201516现代仪器分析研究生试卷

一、自旋核在静磁场中的进动1．写出X、Y、Z的简谐振动方程的解。2．进动频率。3．进动方向6分二、从NMR（核磁共振）谱上可以得到哪些有关物质结构信息。8分三、写出红外谱图解析的基本步骤4分四、产生红外光谱的必要条件是：4分五、指出下列氢化学等价与磁等价1．2．环乙烷（126HC）的椅式构象，从动力学角度分析，其NMR谱图（化学等价与磁等价）。3．4．六计算紫外最大吸收波长max6分H1H4H3H2ClClH1H4H3H2ClCH2-COOHH1H4H3ClClNO234J、45J的表达式6分七、写出计算八、写出核自旋体系哈密顿算符，求出AMX自旋体系本征函数的本征值。6分九、画出电子与样品相互作用所产生的信息，并说明利用这些电子信息，已有哪些现代分析仪器？6分十、如何用粉末X射线衍射的数据来求纳米粒子的平均粒径6分十一、在IR及Raman光谱中，振动频率与力常数k及折合质量关系式如何？计算R-O-H被氘代换成R-O-D时，设R-O质量远大于H及D，如果测得R-O-H，1cm3650H，将H被D置换后?D6分十二、Ag属于立晶系，点阵常数oaA0856.4，用KM0辐射晶体试样Ag，射线波长oA7107.06分（i）求（111）晶面1级衍射线的布拉格角。（ii）求（222）衍射面的2级衍射角。十三、写出苯在乙醇中的紫外吸收光谱区域特征吸收峰。6分十四、未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所示，试推其结构8分现代仪器分析（A）参考答案一、解：1．)cos(0tAX)sin(0tAYcos常数Z22||YXXYA。4分2．00rB1分3．进动方向是左旋体系。1分二、解：1．多重性①峰的分裂②偶合常数，自旋偶合③峰的宽度。2分2．化学位移，位置代表化学环境。1分3．峰面积，积分代表原子核的浓度成正比，纯物质与峰面积分子中的质子数成正比。2分4．①宽峰，内部有精细结构，分不开、自旋偶合。②动力学过程，快速交换，构象转换。③场的均匀性，旋转受阻，与氢交换，化学交换。④核的本性，化学环境等。3分5．其它信息。三、答：1.计算不饱和度2.官能团的确定(1500cm-1)3.指纹区确定细节（1500～600cm-1）4.核磁共振（H质子）5.综合以上分析提出化合物的可能结构2分（一）鉴定已知化合物：1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化合物的类型。2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。3.对照标准谱图验证。1分（二）测定未知化合物：1.准备性工作：了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；1分四、解：1.红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。2分2.必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。2分五、1、H1与H4、H2与H3化学等价、磁等价，H3与H1，H2与H4不等价。2分2、任意温度下，aH与bH化学等价高温时，磁等价，低温时磁不等价2分3、H1与H3、H2与H4化学等价、H1与H3非磁等价H2与H3非磁等价2分4、H1、H3、H4皆不等价。化学不等价，磁不等价。2分六、解：3分3分七、解：(OH)(CHO))(OCH)3,2,1,0(233433434KJ=0.3722×2.677×2.728×2.997=8.153分(OH)(CHO))(OCH)3,2,1,0(343432345KJ=0.3722×3.029×2.728×2.714=8.353分八、解：kjjkkjzjjIIJIVH)()()(ZXZMMXZXZAAXZMZAAMZXXZMMZAAIIJIIJIIJIVIVIVH2分)][()(ZXZMMXZXZAAXZMZAAMZXXZMMZAAIIJIIJIIJIVIVIVH)][(41)(21MXAXAMXMAJJJVVVE2分)(41)(21MXAXAMXMAJJJVVVE2分九、透射电子直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电镜(TEM)的成像和衍射二次电子如果入射电子撞击样品表面原子的外层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。二次电子的强度主要与样品表面形貌合关。二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。当探针很细，分辨高时，基本收集的是二次电子而背景电子很少，称为二次电子成像(SEI)特征X射线如果入射电子把样品表面原子的内层电子撞出，被激发的空穴由高能级电子填充时，能量以电磁辐射的形式放出，就产生特征X射线，可用于元素分析。俄歇(Auger)电子4分如果入射电子把外层电子打进内层，原子被激发了．为释放能量而电离出次外层电子，叫俄歇电子。主要用于轻元素和超轻元素(除H和He)的分析，称为俄歇电子能谱仪背景散射电子入射电子穿达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；反射角的大小取决于离核的距离和原来的能量，实际上任何方向都有散射，即形成背景散射阴极荧光如果入射电子使试样的原于内电子发生电离，高能级的电子向低能级跃迁时发出的光波长较长(在可见光或紫外区)，称为阴极荧光，可用作光谱分析，但它通常非常微弱2分十、解：cos)2(89.0L3分——半峰宽、弧度、X射线波长，为半角)2(3分十一、解：112212121mmmmmmmmH2Du2分k10DHkk1分HDDH21HDHHD1分258123650Dcm-12分十二、解：（i）o222111A3588.230856.4lkhad，ndsin2o13.153588.227107.01sin2sin1dn3分（ii）o111222A1794.12ddo1.371794.127107.02sin13分十三、（1）E1、E2苯环三个乙烯环状基轭系统跃迁，芳香强特征。