仪器分析实验员必会的100个概念及问题!(含气相、液相、质谱等)

仪器分析实验员必会的100个概念及问题！
（含气相、液相、质谱等）
1 色谱分析法：色谱法是一种分别分析方法。

它利用样品中各组
分与流淌相和固定相的作用力不同(吸附、安排、交换等性能上的差异)，先将它们分别，后按肯定挨次检测各组分及其含量的方法。

2 色谱法的分别原理：
当混合物随流淌相流经色谱柱时，就会与柱中固定相发生作用(溶解、吸附等)，由于混合物中各组分物理化学性质和结构上的差异，
与固定相发生作用的大小、强弱不同，在同一推动力作用下，各组
分在固定相中的滞留时间不同，从而使混合物中各组分按肯定挨次
从柱中流出。

这种利用各组分在两相中性能上的差异，使混合物中
各组分分别的技术，称为色谱法。

3 流淌相：色谱分别过程中携带组分向前移动的物质。

4 固定相：色谱分别过程中不移动的具有吸附活性的固体或是涂
渍在载体表面的液体。

5 色谱法的特点：
(1)分别效率高，简单混合物，有机同系物、异构体。

(2)灵敏度
高，可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。

(3)
分析速度快，一般在几分钟或几非常钟内可以完成一个试样的分析。

(4)应用范围广，气相色谱：沸点低于400℃的各种有机或无机试样
的分析。

液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分别分析。

(5)
高选择性:对性质极为相像的组分有很强的分别力量。

不足之处：被
分别组分的定性较为困难。

6 色谱分析法的分类：按两相状态分类，按操作形式分类，按分
别原理分类。

7 按两相状态分类：
气相色谱(Gas Chromatography, GC)，液相色谱(Liquid Chromatography, LC)，超临界流体色谱 (Supercritical Fluid Chromatography, SFC)。

气相色谱：流淌相为气体(称为载气)。

常
用的气相色谱流淌相有N2、H2、He等气体，按分别柱不同可分为：
填充柱色谱和毛细管柱色谱;按固定相的不同又分为：气固色谱和气
液色谱。

液相色谱：流淌相为液体(也称为淋洗液)。

按固定相的不
同分为：液固色谱和液液色谱。

超临界流体色谱：流淌相为超临界
流体。

超临界流体是一种介于气体和液体之间的状态。

超临界流体
色谱法是集气相色谱法和液相色谱法的优势而进展起来的一种新型
的色谱分别分析技术，不仅能够分析气相色谱不宜分析的高沸点、
低挥发性的试样组分，而且具有比高效液相色谱更快的分析速率和
更高的柱效率。

8 按操作形式分类：
柱色谱(Column Chromatography, CC):固定相装在柱管内;包括填充柱色谱和毛细管柱色谱。

纸色谱(Paper Chromatography, PC)固定相为滤纸;采纳适当溶剂使样品在滤纸上绽开而进行分别。

薄层色谱(Thin Layer Chromatography, TLC)
固定相压成或涂成薄层;操作方法同纸色谱。

9 按分别原理分类：
吸附色谱(Absorption chromatography);安排色谱(Partition Chromatography);离子交换色谱(Ion Exchange Chromatography);凝胶色谱(Gel Chromatography)。

10 色谱图：
组分在检测器上产生的信号强度对时间(t)所作的图，由于它记录了各组分流精彩谱柱的状况，所以又叫色谱流出曲线。

流出曲线的突起部分称为色谱峰。

11 色谱保留值：
色谱保留值是色谱定性分析的依据，它体现了各待测组分在色谱柱上的滞留状况。

在固定相中溶解性能越好，或与固定相的吸附性能越强的组分，在柱中的滞留时间越长，或者说将组分带精彩谱柱
所需的流淌相体积越大。

所以保留值可以用保留时间和保留体积两套参数来描述。

12 色谱图上的色谱流出曲线可以说明什么问题：
依据色谱峰的数目，可推断样品中所含组分的最少个数;依据色谱峰的保留值进行定性分析;依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析;依据色谱峰的保留值和区域宽度评价色谱柱的分别效能;依据两峰间的距离，可评价固定相及流淌相选择是否合适。

