信息。

数据分析可以匡助工程师了解工程项目的性能、问题和改进方向,从而优化工程设计和施工过程。

5. 检测仪器和设备:现代工程测试技术离不开先进的检测仪器和设备。

常见的检测仪器包括应变计、测力计、振动传感器等。

这些仪器可以对工程项目进行实时监测和数据采集,为工程测试提供可靠的数据支持。

总之,现代工程测试技术是一种重要的工程技术手段,它通过科学的测试方法和技术,对工程项目进行全面、准确、可靠的测试和评估。

这些测试可以匡助工程师了解工程项目的性能和可靠性,从而优化工程设计和施工过程,确保工程项目的质量和安全性。

测试技术-现代测试技术

测试技术-现代测试技术

13.1.2 现代测试系统的基本组成
(1) 以单片机(或专用芯片)为核心组成的单机系统。其 特点是易做成便携式,结构框图如图13-4所示。
13.1.2 现代测试系统的基本组成
(2) 以个人计算机为核心的应用扩展测量仪器构建的测试 系统
这种结构属于虚拟仪器的结构形式,它充分利用了计算机 的软、硬件技术,用不同的测量仪器和不同的应用软件就 可以实现不同的测量功能。
13.1.1 现代测试系统的基本概念
2. 计算机仪器
把具有测试功能的硬件模块, 做成一个IO仪器卡,插入或者嵌入 到通用的PC机总线扩展槽中,再配 置相应的测试软件,是计算机完成 测量仪器的功能,构成一个以PC机 为基础的仪器,称为计算机仪器, 也称为PC基仪器或者个人仪器。 计算机仪器一般由四部分组成: 第一部分是微机或微处理器,它是 整个系统的核心; 第二部分是被控制的测量仪器或设 备,称为可程控仪器; 第三部分是接口; 第四部分是软件。
13.1.1 现代测试系统的基本概念
3. 虚拟仪器
虚拟仪器是计算机技术同仪器 技术深层次结合产生的全新概念的 仪器,是对传统仪器概念的重大突 破,是仪器领域内的一次革命。虚 拟仪器是以计算机和测试模块硬件 为基础,以计算机软件为核心所构 成的,并且在计算机显示屏幕上虚 拟仪器面板,仪器功能均由用户通 过软件定义的仪器。
第13章 现代测试技术
随着计算机技术、微电子和集成电路技术、传 感器技术和软件技术的飞速发展和相互结合,测试 技术领域发生了巨大的变化,现代测试仪器已经逐 渐融信号获取、信号调理、数据采集、分析处理、 计算控制、结果评定和输出表述为一体,现代测试 系统日趋小型化、自动化、高精度、高稳定性、高 可靠性。另外,测试系统的研制投入也越来越大, 研制周期越来越短。

现代工程测试技术

现代工程测试技术

现代工程测试技术现代工程测试技术是一种应用于工程领域的测试方法和技术,旨在确保工程项目的质量和安全性。

本文将详细介绍现代工程测试技术的定义、重要性、常用方法和应用案例。

一、定义现代工程测试技术是指利用科学的方法和工具对工程项目进行全面、系统的测试和评估,以验证工程设计的可行性、功能的完整性和性能的稳定性,并提出改进建议,确保工程项目的质量和安全性。

