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儀器分析參考答案及詳細分析第二章 習題解答1.簡要說明氣相色譜分析的分離原理答：借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離。氣相色譜就是根據(jù)組分與固定相與流動相的親和力不同而實現(xiàn)分離。組分在固定相與流動相之間不斷進行溶解、揮發(fā)（氣液色譜），或吸附、解吸過程而相互分離，然后進入檢測器進行檢測。2.氣相色譜儀的基本設(shè)備包括哪幾部分?各有什么作用?答：氣路系統(tǒng)進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及檢測和記錄系統(tǒng)氣相色譜儀具有一個讓載氣連續(xù)運行 管路密閉的氣路系統(tǒng) 進樣系統(tǒng)包括進樣裝置和氣化室其作用是將液體或固體試樣，在進入色譜柱前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中3.當下列參數(shù)改變時:(1)柱長縮短,(2)固定相改變,(3)流動相流速增加,(4)相比減少,是否會引起分配系數(shù)的改變?為什么?答：固定相改變會引起分配系數(shù)的改變,因為分配系數(shù)只于組分的性質(zhì)及固定相與流動相的性質(zhì)有關(guān).所以（1） 柱長縮短不會引起分配系數(shù)改變（2） 固定相改變會引起分配系數(shù)改變（3） 流動相流速增加不會引起分配系數(shù)改變（4）相比減少不會引起分配系數(shù)改變4.當下列參數(shù)改變時: (1)柱長增加,(2)固定相量增加,(3)流動相流速減小,(4)相比增大,是否會引起分配比的變化?為什么?答: k=K/b,而b=VM/VS ,分配比除了與組分,兩相的性質(zhì),柱溫,柱壓有關(guān)外,還與相比有關(guān),而與流動相流速,柱長無關(guān).故:(1)不變化,(2)增加,(3)不改變,(4)減小5.試以塔板高度H做指標,討論氣相色譜操作條件的選擇.解:提示:主要從速率理論(van Deemer equation)來解釋,同時考慮流速的影響,選擇最佳載氣流速.P13-24。(1)選擇流動相最佳流速。(2)當流速較小時，可以選擇相對分子質(zhì)量較大的載氣（如N2,Ar)，而當流速較大時，應(yīng)該選擇相對分子質(zhì)量較小的載氣（如H2,He),同時還應(yīng)該考慮載氣對不同檢測器的適應(yīng)性。(3)柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，以免引起固定液的揮發(fā)流失。在使最難分離組分能盡可能好的分離的前提下，盡可能采用較低的溫度，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度。(4)固定液用量：擔體表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進樣量也越多，但為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使固定液膜薄一些。(5)對擔體的要求：擔體表面積要大，表面和孔徑均勻。粒度要求均勻、細?。ǖ贿^小以免使傳質(zhì)阻力過大）進樣速度要快，進樣量要少，一般液體試樣0.15uL,氣體試樣0.110mL.(6)氣化溫度：氣化溫度要高于柱溫30-70。6.試述速率方程中A, B, C三項的物理意義. H-u曲線有何用途?曲線的形狀主要受那些因素的影響?解:參見教材P14-16A 稱為渦流擴散項 , B 為分子擴散項， C 為傳質(zhì)阻力項。 下面分別討論各項的意義： (1) 渦流擴散項 A 氣體碰到填充物顆粒時，不斷地改變流動方向，使試樣組分在氣相中形成類似“渦流”的流動，因而引起色譜的擴張。由于 A=2dp ，表明 A 與填充物的平均顆粒直徑 dp 的大小和填充的不均勻性 有關(guān)，而與載氣性質(zhì)、線速度和組分無關(guān)，因此使用適當細粒度和顆粒均勻的擔體，并盡量填充均勻，是減少渦流擴散，提高柱效的有效途徑。(2) 分子擴散項 B/u 由于試樣組分被載氣帶入色譜柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空間中，在“塞子”的前后 ( 縱向 ) 存在著濃差而形成濃度梯度，因此使運動著的分子產(chǎn)生縱向擴散。而 B=2rDgr 是因載體填充在柱內(nèi)而引起氣體擴散路徑彎曲的因數(shù) ( 彎曲因子 ) ， D g 為組分在氣相中的擴散系數(shù)。分子擴散項與 D g 的大小成正比，而 D g 與組分及載氣的性質(zhì)有關(guān)：相對分子質(zhì)量大的組分，其 D g 小 , 反比于載氣密度的平方根或載氣相對分子質(zhì)量的平方根，所以采用相對分子質(zhì)量較大的載氣 ( 如氮氣 ) ，可使 B 項降低， D g 隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。彎曲因子 r 為與填充物有關(guān)的因素。 (3) 傳質(zhì)項系數(shù) Cu C 包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù) C g 和液相傳質(zhì)阻力系數(shù) C 1 兩項。