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仪器分析完整版(详细)
发布时间:2021-09-29

  第一章 绪论 1.仪器分析是以物质的物理组成或物理化学性质为基础, 探求这些性质在分析过程中所产生分析 信号与被分析物质组成的内在关系和规律,进而对其进行定性、定量、进行形态和机构分析的一 类测定方法,由于这类方法的测定常用到各种比较贵重、精密的分析仪器,故称为仪器分析。与 化学分析相比,仪器分析具有取样量少、测定是、速度快、灵敏、准确和自动化程度高的显著特 点,常用来测定相对含量低于 1%的微量、痕量组分,是分析化学的主要发展方向。 2.仪器分析的特点:速度快、灵敏度高、重现性好、样品用量少、选择性高 局限性:仪器装置复 杂、相对误差较大 3.精密度:是指在相同条件下对同一样品进行多次测评,各平行测定结果之间的符合程度。 4、灵敏度:仪器或方法的灵敏度是指被测组分在低浓度区,当浓度改变一个单位时所引起的测 定信号的该变量,它受校正曲线的斜率和仪器设备本身精密度的限制。 5.准确度:是多次测定的平均值与真实值相符合的程度,用误差或相对误差来描述,其值越小准 确度越高。 6.空白信号:当试样中没有待测组分时,仪器产生的信号。它是由试样的溶剂、基体材质及共 存组分引起的干扰信号,具有恒定性,可以通过空白实验扣除。 7.本底信号:通常将没有试样时,仪器所产生的信号主要是由随机噪声产生的信号。它是由仪器 本身产生的,具有随机性,难以消除,但可以通过增加平行测定次数等方法减小; 、 8.仪器分析法与化学分析法有何异同: 相同点: ①都属于分析化学②任务相同: 定性和定量分析 不 同点:①与化学分析相比,仪器分析具有取样量少、测定快速、灵敏、准确和自动化程度高等特 点②分析对象不同:化学分析是常量分析,而仪器分析是用来测定相对含量低于 1%的微量、衡 量组分,是分析化学的主要发展方向 9.仪器分析主要有哪些分类:①光分析法:分为非光谱分析法和光谱法两类。非光谱法:是不涉 及物质内部能级跃迁的,通过测量光与物质相互作用时其散射、折射、衍射、干涉和偏振等性质 的变化,从而建立起分析方法的一类光学分析法。光谱法:是物质与光相互作用时,物质内部发 生了量子化的能级跃迁,从而测定光谱的波长和强度进行分析的方法,包括发射光谱法和吸收光 谱法②电化学分析法:是利用溶液中待测组分的电化学性质进行测定的一类分析方法。③色谱分 析法:利用样品共存组分间溶解能力、亲和能力、渗透能力、吸附和解吸能力、迁徙速率等方面 的差异,先分离、后按顺序进行测定的一类仪器分析法称为分离分析法。(气相色谱-GC、薄层色 谱法-TLC、高效液相色谱法-HPLC、离子色谱法-IC、超临界流体色谱-SFC)④其他分析方法:利 用生物学、动力学、热学、声学等性质进行测定的仪器分析方法和技术,如质谱分析法(MS),超速 离心法等。⑤分析技术联用技术:气相色谱—质谱(GC-MS),液相色谱—质谱(LC-MS) 10、仪器分析的联用技术有何显著优点? 多种现代分析技术的联用,优化组合,使各自的优点得到充分的发挥,缺点予以克服。展现 了仪器分析在各领域的巨大生命力;与现代计算机智能化技术的有机融合,实现人机对话,更使 仪器分析联用技术得到飞跃发展。 开拓了一个又一个的新领域, 解决了一个又一个技术上的难题。 有分析仪器联用和分析仪器与计算机联用。如新的过程光二极管陈列分析仪与计算机等技术的融 合,可进行多组分气体或流动液体的在线 多种气体,液体或蒸汽的测定 结果,真正实现了高速分析。同时,分析的精密度、灵敏度、准确度也有很大程度的提高。 第二章 分子吸光分析法 1、为什么分子光谱是带状光谱?答:因为分子跃迁产生光谱的过程中涉及能级 Ee,振动能级 Ev 和转动能级 Er 三种能级的改变。△E 总= △Ee+△ Ev+△Er。如果分子吸收红外线,则引起分子 的振动能级和转动能级跃迁,由于分子振动能级跃迁时,必然伴随着分子的转动能级跃迁,所以 它常是由许多相隔很近的谱线或窄带所组成; 如果分子吸收了 200—800nm 的 UV-Vis 时, 分子发 生电子能级跃迁时,必定伴随着振动能级和转动能级的跃迁,而许许多多的振动能级和转动能级 是叠加在电子跃迁上的,所以 UV-Vis 光谱是带状光谱。 