材料研究方法作业答案

材料研究方法

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第二章 思考题与习题

一、判断题

√1．紫外—可见吸收光谱是由于分子中价电子跃迁产生的。 ×2．紫外—可见吸收光谱适合于所有有机化合物的分析。 ×3．摩尔吸收系数的值随着入射波光长的增加而减少。

×4．分光光度法中所用的参比溶液总是采用不含待测物质和显色剂的空白溶液。 ×5．人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围是200~400nm。 ×6．分光光度法的测量误差随透射率变化而存在极大值。

√7．引起偏离朗伯—比尔定律的因素主要有化学因素和物理因素，当测量样品的浓度极大时，偏离朗伯—比尔定律的现象较明显。

√8．分光光度法既可用于单组分，也可用于多组分同时测定。

×9．符合朗伯—比尔定律的有色溶液稀释时，其最大吸收波长的波长位置向长波方向移动。 ×10．有色物质的最大吸收波长仅与溶液本身的性质有关。

×11．在分光光度法中，根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论，被测定溶液浓度越大，吸光度也越大，测定的结果也越准确。（ ）

√12．有机化合物在紫外—可见区的吸收特性，取决于分子可能发生的电子跃迁类型，以及分子结构对这种跃迁的影响。（ ）

×13．不同波长的电磁波，具有不同的能量，其大小顺序为：微波＞红外光＞可见光＞紫外光＞X射线。（ ）

×14．在紫外光谱中，生色团指的是有颜色并在近紫外和可见区域有特征吸收的基团。（ ） ×15．区分一化合物究竟是醛还是酮的最好方法是紫外光谱分析。（ ） ×16．有色化合物溶液的摩尔吸光系数随其浓度的变化而改变。（ ） ×17．由共轭体系π→π*跃迁产生的吸收带称为K吸收带。（ ）

√18．红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。（ ） √19．由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动偶合谱带。（ ） ×20．确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（ ） ×21．对称分子结构，如H2O分子，没有红外活性。（ ）

√22．分子中必须具有红外活性振动是分子产生红外吸收的必备条件之一。（ ）

√23．红外光谱中，不同化合物中相同基团的特征频率总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（ ）

×24．不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物的大小顺序为：酰卤＞酰胺＞酸＞醛＞酯。（ ） √25．傅里叶变换型红外光谱仪与色散型红外光谱仪的主要差别在于它有干涉仪和计算机部件。（ ） √26．当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。（ ） ×27．游离有机酸C=O伸缩振动vC=O频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率会向高波数移动。（ ）

二、选择题

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1． 在一定波长处，用2.0 cm吸收池测得某试液的百分透光度为71%，若改用3.0 cm吸 收池时，该试液的吸光度A为（ B ） （A）0.10 （B）0.22 （C）0.45

2．某化合物浓度为c1，在波长λ1处，用厚度为1 cm的吸收池测量，求得摩尔吸收系数为ε1，在浓度为3 c1时，在波长λ1处，用厚度为3 cm的吸收池测量，求得摩尔吸收系数为ε2。则它们的关系是（ A ） （A）ε1=ε2 （B）ε2=3ε1 （C）ε2＞ε1

3．溶解在己烷中的某一化合物，具有λmax=305nm。当溶解在乙醇中，λmax=307。可以判断该吸收是由（ A ）

（A）π→π*跃迁引起的 （B）n→π*跃迁引起的 （C）n→σ*跃迁引起的 4．在紫外吸收光谱法中，极性溶剂有助于n→π*跃迁产生的吸收带向（ B ） （A）长波移动 （B）短波移动 （C）无影响

5．在紫外吸收光谱法中，极性溶剂有助于π→π*跃迁产生的吸收带向（ A ） （A）长波移动 （B）短波移动 （C）无影响

6．某溶液的透射率T为30%，则其吸光度A为（ A ） （A）-lg0.3 （B）-lg70 （C）3-lg30 （D）-lg0.7

7．许多化合物的吸收曲线表明，它们的最大吸收位于200～400nm之间，因此应用的光源为（ C ） （A）钨灯 （B）能斯特灯 （C）氢灯

8．紫外—可见分光光度计法合适的检测波长范围是（ B ）

（A）400~800nm （B）200~800nm （C）200~400nm （D）10~1000nm

9．异亚丙基丙酮CH3COCH=C(CH3)2中n→π*跃迁谱带，在下述溶剂中测定时，其最大吸收波长最小。（ D ）

（A）正己烷 （B）氯仿 （C）甲醇 （D）水 10．有人用一个样品，分别配制成四种不同浓度的溶液，分别测得的吸光度如下。测量误差较小的是( C ) （A）0.022 （B）0.097 （C）0.434 （D）0.809 11．不需要选择的吸光度测量条件为（ D ）