所謂氣相傳質(zhì)過程是指試樣組分從移動到相表面的過程，在這一過程中試樣組分將在兩相間進行質(zhì)量交換，即進行濃度分配。這種過程若進行緩慢，表示氣相傳質(zhì)阻力大，就引起色譜峰擴張。對于填充柱： 液相傳質(zhì)過程是指試樣組分從固定相的氣液界面移動到液相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達到分配平衡，然后以返回氣液界面 的傳質(zhì)過程。這個過程也需要一定時間，在此時間，組分的其它分子仍隨載氣不斷地向柱口運動，這也造成峰形的擴張。液相傳質(zhì)阻力系數(shù) C 1 為： 對于填充柱，氣相傳質(zhì)項數(shù)值小，可以忽略 。由上述討論可見，范弟姆特方程式對于分離條件的選擇具有指導(dǎo)意義。它可以說明 ，填充均勻程度、擔體粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫、固定相液膜厚度等對柱效、峰擴張的影響。用在不同流速下的塔板高度 H 對流速 u 作圖，得 H-u 曲線圖。在曲線的最低點，塔板高度 H 最小 ( H 最小 ) 。此時柱效最高。該點所對應(yīng)的流速即為最佳流速 u 最佳 ，即 H 最小 可由速率方程微分求得：當流速較小時，分子擴散 (B 項 ) 就成為色譜峰擴張的主要因素，此時應(yīng)采用相對分子質(zhì)量較大的載氣 (N2 ， Ar ) ，使組分在載氣中有較小 的擴散系數(shù)。而當流速較大時，傳質(zhì)項 (C 項 ) 為控制因素，宜采用相對分子質(zhì)量較小的載氣 (H2 ,He ) ，此時組分在載氣中有較大的擴散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。7. 根據(jù)速率方程判斷，當下述參數(shù)改變時: (1)增大分配比,(2) 流動相速度增加, (3)減小相比, (4) 提高柱溫,是否會使色譜峰變窄?為什么?答:(1)保留時間延長,峰形變寬(2)保留時間縮短,峰形變窄(3)保留時間延長,峰形變寬(4)保留時間縮短,峰形變窄8.為什么可用分離度R作為色譜柱的總分離效能指標?分離度同時體現(xiàn)了選擇性與柱效能,即熱力學因素和動力學因素,將實現(xiàn)分離的可能性與現(xiàn)實性結(jié)合了起來.9.能否根據(jù)理論塔板數(shù)來判斷分離的可能性?為什么?答: 不能,有效塔板數(shù)僅表示柱效能的高低,柱分離能力發(fā)揮程度的標志,而分離的可能性取決于組分在固定相和流動相之間分配系數(shù)的差異.10.試述色譜分離基本方程式的含義,它對色譜分離有什么指導(dǎo)意義?答:色譜分離基本方程式如下:它表明分離度隨體系的熱力學性質(zhì)(a和k)的變化而變化,同時與色譜柱條件(n改變)有關(guān)(1)當體系的熱力學性質(zhì)一定時(即組分和兩相性質(zhì)確定),分離度與n的平方根成正比,對于選擇柱長有一定的指導(dǎo)意義,增加柱長可改進分離度,但過分增加柱長會顯著增長保留時間,引起色譜峰擴張.同時選擇性能優(yōu)良的色譜柱并對色譜條件進行優(yōu)化也可以增加n,提高分離度.(2)方程式說明,k值增大也對分離有利,但k值太大會延長分離時間,增加分析成本.(3)提高柱選擇性a,可以提高分離度,分離效果越好,因此可以通過選擇合適的固定相,增大不同組分的分配系數(shù)差異,從而實現(xiàn)分離.11.對擔體和固定液的要求分別是什么?答:對擔體的要求;(1)表面化學惰性,即表面沒有吸附性或吸附性很弱,更不能與被測物質(zhì)起化學反應(yīng).(2)多孔性,即表面積大,使固定液與試樣的接觸面積較大.(3)熱穩(wěn)定性高,有一定的機械強度,不易破碎.(4)對擔體粒度的要求,要均勻、細小，從而有利于提高柱效。但粒度過小，會使柱壓降低，對操作不利。一般選擇40-60目，60-80目及80-100目等。對固定液的要求:(1)揮發(fā)性小,在操作條件下有較低的蒸氣壓,以避免流失(2)熱穩(wěn)定性好,在操作條件下不發(fā)生分解,同時在操作溫度下為液體.(3)對試樣各組分有適當?shù)娜芙饽芰?否則,樣品容易被載氣帶走而起不到分配作用.(4)具有較高的選擇性,即對沸點相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力.(5)化學穩(wěn)定性好,不與被測物質(zhì)起化學反應(yīng).擔體的表面積越大,固定液的含量可以越高.12. 試比較紅色擔體與白色擔體的性能,何謂硅烷化擔體?它有何優(yōu)點?13.試述“相似相溶”原理應(yīng)用于固定液選擇的合理性及其存在的問題。解：樣品混合物能否在色譜上實現(xiàn)分離，主要取決于組分與兩相親和力的差別，及固定液的性質(zhì)。組分與固定液性質(zhì)越相近，分子間相互作用力越強。根據(jù)此規(guī)律：(1)分離非極性物質(zhì)一般選用非極性固定液，這時試樣中各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低的先出峰，沸點高的后出峰。(2)分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時試樣中各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。(3)分離非極性和極性混合物時，一般選用極性固定液，這時非極性組分先出峰，極性組分(或易被極化的組分)后出峰。