二、重要性现代工程测试技术在工程项目中起着至关重要的作用。

它能够帮助工程师评估和验证设计方案的可行性,确保工程项目的质量和安全性。

同时,通过测试技术,可以发现和解决工程项目中的问题,提高工程项目的效率和可靠性。

三、常用方法1. 静态测试方法:静态测试方法是通过对工程项目的文档、代码和设计进行分析和评估,发现潜在的问题和错误。

常用的静态测试方法包括代码审查、文档审查和设计评审等。

2. 动态测试方法:动态测试方法是通过对工程项目进行实际运行和操作,检查和验证其功能和性能。

常用的动态测试方法包括单元测试、集成测试、系统测试和性能测试等。

3. 非功能性测试方法:非功能性测试方法是对工程项目的非功能性需求进行验证和评估,如安全性、可靠性、可维护性和可用性等。

常用的非功能性测试方法包括安全测试、压力测试和易用性测试等。

四、应用案例1. 建筑工程测试技术:在建筑工程项目中,通过对建筑材料的物理性能、结构的稳定性和施工过程的监控,确保建筑工程的质量和安全性。

2. 桥梁工程测试技术:在桥梁工程项目中,通过对桥梁结构的负荷测试、振动测试和材料测试,验证桥梁的结构稳定性和承载能力。

3. 铁路工程测试技术:在铁路工程项目中,通过对轨道的几何参数、信号系统和列车运行的监测,确保铁路工程的安全性和运行效率。

4. 汽车工程测试技术:在汽车工程项目中,通过对汽车的性能、安全性和排放的测试,确保汽车的质量和符合相关标准。

5. 航空工程测试技术:在航空工程项目中,通过对飞机的结构、发动机和航电系统的测试,验证飞机的安全性和性能。

现代工程测试技术

现代工程测试技术

现代工程测试技术一、引言现代工程测试技术是指在工程项目中应用各种测试方法和技术手段,对工程结构、材料、设备等进行全面、科学的检测和评估。

通过工程测试,可以确保工程项目的安全性、可靠性和质量,提高工程项目的运行效率和经济效益。

本文将详细介绍现代工程测试技术的应用领域、测试方法和技术手段,并结合实际案例进行说明。

二、应用领域1. 建造工程测试建造工程测试是指对建造结构的力学性能、抗震性能、耐久性等进行测试和评估。

常用的测试方法包括结构静力试验、振动测试、声学测试等。

通过建造工程测试,可以及时发现和解决结构问题,确保建造物的安全性和稳定性。

2. 桥梁工程测试桥梁工程测试是指对桥梁结构的承载能力、振动特性、结构健康状况等进行测试和评估。

常用的测试方法包括静载试验、动力响应试验、结构监测等。

通过桥梁工程测试,可以及时掌握桥梁的结构状态,预防和修复结构问题,确保桥梁的安全运行。

3. 地基与基础工程测试地基与基础工程测试是指对土壤和地基基础的力学性能、承载能力、稳定性等进行测试和评估。

常用的测试方法包括土壤采样与试验、地基沉降观测、地基动力特性测试等。

通过地基与基础工程测试,可以评估地基的适宜性,指导地基处理和基础设计,确保工程的稳定性和安全性。

4. 材料工程测试材料工程测试是指对工程材料的物理性能、力学性能、耐久性等进行测试和评估。

常用的测试方法包括材料力学性能试验、材料耐久性试验、材料成份分析等。

通过材料工程测试,可以确保工程材料的质量和可靠性,提高工程项目的耐久性和使用寿命。

三、测试方法1. 试验室测试试验室测试是指将工程样品带回实验室进行测试和分析。

常用的试验设备包括万能试验机、动态力学测试仪、电子显微镜等。

通过试验室测试,可以获得材料的力学性能、物理性能等参数,为工程设计和质量控制提供依据。

2. 现场测试现场测试是指在工程项目现场进行测试和监测。

常用的现场测试设备包括振动传感器、测距仪、应力计等。

通过现场测试,可以实时监测工程结构的运行状态,及时发现和解决问题,确保工程项目的安全性和可靠性。

现代测试技术:每种测试方法缩写,基本原理,仪器的结构

现代测试技术:每种测试方法缩写,基本原理,仪器的结构

测试方法缩写、基本原理、仪器的结构(一)X射线衍射分析XRD(1)基本原理:x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近,晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即一束X射线照射到物体上时,受到物体中原子的散射,每个原子都产生散射波,这些波互相干涉,结果就产生衍射。

衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强,在其他方向上减弱。

分析衍射结果,便可获得晶体结构。

X射线衍射仪是利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析。

(2)仪器结构:X射线衍射仪主要由X射线机、测角仪、探测器和自动记录显示系统等四部分组成。

1)X射线机的作用是产生X射线,为衍射分析提供X射线源。

2)测角仪是衍射仪的核心,是一个精密的圆盘状机械部件。

其作用是支承试样、探测器和光路狭缝系统,使试样与探测器相关地转动并给出它们的角度位置。

3)探测器的作用是探测X射线并将接收到的X光子转变为电脉冲。

4)记录显示系统包括前置放大器、主放大器、波高分析器、计数率仪、定标器、定时器、模数转换器、记录仪、绘图仪、监视器、打印机、计算机等。

其作用是将探测器测得的X射线衍射强度和测角仪测得的衍射角度记录下来,形成一张X射线衍射图。

(二)透射电子显微镜TEM(1)基本原理:是以波长很短的电子束做照明源,用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领,高放大倍数的电子光学仪器。

