儀器分析課后答案.doc

第二章 習(xí)題解答1.簡要說明氣相色譜分析的基本原理借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離。氣相色譜就是根據(jù)組分與固定相與流動相的親和力不同而實現(xiàn)分離。組分在固定相與流動相之間不斷進(jìn)行溶解、揮發(fā)（氣液色譜），或吸附、解吸過程而相互分離，然后進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測。2.氣相色譜儀的基本設(shè)備包括哪幾部分?各有什么作用?氣路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及檢測和記錄系統(tǒng)氣相色譜儀具有一個讓載氣連續(xù)運行 管路密閉的氣路系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣裝置和氣化室其作用是將液體或固體試樣，在進(jìn)入色譜柱前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中3.當(dāng)下列參數(shù)改變時:(1)柱長縮短,(2)固定相改變,(3)流動相流速增加,(4)相比減少,是否會引起分配系數(shù)的改變?為什么?答:固定相改變會引起分配系數(shù)的改變,因為分配系數(shù)只于組分的性質(zhì)及固定相與流動相的性質(zhì)有關(guān).所以（1）柱長縮短不會引起分配系數(shù)改變（2）固定相改變會引起分配系數(shù)改變（3）流動相流速增加不會引起分配系數(shù)改變（4）相比減少不會引起分配系數(shù)改變4.當(dāng)下列參數(shù)改變時: (1)柱長增加,(2)固定相量增加,(3)流動相流速減小,(4)相比增大,是否會引起分配比的變化?為什么?答: k=K/b,而b=VM/VS ,分配比除了與組分,兩相的性質(zhì),柱溫,柱壓有關(guān)外,還與相比有關(guān),而與流動相流速,柱長無關(guān). 故:(1)不變化,(2)增加,(3)不改變,(4)減小7. 當(dāng)下述參數(shù)改變時: (1)增大分配比,(2) 流動相速度增加, (3)減小相比, (4) 提高柱溫,是否會使色譜峰變窄?為什么?答:(1)保留時間延長,峰形變寬 (2)保留時間縮短,峰形變窄 (3)保留時間延長,峰形變寬 (4)保留時間縮短,峰形變窄8.為什么可用分離度R作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)?答: 分離度同時體現(xiàn)了選擇性與柱效能,即熱力學(xué)因素和動力學(xué)因素,將實現(xiàn)分離的可能性與現(xiàn)實性結(jié)合了起來.10.試述色譜分離基本方程式的含義,它對色譜分離有什么指導(dǎo)意義?答:色譜分離基本方程式如下: 它表明分離度隨體系的熱力學(xué)性質(zhì)(a和k)的變化而變化,同時與色譜柱條件(n改變)有關(guān)(1)當(dāng)體系的熱力學(xué)性質(zhì)一定時(即組分和兩相性質(zhì)確定),分離度與n的平方根成正比,對于選擇柱長有一定的指導(dǎo)意義,增加柱長可改進(jìn)分離度,但過分增加柱長會顯著增長保留時間,引起色譜峰擴張.同時選擇性能優(yōu)良的色譜柱并對色譜條件進(jìn)行優(yōu)化也可以增加n,提高分離度. (2)方程式說明,k值增大也對分離有利,但k值太大會延長分離時間,增加分析成本.(3)提高柱選擇性a,可以提高分離度,分離效果越好,因此可以通過選擇合適的固定相,增大不同組分的分配系數(shù)差異,從而實現(xiàn)分離.11.對擔(dān)體和固定液的要求分別是什么?答:對擔(dān)體的要求;(1)表面化學(xué)惰性,即表面沒有吸附性或吸附性很弱,更不能與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng).(2)多孔性,即表面積大,使固定液與試樣的接觸面積較大.(3)熱穩(wěn)定性高,有一定的機械強度,不易破碎.(4)對擔(dān)體粒度的要求,要均勻、細(xì)小，從而有利于提高柱效。但粒度過小，會使柱壓降低，對操作不利。一般選擇40-60目，60-80目及80-100目等。對固定液的要求:(1)揮發(fā)性小,在操作條件下有較低的蒸氣壓,以避免流失(2)熱穩(wěn)定性好,在操作條件下不發(fā)生分解,同時在操作溫度下為液體.(3)對試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?否則,樣品容易被載氣帶走而起不到分配作用.(4)具有較高的選擇性,即對沸點相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力.(5)化學(xué)穩(wěn)定性好,不與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng).擔(dān)體的表面積越大,固定液的含量可以越高.16.色譜定性的依據(jù)是什么?主要有那些定性方法?解:根據(jù)組分在色譜柱中保留值的不同進(jìn)行定性.主要的定性方法主要有以下幾種:(1)直接根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性(2)利用相對保留值r21進(jìn)行定性(3)混合進(jìn)樣(4)多柱法(5)保留指數(shù)法(6)聯(lián)用技術(shù)(7)利用選擇性檢測器19.有哪些常用的色譜定量方法?試比較它們的優(yōu)缺點和使用范圍? 1外標(biāo)法 外標(biāo)法是色譜定量分析中較簡易的方法該法是將欲測組份的純物質(zhì)配制成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。使?jié)舛扰c待測組份相近。