(4)對于能形成氫鍵的試樣、如醉、酚、胺和水等的分離。一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，這時試樣中各組分按與固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。(5)對于復(fù)雜的難分離的物質(zhì)可以用兩種或兩種以上的混合固定液。以上討論的僅是對固定液的大致的選擇原則，應(yīng)用時有一定的局限性。事實上在色譜柱中的作用是較復(fù)雜的，因此固定液酌選擇應(yīng)主要靠實踐。14.試述熱導(dǎo)池檢測器的工作原理。有哪些因素影響熱導(dǎo)池檢測器的靈敏度？解： 熱導(dǎo)池作為檢測器是基于不同的物質(zhì)具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。 當電流通過鎢絲時、鎢絲被加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也就增加到一定位(一般金屬絲的電阻值隨溫度升高而增加)。在未進試樣時，通過熱導(dǎo)池兩個池孔(參比池和測量池)的都是載氣。由于載氣的熱傳導(dǎo)作用，使鎢絲的溫度下降，電阻減小，此時熱導(dǎo)池的兩個池孔中鎢絲溫度下降和電阻減小的數(shù)值是相同的。在進入試樣組分以后，裁氣流經(jīng)參比池，而裁氣帶著試樣組分流經(jīng)測量池，由于被測組分與載氣組成的混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)和裁氣的導(dǎo)熱系數(shù)不同，因而測量池中鎢絲的散熱情況就發(fā)生變化，使兩個池孔中的兩根鎢絲的電阻值之間有了差異。此差異可以利用電橋測量出來。橋路工作電流、熱導(dǎo)池體溫度、載氣性質(zhì)和流速、熱敏元件阻值及熱導(dǎo)池死體積等均對檢測器靈敏度有影響。15.試述氫焰電離檢測器的工作原理。如何考慮其操作條件？解：對于氫焰檢測器離子化的作用機理，至今還不十分清楚。目前認為火焰中的電離不是熱電離而是化學電離，即有機物在火焰中發(fā)生自由基反應(yīng)而被電離?；瘜W電離產(chǎn)生的正離子( CHO+、H3O+)和電子(e)在外加150300v直流電場作用下向兩極移動而產(chǎn)生微電流。經(jīng)放大后，記錄下色譜峰。 氫火焰電離檢測器對大多數(shù)的有機化合物有很高的靈敏度，故對痕量有機物的分析很適宜。但對在氫火焰中不電離的元機化合物例如CO、CO2、SO2、N2、NH3等則不能檢測。16.色譜定性的依據(jù)是什么?主要有那些定性方法?解:根據(jù)組分在色譜柱中保留值的不同進行定性.主要的定性方法主要有以下幾種:(1)直接根據(jù)色譜保留值進行定性(2)利用相對保留值r21進行定性(3)混合進樣(4)多柱法(5)保留指數(shù)法(6)聯(lián)用技術(shù)(7)利用選擇性檢測器17.何謂保留指數(shù)?應(yīng)用保留指數(shù)作定性指標有什么優(yōu)點?用兩個緊靠近待測物質(zhì)的標準物（一般選用兩個相鄰的正構(gòu)烷烴）標定被測物質(zhì)，并使用均一標度（即不用對數(shù)），用下式定義：X為保留值（tR, VR ,或相應(yīng)的記錄紙距離），下腳標i為被測物質(zhì)，Z, Z+1為正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)，XZ Xi XZ+1，IZ = Z 100優(yōu)點:準確度高,可根據(jù)固定相和柱溫直接與文獻值對照而不必使用標準試樣.18.色譜定量分析中,為什么要用定量校正因子?在什么條件下可以不用校正因子?解:19.有哪些常用的色譜定量方法?試比較它們的優(yōu)缺點和使用情況?1外標法 外標法是色譜定量分析中較簡易的方法該法是將欲測組份的純物質(zhì)配制成不同濃度的標準溶液。使?jié)舛扰c待測組份相近。然后取固定量的上述溶液進行色譜分析得到標準樣品的對應(yīng)色譜團，以峰高或峰面積對濃度作圖這些數(shù)據(jù)應(yīng)是個通過原點的直線分析樣品時，在上述完全相同的色譜條件下，取制作標準曲線時同樣量的試樣分析、測得該試樣的響應(yīng)訊號后由標誰曲線即可查出其百分含量此法的優(yōu)點是操作簡單，因而適用于工廠控制分析和自動分析；但結(jié)果的準確度取決于進樣量的重現(xiàn)性和操作條件的穩(wěn)定性2內(nèi)標法 當只需測定試樣中某幾個組份或試樣中所有組份不可能全部出峰時，可采用內(nèi)標法具體做法是：準確稱取樣品，加入一定量某種純物質(zhì)作為內(nèi)標物，然后進行色譜分析根據(jù)被測物和內(nèi)標物在色譜圖上相應(yīng)的峰面積(或峰高）)和相對校正因子求出某組分的含量內(nèi)標法是通過測量內(nèi)標物與欲測組份的峰面積的相對值來進行計算的，因而可以在定程度上消除操作條件等的變化所引起的誤差內(nèi)標法的要求是：內(nèi)標物必須是待測試樣中不存在的；內(nèi)標峰應(yīng)與試樣峰分開，并盡量接近欲分析的組份內(nèi)標法的缺點是在試樣中增加了一個內(nèi)標物，常常會對分離造成一定的困難。3歸一化法 歸一化法是把試樣中所有組份的含量之和按100計算，以它們相應(yīng)的色譜峰面積或峰高為定量參數(shù)通過下列公式計算各組份含量：20.