13 安排比：安排比是指，在肯定温度下，组分在两相间安排达到平衡时的质量比。

14 在色谱流出曲线上，两峰之间的距离主要由两组分在两相间的安排系数还是集中速度打算?为什么?
答：安排系数。

两峰间的距离由热力学因素打算，两组分在两相中安排系数差异越大，两峰间的距离则相差越大，越简单被分别。

而集中速度是动力学因素，反映在色谱流出曲线上即为色谱峰的区域宽度(外形)。

15 色谱理论需要解决的问题：
色谱分别过程的热力学和动力学问题。

影响分别及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效与分别度的评价指标及其关系。

16 组分保留时间为何不同?色谱峰为何变宽?
组分保留时间：色谱过程的热力学因素掌握;(组分和固定液的结构和性质)。

色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素掌握;(两相中的运动阻力，集中作用)。

塔板理论和速率理论分别从热力学和动力学的角度阐述了色谱分别效能及其影响因素。

17 半阅历理论：
将色谱分别过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分别过程分割成多次的平衡过程的重复(类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程)。

18 塔板理论的特点：
塔板理论引入了塔板数和塔板高度作为柱效的衡量指标;不同物质在同一色谱柱上的安排系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质;柱效不能表示被分别组分的实际分别效果，当两组分的安排系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分别。

19 塔板理论的不足：
塔板理论的基本假设不符合色谱柱的实际分别过程。

塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的流淌相流速下柱效不同的试验结果，不能说明色谱峰为什么会展宽，同时未能指出影响柱效的因素及提高
柱效的途径和方法。

20 速率方程：
(也称范第姆特方程式)：H = A + B/u + Cu ， H：塔板高度; u：流淌相的平均线速度(cm/s)。

A ─涡流集中项：A与流淌相性质、流淌相速率无关。

要减小A 值，需要从提高固定相的颗粒细度和匀称性以及填充匀称性来解决。

对于空心毛细管柱，A=0。

固定相颗粒越小dp，填充的越匀称，A，H，柱效n。

表现在涡流集中所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰
较窄。

B/u 分子集中项：存在着浓度差，产生纵向集中;集中导致色谱
峰变宽，H(n)，分别变差;;分子集中项与流速有关，流速，滞留时间，集中;集中系数：Dg (M载气)-1/2 ; M载气，B值。

C u 传质阻力项：dp， df,
D ,可降低传质阻力。

21 H - u 曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存
在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数
有一微小值。

以塔板高度H对应流速u作图，曲线最低点的流速即
为最佳流速。

22 速率理论的要点：
组分分子在柱内运行的多路径与涡流集中、浓度梯度所造成的分子集中及传质阻力使两相间的安排平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展、柱效下降的主要缘由;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;速率理论为色谱分别和操作条件选择供应了理论指导。

阐明白流速和柱温对柱效及分别的影响;各种因素相互制约，如载气流速增大，分子集中项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降;柱温上升，有利于传质，但又加剧了分子集中的影响。

选择最佳条件，才能使柱效达到最高。

23 色谱定性方法：
1 、与标样对比的方法：利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。

不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。

利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观看各组分色谱峰的相对变化。

2 、利用文献保留值定性：利用相对保留值r21定性。

相对保留值r21仅与柱温柔固定相性质有关。

在色谱手册中都列有各种物质在不同固定相上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。

24 色谱定量分析：
1 、定量校正因子：试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：m i = fi Ai ;肯定校正因子：比例系数f i ，单位面积对应
的物质量：f i =m i / Ai ;相对校正因子f i ：即组分的肯定校
正因子与标准物质的肯定校正因子之比。

2 、常用的几种定量方法：
（1）归一化法：特点及要求：归一化法简便、精确;
进样量的精确性和操作条件的变动对测定结果影响不大;
仅适用于试样中全部组分全出峰的状况。

（2）外标法标准曲线法：特点及要求：外标法不使用校正因子，精确性较高，操作条件变化对结果精确性影
响较大。

对进样量的精确性掌握要求较高，适用于大批
量试样的快速分析。

（3）内标法：内标物要满意以下要求：(a)试样中不含有该物
质;(b)与被测组分性质比较接近;(c)不与试样发生化学反应;(d)出
峰位置应位于被测组分四周，且能分别开;(e)加入量适中并与待测
组分接近。

内标法特点：内标法的精确性较高，操作条
件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大;每个试样的分析，都
要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析;若将内标法中的试
样取样量和内标物加入量固定，则：wi=Ai/As *常数。