然后取固定量的上述溶液進(jìn)行色譜分析得到標(biāo)準(zhǔn)樣品的對應(yīng)色譜團(tuán)，以峰高或峰面積對濃度作圖這些數(shù)據(jù)應(yīng)是個通過原點的直線分析樣品時，在上述完全相同的色譜條件下，取制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時同樣量的試樣分析、測得該試樣的響應(yīng)訊號后由標(biāo)誰曲線即可查出其百分含量 此法的優(yōu)點是操作簡單，因而適用于工廠控制分析和自動分析；但結(jié)果的準(zhǔn)確度取決于進(jìn)樣量的重現(xiàn)性和操作條件的穩(wěn)定性2內(nèi)標(biāo)法 當(dāng)只需測定試樣中某幾個組份或試樣中所有組份不可能全部出峰時，可采用內(nèi)標(biāo)法具體做法是：準(zhǔn)確稱取樣品，加入一定量某種純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，然后進(jìn)行色譜分析根據(jù)被測物和內(nèi)標(biāo)物在色譜圖上相應(yīng)的峰面積(或峰高）)和相對校正因子求出某組分的含量內(nèi)標(biāo)法是通過測量內(nèi)標(biāo)物與欲測組份的峰面積的相對值來進(jìn)行計算的，因而可以在定程度上消除操作條件等的變化所引起的誤差 內(nèi)標(biāo)法的要求是：內(nèi)標(biāo)物必須是待測試樣中不存在的；內(nèi)標(biāo)峰應(yīng)與試樣峰分開，并盡量接近欲分析的組份內(nèi)標(biāo)法的缺點是在試樣中增加了一個內(nèi)標(biāo)物，常常會對分離造成一定的困難。3歸一化法 歸一化法是把試樣中所有組份的含量之和按100計算，以它們相應(yīng)的色譜峰面積或峰高為定量參數(shù)通過下列公式計算各組份含量：由上述計算公式可見，使用這種方法的條件是：經(jīng)過色譜分離后、樣品中所有的組份都要能產(chǎn)生可測量的色譜峰 該法的主要優(yōu)點是：簡便、準(zhǔn)確；操作條件(如進(jìn)樣量，流速等)變化時，對分析結(jié)果影響較小這種方法常用于常量分析，尤其適合于進(jìn)樣量很少而其體積不易準(zhǔn)確測量的液體樣品20.在一根2 m長的色譜柱上,分析一個混合物,得到以下數(shù)據(jù):苯、甲苯、及乙苯的保留時間分別為120“, 22”及31“；半峰寬為0.211cm, 0.291cm, 0.409cm，已知記錄紙速為1200mm.h-1, 求色譜柱對每種組分的理論塔板數(shù)及塔板高度。 解：三種組分保留值用記錄紙上的距離表示時為：苯： （1+20/60）（1200/10）/60=2.67cm甲苯：(2+2/60) 2=4.07cm乙苯: (3+1/60) 2=6.03cm故理論塔板數(shù)及塔板高度分別為：甲苯和乙苯分別為：1083.7,0.18cm; 1204.2,0.17cm解：（1）從圖中可以看出，tR2=17min, Y2=1min,所以； n = 16(-tR2/Y2)2 =16172 = 4624 (2) tR1= tR1- tM =14-1=13min t”R2=tR2 tM = 17-1 = 16min相對保留值 a = tR2/tR1=16/13=1.231根據(jù)公式：L=16R2(1.231/(1.231-1)2 Heff 通常對于填充柱，有效塔板高度約為0.1cm, 代入上式， 得：L=102.2cm 1m 22.分析某種試樣時，兩個組分的相對保留值r21=1.11, 柱的有效塔板高度H=1mm，需要多長的色譜柱才能完全分離？解：根據(jù)公式得L=3.665m23.已知記錄儀的靈敏度為0.658mV.cm-1,記錄紙速為2cm.min-1,載氣流速F0=為68mL.min-1,進(jìn)樣量12時0.5mL飽和苯蒸氣，其質(zhì)量經(jīng)計算為0.11mg，得到的色譜峰的實測面積為3.84cm2.求該檢測器的靈敏度。解：將 c1=0.658mV.cm-1,c2=1/2min.cm-1,F0=68mL.min-1, m=0.11mg代入下式：即得該檢測器的靈敏度：組分保留時間/min 峰寬/min空氣丙烯(P)丁烯(B)0.53.54.80.20.81.025. 丙烯和丁烯的混合物進(jìn)入氣相色譜柱得到如下數(shù)據(jù)：計算：（1）丁烯的分配比是多少？（2）丙烯和丁烯的分離度是多少？ 解： （1）kB= tR(B)/tM =(4.8-0.5)/0.5=8.6 (2) R = tR(B)-tR(P)2/(YB+YP)=(4.8-3.5) (1.0+0.8) =1.44組分空氣辛烷壬烷未知峰tR/min.13.917.915.427.在一色譜柱上，測得各峰的保留時間如下：求未知峰的保留指數(shù)。解：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式得：I = (log14.8 log13.3)/(log17.3-log13.3)+8 100=840.64 28.化合物A與正二十四烷及正二十六烷相混合注入色譜柱進(jìn)行試驗，得調(diào)整保留時間為A, 10.20min, n-C24H50, 9.81min, n-C26H54, 11.56min, 計算化合物A的保留指數(shù)。解；同上。解：先利用峰高乘以半峰寬計算各峰面積，然后利用歸一化法求各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)公式A=hY1/2, 求得各組分峰面積分別為：124.16; 249.84; 254.22; 225.4從而求得各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：苯酚：12.71%; 鄰甲酚：28.58%; 間甲酚：31,54%; 對甲酚：27.15%第三章思考題解答1.從分離原理、儀器構(gòu)造及應(yīng)用范圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同點。解：二者都是根據(jù)樣品組分與流動相和固定相相互作用力的差別進(jìn)行分離的。