（A）入射波波长 （B）参比溶液 （C）吸光度读数范围 （D）测定温度 12．在分光光度法定量分析中，标准曲线偏离朗伯—比尔定律的原因是（ D ） （A）浓度太小 （B）入射光太强 （C）入射光太弱 （D）使用了复合光 13．化学键的力常数越大，原子的折合质量越小，则化学键的振动频率（ B ） （A）越低 （B）越高 （C）不变

14．在红外吸收光谱中，乙烯分子的C-H对称伸缩振动具有（ B ） （A）红外活性 （B）非红外活性 （C）视实验条件

15．在红外吸收光谱中，乙烯分子的C-H非对称伸缩振动具有（ A ） （A）红外活性 （B）非红外活性 （C）视实验条件

16．分子的C-H对称伸缩振动的红外吸收带频率比弯曲振动的（ A ） （A）高 （B）低 （C）相当

17．在红外吸收光谱中，C=O和C=C基，两者的吸收强度的大小关系是（ B ） （A）前者＜后者 （B）前者＞后者 （C）两者相等 18．在下述三个化合物中，红外吸收最强的是（ C ）

（A）R1—CH=CH—R2反式 （B）R1—CH=CH—R2顺 式 （C）R1—CH=CH2

19．在化合物CF3—COOCH3和CH2BrCOOCH3的红外吸收光谱中，νC=O的大小关系是（ C ） （A）前者=后者 （B）前者＜后者 （C）前者＞后者 20．红外吸收光谱是（ D ）

A．原子光谱；B．发射光谱；C．电子光谱；D．分子光谱。

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21．在醇类化合物中，O—H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动，原因是（ B ） A．溶液极性变大；B．分子间氢键增强；C．诱导效应变大；D．易产生振动偶合。 22．下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是（ D ） A．C=O；B．C—H；C．C=C；D．O—H。

23．应用红外光谱解析分子结构的主要参数是（ B ） A．质荷比；B．波数；C．偶合常数；D．保留值。

三、填空题

1．紫外吸收光谱研究的是分子的 价电子 能级跃迁，它还包括了 振动 和 转动 能级跃迁。 2．朗伯—比尔定律适用于 平行单色光 对 均匀非散射性 溶液的测定。 3．为提高测定的准确度，溶液的吸光度范围应调节在 0.2~0.7 。为此，可通过调节溶液的 浓度 和选用适当的 吸收池 来实现。

4．有色物质溶液的最大吸收波长与 有色物质的性质 有关，而与溶液的 浓度大小 无关。

四、问答题

1．了解各种波长的电磁波对原子（基团）作用及其相应的光谱分析手段。 2．用什么方法可以区别n→π*和π→π*跃迁类型？

答案：用不同极性的溶剂溶解待测物质，扫描紫外—可见吸收光谱，根据λmax红移还是兰移的方法可以区别n→π*和π→π*跃迁类型。溶剂极性越大，n→π*跃迁向短波方向移动，π→π*跃迁向长波方向移动。

3．分光光度法中参比溶液的作用是什么？如何选择适宜的参比溶液？

答案：参比溶液的作用是扣除由于吸收池、溶剂及试剂对入射光的吸收和反射带来的影响。

惨比溶液的选择：① 尽量选用低极性溶剂。② 能很好地溶解样品，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性。③ 溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。溶剂的透明范围的下限应小于测定波长范围。

五、计算题

1．一个化合物的λmax为225nm。当试样浓度为1.0×10-4mol·L-1时，用1cm吸收池测试，A为0.70。计算εmax为多少？7000 2．将0.5mg含有苦味酸胺的试样溶解在100mL乙醇中，用2.0cm的吸收池在380nm处测得吸光度为0.256。已知苦味酸胺的ε为13400，计算苦味酸胺的相对分子质量。523.4 六、谱图分析

1．某化合物分子式C7H8O，试根据其红外光谱图，推测其结构。

答案：

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2．某未知物的分子式为C7H8O，测得其红外光谱图如下，试推测其化学结构式。

OCH3答案：

3．某液体化合物分子式C8H8O2，试根据其红外光谱图，推测其结构。

答案： 不饱和度 5 3068、3044cm-1 谱 峰 归 属 1765cm-1 1594、1493cm-1 1371cm-1 1194、1027cm-1 750、692cm-1 推测结构 可能含有苯环和一个双键 苯环上=C-H伸缩振动 C=O伸缩振动吸收峰，波数较高，可能为苯酯 苯环C=C伸缩振动。没有裂分，说明没有共轭基团与苯环直接相连 CH3的C-H对称变形振动，波数低移，可能与羰基相连 C-O-C伸缩振动 苯环单取代的特征