在一根2 m長的色譜柱上,分析一個混合物,得到以下數(shù)據(jù):苯、甲苯、及乙苯的保留時間分別為120“, 22”及31“；半峰寬為0.211cm, 0.291cm, 0.409cm，已知記錄紙速為1200mm.h-1, 求色譜柱對每種組分的理論塔板數(shù)及塔板高度解：三種組分保留值用記錄紙上的距離表示時為：苯： （1+20/60）（1200/10）/60=2.67cm甲苯：(2+2/60) 2=4.07cm乙苯: (3+1/60) 2=6.03cm故理論塔板數(shù)及塔板高度分別為：解：（1）從圖中可以看出，tR2=17min, Y2=1min,所以； n = 16(-tR2/Y2)2 =16172 = 4624(2) tR1= tR1- tM =14-1=13mint”R2=tR2 tM = 17-1 = 16min相對保留值 a = tR2/tR1=16/13=1.231根據(jù)公式：L=16R2(1.231/(1.231-1)2 Heff通常對于填充柱，有效塔板高度約為0.1cm, 代入上式， 得：L=102.2cm 1m22.分析某種試樣時，兩個組分的相對保留值r21=1.11, 柱的有效塔板高度H=1mm，需要多長的色譜柱才能完全分離？解：根據(jù)公式得L=3.665m23.已知記錄儀的靈敏度為0.658mV.cm-1,記錄紙速為2cm.min-1,載氣流速F0=為68mL.min-1,進樣量12時0.5mL飽和苯蒸氣，其質(zhì)量經(jīng)計算為0.11mg，得到的色譜峰的實測面積為3.84cm2.求該檢測器的靈敏度。解：將 c1=0.658mV.cm-1,c2=1/2min.cm-1,F0=68mL.min-1, m=0.11mg代入下式：即得該檢測器的靈敏度：24題略25. 丙烯和丁烯的混合物進入氣相色譜柱得到如下數(shù)據(jù)：組分保留時間/min峰寬/min空氣丙烯(P)丁烯(B)0.53.54.80.20.81.0計算：（1）丁烯的分配比是多少？（2）丙烯和丁烯的分離度是多少？解： （1）kB= tR(B)/tM =(4.8-0.5)/0.5=8.6(2) R = tR(B)-tR(P)2/(YB+YP)=(4.8-3.5) (1.0+0.8)=1.4426.某一氣相色譜柱，速率方程中A, B, C的值分別為0.15cm, 0.36cm2.s-1和4.3 10-2s，計算最佳流速和最小塔板高度。解：uopt = (B/C)1/2 =(0.36/4.3 10-2)1/2=2.89cm.s-1Hmin = A + 2(BC)1/2 = 0.15 + 2 (0.36 4.3 10-2)1/2 = 0.40cm27.在一色譜柱上，測得各峰的保留時間如下：組分空氣辛烷壬烷未知峰tR/min.13.917.915.4求未知峰的保留指數(shù)。解：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式得：I = (log14.8 log13.3)/(log17.3-log13.3)+8 100=840.6428.化合物A與正二十四烷及正二十六烷相混合注入色譜柱進行試驗，得調(diào)整保留時間為A, 10.20min, n-C24H50, 9.81min, n-C26H54, 11.56min, 計算化合物A的保留指數(shù)。解；同上。29.測得石油裂解氣的氣相色譜圖（前面四個組分為經(jīng)過衰減1/4而得到），經(jīng)測定各組分的f 值并從色譜圖量出各組分峰面積為：出峰次序空氣甲烷二氧化碳乙烯乙烷丙烯丙烷峰面積校正因子f340.842140.744.51.002781.00771.052501.2847.31.36用歸一法定量，求各組分的質(zhì)量分數(shù)各為多少？30.有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物質(zhì)，稱取此試樣1.055g。以環(huán)己酮作內(nèi)標，稱取環(huán)己酮0.1907g，加到試樣中，混合均勻后，吸取此試液3mL進樣，得到色譜圖。從色譜圖上測得各組分峰面積及已知的S值如下表所示：甲酸乙酸環(huán)己酮丙酸峰面積響應(yīng)值S1.4.80.26172.60.5621331.0042.40.938求甲酸、乙酸、丙酸的質(zhì)量分數(shù)。31.在測定苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯的峰高校正因子時，稱取的各組分的純物質(zhì)質(zhì)量，以及在一定色譜條件下所得色譜圖上各組分色譜峰的峰高分別如下：求各組分的峰高校正因子，以苯為標準。苯甲苯乙苯鄰二甲苯質(zhì)量/g峰高/mm0.5967180.10.547884.40.612045.20.668049.0解：對甲苯：f甲苯(hs/hi) (mi/ms)=180.1 0.5478/(84.4 0.5967)=1.9590同理得：乙苯：4.087; 鄰二甲苯：4.115解：先利用峰高乘以半峰寬計算各峰面積，然后利用歸一化法求各組分質(zhì)量分數(shù)。根據(jù)公式A=hY1/2, 求得各組分峰面積分別為：124.16; 249.84; 254.22; 225.433、解：分別用各組分純物質(zhì)與內(nèi)標物質(zhì)甲苯組成的混合物的色譜峰峰高對對其質(zhì)量分數(shù)作圖，即可繪制各自的工作曲線。