气相色谱法
1气相色谱法(GC )：是以气体为流淌相的色谱分析法。

2 气相色谱要求样品：气化，不适用于大部分沸点高和热不稳定
的化合物，对于腐蚀性能和反应性能较强的物质更难于分析。

大约有15%-20%的有机物能用气相色谱法进行分析。

3 气相色谱仪的组成：气路系统、进样系统、分别系统、检测系统、温控系统、记录系统。

4 气路系统：包括气源、净化器和载气流速掌握;常用的载气有：
氢气、氮气、氦气。

5 进样系统：包括进样装置和气化室。

气体进样器(六通阀)：试
样首先布满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分
别柱;液体进样器：不同规格的微量注射器，填充柱色谱常用10L;
毛细管色谱常用1L;新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。

6 进样方式：分流进样：样品在汽化室内气化，蒸气大部分经分
流管道放空，只有微小一部分被载气导入色谱柱;不分流进样：样品
直接注入色谱的汽化室，经过挥发后全部引入色谱柱。

7 分别系统：色谱柱：填充柱(2-6 mm直径，1-5 m长)，毛细管
柱(0.1-0.5 mm直径, 几十米长)。

8 温控系统的作用：温度是色谱分别条件的重要选择参数;:气化室、色谱柱恒温箱、检测器三部分在色谱仪操作时均需掌握温度;气
化室：保证液体试样瞬间气化;检测器：保证被分别后的组分通过时
不在此冷凝;色谱柱恒温箱：精确掌握分别需要的温度。

9 检测系统：作用：将色谱分别后的各组分的量转变成可测量的
电信号；指标：灵敏度、线性范围、响应速度、结构、通用性。

通
用型对全部物质均有响应;
专属型对特定物质有高灵敏响应。

检测器类型：浓度型检测器：
热导检测器、电子捕获检测器;质量型检测器：氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器。

10 热导检测器的主要特点：结构简洁，稳定性好;对无机物和有
机物都有响应，不破坏样品;灵敏度不高。

11 氢火焰离子化检测器的特点：优点：(1)典型的质量型检测
器;(2)通用型检测器(测含C有机物);(3)氢焰检测器具有结构简洁、稳定性好、灵敏度高、响应快速、死体积小、线性范围宽等特点;(4)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12gg-1。

缺点：(1)对载气要求高；(2)检测时要破坏样品，无法回收样品；
(3)不能检测永久性气体、水及四氯化碳等。

12 电子俘获检测器的特点：对卤素、硫、磷、氮、氧有很强的响应;灵敏度高，可用于痕量农药残留物的分析;线性范围较窄。

13 火焰光度检测器(FPD)：是一种对含硫、磷化合物具有高选择性的检测器。

含硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧被打成有机碎片，发出不同波长的特征光谱。

14 固定相：固体固定相：固体吸附剂;液体固定相：由载体和固定液组成;聚合物固定相。

15 固体固定相：一般为固体吸附剂，常用的有活性炭，硅胶，氧化铝和分子筛。

优点：吸附容量大、热稳定性好、价格廉价;缺点：柱效低、吸附活性中心易中毒，使用前要进行活化。

应用：主要用于惰性气体、H2、O2、N2、CO、CO2和CH4等一般气体和低沸点物质。

16 作为载体使用的物质应满意的条件：表面有微孔结构，孔径匀称，比表面积大;化学和物理惰性，即与样品组分不起化学反应，无吸附作用或吸附很弱;热稳定性好;有肯定的机械强度和浸润性，不易破裂;具有肯定的粒度和规章的外形，最好是球形。

17 对固定液的要求：在使用温度下是液体，具有较低的挥发性;
具有良好的热稳定性;对要分别的各组分应具有合适的安排系数;化
学稳定性好，不与样品组分、载气、载体发生任何化学反应。

18 固定液的分类：非极性固定液、中等极性固定液、强极性固定液、氢键型固定液。

19 非极性固定液：主要是一些饱和烷烃和甲基硅油，它们与待测
物质分子之间的作用力以色散力为主。

组分按沸点由低到高挨次流出，若样品中兼有极性和非极性组分，则同沸点的极性组分先出峰。

常用的固定液有角鲨烷(异三十烷)、阿皮松等。

适用于非极性和弱
极性化合物的分析。

20 中等极性固定液：由较大的烷基和少量的极性基团或可以诱导
极化的基团组成，它们与待测物质分子间的作用力以色散力和诱导
力为主，组分基本上按沸点挨次出峰，同沸点的非极性组分先出峰。