2、何为生色团,助色团,长移,短移,浓色效应,淡色效应,向红基团和向蓝基团? 答:生色团就是分子中能吸收特定波长光的原子或化学键。助色团是指与生色团和饱和烃相连 且能吸收峰向长波方向移动,并使吸收强度增加的原子或基团,如-OH,-NH2。长移是指某些化合 物因反应引入含有未共享电子对的基团使吸收峰向长移动的现象又叫红移。短移是指吸收峰向短 波长移动的现象,又叫蓝移。浓色效应是指使吸收强度增加的现象,又叫增色效应。淡色效应是 指使吸收强度降低的现象。向红基团是指长移或红移的基团,如-NH2、-Cl。向蓝基团是指使波 长蓝移的基团,如-CH2。最大吸收峰:吸收曲线的峰叫吸收峰,其中吸收程度最大的峰叫做最大 吸收峰。最大吸收波长:最大吸收峰所对应的波长就做最大吸收波长。肩峰:在峰的旁边有一个 曲折的小峰叫肩峰。次峰:吸收程度仅次于最大吸收峰的波峰称为次峰。最小吸收波长:吸收曲 线的低谷称为波谷, 最低波谷所对应波长称为最小吸收波长。 末端吸收: 在曲线波长最短的一端, 吸收程度相当大,但并未形成波峰的地方。吸收曲线:又称吸收光谱,通常以入射光的波长为横 坐标,以物质对不同波长光的吸光度 A 为纵坐标,在 200—800nm 波长范围内所绘制 A-λ 曲线 为紫外-可见曲线。吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一。 1 3、光谱分析法:基于物质对不同波长光的吸收、发射等现象建立起来的一类光学分析法。原子 光谱是线光谱,分子光谱是带状光谱。 4、光的单色性:描述光纯度的参数,常用光谱线和半宽度来表示。半宽度△λ 越窄,光的单色 性越好,单色光越纯。半宽度:光最大强度 Imax 一半处的波长宽度,常用△λ (或者△v)表示, 单位为 nm。但由于受到单色仪器条件的限制,且谱线存在一个自然宽度,所以光谱线总有一定 的半宽度范围。锐线光:单色光的纯度很高,这样的单色光在光谱分析中称锐线、 丙酮 λ max 663nm(7.3×104) 丙酮:化合物所用的溶剂;663nm:最大吸收波长;7.3×104:最大吸收波长λ max 处的摩尔吸 光系数 6、何谓溶剂效应?为什么溶剂的极性增强时π 到π *跃迁的吸收峰发生红移,而 n 到π *跃迁的 吸收峰发生蓝移?答:溶剂效应:溶剂极性的不同会引起某些化合物的吸收峰发生红移或蓝移这 种作用称为溶剂效应。在π 到π *跃迁中,激发态的极性大于基态,当溶剂的极性增强时,由于 溶剂与溶质相互作用,通知的分子轨道π *能量下降幅度大于π 成建轨道,因而使π *与π 间的能 量差减少导致吸收峰红移。在 N 到π *跃迁中,溶质分子的 N 电子与极性溶剂形成氢键,降低了 N 轨道的能量,N 与π *轨道间的能量差增大,引起吸收带蓝移。 7、有机化合物分子的跃迁有哪几种类型?哪些跃迁能在紫外-可见光区吸收反应出来? 答:有机化合物分子的跃迁有:σ →σ * 、σ →π 、π →σ 、π →π *、n→σ * 、n→π *等 六种形式。其中π →π *、n→σ * 、n→π *的跃迁能在紫外-可见光区吸收光谱中反映出来。 8、什么是参比溶液?如何选择参比溶液,参比溶液的作用是什么? 参比溶液:是指测量时用作比较的,不含被测物质但其基体尽可能与试样溶液相似的溶液 参比溶液的作用:是在一定的入射光波长下调节 A=0,可以消除由比色皿,显色剂,溶剂和试剂 对待测组分的干扰。选择:当显色剂在测定波长下均无吸收时,用纯溶剂作参比溶液,称为溶剂 空白,若显色剂和其他试剂无吸收,而试液中共存的其他离子又吸收,则用不加显色剂的试液为 参比溶液,称为样品空白;当试剂显色剂有吸收而试液无色时,以不加试液的试剂显色剂按照操 作步骤配成参比溶液,称为试剂空白。适当的参比溶液在一定的入射光波长下调节 A=0,可以消 除由比色皿、显色剂、美对华钢格栅板“双反” 商务部指美损害中方利,溶剂和试剂对待测组分的干扰。 9、有机分子的吸收带有哪几种类型?产生的原因是什么?各有何特点? 答:①R 吸收带:由发色团(如﹥C=O、 —N=O、—N=N—)的 n→π *的跃迁产生的。特点 是:跃迁所需能量少,通常为 200—400nm,跃迁概率小,一般为?﹤100,属弱吸收带。 ②K 吸收带—共轭非封闭体系的π →π * 跃迁。特点是:跃迁吸收能量较 R 吸收带大,跃迁概率 大,一般?﹥1.0×104. 波长及强度与共轭体系数目、位置、取代基有关,共轭体系增加,吸收度 增加。③B 吸收带:由芳香族化合物中的 ? → ?*产生的。在 230—270nm 有一系列吸收峰, 为精细结构吸收带,?=102,当苯环上又取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中测定,苯的精细结构 部分消失或全部消失。④E 吸收带:由芳香族化合物中的 ? → ?*产生的。分为 E1 和 E2 带, E1 在 184nm 处强吸收,E2 在 204nm 处强吸收,是芳香族化合物的特征吸收带。 10、UV-Vis 分析法:光源→单色器→比色皿(样品室)→检测器→信号显示器 1. 光源:在整个 紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿 命。 可见光区: 钨灯作为光源, 其辐射波长范围在 350~1000 nm。 紫外区: 氢、 氘灯。 发射 200~ 400 nm 的连续光谱。2.单色器:将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光 的光学系统。单色器是紫外-可见分光光度计的核心部件,其性能直接影响光谱带宽、测定的灵敏 度、选择性、线性范围。紫外-可见分光光度计现多选用光栅,因光栅可在整个波长区提供良好的 均匀一致的分辨能力,而且成本低,便以保存。3.样品室:样品室放置各种类型的吸收池(比色 皿)和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一 般用玻璃池。 4.检测器:利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号,常用的有光电 池、光电管或光电倍增管。5. 结果显示记录系统:检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和 结果处理。 11、UV-Vis 分析法的应用:UV 光谱基本上是分子中生色团及助色团的特征,而不是整个分子的 特征(用来确定类) ,外界因素如溶剂的改变会影响吸收光谱,极性溶剂中精细结构消失成为一 个宽带,UV 光谱不能完全确定物质分子结构,需与红外吸收光谱、核磁共振、质谱等结合。不 能根据紫外就能判定某物质结构而只能确定物质的类别。1、定性分析: (研究有机化合物,尤其 是共轭体系很有用)①200—800nm 无吸收→链状或环状脂肪族化合物及简单的衍生物(不含双 链的共轭体系)②210—250 强吸收,?﹥1.0×104→两个共轭双键③210—300nm 强吸收→3~5 个 双键④270—350 弱吸收峰,并在 200—270 无吸收→含有孤对电子的未共轭生色团,如羰基⑤ 260nm 中强吸收→芳香环⑥多个吸收→长链共轭体系或稠环芳烃。方法:⑴比较法(相同仪器, 溶剂条件)[a、标准品①分析曲线全易见②最大吸收波长λ max b、UV 光谱图]⑵最大吸收波长 计算法:Scott 经验规则:计算苯的衍生贵族化合物的λ max a. 母体λ max=? 2 2、定量分析:⑴朗伯→比尔定律:A=?bc ?:摩尔吸光系数,L/mol/cm,仅与入射光波长、被测组分性质和温度有关,物质特质常数、定性 分析指标、?越大,定量灵敏度越高 ?﹥1.0×104 强吸收 ?=1.0×103~1.0×104 较强吸收 ?=1.0 ×102~1.0×103 中强吸收 ?﹤102 弱吸收 b:液层厚度 cm c:被测组分浓度 mol/L 在一定条 件下,A 与 b、c 的乘积成正比(必须:入射光为单色光,被照射物质是均匀的非散射性物质)紫 外-可见光谱法,浓度大于 0.01mol/L 时会偏离定律。 12、产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 答:1、条件:辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相匹配;辐射与物质分子 之间有偶合作用,即分子振动的必须伴随偶极矩的变化 2、不是。