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4．某液体化合物分子式C8H8，试根据其红外光谱图，推测其结构。

答案：

5．某化合物分子式C8H7N，熔点为29℃；试根据其红外光谱图，推测其结构。

答案: 不饱和度 谱 峰 归 属 推测结构

6．推测化合物C8H7N的结构，其红外光谱图如下：

6 3030cm-1 2217cm-1 1450cm-1 1384cm-1 817cm-1 可能含有苯环、叁键或两个双键 苯环上=C-H伸缩振动 CN的特征吸收峰 苯环C=C伸缩振动和CH3的C-H不对称变形振动的叠合 CH3的C-H对称变形振动，甲基特征 苯环对位取代的特征 1607、1508cm-1 苯环C=C伸缩振动 - 6 -

答案：不饱和度u=1+8+（1-7）/2=6

说明未知物中可能含有一个苯环两个双键或一个苯环一个三键。

3063cm-1处的吸收峰为不饱和C—H伸缩振动吸收峰； 2229cm-1处的吸收峰为三键的伸缩振动吸收峰；

1589 cm-1、1481 cm-1、1458 cm-1处的吸收峰为芳环的骨架振动；

1381 cm-1处的吸收峰为甲基的面内弯曲振动吸收峰，表明化合物中存在—CH3；

787 cm-1、687 cm-1处的吸收峰为芳环的间二取代的面外弯曲振动吸收峰。综合上述可推测，未知物的

H3CCN结构可能为间甲基苯腈。

7．某液体化合物分子式C7H9NO，试根据其红外光谱图，推测其结构。

答案： 不饱和度 谱 峰 归 属 4 3008cm-1 1631cm-1 1618、1511、1443cm-1 可能含有苯环 苯环上=C-H伸缩振动 NH2的N-H变形振动 苯环C=C伸缩振动 3423cm-1、3348 m-1 N-H伸缩振动，可能含有-NH2 - 7 -

1466cm-1 1333cm-1 1236、1033cm-1 827cm-1 推测结构 CH3的C-H不对称变形振动 CH3的C-H对称变形振动，甲基特征 C-O-C伸缩振动 苯环对位取代的特征

第三章 思考题与习题

一、判断题

1．核磁共振波谱法与红外吸收光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分析法。（√） 2．质量数为奇数，荷电荷数为偶数的原子核，其自旋量子数为零。（×） 3．自旋量子数I=1的原子核在静磁场中，相对于外磁场，可能有两种取向。（×） 4．核磁共振波谱仪的磁场越强，其分辨率越高。（√）

5．在核磁共振波谱中，偶合质子的谱线裂分数目取决于邻近氢核的个数。（√） 6．化合物CH3CH2OCH(CH3)2的1H-NMR中，各质子信号的强度比为9：2：1。(×) 7．核磁共振波谱中出现的多重峰是由于邻近核的核自旋相互作用。（√）

8．苯环和双键氢质子的共振频率出现在低场是由于π电子的磁各向异性效应。（√） 9．碳谱的相对化学位移范围较宽（0~200），所以碳谱的灵敏度高于氢谱。（×） 10．氢键对质子的化学位移影响较大，所以活泼氢的化学位移在一定范围内变化。（√）

二、选择题

12161．在6C、8O原子中有无核磁共振信号（ B ）

（A）有 （B）无 （C）不确定

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2．在113、191H、6C9F原子核中有无核磁共振信号（ A ）