從儀器構(gòu)造上看，液相色譜需要增加高壓泵以提高流動相的流動速度，克服阻力。同時液相色譜所采用的固定相種類要比氣相色譜豐富的多，分離方式也比較多樣。氣相色譜的檢測器主要采用熱導(dǎo)檢測器、氫焰檢測器和火焰光度檢測器等。而液相色譜則多使用紫外檢測器、熒光檢測器及電化學(xué)檢測器等。但是二者均可與MS等聯(lián)用。二者均具分離能力高、靈敏度高、分析速度快，操作方便等優(yōu)點，但沸點太高的物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)難以用氣相色譜進(jìn)行分析。而只要試樣能夠制成溶液，既可用于HPLC分析，而不受沸點高、熱穩(wěn)定性差、相對分子量大的限制。2.液相色譜中影響色譜峰展寬的因素有哪些? 與氣相色譜相比較, 有哪些主要不同之處?解:液相色譜中引起色譜峰擴展的主要因素為渦流擴散、流動的流動相傳質(zhì)、滯留的流動相傳質(zhì)以及柱外效應(yīng)。在氣相色譜中徑向擴散往往比較顯著，而液相色譜中徑向擴散的影響較弱，往往可以忽略。另外，在液相色譜中還存在比較顯著的滯留流動相傳質(zhì)及柱外效應(yīng)。3. 在液相色譜中, 提高柱效的途徑有哪些?其中最有效的途徑是什么?解:液相色譜中提高柱效的途徑主要有:1.提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性;2.改進(jìn)固定相 減小粒度; 選擇薄殼形擔(dān)體; 選用低粘度的流動相; 適當(dāng)提高柱溫其中,減小粒度是最有效的途徑.4. 液相色譜有幾種類型?它們的保留機理是什么? 在這些類型的應(yīng)用中,最適宜分離的物質(zhì)是什么?解:液相色譜有以下幾種類型:液-液分配色譜; 液-固吸附色譜; 化學(xué)鍵合色譜;離子交換色譜; 離子對色譜; 空間排阻色譜等.其中;液-液分配色譜的保留機理是通過組分在固定相和流動相間的多次分配進(jìn)行分離的?？梢苑蛛x各種無機、有機化合物。液-固吸附色譜是通過組分在兩相間的多次吸附與解吸平衡實現(xiàn)分離的.最適宜分離的物質(zhì)為中等相對分子質(zhì)量的油溶性試樣，凡是能夠用薄層色譜分離的物質(zhì)均可用此法分離。化學(xué)鍵合色譜中由于鍵合基團(tuán)不能全部覆蓋具有吸附能力的載體,所以同時遵循吸附和分配的機理,最適宜分離的物質(zhì)為與液-液色譜相同。離子交換色譜和離子色譜是通過組分與固定相間親合力差別而實現(xiàn)分離的.各種離子及在溶液中能夠離解的物質(zhì)均可實現(xiàn)分離，包括無機化合物、有機物及生物分子，如氨基酸、核酸及蛋白質(zhì)等。在離子對色譜色譜中,樣品組分進(jìn)入色譜柱后,組分的離子與對離子相互作用生成中性化合物,從而被固定相分配或吸附進(jìn)而實現(xiàn)分離的.各種有機酸堿特別是核酸、核苷、生物堿等的分離是離子對色譜的特點?？臻g排阻色譜是利用凝膠固定相的孔徑與被分離組分分子間的相對大小關(guān)系,而分離、分析的方法。最適宜分離的物質(zhì)是：另外尚有手性色譜、膠束色譜、環(huán)糊精色譜及親合色譜等機理。5. 在液-液分配色譜中，為什么可分為正相色譜及反相色譜？解：采用正相及反相色譜是為了降低固定液在流動相中的溶解度從而避免固定液的流失。6.何謂化學(xué)鍵合固定相?它有什么突出的優(yōu)點?解:利用化學(xué)反應(yīng)將固定液的官能團(tuán)鍵合在載體表面形成的固定相稱為化學(xué)鍵合固定相.優(yōu)點:1. 固定相表面沒有液坑,比一般液體固定相傳質(zhì)快的多.2. 無固定相流失,增加了色譜柱的穩(wěn)定性及壽命.3. 可以鍵合不同的官能團(tuán),能靈活地改變選擇性,可應(yīng)用與多種色譜類型及樣品的分析.4. 有利于梯度洗提,也有利于配用靈敏的檢測器和餾分的收集.7. 何謂化學(xué)抑制型離子色譜及非抑制型離子色譜?試述它們的基本原理.解:在離子色譜中檢測器為電導(dǎo)檢測器,以電解質(zhì)溶液作為流動相,為了消除強電解質(zhì)背景對電導(dǎo)檢測器的干擾,通常除了分析柱外,還增加一根抑制柱,這種雙柱型離子色譜法稱為化學(xué)抑制型離子色譜法.例如為了分離陰離子,常使用NaOH溶液為流動相，鈉離子的干擾非常嚴(yán)重，這時可在分析柱后加一根抑制柱，其中裝填高容量H+型陽離子交換樹脂，通過離子交換，使NaOH轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)值很小的H2O，從而消除了背景電導(dǎo)的影響但是如果選用低電導(dǎo)的流動相（如10- 5 10-4M的苯甲酸鹽或鄰苯二甲酸鹽），則由于背景電導(dǎo)較低，不干擾樣品的檢測，這時候不必加抑制柱，只使用分析柱，稱為非抑制型離子色譜法何謂梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異同之處？解：在一個分析周期內(nèi)，按一定程序不斷改變流動相的組成或濃度配比，稱為梯度洗提是改進(jìn)液相色譜分離的重要手段梯度洗提與氣相色譜中的程序升溫類似，但是前者連續(xù)改變的是流動相的極性、pH或離子強度，而后者改變的溫度程序升溫也是改進(jìn)氣相色譜分離的重要手段高效液相色譜進(jìn)樣技術(shù)與氣相色譜進(jìn)樣技術(shù)有和不同之處？解：在液相色譜中為了承受高壓，常常采用停流進(jìn)樣與高壓定量進(jìn)樣閥進(jìn)樣的方式10以液相色譜進(jìn)行制備有什么優(yōu)點？解：以液相色譜進(jìn)行制備時，分離條件溫和，分離檢測中不會導(dǎo)致試樣被破壞，切易于回收原物第四章 習(xí)題解答1.電位測定法的根據(jù)是什么?對于一個氧化還原體系:Ox + ne- = Red根據(jù)能斯特方程式:E = E0Ox/Red + TR/nF log (aOx/aRed)對于純金屬,活度為1,故上式變?yōu)?可見,測定了電極電位,即可測定離子的活度(或濃度),這就是電位測定法的理論依據(jù).2.