仪器分析题目

仪器分析习题课题目
1 名词解释
(1) Adjusted retention time 被测组分从进样开始到柱后出现最大浓度值所需时间，扣除不被固定相吸附或溶解的气体从进样开始到柱后出现浓度最大值所需要的时间 (保留时间减去死时间)
(2) Retention factor 指一定温度和压力下，在两相间达分配平衡时，组分在固定相流动相两相间的分子数或物质的量比。

(3) Selectivity factor
a是柱选择性量度，a越大，柱的选择性越好。

大的a值可在有效理论塔板数小的色谱柱上实现分离。

(增加a值最有效的方法之一是通过改变固定相，使组分的系数有很大的差别。

)
(4) Detection limit 是指检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时，在单位体积或时间需向
检测器
进入的物质质量(单位为：g)。

通常认为恰能鉴别的响应信号至少应等于检测器噪声的3 倍。

(5) Quantitative calibration factor (定量校正因子) 为了使检测器产生的响应信号能真
实地反映出物质的含量，需要引入定量校
正因子对响应值进行校正。

按被测组分使用的计量单位不同，可以分为：质量校正因子、摩尔校正因子和体积校正因子。

(6) Normal phase chromatography 在液-液色谱法中，一般为了避免固定液的流失，对
于亲水性固定液常采用
疏水性流动相，即流动相的极性小于固定液的极性，这种情况称为正向液-液色
谱法。

(7) Stationary phase 在色谱分离过程中，组分在两相间进行分配，其中一相是固定不
动的，称为
固定相
(8) Ion pair reagent 在离子对色谱中，加入到固定相或流动相中，与溶质分子电荷相反的离子，使其与溶质离子结合形成疏水性离子化合物，从而控制溶质离子的保留行为。

(9) Resolution in chromatography 分离度：其定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组色谱峰峰底宽总和之半的比值，作为色谱柱分离效能的指标。

R 越大就意味着相邻两
组峰分离的越好。

(10) Sensitivity
响应信号对进样量的变化率。

2. 简答题
(1) 简述气相色谱电子捕获检测器工作原理与特点。

在检测池体内部有一个圆筒状B放射源作阴极，一个不锈钢棒做阳极。

在两极之间施加一直流或脉冲电压。

当载气(一般采用高纯氮)进入检测器时，在放射源发射的B射线作用下发生电离，生成正离子和慢速低能量电子，在恒定电场下相极性相反方向运动，形成恒定的电流即基流。

当具有电负性的组分进入检测器时，俘获检测器中的电子而带负电荷并放出能量。

带负电荷的离子或分子与载气产生的正离子形成中性化合物，而被带出检测器。

由于被测组分俘获电子，结果使基流降低，产生负信号而形成倒峰。

特点：对于电负性的物质有响应，电负性越强，灵敏度越高，因此具有高灵敏度高选择性的特点。

(2) 简述色谱定性的依据是什么？主要由哪些方法及特点？
根据组分在色谱柱中的保留值不同进行定性分析。

主要定性方法：直接根据色谱柱保留值定性；根据相对保留值r21 进行定性；混合进样；多柱法；保留指数法；联用技术；利用选择性检测器。

(3) 试述速率方程中A、B、C 三项的物理意义，H-u 曲线有何用途？
A 称为涡流扩散项,
B 为分子扩散项，
C 为传质阻力项。

(1) 涡流扩散项A ：气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。

使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。

(2) 分子扩散项B/u :由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的
形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后(纵向)存在着浓差而形
成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。

采用相对分子质量较大的载气(如氮气)，可使B项降低，扩散系数随柱温增高而增加，但反比于柱压。

弯曲因子r为与填充物有关的因素。

(3) 传质项系数Cu：C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数Ci
两项。

所谓气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程，在这一
过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。

这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。

对于填充柱：液相传质过程是指试样组分从固定相的气液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后以返回气液界面的传质过程。

