现代分析测试技术最终答案(DOC)

一、问答题：1、试述塔板理论的基本关系式及理论要点。答：塔板理论的基本关系式为：在tR一定时，W或W1/2越小(即峰越窄)，理论板数n越大，理论板高越小，柱的分离效率越高。因此，理论塔板数是评价柱效能的指标。1）色谱柱内存在许多塔板，组分在塔板间隔（即塔板高度）内可以很快达到分配平衡。2）流动相进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，即每次通过为一个塔板体积。3）样品加在每个塔板上，样品沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略。4）在所有塔板上分配系数相等，与组分的量无关。即分配系数在各塔坂上是常数。2、利用范氏方程说明HPLC中如何选择实验条件？①采用粒径小而均匀的球形固定相,首选化学键合相,用匀浆法装柱.②采用低黏度流动相,低流量(1mL/min),首选甲醇.③采用柱温箱,避免室温波动,增加实验重复性,柱温以25～30℃为宜.3、高效液相色谱仪包括哪些主要部件？各部件的作用是什么？高效液相色谱仪由五大部分组成：高压输液系统，进样系统、分离系统、检测系统和色谱工作站。由于高效液相色谱所用固定相颗粒极细，因此对流动相阻力很大，为使流动相较快流动，必须配备有高压输液系统。高压输液系统由储液罐、过滤器、高压输液泵、梯度洗脱装置等组成。流动相在进入高压泵之前，应先进行过滤和脱气处理。高压输液泵是核心部件，其密封性好，输出流量恒定，压力平稳，可调范围宽，便于迅速更换溶剂及耐腐蚀等。进样系统是将被分离的样品导入色谱柱的装置。要求密封性、重复性好，死体积小，便于实现自动化。进样系统包括取样、进样两个功能。分离系统主要是指色谱柱，色谱柱是高效液相色谱仪的核心部件，要求分离度要高、柱容量大、分析速度快。检测器是HPLC仪的三大关键部件之一。用来连续监测经色谱柱分离后的流出物的组成和含量变化的装置。其作用是把洗脱液中组分的量转变为电信号。并由工作站（或记录仪）绘出谱图来进行定性、定量分析。色谱工作站是色谱仪的自动化控制包括自动进样系统的进样方式、输液泵系统中的溶剂流速、梯度洗脱程序、检测系统的各项参数、数据记录和处理等。4、什么是锐线光源？为什么空心阴极灯发射线是锐线？答：锐线光源是能发射出谱线半宽度远小于吸收线半宽度的光源。锐线光源发射线半宽度很小，并且发射线与吸收线中心频率一致。锐线光源需要满足的条件：a.光源的发射线与吸收线的ν0一致。b.发射线的Δν1/2小于吸收线的Δν1/2。空心阴极灯是一个封闭的气体放电管。用被测元素纯金属或合金制成圆柱形空心阴极，用钨或钛、锆做成阳极。灯内充Ne或Ar惰性气体，压力为数百帕。发射线波长在370.0nm以下的用石英窗口，370.0nm以上的用光学玻璃窗口。当灯的正负极加以400V电压时，便开始辉光放电。这时电子离开阴极，在飞向阳极过程中，受到阳极加速，与惰性气体原子碰撞，并使之电离。带正电荷的惰性气体从电场获得动能，向阴极表面撞击，只要能克服金属表面的晶格能，就能将原子由晶格中溅射出来，从而产生阴极物质的共振线。由于灯内压力很低，压力变宽小，因而产生的共振线是锐线光源。5、紫外-可见分光光度计主要有哪几种类型？各类型有何特点？答案一按光束分：1单光束分光光度计：结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。2双光束分光光度计：可以自动消除光源强度变化所引起的误差。3双波长分光光度计：（1）大大提高测量准确度，完全扣除背景。（2）可用于微量组分测定（3）可用于浑浊液和多组分混合物的定量测定。4双重单色器分光光度计5配置光多道二极管阵列检测器的分光光度计答案二紫外-可见分光光度计的类型很多，但可归纳为四种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计和二极管阵列分光光度计。