2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)設(shè)備考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.分子吸收光譜法的理論基礎(chǔ)是（）。A.分子碰撞論B.朗伯-比爾定律C.分子軌道理論D.德布羅意波理論2.在紫外-可見分光光度計(jì)中，用于選擇性透過特定波長單色光的部件是（）。A.吸收池B.單色器C.光源D.檢測器3.下列哪種儀器主要用于分離和分析混合物中的揮發(fā)性組分，其分離原理基于組分在固定相和流動(dòng)相間分配系數(shù)的差異？（）A.核磁共振波譜儀B.氣相色譜儀C.紅外分光光度計(jì)D.掃描電子顯微鏡4.氣相色譜法中，提高柱溫通常會(huì)導(dǎo)致（）。A.分離度增大B.分析時(shí)間縮短C.柱效率降低D.檢測器響應(yīng)信號(hào)增強(qiáng)5.質(zhì)譜儀中，將離子按照其質(zhì)荷比（m/z）分離的關(guān)鍵部件通常是（）。A.離子源B.探測器C.離子聚焦裝置D.質(zhì)量分析器6.在核磁共振（NMR）波譜中，化學(xué)位移反映了（）。A.核自旋磁量子數(shù)B.核與周圍電子云的相互作用C.振蕩器頻率D.儀器磁場強(qiáng)度7.下列哪種顯微鏡利用電子束而非可見光來成像，能夠提供極高的分辨率？（）A.光學(xué)顯微鏡B.熒光顯微鏡C.掃描電子顯微鏡D.壓力顯微鏡8.在進(jìn)行原子吸收光譜法測定時(shí)，通常需要配制一系列濃度遞增的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其目的是（）。A.檢查儀器穩(wěn)定性B.確定最佳進(jìn)樣量C.繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)現(xiàn)定量分析D.消除背景干擾9.下列哪個(gè)參數(shù)是評(píng)價(jià)色譜柱分離性能的主要指標(biāo)？（）A.容量因子（k）B.檢測器靈敏度C.流動(dòng)相流速D.理論塔板數(shù)（N）10.為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，使用精密儀器進(jìn)行測量時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，這主要是為了（）。A.提高實(shí)驗(yàn)效率B.保證人身和設(shè)備安全C.減小系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差D.方便數(shù)據(jù)記錄二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.紅外光譜法主要是基于分子中______的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷來提供分子結(jié)構(gòu)信息的。2.在氣相色譜分析中，常用的檢測器有______檢測器和氫火焰離子化檢測器（FID）。3.質(zhì)譜圖中，基峰（M+）的相對(duì)強(qiáng)度通常表示化合物的______。4.核磁共振譜圖中，化學(xué)位移用______單位表示，其值越大，表示核所處的化學(xué)環(huán)境越______。5.掃描電子顯微鏡（SEM）通常需要配合______和______才能獲得高分辨率的樣品表面圖像。6.在使用紫外-可見分光光度計(jì)時(shí)，為了消除散射光的影響，應(yīng)選擇______的比色皿。7.原子吸收光譜法測定的是原子外層電子對(duì)特定頻率輻射的______。8.色譜分析中，分離度（Rs）是衡量兩個(gè)相鄰峰分離程度的重要參數(shù)，其表達(dá)式為Rs=______/2，其中w為峰寬，W為兩峰間的距離。9.保存精密儀器（如光譜儀、色譜儀）時(shí)，應(yīng)置于干燥、______的環(huán)境中，并定期進(jìn)行______和維護(hù)。10.常用的分子模擬軟件如SchrodingerSuite、Gaussian等，可用于研究分子的______、______和性質(zhì)預(yù)測。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.朗伯-比爾定律2.分辨率（Resolution）3.質(zhì)荷比（m/z）4.化學(xué)位移（ChemicalShift）5.理論塔板數(shù)（TheoreticalPlates）四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述紫外-可見分光光度計(jì)的主要組成部分及其功能。2.氣相色譜法與液相色譜法在基本原理、流動(dòng)相、固定相和適用范圍上有何主要區(qū)別？3.為什么在進(jìn)行核磁共振波譜分析時(shí)，通常需要加入化學(xué)位移試劑（如TMS）？