(2)结构:电子光学系统(照明系统、图像观察和记录系统)、真空系统、供电系统1)真空系统:需要真空的原因:高速电子与气体分子相互作用导致电子散射,引起炫光和减低像衬度。

电子枪会发生电离和放电,使电子束不稳定;参与气体会腐蚀灯丝,缩短其寿命。

2)供电系统:供电系统主要提供两部分电源:一是电子枪加速电子用的小电流高压电源;二是透镜激磁用的大电流低压电源。

3)样品台——透射电镜的主要部件:样品台的作用是承载样品,并使样品能作平移、倾斜、旋转。

4)消像散器——透射电镜主要部件:消像散器可以是机械式的,可以是电磁式的。

现代工程测试技术

现代工程测试技术

现代工程测试技术现代工程测试技术是一种在现代工程领域中广泛应用的技术,它通过使用各种测试方法和工具来评估工程项目的性能、可靠性和安全性。

本文将详细介绍现代工程测试技术的定义、作用、常用测试方法和工具,以及其在不同工程领域的应用案例。

一、定义现代工程测试技术是指利用各种测试方法和工具对工程项目进行评估和验证的技术。

它通过模拟实际使用条件和环境,对工程项目进行全面的性能测试,以确保其满足设计要求和预期功能。

二、作用现代工程测试技术在工程项目的开发、设计和实施过程中起着重要的作用。

它可以帮助工程师发现和解决潜在的问题,提高工程项目的质量和可靠性。

具体作用如下:1. 评估性能:通过测试,可以评估工程项目在各种工作条件下的性能表现,包括负载能力、稳定性、耐久性等。

2. 验证功能:通过测试,可以验证工程项目是否满足设计要求和预期功能,确保其能够按照预期工作。

3. 发现问题:通过测试,可以发现潜在的问题和缺陷,帮助工程师及时修复,提高工程项目的质量和可靠性。

4. 优化设计:通过测试结果,可以对工程项目的设计进行优化和改进,提高其性能和效率。

三、常用测试方法和工具现代工程测试技术涵盖了多种测试方法和工具,下面介绍几种常用的测试方法和工具:1. 功能测试:功能测试是对工程项目的各项功能进行测试的方法。

通过模拟实际使用场景,对工程项目的各项功能进行验证,确保其能够按照预期工作。

2. 性能测试:性能测试是对工程项目的性能进行评估的方法。

通过模拟实际工作负载和环境条件,对工程项目的性能进行测试,包括响应时间、吞吐量、并发性等指标。

3. 可靠性测试:可靠性测试是对工程项目的可靠性进行评估的方法。

通过模拟实际使用条件和环境,对工程项目进行长时间的稳定性测试,以评估其在不同条件下的可靠性。

4. 安全测试:安全测试是对工程项目的安全性进行评估的方法。

通过模拟各种攻击和恶意行为,对工程项目的安全性进行测试,以发现潜在的安全漏洞和风险。

现代测试技术(总结版)

现代测试技术(总结版)

现代测试技术(总结版)绪论现代分析测试技术概论仪器分析法⼀般都有较强的检测能⼒。

绝对检出限可达:毫克10_3 g 微克10_6 g 纳克 10_9 g ⽪克10_12 g 飞克10_15g 阿克10_18g现代测试技术主要发展趋势:⑴以“三微”技术为主流:“三微”——微量、微束、微区。

