仪器分析名词解释

名词解释

ICP环状结构: 在高频感应电场或磁场下开成的等离子体涡流具有“趋肤效应”，此效应使得等离子体涡电流集中于等离子体表面，形成一环形加热通道，即ICP环状结构。

AES基本原理：待测原子的外层电子在外来能量的作用下，电子由低能态跃迁到高能态，在高能态不稳定，迅速返回到低能态，并辐射出具有特征波长或频率的谱线。通过测定特征谱线的波长或频率进行定性分析；通过测定谱线的强度进行定量分析。

轫致辐射：电子通过荷电粒子(主要是重粒子)形成的电场（或库仑场）时，受到加速或减速引起的连续辐射。自吸效应：激发态原子发出的辐射被其基态原子所吸收，从而使谱线强度下降的效应。

最后线：当渐渐减小待测元素的含量时，该元素产生所有特征谱线中最后消失的谱线。它一般是元素的最灵敏线或共振线。（或称持久线。当待测物含量逐渐减小时，谱线数目亦相应减少，当c接近0时所观察到的谱线，是理论上的灵敏线或第一共振线。）

灵敏线：激发电位较低的谱线，常为原子线（电弧线），或离子线（火花线）。与实验条件有关。

共振线：从激发态到基态的跃迁所产生的谱线。由最低能级的激发态到基态的跃迁称为第一共振线。一般也是最灵敏线。与元素的激发程度难易有关。

分析线：在进行元素的定性或定量分析时，根据测定的含量范围的实验条件，对每一元素可选一条或几条最后线作为测量的分析线。

自吸线：当辐射能通过发光层周围的蒸汽原子时，将为其自身原子所吸收，而使谱线强度中心强度减弱的现象。

自蚀线：自吸最强的谱线的称为自蚀线。

光栅闪耀特性：将光栅刻痕刻成一定的形状通常是三角形的槽线，使衍射的能量集中到某一个衍射角附近激发电位： (Excited potential)原子外层电子由低能态跃迁到高能态所需要的能量，以eV表示。每条谱线对应一激发电位。

Doppler变宽：由于原子热运动引起的谱线宽度增加，又称为热变宽

偶合常数：两种核的自旋之间产生的相互干扰称为自旋耦合，相互干扰的大小用耦合常数表示。

趋肤效应：又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应

基体效应：样品中除待测物以外的其它组份称为基体，指试液基体成分在测定分析时对被测元素响应信号所造成的影响。

Stokes效应：荧光线激发能大于荧光能，即荧光线波长大于激发线波长的非共振荧光。

简答题

1、为什么要以峰值吸收代替积分吸收进行原子吸收分析？峰值吸收的测定，对光源发出的谱线有何要求？为什么空心阴极灯能满足这些要求。(15分)

因为原子谱线半宽很小，现在还没有一种极高分辨率的光栅可以分辨该半宽的谱线，并对此峰面积进行积分，因此须以峰值吸收代替积分吸收。

对光源要求（Walsh两假设）：当光源发射线半宽比吸收线半宽小得多（锐线），且二者中心频率一致时，可以用峰值吸收代替积分吸收。

空心阴极灯的灯电流小---热变宽（Doppler）小；灯内充低压惰性气体—压变宽小。由于使用待测元素制作元素灯，发出的谱线是待测元素的共振吸收线，即二者中心频率一致，故。。。。。。

2、实际上的红外吸收谱带(吸收峰)数目与理论计算的振动数目要少。解释原因。(5分)

1）对称振动分子的偶极矩不为零；2）能量简并（振动形式不同，但振动能级一样）；3）仪器分辨率不高或灵敏度不够。

3、列出影响荧光强度的主要因素，并分别作出说明。P90

1）跃迁类型：通常，具有(—(*及n—(*跃迁结构的分子才会产生荧光。而且具(—(*跃迁的量子效率比n—(*跃迁的要大得多（前者(大、寿命短、kISC小）。

2）共轭效应：共轭度越大，荧光越强。

3）刚性结构：分子刚性（Rigidity）越强，分子振动少，与其它分子碰撞失活的机率下降，荧光量子效率提高。如荧光素（(大）与酚酞（(=0）；芴（(=1）与联苯（( =0.18）。

