环境仪器作业.docx

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环境仪器作业

环境仪器作业批次1

一、名词解释（10分，每词2分）

光栅常数：

是光栅两刻线之间的距离，用d表示，是光栅的重要参数。

生色团：

在饱和碳氢化合物中，引入含有π键的不饱和基团，将使这一化合物的最大吸收峰波长移至紫外及可见区安慰内，这种基团称为生色团。

分馏效应：

由于不同的稳定性同位素之间质量上的差异，其理化性质和生物、物理和化学反应过程中的表现不尽相同，从而导致反应物和生成物在同位素组成上的差异

助色团：

本身不会使化合物产生紫外光的吸收，但与生色团连接时，能使生色团的吸收波长移至长波方向，并使吸收强度增加。

仪器分析：

是指通过测量物质是某些物理或者物理化学性质参数及其变化来确定物质的组成、成分含量及化学结构的分析方法。

仪器分析的产生与生产实践、科学技术发展的迫切需要方法核心原理发现及相关技术产生等密切相关。

二、选择题（20分）

1.光栅的分光原理是光栅对不同波长的光有（A）

（A）干涉和衍射的作用（B）衍射的作用（C）干涉的作用

2．在下述三个基团中，红外吸收峰的强度最强的是（A）

（A）C=O（B）C=C（C）C-C

3.原子吸收光谱实验时，提高空心阴极灯灯电流，可增强发射强度。

若灯电流过大，会发生（C）

（A）自吸现象（B）发射线变宽（C）两者均有

4.在原子吸收光谱测定时，为提高易形成难熔氧化物元素的分析灵敏度，应选用（C）

（A）化学计量火焰（B）贫燃火焰（C）富燃火焰

5.用原子吸收光谱法测定NaCl中微量的K，如果用纯KCl配制标准溶液绘制工作曲线，则测量结果会（B）

（A）偏低（B）偏高（C）不好判断

三、问答题

1.与传统的化学分析相比，仪器分析有什么优点？

仪器分析的优点的是用量少、分析速度快，可以做微量分析。

2.原子吸收光谱法中背景扣除有几种方法，各自的优点和缺点是什么？

原子吸收光谱法中扣除背景方法通常有三大类：

连续光源校正背景，空心阴极灯自吸效应校正背景，塞曼效应校正背景。

（1）连续光源校正背景。

当待测元素波长在紫外波段（180-400nm），采用氘灯或氘空心阴极灯。

波长在可见光及近红外波段时采用钨或碘钨灯，是现代AAS仪器应用较广泛的一种校正背景方法。

其原理是用待测元素HCL的辐射作样品光束，测量总的吸收信号，用连续光光源的辐射作参比光束并视为纯背景吸收，光辐射交替通过原子化器，两次所测吸收值相减因而使背景得到校正，这种方法有时产生背景校正不足或过度。

两种光源光强度要匹配，光斑要重合一致，但近年使用氘空心阴极灯可以克服这类不足之处。

（2）自吸（收）效应校正背景，又称S-H法校正背景。

其原理是以低电流脉冲供电（峰值电流60mA）于HCL使其发射锐线光谱，并测得原子吸收和背景吸收总吸收值，以短时高电流脉冲供电（峰值电流约600mA）于HCL使其发射谱线产生自吸（收）效应，而原子蒸气不为吸收，其测得吸收值视为背景吸收值，将两值相减得到背景校正后吸收值。

这种方法简单和成本低，能校正某些结构背景与原子谱线重叠干扰，可进行全波段190-900nm背景校正，校正精密度高，但不是所有HCL灯产生自吸，有些元素如AL,CA,V等灵敏度下降。

强脉冲影响HCL寿命。

该法只作为其他校正法的补充。

（3）塞曼Zeeman效应校正背景是利用光源在磁场作用下产生谱线分裂的现象校正背景。

这种背景校正可有多种方法：

可将磁场施加于HCL，可将磁场施加于原子化器，可利用横向效应，也可利用其纵向效应，可用恒定磁场，也可用交变磁场，交变磁场可分固定磁场和可变磁场强度。

一般用2磁场Zeeman背景校正，近年也有3磁场Zeeman背景校正。

Zee-man校正背景在GFAAS用得比较多，FAAS用得比较少。

不足之处为：

比常规食品的线性动态范围小，灵敏度也有所下降，个别元素谱线分裂不好。

3.在用紫外可见分光光度法进行样品分析时，引起偏离郎伯-比尔定律的原因是什么？

（1）由于非单色光引起的非偏离

（2）由于溶液本身的化学或者物理因素引起的偏离

4.为什么原子发射光谱法比原子吸收光谱法更适宜同时测定多种元素？

（1）多元素同时检出能力强:

可同时检测一个样品中的多种元素。

一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。

（2）分析速度快:

试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。

（3）选择性好:

由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。

如铌和钽、锆和铪，十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说则是毫无困难之举。

（4）检出限低:

一般可达0.1～1µg·g，绝对值可达10～10。

用电感耦合等离子体（ICP）新光源，检出限可低至ng·mL数量级。

（5）用ICP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级。

可同时测定高、中、低含量的不同元素。

因此ICP－AES已广泛应用于各个领域之中。

（6）样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。

5.用石墨炉原子吸收光谱法测定时要选择的仪器实验条件有哪些？

选择元素、干燥温度、干燥时间、灰化温度、灰化时间、激发温度。

四、计算题（20分）

以光度法测定Cr（Ⅵ），用1cm吸收池，浓度为5.0×10-4mol？

L-1Cr（Ⅵ）标准溶液的吸光度为0.489。

试样溶液测得的吸光度为0.430，计算试样溶液中Cr（Ⅵ）的浓度？

解：

由题可知A=aLc

a:

吸收系数A：

吸光度L：

吸收池厚度c：

溶液浓度

a=

=

a=978

故当试样溶液的吸光度为0.430时，Cr（Ⅵ）的浓度为：

c=

=

c=4.39×10-4mol/L

批次2

一、名词解释（10分，每词2分）

支持电解质：

指是提高化学电池中溶液导电率的电解质，本身不参与电化学反应。

极化：

指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。

分解电压：

是指使电解质溶液继续不断地电解所需施加的最低外加电压。

道南电位：

通常含有缓冲液和无机盐等电解质，当所含的离子在两相中分配不等时，将在两相间产生电位差。

电解分析：

建立在电解基础上通过称量沉积于电极表面的沉积物重量以测定溶液中被测离子含量的电化学分析法，是重量分析方法的一种。

二、选择题（20分）

1．在阴极上越容易被还原的物质的析出电位（A）

（A）越正（B）越负（C）不好判断

2．测F-浓度时，加入总离子强度调节剂（TISAB），其作用之一表达错误的是（B）

（A）固定溶液的离子强度（B）使参比电极电位恒定（C）掩蔽干扰离子

3．电位分析法测得的是（A）

（A）物质游离离子的量（B）物质的总量（C）二者之和

4．在电位分析法中作为指示电极，其电位应与被测离子的浓度（C）

（A）成正比（B）与对数成正比（C）符合Nernst公式的关系

三、问答题（50分）

1.使用滴汞电极的极谱分析有什么优点？

①汞滴的不断下滴,电极表面吸附杂质少,表面经常保持新鲜,测定的数据重现性好；

②氢在汞上的超电位比较大,滴汞电极的电位负到1.3V（vsSCE）还不会有氢气析出,这样在酸性溶液中也可进行极谱分析；

③许多金属可以和汞形成汞齐,降低了这些金属离子在滴汞电极上的还原电位,使之更易电解析出；

④汞易提纯.能够得到高纯度的汞,是保证极谱法具有很好的重现性和准确度的重要条件之一。

2.用极谱法测定某氯化钙溶液中的微量铅。

（1）取试液5ml，加1g？

L-1明胶5ml，用水稀释至50ml。

（2）倒出部分溶液于电解杯中，通氮气10min，然后在-0.2～-0.6V间记录极谱图。

解释操作规程中各步骤的作用。

解：

（1）解释操作规程中各步骤的作用。

氯化钙：

支持电解质

0.1%明胶：

消除极大

通氮气：

除氧

（2）计算试样中Pb2+的含量（以g/L计）

（3）不能用铁粉、亚硫酸钠或通二氧化碳（生成碳酸铅）除氧。

因为铁粉不适于中性介质、亚硫酸钠氧气反应后生成的硫酸根会与铅离子反应，二氧化碳会和铅离子生成碳酸铅。