⑵以⾼度⾃动化控制为主要趋势⑶分析数据处理的⾼度计算机化⑷分析⼿段综合化⑸分析功能多样化⑹测试分析⽹络化现代分析测试仪器基本⼯作模式:⼀、⽤⼀束“粒⼦”或某种⼿段作为探针来探测、激发物质—⼊射粒⼦或激发源主要有电⼦、离⼦、光⼦、中性粒⼦、电场、磁场、热场和声波;⼆、在探针的作⽤下,⼊射粒⼦与物质相互作⽤,从样品中出射、带有物质信息的粒⼦(发射谱)—电⼦、离⼦、中性粒⼦、光⼦;三、检测这些粒⼦的能量、动量、质荷⽐、束流强度等特征,或出射波的频率、⽅向、强度、偏振等—记录、处理、分析,获得有关物质的信息;现代测试技术分类按仪器探测及发射粒⼦分类⼀、发射粒⼦:1、电⼦束-SEM、TEM、EPMA、AES、2、X射线-XPS、XRF、XRD;3、离⼦源-SIMS、ISS;4、特殊光源-IR、LR、UPS、AAS、ICP-AES、ICP-MS;⼆、探测粒⼦:1、电⼦谱—探测粒⼦或发射粒⼦是电⼦;2、光谱—探测粒⼦及发射粒⼦都是光⼦;3、离⼦谱:探测粒⼦及发射粒⼦都是离⼦;4、光电⼦谱—探测粒⼦是光⼦,发射粒⼦是电⼦;按仪器检测性能分类⼀、物理化学性质测试: 1、成分分析2、化合物结构分析3、表⾯原⼦动态和受激态分析⼆、物理性质测试:1、微观形貌分析2、晶体结构分析3、表⾯电⼦结构分析按照应⽤特点分类1⽤以测定原⼦或离⼦的分析测试⽅法原⼦吸收光谱法、X射线荧光光谱法、电化学分析2⽤以分析鉴定分⼦的分析测试⽅法紫外吸光光度法、红外吸收光谱法、拉曼光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、X射线衍射分析3分离分析⽅法⽓相⾊谱、液相⾊谱、超临界流体⾊谱、⽑细管电泳4表⾯和界⾯分析X光电⼦能谱、透射电⼦显微镜、扫描电⼦显微镜、X射线技术分析测试仪器的选择和使⽤:1、物理性质/物理化学性质分析2、定性/半定量/定量分析3、⾮破坏/破坏分析4、⾦属/⾮⾦属样品分析5、固体/粉末/液体试样分析6、表⾯/表层/体相分析7、微区/深度分析分析测试⽅法主要性能参数:标准曲线、灵敏度、精密度、准确度、检出限。