何謂指示電極及參比電極?試各舉例說明其作用.解:指示電極:用來指示溶液中離子活度變化的電極,其電極電位值隨溶液中離子活度的變化而變化,在一定的測量條件下,當(dāng)溶液中離子活度一定時,指示電極的電極電位為常數(shù).例如測定溶液pH時,可以使用玻璃電極作為指示電極,玻璃電極的膜電位與溶液pH成線性關(guān)系,可以指示溶液酸度的變化.參比電極:在進(jìn)行電位測定時,是通過測定原電池電動勢來進(jìn)行的,電動勢的變化要體現(xiàn)指示電極電位的變化,因此需要采用一個電極電位恒定,不隨溶液中待測離子活度或濃度變化而變化的電極作為基準(zhǔn),這樣的電極就稱為參比電極.例如,測定溶液pH時,通常用飽和甘汞電極作為參比電極.4.為什么離子選擇性電極對欲測離子具有選擇性?如何估量這種選擇性?解:離子選擇性電極是以電位法測量溶液中某些特定離子活度的指示電極.各種離子選擇性電極一般均由敏感膜及其支持體,內(nèi)參比溶液,內(nèi)參比電極組成,其電極電位產(chǎn)生的機制都是基于內(nèi)部溶液與外部溶液活度不同而產(chǎn)生電位差.其核心部分為敏感膜,它主要對欲測離子有響應(yīng),而對其它離子則無響應(yīng)或響應(yīng)很小,因此每一種離子選擇性電極都具有一定的選擇性.可用離子選擇性電極的選擇性系數(shù)來估量其選擇性.7.簡述離子選擇性電極的類型及一般作用原理解:主要包括晶體膜電極;非晶體膜電極和敏化電極等.晶體膜電極又包括均相膜電極和非均相膜電極兩類 ,而非晶體膜電極包括剛性基質(zhì)電極和活動載體電極,敏化電極包括氣敏電極和酶電極等.晶體膜電極以晶體構(gòu)成敏感膜,其典型代表為氟電極.其電極的機制是:由于晶格缺陷(空穴)引起離子的傳導(dǎo)作用,接近空穴的可移動離子運動至空穴中,一定的電極膜按其空穴大小、形狀、電荷分布，只能容納一定的可移動離子，而其它離子則不能進(jìn)入，從而顯示了其選擇性。活動載體電極則是由浸有某種液體離子交換劑的惰性多孔膜作電極膜制成的。通過液膜中的敏感離子與溶液中的敏感離子交換而被識別和檢測。敏化電極是指氣敏電極、酶電極、細(xì)菌電極及生物電極等。這類電極的結(jié)構(gòu)特點是在原電極上覆蓋一層膜或物質(zhì)，使得電極的選擇性提高。典型電極為氨電極。以氨電極為例，氣敏電極是基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極，事實上是一種化學(xué)電池，由一對離子選擇性電極和參比電極組成。試液中欲測組分的氣體擴散進(jìn)透氣膜，進(jìn)入電池內(nèi)部，從而引起電池內(nèi)部某種離子活度的變化。而電池電動勢的變化可以反映試液中欲測離子濃度的變化。9.當(dāng)下述電池中的溶液是pH等于4.00的緩沖溶液時,在298K時用毫伏計測得下列電池的電動勢為0.209V:玻璃電極H+(a=x) 飽和甘汞電極 當(dāng)緩沖溶液由三種未知溶液代替時,毫伏計讀數(shù)如下: (a)0.312V; (b)0.088V; (c) -0.017V.試計算每種未知溶液的pH. 解: 根據(jù)公式: (a) pH = 4.00 + (0.312-0.209)/0.059=5.75同理: (b) pH = 1.95 (c) pH = 0.17V 10.設(shè)溶液中 pBr = 3, pCl =1. 如用溴離子選擇性電極測定Br- 離子活度,將產(chǎn)生多大誤差?已知電極的選擇性系數(shù)KBr-, Cl-=610-3. 解:已知將有關(guān)已知條件代入上式得:E% = 610-3 10-1/10-3 100=60% 11.某鈉電極,其選擇性系數(shù)KNa+,H+ =30. 如用此電極測定pNa等于3的鈉離子溶液,并要求測定誤差小于3%,則試液的pH必須大于多少?解: 30 aH+/10-3 0.03 aH+ 612.用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定離子濃度時, 于100mL銅鹽溶液中加入1mL 0.1mol.L-1Cu(NO3)2后,電動勢增加4mV,求銅的原來總濃度. 解:已知: 故:Cx = 2.73 10-3 mol.L-1 13.下面是用0.1000mol.L-1NaOH 溶液電位滴定50.00mL某一元弱酸的數(shù)據(jù):V/mL pHV/mLpHV/mLpH0.002.9014.006.6017.0011.301.004.0015.007.0418.0011.602.004.5015.507.7020.0011.964.005.0515.608.2424.0013.397.005.4715.709.4328.0012.5710.005.8515.8010.0312.006.1116.0010.61(a) 繪制滴定曲線(b) 繪制DpH/DV V曲線(c) 用二級微商法確定終點(d) 計算試樣中弱酸的濃度(e) 化學(xué)計量點的pH應(yīng)為多少?(f) 計算此弱酸的電離常數(shù)(g) (提示:根據(jù)滴定曲線上的半中和點的 pH)解: (a)根據(jù)上表,以E/V為縱坐標(biāo)，以V/mL為橫坐標(biāo)，作圖，即可得到如左圖所示的滴定曲線 (b)利用DpH/DV=(pH2-pH1)/(V2-V1)求得一階微商，與相應(yīng)的滴定體積列入下表 V/mL DpH/DVV/mLDpH/DVV/mLDpH/DV11.000.1315.251.3215.756.013.000.24515.555.4015.902.914.500.4415.6511.916.500.689然后，以DpH/DV對V作圖，即可得到如圖的一階微商V曲線(c) 從(b)表數(shù)據(jù)可以計算如下的二階微商，可以看出終點應(yīng)該介于15.60-15.70之間V/mL D2pH/DV2V/mLD2pH/DV212.000.057515.4016.3213.750.1315.606514.8751.17315.70-1.5320.10 : (65+1.532) = x : 65 x = 0.098 0.10故終點體積為15.60 + 0.0.098=15.698(mL)(d) 0.100050.00=C 15.70 C=0.03140mol.L-1(e) 同例題中求終點電位方法相同 8.24+(9.43-8.24) 65/(65+1.532) = 9.40(f) 由于所以,滴定到一半時溶液的pH即為該弱酸的離解常數(shù).