仪器分析简答题.docx

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11．原子吸收谱线变宽的主要因素有哪些？

一方面是由激发态原子核外层电子决定，如自然宽度；一方面是由于外界因素，多普勒变宽，碰撞变宽，场致变宽，压力变宽、自吸变宽、电场变宽、磁场变宽等。

1.自然宽度：

谱线固有宽度，与原子发生能级间跃迁的激发态原子的有限寿命有关。

可忽略

2.多普勒变宽：

由于无规则的热运动而变化，是谱线变宽主要因素。

3.压力变宽：

由于吸光原子与蒸汽中原子相互碰撞而引起能级的微小变化，使发射或吸收的光量子频率改变而变宽。

与吸收气体的压力有关。

包括洛伦兹变宽和霍尔兹马克变宽。

场致变宽：

在外界电场或磁场作用下，原子核外层电子能级分裂使谱线变宽。

自吸变宽：

光源发射共振谱线被周围同种原子冷蒸汽吸收，使共振谱线在V0处发射强度减弱所产生的谱线变宽。

原子吸收谱线变宽主要原因是受多普勒变宽和洛伦兹变宽的影响

12．说明荧光发射光谱的形状通常与激发波长无关的原因。

由于荧光发射是激发态的分子由第一激发单重态的最低振动能级跃迁回基态的各振动能级所产生的，所以不管激发光的能量多大，能把电子激发到哪种激发态，都将经过迅速的振动弛豫及内部转移跃迁至第一激发单重态的最低能级，然后发射荧光。

因此除了少数特殊情况，如S1与S2的能级间隔比一般分子大及可能受溶液性质影响的物质外，荧光光谱只有一个发射带，且发射光谱的形状与激发波长无关。

13．有机化合物产生紫外-可见吸收光谱的电子跃迁有哪些类型？

在有机分子中存在σ、π、n三种价电子，它们对应有σ-σ*、π-π*及n轨道，可以产生以下跃迁：

1.σ-σ*跃迁:

σ-σ*的能量差大所需能量高，吸收峰在远紫外（<150nm）饱和烃只有σ-σ*轨道，只能产生σ-σ*跃迁，例如：

甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm（<150nm）

2.π-π*跃迁:

π-π*能量差较小所需能量较低，吸收峰紫外区（200nm左右）不饱和烃类分子中有π电子，也有π*轨道，能产生π-π*跃迁：

CH2=CH2,吸收峰 165nm。

（吸收系数大，吸收强度大，属于强吸收）

3.n-σ*跃迁:

n-σ*能量较低，收峰紫外区（200nm左右）（与π-π*接近）含有杂原子团如：

-OH，-NH2，-X，-S等的有机物分子中除能产生π-π*跃迁外，同时能产生n-σ*跃迁

4.n-π*跃迁:

n-π*能量低吸收峰在近紫外可见区（200~700nm）含杂原子的不饱和基团，如-C=O，-CN等

各种跃迁所需能量大小次序为：

σ-σ*>n-σ*>π-π*>n-π*

除外分子内部还有电荷迁移跃迁，指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁，实质是氧化还原过程，相应的光谱最大特点是摩尔吸光系数较大。

14、简单说明紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、原子吸收光谱法的定量原理和依据是什么？

请画出紫外分光光度法仪器的组成图（即方框图），并说明各组成部分的作用？

答：

作用：

光源：

较宽的区域内提供紫外连续电磁辐射。

单色器：

能把电磁辐射分离出不同波长的成分。

试样池：

放待测物溶液

参比池：

放参比溶液

检测器：

检测光信号（将光信号变成电信号进行检测）

记录器：

记录并显示成一定的读数。

四．质谱法

14、请简述质谱仪的组成。

组成:

高真空系统、样品导入系统、离子源、质量分析器和离子检测器及记录装置

①高真空系统由旋转泵和扩散泵串联而成，可用分子泵获得更高的真空度。

②样品导入系统可分为直接进样和色谱联用导入样品。

③离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。

④质量分析器是将离子源中形成的离子按质荷比差异分离的装置。

⑤检测器是将微弱的离子流信号接收放大并送至显示单元及数据处理系统得质谱图及数据

15、请简述质谱仪的主要性能指标。

1、质量测定范围表示它能分析试样相对质量的范围。

2、分辨率指分离相邻质量数离子的能力，对两等强度的相邻峰峰谷不大于峰高10%时两峰实现分离。

由离子通道的半径、加速器与收集器狭缝宽度、离子源的性质决定，分辨率在500左右。

进行准确的同位素质量及有机分子质量的准确测定时需分辨率大于10000的仪器。

3、灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度等。

绝对指仪器可检测的最小试样量；相对是仪器可同时检测的大小组分含量之比；分析指输入与输出仪器的信号比。

16、请简述有机分子质谱中的主要裂解形式。

Ⅰ、α—裂解C-X或C=X基团α键的裂解Ⅱ、β—裂解如下：

1．苄基裂解2．烯丙基裂解3．麦氏重排裂解4．RDA裂解5．八元环过渡态氢重排β-裂解

17、论述磁分析器、四极滤质器、飞行时间质量分析器在仪器结构、工作原理上的差异。

磁分析器仪器结构：

分为单聚焦和双聚焦磁。

单聚焦是处于扇形磁场中的真空扇形容器。

双聚焦磁是将一扇形静电场分析器置于离子源和扇形磁场分析器间。

工作原理：

基于磁偏转原理，使不同质荷比的离子束按空间位置分开

四极滤质器仪器结构：

四根棒状电极组成。

工作原理：

由直流和射频叠加的四极场构成。

不同质荷比离子在给定场中作轨道稳定或不稳定的运动，稳定的离子被收集，不稳定的被滤除。

飞行时间质量分析器仪器结构：

一长直的离子漂移管。

工作原理：

由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。

离子质量越大到达接收器所用时间越长，据此可把不同质量的离子按m/z值大小分离

18、论述真空系统对质谱仪的重要性。

真空系统的作用是减少离子碰撞损失。

如果真空度过低，将会引起：

1.大量氧会烧坏离子源灯丝。

2.引起其他分子离子反应，使质谱图复杂化。

3.干扰离子源正常调节4.用作加速离子的几千伏高压会引起放电。

19比较不同离子源对有机分子质谱图的影响。

十．色谱法导论

23、色谱法可以分为哪些类型，其所遵循的分类原则是什么？

按流动相和固定相的分子聚集状态：

气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱法

按操作形式：

柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法

按色谱过程的分离机制：

分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、分子排阻色谱法

24、请简述提高色谱分离度的方法有哪些？

1选择合适的固定，改变流动相组分比例2.不同样品改变不同参数，如PH值、换柱子、降低进样量、降低流速、降低程序升温速率等3.改变洗脱剂的比例4.增加柱温5.降低塔板高度、增加相对保留时间。

多是通过保留时间的调整

25、请简述色谱法定性、定量分析的方法。

定性分析鉴定试样中各组分。

主要依据保留值即选择性因子和保留指数。

亦可基于检测器给出选择性响应信号及其他分析仪器联用定性。

1、保留值定性:

与已知物对照定性只能鉴定已知物，主要按保留值经验规律定性。

2、选择性检测响应定性：

有通用型和选择性检测器，前对所有化合物响应后只对某些类型

3、色谱-结构分析仪器联用：

将分析仪器作色谱检测器，色谱高分离能力与结构分析仪器成分鉴定能力结合，是最有效的复杂混合物成分分离、鉴定技术。

定量依据被测物的量与它在色谱图上峰面积/峰高成正比。

数据处理软件给出（包括峰高和峰面积）多种色谱数据。

通常采用峰面积进行定量分析。

内标法、外标法、峰面积归一化法。

26、请简述色谱踏板理论及其对色谱实验的指导意义。

将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。

一个色谱柱的塔板数越多，其分离效果就越好。

四个假设：

①在柱内1个理论塔板高度内组分分配瞬间达到平衡②流动相进入色谱柱是脉动式，每次进流动相为一塔板体积③样品和流动相均加在0号塔板上，忽略样品沿柱向的扩散④分配系数在各塔板上是常数。

指导意义：

1.从热力学角度解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的位置，提出了评价柱效高低的n和H的计算式。

2.当色谱柱长度一定时，塔板数n越大，被测组分在柱内被分配的次数越多柱效能则越高，所得色谱峰越窄。

即使分配系数微小差别，仍可得好的分离效果。

3.不同物质在同一色谱柱上分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度为衡量柱效能指标时应指明测定物。