现代工程测试技术

现代工程测试技术

现代工程测试技术一、概述现代工程测试技术是指利用各种测试方法和工具对工程项目进行全面、科学、准确的测试和评估的技术。

它是工程项目质量控制的重要环节,可以匡助工程师和设计师发现问题、解决问题,确保工程项目的安全性、可靠性和稳定性。

本文将详细介绍现代工程测试技术的相关内容。

二、测试方法1. 非破坏性测试非破坏性测试是一种通过对工程材料或者构件进行各种测试手段而不破坏其完整性的方法。

常用的非破坏性测试方法包括超声波检测、射线检测、磁粉检测等。

通过这些方法可以检测出材料或者构件的缺陷、裂纹、变形等问题,为工程项目的质量控制提供重要依据。

2. 功能性测试功能性测试是对工程项目的功能进行测试和评估的方法。

例如,在建造工程中,可以通过对建造物的电气设备、水暖设备、通风设备等进行功能性测试,以确保其正常运行。

在机械工程中,可以对机械设备的各项功能进行测试,以保证其性能符合设计要求。

3. 耐久性测试耐久性测试是对工程项目的耐久性进行测试和评估的方法。

例如,在桥梁工程中,可以通过对桥梁的承载能力、抗震性能等进行测试,以确保其在使用寿命内能够保持稳定和安全。

在汽车工程中,可以对汽车的耐久性进行测试,以确保其在各种恶劣环境下能够正常运行。

4. 可靠性测试可靠性测试是对工程项目的可靠性进行测试和评估的方法。

例如,在电子产品工程中,可以通过对电子产品的可靠性进行测试,以确保其在正常使用条件下不会浮现故障。

在航空航天工程中,可以对航空器的可靠性进行测试,以确保其在飞行过程中不会浮现故障。

三、测试工具1. 自动化测试工具自动化测试工具是指可以自动执行测试任务的软件工具。

例如,在软件工程中,可以使用自动化测试工具对软件的功能、性能、稳定性等进行测试。

自动化测试工具可以提高测试效率,减少人为错误,并且可以重复执行测试任务,确保测试结果的准确性。

2. 数据采集仪器数据采集仪器是用于采集各种测试数据的设备。

例如,在电力工程中,可以使用数据采集仪器对电力系统的电压、电流、功率等进行实时监测和记录。

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现代测试技术介绍一、元素成分分析物质都是由各种元素组成的,要知道一个样品是由哪些元素组成,最重要的分析手段就是原子光谱分析。

它是利用原子(包括离子)所发射的辐射或原子(或离子)与辐射的相互作用而进行样品分析的一类测试技术。

图33-1 光谱仪示意图A.火焰发射光谱仪B.原子吸收光谱仪C.原子荧光光谱仪原子光谱分析中应用最广泛的是原子发射光谱法(AES)、原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)和X射线荧光光谱法(XFS)。

前三种方法涉及的是原子(或离子)外层电子的能级跃迁过程中的辐射发射、吸收和荧光的产生。

图33-1为火焰发光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法最简单的工作原理示意图。

三种原子光谱法的关键都是使试样产生原子蒸气(游离态气体原子或离子)。

产生原子蒸气的手段有火焰、电孤、电热原子化器、射频等离子体以及激光等,其中火焰是最简单和广泛使用的原子蒸气源之一。

在原子发射光谱法(图33-lA)中,试样的气态原子蒸气进一步受热激发,使原子(或离子)外层电子由最低能态(称基态)激发到较高能态(称激发态),当其返回低能态或基态时,便发射出在紫外和可见光区域内的特征辐射,这就是发射光谱。

根据原子结构理论,由于原子的电子能级高低和分布是每一种元素所特有的,因此元素都有各自的特征光谱.而谱线的强度与其元素的含量成正比。

因此原子发射光谱法可用作元素的定性分析和定量分析。

在原子吸收光谱法(图33-1B)中,辐射源辐射出待测元素的特征辐射通过样品的原子蒸气时,被蒸气中待测元素的基态原子所吸收。

由辐射强度的减弱程度即可以求出待测元素的含量。

在原子荧光光谱法(图33-1C)中,当样品的原子蒸气受一次辐射源照射,待测元素基态原子吸收辐射后跃迁到较高能态(激发态),激发态原子再以辐射跃迁形式过渡到基态。

由此而获得的辐射光谱称为原子荣光光谱。

荧光光谱的观测方向与一次辐射方向成90°角。

通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生的原子荧光强度可以非常灵敏地测量元素的含量。

三种原子光谱分析仪除上述各自的特点外,正如图33-1所示,利用单色器对光源进行分光、光源强度的检测和记录是三种仪器所共同的。

X射线荧光光谱法涉及的是原子内层电子能级的跃迁。

当用X射线轰击试样中的原子时,一个电子从原子的内层(例如K层)被袭击,此时较高能级电子层(例如L层)的一个电子会立即填补空位,同时多余的能量被释放出来。

如果这种能量以辐射形式释放,则产生次级X射线,也称为X荧光,各种元素所发射的X荧光的波长决定于它们的原子序数,原子序数越高,X荧光的波长越短。

所以根据X荧光的波长可以对元素进行定性分析.同样.根据谱线的强度可以定量分析。

二、分子结构与含量分析对分子的结构分析和定量测定是分析化学中最繁重的任务。

随着现代科学的发展,特别是生命科学和环境科学的发展,人们不仅要知道一个生物大分子的一级结构,还要知道它的二级、三级甚至更高级的构造。

从量的角度来说,现代分析化学早已从常量、微量分析发展到痕、超痕量分析,甚至发展到单个分子的测定。

1.分子光谱法它是研究分子结构和定量分析中最常:用的方法,包括可见-紫外吸收、红外吸收;分子荧光等方法。

分子对辐射能吸收比单个原子对辐射能的吸收要复杂得多。

因为对于分子的能级跃迁而言,除了分子外层价电子跃迁所引起的电子能态的变化外,还有分子中原子或原子团在它们的平衡位置上作相对振动产生的振动能态的变化以及整个分子旋转产生的转动能态的变化。

