光谱分析方法.docx
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光谱分析方法
光谱分析方法
第一章绪论
一、填空题
1仪器分析方法分为（）、（）、色谱法、质谱法、电泳法、热分析法和放射化学分析法。
2光学分析法一般可分为（）、（）。
3仪器分析的分离分析法主要包括（）、（）、（）。
4仪器分析较化学分析的优点（）、（）、操作简便分析速度快。
答案
1光学分析法、电化学分析法
2光谱法、非光谱法
3色谱法、质谱法、电泳法
4灵敏度高检出限低、选择性好
第二章光学分析法导论
一、选择题
1电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（）
A能量B频率C波长D波数
2当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（ ）
A波长 B速度 C频率 D方向
3电磁辐射的二象性是指:
A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成；B．电磁辐射具有波动性和电磁性；
C．电磁辐射具有微粒性和光电效应；D．电磁辐射具有波动性和粒子性
4可见区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为：
A．紫外区和无线电波区；B．可见光区和无线电波区；
C．紫外区和红外区；D．波数越大。
5有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的
A．能量越大；B．频率越高；C．波长越长；D．波数越大。
6波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是多少eV？
A．0.124；B．12.4eV；C．124eV；D．1240eV。
7受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式辐射多余的能量，这种现象称为（）
A光的吸收B光的发射C光的散射D光的衍射
8利用光栅的（）作用，可以进行色散分光
A散射B衍射和干涉C折射D发射
9棱镜是利用其（）来分光的
A散射作用B衍射作用C折射作用D旋光作用
10光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成
A光源、样品池、检测器、计算机
B信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统
C激发源、样品池、光电二级管、显示系统
D光源、棱镜、光栅、光电池
二、填空题
1.不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（），能量越（ ），反之，波长越短，能量越（ ）。
2.在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。
3.物质对光的折射率随着光的频率变化而变化，这中现象称为（）
4.吸收光谱按其产生的本质分为（）、（）、（）等。
5.由于原子没有振动和转动能级，因此原子光谱的产生主要是（）所致。
6.当光与物质作用时，某些频率的光被物质选择性的吸收并使其强度减弱的现象，称为（），此时，物质中的分子或原子由（）状态跃迁到（）的状态。
7.原子内层电子跃迁的能量相当于（）光，原子外层电子跃迁的能量相当于（）和（）。
三．简答题：
1.什么是光学分析法？
2.何谓光谱分析法和非光谱分析法？
3.简述光学分析法的分类？
4.简述光学光谱仪器的基本组成。
5.简述瑞利散射和拉曼散射的不同？
答案
一、选择题
Ａ Ｃ Ｄ Ａ Ｃ Ｄ Ａ Ｂ Ｃ Ｂ
二、填空题
1.越小，小，高
2.单色光
3.色散
4.分子吸收光谱，原子吸收光谱，核磁共振波普
5.电子能级跃迁
6.光的吸收，能级较低，能量较高。
7.x，紫外线，可见光
三、简答题
1.光学分析法是建立在物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用基础之上的各种分析方法的统称。
2.光谱分析法是指通过测量试样由物质原子或分子在特定能级跃迁产生的光谱，根据其光谱的波长进行定性分析，根据其强度进行定量分析的方法。
非光谱法是指利用电磁辐射语物质相互作用时产生的电磁辐射在方向上或物理性质上的变化来进行分析的方法。
3.光学分析法可以分为光谱法和非光谱法，光谱法可以分为发射、吸收、散射光谱法等。
费光谱法又可以分为折射法、比浊法、旋光法。
拉曼散射。
4.由光源、单色器、试样池、检测器和信号显示系统五部分组成。
5.在散射过程中，能量不变的是瑞利散射，能量发生改变的是分析法导论。
第三章原子发射光谱
一、选择题
1.原子收射光谱的产生是由于（ ）
A 原子的次外层电子在不同能级间的跃近
B 原子的外层电子在不同能级间的跃近
C 原子外层电子的振动和转动
2.原子发射光谱的光源中，火花光源的蒸发温度（Ta）比直流电弧的蒸发温度（Tb）（ ）
