1、1第五章：热分析作业：1、功率补偿型 DSC 和 DTA 的区别?答：功率补偿型 DSC 分别有两个小加热器和传感器对试样和参比物加热和监控，从而消除试样和参比物的温度差，而 DTA 则没有这一功能。2、热流型 DSC 和 DTA 的异同点?答：热流型 DSC 与 DTA 仪器十分相似，不同之处在于试样与参比物托架下，置一电热片（通常是康铜），加热器在程序控制下对加热块加热，其热量通过电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀。仪器所测量的是通过电热片流向试样和参比物的热流之差。3、功率补偿型 DSC 和热流型 DSC 的异同点?答：功率补偿型 DSC 采用零点平衡原理，通过两个小加热器和传感
2、器对试样和参比物加热和监控，从而使两者温度恒定相等；热流型 DSC 主要通过加热过程中试样吸收/放出热量的流量来达到 DSC 分析的目的。4、简述热分析的原理答：在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术称之为热分析。差热分析的原理：是在程序温度控制（升温或降温）下，测量试样与参比物（热惰性物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。差示扫描量热分析原理：是在程序温度控制下，测量输入到物质和参比物之间的功率差与温度的关系的一种技术。5、影响热分析的仪器、试样、操作因素有哪些？答：1.仪器方面： （1）炉子的结构和尺寸：炉膛直径长度均温区，均温区温度梯度 （2）坩埚材料和形状：金属热导
3、性能好，基线偏离小，但灵敏度较低，峰谷较小。非金属热导性能差，容易引起基线偏离。但灵敏度高，少样品大峰谷。坩埚直径大，高度小，试样容易反应，灵敏度高，峰形也尖锐。（3）热电偶性能与位置：置于物料中心点，插入试样和参比物应具有相同深度。2.试样方面： （1）热容量和热导率变化： 在反应前后，试样的热容量和热导率变化在加热时，两者也会变。加速速率，灵敏度，差热曲线基线随温度升高偏。（2）试样的颗粒度,用量及装填密度颗粒度反应速度峰温 2样品量多：两个峰易重叠，分辨率降低，灵敏度上升样品量少：两个峰分开，分辨率升高，灵敏度下降（3）试样结晶，纯度： 结晶度峰形更尖锐（4）参比物：选择与试样导热系数尽
4、可能相近的参比物。3.实验条件： （1）升温速度：升温速度更多反应将发生在相同的时间内，峰高峰温峰形状尖锐，灵敏度分辨率升温速度使相邻峰易于分开（2）炉内压力和气氛：外界压力热反应温度炉内气体与试样的热分解产物一致时，分解反应温度静态气氛和动态气氛6、热分析仪器由哪四部分组成？答：程序温度控制、气氛控制、物性测量单元、显示记录7、热天平的主要组成？答：热天平由精密天平和线性程序控温加热炉组成。8、热重分析的影响因素是什么？答： 1）升温速率：V热滞后现象反应起始温度和终止温度2）气氛影响：静态：可逆反应影响反应速率。动态：N 2控制气氛有助于深入了解反应过程的本质易于识别反应类型和释放的气体。
5、3) 基线飘移：试样重量没有变化而记录曲线却指示出有质量变化的现象。4）热电偶的位置：热电偶测量温度与试样的真实温度之间存在着差别，有热效应时，试样温度分布紊乱引起较大的温度测量误差。要获得准确的温度数据，采用标准物质来校核热重分析仪。5）坩埚形式：其结构和几何形状都会影响热重分析的结果。9、积分型热重曲线和微分型热重曲线的联系与区别是什么？答：TG 曲线表示加热过程中样品失重累积量，为积分型曲线；DTG 曲线是 TG 曲线对温度或时间的一阶导数，即质量变化率，dW/dT 或 dW/dt。DTG 曲线表明的是质量变化速率,DTG 曲线上出现的峰指示质量发生变化，峰的面积与试样的质量变化成正比，
6、峰顶与失重变化速率最大处相对应。在 TG 曲线中形成的每一拐点，在 DTG 曲线上都有对应的峰 TG 曲线台阶数与 DTG 曲线的峰数相等 DTG 曲线的峰面积与样品的失重量成正比 310、静态热分析与动态热分析答：静态热机械分析: 是在程序控制温度下,分析物质承受拉、压、弯、剪、针入等力的作用下，所发生的形变与温度的函数关系。动态热机械分析: 是在程序控制温度下，测量物质在振荡负荷下的动态模量或阻尼随温度变化的一种技术。11、什么是基线偏移？影响因素有哪些？如何解决？答：基线飘移：试样重量没有变化而记录曲线却指示出有质量变化的现象。 影响因素：加热炉内气体的浮力效应、对流影响、Kundsen
