材料分析习题

材料分析习题

第一章 原子光谱

1-1 Na 原子在火焰中能发射共振线5896Å，第一激发态的寿命为2.2×10-8

秒。试估算该谱

线的（1）自然宽度Δλn 及Δυn ；（2）在2500K 条件下多普勒半宽度ΔλD 和ΔυD 。 1-2 设原子化体系处于热平衡状态下（T=1000K ），设统计权重因子g 1=g 2=g 0 。对于某原子

的下列两种能级结构（1）能级间隔E 2-E 1=E 1-E 0=0.1ev,(2)能级间隔E 2-E 1=E 1-E 0=1ev,试估算位于三个能级上的粒子数之比N 2/N 0，N 1/N 0 。

1-3 试求在大气中燃烧的温度为104K 的钾等离子的电离度。若加入少量铯盐，钾的电离度

有何改变？为什么？（电离电位： K=4.3ev ）。

1-4 已知铟原子的部分能级光谱项如下表所示，试回答：

（1）这些能级间容许的辐射跃迁，并画出有关的能级跃迁图

（2）强度最大的火焰In 原子发射光谱（或谱线组）？并计算其波长

（3）如果用一个连续光谱来激发，可观察到火焰中In 原子的哪些吸收线，波长如何？

（4）如果用一个单色光源（能量相当于52P 1/2与62S 1/2之间的能量差）来激发，那么

1-5 试计算在2800K 的火焰中Al 原子的3082 Å谱线（基态P 1/2--D 3/2）和3093Å（P 3/2--D 5/2）

所具有的吸光度之比。已知两种跃迁的振子强度依次为0.22和0.23,能级2D 5/2比2D 3/2高出0.116ev 。

1-6 用增量法（标准加入法）对某样品得到一组数据（见下表），已知标准溶液含Ca 为1

μg /ml ，试计算该待测样品中Ca 的浓度。

1-7 用原子吸收光谱法测定元素M 时,由一份未知试样得到的吸光度Ax=0.435, 在9ml

未知溶液中加入1ml 的100ppm 的M 标准溶液,对这一种溶液测得的吸光度A=0.685。试问未知溶液中M 的浓度是多少?

第二章 分子光谱

2-1 当用λ1=6328Å的He-Ne 激光作为激光源时，记录到苯的Raman 谱线波长为 λ1'=6580Å，6688Å，6752Å，6837Å，7033Å，7043Å，7849Å（共7条）。若改用λ

2=4880

Å的单色光激发，能观察到哪些波长的Raman 谱线？

2-2 红外吸收光谱法适用于芳香族异够构体混合物的定量分析。已知甲酚三异构体的特征

123当采用对该波段红外透明的二硫化碳（CS 2）作溶剂，在相同实验条件下测吸光度如下表。

试求混合物溶液中三种甲酚异构体的含量。

第三章 X 射线谱

3-1 用Cu 靶X 光管产生的K α线或K β能否激发样品中的Cu 的K α线？为什么？

3-2 用50KeV 电子束轰击样品时，用Si （Li ）探测系统记录其X 射线谱。若经过扣除背底

处理后在1--30KeV 能量范围内仅有一个特征峰，它位于2.4KeV 处,半高宽为0.2KeV 。试判断此峰是S K α还是MoL α。

3-3 波长色散谱仪采用LiF （200）晶体分光，当最小可分辨角B=0.078°时能否分开Y K α

双线？已知LiF （200）晶面间距d=2.01 Å，Y K α1=14.957 KeV, Y K α2=14.882 KeV 。

3-4 X 射线能谱仪测得单能（=E 0）X 射线的能谱为高斯分布

[]

220max 2/)(ex p σE E N N --⨯=，式中σ为均方根偏差。试求其半高宽（俗称半宽度）FWHM--Full Width Half Maximum 。

3-5 为分析样品中含铁量，需降低样品中含钴的干扰，可选用锰滤光片（密度ρ=7.4g/cm 3)。

已知锰对Fe K α（1.937 Å)和Co K α(1.791 Å)的质量吸收系数分别为60cm 2/g 和460cm 2/g,

试问选择多厚的锰片才能使Fe K α对Co K α的强度比提高两个数量级？

第四章 表面分析

4-1 若样品室内真空度为10-8

乇（mmHg ），样品对氧分子（直径为3.64 Å）的吸附几率为1。

试计算在室温条件下该样品吸附一层分子所需要的时间，并由此讨论表面分析仪的样品室对真空度的要求。

4-2 试画出孤立钠原子的KL 1L 23俄歇能级跃迁图，并计此俄歇电子的能量。若含钠的固体

样品的功函数φm =3eV ，分析器的功函数φA =6 eV ，试估算纳的KL 1L 23俄歇电子实测能量。已知孤立原子内层电子结合能：Na ：E K =1075 eV ，E L1=66 eV ，E L2=E L3=34 eV ； Mg ：E K =1308 eV ，E L1=92 eV ，E L2=E L3=55 eV

4-3 光电子能谱仪中，若X 光的高压为10KV ，试分别对于Mg 靶和Al 靶计算：（1）X 光管产

生的K α能量，（2）用K αX 光激发Si2P 光电子动能，（3）实测Si2P 光电子能量。（设体样品的功函数φm =3eV ，分析器的功函数φA =6 eV ），已知：Al ：E K =1564 eV ，E L1=121 eV ，E L2=E L3=78 eV ；Si ：E K =1844 eV ，E L1=154 eV ，E L2=E L3=104eV 4-4 何谓化学位移？三氟醋酸乙酯 H

H F /\F H H O F ||||||H C C O C C —————的XPS 会出现几条C1s 光电子谱线？

4-5 试述XPS 谱图的特征。如何从光子谱线峰位读出其能量和相应的电子结合能？如何判

别电子谱线峰和俄歇电子谱线峰？

4-6 质谱分析是通过测定带电粒子的质荷比（质量与电荷之比M/e ）来进行的。各物理量

及其单位分别为：带电粒子的质量——M （原子质量为amu ）；粒子的电荷——e （质子电荷）；磁场强度——H （奥斯特）；带电粒子的偏转半径——r （厘米）；带电粒子受到的加速电压——V （伏特）。试推导磁质谱仪的基本公式（分析室内为真空）——M/e 与H 、r 、V 之间的关系式（式中不再保留物理常数）。

4-7 在用SIMS 检测硅材料中的杂质磷时，为了排除硅氢（30Si 1H ，质量数为30.98158）讯

号对磷（31P ，质量数为30.97376）讯号的干扰，对SIMS 的质量分辨本领有何要求？