3．在极谱分析中为什么要使用小面积的工作电极？

在测量中能否搅拌，为什么？

使用小面积的电极作阴极，可以使电极上具有较高的电流密度，以保证产生浓差极化．溶液保持静止（不搅拌）

4.什么叫电导分析？

能否分析溶液中某一种离子的量？

为什么？

一种通过测量溶液的电导率确定被测物质浓度，或直接用溶液电导值表示测量结果的分析方法。

5.电重量分析和库仑分析的共同点是什么？

不同点是什么？

共同点：

分析时不需要基准物质或标准溶液，它们是一种绝对分析法，准确度极高。

电解分析法：

测定高含量的物质，需要在电极表面沉积。

库仑分析法：

被测物无需在电极表面沉积，可用于痕量分析。

四、计算题（20分）

极谱法测定水样中的镉。

取水样25.0ml，得扩散电流为0.22μA。

在样品溶液中加入5.0ml0.01mol？

L-1镉离子标准溶液后，测得扩散电流为0.54μA，求水样中镉离子的浓度。

解：

设水样中镉离子的浓度为Cxmol.L-1,根据标准加入公式：

Cx=

将有关数据带入上式，得到：

Cx=

=

=1.02x10-3mol.L

批次3

一、名词解释（10分，每词2分）

容量因子：

指在一定温度和压力下，组分在两相（固定相和流动相）分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比，符号为小写k，因此容量因子也称质量分配系数或分配比。

相对保留值：

指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比。

分配系数：

达到分配平衡后，组分在固定相与流动相中的浓度之比称之。

反相色谱：

流动相极性大于固定相极性的液-液分配色谱法。

分配色谱：

利用被分离组分在固定相和流动相中的溶解度差别实现分离的方法。

二、选择题（20分）

1.分析土壤中的无机矿物质成分的含量用（B）

（A）气相色谱（B）高效液相色谱（C）原子发射光谱

2.选用极性固定液用气相色谱分析混合物时，极性大的组分（B）

（A）先流出色谱柱（B）后流出色谱柱（C）不好判断

3.用气相色谱分析某工厂烟囱排出的CO2的含量，选用（A）

（A）热导检测器（B）氢火焰离子化检测器（C）火焰光度检测器

4.分析动物血液中某些多糖组分的含量用（C）

（A）气相色谱（B）原子发射光谱（C）高效液相色谱

5．色谱图上两峰间的距离与哪个因素无关（D）

（A）极性差异（B）热力学性质（C）动力学性质

三、问答题（50分）

1.用气相色谱分析某工厂烟囱排出的CO2的含量，能否选用氢火焰离子化检测器，选用什么样的检测器比较好，为什么？

氢火焰离子化检测仪使用的气体有N2、H2、O2，氮气是载气，H2、O2是助燃气。

热导池（TCD）检测器是一种通用的非破坏性浓度型检测器，一直是实际工作中应用最多的气相色谱检测器之一。

TCD特别适用于气体混合物的分析，对于那些氢火焰离子化检测器不能直接检测的无机气体的分析，TCD更是显示出独到之处。

TCD在检测过程中不破坏被监测组份，有利于样品的收集，或与其他仪器联用。

TCD能满足工业分析中峰高定量的要求，很适于工厂的控制分析。

2．在色谱分离中，影响分离度的因素有哪些？

两物质能被分离的必要条件是什么？

（1）、色谱柱的固定相，也就是色谱柱的型号；

（2）、色谱柱的规格，也就是色谱柱的柱长、内径、固定液的液膜厚度等因素；

（3）、载气的种类；

（4）、载气的流速，不同流速柱效都不一样；

（5）、柱温；

（6）、进样室的结构；

（7）、检测器的结构。

必要条件：

提高分离的途径也就是从以上几方面入手。

3.高效液相色谱分析常用检测器是紫外可见检测器和示差折光检测器，试述它们的优缺点。

（1）紫外吸收检测器

　　紫外吸收检测器常用tid=487853"target="_blank">氘灯作光源，氘灯则发射出紫外-可见区范围的连续波长，并安装一个光栅型单色器，其波长选择范围宽（190nm～800nm）。

它有两个流通池，一个作参比，一个作测量用，光源发出的紫外光照射到流通池上，若两流通池都通过纯的均匀溶剂，则它们在紫外波长下几乎无吸收，光电管上接受到的辐射强度相等，无信号输出。

