现代分析测试技术复习题1 - 图文

1. X射线衍射分析测试，对粉末样品要求颗粒粒径是大还是小？为什么？

一般定性分析时粒度应小于40?m (250-350目），定量分析时粒度应小于10 ?m 。一般体积需要20mm×18mm×0.2mm或20mm×18mm×0.5mm

在X射线衍射实验中任何一种粉末的衍射技术都要求样品是十分细小的粉末颗粒， (1) 只有这样才可以使试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒；

(2) 才能满足获得正确的粉末衍射图谱数据的条件：即试样受光照体积中晶粒的取向的完

全随机性；只有这样才能保证用照相法获得相片上的衍射环是连续的线条；

(3) 才能保证用衍射仪法获得的衍射强度值有很好的重现性，才能有效抑制由于晶癖带来

的择优取向；

(4) 才能在定量解析多相样品的衍射强度时，忽略消光和微吸收效应对衍射强度的影响。

粉末样品制备通常分为两步，首先需把样品研磨成适合衍射实验用的粉末，然后，把样品粉末制成有一个十分平整平面的试片。粉末样品要求磨成320目的粒度，大约40微米（如果需要做结构精修，样品需磨成10微米左右）。

(5) 如果粒度粗太大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。如果样品太细，小于100nm以

下，容易造成衍射峰宽化。样品颗粒的大小影响着样品衍射的最大相对强度及其对峰位的变化，对衍射峰位影响不是很大，而衍射的最大相对强度则随样品颗粒度的减小而明显增强。粉末样品要求大约1-2克，如果太少也需5毫克。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。

2. 在扫描电镜分析中，背散射电子的分析是否可以用于成份的定性分析？

背散射电子是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电子，它来自样品表层几百纳米的深度范围，其能量很高，弹性背散射电子能量近似于入射电子能量。背散射电子产额随原子序数的增加而增加，不仅能用作形貌分析，也可用来显示原子序数衬度，定性地用作成

份分析。背散射电子是被固体试样反射回来的一部分入射电子,因而也称为反射电子或初级背散射电子,

其能量在50eV到接近入射电子的能量.背散射电子像既可以用来显示形貌衬度,也可以用来显示成分衬度.

3. 如图为二次电子形貌衬度示意图的部分，请完成二次电子信号强度示意（本题已经完成），并说明理由。

二次电子产生的规律：1.二次电子产额与入射电子束能量有关，有一个较大范围的高产额;2.二次电子产额与入射电子束角度有关，角度越大产额越大 4. 差示扫描量热DSC与差热分析DTA的原理及仪器主要构造上有何不同？

(DSC与DTA，原理 手写1页

仪器主要构造：核心元件不同，DSC的是加热及检测装置，DTA的是温差热电偶)

DSC是在程序温度控制下，测量试样与参比物之间单位时间内能量差（或功率差）随温度变化的一种技术。它是在差热分析（DTA，Differential Thermal Analysis）的基础上发展而来的一种热分析技术，DSC在定量分析方面比DTA要好，能直接从DSC曲线上峰形面积得到试样的放热量或吸热量。DSC仪主要有功率补偿型和热流型两种类型。DSC和DTA仪器装置相

似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到

补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化关系。如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系。差热分析DTA是利用差热电偶来测定热中性体与被测试样在加热过程中的温差将差热电偶的两个热端分别插在热中性体和被测试样中，在均匀加热过程中，若试样不发生物理化学变化，没有热效应产生，则试样与热中性体之间无温差，差热电偶两端的热电势互相抵消，若试样发生了物理化学变化，有热效应产生，试样与热中性体之问就有温差产生，差热电偶就会产生温差电势。将测得的试样与热中性体问的温差对时间(或温度)作图，就得到差热曲线(DTA曲线)。在试样没有热效应时，由于温差是零，差热曲线为水平线；在有热效应时，曲线上便会出现峰或谷。曲线开始转折的地方代表试样物理化学变化的开始，峰或谷的顶点表示试样变化最剧烈的温度，热效应越大，则峰或谷越高，面积越大。

5. 如图是三氟醋酸乙酯的XPS谱一部分（C1s），能否大致确定每个出峰对应的C？

6. 有人对铝片粘接破坏进行了测试，SEM结果表明胶层剥离后的铝片表面与干净铝片一样，没有胶黏剂的残留点，XPS分析结果如图所示：a是胶黏剂本身，b是剥离的铝片，c是将剥离的铝片进行离子刻蚀15rain(每90s刻去一个原子的单分子层)，d是干净铝片的。XPS说明了什么？

颜色较深的区域为铝合金基体, 颜色较浅区域为粘胶层。可看出, 在各种粘接力作用下, 界面区域结合良好, 无明显裂缝存在。 应该是铝片/胶黏剂界面 的破坏面 胶黏剂与铝片的胶黏效果好（不好）

7. 面心点阵单位晶胞中有4个原子，坐标分别为（0,0,0），（1/2,1/2,0），(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)，试根据结构因子的计算说明其反射和消光情况。