A Ta=Tb B Ta＜Tb C Ta＞Tb D 无法确定
3.在原子发射光谱的光源中，激发温度最高的是（ ）
A 交流电弧 B 火花 C ICP
4.光电直读光谱仪中，使用的传感器是（ ）
A 感光板 B 光电倍增管 C 两者均可
5.光电直读光谱仪中，若光源为ICP，测定时的试样是（ ）
A 固体 B 粉末 C 溶液
6.在进行光谱定量分析时，狭缝宽度宜（ ）
A 大 B 小 C 大小无关
7.在进行光谱定性分析时，狭缝宽度宜（ ）
A 小 B 大 C 大小无关
8.用摄谱法进行元素定性分析时，测量感光板上的光谱图采用（ ）
A 光度计 B 测微光度计 C 影谱仪
9.矿石粉末的定性分析，一般选用下列哪种光源（ ）
A 交流电弧 B 高压火花 C 等离子体光源
二、填空题
1．等离子体光源（ICP）具有 、 、 、 等优点，它的装置主要包括 、 、 等部分。
2．原子发射光谱分析只能确定试样物质的 ，而不能给出试样物质的 。
3．光谱定量分析的基本关系式是 ，式中a表示 ，b表示 ，当b=0时表示 ，当b<1时表示 ，b愈小于1时，表示 。
三、正误判断
1．光通过胶体溶液所引起的散射为丁铎尔散射。
（ ）
2．分子散射是指辐射能与比辐射波长大得多的分子或分子聚集体之间的相互作用而产生的散射光。
（ ）
3．原子内部的电子跃迁可以在任意两个能级之间进行，所以原子光谱是由众多条光谱线按一定顺序组成。
（ ）
4．光栅光谱为匀排光谱，即光栅色散率几乎与波长无关。
（ ）
5．由第一激发态回到基态所产生的谱线，通常也是最灵敏线、最后线。
（ ）
6．自吸现象是由于激发态原子与基态原子之间的相互碰撞失去能量所造成的。
（ ）
7．自蚀现象则是由于激发态原子与其他原子之间的相互碰撞失去能量所造成的。
（ ）
8．在原子发射光谱分析中，自吸现象与自蚀现象是客观存在且无法消除。
（ ）
9．光谱线的强度只与跃迁能级的能量差、高能级上的原子总数及跃迁概率有关。
（ ）
10．自吸现象与待测元素的浓度有关，浓度越低，自吸越严重。
（ ）
11．交流电弧的激发能力强，分析的重现性好，适用于定量分析，不足的是蒸发能力也稍弱，灵敏度稍低。
（ ）
四、简答题
1．简述ICP的形成原理及其特点。
2.何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系？
3.光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？
为什么要同时摄取铁光谱？
4.光谱定量分析的依据是什么？
为什么要采用内标？
简述内标法的原理。
内标元素和分析线对应具备哪些条件？
为什么？
5.为什么原子发射光谱是线状光谱？
五、计算题：
若光栅的宽度为50.0mm，每mm刻有650条刻线，则该光栅的一级光谱的理论分辨率是什么？
一级光谱中波长为310.030mm和310.066mm双线能否分开？
中介梯光栅的分辨数为1400条/mm,闪耀角为12.16度，光栅适用的一级光谱波长范围？
答案
四、简答题
1.答：
ICP是利用高频加热原理。
当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花等）在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。
其特点如下：
（1）工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。
（2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。
（3）由于电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。
（4）ICP属无极放电，不存在电极污染现象。
（5）ICP的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。
（6）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。
2.答：
由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线（resonanceline）。
共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。
灵敏线（sensitiveline）是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振线（resonanceline）。
最后线（lastline）是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。
它也是该元素的最灵敏线。
进行分析时所使用的谱线称为分析线（analyticalline）。
由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。
3.解：
使用哈特曼光阑是为了在摄谱时避免由于感光板移动带来的机械误差，从而造成分析时摄取的铁谱与试样光谱的波长位置不一致。