27、试回答色谱流出曲线可以提供哪些信息？

基线：

柱中流动相通过时检测器检测到的信号，稳定的基线是一水平直线。

色谱峰：

某组分从色谱柱流出时检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线

保留值：

保留时间：

组分从进样到出现色谱峰最大值所需时间。

死时间：

分配系数为零的组分即不被固定相吸附溶解组分的保留时间

28、试论述色谱速率理论的主要内容及其对色谱法的指导意义。

由H=A+B/u+CuA：

涡流扩散项B：

纵向扩散项C：

传质阻力项H：

理论塔板高度u：

流动相的平均线速度，可见减小A、B、C可降低H提高柱效，存在着最佳流速。

A产生：

样品进入色谱柱遇固定相颗粒阻力，路径不同涡流扩散。

s颗粒物小填充越匀,A↓

B/u分子扩散项产生：

样品于柱的很小一段空间中，其纵向存在浓度差形成浓度梯度，运动着的分子产生纵向扩散。

Cu包括流动相相传质阻抗Cm和固定相CsC=（Cm+Cs）

指导意义：

1、可看出造成色谱峰扩展柱效下降的原因。

组分运行的多路径，涡流扩散浓度梯度造成的分子扩散及传质阻力等因素

2、通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。

3、各种因素相互制约帮助选最佳条件使柱效达最高。

柱温升高有利传质但加剧分子扩散

十一.气相色谱法

4、分别说明气相色谱仪中的TCD、FID、ECD、FPD、NPD检测器的工作原理。

TCD（热导检测器）物质都具导热能力且组分不同导热能力不同，金属热丝（热敏电阻）有电阻温度系数

FID（氢火焰离子化检测器）以氢气空气燃烧的火焰为能源，含碳有机物燃烧产生离子在外加电场作用下定向运动成微弱的离子流，经高电阻放大转换为电压信号被记录或经A/D转换被记录得色谱峰

ECD（电子捕获检测器）63Ni/3H作放射源的离子化检测器，用于检测较高电负性的化合物

FPD（火焰光度检测器）用一温度2000—3000K的富氢火焰作发射源的发射光谱仪。

当有机磷、硫化合物进入时产生HPO碎片发出480—600nm特征波长的光，以适当滤光片分光，经光电倍增管把光强转成电信号进行测量，经放大后记录。

NPD（氮磷检测器）质量检测器，用于分析氮，磷化合物的高灵敏度高选择性检测器，将一种涂有碱金属盐类化合物的陶瓷珠放置在燃烧的氢火焰和收集极间，当试样蒸气和氢气流通过时，化合物从被还原的碱金属蒸气上得电子，失电子的碱金属开成盐再沉积到陶瓷珠的表面

5、气液色谱和气固色谱的不同之处？

气固色谱：

固定相为多孔性固体吸附剂，分离基于溶质与固体吸附能力差异

气液色谱：

高沸点有机化合物固定在惰性载体上形成的液膜为固定相，分离基于溶质在固定相的溶解能力不同导致分配系数差异

6、气相色谱操作中如何选择载气种类及速度？

常用:

高纯氢气、氮气、氦气、氩气一般由压钢瓶供给，氢气、氮气也可由气体发生器供给。

载气通常都要经过净化装置出去载气中的水分、氧及烃类杂质。

一般采用减压阈、稳流阈串联组合实现载气流速的调节和稳定。

现在常采用电子减压调控器或电子流量控制器。

7、气相色谱中色谱柱的使用上限温度取决于什么？

柱温↑分离度↓色谱峰变窄变高，被测组分挥发度和在气相中浓度↑，K↓tR↓低沸点组份峰易重叠。

柱温↓，分离度↑，分析时间↑。

对难分离物质降低柱温可一定程度内使分离改善但不可能完全分离，因两组分相对保留值和峰宽都增加，后者的增加快于前者时两峰交叠更严重。

柱温选择接近或略低于组分平均沸点的温度。

组分复杂沸程宽的用程序升温

8、气相色谱中常采用程序升温的原因？

是在一分析周期内柱温呈线性或非线性增加，宽沸程的混合物中低沸点组分因柱温太高色谱峰变窄、互相重叠；高沸点组分因柱温太低洗出峰很慢、峰形宽且平。

采用程序升温使混合物中沸点不同的组分能在最佳的温度下洗出色谱柱以改善分离效果，缩短分析时间。

9、气相色谱毛细管柱与普通填充柱相比优势在？

它用内壁涂有薄而匀的固定液膜的毛细管代替填充柱，分离能力高。

柱效高、分离度效能高、分析时间短、高灵敏度、柱压低，可制作较长柱子，可分析复杂试样且用量少。

是分离复杂多组分混合物及多项目分析的主要手段

十二.高效液相色谱法

11简述高效液相色谱仪的主要组成部分

高压泵、梯度洗提装置、进样器、色谱柱、检测器、恒温器、记录仪、流动相溶剂储器

12简述紫外吸收检测器的组成与工作原理

组成：

光源、单色器、流通池/吸收池、接收和电测器件

原理是Lambert-Beer定律，当一束单色光透过流动池时，若流动相不吸收光则吸收度A与吸光组分的浓度和流动池的光径长度成正比。

测得物质的透光率，然后取负对数得到吸收度。

13简述二极管阵列检测器的组成与工作原理

组成:

钨灯，光闸，氘灯，透镜，检测池，透镜，狭缝，全息光栅，1024个二极管阵列。

原理：

进入流通池的是获得全部紫外波长的色谱检测信号，提供组分的光谱定性信息，光源发出复合光聚焦后射到流通池上，透过光经全息凹面衍射光栅色散投射到二百到一千多二级管阵列而被检测，可同时检测190~700nm波长的全部信号