滴定到一半時,體積為15.698/2 = 7.85mL,從pH V曲線查得 pH=5.60亦即離解常數(shù)pKa=5.60第五章 伏安分析法習(xí)題解答在極譜分析中，為什么要加入大量支持電解質(zhì)？加入電解質(zhì)后電解池的電阻將降低，但電流不會增大，為什么？解：加入支持電解質(zhì)是為了消除遷移電流由于極譜分析中使用滴汞電極，發(fā)生濃差極化后，電流的大小只受待測離子擴散速度（濃度）的影響，所以加入支持電解后，不會引起電流的增大當(dāng)達(dá)到極限擴散電流區(qū)域后，繼續(xù)增加外加電壓，是否還引起滴汞電極電位的改變及參加電極反應(yīng)的物質(zhì)在電極表面濃度的變化？解：極譜分析中，由于滴汞電極的電位受外加電壓所控制，所以當(dāng)達(dá)到極限擴散電流區(qū)域后，繼續(xù)增加外加電壓，會引起滴汞電極電位的改變但由于滴汞電極表面待測離子濃度已經(jīng)降低到很小，甚至為零，而溶液本體中待測離子尚來不及擴散至極化電極表面，所以不會引起電極表面待測離子濃度的變化殘余電流產(chǎn)生的原因是什么？它對極譜分析有什么影響？解：殘余電流的產(chǎn)生主要有兩個原因，一為溶液中存在微量的可以在電極上還原的雜質(zhì)，二為充電電流引起它對極譜分析的影響主要是影響測定的靈敏度極譜分析用作定量分析的依據(jù)是什么？有哪幾種定量方法？如何進(jìn)行？解：根據(jù)極譜擴散電流方程式：id=607nD1/2m2/3t1/6C,當(dāng)溫度、底液及毛細(xì)管特性不變時，極限擴散電流與濃度成正比，這既是極譜定量分析的依據(jù)。極譜定量方法通常有直接比較法，標(biāo)準(zhǔn)曲線法，標(biāo)準(zhǔn)加入法等三種。(2)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在相同條件下測定未知液，再從工作曲線上找出其濃度舉例說明產(chǎn)生平行催化波的機制解：極譜催化波屬于一種極譜動力波，其中化學(xué)反應(yīng)與電極反應(yīng)平行：當(dāng)氧化劑X在電極上具有很高的超電位時，就可以保證上述催化循環(huán)進(jìn)行下去，由于大量消耗的氧化劑是X,它可以在溶液中具有較高濃度，A則被不斷地消耗和再生，總濃度基本保持不變，產(chǎn)生的催化電流與催化劑A的濃度成正比方波極譜為什么能消除電容電流？解：根據(jù)方波電流產(chǎn)生的機制，方波電壓通過電解池產(chǎn)生的電容電流隨時間而很快地衰減，即：因此，只要時間足夠長，就可以將電容電流衰減至最小，甚至可以忽略不計比較方波極譜及脈沖極譜的異同點解：充電電流限制了交流極譜靈敏度的提高，將疊加的交流正弦波該為方波，使用特殊的時間開關(guān)，利用充電電流隨時間很快衰減的特性（指數(shù)特性），在方波出現(xiàn)的后期，記錄交流極化電流信號，而此時電容電流已大大降低，故方波極譜的靈敏度比交流極譜要高出兩個數(shù)量級 方波極譜基本消除了充電電流，將靈敏度提高到10-7 mol.L-1 以上，但靈敏度的進(jìn)一步提高則受到毛細(xì)管噪聲的影響脈沖極譜是在滴汞電極的每一滴汞生長后期，疊加一個小振幅的周期性脈沖電壓，在脈沖電壓后期記錄電解電流由于脈沖極譜使充電電流和毛細(xì)管噪聲電流都得到了充分衰減，提高了信噪比，使脈沖極譜成為極譜方法中測定靈敏度最高的方法之一根據(jù)施加電壓和記錄電流方式的不同，脈沖極譜分為常規(guī)脈沖極譜和微分脈沖極譜兩種10.在0.1mol.L-1氫氧化鈉溶液中,用陰極溶出伏安法測定S2-, 以懸汞電極為工作電極,在-0.4V時電解富集,然后溶出:(1)分別寫出富集和溶出時的電極反應(yīng)式.(2)畫出它的溶出伏安圖.解: (1)電極反應(yīng)式:富集: S2- +Hg - 2e =HgS溶出:HgS + 2e = S2- + Hg (2)溶出伏安圖: 13.3.000g錫礦試樣以Na2O2熔融后溶解之,將溶液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶,稀釋至刻度.吸取稀釋后的試液25mL進(jìn)行極譜分析,測得擴散電流為24.9mA.然后在此液中加入5mL濃度為6.0x10-3mol.L-1的標(biāo)準(zhǔn)錫溶液,測得擴散電流為28.3mA.計算礦樣中錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù).解: 根據(jù)公式: 得 Cx = 3.3010-3mol.L-1 W%=Cx 0.250 118.3 100%/3.000=3.25%14.溶解0.2g含鎘試樣, 測得其極譜波的波高為41.7mm,在同樣實驗條件下測得含鎘150, 250, 350, 及500mg的標(biāo)準(zhǔn)溶液的波高分別為19.3, 32.1, 45.0及64.3mm. 計算試樣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù).解:繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,如右圖所示.從圖中查得,當(dāng)波高為41.7時,對應(yīng)的質(zhì)量為324mg.故質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:324 10-6/0.2 100% = 0.162%15. 用下列數(shù)據(jù)計算試樣中鉛的質(zhì)量濃度,以mg.L-1表示. 