单光束分光光度计特点：使用时来回拉动吸收池→移动误差对光源要求高3、比色池配对双光束分光光度计特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱双波长分光光度计特点：1、利用吸光度差值定量2、消除干扰和吸收池不匹配引起的误差优点：（1）大大提高了测定准确度，可完全扣除背景（2）可用于微量组分的测定（3）可用于混浊液和多组分混合物的定量二极管阵列分光光度计特点由光源发出，经消色差聚光镜聚焦后的多色光通过样品池，再聚焦于多色仪的入口狭缝上，透过光经全息光栅表面色散并投射到二极管阵列检测器上，二极管阵列的电子系统，可在0.1s的极短时间内获得从190~820nm范围的全光光谱。6、若用反相键合相分离弱酸或弱碱时产生拖尾，如何克服？答：反相键合相色谱在分离弱酸或弱碱样品的时候会发生拖尾的现象，可以在流动相中加入0.1~1%的甲酸、醋酸、二乙胺、三乙胺或氨水作为调节剂，抑制弱酸的解离或弱碱的质子化，以增加它们的分配系数。但需注意pH值。例如分离十二烷酸，可以加入少量的乙酸，抑制十二酸烷的离解，使他以游离酸的形式在键合相上分离。以获得对称的色谱峰。7、蒸发光散射检测器（ELSD）的工作原理是什么？蒸发光散射检测器是一种通用型的检测器，可检测挥发性低于流动相的任何样品，而不需要样品含有发色基团。蒸发光散射检测器灵敏度比示差折光检测器高，对温度变化不敏感，基线稳定，适合与梯度洗脱液相色谱联用。蒸发光散射检测器已被广泛应用于碳水化合物、类脂、脂肪酸和氨基酸、药物以及聚合物等的检测。工作原理雾化：液体流动相在载气压力的作用下在雾化室内转变成细小的液滴，从而使溶剂更易于蒸发。液滴的大小和均匀性是保证检测器的灵敏度和重复性的重要因素。UM-3000蒸发光散射检测器，通过对气压和温度的精确控制，确保在雾化室内形成一个较窄的液滴尺寸分布，使液滴蒸发所需要的温度大大降低。蒸发：载气把液滴从雾化室运送到漂移管进行蒸发。在漂移管中，溶剂被除去，留下微粒或纯溶质的小滴。UM3000蒸发光散射检测器采用低温蒸发模式，维持了颗粒的均匀性，对半挥发性物质和热敏性化合物同样具有较好的灵敏度。检测：光源采用650nm激光，溶质颗粒从漂移管出来后进入光检测池，并穿过激光光束。被溶质颗粒散射的光通过光电倍增管进行收集。溶质颗粒在进入光检测池时被辅助载气所包封，避免溶质在检测池内的分散和沉淀在壁上，极大增强了检测灵敏度并极大地降低了检测池表面的污染。8、写出基本色谱分离方程式，并说明分离度与n、α、k和关系。R为分离度，n为柱效，α为选择因子，k为容量因子(1)分离度与柱效的关系由分离方程式看出，具有一定相对保留值α的物质对，分离度直接和有效塔板数有关，说明有效塔板数能正确地代表柱效能。当固定相确定，被分离物质对的α确定后，分离度将取决于n。这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即：说明用柱长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子，通过降低板高，以提高分离度。（2）分离度与选择因子的关系：由基本色谱方程式判断，当α=1时，R=0。这时，无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，α大，选择性好。研究证明α的微小变化，就能引起分离度的显著变化。一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有效增大α值。（3）分离度与容量因子的关系：如果设如左图课看出：当k10时，随容量因子增大，分离度的增长是微乎其微的。一般取k为2-10最宜。对于GC，通过提高温度，可选择合适的k值，以改进分离度。而对于LC，只要改变流动相的组成，就能有效地控制k值。它对LC的分离能起到立竿见影的效果。2121221)(LLnnRR)1()1(4kkQRnQ9、请写出下列仪器的标准操作规程（任选择一种仪器）：UV2450紫外可见分光光度计，2695高效液相色谱仪，6890N气相色谱仪，AA800原子吸收分光光度计。二、填空题：1.多普勒变宽是由于原子在空间作无规则热运动所引起的，故又称热变宽。洛伦茨变宽则是则于被测原子与其它粒子碰撞而产生的谱线变宽，它随着气体压强增大而增加，故又称为压力变宽。