这也造成峰形的扩张。

对于填充柱，气相传质项数值小，可以忽略。

由上述讨论可见，范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。

它可
以说明，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。

(4) 液相色谱法有几种类型？保留机理是什么？样品组分的出峰次序如何？
液相色谱有以下几种类型：液-液分配色谱；液-固吸附色谱；化学键合色谱；离子交换色谱；离子对色谱；空间排阻色谱等。

液-液分配色谱的保留机理是通过组分在固定相和流动相间的多次分配进行分离的。

可以分离各种无机、有机化合物。

液-固吸附色谱是通过组分在两相间的多次吸附与解吸平衡实现分离的•最适
宜分离的物质为中等相对分子质量的油溶性试样，凡是能够用薄层色谱分离的物质均可用此法分离。

化学键合色谱中由于键合基团不能全部覆盖具有吸附能力的载体，所以同时
遵循吸附和分配的机理，最适宜分离的物质为与液-液色谱相同。

离子交换色谱和离子色谱是通过组分与固定相间亲合力差别而实现分离的. 各种离子及在溶液中能够离解的物质均可实现分离，包括无机化合物、有机物及生物分子，如氨基酸、核酸及蛋白质等。

在离子对色谱色谱中，样品组分进入色谱柱后,组分的离子与对离子相互作用生成中性化合物，从而被固定相分配或吸附进而实现分离的•各种有机酸碱特别是核酸、核苷、生物碱等的分离是离子对色谱的特点。

空间排阻色谱是利用凝胶固定相的孔径与被分离组分分子间的相对大小关
系,而分离、分析的方法。

最适宜分离的物质是：
另外尚有手性色谱、胶束色谱、环糊精色谱及亲合色谱等机理。

(5) 何谓梯度洗脱？它和气相色谱中的程序升温有何异同？
在一个分析周期内，按一定程序不断改变流动相的组成或浓度配比，称为梯
度洗提。

是改进液相色谱分离的重要手段。

梯度洗提与气相色谱中的程序升温类似，但是前者连续改变的是流动相的极性、pH或
离子强度，而后者改变的温度。

程序升温也是改进气相色谱分离的重要手段。

(6) 简述液相色谱仪的仪器构成主要包括哪些部分？
贮液器、高压泵、梯度洗脱装置、压力表、进样器、色谱柱、馏分收集器、检测器、数据记录及处理装置。

(7) 简述液相色谱紫外可见光谱检测器的工作原理与特点。

被分析试样组分对特定波长紫外线的选择性吸收，组分浓度与吸光度的关系遵守比尔定律。

特点：具有很高的灵敏度，对温度和流速不敏感，可用于梯度洗脱，结构简单；缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样，溶剂的选用受限制。

(8) 选择液相色谱流动相需要综合考虑哪些因素？
应与检测器相匹配：对于紫外无吸收。

照射波长应大于溶剂的截止波长。

流动相纯度：如果溶剂不纯，长时间使用会导致检测器噪声增加，同时也会影响收集的馏分纯度。

应避免使用会引起柱效损失或保留特性变化的溶剂：液-液色谱中，保持流动相与固定相的不互溶。

否则会造成固定相的流失，柱的保留特性变更。

对试样要有适宜的溶解度
溶剂的粘度小些为好：否则会降低扩散系数，柱效下降。

(9) 简述以硅胶及高分子聚合物为基质的液相色谱柱的使用注意事项。

（10）何谓键合固定相？有什么优点？通常固定相的粒度对分离柱效有何影响？利用化学反应将固定液的官能团键合在载体表面形成的固定相称为化学键合固定相.
优点:固定相表面没有液坑,比一般液体固定相传质快的多；无固定相流失, 增加了色谱柱的稳定性及寿命；可以键合不同的官能团,能灵活地改变选择性,可应用与多种色谱类型及样品的分析；有利于梯度洗提,也有利于配用灵敏的检测器和馏分的收集。

仪器分析习题2
名词解释
⑴ 指示电极
在电化学分析中做工作电极，与参比电极组成原电池，对溶液中参与半反应离子的活度或不同氧化态离子的活度能够产生能斯特响应的电极，称为指示电极。