溶液在-0.65V測得電流/mA25.0mL 0.040mol.L-1KNO3稀釋至50.0mL25.0mL 0.040mol.L-1KNO3加10.0mL試樣溶液,稀釋至50.0mL25.0mL 0.040molo.L-1 KNO3加10.0mL試樣,加5.0mL 1.7 10-3 mol.L-1 Pb2+, 稀釋至50.0mL12.458.981.3解: 設(shè)試樣中鉛的摩爾濃度為CPb, 則:i1 = 58.9-12.4= 46.5 = KCPb 10.0/50.0i2 = 81.5-12.4 = 69.1 = K (CPb 10.0 + 5.0 1.7 10-3)/50.0 i2/i1 = 69.1/46.5 = (CPb 10.0 + 5.0 1.7 10-3)/(CPb 10.0) 得:CPb = 0.00175質(zhì)量濃度為 CPb MPb 1000 = 0.00175 207.2 1000=362.3mg.L-1第六章 庫侖分析法習(xí)題解答1.以電解法分析金屬離子時,為什么要控制陰極的電位?解:由于各種金屬離子具有不同的分解電位，在電解分析時，金屬離子又大部分在陰極上析出，因此需要控制陰極的電位，以便不同金屬離子分別在不同的電位析出，從而實現(xiàn)分離的目的。2. 庫侖分析法的基本依據(jù)是什么？為什么說電流效率是庫侖分析發(fā)關(guān)鍵問題？在庫侖分析中用什么方法保證電流效率達(dá)到100%？解：根據(jù)法拉第電解定律，在電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量與通過該體系的電量成正比，因此可以通過測量電解時通過的電量來計算反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量，這即為庫侖分析法的基本原理。由于在庫侖分析法中是根據(jù)通過體系的電量與反應(yīng)物質(zhì)之間的定量關(guān)系來計算反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量的，因此必須保證電流效率100%地用于反應(yīng)物的單純電極反應(yīng)?？梢酝ㄟ^控制電位庫侖分析和恒電流庫侖滴定兩種方式保證電流效率達(dá)到100%。3. 電解分析和庫侖分析在原理、裝置上有何異同之處？解：電解分析與庫侖分析在原理、裝置上有許多共同之處，都需要通過控制分解電壓或陰極電位來實現(xiàn)不同金屬離子的分離，庫侖分析也屬于電解分析的范疇。不同的是通常的電解分析是通過測量電解上析出的物質(zhì)的質(zhì)量來進(jìn)行定量分析，而庫侖分析是通過測量通過體系的電量來進(jìn)行定量測定。在測量裝置上，二者也有共同之處，均需要有陰極電位控制裝置，不同之處在于庫侖分析中需要在電解回路中串聯(lián)一個庫侖計以測量通過體系的 電量。6.在庫侖滴定中,1mA.s-1相當(dāng)于下列物質(zhì)多少克? (1)OH-, (2) Sb(III到V價), (3) Cu(II到0價), (4)As2O3(III到V價).解:根據(jù)法拉第電解定律,得: (1) mOH-=110-3 1 17.01/(96487 2)=17.01 5.18 10-9 = 8.8 10-8g (2)mSb= 121.75 5.18 10-9= 6.31 10-7g (3)mCu= 63.55 5.18 10-9= 3.29 10-7g (4)mAs2O3 = 197.84 5.18 10-9 /2 = 5.13 10-7g7.在一硫酸銅溶液中,浸入兩個鉑片電極,接上電源,使之發(fā)生電解反應(yīng).這時在兩鉑片電極上各發(fā)生什么反應(yīng)?寫出反應(yīng)式.若通過電解池的電流強度為24.75mA,通過電流時間為284.9s, 在陰極上應(yīng)析出多少毫克銅?解:陰極:Cu2+ + 2e = Cu 陽極: 4OH- - 4e = 2H2O + O2故: m = it MCu/(2 96487) = 2.322mg8. 10.00mL濃度越為0.01mol.L-1的 HCl溶液,以電解產(chǎn)生的OH-滴定此溶液,用pH計指示滴定時pH的變化,當(dāng)?shù)竭_(dá)終點時,通過電流的時間為6.90min,滴定時電流強度為20mA,計算此HCl溶液的濃度.解:根據(jù)題意:m/M = 20 10-3 6.90 60/96487 = 8.58 10-5mol故: CHCl = 8.58 10-3mol.L-19.以適當(dāng)方法將0.854g鐵礦試樣溶解并使之轉(zhuǎn)化為Fe2+后,將此試液在-1.0V(vs.SCE)處,在鉑陽極上定量地氧化為Fe3+,完成次氧化反應(yīng)所需的電量以碘庫侖計測定,此時析出的游離碘以0.0197 mol.L-1Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定時消耗26.30mL. 計算試樣中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù).解: 1mol Fe2+ 1mol e 1/2mol I2 1mol S2O32- 1mol Fe2O3 2mol Fe 2mol S2O32- 設(shè)試樣中FeO3的摩爾數(shù)為x,則: 1: 2 = x : (0.0197 26.30)x = 2.59 10-4mol W% = 159.69 2.59 10-4 100/0.854 = 4.84%第七章習(xí)題解答3. 何謂元素的共振線、靈敏線、最后線、分析線，它們之間有何聯(lián)系？解：由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷所發(fā)射的譜線稱為共振線。共振線具有最小的激發(fā)電位，因此最容易被激發(fā)，為該元素最強的譜線。靈敏線(sensitive line) 是元素激發(fā)電位低、強度較大的譜線，多是共振線(resonance line)。最后線(last line) 是指當(dāng)樣品中某元素的含量逐漸減少時，最后仍能觀察到的幾條譜線。它也是該元素的最靈敏線。進(jìn)行分析時所使用的譜線稱為 分析線(analytical line)。