3、分子振动必须伴随偶极矩的 变化才能吸收光谱(如 He、Ne、O2、H2 等偶极矩为零的单原子分子和同核分子不产生红外吸收 光谱。 ) 13、何谓配对池?如何正确选择使用配对池? 答:吸收池由于在使用过程中受化学腐蚀或受摩擦的程度不同,因此在相同条件下测定的本底吸 光度有差异,差异最小的同一规格的吸收池称为配对池。工作时,用空气空白或蒸馏水空白在一 定波长下测定吸光度值,选择配对池投入使用,如果吸收池受污染严重,用适当的试剂处理并用 蒸馏水洗净后在进行选择,以提高测定的准确度。 14、进行红外光谱分析时,为什么要求式样为单一组且为纯样品?为什么式样不能含有游离水 分? 答:1、样品不纯混合物中各组分的光谱相互重叠未知混合物鉴定带来困难 2、水有红外吸收, 会引起严重的干扰,使样品的红外光谱失真而且会腐蚀吸收池 KBr 窗片,使透光性变差,因此式 样中不能含有游离水 15、为什么说红外光谱实质上是分子的震动-转动光谱?什么是基频吸收带? 答: 双原子分子通常同时具有振动和转动, 振动能态改变时总伴随着转动能态的改变, 产生光 谱称为振动-转动光谱, 其波长范围位于红外区。 其频吸收带是振动能级由基态跃迁至第一振动激 发态时所产生的吸收带,基频峰最强。 16、紫外可见可定性定量,红外可见可定性定量。 第四章 原子光谱分析法 1.原子吸收法有何特点?它与吸光度法比较有何异同?原子吸收光谱的特点:灵敏度高、精密度 好、选择性好、准确度高、分析速度快、应用广泛等。紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)与原子吸 收光谱(AAS)的相同点:①都是由基态跃迁到激发态②基本原理相同,都遵循朗伯-比尔定律, 都属于吸收光谱法③所测物质的状态都为液态 不同点:①分析对象不同: UV-Vis 是分子,AAS 是原子②UV-Vis 产生的是带状光谱 AAS 产生的是现状光谱③UV-Vis 主要是进行定量分析,但也 可以定性 (辅佐)AAS 主要用于定量分析④仪器设置不同: ; UV-Vis 的紫外光源是氢灯或氘灯 (D) , 可见光源为钨(W)灯或者碘钨灯;AAS 是空心极阴灯等光源发出的锐线光。其次是 UV-Vis 的 设备没有原子化器;AAS 的设备有原子化器⑤测定范围不同。 2、 原子吸收法主要有哪些干扰?怎样抑制或消除各举一例,加以说明。 答:原子吸收法主要有光谱干扰、电离干扰、化学干扰和物理干扰四大类。 (1)光谱干扰 ①非共振线的干扰:用减小单色器出射狭缝宽度的办法可改善或消除; ②空心阴极灯的发射干扰: 采用纯度较高的单元素灯和选用适当内充气并定期纯化灯内气体, 必要时甚 至要更换新灯,可减免这种干扰;③分子光谱吸收的干扰:用同一光源,可消除光路系统造成的差异。 例:灯内气体的发射线干扰:铬灯如果用氩作内充气体,氩的 357.7nm 线nm 谱线。灯 内的氢气等杂质气体的背景辐射同样使灵敏度下降并使标准曲线弯曲。 因此, 应选用适当内充气, 并用 反接灯极的方法定期纯化灯内气体,必要时可考虑更换新灯。 (2)电离干扰:加入大量的更易电离的非待测元素,即消电离剂,使其电离产生大量的电子,抑制被 测元素的电离。 例:电离电位小于 6eV 的元素如碱金属、碱土金属特别容易产生电离干扰。可加入大量 的更易电离的非待测元素, 使其电离产生大量的电子, 从而抑制被测元素的电离, 提高分析的准确度和灵 敏度。 (3)化学干扰:根据具体情况加入某些试剂,是抑制化学干扰的常用方法,主要有加入释放剂、使氧 化剂还原、 加入保护剂和加入缓冲剂, 此外还有标准加入法控制化学干扰和用溶剂萃取等化学分离的方法 除去干扰素。 例:加入释放剂:试样中有 PO 存在时对钙的测定有严重干扰,这是由于生产难挥发、难 离解的焦磷酸钙:2CaCl2+2H3PO4=Ca2P2O7+4HCl+H2O。如果向试样中加入足量的氯化镧,由于 PO 生产 了更难离解的磷酸镧,使钙仍以氯化物的形成进入火焰进行原子化:H3PO4+LaCl3=LaPO4+3HCl。 (4)物理干扰:消除的方法是尽量保持试剂与标准溶液的物理性质和测定条件一致。 例:温度不同, 将引起试剂中溶剂和溶质的蒸发、运动速率等变化而造成干扰,所以要保持温度一致。 