（A）有 （B）无 （C）不确定

3．在14117N、5B原子核中有无核磁共振信号（ A ）

（A）有 （B）无 （C）不确定 4．用频率表示的化学位移值与外加磁场强度的关系是（ B ）

（A）无关 （B）成比例 （C）不成比例 5．偶合常数2JHH值，与外加磁场强度的关系是（ A ）

（A）无关 （B）成比例 （C）不成比例 6．化学全同质子（ B ）

（A）一定属磁全同 （B）不一定属磁全同 （C）视情况而定 7．磁全同质子（ A ）

（A）一定属化学全同 （B）不一定属化学全同 （C）视情况而定 8．在下列化合物中，对*质子来说，屏蔽常数最大者为（ C ）

9．化合物ClCH2CH2Cl，四个质子属磁全同，其NMR图为（ C ）

（A）两个三重峰 （B）五重峰 （C）一重峰 10．TMS的δ=0，从化合物的结构出发，它的正确含义是（ B ）

（A）不产生化学位移 （B）化学位移最大 （C）化学位移最小 11．在外加磁场中，H2C=CH2乙烯分子中四个质子位于（ B ）

（A）屏蔽区 （B）去屏蔽区 （C）屏蔽区和去屏蔽区 12．在外加磁场中HC=CH乙炔分子的两个质子位于（ A ）

（A）屏蔽区 （B）去屏蔽区 （C）屏蔽区和去屏蔽区 13．在外加磁场中醛基质子位于（ C ）

（A）屏蔽区并受氧原子的电负性影响 （B）受氧原子的电负性影响

（C）去屏蔽区并受氧原子的电负性影响

14．在外加磁场中，苯环上的质子都位于（ B ）

（A）屏蔽区 （B）去屏蔽区 （C）屏蔽区和去屏蔽区 15．取决于原子核外电子屏蔽效应大小的参数是（ A ）

（A）相对化学位移 （B）偶合常数 （C）积分曲线 （D）谱峰强度

16．分子式为C5H10O的化合物，其1H—NMR谱上只出现两个单峰，最有可能的结构式为（（A）（CH3）2CHCOCH3 （B）（CH3）3C—CHO （C）CH3CH2CH2COCH3 （D）CH3CH2COCH2CH3 17．影响化学位移的因素有（ D ） （A）诱导效应、共轭效应、转动效应； （B）各向异性效应、氢键效应、振动效应； （C）各向异性效应、振动效应、转动效应；

（D）诱导效应、共轭效应、各向异性效应、氢键效应。

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B ）

18．在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时（ C ） （A）屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现； （B）屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现； （C）屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现； （D）屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。

19．下列参数可以确定分子中基团的连接关系的是（ B ）

（A）相对化学位移 （B）裂分峰数及偶合常数 C）积分曲线 （D）谱峰强度

20．乙烯质子的相对化学位移δ比乙炔质子的相对化学位移值大还是小及其原因以下说法正确的是（ B ）

（A）大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区； （B）大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区； （C）小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区； （D）小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区。

三、谱图分析

1．下面给出各个化合物的分子式、化学位移、峰形状和氢的数目。偶合常数为7Hz。推断与NMR一致的结构。

CH3C（1）C10H14：δ1.3（单峰，9H），δ7.2（多重峰，5H）CH3 CH3OCH3CH2CH2CCH2CH2CH3 （2）C7H14O：δ0.9（三重峰，6H），δ1.6（六重峰，4H）和δ2.4（三重峰，4H）（3）C4H8O2：δ1.4（二重峰，3H），δ2.2（单峰，3H），δ3.7（宽单峰，1H）和δ4.3（四重峰，1H）。

OOH宽单峰在稀释时，位置变化。CH3CCHCH3 （4）C10H14：δ1.2（二重峰，6H），δ2.3（单峰，3H），δ2.9（七重峰，1H）和δ7.0（单峰，4H）

CH3CH3CHCH3 2．分子式为C8H8O2的芳香化合物在大约3000cm-1，2850 cm-1和2750 cm-1有弱的红外吸收；在1680 cm-1，1260 cm-1，1030 cm-1和810cm-1有强吸收。从这些红外资料和下面的NMR谱决定这个化合物的结构。

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答案：

第四章 思考题与习题

一．判断题

1．热分析法是基于热力学原理和物质的热力学性质而建立的分析方法，所研究的是物质的热力学性质与温度之间的关系。（ ）

2．热分析法测定的试样可以是固体、液体及气体。（ ）

3．热分析法是以固体无机物为研究对象，以测定无机物的热力学性质为主要目的的分析方法。（ ） 4．热重分析法的分析过程通常涉及到有气体吸收或放出的反应，测定反应过程中固体物质质量随温度发生的变化曲线，及热重曲线。（ ）

5．热重曲线为一峰形曲线，峰面积与失重量有关。（ ）

6．试样周围的气氛对热重分析有较大的影响，测定时通常需要在真空环境下进行。（ ） 7．热重分析的主要仪器为热天平。热天平可以在高温下精确测定试样质量。（ ） 8．热重分析能够区分试样中的吸收水和结合水，因为两者通常在不同温度下逸出。（ ） 9．热重分析无法测定晶型转变温度。（ ）

10．热重分析中，质量的测定是通过将坩埚放在热天平的托盘上进行间隔称重。（ ） 11．在差热图上，吸热过程出现负峰，放热过程出现正峰。相变过程通常出现为负峰。（ ） 12．在差热分析过程中，通过供给热量使试样与参比物的温度始终保持平衡。（ ）