常用的固定液有邻苯二甲酸二壬酯、聚酯等，适用于弱极性和中等
极性化合物的分析。

21 强极性固定液：含有较强的极性基团，它们与待测物质分子间
作用力以静电力和诱导力为主，组分按极性由小到大的挨次出峰。

常用的固定液有氧二丙腈等，适用于极性化合物的分析。

22 氢键型固定液：是强极性固定液中特别的一类，与待测物质分
子间作用力以氢键力为主，组分依形成氢键的难易程度出峰，不易
形成氢键的组分先出峰。

常用的固定液有聚乙二醇、三乙醇胺等，
适用于分析含F、N、O等的化合物。

23 固定液的选择：①按极性相像原则选择：极性相像，溶解度大，安排系数大，保留时间长:②按官能团相像选择：酯类---酯或聚酯
类固定液;醇类---聚乙二醇固定液。

③按主要差别选择：各组分间
沸点是主要差别----非极性固定液;极性为主要差别----极性固定液。

④选择混合固定液：对于难分别的简单样品，可选用两种或两种以
上固定液。

24 聚合物固定相：既可作为固体固定相，也可作为载体，又称高
分子多孔微球。

物质在其表面既存在吸附作用，又存在溶解作用。

(1)具有较大的比表面积，表面孔径匀称(2)对非极性及极性物质无
有害的吸附活性，拖尾现象小，极性组分也能出对称峰(3)由于不存
在液膜，无流失现象，热稳定性好(4)机械强度和耐腐蚀性较好，系
匀称球形，在填充柱色谱中匀称性、重现性好，有助于削减涡流集中。

25 载气种类的选择：检测器的适应性;载气流速的大小。

26 柱温的选择：
(1)首先应使柱温掌握在固定液的最高使用温度(超过该温度固定液易流失)和最低使用温度(低于此温度固定液以固体形式存在)范围之内。

(2)提高柱温，可以改善传质阻力，有利于提高柱效，缩短分析时间，但降低了容量因子和选择性，不利于分别。

一般的原则是：在使最难分别的组分尽可能分别的前提下，尽量采纳较低的柱温，但以保留时间相宜，峰形不拖尾为度。

(3)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。

(4)组分简单，沸程宽的试样，采纳程序升温。

27 载体和固定液含量的选择：配比：固定液在载体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，填充柱的配比通常在5%～25%之间。

配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。

配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。

分析工作中通常倾向于使用较低的配比。

28 进样条件的选择：进样量应掌握在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。

进样要求动作快、时间短;气化室一般较柱温高30~70C。

29 提高色谱分别力量的途径：(1)塔板理论：增加柱长，减小柱径，即增加柱子塔板数;(2)速率理论：减小组分在柱中的涡流集中和传质阻力，可降低塔板高度。

30 毛细管色谱柱的结构特点：
(1) 不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径0.2mm。

(2)气流单途径通过柱子，消退了组分在柱中的涡流集中。

(3)固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。

(4)毛细管色谱柱柱效高达每米3000～4000块理论塔板，一支长度100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达104～106。

31毛细管色谱具有以下优点：
(1)分别效率高：比填充柱高10～100倍。

(2)分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度。

(3)色谱峰窄、峰形对称。

较多采纳程序升温方式。

(4)灵敏度高，一般采纳氢焰检测器。

(5)涡流集中为零。

32毛细管色谱的类型：
(1)涂壁毛细管柱：将固定液直接涂敷在管内壁上。

柱制作相对简洁，但柱制备的重现性差、寿命短。

(2)多孔层毛细管柱：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。

构成毛细管气固色谱。

(3)载体涂渍毛细管柱：将特别细的担体微粒粘接在管壁上，再涂
固定液。

柱效较涂壁毛细管柱高。

(4)化学键合或交联毛细管柱：将固定液通过化学反应键合在管壁
上或交联在一起。

使柱效和柱寿命进一步提高。

高效液相色谱法
1 与气相色谱相比液相色谱的优点：与气相色谱法相比，液相色谱
法不受样品挥发性和热稳定性及相对分子质量的限制，只要求把样
品制成溶液即可，特别适合于分别生物大分子、离子型化合物，不
稳定的自然产物以及其他各种高分子化合物等。