电化学分析法中所用的工作电极。

它和另一对应电极或参比电极组成电池，通过测定电池的电动势或在外加电压的情况下测定流过电解池的电流，即可得知溶液中某种离子的浓度。

根据功能不同，指示电极可分为电势型和电流型两大类。

⑵ 离子选择性电极
以电位法测量溶液中某些特定离子活度的指示电极。

⑶ 荧光发射光谱
如果使激光的强度和波长固定不变（通常固定在最大激发波长处），测定不同发射波长下的荧光强度，即得到发射光谱。

[ 如果固定荧光的发射波长（即测定波长），不断改变激发波长（即入射光）波长，以所测得的该发射波长下的荧光强度对激发光波长作图，即得到激发光谱。

]
⑷ 荧光效益也称荧光量子产率，它表示物质发射荧光的本领，定义为：物质发出荧光量
子数和吸收激发光量子数的比值。

⑸ 荧光淬灭
荧光物质与溶剂分子或其它溶质分子相互作用，引起荧光强度下降或消失的现象称为荧光猝灭。

⑹ 电喷雾离子化
液质联用中，LC 流出液流经金属毛细管喷嘴，在毛细管和对电极板之间施加3~8kV 的电压，使流出液(试样溶液)形成高度分散的带电扇状喷雾。

⑺ 共振线
电子受到外界能量激发时，其外层电子从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收线，再跃迁回基态会发射同样频率的光，这种共振吸收线和共振发射线，简称共振线。

⑻ 振动驰豫
溶质与溶剂之间发生碰撞，溶质的激发态分子可能将过剩的振动能量以热能的方式传递给周围的溶剂分子，而自身从激发态的高振动能级失活，跃迁到同一激发态的低振动能级，这一过程称为振动弛豫。

⑼ 化学发光
在化学反应过程中，分子吸收反应释放出的化学能而产生激发态物质，当回到基态时发出光辐射，这种分子受化学能激发后产生的发光现象称为化学发光。

⑽ 浓差极化由于电解时在电极表面浓度的差异而引起的极化现象，称为浓差极化。

(11) 电渗流(Electroosmotic flow)
在高压作用下，扩散层离子带动整个毛细管中溶液向前运动的动力。

(12) 电泳淌度(Electrophoretic mobility)
单位场强下，离子迁移的速率。

(13) zeta 电位
Zeta 电位又叫电动电位或电动电势，剪切面(紧密层与扩散层的交界面)对远离界面的流体中某点的电位即为zeta 电位，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。

（14）（表面活性剂）胶束
指当表面活性剂的正吸附到达饱和后继续加入表面活性剂，其分子则转入溶液中，因其亲油基团的存在，水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力，导致表面活性剂分子自身依赖范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水
基向外，在水中稳定分散，大小在胶体级别的粒子。

（15）（毛细管电泳）电动进样（Electrokinetic injection
将毛细管的进样端插入装有试样溶液的试管中，试样管中插入电极与检测端的缓冲液间施加进样电压，并维持一定时间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入毛细管，然后再将试样溶液换成载体缓冲液，电泳即将进行。

简答题
⑴电位分析法基本原理
对于一个氧化还原体系：0x + ne- = Red根据能斯特方程式：
E = E Ox/Red + TR/n
F log （aox/aRed）
对于纯金属，活度为1,故上式变为：
0 RT
E " E M n/M ln a M n -
nF
可见，测定了电极电位，即可测定离子的活度（或浓度）,这就是电位测定法的理论依据.
⑵循环伏安法基本原理
控制电极电势以不同的速率，以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应。