3、使谱线变宽的主要因素有哪些?它们对原子吸收法的测定有什么影响? 答: 引起谱线变宽的因素很多: 一是原子内因性质所决定的另一则是有外界影响引起的, 谱线 基团λ →计算值(λ max+λ ) b.样品λ max 测定值 → 对比(注:经验规则、溶剂效应) 响原子吸收分析的灵敏度和准确度。具体的说主要有自然变宽、热变宽、压力变宽、谱线叠加变宽、自吸 变宽。 4、什么是正常焰,富燃焰,贫燃焰?为什么说原子吸收分析中一般不提倡使用燃烧速度太快的 燃气? 答: 正常焰是按化学计量配比的, 富燃焰燃助比大于化学计量配比值, 贫燃焰燃助小于化学计 量配比值,富燃焰具有还原性,贫焰燃的氧化性强。如果燃烧速度大于供气速率火焰可能会在燃 烧气或雾化室内燃烧,将损坏仪器甚至可能发生爆炸。 5.共振线:人们把原子在基态与激发态之间的相互跃迁称为共振跃迁,由此产生的谱线、何谓锐线光源?原子吸收法中为什么要采用锐线光源? 答: 锐线光源是空心阴极灯中特定元素的激发态, 在一定条件下发出的半宽度只有吸收线五分之一的辐 射光。由于原子吸收谱线nm,要进行原子测量,不但要求光源发出光的中心频率 与吸收谱线的中心频率完全一致, 便于吸收, 而且要求光源单色光的半宽度小于吸收谱线的半宽度, 便于 进行灵敏地测定。 如果像分子吸收光谱法那样采用一个连续光源, 即使采用质量很高的单色器, 获得 0.2nm 的纯度较高的光作为原子吸收法的入射光, 也只有很少一部分光被吸收 (1%左右) 而绝大部分的光透过, , 使产生的吸光度很小且又不易区别。 即入射光和透过光的强度几乎没有什么差异, 吸光度 A 接近于零, 测 定根本无法进行,而由普通的单色器很难得到半宽度小于 0.2nm 的单色光,满足不了原子吸收法的要求。 而只有采用锐线光源测量谱线的吸峰值吸收后才能得以解决。 7、石墨炉原子化法有何优缺点?简述原子气化原子化法测定 As、Hg 的基本原理。 答:石墨炉原子化法的优点:①需要量少、灵敏度高;②试样利用率高,可达 90%以上;③可直接测定 黏度较大的试液和固体样品; ④整个原子化过程是在一个密闭的配有冷却装置的系统中进行, 较安全, 且 记忆效应小。 缺点:因多采用人工加样,精密度不高,且装置复杂,操作不简便,分析速率较慢。 原子气化原子化法测定 As 的基本原理:在反应瓶中放入试液,通入 Ar 或 N2 排尽空气后,加入还原剂 KBH4(或 NaBH4) ,As3+在盐酸介质中发生反应:AsCl3+4KBH4+HCl+8H2O=AsH3↑+4KCl+4HBO2+13H2↑,反 应产生的砷化氢气体待反应完全后,用 Ar 或 N2 送入原子化装置进行测定。 测定 Hg 的基本原理: 将试液中的汞离子用 SnCl2 等强还原剂还原为金属汞, 然后用 N2 将汞蒸气吹入置 于汞灯照射光程的石英窗吸收管内进行测定。 8、原子吸收定量分析方法有哪几种?各使用于何种场合? 答: ①标准曲线法:适用于测定与标准溶液组成相似的批量试液,但由于基本及共存元素干扰, 其分析结果往往会产生一定的偏差。②标准加入法:计算法,必须在测定的线性范围内使用,加 标量不可太多。作图法,标准加入法要求待测元素的浓度在加入标准后仍呈良好的线性,所以应 注意标准溶液的加入量,此方法不适合于大批样品的测定。③浓度直接法:该法不用标准曲线, 快速简便,但必须保证仪器工作条件稳定,试液于标准溶液操作条件相同。④双标准比较法:采 用两个标准溶液进行工作。⑤内标法:在标准溶液和待测液中分别加入一定量试样中不存在的内 标元素,同时测定分析线和内标线强度比,并以吸光度的比对待侧元素含量绘制标准曲线、原子吸收的主要部分和作用:光源—原子化系统—分光系统—检测系统 ①光源:提供稳定光源②原子化系统:将试样中的待测元素转变成气态的能吸收特征辐射的基态 原子。 ③分光系统: 把待测元素的共振线与其他干扰谱线分离开来, 只让待测元素的共振线通过。 ④将待测的光信号转换为电信号,经放大后显示出来,与 UV-Vis 相同。计算: 将试样分成完全等同的两份:一份不加标准液,设待测元素浓度为 Cx,测得其吸光度为 Ax,另一 份加标准液,其浓度增加值设为 Co,在此溶液中待测元素的总浓度为(Cx+Co) ,在完全相同的条 件下测得其吸光度为 Ao,则 Ax=KCx Ao=K(Cx+Co) Cx=(Ax/Ao-Ax)·Co 第八章 色谱分析导论 1、色谱分析法的最大特点是什么?