摄取铁光谱是由于铁的光谱谱线较多，而且每条谱线的波长都已经精确测定，并载于谱线表内，因此可以用铁个谱线作为波长的标尺，进而确定其它元素的谱线位置。
4.解：
在光谱定量分析中，元素谱线的强度I与该元素在试样中的浓度c呈下述关系：
I=acb
在一定条件下，a，b为常数，因此
lgI=blgc +lga
亦即谱线强度的对数与浓度对数呈线性关系，这就是光谱定量分析的依据。
在光谱定量分析时，由于a，b随被测元素的含量及实验条件（如蒸发、激发条件，取样量，感光板特性及显影条件等）的变化而变化，而且这种变化往往很难避免，因此要根据谱线强度的绝对值进行定量常常难以得到准确结果。
所以常采用内标法消除工作条件的变化对测定结果的影响。
用内标法进行测定时，是在被测元素的谱线中选择一条谱线作为分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选择一条与分析线均称的谱线作为内标线，组成分析线对，利用分析线与内标线绝对强度的比值及相对强度来进行定量分析。
这时存在如下的基本关系：
lgR=lg（I1/I2）=blgc+lgA
内标元素和分析线对应具备的条件
①内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质；
②内标元素若是外加的，必须是试样中不含或含量极少可以忽略的。
③分析线对选择需匹配；
两条原子线或两条离子线,两条谱线的强度不宜相差过大。
④分析线对两条谱线的激发电位相近。
若内标元素与被测元素的电离电位相近，分析线对激发电位也相近，这样的分析线对称为“均匀线对”。
⑤分析线对波长应尽可能接近。
分析线对两条谱线应没有自吸或自吸很小，并不受其它谱线的干扰。
⑥内标元素含量一定的。
5.答：
因为原子的各个能级是不连续的（量子化的）,电子的跃迁也是不连续的。
五、计算题
1.解：
R＝1×650×50.0＝32500
λ＝λ/R＝（310.030+310.066）/（2×32500）＝0.0095mm
即理论分辨率为32500的光栅能够分开波长差为0.0095mm的谱线，而310.030mm和310.066mm双线波长差为0.036mm，所以能分开。
2.解：
中阶梯光栅α＝β
d=1/1400=714.3nm
nλ=2dsinβ=300nm
适用的一般波长范围λ=λ/n±0.5=200~400nm。
第四章原子吸收光谱
一、选择题
1、原子吸收光谱法中的物理干扰可用哪种方法消除＿＿。
A、释放剂B、保护剂C、标准加入法D、扣除背景
2、与火焰原子化吸收法相比，石墨炉原子化吸收法有以下特点____。
A、灵敏度高且重现性好B、集体效应大但重现性好
C、样品量大但检出限低D、原子化效率高，因而绝对检出限低
3、用原子吸收光谱法测定钙时，加入1％的钾盐溶液，其作用是____。
A、减小背景B、作释放剂C、作消电离剂D、提高火焰温度
4、原子吸收光谱分析中，塞曼效应法是用来消除_____。
A、化学干扰B、物理干扰C、电离干扰D、背景干扰
5、通常空心阴极灯是______。
A、用碳棒作阳极，待测元素做阴极，灯内充低压惰性气体
B、用钨棒作阳极，待测元素做阴极，灯内抽真空
C、用钨棒作阳极，待测元素做阴极，灯内充低压惰性气体
D、用钨棒作阴极，待测元素做阳极，灯内充惰性气体
6、原子吸收光谱法中，背景吸收产生的干扰主要表现为_____。
A、火焰中产生的分子吸收及固体微粒的光散射
B、共存干扰元素发射的谱线
C、火焰中待测元素产生的自吸现象
D、基体元素产生的吸收
7、原子吸收法测定钙时，加入EDTA是为了消除_____干扰。
A、镁B、锶C、磷酸D、硫酸
8、原子吸收分光光度计中的单色器的位置和作用是______。
A、放在原子化器之前，并将激发光源发出的光变为单色光
B、放在原子化器之前，并将待测元素的共振线与邻近线分开
C、放在原子化器之后，并将待测元素的共振线与邻近线分开
D、放在原子化器之后，并将激发光源发出的连续光变为单色光
9、原子吸收测定中，以下叙述和做法正确的是______。
A、一定要选择待测元素的共振线作分析线，绝不可采用其他谱线作分析线
B、在维持稳定和适宜的光强条件下，应尽量用较低的灯电流
C、对于碱金属元素，一定要选用富燃火焰进行测定
D、消除物理干扰，可选用高温火焰
10、原子吸收光谱法中，产生多普勒效应的原因和影响是____。
A、待测原子与同类原子的碰撞引起谱线中心频率发生位移
B、待测原子与其原子的碰撞引起谱线变宽
C、待测原子的热运动引起谱线变宽
D、待测原子受到同位素原子的影响引起谱线中心频率发生位移
11空心阴极灯的主要操作参数是（）
A灯电流B灯电压C阴极温度D内充气体的压力
12.与原子吸收法相比，原子荧光法使用的光源是（）
A必须与原子吸收法的光源相同B一定需要锐线光源
C一定需要连续光源D不一定需要锐线光源
13.已知原子吸收光谱计狭缝宽度为0.5mm时，狭缝的光谱通带为1.3nm，所以该仪器的单色器的倒线色散率为：
（）
A每毫米2.6nmB每毫米0.38nm
C每毫米26nmD每毫米3.8nm
14.指出下列哪种说法有错误?
