现代分析测试技术最终答案

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。UM 3000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 。

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k >10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。

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N j /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， 4000-1250 cm－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 1250-200 cm－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＊

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、Van Deemter 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pH>8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=5

2、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

σ=1k k =2πc μμ

5. 1=2984cm -1

1+35. 5

σHcl =1303

3、计算在2000K 和3000K 时Na589.0 nm的激发态与基态的原子数之比？已知：gj/g0＝2。 Ej ＝hc/l

＝(6.626×10-23 J/s×3×1010 cm/s)/(589.0 nm×10-7 cm/nm）

＝2.107×1.60×10-19 J

＝3.371×10-91 J

带入Boltzmann 方程：

同理：在3000K 时，Nj/N0＝5.78×10-4

4、在一色谱柱上，测得各峰的保留时间如下：

求未知峰的保留指数。

解：t /R =tR -t 0

/ t R 辛 =（13.9-0.6）×60=798ｓ

t /R 壬 =（17.9-0.6）×60=1038ｓ

t /R 未知 =（15.4-0.6）×60=888s

⎡lgt /R 未知-lgt /R 辛⎤⎥ I 未知=100⎢N +n //lg t -lg t R 壬R 辛⎦⎣

⎡lg 888-lg 798⎤ =100⎢8+⎥ lg 1038-lg 798⎣⎦

=841.7s

5、在一根2 m长的色谱柱上，分析一个混合物，得到以下数据：苯、甲苯、及乙苯的保留时间分别为1’20”、2‘2”、及；半峰宽为6.33”、8.73”、 12.33”，求色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。

解：由题知，L=2m；tR 乙苯=3‘1”=181s；W1/2（乙苯）=12.33”。 n =5.54(

根据公式t 1812t R 2n 乙苯=5.54(R 乙苯) 2=5.54() =1193.825) W 1/212.33W 1/2得（乙苯） L H =L =2000=1.675mm乙苯H =n 乙苯1193.825n 根据公式得

6、高效液相色谱法测定某混合物中组分A 与组分B 的含量：

标准溶液的配制：精密称取组分A 对照品和组分B 对照品各适量，加0.1mol/L盐酸溶液溶解并定量稀释制成每1ml 含组分A0.44mg 与组分B89ug 的溶液，作为对照品溶液。

供试品溶液的配制：取供试品（混合物）适量（二份），精密称定，置于100m1量瓶中，加0.1mol/L盐酸溶液适量，超声处理使主成分溶解，用0.1mol/L盐酸溶液稀释至刻度，摇匀，滤过，取续滤液作为供试品溶液。

对照品与供试品的测定：分别精密量取上述对照品溶液与供试品溶液10ul ，注入仪器，记录色谱图，测量对照品和供试品待测成分的峰面积（或峰高），计算含量。

已知：供试品取样量为：①0.0465g ②0.0453g

依法测得对照品的峰面积：组分A2953764.5，组分B707620.3；供试品①待测成分的峰面积：组分A2421964.0，组分B692749.6；②组分A 2327682.5，组分B648805.1

请分别计算二份样品中组分A 与组分B 的百分含量，结果保留至小数点后二位。

解：由题知，C 对照A =0.44mg/ml；C 对照B =89ug/ml；m 1 =0.0465g；m 2 =0.0453g ；A 对照A =2953764.5；

A 对照B =707620.3；A A 样1=2421964.0；A A 样2=2327682.5；A B 样1=692749.6 ；A B 样2=648805.1。 C 样=

由外标一点法公式A 样A 对照⨯C 对照得

C A 样1=A A 样12421964.0⨯C 对照A =⨯0.44mg/ml=0.361mg/ml A 对照A 2953764.5

A B 样1692749.6⨯C 对照B =⨯89ug /ml=87.12966ug/ml A 对照B 707620.3C B 样1=

A A 样22327682.5C A 样2=⨯C 对照A =⨯0.44mg /ml=0.347mg/ml A 对照A 2953764.5

C B 样2=A B 样2648805.1⨯C 对照B =⨯89ug /ml=81.60260ug/ml A 对照B 707620.3

则第①、②份样品中，A 、B 组分百分含量分别为：

C A 样1⨯1000.361⨯100ωA （%）=⨯100%=⨯100%=77.634% 1m 10.0465⨯1000

C B 样1⨯10087.130⨯10-3⨯100ωB （=⨯100%=⨯100%=18.738% 1%）m 10.0465⨯1000

C A 样2⨯1000.347⨯100ωA （%）=⨯100%=⨯100%=76.600% 2m 20.0453⨯1000

C B 样2⨯10081.603⨯10-3⨯100ωB （=⨯100%=⨯100%=18.014% 2%）m 20.0453⨯1000

即二份样品中组分A 与组分B 的百分含量分别为：

①中A 、B 组分百分含量分别为77.63%和18.84%；

②中A 、B 组分百分含量分别为76.60%和18.01%。.