3分（2）B吸收带精细结构3分十四、1.Ω＝42分2.可能有苯环，此推测由3031、1593、1502的吸收峰所证实，由750cm-1的吸收知该化合物含邻位取代苯环。2分3.3285、3193cm-1的吸收是很特征的伯胺吸收。（对称伸缩振动和反对称伸缩振动）2分综合上述信息及分子式，可知该化合物为：邻苯二胺2分一、若某核磁共振波谱，化学位移=60Hz，该谱仪工作频率为300MHz，以TMS（四甲基硅烷）为内标，)0(0TMSTMSV，求=？ppm。如果在60MHz波谱仪测定，化学位移=？Hz6分二、写出34J、45J计算式6分三、肉桂酸分子式H1NMR数据如下，分析谱图归属，并求A、B、ABJA1=7.97ppmA2=7.70ppmB2=6.58ppmB1=6.31ppmAB型二重峰指哪个H之间的峰？8分四、分析电子顺磁共振谱4分五、电镜性能有几个要素？6分六、扫描隧道和原子力电子显微镜有什么相同点与不同点8分七、分析SO2的红外及拉曼活性与振动形式6分八、Ag属于立晶系，点阵常数oaA0856.4，用KM0辐射晶体试样Ag，射线波长oA7107.06分（i）求（111）晶面1级衍射线的布拉格角。（ii）求（333）衍射面的2级衍射角。九、简述傅里叶变换红外光谱仪的基本原理4分十、已知的质谱图NOH23456CHOCH3O1CH=CH-COOH12NN·····O2NNO2NO2解释质谱图8分十一、简述透射电子显微镜和扫描电子显微镜的基本原理，比较异同点6分十二.、一个化合物的分子式为C10H12O,其NMR谱图如下图所示，推断该化合物的结构，说明理由。12分现代仪器分析参考（B）答案一、解：2.010103006066ppm3分2.010106066ppm=12Hz3分二、解：(OH)(CHO))(OCH)3,2,1,0(233433434KJ=0.3722×2.677×2.728×2.997=8.153分(OH)(CHO))(OCH)3,2,1,0(343432345KJ=0.3722×3.029×2.728×2.714=8.353分三、ppm27.031.658.612BBJABppm2分ppmBABA36.1)58.670.7)(31.697.7())((22112分14.7)31.658.670.797.7(41Sppm2分82.736.12114.72114.7Appm1分46.668.014.7Bppm1分四、解：有5条线，强度比1:2:3:2:12I+1=2×(1+1)+1=5，2分3e为2个N共有。2分五、解：分辨率大孔径角的磁透镜，100KV时，分辨率可达0.005nm。实际TEM只能达到0.1－0.2nm，这是由于透镜的固有像差造成的。提高加速电压可以提高分辨率。已有300KV以上的商品高压(或超高压)电镜，高压不仅提高了分辨率，而且允许样品有较大的厚度，推迟了样品受电子束损伤的时间，因而对高分子的研究很有用。但高加速电压意味着大的物镜，500KV时物镜直径45－50cm。对高分子材料的研究所适合的加速电压，最好在250KV左右。2分放大倍数电镜最大的放大倍数等于肉眼分辨率(约0.2mm)除以电镜的分辨率0.2nm，因而在106数量级以上。2分衬度在分析TEM图像时，亮和暗的差别(即衬度，又称反差)到底与样品的什么27.070.797.7AAJ21AB特性有关，这点对解释图像非常重要。2分六、解：扫描隧道和原子力电子显微镜是1986年诺贝尔物理学奖获得者宾尼和罗雷尔相继发明创造的。1分扫描隧道电子显微镜简称STM。在性能上，其分辨率通常在0.2nm左右，故可用来确定表面的原子结构。测量表面的不同位置的电子态、表面电位及表面逸出功分布。此外，还可以利用STM对表面的原子进行移出和植入操作，有目的地使其排列组合，这就使研制纳米级量子器件、纳米级新材料成为可能2分原子力电子显微镜简称AFM在真空环境下测量，其横向分辨率可达0.15nm，纵向分辨率达0.05nm，主要用于测量绝缘材料表面形貌。此外，用AFM还可测量表面原子间力、表面的弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等性质。2分两者在应用上的主要区别：扫描隧道电子显微镜主要用于导体的研究，而原于力电子显微镜不仅用于导体的研究，也可用于非导体的研究。在制造原理上，两者的基础是相同的。基本原理及功能扫描隧道电子显微镜的原理不同于传统意义上的电子显微镜．它是利用电子在原子间的量子隧穿效应。将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。在量子隧穿效应中，原于间距离与隧穿电流关系相应。通过移动着的探针与物质表面的相互作用，表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁，由此可以确定出物质表面的单一原子及它们的排列状态。原子力电子显微镜是在扫描隧道电子显微镜制造技术的基础上发展起来的。它是利用移动探针与原子间产生的相互作用力，将其在三维空间的分布状态转换成图像信息，从而得到物质表面原子及它们的排列状态。通常，把以扫描隧道和原子力电子显微镜为基础，兼带上述其他功能显微镜的仪器统称为原子力电子显微镜。2分一般扫描电子显微镜放大倍数为几十万倍．透射电子显微镜的放大倍数可达百万倍以上，扫描隧道电子显微镜的放大倍数通常可达几千万倍1分七、解：SO2非直线363363n（1）对称伸缩振动极化率变化，拉曼活性2分偶极矩变化，红外活性极化率变化，拉曼活性（2）弯曲振动偶极矩变化，红外活性2分（3）反对称中缩振动极化率变化，拉曼活性偶极矩变化，红外活性2分八、解：（i）o222111A3588.230856.4lkhad，ndsin22分SOOSOOSOOo13.1