4.簡述掃描電子顯微鏡（SEM）與透射電子顯微鏡（TEM）在成像原理、分辨率和樣品要求方面的主要差異。五、論述題（每小題10分，共20分）1.詳細(xì)說明氣相色譜法中，選擇合適的固定相和流動(dòng)相對(duì)實(shí)現(xiàn)良好分離的重要性及基本原則。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述多種現(xiàn)代分析技術(shù)（如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、多維NMR等）聯(lián)用在復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)鑒定中的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值。六、計(jì)算題（共15分）假設(shè)用氣相色譜法分析某混合物，已知進(jìn)樣量為1.0μL，流動(dòng)相流速為0.2mL/min。組分A的保留時(shí)間（從進(jìn)樣開始到峰頂出現(xiàn)的時(shí)間）為5.0分鐘，其峰寬（峰高0.5處的寬度）為0.8分鐘。計(jì)算組分A的容量因子（k）和歸一化保留時(shí)間（tn）。已知進(jìn)樣體積為Vinj=1.0μL=1.0×10-6L，流動(dòng)相流速為Flowrate=0.2mL/min=2.0×10-4L/min。七、故障排除題（共15分）某同學(xué)在用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行樣品測定時(shí)，發(fā)現(xiàn)儀器無法正常啟動(dòng)，電源指示燈不亮，請(qǐng)分析可能的原因有哪些，并說明相應(yīng)的排查步驟。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.B5.D6.B7.C8.C9.D10.C二、填空題1.基團(tuán)振動(dòng)2.熱導(dǎo)3.相對(duì)含量4.ppm(百萬分率)；不同5.金屬離子濺射槍；背散射電子探測器6.光學(xué)路徑長度（1cm）7.吸收8.(tr2-tr1)/(w1+w2)9.陰暗；校準(zhǔn)10.結(jié)構(gòu)；能量三、名詞解釋1.朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光通過均勻的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度和光程長度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式為A=εbc，其中A為吸光度，ε為摩爾吸光系數(shù)，b為光程長度，c為吸光物質(zhì)濃度。2.分辨率（Resolution）：在色譜分析中，用于表示相鄰兩個(gè)峰分離程度的參數(shù)。通常定義為兩個(gè)相鄰峰峰谷中心距離（W）與其中任一峰峰寬（w）一半之比，即Rs=W/(w/2)。分辨率越大，表示分離越好。3.質(zhì)荷比（m/z）：離子質(zhì)量（m）與其電荷量（z）之比。是質(zhì)譜圖中用于分離和鑒定離子的基本參數(shù)，單位通常為道爾頓（Da）或無單位。4.化學(xué)位移（ChemicalShift）：在核磁共振（NMR）波譜中，某個(gè)核的共振頻率相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（通常是TMS，化學(xué)位移為0ppm）的頻率差值，用百萬分率（ppm）表示。化學(xué)位移反映了原子核所處的化學(xué)環(huán)境不同（如受相鄰原子核、電子云密度等影響）。5.理論塔板數(shù)（TheoreticalPlates）：氣相色譜中，描述色譜柱分離性能的一個(gè)重要參數(shù)。它是一個(gè)理論概念，代表將一個(gè)峰在理想情況下完全分離所需的假想塔板數(shù)。理論塔板數(shù)越高，表示柱子的分離效率越高。計(jì)算公式為N=5.54(tR2-tR1)2/w2或N=16(Δtr)2/w?2，其中tR為保留時(shí)間，w為峰寬，Δtr為相鄰峰保留時(shí)間差，w?為半峰寬。四、簡答題1.紫外-可見分光光度計(jì)主要由以下部分組成及其功能：*光源：提供穩(wěn)定且具有連續(xù)光譜的輻射，常用的是鎢燈（可見光區(qū)）和氘燈/氦燈（紫外光區(qū)）。*單色器：從光源發(fā)出的復(fù)合光中分離出所需波長的單色光，通常由準(zhǔn)直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）和聚焦鏡組成。*吸收池：盛放待測溶液的容器，必須能對(duì)特定波長的光有良好的透明度，常用的是石英池（紫外區(qū)）和玻璃池（可見區(qū)）。