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：苯對二甲苯鄰二甲苯峰高質(zhì)量分數(shù)峰高質(zhì)量分數(shù)峰高質(zhì)量分數(shù)0.2340.4240.6080.8380.10960.18440.24770.33390.0800.1570.2470.3340.41670.57400.67570.74250.0310.0550.0970.1310.34810.47730.60090.6801故未知樣中苯、對二氯苯、鄰二氯苯的質(zhì)量分數(shù)分別為：0.007546/5.119 100% = 0.147%0.111/ 5.119 100% = 2.168%0.0287/5.119 100% = 0.561% 第三章思考題解答1.從分離原理、儀器構(gòu)造及應(yīng)用范圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同點。解：二者都是根據(jù)樣品組分與流動相和固定相相互作用力的差別進行分離的。從儀器構(gòu)造上看，液相色譜需要增加高壓泵以提高流動相的流動速度，克服阻力。同時液相色譜所采用的固定相種類要比氣相色譜豐富的多，分離方式也比較多樣。氣相色譜的檢測器主要采用熱導(dǎo)檢測器、氫焰檢測器和火焰光度檢測器等。而液相色譜則多使用紫外檢測器、熒光檢測器及電化學檢測器等。但是二者均可與MS等聯(lián)用。二者均具分離能力高、靈敏度高、分析速度快，操作方便等優(yōu)點，但沸點太高的物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)難以用氣相色譜進行分析。而只要試樣能夠制成溶液，既可用于HPLC分析，而不受沸點高、熱穩(wěn)定性差、相對分子量大的限制。2.液相色譜中影響色譜峰展寬的因素有哪些? 與氣相色譜相比較, 有哪些主要不同之處?解:液相色譜中引起色譜峰擴展的主要因素為渦流擴散、流動的流動相傳質(zhì)、滯留的流動相傳質(zhì)以及柱外效應(yīng)。在氣相色譜中徑向擴散往往比較顯著，而液相色譜中徑向擴散的影響較弱，往往可以忽略。另外，在液相色譜中還存在比較顯著的滯留流動相傳質(zhì)及柱外效應(yīng)。3. 在液相色譜中, 提高柱效的途徑有哪些?其中最有效的途徑是什么?解:液相色譜中提高柱效的途徑主要有:1.提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性;2.改進固定相減小粒度; 選擇薄殼形擔體; 選用低粘度的流動相;適當提高柱溫其中,減小粒度是最有效的途徑.4. 液相色譜有幾種類型?它們的保留機理是什么? 在這些類型的應(yīng)用中,最適宜分離的物質(zhì)是什么?解:液相色譜有以下幾種類型:液-液分配色譜; 液-固吸附色譜;化學鍵合色譜;離子交換色譜; 離子對色譜; 空間排阻色譜等.液-固吸附色譜是通過組分在兩相間的多次吸附與解吸平衡實現(xiàn)分離的.最適宜分離的物質(zhì)為中等相對分子質(zhì)量的油溶性試樣，凡是能夠用薄層色譜分離的物質(zhì)均可用此法分離。其中;液-液分配色譜的保留機理是通過組分在固定相和流動相間的多次分配進行分離的?？梢苑蛛x各種無機、有機化合物?；瘜W鍵合色譜中由于鍵合基團不能全部覆蓋具有吸附能力的載體,所以同時遵循吸附和分配的機理,最適宜分離的物質(zhì)為與液-液色譜相同。離子交換色譜和離子色譜是通過組分與固定相間親合力差別而實現(xiàn)分離的.各種離子及在溶液中能夠離解的物質(zhì)均可實現(xiàn)分離，包括無機化合物、有機物及生物分子，如氨基酸、核酸及蛋白質(zhì)等。在離子對色譜色譜中,樣品組分進入色譜柱后,組分的離子與對離子相互作用生成中性化合物,從而被固定相分配或吸附進而實現(xiàn)分離的.各種有機酸堿特別是核酸、核苷、生物堿等的分離是離子對色譜的特點。空間排阻色譜是利用凝膠固定相的孔徑與被分離組分分子間的相對大小關(guān)系,而分離、分析的方法。最適宜分離的物質(zhì)是：另外尚有手性色譜、膠束色譜、環(huán)糊精色譜及親合色譜等機理。5. 在液-液分配色譜中，為什么可分為正相色譜及反相色譜？解：采用正相及反相色譜是為了降低固定液在流動相中的溶解度從而避免固定液的流失。6.何謂化學鍵合固定相?它有什么突出的優(yōu)點?解:利用化學反應(yīng)將固定液的官能團鍵合在載體表面形成的固定相稱為化學鍵合固定相.優(yōu)點:1. 固定相表面沒有液坑,比一般液體固定相傳質(zhì)快的多.2. 無固定相流失,增加了色譜柱的穩(wěn)定性及壽命.3. 可以鍵合不同的官能團,能靈活地改變選擇性,可應(yīng)用與多種色譜類型及樣品的分析.4. 有利于梯度洗提,也有利于配用靈敏的檢測器和餾分的收集.7. 何謂化學抑制型離子色譜及非抑制型離子色譜?試述它們的基本原理.解:在離子色譜中檢測器為電導(dǎo)檢測器,以電解質(zhì)溶液作為流動相,為了消除強電解質(zhì)背景對電導(dǎo)檢測器的干擾,通常除了分析柱外,還增加一根抑制柱,這種雙柱型離子色譜法稱為化學抑制型離子色譜法.但是如果選用低電導(dǎo)的流動相（如10- 5 10-4M的苯甲酸鹽或鄰苯二甲酸鹽），則由于背景電導(dǎo)較低，不干擾樣品的檢測，這時候不必加抑制柱，只使用分析柱，稱為非抑制型離子色譜法例如為了分離陰離子,常使用NaOH溶液為流動相，鈉離子的干擾非常嚴重，這時可在分析柱后加一根抑制柱，其中裝填高容量H+型陽離子交換樹脂，通過離子交換，使NaOH轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)值很小的H2O，從而消除了背景電導(dǎo)的影響何謂梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異同之處？