仪器分析作业

第1章绪论
1.仪器分析主要有哪些分析方法？请分别加以简述。

答：主要有光学分析法、电化学分析法、分离分析法和其他分析法。

①光学分析法：分为光谱法和非光谱法两类。

非光谱法是不涉及物质内部能及的跃迁的，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测定法；光谱法是物质与光互相作用时、物质内部发生了量子化的能级间的跃迁，从而测定光谱的波长和强度进而进行分析的方法，它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，主要有电位分析法、电解和库仑分析法、电导分析法和伏变分析法等。

③分离分析法：利用样品中共存组分间溶解能力、亲和能力、渗透能力、吸附和解吸能力、迁移速率等方面的差异，先分离，后按顺序进行的测定的一类仪器分析法称为分离分析法。

主要包括气相色谱GC，薄层色谱TLC，纸色谱PC，高效液相色谱HPLC,离子色谱IC，超临界流体色谱STC，高效毛细管电泳HPCE等。

④其他仪器分析方法和技术：除上方法以外，还有利用生物学、动力学、热学、声学、力学等性质进行测定的仪器分析方法和技术，如免疫分析、催化动力分析、热分析、中子活化分析、光声分析、质谱法和超离心法等。

2.仪器分析的联用技术有何显著优点？
答：仪器分析的联用技术使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发挥，缺点予以克服，展现了仪器分析在各个领域的巨大生命力。

尤其是现代计算机智能化技术与上述体系的有机融合，实现人机对话，更使仪器分析联用技术得到飞速发展，开拓了一个又一个研究的新领域，解决了一个又一个技术上的难题，带来了一个又一个令人振奋的惊喜。

3.学习仪器分析对生命科学、环境科学、食品质量与安全、食品科学、生物工程等科技工作者有何重要性？
答：学习并掌握这些方法的基本原理、基本概念、基本计算、基本实验技术以及如何利用这些方法和技术圆满完成生命科学等领域既定的定性、定量等分析任务，为今后更好地开展科学研究和指导生产实际奠定坚实的基础，因此，要求每位学习者“好学多思，勤于实践”从中不断汲取营养，提高分析问题，解决问题的能力。

4．分析质量保证的主要内容有哪些？
答：有人员的考核及培训，仪器的维护及核证，样品的采集及保存，方法的确定及实施，实验室安全及分析质量控制，原始记录归档及查询，参考物质的获得及使用，分析所用试剂，仪器及用水质量，报告的提出及审批以及分析结果的质量评估等。

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第2章
1.为什么分子光谱总是带状光谱？
答：如果分子吸收了200-800nm的紫外可见光，则能引起电子能级的跃迁，所产生的光谱称为紫外-可见光谱或分子电子光谱。

当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，是叠加在电子跃迁之上的，所以紫外-可见光谱是带状光谱。

2.有机化合物分子的电子跃迁有哪几种类型？哪些类型的跃迁能在紫外-可见光区吸收光谱中反映出来？
答：在大多有机化合物分子中，价电子总是处于n轨道一下的各个轨道中，当受到光致激发时，处在较低能级的电子将跃迁至较高能级可能产生的跃迁有σ→σ*，σ→π*，π→σ*，π→π*，n→σ*，n→π*等六种形式。

产生有机化合物分子光谱的电子跃迁形式有n→σ*，π→π*，n→π*三种，它们与分子结构有关，也与分子中所存在的生色团有关。

3.生色团：分子中能吸收特定波长光的原子团或化学键。

助色团：是与生色团或饱和烃相连且能使吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的原子或原子团，如-OH,-NH2及卤素等。

长移：某些有机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波移动的现象。

短移：某些有机化合物因反应引入含有未共享电子对的基团使吸收峰向短波移动的现象。

浓色效应：使吸收强度增加的现象。

淡色效应：使吸收强度降低的现象。

向红基团：引起长移现象的基团。

向蓝基团：引起短移现象的基团。

4.何谓溶剂效应？为什么溶剂的极性增加时，π→π*跃迁的吸收峰发生红移，而n→π*跃迁的吸收峰发生蓝移？
答：溶剂效应：溶剂极性的不同也会引起某些化合物的吸收峰发生红移或蓝移的作用。