通常在分子每个电子能态下,都有若干个可能的振动能态,而在每个振动能态下又有若干个转动能态。

换言之,分子的电子能态的变化所需酌能量比振动能态的变化大,振动能态的变化所需的能量比转动能态大。

分子的外层电子跃迁所需的能量通常对应于紫外、可见辐射,而振动跃迁由能量较小的近红外和中红外辐射所引起,至于转动跃迁仅需能量更小的远红外和微波辐射即可。

(1)紫外和可见吸收光谱法紫外和可见吸收光谱法研究被测物质对可见和紫外区域辐射吸收。

当分子吸收了此区域内的辐射,分子的价电子发生跃迁,所以也称为电子不镰。

因为分子电子能级改变的同时也伴随着振动能级和转动能级的变化,因此,分子的电子光谱。

可见和紫外吸收光谱是应用范围十分广泛的分析方法。

在现代分析化学中差不多有60%左右的分析任务是由该方法完成的。

该方法利用化合物的吸收过程波长的变化可以对许多的有机化合物,特别是具有共轭体系的有机化合物进行定性分析,而利用被测物对某一波长的辐射的吸收程度(称吸光度)进行定量分析。

这在化合物的定量分析中占有重要的地位。

(2)红外吸收光谱法利用物质分子受红外辐射照射后,分子吸收部分红外辐射使分子的振动能级和转动能级跃迁而产生的吸收光谱。

红外吸收光谱与分子结构有着密切的关系。

因为分子结构的微小变化,都会引起分子振动能级的改变,所以,除了光学异构体外,凡是具有结构不同的两个化合物其红外吸收光谱必然不同。

通常,红外吸收带的波长和吸收谱带的强度反映了分子结构的特性,可以用于鉴定未知物的结构或确定某些基团。

同时,吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关,因此可以进行定量分析和纯度鉴定。

(3)分子荧光光谱法利用许多化合物分子吸收紫外可见区域的辐射后,会再发射出波长相同或不同的特征辐射,即分子荧光,通过测量其荧光强度,对痕量化合物进行定性定量分析。

分子荧光光谱法的最大特点是具有很高的灵敏度和非常好的选择性,它比紫外和可见吸收光谱的灵敏度高2~3个数量级,因此,它在生命科学中有着重要的应用。

2.核磁共振波谱法核磁共振波谱是鉴定有机化合物结构的最重要的手段之一。

它实际上也是一种吸收光谱,只不过研究的是在外加磁场的存在下,原子核能级的跃迁。

在强磁场存在下,一些具有磁性的原子核的能量可以分裂为两个或两个以上量子化的能级。

此时,如果外加一个能量,使其恰好等于裂分后相邻两个能级的能量差,则该核就可能吸收能量,发生能级跃迁,从而产生核磁共振吸收信号。

在核磁共振吸收中所吸收的能量非常低,其数量级相当于频率范围为0.1到100兆赫的电磁波(属于无线电波范畴,简称射频)。

目前在核磁共振波谱法中,应用量广的是1H氢核的按磁共振谱,同时13C、15N核磁共振谱也得到应用。

以1H氢核的核磁共振谱为例,因为在有机化合物的分子体系中每个氢原子核都被不断运动着的电子云所包围,致使原子核实际上受到的磁场作用减弱,不同的分子结构,每个氢原子核周围所处的电子云环境不同,则在磁场中反映每个氢核的共振吸收频率的不同。

核磁共振波谱法正是利用此效应(称化学位移)可以达到鉴别有机化合物结构的目的。

3.质谱分析法质谱分析法同样是作为有机化合物结构分析的重要手段,同时还对无机化合物分析,特别是同位素分析具有着独特的优点。

质谱法的基本原理是荷电分子(常称分子离子)或分子裂片阳离子在磁场下,依其质荷比进行分离和分析的方法。

质谱分析所使用的仪器-质谱仪的类型虽然很多,但一般均由原子源、质量分析器、离子检测器和一个高真空系统组成。

离子源中的试样在高能量的离子源(例如电子轰击源、场效电离源、激光电离源、ICP离子源等)轰击下,被电离成分子离子或进一步使分子中某些化学健断裂,产生各种各样的分子裂片阳离子,离子—分子复合物等。