当组分进入测量池时，吸收一定的紫外光，使两光电管接受到的辐射强度不等，这时有信号输出，输出信号大小与组分浓度有关。

局限：

流动相的选择受到一定限制，即具有一定紫外吸收的溶剂不能做流动相，每种溶剂都有截止波长，当小于该截止波长的紫外光通过溶剂时，溶剂的透光率降至10%以下，因此，紫外吸收检测器的工作波长不能小于溶剂的截止波长。

（2）示差折光检测器（differentialrefractiveIndexdetector，RID）

示差折光检测器是一种浓度型通用检测器，对所有溶质都有响应，某些不能用选择性检测器检测的组分，如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃等，可用示差检测器检测。

示差检测器是基于连续测定样品流路和参比流路之间折射率的变化来测定样品含量的。

光从一种介质进入另一种介质时，由于两种物质的折射率不同就会产生折射。

只要样品组分与流动相的折光指数不同，就可被检测，二者相差愈大，灵敏度愈高，在一定浓度范围内检测器的输出与溶质浓度成正比。

4.在色谱分析中，影响柱效能的因素有哪些？

如何提高柱效？

（1）.影响柱效的最重要因素是流动相流速，对于GC来说，有一个最佳流速，当流速大于或小于最佳流速时，塔板高度都会增加。

（2）.B/u项，称为分子扩散项，这一项与流速成反比，为了减少分子扩散项，可以使用分子量较大的载气，如果采用填充柱的话，可以尽可能使填充的颗粒均匀一致。

（3）.C/u项，传质阻力项，与流速成正比，为了减少该项，固定液的厚度要在保证柱容量的同时尽可能的薄。

（4）.温度。

包括汽化室温度、柱温还有检测器温度。

三个温度关系到分离度的好坏，同时也会关系到柱效的高低。

（5）.载体的性质粒度。

如果载体孔径分布均匀，则固定也涂覆均匀，液相传质较快，可以提高柱效。

但是粒度过细，会增加柱压降。

（6）.固定液的种类。

固定液的种类是分离的决定性因素，分离不好在一定程度上会导致塔板高度的增加。

5.为什么高效液相色谱比气相色谱应用范围广？

高效液相色谱法有“三高一广一快”的特点：

（1）高压：

流动相为液体，流经色谱柱时，受到的阻力较大，为了能迅速通过色谱柱，必须对载液加高压。

（2）高效：

分离效能高。

可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果，比工业精馏塔和气相色谱的分离效能高出许多倍。

（3）高灵敏度：

紫外检测器可达0.01ng，进样量在µL数量级。

（4）应用范围广：

百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析，特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析，显示出优势。

（5）分析速度快、载液流速快：

较经典液体色谱法速度快得多，通常分析一个样品在15～30min，有些样品甚至在5min内即可完成，一般小于1h。

此外HPLC还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等优点，但也有缺点，与气相色谱相比各有所长，相互补充。

四、论述题（20分）

用色谱进行物质定量分析有哪些方法？

各有什么使用条件？

色谱分析常用的定量方法：

归一化法、内标法和内加（增量）内标法、外标法。

（1）面积归一化法优点是简便、准确，当操作条件变化时对结果影响较小，宜于分析多组分试样中各组分的含量。

但是试样中所有组分必须全部出峰，因此，此法在使用中受到一定限制。

（2）外标法是用纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液（或直接购买不同浓度标准溶液）分别取一定体积，注入色谱仪，根据峰面积和浓度做标准曲线。

在分析未知样时按与标准曲线相同的操作条件和方法，由标准曲线查出所需组分的浓度（现在在工作站上直接就能求出浓度）。

此法要求进样准确，操作条件稳定，分析样品和标准曲线条件必须一致。

（3）内标法是试样中所有组分不能全部出峰或只要求测定试样中某个或某几个组分时，可采用此法。

内标法是在准确称取一定量的试样中，加入一定的标准物质（内标物），根据内标物和试样的质量以及色谱图上的相应峰面积，计算待测组分的含量。

内标法的关键是选择合适的内标物，内标物应是试样中不存在的纯物质，物质与被测物质相近，能溶于样品中，但不能于样品发生反应。

此法比较费事，一般不使用于快速分析。