如果起始电压U1开始按
一定方向做线性扫描达到Us后，将扫描反向，以相同的速率回到原来的起始扫描电压U1。

若开始扫描方向使工作电位不断变负，某物质在电极上产生被还原的阴极过程。

而相反时则会发生氧化的阳极过程。

一次三角波的扫描可以完成一个氧化-还原的循环。

得到的曲线有还原波和氧化波，曲线的上下部基本对称。

⑶三电极系统工作原理
三电极体系就是在滴汞电极和参比电极之外，还增加了一个辅助电极，以确保滴汞电极的电位完全受外加电压所控制，而参比电压电位则保持恒定。

在三电极体系中极谱电流在滴汞电极（工作电极）与辅助电极间流过，参比电极与工作电极组成一个电位监控回路，因为运算放大器输入阻抗高，实际上没有明显的电流通过参比电极而使其电位保持恒定。

当回路的电阻较大或电解电流较大时，会引起iR 降过大，这样会引起参比电极和工作电极间的电位差产生偏离。

此时，偏差信号通过参比电极电路反馈放大器的输入端，调整放大器的输出使工作电极电位恢复到预计值，于是工作电极就能完全受外加电压U 的控制，起到消除电位失真的作用。

⑷ 原子发射光谱与吸收光谱的产生原理原子发射光谱：原子在受到外界能量作用时，原子中外层电子由基态跃迁到激发态，处于激发态的原子十分不稳定，在极短的时间内会跃迁到基态或其他较低能级上，当原子从较高能级跃迁到较低能级上时会将多余的能量以电磁波的形式辐射出去，经摄谱仪处理形成特征的谱线。

原子吸收光谱：物质所产生的原子蒸气对从光源辐射的共振线的吸收来进行分析的。

⑸ 原子发射光谱仪器的系统组成光源、（直流电弧、交流电弧、高压火花、电感耦合高频等离子体焰炬、）、分光系统（光谱仪）及观测系统组成。

⑹ 荧光光谱与磷光光谱产生原理分子受光能激发后，由第一电子激发单重态跃迁回到基态的任一振动能级时所发出的光辐射，称为分子荧光。

激发态分子从第一电子激发态三重态跃迁回到基态时所发出的光辐射称为磷光。

荧光光谱：当激发态的分子通过振动驰豫—内转换—振动驰豫到达第一单线激发态的最低振动能级时，第一单线激发态最低振动能级的电子可通过发射辐射（光子）跃回到基态的不同振动能级，此过程为“荧光发射” 。

磷光光谱：发生从激发单重态S1至激发三重态T1的系间窜越后，分子通过快速的振动弛豫到达激发三重态的最低振动能级。

当没有其他过程与之竞争时，在10-4~10s左右时间返回基态而发射出磷光。

⑺ 分光光度计的仪器构造及其定量分析原理光源发出的光经入口狭缝及反射镜反射到光栅，
色散后经出口狭缝得到所需波长的单色光束。

然后光束分别由反射镜反射到试样池和参比池上，光电倍增管接受其通光量，接微型计算机处理数据。

⑻ 色谱与质谱联用有什么突出优点
质谱法具有灵敏度高、定性能力强等特点。

但进样要纯，才能发挥其特长。

另一方面，进行定量分析又比较复杂。

气相色谱法则具有分离效率高、定量分析简便的特点，但定性能力却较差。

因此这两种方法若能联用，可以相互取长补短，其优点是：(1)气相色谱仪是质谱法的理想的“进样器” ，试样经色谱分离后
以纯物质形式进入质谱仪，就可充分发挥质谱法的特长。

(2) 质谱仪是气相
色谱法的理想的“检测器” ，色谱法所用的检测器如氢焰电离检测器、热导池检测器、电子捕获检测器都具有局限性。

而质谱仪能检出几乎全部化合物，灵敏度又很高。

所以，色谱—质谱联用技术既发挥了色谱法的高分离能力，又发挥
了质谱法的高鉴别能力。

这种技术适用于作多组分混合物中未知组分的定性鉴定；可以判断化合物的分子结构；可以准确地测定未知组分的分子量；可以修正色谱分析的错误判断；可以鉴定出部分分离甚至末分离开的色谱峰等。