2 |F|?[?fjcos2?(hxj?kyj?lzj]?[?fjsin2?(hxj?kyj?lzj]22j?1j?1nn

( h、k、l) 晶面指数 xj、yj、zj原子在晶胞中的位置 fj是晶胞中各原子的散射因子。J＝1，2，…当结构因子振幅的平方?FHKL?2=0, 散射强度为0，属于消光

晶胞中原子数n=4，在坐标中分别位于（0,0,0),(1/2,1/2,0),(0,1/2,1/2)和(1/2,0,1/2)，代入公式可以得到： 书59页（3）

说明面心点阵只有晶面指数为全奇或全偶时才会出现衍射现象，如（111),(200),(220),(311),(222)等。 (PS:公式带入计算)

8. 如图为某高分子/无机纳米复合材料拉伸断裂后断面的SEM图，你从该图中能得到哪些有用的信息。（10分）

从图中可以看出测试的尺寸单位是10μm；可以认为是发生了韧性断裂，且断裂面不平整；图中表明有固体添加物，它在以起到应力集中的作用；有纳米粒子的团聚，添加的填料是团聚状

9. 如图是PC和PET淬火后的升温曲线，从图中曲线可以看见两种高聚物结晶过程有什么明显差别？（PET先结晶，后熔融；PC没有结晶，直接熔融）

PET因为分子链柔顺性较差，所以一般的冷却过程中没有足够的时间使其结晶完全，而在下一次加热的过程中，到达一定的温度时，分子链能够发生运动，进一步排入晶格，所以出现冷结晶。温度再升高，就发生熔融了。因此，如果你的样品熔融之前应经经过退火处理或者降温速度很慢，使得能够结晶的部分基本都结

晶了的话，那么在再次加热的过程中，将不会出现冷结晶峰。

为了得到明确的Tg和冷结晶信息，需要对试样进行淬火处理，所谓淬火就是将PET熔体迅速降温至凝固状态，使试样内部结构仍保持熔融时无定形状态。PET的冷结晶过程是由链段运动控制的，链段运动越容易则结晶速率越快。聚

碳酸酯主链上苯环密度更大,不能结晶。

10. 关于分辨率，瑞利判据是如何描述的？分辨率的大小和哪些因素有关？

根据瑞利（Rayleigh)判据：如两个点光源接近到使两个亮斑的中心距离等于第一级暗环的半径，且两个亮斑之间的光强度与峰值的差大于19％，则认为两个亮斑能分开。此时两个光点之间的距离d（分辨率）：d ?0.61?nsin?式中?为光波长，n是透镜和物体间介质折射系数，?为孔径角的一半。NA=nsin?，称为数值孔径。分辨本领与波长

成反比，与通光孔径或透镜的直径d成正比

11. 如图是玻璃纤维改性聚丙烯的断面SEM，从中你得到什么信息？你认为可以继续对此材料做什么样的工作有利于材料性能的改善？

可以看出测量的尺寸单位是0.2mm。玻纤被拔出的孔洞较多,玻纤表面光滑,玻纤与树脂的粘结不紧密,在玻纤与PP基体之间出现了空隙。图10.7断裂面注塑

成型的玻璃纤维填充聚丙烯：（一）一般认为；（b）高倍放大视图显示一些聚合物纤维粘附在纤维和多纤维表面光滑和通道指示附着力差。从图5可以看出,玻纤拔出的空洞较少,玻纤与树脂的粘结紧密,且玻纤表面附着物较多。从电镜图片来看,经过改性后的PP与玻纤界面的结合更好。

（有些纤维上连有高分子，大部分纤维表面光滑，所以纤维与高分子的附着力差；0.2mm; 应该添加增溶剂增加纤维与高分子附着力）

12. 扫描隧道显微（STM）和原子力显微（AFM）工作原理有和异同？ （都是扫描探针显微分析技术，不同的是STM利用的是电子隧道效应，AFM利用的是原子之间的范德华力）

STM其基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。是利用量子隧道效应工作的。若以金属针尖为一电极，被测固体样品为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，就会出现隧道效应，电子从一个电极穿过空间势垒到达另一电极形成电流。STM利用金属针尖在样品的表面上进行扫描，并根据量子隧道效应来获得样品表面的图像。通常扫描隧道显微镜的针尖与样品的距离非常接近(大约为0.5—1.0nm)，所以他们之间的电子云互相重叠。当在它们之间施加一偏置电压Ub(Ub通常为2mV—2V)时，电子就可以因量子隧道效应由针尖(或样品)转移到样品(或针尖)，在针尖与样品的表面之间形成隧道电流，此隧道电流可以表示为：l∝Ubexp(－kφ1/2s)，其中，k为常数，在真空条件下k≈1；φ为针尖与样品的平均功函数；s为针尖与样品表面之间的距离，一般为0.3—1.0nm．由于隧道电流I与针尖和样品表面之间的距离s成指数关系，因此，电流对针尖和样品表面之间的距离的变化非常敏感。STM的工作模式有两种，恒流模式和恒高模式。AFM的基本原理与STM类似，在AFM中，使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表面作光栅式扫描。当针尖和样品表面的距离非常接近时，针尖尖端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的作用力（10-12~10-6N），此时，微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的力F与微悬臂的形变 之间遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k为微悬臂的力常数。所以，只要测出微悬臂形变量的大小，就可以获得针尖与样品之间作用力的大小。针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖与样品之间的作用力恒定，即保持为悬臂的形变量不变，针尖就会随样品表面的起伏上下移动，记录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种工作模式被称为“恒力”模式（Constant Force Mode），是使用最广泛的扫描方式。AFM的图像也可以使用“恒高”模式（Constant Height Mode）来获得 。AFM有多种操作模式，常用的有以下4种：接触模式（Contact Mode）、非接触（Non-Contact Mode）、轻敲模式(Tapping Mode)、侧