*物理附件：包括比色槽架（用于放置吸收池）和光路切換裝置（如斬波器，用于測量透射比或吸光度）。*檢測器：將單色光通過樣品后接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，常用的是光電倍增管（PMT）或光電二極管（PD）。*顯示系統(tǒng)：將檢測器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、處理，并在屏幕上顯示吸光度（A）或透射比（T%）。2.氣相色譜法與液相色譜法的主要區(qū)別：*基本原理：氣相色譜法（GC）使用氣體作為流動(dòng)相（載氣），樣品在氣相中進(jìn)行分離；液相色譜法（LC）使用液體作為流動(dòng)相（流動(dòng)相），樣品在液相中進(jìn)行分離。*流動(dòng)相：GC流動(dòng)相為惰性氣體（如He,N2,H2）；LC流動(dòng)相為液體，種類繁多，可溶性范圍廣。*固定相：GC固定相通常為涂漬在擔(dān)體上的液膜或多孔固體吸附劑，裝填于開口柱中；LC固定相為填充在色譜柱內(nèi)的固體顆粒（填充柱）或毛細(xì)管內(nèi)壁（開管柱），也可在柱外進(jìn)行（如薄層色譜TLC）。*適用范圍：GC適用于分析沸點(diǎn)較低（通常<300-400°C）、揮發(fā)性較強(qiáng)的樣品；LC適用于分析沸點(diǎn)較高、極性較強(qiáng)、熱不穩(wěn)定或分子量較大的樣品。*分離機(jī)制：GC主要基于樣品在氣液兩相間分配系數(shù)的差異；LC分離機(jī)制更復(fù)雜，包括分配、吸附、離子交換、排阻等多種機(jī)制。3.在核磁共振波譜分析中加入化學(xué)位移試劑（如TMS）的主要原因：TMS（四甲基硅烷）具有12個(gè)等價(jià)的質(zhì)子，其化學(xué)位移非常尖銳且在譜圖中出現(xiàn)在最低場（化學(xué)位移最小，約0ppm），且其信號(hào)強(qiáng)度最大。作為內(nèi)標(biāo)加入樣品中，可以為復(fù)雜的NMR譜圖提供準(zhǔn)確的化學(xué)位移參考標(biāo)準(zhǔn)，便于確定樣品中其他信號(hào)的位置，并進(jìn)行定性和定量分析。4.掃描電子顯微鏡（SEM）與透射電子顯微鏡（TEM）的主要差異：*成像原理：SEM利用聚焦的二次電子或背散射電子信號(hào)來成像樣品表面形貌；TEM利用穿過超薄樣品的透射電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號(hào)（如衍射電子、透射電子）來成像樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。*分辨率：SEM通常具有更高的分辨率（可達(dá)納米級(jí)），主要受電子束寬度和探測器靈敏度限制；TEM的分辨率更高（可達(dá)原子級(jí)），主要受電子波長和樣品厚度限制，但受樣品制備限制較大。*樣品要求：SEM對(duì)樣品要求相對(duì)較低，可以直接觀察大部分固體樣品表面，也可觀察導(dǎo)體（需噴金增透）。TEM需要制備極薄的樣品（通常<100nm），對(duì)樣品制備工藝要求高，且通常需要觀察導(dǎo)電性好的樣品（或噴金）。*成像信息：SEM主要提供樣品表面的高分辨率形貌圖；TEM可以提供樣品內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、原子排列等信息。五、論述題1.選擇合適的固定相和流動(dòng)相對(duì)氣相色譜良好分離的重要性及基本原則：*重要性：固定相和流動(dòng)相是氣相色譜分離的核心，其選擇直接決定了分離效能、分離速度和選擇性。合適的固定相和流動(dòng)相組合能夠有效地將混合物中的各組分分離成單一或較少的峰，便于識(shí)別和定量分析。選擇不當(dāng)則可能導(dǎo)致峰重疊嚴(yán)重、分離不完全、分析時(shí)間過長或無法分離，使得實(shí)驗(yàn)失敗或結(jié)果不可靠。*基本原則：*根據(jù)樣品性質(zhì)選擇固定相：*對(duì)于非極性或弱極性樣品，通常選擇非極性固定相（如聚二甲基硅氧烷PDMS,石英毛細(xì)管柱）進(jìn)行分離，依據(jù)“相似相溶”原則，利用沸點(diǎn)差異進(jìn)行分離。*對(duì)于極性樣品，通常選擇極性固定相（如聚乙二醇PEG,腈-硅氧烷）進(jìn)行分離，極性固定相對(duì)極性組分的保留能力強(qiáng)，依據(jù)極性-極性相互作用進(jìn)行分離。*對(duì)于具有酸性或堿性官能團(tuán)的樣品，可選擇離子交換型固定相或使用質(zhì)子化/去質(zhì)子化試劑配合非極性或中等極性固定相進(jìn)行分離。*根據(jù)分離目標(biāo)選擇固定相：如果需要分離沸點(diǎn)相近的組分，通常選擇極性相對(duì)較高或孔徑較小的固定相，以增加選擇性。如果需要快速分離，可以選擇膜厚較薄或孔徑較大的固定相，以降低分析時(shí)間。