它有哪些类型? 答:色谱分析法的最大特点是:色谱分离分析技术具有选择性好、分离效能高、灵敏度高、分析速度快 等优点;不足之处是对未知物不易确切定性。当与质谱、红外光谱、核磁共振等方法联用时,不仅可以确 切定性, 而且更能显现色谱法的高分离效能。 色谱法与现代新型检测技术和计算机技术相结合, 出现了许 多带有工作站的自动化新型仪器,使分析水平有了很大提高,建设银行福建省分行 全力做好,解决了一个又一个技术难题。 按两相状态分类分为气相色谱法(GC) 【气液色谱(GLC) 、气固色谱(GSC)、液相色谱法(LC) 】 【液液 色谱 (LLC) 薄层色谱 、 (TLC) 液固色谱 、 (LSC) 键合色谱 、 (CBPC) 凝胶色谱 、 (GPC) 离子交换色谱 、 (IEC)、 】 超临界流体色谱法(SFC)等; 2、从色谱流出曲线上通常可以获得哪些信息?从色谱图上可以获得以下信息:①根据色谱峰的各种保 留值,可以进行定性分析;②根据色谱峰的面积、峰高,可以进行定量分析;③很久色谱峰的保留值及其 区域宽度, 可以评价色谱柱的分离效能以及相邻两色谱峰的分离程度; ④根据色谱峰两峰间的距离, 可以 评价固定相或流动相的选择是否得当;⑤根据色谱峰的个数,可以判断样品所含组分的最少个数。 3、塔板理论:马丁和辛格提出,是一个半经验理论。它从热力学角度形象地描述了溶质在色谱柱中的 分配平衡和分离过程, 成功地解释了色谱峰的正态分布现象和浓度极大值的位置, 提出了计算和评价柱效 的一些参数。忽视了组分分子在两相中的扩散和传质的动力学过程问题。 4 4、 速率理论:范第姆特提出 5、 对某一组分来说, 在一定柱长下, 色谱峰的宽窄主要取决于组分在色谱柱在的:分配系数和塔板理论 数。 6、 通常用 R=1.5 作为相邻两色谱完全分离的指标。 第九章 气相色谱法 1、气相色谱分离原理: (主要是吸附和分配) 答: 气相色谱的流动相为惰性气体,气--固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂为固定相。 当多组分的混合物样品进入色谱柱后, 由于吸附剂对每个组分的吸附力不同, 经过一定时间后, 各组分在 色谱柱中的运行速度也就不同。 吸附力弱的组分容易被解吸下来, 最先离开色谱柱进入检测器, 而吸附力 最强的组分最不容易被解吸下来, 因此最后离开色谱柱。 各组分在色谱柱中彼此分离, 顺序进入检测器中 被检测、记录下来。 气-液色谱中,一均匀地涂在载体表面的液膜为固定相,这种液膜对各种有机物都有一定的溶解度。当 样品中含有多个组分时, 由于他们在固定相中的溶解度不同, 经过一段时间后, 各组分在柱中的运行速度 也就不同。溶解度小的组分先离开色谱柱,而溶解度大的组分后离开色谱柱。这样,各组分在色谱柱中彼 此分离,然后顺序进入检测器中被检测、记录下来。 2、气相色谱流程:载气(流动相)+样品(汽化)—混合—分离柱(固定相)—分离—检测器 —﹥记录 3、气相色谱仪:由五大系统组成:气路系统—进样系统—分离系统—温控系统—检测记录系统。 ①气路系统:通过该系统可获得纯净的、流速稳定的载气。 ②进样系统:是把待测样品(气体或液体)快速而定量地加到色谱柱中进行色谱分离的装置,包括进样 装置和汽化室。 ③分离系统: 由色谱柱组成, 是色谱仪的心脏, 安装在温控的柱室内用于分离样品。 色谱柱主要有两类: 填充柱和毛细管柱。 ④温控系统:是对气相色谱的汽化室、色谱柱和检测器进行温度控制的装置。 ⑤检测记录系统包括:检测器、放大器和记录仪。 4、对担体的要求: 理想的担体应是能牢固地保留固定液并使其呈均匀薄膜状的无活性物质, 为此, 担体应具有足够大的表 面积和良好的孔穴结构, 以便使固定液与试样间有较大的接触面积, 且能均匀地分布成一薄膜。 但担体表 面积不宜太大,否则易造成峰拖尾;担体表面应呈化学惰性,没有吸附性或吸附性很弱,更不能与被测物 起反应。此外,担体还应形状规则、粒度均匀,具有一定的机械强度和浸润性以及好的热稳定性。 5、对固定液的要求: 第一,选择性要好。其选择性可用相对保留值 r2,1 来衡量。 第二,热稳定性好。