此外，液相色谱
的流淌相不仅起到使样品沿色谱柱移动的作用，而且与固定相一样，与样品分子发生选择性的相互作用，这就为掌握和改善分别条件供
应了一个额外的可变因素。

而气相色谱法采纳的流淌相是惰性气体，对组分没有亲和力，仅起运载作用。

2 液相色谱特点：高压、高速、高效、高灵敏度、高沸点、热不
稳定有机及生化试样的高效分别分析方法。

3 高效液相相色谱仪的组成：高压输液系统、进样系统、分别系
统、检测系统、数据处理系统。

4 流淌相使用前必需脱气：常用的脱气方法有：低压脱气法(电
磁搅拌、水泵抽空，可同时加热或向溶剂吹氮气)、吹氦气脱气法和
超声波脱气法等。

5 梯度洗脱：用两种(或多种)不同极性的溶剂，在分别过程中按
肯定程序连续转变流淌相中溶剂的配比和极性，通过流淌相中极性
的变化来转变被分别组分的分别因素，以提高分别效果。

6 高压梯度(内梯度)：特点是先加压后混合。

将溶剂用高压泵增
压以后输入色谱系统的梯度混合室，加以混合后送入色谱柱。

低压梯度(外梯度) ：特点是先混合后加压。

在常压下预先按肯定
的程序将溶剂混合后再用泵输入色谱柱。

7 进样系统要求：良好的密封性，最小的死体积，最好的稳定性，进样时对色谱系统压力、流量影响较小。

8 分别系统：色谱柱是实现分别的核心部件。

由柱管和固定相组成。

柱管为直型不锈钢管。

一般色谱柱长5~30 cm，内径4~5 mm，
凝胶色谱柱内径3~12 mm，而制备色谱柱内径则可达25 mm。

一般淋
洗溶剂在进入色谱分别柱之前，先通过前置柱。

HPLC柱的填料颗粒
粒径一般约为3~10 m，填充常采纳匀浆法。

色谱柱的进展趋势是减
小填料粒度和柱径以提高柱效。

9 检测系统：作用用来连续监测经色谱柱分别后的流出物的组成
和含量变化的装置。

紫外-可见汲取检测器、光电二极管阵列检测器、示差折光检测器、荧光检测器、电化学检测器。

10 高效液相色谱法对流淌相的要求：流淌相不与色谱柱发生不行
逆化学变化，以保持柱效或柱子的保留性质较长时间不变;对待测样
品有足够的溶解力量;与所用检测器相匹配;粘度尽可能小，以获得
较高的柱效;流淌相纯度要高，价格廉价，毒性小。

11 高效液相色谱法的固定相的分类：
(1)按固定相承受压力分：刚性固体：以二氧化硅为基质，可承受
较高压力，表面可键合各种功能官能团---键合固定相，是目前应用
最广泛的固定相。

硬胶：主要用于离子交换色谱法和凝胶色谱法中，由聚苯乙烯与二乙烯基苯交联而成，可承受的压力较低。

(2)按孔隙深度分：表面多孔型：基体是球形玻璃珠，在玻璃表面
涂覆一层多孔活性物质如硅胶、氧化铝、聚酰胺、离子交换树脂、
分子筛等。

优点：适用于快速分别、填充匀称紧密、机械强度高、
能承受高压，适于简洁的样品及常规分析:缺点：多孔层薄，进样量
受限制。

全多孔型：由硅胶颗粒聚集而成，比表面积大，柱容量大，
小颗粒全孔型固定相孔洞浅传质速率快，柱效高，分别效果好，适
合于简单样品、痕量组分的分别分析，是目前HPLC中应用最广泛的
固定相。

12 液固吸附色谱法原理：是以固体吸附剂为固定相，吸附剂表面
的活性中心具有吸附力量，试样分子被流淌相带入柱内时，它将与
流淌相溶剂分子在吸附剂表面发生竞争吸附。

分别过程是一个吸附-
解吸的平衡过程。

13 液固吸附色谱法固定相：通常是硅胶、氧化铝、活性炭等固体
吸附剂。

硅胶最常用。

流淌相：极性大的试样需用极性强的洗脱剂，极性弱的试样宜用极性弱的洗脱剂。

应用：几何异构体分别和族分别，如农药异构体;石油中烷、烯、芳烃的分别。

不适于强极性的离
子型样品的分别，不适于分别同系物(由于它对相对分子质量的选择
性较小)。

14 液液安排色谱法原理：依据物质在两种互不相溶(或部分互溶)
的液体中溶解度的不同实现分别。

安排系数较大的组分保留值也较大。

15 液液安排色谱法流淌相：流淌相与固定液应尽量不互溶，或者
二者的极性相差越大越好。

依据流淌相与固定相极性的差别程度，。