因此日益受到重视，现在几乎全部先进的质谱仪器都具有进行联用的气相色谱仪，并配有
计算机，使得计算、联机检索等变得快捷而准确。

⑼ 为什么荧光吸收光谱与发射光谱呈镜像关系吸收光谱是由基态到第一激发态的各种振动能级所致，形状取决于第一激发态各种能级分布；发射光谱是由激发态各分子由第一电子激发态的最低振动能级回到基态不同振动能级，形状取决于基态各能级分布。

基态和第一激发态各振动能级分布相似，因此吸收光谱和发射光谱呈镜像关系。

⑽ 为什么原子发射光谱呈线状光谱而分子光谱呈带状光谱
原子各能级是不连续的(量子化)，电子跃迁也是不连续的因此原子发射光谱呈线状。

紫外吸收光谱及可见光谱一般包含若干谱带系，不同谱带系相当于不同电子能级跃迁，一个谱带系含有若干谱带，不同谱带相当于不同的振动能级跃迁，同一谱带又包含若干谱线，每一条线相当于转动能级跃迁，所以分子光谱是一种带状光谱。

(11) EOF与那些因素有关系
电场强度、毛细管材料、溶液ph、溶液浓度及相关性质、添加剂及温度。

(12) 简述毛细管电泳进样技术中电动进样与压力进样的方法与特点
将毛细管的进样端插入装有试样溶液的试管中，试样管中插入电极与检测端的缓冲液间
施加进样电压，并维持一定时间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入毛细管，然后再将试样溶液换成载体缓冲液，电泳即将进行。

毛细管进样端插入试样溶液容器，通过进样端加压，或检测端出口减压，或调解进样端试样溶液液面大于出口端缓冲液液面高度，利用虹吸现象，使进样口端与出口端形成正压差，并维持一段时间，试样在压力作用下进入毛细管进样端，再把进样端插入缓冲液槽处，进行电泳。

（13）简述毛细区带电泳（CZE）、毛细管液相色谱（CLC）与毛细管电色谱（CEC）技术的分离原理及异同点
毛细管区带电泳（CZE）是在指外加电场的作用下，溶质在毛细管内的背景电解质溶液中以一定速度迁移而形成一个一个独立的溶质带的电泳模式，其分离基础是淌度的差别．因为中性物质的淌度差为零，所以不能分离中性物质。

带电粒子的迁移速度为电泳速度与电渗流的矢量和．在缓冲溶液中带正电的粒子由于迁移方向与电渗流相同，流动速度最快，最先流出，负电荷粒子的运动方向与电渗流相反，最后流出，中性粒子的电泳速度与电渗流相同，因而迁移速度介于二者之间．这样各种粒子因差速迁移而达到区带分离，这就是CZE 的分离原理。

毛细管电渗色谱（CEC）在毛细管壁涂固定相颗粒，以试样与固定相之间的相互作用为分离机制，以电渗流作为流动相驱动力。

将HPLC 发展的固定相引入到CE 中，增加了选择性，但又保持了CE 的特点。

毛细管液相色谱（CLC）
（14）简述液相色谱电化学检测器（A）电导检测器，（B）安培检测器工作原理及特点电导检测器工作原理：根据物质在某些介质中解离后所产生电导变化来测定解离物质含量。