（）
A原子荧光法中，共振荧光发射的波长与光源的激发波长相同
B与分子荧光法一样，原子共振荧光发射波长比光源的激发波长长
C原子荧光法中，荧光光谱较简单,不需要高分辨率的分光计
D与分子荧光法一样，原子荧光强度在低浓度范围内与荧光物质浓度成正比
15.原子吸收分析对光源进行调制，主要是为了消除（）
A光源透射光的干扰B原子化器火焰的干扰
C背景干扰D物理干扰
16.影响原子吸收线宽度的最主要因素是（）
A自然宽度B赫鲁兹马克变宽C斯塔克变宽D多普勒变宽
17.空心阴极灯中对发射线半宽度影响最大的因素是（）
A阴极材料B阳极材料C内充气体D灯电流
18.在原子吸收分析中，如怀疑存在化学干扰，例如采取下列一些补救措施，指出哪种措施不适当（）
A加入释放剂B加入保护剂C提高火焰温度D改变光谱通带
19.在原子吸收光谱分析中，若组分较复杂且被测组分含量较低时，为了简便准确地进行分析，最好选择何种方法进行分析？
（）
A工作曲线法B内标法C标准加入法D间接测定法
20.GFAAS的升温程序如下：
（）
A灰化、干燥、原子化和净化
B干燥、灰化、净化和原子化
C干燥、灰化、原子化和净化
D灰化、干燥、净化和原子化
21.可以说明原子荧光光谱与原子发射光谱在产生原理上具有共同点的是（）
A辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁
B辐射能使原子内层电子产生跃迁
C能量使气态原子外层电子产生发射光谱
D电、热能使气态原子外层电子产生发射光谱
22.原子吸收光谱法测定试样中的钾元素含量，通常需加入适量的钠盐,这里钠盐被称为（）
A释放剂B缓冲剂C消电离剂D保护剂
23.空心阴极灯内充的气体是（）
A大量的空气B大量的氖或氩等惰性气体
C少量的空气D少量的氖或氩等惰性气体
24.在以下说法中，正确的是（）
A原子荧光分析法是测量受激基态分子而产生原子荧光的方法
B原子荧光分析属于光激发
C原子荧光分析属于热激发
D原子荧光分析属于高能粒子互相碰撞而获得能量被激发
25.原子吸收分光光度计中常用的检测器是（）
A光电池B光电管C光电倍增管D感光板
二、填空题
1、原子吸收光谱法中，吸收系数Kν随频率变化关系图称________，图中，曲线的峰值处的吸收系数称为________，对应的频率称为______，在此频率处得吸收称为______。
2、采用原子吸收法测量3㎎／mL的钙溶液，测得透射率为48％，则钙的灵敏度为_______。
3、原子吸收的火焰原子化时，火焰中既有也有原子，在一定温度下，两种状态原子数比值一定，可用_____分布来表示。
4、空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收的现象，称为_____现象。
灯电流越大，这种现象越_______，造成谱线______。
5、标准加入法可以消除原子吸收分析法中____产生的干扰，但不能消除_____吸收产生的干扰。
6、火焰原子化器主要由将样品溶液变成_____状态的_____和使样品______的_____两部分组成。
7、在使用石墨炉原子化器时，为防止样品及石墨管氧化应不断加入气；测定时通常分为_____、_____、______、______四个阶段。
8、原子吸收分光光度法与分子吸收分光光度法都是利用吸收原理进行测定的，但两者本质的区别是前者产生吸收的是____，后者产生吸收的是___，前者使用的是____光源，后者使用的是____光源。
前者的单色器在产生吸收之___，后者的单色器放在吸收之____。
9、原子吸收光谱法常采用原子化法测定汞元素，用原子化法测定砷、锑、铋、铅等元素。