4）取代基：(给电子取代基增强荧光（p-(共轭），如-OH-、OR、-NH2、-CN、NR2等；( 吸电子基降低荧光，如 -COOH、-C=O、-NO2、-NO、-X等；( 重原子降低荧光但增强磷光，如苯环被卤素取代，从氟苯到碘苯，荧光逐渐减弱到消失（为什么？），该现象也称重原子效应。

5）溶剂效应： ( 溶剂极性可增加或降低荧光强度（改变(—(*及n—(* 跃迁的能量）； ( 与溶剂作用从而改变荧光物质结构来增加或降低荧光强度。

6）温度：温度增加，荧光强度下降（因为内、外转换增加、粘度或“刚性”降低）。因此体系降低温度可增加荧光分析灵敏度。

7）pH值：具酸或碱性基团的有机物质，在不同pH值时，其结构可能发生变化，因而荧光强度将发生改变；对无机荧光物质，因pH值会影响其稳定性，因而也可使其荧光强度发生改变。

8）内滤光和自吸：体系内存在可以吸收荧光的物质，或荧光物质的荧光短波长与激发光长波长有重叠，均可使荧光强度下降，称为内滤光；当荧光物质浓度较大时，可吸收自身的荧光发射，称为荧光自吸。

9）荧光猝灭：(碰撞猝灭；(静态猝灭；(转入三重态的猝灭； (电子转移猝灭；(自猝灭。

何为基体效应？基体改进剂的作用如何？P135

基体效应是指试液基体成分在测定分析时对被测元素响应信号所造成的影响。在试样中加入基体改进剂，使其在干燥或灰化阶段与试样发生化学变化，其结果可能增加基体的挥发性或改变被测元素的挥发性，以消除干扰。

为什么原子吸收光谱法只适用于定量分析而不用于定性分析?P126

一般来说，定性分析的激发光谱必须是连续光谱，通过测定样品对特定波数光谱的吸收或发射来定性。而原子吸收光谱的激发光谱为线光谱（空心阴极灯）。

从AAS的过程来看，我们是选确实了所要定量的元素，之后再选择这种元素的空心阴极灯做锐线光源，发出半宽度远小于吸收线半宽度的线光谱。如果不如果所测元素，则不能确实用哪种元素的空心阴极灯，AAS 也就不可以进行了。

2. 请简述谱线的自吸与自蚀现象。P109

自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。

自蚀：元素浓度低时，不出现自吸。随浓度增加，自吸越严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线的现象。

3. 结合您学习《仪器分析》这一门课程, 试述“仪器分析”是怎样的一类分析方法? 体包括哪些方法?P2

仪器分析是通过测量表征物质的某些物理或化学性质的参数来确实其化学组成、含量或结构的分析方法。常用的仪器分析法可以分为光学分析法、电化学分析法、色谱法、质谱法和热分析法等。

4. 在有机化合物的鉴定及结构推测上, 紫外吸收光谱所提供的信息具有什么特点? 紫外吸收曲线中有哪些作为定性的参数?

适用于不饱和有机化合物，尤其是共轭体系的鉴定，以此推断未知物的骨架结构。但是分子或离子对此外光的吸收只是他们含有的生色基团和助色基团的特征，而不是整个分子或离子的特征，故，只靠一个紫外光谱来确定一个未知物是的结构是不现实的。

定性参数：最大吸收波长λmax、最小吸收峰波长λmin，吸收峰的数目、位置、拐点以及εmax。

在目前你所学的仪器分析方法中，列举至少三种可用于有机物结构分析的方法，并简明扼要地说明它们各自利用了分子的什么信息来进行结构剖析？

紫外-可见分光光度法：利用有机分子中的共轭结构。

红外光谱法：利用分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁吸收相应红外光谱。各官能团有都特征吸收频率。

