材料分析测试技术左演声课后答案 - 图文(14)

1、简述紫外可见吸收光谱（电子光谱）吸收谱带的类型？

答：紫外可见吸收光谱（电子光谱）吸收谱带的类型主要有：（1）含?、?和n

电子的吸收谱带有?-?*、n-?*、n-?*和?-?*这4种类型；（2）含d和f电子的吸收谱带，即d-d跃迁和f-f跃迁；（3）电荷转移吸收谱带。 2、比较d-d跃迁和f-f跃迁光谱的异同？

答：d-d跃迁和f-f跃迁光谱均属于含有未成对电子的金属离子的配位场（晶体场）光谱。f-f跃迁与d-d跃迁光谱的显著差别是具有特征的很窄的吸收峰。这是因为f轨道属于较内层的轨道，由于外层轨道的屏蔽作用，使f轨道上的f电子所产生的f-f跃迁吸收光谱受外界影响相对较小，故呈现特别尖的特征吸收峰。

3、简述光吸收定律（朗伯-比尔定律）及其应用。

答：一束平行光，强度为I0，穿过厚度为b、质量分数为c的透明介质溶液后，

由于介质中粒子对辐射的吸收，结果强度衰减为I，则溶液透光率（透过率）T(%)表示为T?I，吸光度A定义A??lgT?lgI0。吸光度（A）与吸收层I0I厚度（b）和被测物质质量分数（c）之关系由朗白-比耳定律表达，即

A=abc

式中，a称为吸收系数。当c的单位以摩尔浓度（即物质的量浓度，单位mol·L-1）表示，b的单位为厘米（cm）时，a即为摩尔吸收系数?（单位L·cm-1·mol-1），此时，朗白-比耳定律表达为

A=?bc

朗白-比耳定律描述了物质对单色光吸收程度与吸收层厚度和待测物浓度的关系，是光吸收的基本定律，常用于紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱等光谱定量分析。

第十一章 红外吸收光谱分析法

一、教材习题

12-4 CO的红外光谱在2170cm-1有一吸收峰，计算CO的键力常数。 解：双原子分子振动的基频的频率公式（教材1-11式）如下：

12???k/? （1）

式中，?是分子的振动频率（s-1）；k是分子的键力常数（N?cm-1）；?是分子

的折合质量，??m1m2，m1、m2是组成分子的两个原子的质量（kg）。

m1?m2在红外光谱中，通常用波数?（单位cm-1）表示波长?。波数?与波长?、频率?和光速c的关系如下：

??由（1）式和（2）式可得：

1???c （2）

??1k/? （3） 2?c若折合质量以相对原子质量（简称“原子量”）单位为单位，光速c=3?1010cm/s，代入公式（3），则

??1307式中M为折合原子量，M?1307?k （4） MM1M2，M1、M2分别为两原子的原子量，

M1?M21N?105，N为阿伏加德罗常数（6.023?1023 mol-1）。 2?c（同学们的作业，只要求以下部分） 已知?=2170cm-1，MC=12，MO=16 因??1307k，则： MkCOM?MO?????????M????C?1307??1307?MC?MO222

?2170?12?16 ???18.9(N?cm?1)???1307?12?16答：CO的键力常数为18.9 N?cm-1 二、补充习题

1、简述红外吸收光谱（振动光谱）选择定则。

答：在振动过程中，分子电偶极距发生改变的振动才能吸收红外光子的能量，产

生红外吸收谱带，这种振动称为红外活性振动，反之称为红外非活性振动，这就是红外跃迁的选择定则（选律），即红外吸收光谱（振动光谱）的选择定则。

2、简述多原子分子的简正振动类型。

答：多原子分子的简正振动类型可分为伸缩振动和弯曲振动（或变形振动，或变

角振动），伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动，弯曲振动又可分为面内弯曲振动和面外弯曲振动。 3、简述氢键对红外吸收带位臵的影响

答：当分子中有O、N、F等原子时能形成氢键，氢键的形成往往使基团的吸收

频率降低，谱峰变宽。如含-OH的化合物在低浓度时，伸缩振动的峰位在3640cm-1，当浓度提高时，由于形成氢键而缔合，使峰位移到3300cm-1，且峰变宽。

4、氯仿（CHCl3）分子的振动自由度（振动模式）是多少？

答：氯仿（三氯化碳，CHCl3）有5个原子，且为非线性分子，所以有3×5-6=9

个振动自由度。

5、氯仿（CHCl3）分子中C–H伸缩振动频率在3000 cm?1，试计算氘化氯仿（CDCl3）

中C–D伸缩振动频率。（相关原子质量：1H = 1.674 × 10?27 kg, 2H = 3.345 × 10?27 kg和12C = 1.993 × 10?26 kg） 解：根据??可得

12?k?（教材1-11）、???c（教材1-1）和??1?（波数的定义）

??1k

2?c?假设C-H和C-D的键力常数k相同，那么只需计算折合质量的比率。 对于C-H：

m1m21.993?10?26kg?1.674?10?27kg?27????1.545?10kg?26?27 m1?m21.993?10kg?1.674?10kg对于C-D：

m1m21.993?10?26kg?3.345?10?27kg????2.864?10?27kg?26?27 m1?m21.993?10kg?3.345?10kg振动波数与它们折合质量的平方根成反比

?H1.545?10?27kg?D???0.73

?27?H?D2.864?10kg

所以，如果CHCl3的C-H的伸缩振动在3000cm-1，C-D的伸缩振动就在

3000cm?1?0.73?2190cm?1

本题也可用相对原子质量来计算：

MC?H?MCMH12?1??0.9231

MC?MH12?1MCMD12?2??1.714

MC?MD12?2MC?D?MC?H?C?D0.9231???0.73 ?C?HMC?D1.714第十二章 电子能谱分析法

教材习题：

13-4 造成俄歇谱信噪比低的原因如何？为什么X射线光电子谱法只采用直接

谱进行分析工作？

答：一般的俄歇电子能谱是采用电子激发产生的，电子与物质相互作用过程中会产生大量的背散射电子和二次电子，而俄歇电子的产率很低，因此俄歇谱信噪比（峰背比）低，所以，俄歇电子能谱分析一般采用微分谱。

X射线与物质相互作用过程中，产生的电子主要是光电子和俄歇电子，X射线光电子的产率较高，信噪比（峰背比）高，谱峰强度大，因此X射线光电子谱法只采用直接谱进行分析工作。

13-5 为什么俄歇电子能谱法不适于分析H与He元素？X射线光电子能谱法

呢？

答：俄歇电子的发射涉及三个电子的发射或跃迁过程，因H元素与He元素中只有一个或二个电子，不能产生俄歇效应（即不能发射俄歇电子），因此俄歇电子能谱法不适于分析H与He元素。

因H元素与He元素只有外层电子，在材料中外层电子的能量受多种因素影响，产生的光电子的能量不具有特征性，因此X射线光电子能谱法也不适于分析H与He元素。

13-6 为什么紫外光电子能谱法不适于进行元素定性分析工作？

答：以紫外光为光源激发样品获得的光电子能谱，称为紫外光电子能谱（UPS）。