2、对于火焰原子化法，在火焰中既有基态原子，也有部分激发态原子，但在一定温度下，两种状态原子数的比值Nj/N0一定，可用波尔兹曼（Boltzmann）方程式表示。3、原子化系统的作用是将试样中的待测元素由原子？形态转变为原子蒸气，原子化方法有火焰原子化法和无火焰原子化法。4、色谱法的显著特点包括高分离效能、高检测性能、分析时间快速。5、气相色谱法的主要不足之处是定性能力差、不适合分析不易气化或者不稳定性物质。6、组分从进样到柱后出现浓度最大值所需的时间定义为保留时间，其与死时间的差定义为调整保留时间。7、色谱的定量分析方法有面积归一化法、外标法、内标法。当组分中含有检测器不响应的组分时，不能用面积归一化法定量。8、红外光谱法主要研究振动中有偶极距变化的化合物，因此，除了单原子和同核分子等外，几乎所有的化合物在红外光区均有吸收。9、在红外光谱图中，4000-1250cm－1（课本是4000-1250，课件是4000-1300）范围区域的峰是由基团的伸缩振动产生的，基团的特征吸收一般位于此范围，它是鉴定基团最有价值的区域，称为特征区，在1250-200cm－1（课本是1250-200，课件是1300-400）区域中，当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的不同，称为指纹区。10、傅里叶变换红外分光光度计中的核心部件是干涉仪，它没有普通红外分光光度计中的色散元件。与普通红外分光光度计相比，它的主要特点是灵敏度高、波数精度高、分辨率高、扫描速度极快、光谱范围宽。11、紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁产生的，这种吸收光谱取决于价电子的性质。12、在紫外和可见光区范围内，有机化合物的吸收光谱主要由n→π＊、π→π＊、σ→σ＊和n→σ＊跃迁产生，其相对能量大小次序为：n→π＊π→π＊n→σ＊σ→σ＊。13、无机化合物的吸收光谱主要由电荷迁移跃迁和配位场跃迁产生。14、凡是可以使化合物在紫外-可见光区产生吸收的基团，叫生色团。通常为含有不饱和键的，可以产生n→π*跃迁、π→π*跃迁的官能团。15、VanDeemter方程在HPLC的表现形式H=A+B/u+Cu。故HPLC的塔板理论高度H主要由涡流扩散项A、分子扩散项B/u和传质阻力项Cu三项构成。16、以固体吸附剂为固定相，以液体为流动相的色谱法，称为液-固吸附色谱法，简称液-固色谱法。分离原理是根据物质吸附作用的不同来进行分离的，整个色谱过程即是溶质分子和溶剂分子对吸附剂活性表面的竞争吸附。（我写的是吸附、脱吸、再吸附、再脱吸的过程）17、色谱分离是基于样品组分在固定液和流动相之间分配系数不同而分离的色谱法称为液-液分配色谱，简称液-液色谱法。流动相极性小于固定相极性的称为正相色谱，样品中极性小的组分先流出色谱柱，极性大的组分后流出色谱柱。18、一般而言，硅胶基质化学键合相能耐受的酸度范围是pH2-8。低pH值条件下，硅烷键合于担体上的Si-O-Si键易水解。在高pH时，由于硅胶担体的快速溶解，产生的色谱柱床塌陷，一般硅胶基质的色谱柱不应在pH8时使用。19、在极性键合色谱法中，键合固定相的极性大于流动相的极性，适用于分离极性、中等极性化合物化合物。20、制备型HPLC分离方法的建立一般可以分析型HPLC分离条件作为条件优化的起点，寻找适合于制备性分离的最佳条件，然后放大应用到制备柱规模上。一般步骤：三、计算题：1、在某HPLC色谱系统中，系统的死时间为1.5min，某样品组分进样后9min出峰，试计算该组分在该系统中的容量因子。基本保留方程：tR=t0(1+k')所以，k'=(tR-t0)/t0=(9-1.5)/1.5=52、请计算HCl伸缩振动所产生的基频吸收峰的频率。已知键力常数k(H-C1)=5.1N/cm。k化学键力常数μ分子折合质量3、计算在2000K和3000K时Na589.0nm的激发态与基态的原子数之比？已知：gj/g0＝2。Ej＝hc/l＝(6.626×10-23J/s×3×1010cm/s)/(589.0nm×10-7cm/nm）＝2.107×1.60×10-19J＝3.37