解：在一個分析周期內(nèi)，按一定程序不斷改變流動相的組成或濃度配比，稱為梯度洗提是改進液相色譜分離的重要手段梯度洗提與氣相色譜中的程序升溫類似，但是前者連續(xù)改變的是流動相的極性、pH或離子強度，而后者改變的溫度程序升溫也是改進氣相色譜分離的重要手段高效液相色譜進樣技術(shù)與氣相色譜進樣技術(shù)有和不同之處？解：在液相色譜中為了承受高壓，常常采用停流進樣與高壓定量進樣閥進樣的方式10以液相色譜進行制備有什么優(yōu)點？解：以液相色譜進行制備時，分離條件溫和，分離檢測中不會導(dǎo)致試樣被破壞，切易于回收原物11.在毛細管中實現(xiàn)電泳分離有什么優(yōu)點？解：毛細管由于散熱效率很高，可以減少因焦耳熱效應(yīng)造成的區(qū)帶展寬，因而可以采用較高的電壓，克服了傳統(tǒng)電泳技術(shù)的局限，極大地提高分離效率，而且分離時間縮短，試樣分析范圍寬，檢測限低對于大分子的分離往往比色譜方法具有更高的柱效12.試述CZE, CGE,MECC的基本原理毛細管區(qū)帶電泳（CZE)是在指外加電場的作用下，溶質(zhì)在毛細管內(nèi)的背景電解質(zhì)溶液中以一定速度遷移而形成一個一個獨立的溶質(zhì)帶的電泳模式，其分離基礎(chǔ)是淌度的差別因為中性物質(zhì)的淌度差為零，所以不能分離中性物質(zhì)。帶電粒子的遷移速度為電泳速度與電滲流的矢量和在緩沖溶液中帶正電的粒子由于遷移方向與電滲流相同，流動速度最快，最先流出，負電荷粒子的運動方向與電滲流相反，最后流出，中性粒子的電泳速度與電滲流相同，因而遷移速度介于二者之間這樣各種粒子因差速遷移而達到區(qū)帶分離，這就是CZE的分離原理毛細管凝膠電泳(CGE) 是毛細管內(nèi)填充凝膠或其他篩分介質(zhì)，如交聯(lián)或非交聯(lián)的聚丙烯酰胺。荷質(zhì)比相等，但分子的大小不同的分子，在電場力的推動下在凝膠聚合物構(gòu)成的網(wǎng)狀介質(zhì)中電泳，其運動受到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的阻礙。大小不同的分子經(jīng)過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時受到的阻力不同，大分子受到的阻力大，在毛細管中遷移的速度慢；小分子受到的阻力小，在毛細管中遷移的速度快，從而使它們得以分離。這就是CGE的分離原理膠束電動色譜 (MECC)是以膠束為假固定相的一種電動色譜，是電泳技術(shù)與色譜技術(shù)的結(jié)合。多數(shù)MECC在毛細管中完成，故又稱為膠束電動毛細管色譜 。MECC是在電泳緩沖液中加入表面活性劑，當溶液中表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時，表面活性劑分子之間的疏水基因聚集在一起形成膠束(假固定相)，溶質(zhì)不僅可以由于淌度差異而分離，同時又可基于在水相和膠束相之間的分配系數(shù)不同而得到分離，這樣一般毛細管電泳中不能分離的中性化合物在MECC中可以分離第八章習題解答(原子吸收)1.簡述原子吸收分光光度法的基本原理，并從原理上比較發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法的異同點及優(yōu)缺點解：AAS是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對特定譜線的吸收作用來進行定量分析的方法AES是基于原子的發(fā)射現(xiàn)象，而AAS則是基于原子的吸收現(xiàn)象二者同屬于光學分析方法原子吸收法的選擇性高，干擾較少且易于克服。由于原于的吸收線比發(fā)射線的數(shù)目少得多，這樣譜線重疊 的幾率小得多。而且空心陰極燈一般并不發(fā)射那些鄰近波長的輻射線經(jīng)，因此其它輻射線干擾較小。原子吸收具有更高的靈敏度。在原子吸收法的實驗條件下，原子蒸氣中基態(tài) 原于數(shù)比激發(fā)態(tài)原子數(shù)多得多，所以測定的是大部分原 子。原子吸收法 比發(fā)射法具有更佳的信噪比這是由于激發(fā)態(tài)原子數(shù)的溫度系數(shù)顯著大于基態(tài)原子。2何謂銳線光源？在原子吸收光譜分析中為什么要用銳線光源？解：銳線光源是發(fā)射線半寬度遠小于吸收線半寬度的光源，如空心陰極燈。在使用銳線光源時，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)Kn 在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內(nèi)。這樣，求出一定的峰值吸收系數(shù)即可測出一定的原子濃度。3在原子吸收光度計中為什么不采用連續(xù)光源（如鎢絲燈或氘燈），而在分光光度計中則需要采用連續(xù)光源？解：雖然原子吸收光譜中積分吸收與樣品濃度呈線性關(guān)系，但由于原子吸收線的半寬度很小，如果采用連續(xù)光源，要測定半寬度很小的吸收線的積分吸收值就需要分辨率非常高的單色器，目前的技術(shù)條件尚達不到，因此只能借助銳線光源，利用峰值吸收來代替而分光光度計測定的是分子光譜，分子光譜屬于帶狀光譜，具有較大的半寬度，使用普通的棱鏡或光柵就可以達到要求而且使用連續(xù)光源還可以進行光譜全掃描，可以用同一個光源對多種化合物進行測定4原子吸收分析中，若產(chǎn)生下述情況而引致誤差，應(yīng)采用什么措施來減免之？