13．参比物质起温度标尺的作用，其相变温度和相变热恒定，可由此确定试样的相变温度和相变热。（ ）

14．采用差热分析测定晶体的晶型转变温度，如果升温速率太快，测定的晶型转变温度偏高。（ ） 15．失水、CO2逸出、熔融均为吸热过程，在差热曲线上均出现负峰。（ ）

二．选择题

1．热重分析中，质量的测定是通过（ ） A． 一般分析天平进行间隔测定； B． 用一般分析天平连续测定； C． 将坩埚放在热天平的托盘上进行间隔称重； D． 将坩埚悬挂放置，用热天平进行连续称重。

2．热重法可以用来鉴别无规共聚物和嵌段共聚物，下面的图是聚苯乙烯、聚α—甲基苯乙烯及其共聚物的TG曲线，其中（ ）是嵌段共聚物的TG曲线。

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3．下面聚烯烃的热失重曲线中， 是聚乙烯， 是聚丙烯， 是聚异丁烯。

4．热重、微商热重、差热分析和差示扫描量热法可分别表示为（ ） A． TG，DTG，DTA，DSC； B． TG，DTA，DTG，DSC； C． TG，DSC，DTA，DTG； D． TG，DSC，DTG，DTA。

5．热重、微商热重、差热分析和差示扫描量热法中，试样和参比物的温度差始终保持平衡的是（A．TG； B．DSC； C．DTG； D．DTA。 6．差热分析法中使用的参比物为（ ）

A．与试样组成相同的标准物； B．相变温度确定的物质； C．测量范围内不产生热效应的物质； D．纯金属

7．在各种热分析过程中，测量信号为试样与参比物的温度差的方法是（ ）

A．热重分析法； B．微商热重分析法； C．差热分析法； D．差示扫描量热法 8．在差热分析法中，选择的参比物应具有的特性是（ ） A． 参比物与试样的性质完全相同； B． 参比物与试样热导率相匹配； C． 参比物与试样电导率相匹配； D． 参比物具有较大的热容。

9．在差热分析过程中，试样与参比物之间出现温度差是由于（ ） A． 两者的升温速率不同； B． 参比物有热量的吸收或放出； C． 试样有热量的放出；

D． 试样有热量的吸收或放出。

10．在差热分析升温过程中（ ） A． 试样的温度总是比参比物的高； B． 试样的温度总是比参比物的低； C． 试样与参比物的温度差保持恒定；

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）D． 当试样产生热效应时，两者产生温度差。 11．在差示扫描量热分析过程中（ ） A． 试样的温度总是比参比物的高； B． 试样的温度总是比参比物的低； C． 试样与参比物的温度差保持恒定；

D． 当试样产生热效应时，两者产生温度差。

12．在差示扫描量热分析过程中，测量的是试样与参比物的（ ）

A．温度差； B．质量差； C．热导率差； D．温度相同时，两者供给的热量差。 13．在差示扫描量热分析过程中，保持试样与参比物的温度始终相同需要（ ） A． 试样与参比物的热性质完全一致； B． 分析过程中当参比物发生热效应时，随时调节供给的热量； C． 分析过程中当试样发生热效应时，随时调节供给的热能； D． 选择特性的参比物。

三．填空题

1．最常见的热分析方法包括（ ）、（ ）及（ ）。

2．热重分析法不能测量高聚物中的（ ）转变温度，因为该过程没有（ ）变化。

3．差热分析过程中，由于试样与参比物是（ ）加热的，当试样发生热效应时，两者的（ ）不同，记录的是（ ）随时间或温度的变化。

4．在差热分析中，升温速率变化影响DTA曲线的（ ）。一般而言，升温速率增大，达到峰值的温度向（ ）温方向移动，峰形变（ ），但峰的分辨率（ ）。

5．差示扫描量热分析法是保持试样和参比物（ ）加热，当温度以恒定速率上升时，随时保持两者的温度（ ），如果样品发生相变或失重，它与参比物之间将产生温度差时，系统提供（ ），使两者再度保持平衡。