7、 力、温度与静电。减少热重曲线飘移的方法是：采取对称加热方式。第六章：光谱分析作业：1、分子振动的实质是什么？有哪些振动类型？答：分子振动的实质是化学键的振动；有伸缩振动和弯曲振动。2、试举例说明影响基团位移的因素有哪些？答：主要分为内部因素和外部因素。内部因素主要有：1.诱导效应：由于吸电子基团的影响，吸收峰会向高波数方向移动（COF 2COCl2）；2.共轭效应：分子中形成大 键所引起的共轭效应，使其电子云密度平均化，结果使原来双键伸长，力常数减小，因此伸缩振动频率向低波数方向移动。（二苯甲酮苯甲醛）3.空间效应：在分子立体结构上相邻基团间作用所引起的电子云分布变化，使键力常数变化，导致基
8、团频率变化。（氯化丙酮的两个异构体）4.氢键：分子内或分子间形成氢键后，通常引起它的伸缩振动频率向低波数方向显著位移，并且峰强增高、峰形变宽。（游离羧酸羰基频率 1760cm-1，液态固态 1700cm-1）5.互变异构：分子发生互变异构时，其吸收峰产生位移。（乙酰丙酮的酮式与烯醇异构体）外部因素主要有：1.固态效应：例如丙酮在气态时 C=O 为 1738cm-1，而在液态时 C=O 为 1715cm-1。2.溶剂效应：溶剂极性极性基团伸缩振动频率吸收峰强度43、影响红外吸收峰数目的因素有哪些？答：1)在中红外吸收光谱上除基频峰外，还有倍频峰。2)分子振动能否出有红外吸收峰与偶极距有关，对称强
9、偶极距小出峰小。3)振动频率的简并。4)仪器的分辨率不高，对一些频率接近的峰分不开；仪器的灵敏度不高，检测不出一些较弱的峰。4、红外活性与拉曼活性答：红外活性：只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收谱带称这种振动活性为红外活性。拉曼活性：伴随有极化率变化的振动引起可观测的拉曼光谱称这种振动活性为拉曼活性。 5、红外光谱产生的条件？答：1）分子中某个基团的振动频率与外界的红外光频率相一致。2）分子中的偶极矩不为零。6、红外、紫外、核磁吸收峰是何种跃迁？答：红外吸收峰：引起分子中成键原子振动和转动能级的跃迁而产生。紫外吸收峰：吸收的能量引起分子中价电子跃迁而产生。核磁吸收峰：引起分子中核
10、自旋能级跃迁而产生。7、红外光谱定性分析的步骤有哪些？答：1.试样的分离和精制。2.了解与试样性质有关的其他方面的资料。3.谱图的解析。4.和标准谱图进行对照。8、红外光谱仪主要分哪两大类？答：分为色散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪。9、红外光谱吸收峰的强度有哪些因素有关？答：强度与分子振动的对称性：对称性偶极矩变化强度强度与基团极性：极性偶极矩变化强度5强度与分子振动能级跃迁几率：跃迁几率强度强度与样品浓度：样品浓度强度10、高聚物在进行红外分析时常用的制样方法有哪些？答：固体样品的制备：压片法；石蜡糊法；薄膜法；溶液法。液体样品的制备：液膜法；液体吸收池法；样品滴入压好的 KBr 薄片
11、上测试。气态样品的制备:气态样品一般都灌注于气体池内进行测试。11、傅里叶变换红外光谱仪的组成部分有哪些？核心部分是什么？答：傅里叶变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为迈克尔逊干涉仪。12、拉曼散射效应中有哪些散射？各有什么特点？答：拉曼散射（拉曼散射波长改变）：入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换。a.斯托克斯线：波长变长；b.反斯托克斯线：波长变短。瑞利散射（瑞利散射波长不变）：发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换。13、拉曼光谱与红外光谱分析方法有哪些不同？答：拉曼光谱 红外光谱光谱范围 4
12、0-4000cm-1 光谱范围 400-4000cm-1水可作为溶剂 水不能作为溶剂样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定 不能用玻璃容器测定固体样品可直接测定 需要研磨制成 KBr 压片或直接测定6TEM1、电子与固体物质相互作用可以产生哪些物理信号，各有什么特点？背散射电子：被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外层电子。吸收电子：入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽，最后被样品吸收。透射电子：如果被分析的样品很薄，那么就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。特征 X 射线：当样品原子的内层电子 被入射