因为在π→π*跃迁中，激发态的极性大于基态，当溶剂的极性增强时，由于溶质和溶剂的相互作用，溶质的分子轨道π*能量下降幅度大于π成键轨道，因而使π*与π间的能量减少，导致吸收峰λmax红移，但在n→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λmax蓝移。

5. 有机物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：有R吸收带、K吸收带、B吸收带、E吸收带、
产生的原因：当分子发生电子能级的跃迁时，必定伴随着振动能级和转动能级的跃迁，而这许许多多的振动能级和转动能级的跃迁时叠加在电子跃迁之上的，所以会形成吸收带。

特点：R吸收带：跃迁所需能量少，通常为200-400nm，跃迁概率小，一般ε﹤100，属于弱吸收。

K吸收带：跃迁所需的能量较R吸收带大，通常为217-280nm，跃迁概率大，一般摩尔吸光系数大于1×10 4，K吸收带的波长及强度与共轭体系数目、位置、取代基的种类等有关。

B吸收带：是由芳香族化合物的π→π*跃迁产生的，在230-270nm有一系列吸收峰，称为精细结构吸收带。

E吸收带：是由芳香族化合物的π→π*跃迁产生的，可分为E1吸收带和E2吸收带，E1吸收带在184nm处为强吸收，ε＞10 4，由于在远紫外区不常用。

E2吸收带在204nm处为较强吸收，ε﹥1.0×10 3.
6．如何选择使用参比溶液？参比溶液的作用是什么？
答：当显色剂、试剂在测定波长下均无吸收时，用纯溶剂或H2O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有吸收，则用不加显色剂的试剂为参比溶液，称为样品空白（或试剂空白）；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；总之，要求用参比溶液调A=0后，测得被测组分的吸收光度与其浓度的关系符合朗伯比尔定律，用适当的参比溶液在一定的入色光波长下调节A=0 ，可以消除由比色皿、显色剂溶液和试剂对待测组分的干扰。

7. 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。

8.产生红外吸收的条件是什么？是否所有分子振动都会产生红外吸收光谱？为什么？
答：a.辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量匹配；
b.辐射与物质分子之间有偶合作用，即分子振动必须伴随偶极距的变化。

不是，像同原子分子，O2、N2。

因为他们的偶极矩为0。

像CO2分子由于空间结构，它的偶极矩也为0，他们的振动都没有红外吸收光谱。

9.进行红外光谱分析时，为什么要求试样为单一组分且为纯样品？为什么试样不能含有游离
水分？
答：被鉴定的物质应该是纯样品，否则混合物中各组分的光谱相互重叠，给未知混合物的鉴定带来困难。

水有红外吸收，会引起严重干扰，使样品的红外光谱失真，而且会侵蚀吸收池的KBr，使透光性变差，因此试样中不能含有游离水。

第4章原子光谱分析法
1.原子吸收有何特点？它与吸光光度法比较有何异同？
答：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。

相同点：基本原理相同、都属于吸收光谱法、遵循朗伯比尔定律、上机物质是液态。

不同点：
为共振（吸收或发射）线。

3.何谓锐线光源？原子吸收法中为什么采用锐线光源？
答：锐线光源：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。

因为要具体到元素，所以特征光源同一个与待测元素相同的纯金属制成发射线半宽度很小，并且发射线与吸收中心频率一致。

4.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：有光谱干扰、电离干扰、化学干扰、物理干扰。

光谱干扰：非共振线的干扰，常见于多谱线元素，用减小单色器出射狭缝宽度的办法，可改善或消除这种干扰。

空心阴极灯的发射干扰，应采取纯度较高的单元素灯，可减免这种干扰。

分子光谱吸收的干扰，背景吸收可利用氘灯发射的连续光源做背景校正来扣除。

电离干扰：加入大量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。

化学干扰：可用加入释放剂，使氧化物还原，加入保护剂，加入缓冲剂，还可以用溶剂萃取等方法除去干扰元素。

物理干扰：尽量保持试液与标准溶液的物理性质和测定条件一致。

5.使谱线变宽的主要因素有哪些？他们对原子吸收法的测定有什么影响？
答：一是原子内性质所决定的；另一则是由外界影响引起的。

像自然边宽、热变宽、压力变宽、普线叠加变宽、自吸变宽。

谱线的变宽会影响原子吸收分析的灵敏度和准确度。

6.什么是正常焰，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：燃助比小于化学计量配比值。

如果燃烧速率大于供气速率，火焰可能会在燃烧器或雾化器室内燃烧（回火），将损坏仪器甚至可能发生爆炸。

7.石墨炉原子化法有何优缺点？
答：优点：需样量少、灵敏度高；试样利用率高；可直接测定粘度较大的试液和固体样品；
使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。