四、问答题

1．为何DTA仅能进行定性和半定量分析？DSC是如何实现定量分析的？ 2．热分析用的参比物有何性能要求？

3．简述差热分析的原理，并画出DTA装置示意图。 4．为何用外延始点作为DTA曲线的反应起始温度？ 5．阐述DSC技术的原理和特点。

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第五章 思考题与习题

一、判断题

1．在X射线衍射分析时，需要采用连续X射线作为辐射源。（×） 2．布拉格方程中的θ角称为衍射角。（×）

3．根据布拉格衍射方程，当入射X射线波长λ≤2倍晶面间距时，才能产生衍射，故对于不同波长范围需要选用不同晶体。（√）

二、选择题

1．在X射线衍射法中，两晶面间的距离可由（A）计算出。

A．布拉格方程；B．范·弟姆特方程；C．朗伯—比尔定律；D．莫斯莱定律。 2．布拉格方程是X射线在晶体产生衍射的（A）。

A．必要条件；B．充分条件；C．充分必要条件；D．既不是充分条件，也不是必要条件。 3．X射线衍射分析的下限是（A）

A．d＞λ/2；B．d＞λ；C．d＞2λ； D．d＞λ/4。

4．质量吸收系数随波长的变化存在着一些不连续的突变，这种现象可用X射线的（a）来解释。 （a）光电效应 （b）俄歇效应 （c）荧光效应

5．以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为（A）

A．光电效应；B．俄歇效应；C．荧光效应；D．相干散射。 6．图

是（C）

A．无择优取向多晶试样的底片；B．部分择优取向多晶试样的底片； C．完全取向多晶试样的底片； D．非晶态试样底片。

7．用衍射仪记录的晶态和非晶态“两相”差别明显试样的衍射峰特征是（ c ） （a）衍射峰尖锐，基线缓平 （b）一个（或两个）相当宽化的“隆峰” （c）有尖锐峰，被拢拱起 （d）拢峰之上有突出峰 8．广角X射线衍射可以用于（（a）（b）（c））

（a）结晶度测定 （b）取向测定 （c）晶粒尺寸测定 （d）长周期测定

三、填空题

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1．X射线穿过不同媒质时几乎不折射、不反射，仍可视为直线传播。所以无X光透镜或 X光显微镜。

2．满足布拉格方程时，晶体才能产生衍射。当X射线的波长λ已知时，测定出2θ角，就可计算出 晶面间距 ，这是X射线衍射进行晶体结构分析的基础。故在X射线衍射分析时，需要采用 单色 X射线。 3．在X射线衍射分析时，金属铜为靶材，产生Kα线和Kβ线，为获得单色X射线，可通过薄镍箔后可将其中的 Kβ 线过滤掉。

4． X射线有两种，即 连续X射线 和 特征X射线 ，多晶X射线衍射需要用特征X射线。 5．质量吸收系数是反映物质本身对X射线吸收性质的物理量。

6． X射线是一种电磁波，当它通过物质时，在入射束电场的作用下，物质原子中的电子被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称之为相干散射。

四、问答题

1.X射线的定义、性质。连续X射线和特征X射线的产生、特点。 提示：波长为0.001～10nm的电磁波 2.X射线与物质的相互作用。

提示： X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的和复杂的过程。但就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线束由于散射和吸收的影响强度被衰减。X射线与物质作用除散射、吸收和通过物质外，几乎不发生折射，一般情况下也不发生反射。

X射线通过物质时，其部分光子将会改变它们的前进方向这就是散射现象。

物质对X射线的吸收是指X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量。对X射线而言，即发生了能量损耗。有时把X射线的这种能量损耗称为吸收。物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。在这个过程中发生X射线的光电效应和俄歇效应，使X射线的部分能量转变成为光电子、荧光X射线及俄歇电子的能量。此外入射X射线的能量还消耗于产生热量。因此，X射线的强度被衰减。

3.X射线衍射原理。布拉格方程的物理意义。

答案：① 当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射，每个电子都是一个新的辐射波源，向空间辐射出与入射波相同频率的电磁波。在一个原子系统中所有电子的散射波都可以近似地看作是由原子中心发出的。因此，可以把晶体中每个原子都看成是一个新的散射波源，它们各自向空间辐射与入射波相同频率的电磁波。由于这些散射波之间的干涉作用使得空间某些方向上的波则始终保持相互叠加，于是在这个方向上可以观测到衍射线；而在另一些方向上的波始终则始终是互相抵消的，于是就没有衍射线产生。所以，X射线在晶体中的衍射现象，实质上就是大量的原子散射波互相干涉的结果。

不同光程差的两光波的加成

②布拉格方程是一种衍射几何规律的表达形式。用布拉格定律描述X射线在晶体中的衍射几何时，是把晶

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体看作是由许多平行的原子面堆积而成，把衍射线看作是原子面对入射线的选择性反射。即，在X射线照射到的原子面中，所有原子的散射波在原子面的反射方向上的相位是相同的，是干涉加强的方向。 4. 试推导Bragg方程，并对方程中的主要参数的范围确定进行讨论。