14简述荧光检测器的组成与工作原理。

组成可发射250~600nm波长的氙灯，透镜，激发单色器，流通池，发射单色器，光电倍增管原理：

利用化合物具有光致发光性，受紫外光激发能发射比激发波长长的荧光对组分进行检测。

不产生荧光的物质可与荧光试剂反应生成可发生荧光的衍生物进行检测

15简述蒸发光散射检测器的组成与工作原理。

组成：

雾化器、漂移管、检测室、光电二极管

原理：

色谱柱流出液引入雾化器与通入的气体混合形成均匀细小雾滴，经加热的漂移管蒸发除流动相使试样组分成气溶胶进入检测室，用强光照射产生光散射，用光电二极管检测

16简述化学键合固定相的特点。

1）化学稳定性好使用过程不流失，柱寿命长2）均一性和重现性好；3）可键合不同官能团柱效高，分离选择性好4）适于梯度洗脱5）载样量大6）比一般液体固定相传质快7）双重分离机制：

高覆盖率：

分配为主；低覆盖率：

吸附为主；

17试比较高效液相色谱与气相色谱、高效液相色谱与经典液相色谱的异同点？

与气比,不受试样挥发性和热稳性影响应用范围广,分离选择性高,室温下进行不需高柱温

与经比,应用颗粒极细规格均匀固定相，传质阻抗小柱效高，分离效率高、采用高压输液泵输送流动相，流速快，分析速度快、检测灵敏度高;

18试论述疏溶剂理论及其对高效液相色谱法的指导意义。

是极性溶剂中非极性相互作用，非极性分子间作用力弱，在固定相基质表面成一层“分子刷”，高表面张力水溶性极性溶剂环境中当非极性溶质或分子中非极性部分与极性部分接触时相互产生斥力，溶剂分子中非极性部分的取向导致极性溶剂中形成一“空腔”即疏溶剂效应

指导意义：

反相键合相色谱中由于疏溶剂作用，溶质的保留主要是溶质分子与极性溶剂分子间的排斥力促使溶质分子与键合相烃基发生疏水缔合的结果。

可解释高含量水流动相反相色谱溶剂保留行为

19简述建立高效液相色谱测试方法的一般步骤

1）根据样品特性选择一种高效液相色谱分析方法2）选择色谱柱，确定柱规格（内径及柱长）选择固定相（粒径及孔径）3）选择分离操作条件，确定流动相的组成流速及洗脱方法4）由获得的色谱图进行定性分析和定量分析

20试比较正相色谱与反相色谱。

十五.色谱联用技术

8简述电喷雾离子源的工作原理。

当色谱柱流出物移至喷嘴顶端并溢出时形成扇状喷雾，在毛细管上的高电场发生氧化还原反应形成含离子的微滴。

干燥气作用下液滴的溶剂蒸发离子向液滴表面移动，液滴表面离子密度↑，当达到雷利稳定极限即液滴表面电荷库伦排斥力与其表面张力大致相等时，液滴非均匀破裂成更小的液滴蒸发，不断重复此过程至液滴半径小于10nm，电荷的排斥作用导致部分离子从液滴表面蒸发出，最终以单电荷或多电荷离子的形式从溶液转至气相形成气相离子。

在强电位差驱动下离子经取样孔进入质谱真空区，再聚焦进入质量分析器

9简述大气压化学电离源的工作原理。

（APCI）

色谱柱流出物经喷雾探针中心毛细管流入，被雾化气套管雾化气雾化形成气溶胶，在毛细管出口前加热管高温加热气化。

在加热管端口用电晕放电针进行尖端放电，使溶剂分子电离成溶剂离子,再与组分的气态分子反应生成准分子离子。

正离子通过质子转移、加和物形成或电荷抽出反应形成：

负离子通过质子抽出、阴离子附着或电子捕获形成。

10简述气相色谱-质谱（GS-MS）联用的优势。

灵敏度高，适合低分子化合物的分析，组分转移比率高，利于维持质谱部分高真空，组分传递有重现性，接口控制简单方便可靠，组分通过接口快。

挥发性成分分析。

药物生产，质量控制和研究、中药挥发性成分的鉴定，中药中农药残留量的测定，兴奋剂等违禁药品的检测及环境监测等方面应用广泛。

11简单比较LC-MS与GC-MS的特点。

（液相色谱-质谱联用和气相色谱-质谱联用的特点）

LC-MS适宜不挥发性、极性、热不稳定、大分子量化合物分析测定，无商品化谱库可对比查询，只能建库或自己解析谱图。

电喷雾或大气压化学离子化接口。

串联四极质量分析器