由于共振線是最強的譜線，所以在沒有其它譜線干擾的情況下，通常選擇共振線作為分析線。5.光譜定性分析的基本原理是什么？進(jìn)行光譜定性分析時可以有哪幾種方法？說明各個方法的基本原理和使用場合。解：由于各種元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源的激發(fā)下，可以產(chǎn)生各自的特征譜線，其波長是由每種元素的原子性質(zhì)決定的，具有特征性和唯一性，因此可以通過檢查譜片上有無特征譜線的出現(xiàn)來確定該元素是否存在，這就是光譜定性分析的基礎(chǔ)。進(jìn)行光譜定性分析有以下三種方法：（1）比較法。將要檢出元素的純物質(zhì)或純化合物與試樣并列攝譜于同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質(zhì)光譜。若兩者譜線出現(xiàn)在同一波長位置上，即可說明某一元素的某條譜線存在。本方法簡單易行，但只適用于試樣中指定組分的定性。 （2）對于復(fù)雜組分及其光譜定性全分析，需要用鐵的光譜進(jìn)行比較。采用鐵的光譜作為波長的標(biāo)尺，來判斷其他元素的譜線。（3）當(dāng)上述兩種方法均無法確定未知試樣中某些譜線屬于何種元素時，可以采用波長比較法。即準(zhǔn)確測出該譜線的波長，然后從元素的波長表中查出未知譜線相對應(yīng)的元素進(jìn)行定性。8. 光譜定量分析的依據(jù)是什么？為什么要采用內(nèi)標(biāo)？簡述內(nèi)標(biāo)法的原理。內(nèi)標(biāo)元素和分析線對應(yīng)具備哪些條件？為什么？解：在光譜定量分析中，元素譜線的強度I與該元素在試樣中的濃度C呈下述關(guān)系：I= aCb在一定條件下，a,b為常數(shù)，因此log I = b logC +loga亦即譜線強度的對數(shù)與濃度對數(shù)呈線性關(guān)系，這就是光譜定量分析的依據(jù)。在光譜定量分析時，由于a,b隨被測元素的含量及實驗條件（如蒸發(fā)、激發(fā)條件，取樣量，感光板特性及顯影條件等）的變化而變化，而且這種變化往往很難避免，因此要根據(jù)譜線強度的絕對值進(jìn)行定量常常難以得到準(zhǔn)確結(jié)果。所以常采用內(nèi)標(biāo)法消除工作條件的變化對測定結(jié)果的影響。用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測定時，是在被測元素的譜線中選擇一條譜線作為分析線，在基體元素（或定量加入的其它元素）的譜線中選擇一條與分析線均稱的譜線作為內(nèi)標(biāo)線，組成分析線對，利用分析線與內(nèi)標(biāo)線絕對強度的比值及相對強度來進(jìn)行定量分析。這時存在如下的基本關(guān)系：logR = log(I1/I2) = b1logC + logA 其中A=a1/I2內(nèi)標(biāo)元素和分析線對應(yīng)具備的條件 內(nèi)標(biāo)元素與被測元素在光源作用下應(yīng)有相近的蒸發(fā)性質(zhì)；內(nèi)標(biāo)元素若是外加的，必須是試樣中不含或含量極少可以忽略的。分析線對選擇需匹配； 兩條原子線或兩條離子線,兩條譜線的強度不宜相差過大。分析線對兩條譜線的激發(fā)電位相近。 若內(nèi)標(biāo)元素與被測元素的電離電位相近，分析線對激發(fā)電位也相近，這樣的分析線對稱為“均勻線對”。分析線對波長應(yīng)盡可能接近。 分析線對兩條譜線應(yīng)沒有自吸或自吸很小，并不受其它譜線的干擾。內(nèi)標(biāo)元素含量一定的。11.某合金中Pb的光譜定量測定,以Mg作為內(nèi)標(biāo),實驗測得數(shù)據(jù)如下:黑度計讀數(shù)溶液MgPbPb的質(zhì)量濃度/(mg.mL-1)12345ABC7.38.77.310.311.68.89.210.717.518.511.012.010.415.59.210.70.1510.2010.3010.4020.502根據(jù)以上數(shù)據(jù),(1)繪制工作曲線,(2)求溶液A, B, C的質(zhì)量濃度.解: 以DS=SPb-SMg 對logC作圖,即得如下的工作曲線. 根據(jù)圖中查出的相應(yīng)logC數(shù)據(jù),即可求得A,B,C濃度分別為0.236, 0.331, 0.396m.mL-1第八章習(xí)題解答(原子吸收)1.簡述原子吸收分光光度法的基本原理，并從原理上比較發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法的異同點及優(yōu)缺點解：AAS是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對特定譜線的吸收作用來進(jìn)行定量分析的方法AES是基于原子的發(fā)射現(xiàn)象，而AAS則是基于原子的吸收現(xiàn)象二者同屬于光學(xué)分析方法 原子吸收法的選擇性高，干擾較少且易于克服。由于原于的吸收線比發(fā)射線的數(shù)目少得多，這樣譜線重疊 的幾率小得多。而且空心陰極燈一般并不發(fā)射那些鄰近波長的輻射線經(jīng)，因此其它輻射線干擾較小。原子吸收具有更高的靈敏度。在原子吸收法的實驗條件下，原子蒸氣中基態(tài) 原于數(shù)比激發(fā)態(tài)原子數(shù)多得多，所以測定的是大部分原 子。原子吸收法 比發(fā)射法具有更佳的信噪比這是由于激發(fā)態(tài)原子數(shù)的溫度系數(shù)顯著大于基態(tài)原子。2何謂銳線光源？在原子吸收光譜分析中為什么要用銳線光源？解：銳線光源是發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半寬度的光源，如空心陰極燈。在使用銳線光源時，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)Kn 在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內(nèi)。