核磁共振波谱法：氢原子核在强磁场下能级分裂吸收光子而能级跃迁。氢原子的位置、环境以及官能团等使化学位移不同，故可以进行结构剖析。

光谱定性或定量分析，经常需要使用不同的单色器狭缝宽度。为什么？P14-15

单色器的分辨能力（有效带宽S）应由下式决定：S=DW

D=倒线色散率；W=狭缝宽度。狭缝宽度与分辨率成反比，与灵敏度成正比。

狭缝宽度的选择原则

( 定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨率，减少其它谱线的干扰，提高选择性；

( 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝的亮度，提高分析的灵敏度；

( 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通过条件优化确定最佳狭缝宽度。

( 与发射光谱分析相比，原子吸收光谱因谱线数少，可采用较宽的狭缝。但当背景大时，可适当减小缝宽。

FAAS中，原子化器火焰背景干扰通常采用哪些方法克服？分别做出解释。P136

1）邻近非共振线背景校正参比线与测量线很近（保证二者经过的背景一致），待测物基态原子不吸收参比线。参比线是待测原子的非共振线或光源内惰性气体元素的谱线。

共振线（此时为分析线）的总吸光度AT包括基态原子的吸收A和背景吸收AB，即AT=A+AB

通过测量共振线旁的“邻近线”的吸收，得到AB

此时得到净吸收度A=AT-AB

2）连续光源背景校正法连续光源的吸光度即为背景吸收，将锐线光源吸光度值减去连续光源吸光度值，即为校正背景后的实测元素的吸光度值。

3）Zeeman效应背景校正法根据磁场将（简并的）谱线分裂成具有不同偏振特性的成份。对单重线而言，分裂成振动方向平行于磁场的 ( 线（波长不变）和垂直于磁场的 (( 线（波长增加或降低，并呈对称分布），由谱线的磁特性和偏振特性来区别被测元素吸收和背景吸收。两次测量之差就是背景吸收后实测元素的净吸光度值。

为什么电热原子化方法比火焰原子化方法的灵敏度高？何为石墨炉平台技术？P133-134

火焰原子化中气动雾化效率比较低，只能达到约5%～15%，大量试液没进入火焰而被排走，严重影响火焰原子化法灵敏度。而石墨炉原子化法中，试样原子化是在惰性气体中和强还原性介质内进行的，有利于难熔氧化物的原子化，自由原子在石墨炉吸收区内停留时间长，约可达火焰法的1000倍，故此原子化效率高，

灵敏度高。

石墨炉平台技术：在石墨管内平放一个放样品的石墨片当管温度迅速升高时，样品因不直接受热（热辐射），因此原子化时间相应推迟。或者说，原子化温度变化较慢，从而提高重现性。

UV和IR光谱均为分子吸收光谱，但其仪器各组成部分和排列顺序有所不同，请说明。

UV-Vis: W灯、氘灯—光栅或棱镜---吸收池---光电倍增管(检测器)

IR: 硅碳棒或Nernst灯---样品池---光栅或Michelson干涉仪---真空热电偶

分析：

对于UV-Vis，我们要先确实测量波长，之后再让特定波长的电磁波通过吸收池，测定样品在此波长的吸光度，再应用Lambert-Beer定律定量。故此，先用单色仪（光栅或棱镜）分光，再让特定波长的电磁波通过吸收池。（这个解释本人觉得会有问题。）

对于IR，我们要做的是测定样品在某一带状（频率连续变化）光谱内的吸收，得出红外光的百分透过率比与波数关系的光谱。故此，用硅碳棒或Nernst灯发出连续光谱，让连续光谱通过样品池，通过光栅分光，使不同波长的光都通过真空热电偶，测定其百分透过率。