*流動(dòng)相的選擇：*流動(dòng)相應(yīng)與固定相和樣品有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔?，但又不能過于強(qiáng)烈，以免導(dǎo)致保留時(shí)間過短或峰形變寬。*常用的流動(dòng)相是惰性氣體（如He,N2,H2），選擇依據(jù)是安全性、成本、與檢測器的兼容性以及傳質(zhì)效率。氦氣傳質(zhì)效率最高，是首選，但成本高、有放射性。氮?dú)夂蜌錃獯沃?對(duì)于特殊分析，可能需要使用改性劑（如醇、胺）來調(diào)節(jié)流動(dòng)相的極性或酸堿性，以改善分離效果。*考慮檢測器類型：流動(dòng)相的選擇也應(yīng)考慮所用檢測器的響應(yīng)特性。例如，在FID中，含氧化合物響應(yīng)高；在TCD中，對(duì)極性不敏感，適用于檢測永久性氣體；在ECD中，對(duì)含鹵素化合物響應(yīng)高。*系統(tǒng)適用性試驗(yàn)（SST）：在確定分離條件時(shí)，通常需要進(jìn)行系統(tǒng)適用性試驗(yàn)，通過測試相對(duì)保留時(shí)間、峰形、理論塔板數(shù)等指標(biāo)，評(píng)估所選固定相和流動(dòng)相組合是否滿足分析要求。2.多種現(xiàn)代分析技術(shù)聯(lián)用在復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)鑒定中的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值：*優(yōu)勢：*信息互補(bǔ)，提高準(zhǔn)確性：不同的分析技術(shù)提供不同維度的信息。例如，色譜（GC/LC）提供分離和相對(duì)定量信息；光譜（MS,NMR,IR,UV-Vis）提供結(jié)構(gòu)片段、元素組成、官能團(tuán)信息；波譜（NMR,MS）提供連接方式和精確分子式。聯(lián)用可以相互印證，減少誤判，提高結(jié)構(gòu)鑒定的可靠性。*簡化樣品前處理：色譜技術(shù)（尤其是GC）可以將復(fù)雜的混合物進(jìn)行有效分離，使后續(xù)的聯(lián)用檢測器（如MS）能夠分別分析各組分，大大簡化了針對(duì)單一復(fù)雜組分的分析過程。*提供更全面的結(jié)構(gòu)信息：聯(lián)用技術(shù)可以獲得單一技術(shù)難以獲得的信息。例如，色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）不僅能分離組分，還能快速獲得各組分的分子量、碎片信息，甚至分子式，極大地方便了結(jié)構(gòu)推斷。NMR與各種分離技術(shù)（如制備型HPLC）聯(lián)用，可以快速獲得目標(biāo)化合物的純品譜圖，用于結(jié)構(gòu)確證。*提高分析通量和效率：自動(dòng)化聯(lián)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)樣品的快速、無人值守分析，大大提高了復(fù)雜樣品分析的通量。*應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的樣品：隨著生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、食品科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，遇到的樣品體系越來越復(fù)雜。聯(lián)用技術(shù)是解決復(fù)雜體系分析問題的關(guān)鍵手段。*應(yīng)用價(jià)值：*新藥研發(fā)：在藥物合成、工藝優(yōu)化、質(zhì)量控制、代謝研究中，聯(lián)用技術(shù)（如LC-MS,GC-MS,LC-NMR）被廣泛用于追蹤反應(yīng)進(jìn)程、鑒定中間體和產(chǎn)物、確定藥物和代謝物的結(jié)構(gòu)、進(jìn)行雜質(zhì)分析和確證。*環(huán)境監(jiān)測：用于檢測水體、土壤、空氣中的痕量污染物（如農(nóng)藥殘留、多環(huán)芳烴、持久性有機(jī)污染物等），GC-MS,LC-MS/MS是常用手段。*食品安全與質(zhì)量控制：用于檢測食品中的非法添加物、農(nóng)藥獸藥殘留、過敏原、食品添加劑等，LC-MS/MS,GC-MS,LC-Orbitrap等技術(shù)應(yīng)用廣泛。*生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究：在蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、基因組學(xué)研究中，聯(lián)用技術(shù)（尤其是LC-MS/MS）是核心分析技術(shù)，用于鑒定和定量生物樣品中的復(fù)雜分子。*天然產(chǎn)物研究：用于分離和鑒定植物、動(dòng)物、微生物來源的復(fù)雜