13、电子激发，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的射线释放出来。俄歇电子：在特征 x 射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以 X 射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另个电子发射出去，这个被电离出来的电子称为俄歇电子。2、如何提高显微镜分辨本领？电子透镜的分辨本领受哪些条件限制？减小照明源的波长增大加速电压电子透镜的分辨本领受到衍射效应、透镜的像差的限制。3、透射电子显微镜的成像原理是什么？成像原理与光学显微镜类似，透射电镜以电子作为照明束，通过磁透镜聚焦成像。电子枪产生的电子束经 1-2 级聚光镜
14、会聚后均匀照射到试样某一待观察的微小区域上，入射电子与试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电子穿过试样，其强度分布与所观察的形貌、组织结构一一对应，透射出试样的电子经物镜、中间镜、投影镜三级磁透镜放大投射到观察图形的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转变为人眼可见的光强分布呈现相应的图象。4、透射电镜样品的制样方法有哪些？直接法：支持膜分散粉末法、胶粉混合法、离子溅射法、超薄切片法。间接法：一级复型（碳膜一级复型、塑料膜一级复型）、二级复型（塑料膜-碳膜二级复型）。半间接法：萃取复型。5、透射图像衬度的概念，TEM 的主要图像衬度。衬度指试样不同部位由于对入射电子作用不同，经成像放大系统后，在
15、显示装置上显示的强度差异，即图像上明暗的差异，按形成的机理可分为质量-厚度衬度、衍射衬度和相位衬度。76、透射电镜的结构。电子光学系统、电源系统、真空系统、操作系统。SEM1、扫描电镜的基本原理。SEM 是利用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像，试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子等，其中二次电子是最主要的成像信号。扫描电镜的工作原理与闭路电视系统相似逐点逐行扫描。可以简单地归纳为“光栅扫描，逐点成像”。由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过 23 个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子等。这些
16、物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。这样，在荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。82、扫描电镜的结构和特点（与 TEM进行对比）。SEM 主要由电子光学系统、扫描系
17、统、信号收集系统、图像显示记录系统、真空系统和电源系统。SEM 的电子枪和聚光镜与透射式电子显微镜的大致相同，但是为了使电子束更细，在聚光镜下又增加了物镜和消像散器，在物镜内部还装有两组互相垂直的扫描线圈。物镜下面的样品室内装有可以移动、转动和倾斜的样品台。TEM 镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上；SEM 的电子束不穿过样品，仅在样品表面扫描激发出二次电子、背散射电子成像。3、扫描电镜图像衬度的产生原因、类型及主要特点。SEM 像衬度的形成主要基于样品微