（）光源強度變化引起基線漂移，（）火焰發(fā)射的輻射進入檢測器（發(fā)射背景），（）待測元素吸收線和試樣中共存元素的吸收線重疊解：(1)選擇適宜的燈電流，并保持燈電流穩(wěn)定，使用前應(yīng)該經(jīng)過預(yù)熱(2)可以采用儀器調(diào)制方式來減免，必要時可適當增加燈電流提高光源發(fā)射強度來改善信噪比(3)可以選用其它譜線作為分析線如果沒有合適的分析線，則需要分離干擾元素5原子吸收分析中，若采用火焰原子化法，是否火焰溫度愈高，測定靈敏度就愈高？為什么？解:不是.因為隨著火焰溫度升高,激發(fā)態(tài)原子增加,電離度增大,基態(tài)原子減少.所以如果太高,反而可能會導(dǎo)致測定靈敏度降低.尤其是對于易揮發(fā)和電離電位較低的元素,應(yīng)使用低溫火焰.6石墨爐原子化法的工作原理是什么？與火焰原子化法相比較，有什么優(yōu)缺點？為什么？解:石墨爐原子化器是將一個石墨管固定在兩個電極之間而制成的,在惰性氣體保護下以大電流通過石墨管,將石墨管加熱至高溫而使樣品原子化.與火焰原子化相比,在石墨爐原子化器中,試樣幾乎可以全部原子化,因而測定靈敏度高.對于易形成難熔氧化物的元素,以及試樣含量很低或試樣量很少時非常適用.缺點:共存化合物的干擾大,由于取樣量少,所以進樣量及注入管內(nèi)位置的變動會引起誤差,因而重現(xiàn)性較差.7說明在原子吸收分析中產(chǎn)生背景吸收的原因及影響，如何避免這一類影響？解:背景吸收是由于原子化器中的氣態(tài)分子對光的吸收或高濃度鹽的固體微粒對光的散射而引起的,它們屬于一種寬頻帶吸收.而且這種影響一般隨著波長的減短而增大,同時隨著基體元素濃度的增加而增大,并與火焰條件有關(guān).可以針對不同情況采取不同的措施,例如火焰成分中OH,CH,CO等對光的吸收主要影響信號的穩(wěn)定性，可以通過零點調(diào)節(jié)來消除，由于這種吸收隨波長的減小而增加，所以當測定吸收波長位于遠紫外區(qū)的元素時，可以選用空氣H2,Ar-H2火焰對于火焰中金屬鹽或氧化物、氫氧化物引起的吸收通常利用高溫火焰就可消除。有時，對于背景的吸收也可利用以下方法進行校正：(1)鄰近線校正法;(2)用與試液組成相似的標液校正；(3)分離基體8背景吸收和基體效應(yīng)都與試樣的基體有關(guān)，試分析它們的不同之處解：基體效應(yīng)是指試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)過程中任何物理因素的變化對測定的干擾效應(yīng)。背景吸收主要指基體元素和鹽分的粒子對光的吸收或散射，而基體效應(yīng)則主要是由于這些成分在火焰中蒸發(fā)或離解時需要消耗大量的熱量而影響原子化效率，以及試液的黏度、表面張力、霧化效率等因素的影響。9應(yīng)用原子吸收光譜法進行定量分析的依據(jù)是什么？進行定量分析有哪些方法？試比較它們的優(yōu)缺點解：在一定的濃度范圍和一定的火焰寬度條件下，當采用銳線光源時，溶液的吸光度與待測元素濃度成正比關(guān)系，這就是原子吸收光譜定量分析的依據(jù)。常用兩種方法進行定量分析：（）標準曲線法：該方法簡便、快速，但僅適用于組成簡單的試樣。（）標準加入法：本方法適用于試樣的確切組分未知的情況。不適合于曲線斜率過小的情況。10保證或提高原子吸收分析的靈敏度和準確度，應(yīng)注意那些問題？怎樣選擇原子吸收光譜分析的最佳條件？解：應(yīng)該從分析線的選擇、光源（空心陰極燈）的工作電流、火焰的選擇、燃燒器高度的選擇及狹縫寬度等幾個方面來考慮，選擇最佳的測定條件。11從工作原理、儀器設(shè)備上對原子吸收法及原子熒光法作比較。解：從工作原理上看，原子吸收是通過測定待測元素的原子蒸氣對其特征譜線的吸收來實現(xiàn)測定的，屬于吸收光譜，而原子熒光則是通過測量待測元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光的強度來實現(xiàn)測定的，屬于發(fā)射光譜。在儀器設(shè)備上，二者非常相似，不同之處在于原子吸收光譜儀中所有組件排列在一條直線上，而熒光光譜儀則將光源與其它組件垂直排列，以消除激發(fā)光源發(fā)射的輻射對檢測信號的影響。12.用波長為213.8nm,質(zhì)量濃度為0.010mg.mL-1的鋅標準溶液和空白溶液交替連續(xù)測定10次,用記錄儀記錄的格數(shù)如下.計算該原子吸收分光光度計測定鋅元素的檢出限.序號12345記錄儀格數(shù)13.513.014.814.814.5序號678910記錄儀格數(shù)14.014.014.814.014.2解:求出噪聲的標準偏差為s=0.597, 吸光度的平均值為14.16,代入檢測限的表達式得:C3s/A=0.010 0.597/14.16= 0.0013mg.mL-113.測定血漿試樣中鋰的含量,將三份0.500mL血漿試樣分別加至5.00mL水中,然后在這三份溶液中加入(1)0mL, (2)10.0mL, (3) 20.0mL0.0500mol.L-1LiCl標準溶液,在原子吸收分光光度計上測得讀數(shù)(任意單位)依次為(1)23.0, (2)45.3, (3)68.0. 計算此血漿中鋰的質(zhì)量濃度.解:將加入的標準溶液濃度換算成稀釋后的濃度,然后用其對吸光度作圖.