在加速电场的作用下,把这些阳离子进行加速和聚焦成离子束,进入质量分析器。

质量分析器其作用如同光学光谱法的单色仪,能把具有不同质荷比(m/e)的离子依其质荷比大小顺序分别聚焦和分离开。

这个过程一般是利用电磁场对电荷的偏转性质来实现的。

例如以图33-2所示的半圆形单聚焦质谱仪中,进入分析器的离子束具有相同的动能,因此离子束在分析中运动轨道的曲率半径R与离子的质荷比(m/e)之间具有如下关系:式中H是分析器的磁场强度,V是加速场的加速电压。

可见只要适当调节加速电压或磁场强度便可改变质荷比不同的离子的运动轨道的曲率半径R,使离子依次通过质量分析器的发射狭缝,从而实现质量分离。

通过检测器可记录试样的质谱图。

图33-2 半圆形单聚焦质谱仪装置原理示意图三、晶体结构分析对于固体物质,仅仅知道它的化学组成和含量是远远不够的,还需要确定固体物质中的原于排布和分子的主体结构。

自然界中的固态物质绝大多数是晶体。

晶体是由原子、离子或分子在空间周期性地排列的固体。

X射线衍射法是目前测定晶体结构的最主要的测试技术。

晶体中周期性重复排列的原子,其间距大小一般是以pm来量度的,例如C-C单键的长度是154.15pm,而X射线的波长也是这个数量级。

例如,铜的α射线波长是154.45pm,恰恰可与它相比拟。

所以晶体可作为X射线的衍射光栅。

当入射X线按一定方向射入晶体并与晶体中电子发生作用后,再向各个方向发射X射线的现象称为散射,原子散射X射线的能力和原子中所含电子数成正比,电子越多,散射能力越强。

由于晶体中原子散射的电磁波互相干涉和相互叠加,在某一方面得到加强或抵消的现象称为衍射。

其衍射的方向称为衍射方向。

晶体衍射x射线的方向与构成晶体的晶胞大小、形状以及入射X线的波长有关。

衍射的强度则与晶胞内原子的类型、数量和位置有关。

因此,根据晶体的衍射方向和衍射强度可进行晶体结构分析。

X射线衍射技术分为多晶粉末法和单晶衍射法。

多晶粉末法常用于测定方晶系的晶体结构的点阵型式、晶胞参数及简单结构的原子坐标,还可对固体样品进行物相分析。

X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪(样品台)和检测器组成。

单晶衍射法是以单晶作为研究对象,它比多晶粉末法更方便、更可靠。

目前,测定单晶体结构主要利用四周衍射仪,它是由X射线发生器、四周测角仪(样品台)和检测器所组成。

它与多晶衍射仪的主要区别在于试样台能在四个圆的方向运动,使晶体依次转到每个晶面所要求的反射位置,以便探测器收集到晶体的全部反射数据,根据四圆衍射仅收集到的大量衍射点的衍射方向和衍射强度数据,通过计算机的晶体结构解析程序对这些数据进行处理计算,并使结构图像显示出来。

单晶结构分析是结构分析中最有效的方法,它能为一个晶体给出精确的晶胞参数,同时还能给出晶体中原子之间的键长、键角等重要的结构化学数据。

因此,鉴定一个新合成的化合物,要是没有单晶结构分析的报告,该产品的可信性将会大大降低。

四、表面结构分析随着现代科学的发展,特别是金属材料、半导体材料和生命科学的发展,对物质的表面结构的分析显得梏外的重要。

在现代化学测试技术中有许多方法是用于表面结构分析。

例如电子能谱、电子探针以及扫描电镜等。

1.电子能谱技术在通常的光谱分析方法中。

主要研究光和物质相互作用后产生的和信息,而在电子能谱技术中主要研究物质在高能电子或光子的轰击下,样品的电子受到激发而发射出来,通过测量这些电子的能量分布及其强度的关系而获得固体表面结构的有关信息。

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