10、原子吸收法中，当待测元素与共存物质反应产生难解离或难挥发化合物时，将使参与吸收的基态原子数____，从而产生__误差。
11、在原子吸收光谱中，为了测出待测元素的峰值吸收必须使用锐线光源，常用的是___________灯，符合上述要求。
12、空心阴极灯的阳极一般是____________,而阴极材料则是__________________,管内通常充有_________________。
13、在通常得原子吸收条件下，吸收线轮廓主要受__________和__________变宽得影响。
14、在原子吸收分光光度计中，为定量描述谱线的轮廓习惯上引入了两个物理量，即__________和__________。
15、在原子吸收法中，由于吸收线半宽度很窄，因此测量___________________有困难，所以采用测量___________________来代替。
16、在原子吸收法中，提高空心阴极灯的灯电流可增加，但若灯电流过大，则随之增大，同时会使发射线_________________。
17、在原子吸收法中，火焰原子化器与无火焰原子化器相比较，测定的灵敏度________，这主要是因为后者比前者的原子化效率______________________。
18、原子吸收法测量时，要求发射线与吸收线的_____________________一致,且发射线与吸收线相比，____________________要窄得多。
产生这种发射线的光源，通常是____________________。
三、简答题
1.为什么空心阴极灯能产生强度大谱线窄的特征共振线?
2.什么叫自然宽度，多普勒变宽，碰撞变宽？
3.实现峰值吸收测量必须满足哪两个条件？
4.写出灵敏度，检出限的定义。
5.原子荧光分析仪器中检测器与激发光束为什么成直角配置？
6．简述原子吸收分光光度法的基本原理，并从原理上比较发射光谱法和原子吸收光谱法的异同点及优缺点。
答案
一、选择题1-5CDCDC6-10ACCBC11-15ADABB16-20DDDCC21-25CCDBC
二、填空题
1.谱线轮廓、峰值吸收系数、中心频率、峰值吸收
2.0.041mg·mL-1／1％
3.基态、激发态、波尔兹曼
4.自吸、严重、强度减弱
5.基体、背景
6.雾化、雾化器、原子化、燃烧器
7.氩、干燥、灰化、原子化、净化
8.原子、分子、锐线、连续、后、前
9.冷、低温（或氢化物）
10.减少、负
11．空心阴极
12．钨棒、待测元素、低压惰性气体
13．多普勒（热变宽）、劳伦茨（压力或碰撞）
14．谱线半宽度、中心频率
15．积分吸收、峰值吸收
16．发光强度、自吸、变宽
17．低、高
18．中心波长（频率）、谱线宽度、空心阴极灯（锐线光源）
三、简答题
1.答：
由于元素可以在空心阴极中多次溅射和被激发，气态原子平均停留时间较长，激发效率较高，因而发射的谱线强度较大；由于采用的工作电流一般只有几毫安或几十毫安，灯内温度较低，因此热变宽很小；由于灯内充气压力很低，激发原子与不同气体原子碰撞而引起的压力变宽可忽略；由于阴极附近的蒸汽金属原子密度较小，同种原子碰撞而引起的共振变宽也很小；此外，由于蒸汽相原子密度低温度低，自吸变宽几乎不存在。
因此，使用空心阴极灯可以得到强度大，谱线窄的特征共振线。
2．答：
（1）无外界条件影响时的谱线宽度称为自然宽度。
（2）原子在空间作无规则热运动所引起的变宽称为多普勒变宽。
（3）碰撞变宽指吸
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