答案：设晶体为一组间距为d的晶面，各点代表晶格中的原子。以θ角入射的X射线在点上产生的衍射可以看成是对于晶面的“反射”。A和B两束光经晶面1和晶面2反射后有相同的方向，但B比A多走了2b的路程。只有当这段光呈差等于波长的整数倍时才会产生叠加，因而满足衍射的条件是：

nλ=2b=2dsinθ

即 nλ=2dsinθ

晶体产生X射线衍射（布拉格反射）的条件

① X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波之间的干涉结果，只是由于衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射，所以才借用镜面反射规律来描述X射线的衍射几何。但是只有当λ、θ和d三者之间满足布拉格方程时才能产生原子面对X射线的反射，所以称为选择性反射。

另外，可见光的反射只是物体表面上的光学现象，而衍射则是一定厚度内许多间距相同晶面共同作用的结果。

② nλ/2d=sinθ＜1

对于衍射而言，n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为：λ＜2d。所以，能够被晶体衍射的电磁波的波长，必须小于参加反射的晶面的最小面间距的2倍，否则不会产生衍射现象。但是波长过短会导致衍射角过小，使衍射现象难以观测，也不宜使用。当X射线波长一定时，晶体中有可能参加反射的晶面组必须满足d＞λ/2。

5. X射线衍射实验主要有那些方法。粉末衍射仪的工作方式、工作原理。 提示：① 照相法（平板照相、德拜照相）、衍射仪法 ② 衍射仪的工作方式 连续扫描

连续扫描就是让试样和探测器以1：2的角速度作匀速圆周运动，在转动过程中同时将探测器依次所接收到的各晶面衍射信号输人到记录系统或数据处理系统，从而获得的衍射图谱。 步进扫描

步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试样每转动一定的角度即停止在这期间，探测器等后续设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果。 ③工作原理

衍射仪主要由X射线机、测角仪、X射线探测器、信息记录与处理装置组成。

样品转过θ角，其某组晶面满足Bragg条件，探测器必须转动2θ才能感受到衍射线，所以两者转动角速度之比为1:2。X射线管发出单色X射线照射在样品上，所产生的衍射由探测器测定衍射强度，由测角仪确定角度2?，得到衍射强度随2 ?变化的图形。

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※ ※ ※ ※

衍射的本质是晶体中各原子相干散射波叠加（合成）的结果。

衍射波的两个基本特征——衍射线（束）在空间分布的方位（衍射方向）和强度，与晶体内原子分布规律（晶体结构）密切相关。

一．判断题

第六章 思考题与习题

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1．减小物镜光阑的孔径，可以减小物镜的球差，提高分辨本领，从而提高图像的质量和增强图像的立体感。（ ）

2．透镜光阑的作用是限制扫描电子束入射试样时的发散度。（ ） 3.透射电镜的最大特点是焦深大，图像富有立体感。（ ）

4．俄歇电子是从距样品表面几个埃深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子。（ ） 5．透镜光阑的作用是限制扫描电子束入射试样时的发散度。（ ）

6．减小物镜光阑的孔径，可以减小物镜的球差，提高分辨本领，从而提高图像的质量和增强图像的立体感。（ ）

7．改变扫描线圈锯齿波的振幅可改变扫描速度，改变扫描线圈电源锯齿波的频率可改变放大倍数。（ ）

8．扫描电子显微镜分辨本领的测定方法有两种：一种是测量相邻两条亮线中心间的距离，所测得的最小值就是分辨本领；另一种是测量暗区的宽度，测得的最小宽度定为分辨本领。 （ ）

二．选择填空

1.电镜的分辨本领主要取决于（ ）的分辨本领。 A．物镜；B．中间镜；C．投影镜；D．长磁透镜 2．增加样品反差的方法经常有（ ）。

A．染色；B．重金属投影；C．超薄切片；D．复型

3．电子透镜在成像时，由于（ ）等原因限制了电子显微镜的分辨本领。 A．几何相差；B．色差；C．景深；D．焦深 4．（ ）是用来观察聚合物表面的一种制样方法。 A．“超薄切片”；B．“复型”技术；C．染色；D．支持膜 5．（ ）是研究本体高聚物内部结构的主要方法。 A．“超薄切片”；B．“复型”技术；C．染；D．支持膜

6．入射电子中与试样表层原子碰撞发生弹性散射和非弹性散射后从试样表面反射回来的那部分一次电子统称为（ ）电子。

A．二次电子；B．背散射电子；C．反冲电子；D．透射电子。

7．扫描电子显微镜的（ ）是利用对试样表面形貌敏感的物理信号作为调制信号得到的一种像衬度。 A．散射衬度；B．衍射衬度；C．表面形貌衬度；D．原子序数衬度。 8．（ ）是从距样品表面10nm左右深度范围内激发出来的低能电子。 A．二次电子；B．背散射电子；C．吸收电子；D．透射电子。 9．扫描电子显微镜图像的衬度原理有（ ）。