這樣，求出一定的峰值吸收系數(shù)即可測出一定的原子濃度。3在原子吸收光度計中為什么不采用連續(xù)光源（如鎢絲燈或氘燈），而在分光光度計中則需要采用連續(xù)光源？解：雖然原子吸收光譜中積分吸收與樣品濃度呈線性關(guān)系，但由于原子吸收線的半寬度很小，如果采用連續(xù)光源，要測定半寬度很小的吸收線的積分吸收值就需要分辨率非常高的單色器，目前的技術(shù)條件尚達(dá)不到，因此只能借助銳線光源，利用峰值吸收來代替而分光光度計測定的是分子光譜，分子光譜屬于帶狀光譜，具有較大的半寬度，使用普通的棱鏡或光柵就可以達(dá)到要求而且使用連續(xù)光源還可以進(jìn)行光譜全掃描，可以用同一個光源對多種化合物進(jìn)行測定4原子吸收分析中，若產(chǎn)生下述情況而引致誤差，應(yīng)采用什么措施來減免之？（）光源強度變化引起基線漂移，（）火焰發(fā)射的輻射進(jìn)入檢測器（發(fā)射背景），（）待測元素吸收線和試樣中共存元素的吸收線重疊解：(1)選擇適宜的燈電流，并保持燈電流穩(wěn)定，使用前應(yīng)該經(jīng)過預(yù)熱(2)可以采用儀器調(diào)制方式來減免,必要時可適當(dāng)增加燈電流提高光源發(fā)射強度來改善信噪比(3)可以選用其它譜線作為分析線如果沒有合適的分析線，則需要分離干擾元素 5原子吸收分析中,若采用火焰原子化法，是否火焰溫度愈高，測定靈敏度就愈高？為什么？不是.因為隨著火焰溫度升高,激發(fā)態(tài)原子增加,電離度增大,基態(tài)原子減少.所以如果太高,反而可能會導(dǎo)致測定靈敏度降低.尤其是對于易揮發(fā)和電離電位較低的元素,應(yīng)使用低溫火焰.8背景吸收和基體效應(yīng)都與試樣的基體有關(guān)，試分析它們的不同之處解：基體效應(yīng)是指試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)過程中任何物理因素的變化對測定的干擾效應(yīng)。背景吸收主要指基體元素和鹽分的粒子對光的吸收或散射，而基體效應(yīng)則主要是由于這些成分在火焰中蒸發(fā)或離解時需要消耗大量的熱量而影響原子化效率，以及試液的黏度、表面張力、霧化效率等因素的影響。9應(yīng)用原子吸收光譜法進(jìn)行定量分析的依據(jù)是什么？進(jìn)行定量分析有哪些方法？試比較它們的優(yōu)缺點解：在一定的濃度范圍和一定的火焰寬度條件下，當(dāng)采用銳線光源時，溶液的吸光度與待測元素濃度成正比關(guān)系，這就是原子吸收光譜定量分析的依據(jù)。常用兩種方法進(jìn)行定量分析：（）標(biāo)準(zhǔn)曲線法：該方法簡便、快速，但僅適用于組成簡單的試樣。（）標(biāo)準(zhǔn)加入法:本方法適用于試樣的確切組分未知的情況.不適合于曲線斜率過小的情況。10保證或提高原子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度，應(yīng)注意那些問題？怎樣選擇原子吸收光譜分析的最佳條件？解：應(yīng)該從分析線的選擇、光源（空心陰極燈）的工作電流、火焰的選擇、燃燒器高度的選擇及狹縫寬度等幾個方面來考慮，選擇最佳的測定條件。12.用波長為213.8nm,質(zhì)量濃度為0.010mg.mL-1的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液和空白溶液交替連續(xù)測定10次,用記錄儀記錄的格數(shù)如下.計算該原子吸收分光光度計測定鋅元素的檢出限. 序號12345記錄儀格數(shù)13.513.014.814.814.5序號678910記錄儀格數(shù)14.014.014.814.014.2解:求出噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差為s=0.597, 吸光度的平均值為14.16,代入檢測限的表達(dá)式得:C3s/A=0.010 0.597/14.16= 0.0013mg.mL-113.測定血漿試樣中鋰的含量,將三份0.500mL血漿試樣分別加至5.00mL水中,然后在這三份溶液中加入(1)0mL, (2)10.0mL, (3) 20.0mL0.0500mol.L-1LiCl標(biāo)準(zhǔn)溶液,在原子吸收分光光度計上測得讀數(shù)(任意單位)依次為(1)23.0, (2)45.3, (3)68.0. 計算此血漿中鋰的質(zhì)量濃度.解:將加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度換算成稀釋后的濃度,然后用其對吸光度作圖.換算后濃度分別為: Vs 10-3 0.050/5.50(1)0, (2)9.09 10-5mol.L-1, (3)1.82 10-4mol.L-1故: 血漿中鋰的濃度為9.2810-5mol.L-1 14.以原子吸收光譜法分析尿樣中銅的含量,分析線324.8nm. 測得數(shù)據(jù)如下表所示,計算試樣中銅的質(zhì)量濃度(mg.mL-1)解:采用標(biāo)準(zhǔn)加入法,上表中濃度為以試液體積計算的濃度. 標(biāo)準(zhǔn)曲線如下頁圖所示15.用原子吸收法測銻,用鉛作內(nèi)標(biāo).取5.00mL未知銻溶液,加入2.00mL4.13mg.mL-1的鉛溶液并稀釋至10.0mL,測得ASb/APb= 0.808. 另取相同濃度的銻和鉛溶液,ASb/APb= 1.31, 計算未知液中銻的質(zhì)量濃度. 解:設(shè)試液中銻濃度為Cx, 為了方便,將混合溶液吸光度比計為Asb/Apb1, 而將分別測定的吸光度比計為Asb/Apb2由于:ASb = KSbCSb APb =KPbCPb故: KSb/KPb =Asb/Apb2 =1.31Asb/Apb1=(KSb5 Cx/10)/(KPb 2 4.13/10)=0.808 Cx = 1.02mg.mL-1第九