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。

第8章色谱分析导论
1.色谱分析的最大特点是什么？它有哪些类型？
答：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，解决了一个又一个技术难题。

按两相状态分类：气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱，化学键合相色谱
按固定相的外形及性质分类：柱色谱、薄层色谱（平板色谱）、纸色谱。

按分离原理分类：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱，凝胶色谱。

2.从色谱流出曲线上通常可以获得哪些信息？
答：①根据色谱各种保留值，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根据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根据色谱的两峰间的距离，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.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中的：①保留值；
②分配系数；③总浓度；④理论塔板数。

选择正确答案。

答：②④。

第9章气相色谱法
1.简述气象色谱仪的分离原理和流程
原理：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能力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同，吸附力弱地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，以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具有一定的溶解度，当样品被载气带入柱中到达固定相表面时，就会溶解在固定相中。

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。

流程：载气（流动相）+样品（汽化）—混合—>分离柱—分离—>检测、记录
2.对固定液和担体的基本要求是什么？如何选择固定液？
对担体的要求：①能牢固地保留固定液并使其呈均匀薄膜状地无活性物质②均匀地分布成一
薄膜③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。

对固定液的要求：①选择性要好②热稳定性好③化学稳定性好④对试样各组分有适当的溶解能力⑤黏度低、凝固点低、以便在载体表面能均匀分布。

固定液的选择：一般可按“相似相溶”原则来选择固定液。

具体，可以从以下几个方面考虑：①分离非极性物质，一般选用非极性固定液②分离极性物质，则宜选用极性固定液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④分离能形成氢键的试样，一般选用极性或氢键型固定液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，一般先用最常用的集中固定液做实验，根据色谱分离的情况，在12中固定液中选择合适极性的固定液。

第10章高效液相色谱法及超临界流体色谱法
1.高效液相色谱仪一般可分为哪几个部分？试比较气相色谱和液相色谱的异同点。

高效液相色谱仪分为4个主要部分：高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统。

HPLC与GC相同的：①原理相同②都做分析工作（定性、定量）方法相同③仪器自动化程度高，现代化，都可以联用。

不同的：①HPLC的流动相是液体，GC的是气体②分析对象不同HPLC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，GC分离分析复杂的多组分混合物③HPLC中流动相作载体，还可以参加分离条件的选择，GC中只作载体④HPLC可制备，GC不可制备。

2.什么叫梯度洗脱？梯度洗脱有什么优点？
梯度洗脱是指在一个分析周期中个，按一定的程序连续改变流动相中溶剂的组分和配比，使样品中的各个组分都能在适宜的条件下得到分离。

优点：梯度洗脱可以改善峰形，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。

3.提高液相色谱柱效的途径有哪些？最有效的突进是什么？
主要途径：①采用颗粒小而均匀地填料填充色谱柱，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少填料的孔隙、深度，以减少传质阻力③使用小分子溶剂作流动相，以减小流动相黏度④适当提高柱温以及提高组分在流动相中的扩散系数⑤降低流相流速可降低板高，但太低又会引起组分分子的纵向扩散，故流动相速应恰当。

减小填料粒度是提高柱效的最有效途径。

4.化学键合相有什么优点？
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，没有液抗，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。

5.超临界流体色谱法有什么突出优点？仪器有何不同？
超临界流体色谱法与其他仪器相比差别：①高效液相色谱仪只在柱出口加压，而超临界流体色谱仪整个都处在足够的高压下②色谱柱的控温系统与气象色谱仪类似，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。

超临界流体色谱法优点：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。

与气相色谱法相比，超临界色谱以下优点：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普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仪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。

6.何谓正相色谱和反相色谱？
正相色谱：流动相极性小于固定相反相色谱：流动相极性大于固定相。