特点：高灵敏度但易受温度的影响。

安培检测器工作原理：根据物质在某些介质中解离后所产生的电流的大小
来测定解离物质含量。

特点：灵敏度高；选择性高；线性范围宽；结构简单；
检测池体积小，驻外效应较小，噪声低，响应速度快。

但对流动相的流速、温度、pH 值
等的变化比较敏感。

（15）简述离子选择性电极的类型及一般作用原理
晶体（膜）电极，原理：由于晶格缺陷（空穴）弓I起离子的传导作用。

接近空穴的可
移动离子移动至空穴中，一定的莫电机，按其空穴大小、形状、电荷分布，只能容纳一定的可移动离子，而其他离子则不能进入，由此显示选择性。

刚性基质电极，原理：选择性主要取决于玻璃组成。

活动载体电极（液膜电极），原理：由浸有某种液体离子交换剂的惰性多孔膜作电极膜制成。

通过液膜中敏感离子与溶液中的敏感离子交换而被识别和检测。

敏化电极是指气敏电极、酶电极、细菌电极及生物电极等。

这类电极的结构特点是在原电极上覆盖一层膜或物质，使得电极的选择性提高。

典型电极为氨电极。

以氨电极为例，气敏电极是基于界面化学反应的敏化电极，事实上是一种化学电池，由一对离子选择性电极和参比电极组成。

试液中欲测组分的气体扩散进透气膜，进入电池内部，从而引起电池内部某种离子活度的变化。

而电池电动势的变化可以反映试液中欲测离子浓度的变化。

判断题
1、下列化合物中哪个物质的荧光强度最高（A）酚酞（B）荧光素
荧光素强，具有刚性平面结构的分子，其荧光量子产率高。

由于荧光素分子中的氧桥结构，使分子具有刚性结构，减小分子振动。

2、下列化合物哪一个化合物的吸收波长更长？（A）酮式（B）烯醇式
CK—C—CHj—C—CH—C—
I II I I
O O OH O
■ I td—■ ” ■■亠■ ■ 亠■ =*■ 1- B i J" _ ■ ■- —m* ■■ ■■ -m —■ I ■.■ - « r il i-
烯醇式，存在共轭双键体系
3 •可能用于手性分离的色谱柱（A）C18固定相，（B）-CD键合固定相
C18固定相制备：用表面活化，带有羟基的硅胶颗粒与18烷基三甲氧基硅烷反应。

分为气相法和液相法。

性能：C18是一种性能优越的非极性柱，几乎完全惰性，因为碳链隔离开了硅胶与流动相，不会造成因为硅胶的酸性而引起的色谱峰展宽。

另外，由于C18是靠共价键结合的，所以耐溶剂性能很好。

-CD 环糊精被称为主体，进入空腔中的分子或离子被称为客体。

客体分子能进入环糊精空腔，主要是疏水亲脂作用，范德华作用，静电引力作用，释放出包容的高能水分子和体系张力能的作用，而客体分子与环糊精空腔的体积匹配作用是最重要的。

正是由于环糊精的这一特性和良好的手性识别能力，在液相色谱手性分离中常用作流动相添加剂和固定相。

其中，由于环糊精固定相操作简便而得到广泛应用。

4.液相色谱分离测定蒽醌（结构式如图所示）时，可以选用的检测器（A ）电化学（B）质谱（C）荧光
蒽醌结构式
荧光，因为它具有共轭双键体系，具有刚性平面结构，能产生较强的荧光量子产率。

计算题
1、在毛细管电泳实验中，使用的电解质溶液为pH值为9.0磷酸盐缓冲液，毛
细管（Fused Silica capillary）总长为50 cm,紫外检测窗口位于离进样端40cm处, 印加电压为20 kV,紫外检测器检测波长254nm。

丙酮的迁移时间为10分钟，某带点溶质A和B的迁移时间分别为5分钟和15分钟。

计算（a）印加的电场强度，（b）电渗流速度与淌度（c）溶质A的淌度（Electrophoretic mobility）, （d）判断溶质A及B可能带点情况。

（a）E=V/L=20000/0.5 V/m =40000 V/m
（b）v eof=l/t=0.4/（10 x 60）=6.7 x 10-4m/s
卩eo= v eof/E=1.68X 10-8m2/s.V
（c）v=（卩ep+卩eo）E卩ep为电渗淌度，卩eo为电泳淌度
V A=(卩epA+ 卩eo) E
卩A=1.65X 10-8m2/s.V
(d) 溶质A 带正电，溶质B 带负点。

( V 为印加电压；L 为毛细管总长度；l 为有效长度；v eof 为电渗流速；卩ep为电渗淌度；卩eo为电泳淌度；V A为溶质A的流速；卩A为溶质A的淌度)。