A．散射衬度；B．表面形貌衬度；C．衍射衬度；D．相位衬度 10．下面的图中（ ）的二次电子信号最大。

11．下面的图中θC＞θA＞θB，在荧光屏上或照片上（ ）小刻面的像最亮。

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三．填空题

1. 电磁透镜的像差有（ ）、（ ）和（ ）。

2．透射电镜系统主要有( )、( )、( )、( )等四部分组成。 3．选区电子衍射是指在物镜的( )上插入一个孔径可变的( )，让光阑孔套住感兴趣的微区，使光阑孔以外的成像电子束被挡住，只有该微区的成像电子才能通过光阑孔进入( )参与成像。此时，将成像操作变成衍射操作，荧光屏上将显示该微区的晶体产生的( )。 4．电镜的三大要素为( )、（ ）和（ ）。

5．( )电子是指被固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的一部分入射电子，来自样品表面（ ）nm深度范围，其产额随原子序数增大而（ ），可用作形貌分析、成分分析（原子序数衬度）以及结构分析。

6．扫描电子显微镜的衬度有（ ）、（ ）。 7．扫描电镜的主要性能指标有( )、（ ）和（ ）。 8．（ ）是在入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子的核外电子，来自表层5—10nm深度范围，其产额与（ ）没有明显的依赖关系，它对样品表面的状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌。

9．吸收电子与（ ）电子的衬度互补。入射电子束射入一个多元素样品中时，（ ）电子较多的部位其吸收电子的数量就减少。吸收电子能产生（ ）衬度，即可用来进行定性的微区成分分析 。 10．入射电子把样品表面原子的内层电子撞击，被激发的孔穴由高能级电子填空时，能量以电磁辐射的形式放出，就产生（ ），可用于元素分析。

11．一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子只改变运动方向而电子的能量不发生变化时，称为（ ）；如果电子的运动方向和能量同时发生变化，称为（ ）。 12．（ ）是把电子枪处的电子束直径逐级缩小，聚焦成很细的电子束斑打到样品上。 13．人眼的分辨本领为（ ）mm，光学显微镜分辨本领的极限为（ ）。 14．（ ）电子探测器一般都采用闪烁体一光导一光电倍增系统。闪烁体是受电子轰击后可发光的物体，其作用是把电子的动能转换成（ ）能。由于二次电子的动能很低，为了提高收集效率通过在闪烁体上加10~12kV的高压来吸引二次电子。若再加上一个收集罩，则可进一步提高被加速的二次电子的收集效率。闪烁体发出的光信号通过光导偶合到（ ）阴极，把光信号转换成（ ）信号。经光电倍增管多级倍增放大，得到较大的输出信号，再经视频放大器放大后，用以调制显像管成像。

四、问答题

1．为什么载网上要覆盖一层支持膜?为什么一般都采用碳膜作支持膜?其厚度一般是多少?在什么情况下使用微栅膜作支持膜?它的制备原理是什么?

2．制样时采用投影技术的目的是什么?操作时要特别注意的是什么?一般所选的投影角范围是多少?在什么场合下切忌使用投影技术?

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3．超薄切片制样时可把样品切得多薄?如何避免试样的微细结构在切片过程中发生畸变?如何提高切片试样的电子显微像的衬度?

4．什么样的试样可以通过染色技术来提高其图像的衬度?常用的染色剂是什么?

5．试样蚀刻的目的是什么?原理是什么?有哪些常用的蚀刻方法?蚀刻试样的电子显微像是否肯定能显示试样的结构特征? 6．试样进行冷冻脆断操作时采用的冷冻剂是什么?操作时的注意点是什么?什么情况下可以用扫描电镜观察?什么情况下可以用透射电镜观察?

7．什么是一级复型?什么是二级复型?什么是负复型?什么是正复型? 什么样的试样可以采用复型技术来提高电子显微像的衬度?如何才能提高其衬度?复型技术的优缺点是什么？

8．试画出透射电镜的电子光学部分结构示意图，并说明各主要部件的作用。

9．球差、像散和色差是怎样造成的？如何减小这些像差？哪些是可以消除的像差？ 10．电子束和固体样品作用时会产生哪些物理信号？它们各具有什么特征？ 11．扫描电子显微镜的工作原理是什么？

12．二次电子像与背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同和不同之处？ 13．扫描电子显微镜中电子光学系统的作用是什么？

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