在操作温度下,不会发生聚合、分解和交联等现象,并且有较低的气压。通常,固 定液有一个“最高使用温度” 。 第三,化学稳定性好。固定液不能与试样或载气发生不可逆的化学反应。 第四,对试样各组分有适当的溶解能力。 第五,粘度低、凝固点低,以便在载体表面能均匀分布。 6、固定液的选择: 一般可按“相似相溶”原则来选择固定液。所谓相似是指待测组分和固定相分子的性质(极性、官能团 等)相似,此时分子间的作用力强,选择性高,分离效果好。具体说来,可从以下几个方面进行考虑: (1)分离非极性物质,一般选用非极性固定液。此时试样中各组分按沸点次序流出,沸点低的先流出, 沸点高的后流出。如果非极性混合物中含有极性组分,当沸点相近时,极性组分先出峰。 (2)分离极性物质,则宜选用极性固定液。试样中各组分按极性次序流出,极性小的先流出,极性大 的后流出。 (3)对于非极性和极性的混合物的分离,一般选用极性固定液。这时非极性组分先流出,极性组分后 流出。 (4)分离能形成氢键的试样,一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢 键能力的大小先后流出,最不易形成氢键的先流出,最易形成氢键的后流出。 (5)对于复杂的难分离物质,则可选用两种或两种以上的混合固定液。 (6)样品极性未知时,一般先用最常用的几种固定液做实验,根据色谱分离的情况,在 12 种固定液中 选择合适极性的固定液。 7、检测器:常用的是热导检测器(TCD)、火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)和火焰光度检 测器(FPD)四种。 TCD 是气相色谱常用的检测器,对无机物和有机物都有响应,线性范围宽且不破坏样品,是应用最广、 最成熟的气相色谱检测器之一。但其灵敏度较低,一般适用于常量及含量在 1.0*10-6 数量级以上的组分 分析。 FID 对含碳有机物有很高的灵敏度,只对有机化合物产生信号,不能检测永久性气体、水、CO、CO2、 氮氧化物、H2S 等物质,且经 FID 检测后,样品被破坏,不能进行收集。 5 ECD 是一种高灵敏度、高选择性(只具有电负性有机物最有效的检测器,已广泛用于农药残留、大气及 水质污染分析以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域。但其线性范围窄,响应易受操作条件的影 响,重现性较差。 FPD 又称硫、磷检测器,是一种对含硫、磷有机化合物具有高选择性好高灵敏性的质量型检测器,可用 于大气中痕量硫化物以及农副产品、水中的纳克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。 8、定性分析方法:①用已知纯物质对照定性;②用经验规律和文献值进行定性分析;③与其他方法结 合定性 9、定量分析方法:归一化法、外标法、内标法 10、色谱柱及柱温的选择: (1)色谱柱:选择好固定相后,柱效率受色谱柱形、柱内径和柱长的影响。通常螺旋形及盘形柱效高 且体积小,为一般仪器所采用。 增加柱长可使理论塔板数增大,但同时峰宽也会加大,分析时间延长,柱压也增加,因此填充柱柱长要 R 2 n L 合适。一般柱长选择以使组分能完全分离,分离度达到所期望的值为准。 ( 1 ) ? 1 ? 1 R2 n2 增加内径可增加柱容量,但由于纵向扩散路径也随之增加,使柱效下降。一般 3~6mm。 L 2 (2)柱温:一般原则是:在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下,采取适当低的柱温,但应以 保留时间适宜,峰形不拖尾为度。同时柱温不能超过固定液的最高使用温度,以免造成固定液流失。 12、气相色谱法的特点:分离效率高、灵敏度高、选择性好、分析速度快、应用范围广。 第十章 高效液相色谱法及超临界流体色谱法 1、高效液相色谱法(HPLC),又称高压或高速液相色谱法,是一种以高压输出的液体为流动相的色谱技 术。与气相色谱法相比,具有以下优点: (1)气相色谱法只能分析气体和沸点较低的化合物,可分析的有机物仅占有机物总数的 20%,对于那些 沸点高、热稳定性差、相对分子质量大的有机物,主要采用高效液相色谱法进行分离和分析。 (2)气相色谱法的流动相是惰性气体, 仅起运载作用。 高效液相色谱法中的流动相可以选择不同极性的 液体,与固定相竞争对组分的作用,使高效液相色谱增加了一个控制和改进分离条件的参数。因此,通过 改变固定相和流动相可以提高 HPLC 的分离效率, (3)气相色谱法一般都在较高温度下进行分离和测定,其应用范围受到较大的限制。HPLC 一般在室温 下进行分离和分析,不受严密挥发性和高温下稳定性的限制,适于分离分析生物大分子、离子型化合物、 不稳定天然产物和各种高分子化合物。 (4)HPLC 除用于分离和分析外,还可用于制备。 2、提高柱效的措施:①采用颗粒小而均匀的填料填充色谱柱,且填充尽量均匀,以减少涡流扩散;② 采用表面多孔的固定相作填料可减小填料的孔隙深度, 以减小传质阻力; ③使用小分子溶剂作流动相, 以 减小流动相粘度; ④适当提高柱温以提高组分在流动相中的扩散系数; ⑤降低流动相流速可降低板高, 但 太低又会引起组分分子的纵向扩散, 固流动相流速应适当。 由于 H 与 d2p 成正比, 在减小填料粒度的同时, 孔隙深度也随之减小,故减小填料粒度是提高柱效的最有效途径。 3、化学键合:通过化学反应将有机分子键合在担体(一般为硅胶)表面形成单一、牢固的单分子薄层 而构成的填充剂, 采用的键合反应有酯化键合、 硅氮键合和硅烷化键合等, 其中以硅烷化键合反应最为常 见。 化学键合相的特点: ①固定相不易流失, 柱的稳定性和寿命较高; ②耐受各种溶剂, 可用于梯度洗脱; ③表面较为均一,没有液坑,传质快,柱效高;④能键合不同基团以改变其选择性,是 HPLC 较为理想的 固定相。 4、按照固定相和流动相的极性差别,液液分配色谱可分为正相色谱法和反相色谱法两类 正相色谱法的流动相极性小于固定相,在正相色谱中,固定相是极性填料,而流动相是非极性或弱极性 的溶剂,样品中极性小的组分先流出,极性大的组分后流出,适用于分析极性化合物。反相色谱法的流动 相极性大于固定相,极性大的组分先流出色谱柱,极性小者后流出,适用于分析非极性化合物。 5、高效液相色谱仪主要有四部分:高压输液系统、进样系统、分离系统(色谱柱)和检测系统。 6、超临界流体色谱与气相色谱和高效液相色谱的仪器比较的主要差别有:①高效液相色谱仪只在柱出 口加高压, 而超临界流体色谱仪整个都处在足够的高压下。 只有这样才能是流动相处于高密度状态, 增强 洗脱能力, 因此必须有程序升压的精密控制设备。 ②色谱柱的控温系统与气相色谱仪类似, 但必须很精密。 ③超临界流体色谱必须装有毛细管限流器,以实现限流器两端相的瞬时转变。 7、超临界流体色谱法与其他色谱法比较。 (方法比较) 答:与高效液相色谱法相比,超临界流体色谱的柱效一般比高效液相色谱高,分析时间比高效液相色谱 短。这是因为超临界流体的黏度低,可以用高的流动相流速,有利于缩短分析时间。 与气相色谱法相比, 超临界流体色谱具有以下优点: ①由于流体的扩散系数和黏度介于气体和液体之间, 因此超临界流体色谱法的谱带展宽比气相色谱法要窄;②流体不仅携带溶质移动,而且会参与选择竞争; ③超临界流体色谱可用比气相色谱低的温度实现对大分子物质、热不稳定化合物和高聚物等的有效分离。 从应用范围看,超临界流体色谱法常用于分析极性强,吸附性差,热不稳定和难挥发的不宜用气相色谱 法分析的一些物质; 可以分析相对分子质量范围比气相色谱法大几个数量级的物质, 基本上与高效液相色 谱法相当。但超临界流体色谱仪结构复杂,可选择的流动相数目有限。 6 8、梯度洗脱是指在一个分析周期中,按一定的程序连续改变流动相中溶剂的组成和配比,使样品中的 各个组分都能在适宜的条件下得到分离。梯度洗脱的优点是:可以改善峰形,提高柱效,减少分析时间, 使强保留成分不易残留在柱上,从而保持柱子的良好性能。 第12章 1、核磁共振波谱法(NMR)属于吸收光谱分析法,它必须置于强磁场中,研究其具有磁性的原子核对射 频辐射(4~600MHz)的吸收。 2、质谱法:主要是通过对离子质荷比(m/z)的分析来实现对样品进行定性和定量的一种分析方法。其 最终测定的是离子。 3、离子源:把样品分子离子化,并得到带有样品信息的离子。 4、质谱联用技术的关键是解决与质谱的接口以及相关信息的高速获取与储存问题。 气相色谱-质谱联用 是最早的联用技术。 7