換算后濃度分別為: Vs 10-3 0.050/5.50(1)0, (2)9.09 10-5mol.L-1, (3)1.82 10-4mol.L-114.以原子吸收光譜法分析尿樣中銅的含量,分析線324.8nm. 測得數(shù)據(jù)如下表所示,計算試樣中銅的質(zhì)量濃度(mg.mL-1)加入銅的質(zhì)量濃度/mg.mL-1A0.02.04.06.08.00.280.440.600.7570.912解:采用標準加入法,上表中濃度為以試液體積計算的濃度. 標準曲線如下頁圖所示15.用原子吸收法測銻,用鉛作內(nèi)標.取5.00mL未知銻溶液,加入2.00mL4.13mg.mL-1的鉛溶液并稀釋至10.0mL,測得ASb/APb= 0.808. 另取相同濃度的銻和鉛溶液,ASb/APb= 1.31, 計算未知液中銻的質(zhì)量濃度.解:設(shè)試液中銻濃度為Cx,為了方便,將混合溶液吸光度比計為Asb/Apb1, 而將分別測定的吸光度比計為Asb/Apb2由于:ASb = KSbCSbAPb =KPbCPb故: KSb/KPb =Asb/Apb2 =1.31Asb/Apb1=(KSb5 Cx/10)/(KPb 2 4.13/10)=0.808Cx = 1.02mg.mL-1第九章習題解答1.試簡述產(chǎn)生吸收光譜的原因解：分子具有不同的特征能級，當分子從外界吸收能量后，就會發(fā)生相應(yīng)的能級躍遷同原子一樣，分子吸收能量具有量子化特征記錄分子對電磁輻射的吸收程度與波長的關(guān)系就可以得到吸收光譜2.電子躍遷有哪幾種類型？這些類型的躍遷各處于什么補償范圍？解：從化學鍵的性質(zhì)考慮，與有機化合物分子的紫外可見吸收光譜有關(guān)的電子為：形成單鍵的s電子，形成雙鍵的p電子以及未共享的或稱為非鍵的n電子電子躍遷發(fā)生在電子基態(tài)分子軌道和反鍵軌道之間或基態(tài)原子的非鍵軌道和反鍵軌道之間處于基態(tài)的電子吸收了一定的能量的光子之后，可分別發(fā)生ss*,s p*,p s*,n s*,p p*,np*等躍遷類型p p*,n p*所需能量較小，吸收波長大多落在紫外和可見光區(qū)，是紫外可見吸收光譜的主要躍遷類型四種主要躍遷類型所需能量DE大小順序為：n p*p p*n s* (a) (c)(b) 中有兩個共軛雙鍵，存在K吸收帶，(a)中有兩個雙鍵，而 (c )中只有一個雙鍵10. 紫外及可見分光光度計與可見分光光度計比較，有什么不同之處？為什么？解：首先光源不同，紫外用氫燈或氘燈，而可見用鎢燈，因為二者發(fā)出的光的波長范圍不同從單色器來說，如果用棱鏡做單色器，則紫外必須使用石英棱鏡，可見則石英棱鏡或玻璃棱鏡均可使用，而光柵則二者均可使用，這主要是由于玻璃能吸收紫外光的緣故從吸收池來看，紫外只能使用石英吸收池，而可見則玻璃、石英均可使用，原因同上。從檢測器來看，可見區(qū)一般使用氧化銫光電管，它適用的波長范圍為625-1000nm，紫外用銻銫光電管，其波長范圍為200-625nm.第十章 紅外光譜法習題解答1. 產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么?是否所有的分子振動都會產(chǎn)生紅外吸收光譜?為什么?解:條件:激發(fā)能與分子的振動能級差相匹配,同時有偶極矩的變化.并非所有的分子振動都會產(chǎn)生紅外吸收光譜,具有紅外吸收活性,只有發(fā)生偶極矩的變化時才會產(chǎn)生紅外光譜.2.以亞甲基為例說明分子的基本振動模式.3. 何謂基團頻率? 它有什么重要用途?解:與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的振動頻率稱為基團頻率,基團頻率大多集中在4000-1350 cm-1，稱為基團頻率區(qū)，基團頻率可用于鑒定官能團4.紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是什么？簡要敘述紅外定性分析的過程解：基本依據(jù)：紅外對有機化合物的定性具有鮮明的特征性，因為每一化合物都有特征的紅外光譜，光譜帶的數(shù)目、位置、形狀、強度均隨化合物及其聚集態(tài)的不同而不同。定性分析的過程如下：(1) 試樣的分離和精制；(2)了解試樣有關(guān)的資料；(3)譜圖解析；(4)與標準譜圖對照;(5)聯(lián)機檢索5.影響基團頻率的因素有哪些?解:有內(nèi)因和外因兩個方面.內(nèi)因: (1)電效應(yīng),包括誘導(dǎo)、共扼、偶極場效應(yīng)；（2）氫鍵；（3）振動耦合；（4）費米共振；（5）立體障礙；（6）環(huán)張力。外因：試樣狀態(tài)，測試條件，溶劑效應(yīng)，制樣方法等。6. 何謂指紋區(qū)？它有什么特點和用途？解：在IR光譜中，頻率位于1350-650cm-1的低頻區(qū)稱為指紋區(qū)指紋區(qū)的主要價值在于表示整個分子的特征，因而適用于與標準譜圖或已知物譜圖的對照，以得出未知物與已知物是否相同的準確結(jié)論，任何兩個化合物的指紋區(qū)特征都是不相同的7.將800nm換算為（）波數(shù)；（）mm單位8.根據(jù)下列力常數(shù)k數(shù)據(jù)，計算各化學鍵的振動頻率（cm-1).(1)乙烷C-H鍵，k=5.1N.cm-1；(2)乙炔C-H鍵，k=5.9N.cm-1;(3)乙烷C-C鍵，k=4.5N.cm-1; (4)苯C-C鍵，k=7.6N.cm-1;(5)CH3CN中的CN鍵，k=17.5N.cm