向力(Lateral Force Mode)模式。根据样品表面不同的结构特征和材料的特性以及不同的研究需要，选择合适的操作模式。

13. 布拉格方程描述了X射线衍射波长、掠射角、晶面间距的关系，在具体应用方面可以作哪些处理？能否反映电子衍射强度？

（已知波长、衍射角，求晶面间距；已知晶面间距、衍射角，求波长不能反映电子衍射强度，只能显示方向）

2dsin? = n?式中n为反射级数。一般的说法是，把(hkl)晶面的n级反射，看做是n(hkl)晶面的一级反射。如果（hkl)的面间距是d，则n(hkl)的面间距是d/n，于是布拉格方程改写为：Bragg方程只确定衍射方向，衍射强度是由晶体一个晶胞中原子的种类、数目和排列方式决定的，整个晶体在各方向的衍射强度，实际上是一个晶胞衍射强度的若干倍。当然，仪器等实验条件对其数值也有影响。

14. 粉末X射线衍射分析时，哪些因素对测量结果影响较大？

（粉末样品自身颗粒的大小，样品架装填粉末样品量，对于少量样品或微量试样采用横式填样法更加科学合理）

样品颗粒大小，玻璃样品架装填量不同 少量样品或微量试样采用横式填样或竖式填样对衍射结果的影响

15. 用凝胶色谱测定分子量及其分布时，为什么要进行分子量的校正？

（第八章，第五张）

因为用GPC得到的只是流出体积跟分子量的关系。但是具体关系是怎么样的，是不知道的。为了确定这个具体关系，必须使用标准样品，从而使这个关系确定。进而可以使用了。这也是校正二字的原因。标样的作用就是通过它来确定保留时间和分子量的关系，从而标定样品的分子量

16. 电子能谱中化学位移指的是什么？具有什么样的变化规律？（XPS）

由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化引起谱峰有规律的位移称为化学位移. 化学位移的经验规律

? 同一周期内主族元素结合能位移随它们的化合价升高线性增加；而过渡金属元素的化学位移随化合价的变化出现相反规律。

? 分子M中某原子A的内层电子结合能位移量同与它相结合的原子电负性之和ΣX有一定的线性关系。

? 对少数系列化合物，由NMR(核磁共振波谱仪)和Mossbauer谱仪测得的各自的特征位移量同XPS测得的结合能位移量有一定的线性关系。

? XPS的化学位移同宏观热力学参数之间有一定的联系。

17. 如图是Fukuda等通过ATRP方法合成结构规整PMMA修饰的Au纳米粒子Au@PMMA的TEM。利用LB膜技术得到具有规整排列的Au纳米粒子的单层膜，纳米粒子间的距离可以通过接枝聚合物相对分子量加以控制。图中

a,b,c,d分别为引发剂修饰、PMMA分子量12000、28000和62000。从图中你能得到哪些有用信息？

（从图中可以看出：250nm；纳米粒子的密度随着PMMA分子量的增加而降低；纳米粒子在PMMA基体中的分散性较好；排列规整） For comparison, the TEM image of the initiator-coated Au-nanoparticle monolayer isalso shown (Figure 2 a), which was prepared under exactly the same conditions as for the Au-nanoparticle–PMMA films,except that a mixture of THF/chloroform (1:1 by volume) was used as the solvent. The TEM images show that the Au-nanoparticle cores visible as dark circles are uniformly dispersed throughout the film, while the PMMA chains,which should be forming fringes surrounding the Au-nanoparticle cores, are invisible because of their much lower electron density. Noteworthy are the high degree of positional order of the Au-nanoparticle cores present in the hybrid films and the strong dependence of the interparticle distance on the chain length of PMMA grafts. Questions now arise as to the detailed structure of the monolayer film, of the individual hybrid particles, and the conformation of the individual PMMA grafts on the substrate and hence at the air–water surface. 如图为碳酸钙在不同情况下的热重曲线，通过该图说明了什么？实际测试中应该注意什么？

（碳酸钙的分解温度随着环境中二氧化碳含量的升高而升高，且温度越高分解速率越快。 实际测试中应该注意：真空环境下应该及时将生成的二氧化碳及时排出；碳酸钙颗粒足够细，用量不宜过多；（手写第三页））

热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著，CaCO3在真空、空气和CO2三种气氛中的TG曲线，其分解温度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解产物，气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解，使分解温度提高。CaCO3开始分解温度约

600-700℃，终止分解温度在800℃以前，在100℃

温度范围内就完成分解过程。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n3jv.html