2. 请画出一条乳剂特性曲线，并标出曲线不同部分及惰延量、反衬度、雾翳黑度和展度。P116

荧光激发光谱和荧光发射光谱有何异同？为什么说分子荧光光谱分析比分子吸收光谱分析的灵敏度更高？（6分）P86

激发光谱和吸收光谱可以说是一样的，改变激发波长，测量在荧光发射波长处的强度变化，以激发波长对荧光强度作图可得到激发光谱。

发射光谱即荧光光谱。一定波长和强度的激发波长辐照荧光物质，产生不同波长的强度的荧光，以荧光强度对其波长作图可得荧光发射光谱。（异同就上面分析一下就可以了）

荧光是从入射光的直角方向检测，即在黒背景下检测荧光的发射。所以说分子荧光光谱分析比分子吸收光谱分析的灵敏度更高。

选择波长对的原则是什么？选择参比波长为什么比选择测量波长更重要？

原则：

混浊试液中组分测定：一般选择待测组分的最大吸收波长为测量波长(λl)，选择与其相近而两波长相差在40-60 nm范围内且有较大的ΔA值的波长为参比波长。

单组分的测定：进行单组分的测定，以络合物吸收峰作测量波长，参比波长的选择有：以等吸收点为参比波长; 以有色络合物吸收曲线下端的某一波长作为参比波长；以显色剂的吸收峰为参比波长。

双组分的测定：待测组分在两波长处的吸光度之差ΔA要足够大，干扰组分在两波长处的吸光度应相等，这样用双波长法测得的吸光度差只与待测组分的浓度成线性关系，与干扰组分无关，从而消除了干扰。

因为参比波长选择的正确与否，直接影响着吸光度差只与待测组分的浓度成是否成线性关系，即是否可用Lambert-Beer 定律。

请阐述ICP炬的形成过程。与其它使用经典光源的原子发射光谱分析相比，为什么ICP-AES分析具有基体效应小、校正曲线动态范围宽、精密度和灵敏度高的优点。（10分）P112

1）Tesla 线圈→高频交变电流（27-41 kHz, 2-4 kW）→交变感应磁场；

2）火花→氩气→气体电离→少量电荷→相互碰撞→“雪崩”现象→大量载流子；

3）数百安极高感应电流（涡电流，Eddy current）→瞬间加热→到10000 K→等离子体→趋肤效应→内管通入Ar 形成环状结构样品通道→样品蒸发、原子化、激发。

ICP光源特点

1）低检测限：蒸发和激发温度高；

2）稳定，精度高：高频电流----趋肤效应(skin effect)---涡流表面电流密度大---环状结构---样品引入通道---火焰不受样品引入影响----高稳定性。

3）基体效应小(matrix effect): 样品处于化学隋性环境（Ar）的高温分析区---待测物难生成氧化物----停留时间长(ms级)、化学干扰小；样品处于中心通道，其加热是间接的----样品性质（基体性质，如样品组成、溶液粘度、样品分散度等）对ICP 影响小。

4）背景小：通过选择分析高度，避开涡流区。

5）自吸效应小：试样不扩散到ICP周围的冷气层，只处于中心通道，即是处于非局部热力学平衡；

6）分析线性范围宽: ICP在分析区温度均匀；自吸及自蚀效应小。

7）众多无素同时测定：激发温度高（70多种）；

不足：对非金属测定的灵敏度低；仪器昂贵；维持费高（Ar消耗大）。

苯的各种卤原子取代产物的荧光量子效率分别为：0.16（氟苯）、0.05（氯苯）、0（溴苯）。可见，随着原子序数的增加，荧光强度减弱，甚至完全猝灭？哪种取代苯的磷光最强？（5分）P89

这是因为在原子序数较高的原子中，电子自旋和轨道运动间的相互作用变大，更有利于电子自旋的改变，增大了系间跨越的速度，而使荧光减弱，磷光增强。故很明显，溴苯的磷光最强。