18、区如表面形貌、原子序数、晶体结构、表面电场和磁场等方面存在着差异。入射电子与之相互作用，产生各种特征信号，其强度就存在着差异，最后反映到显像管荧光屏上的图像就有一定的衬度。（1）二次电子像：分辨率高，立体感强，主要反映形貌特征。图像衬度主要是形貌衬度、成分衬度和电位衬度。（2）背散射电子像：分辨率低，立体感差，但既能反映形貌特征，又能定性探测元素分布。图像衬度有形貌衬度和原子序数衬度（化学成分衬度）。4、扫描电镜成像的物理信号及特点。（1）二次电子：入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于 50eV 电子统
19、称为二次电子，仅在样品表面 5nm10nm 的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。（2）背散射电子：背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射) 之后，再次逸出样品表面的高能电子。其能量接近于入射电子能量(能量高)。背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。5、扫描电镜的在材料研究中的主要用途。（1）形貌相研究适用于微细矿物材料的形态、解理、晶面花纹、生长纹、断口及裂理纹等表面特征和矿物颗粒的空间关系等。（2）成分相的研究WDS 或 EDS 附件通过点扫描、线扫描和面扫描等方式分
20、析具有色差、色带材料的成分差异。9能谱、波谱、AES1、电子探针分析的基本原理电子探针仪是一种微区成分分析仪器，它利用被聚焦成小于 1mm 的高速电子束轰击样品表面，由 X 射线波谱仪或能谱仪检测从试样表面有限深度和侧向扩展的微区体积内产生的特征 X 射线的波长(可知元素的种类）和强度（可知元素的含量），得到 1mm3微区的定性或定量的化学成分。特别适用于分析试样中微区的化学成分。2、电子探针的主要分析方法可进行微区结构及成分分析。电子探针是最准确的微区定量分析手段，微区分析（几个立方 m 范围）是它的一个重要特点之一, 它能将微区化学成份与显微结构对应起来，是一种显微结构的分析。而一般化学分
21、析、X 荧光分析及光谱分析等，是分析试样较大范围内的平均化学组成，也无法与显微结构相对应, 不能对材料显微结构与材料性能关系进行研究。3、能谱分析与波谱分析有何异同点相同点： 都是分析特征 X 射线来分析元素种类和含量。 一般作为电镜等大型仪器的附件，用来测试样品微区的化学成分。 为无损或微损的测试方法。不同点： 元素分析时能谱是同时测量所有元素，而波谱要一个一个元素测量，所以能谱分析速度远比波谱快。 能谱探头紧靠试样，使 X 射线收集效率提高，这有利于试样表面光洁度不好及粉体试样的元素定性、定量分析。 能谱分析时所需探针电流小，对电子束照射后易损伤的试样，例如生物试样、快离子导体等试样损伤小
22、。 但能谱也有缺点，如分辨率差，谱峰重叠严重，定量分析结果一般不如波谱等。4、电子探针对材料成分分析与 EDXRF成分分析有何异同点？EPMA 和 XRF 都能够对材料进行元素分析，但是有所区别的是：EPMA 分析微区表面的成分，可以检测样品的点、线、面的不均匀性。而 XRF 分析材料的成分，XRF 分析的样品面积和深度要比 EPMA 大。10质谱分析1、质谱分析的基本原理。试样在高真空条件下气化 一束气态分子流受高能电子流轰击一束阳离子流（每一个分子失去一个外层电子，成为带一个正电荷的阳离子-分子离子，M +）加速产生动能(1)1/2mv 2 =zU（z：离子电荷，U：加速电压）被加速的阳离
23、子流进入磁场受到一个垂直于运动方向的作用力，使运动方向发生偏转而作弧形运动，向心力等于离心力：(2)mv 2/R = HzU由(1)、(2)得：m/z=H 2R2/2U当收集狭缝 R 和 U 固定不变时，m/zH 2H，各离子依次按质荷比值大小顺序达到收集器，产生信号信号经放大器放大记录仪质谱图。2、质谱仪的种类。分类（依应用） 有机质谱仪-测定有机化合物的分子结构气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS）傅立叶变换质谱仪（FT-MS） 无机质谱仪测定无机化合物火花源双聚焦质谱仪（SSMS）感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）辉光放电质谱（GDMS）二次离子质谱仪（SIMS） 同位素质谱仪测同位素丰度 气体分析质谱仪-主要有呼气质谱仪，氦质谱检漏仪分类（根据质量分析器） 双聚焦质谱仪 四极杆质谱仪 飞行时间质谱仪 离子阱质谱仪 傅立叶变换质谱仪等