根据Boltzmann分布定律解释：为什么原子发射光谱分析（AES）中光源温度对分析的影响较大？而原子吸收光谱（AAS）中原子化温度对分析的影响相对较小，为什么？（10分）

当在一定温度下处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数之比服从 Boltzmann 分配定律：

温度增加，则 Ni/N0 大，即处于激发态的原子数增加；且Ni/N0随温度T 增加而呈指数增加。

尽管原子的激发电位和温度 T 使Ni/N0 值有数量级的变化，但Ni/N0值本身都很小。或者说，处于激发态的原子数远小于处于基态的原子数！

实际工作中，T 通常小于3000K、波长小于 600 nm，故对大多数元素来说Ni/N0均小于1‰，Ni与N0 相比可勿略不计，N0 可认为就是原子总数。

在AAS中，测定的是基态原子的数目N0。所以说，AAS 对 T 的变化迟钝，或者说温度对 AAS 分析的影响不大！

AES 因测定的是激发态原子发射的谱线强度，故其激发态原子数直接影响谱线强度，从而影响分析的结果。也就是说，在 AES 中须严格控制温度。

填空题：

1.在光电直读光谱仪中，使用凹面光栅为分光器件，该器件的好处在于它既有分光作用（色散作用）又有聚焦作用。

2.AAS中使用Zeeman效应扣背景时，在空心阴极灯上施加一磁场的方法称为光源调制法；在原子化器上施加磁场的方法称为吸收线调制法。后者的应用更广。

3. 当散射粒子与分子尺寸相当并发生弹性碰撞时，发生Rayleigh散射；当散射粒子与分子尺寸相当并发生非弹性碰撞时，产生 Raman 散射。

4. 随着有机分子中取代基电负性的增加，其红外吸收峰将发生蓝移。

5. NMR分析中，要求处于磁场中的样品高速旋转，主要是为发消除因磁场不均匀而造成的“谱线展宽”效应，从而提高灵敏度和分辨率。

6. 有机分析中的所谓四大波谱是NMR、MS、IR和UV。

7. 化合物Cl2CHaCHbBr2中Ha和Hb质子吸收峰在高场出现的是 Hb 质子。

8. MS仪器中，单聚焦质量分析器只实现了方向（角度）聚焦，而双聚焦质量分析器除具有单聚焦质量分析器的聚焦功能外，还实现了能量(速度、动能) 聚焦，因而具有更高的分辨率。

9. 与C2H6相比，C2H4分子的磁各向异性效应使其四个质子化学位移值增加 (增加或降低)

10.原子吸收光谱分析中有三种光谱背景校正法，即邻近非共振线, 氘灯（或连续光源）和 Zeemann效应扣背景。

11.分别列出UV-Vis，AAS及IR三种吸收光谱分析法中各仪器组成(请按先后顺序排列)：

UV-Vis: W灯或氘灯—单色仪---吸收池---光电倍增管等

AAS: 空心阴极灯（无极放电灯）--原子化器---单色仪---光电倍增管

IR: Nernst灯（或硅碳棒）---试样释池----单色仪（光栅或Michelson干涉仪）--热电偶或Te-Cd-Hg检测器或热电检测器

12.双波长分光光度分析的特点是：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。 (答出两个特点即可)

13.据Woodward-Fieser规则计算化合物的最大吸收波长max（全部正确才能得满分3分）

基值

217 nm

同环二烯

136

环外双键

35

共轭双键延长

230

五个烷基取代

55

酰氧基取代

10

计算值(max)

353

14.用线将相关联的概念连接起来：(每错一个关联扣1分，扣完为止，共5分) 以上仅是个人理解，此文档仅供参考！多谢！冯小峻

Farady杯

热电偶检测

吸收光谱

发射光谱

UV-Vis

AAS

IR

AES

AFS

MS

NMR

空心阴极灯

W灯

Nernst灯

H灯

氘灯

直流电弧

交流电弧

火花

ICP

硅碳棒

EI

CI

化学位移