儀器分析選做作業--答案
《儀器分析》
一、簡單題：
1。 電子躍遷有哪幾種類型？這些型別的躍遷各處於什麼補償範圍？
解：從化學鍵的性質考慮，與有機化合物分子的紫外－可見吸收光譜有關的電子為：形成單鍵的s電子，形成雙鍵的p電子以及未共享的或稱為非鍵的n電子．電子躍遷發生在電子基態分子軌道和反鍵軌道之間或基態原子的非鍵軌道和反鍵軌道之間．處於基態的電子吸收了一定的能量的光子之後，可分別發生s→s*，s →p*，p → s*，n →s*，p →p*，n→p*等躍遷型別．p →p*，n →p*所需能量較小，吸收波長大多落在紫外和可見光區，是紫外－可見吸收光譜的主要躍遷型別．四種主要躍遷型別所需能量DE大小順序為：n →p*
一般s →s*躍遷波長處於遠紫外區，＜200nm，p →p*，n →s*躍遷位於遠紫外到近紫外區，波長大致在150－250nm之間，n →p*躍遷波長近紫外區及可見光區，波長位於250nm－800nm之間．
2。 舉例說明生色團和助色團，並解釋紅移和紫移。 答：廣義地說，生色團是指分子中可以吸收光子而產生電子躍遷的原子基團 嚴格地說，那些不飽和吸收中心才是真正的生色團，如苯環等 助色團 帶有非鍵電子對的基團（如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等），它們本身不能吸收大於200 nm的光，但是當它們與生色團相連時，會使其吸收帶的最大吸收波長λmax發生移動，並增加其吸收強度 紅移和紫移 在有機化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長λmax發生移動 向長波方向移動稱為紅移 向短波方向移動稱為紫移（藍移）
3。 簡要說明氣相色譜分析的基本原理
借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離。氣相色譜就是根據組分與固定相與流動相的親和力不同而實現分離。組分在固定相與流動相之間不斷進行溶解、揮發（氣液色譜），或吸附、解吸過程而相互分離，然後進入檢測器進行檢測。
4。 氣相色譜儀的基本裝置包括哪幾部分？各有什麼作用？
氣路系統．進樣系統、分離系統、溫控系統以及檢測和記錄系統．氣相色譜儀具有一個讓載氣連續執行 管路密閉的氣路系統． 進樣系統包括進樣裝置和氣化室．其作用是將液體或固體試樣，在進入色譜柱前瞬間氣化，然後快速定量地轉入到色譜柱中．
5。 當下列引數改變時：（1）柱長縮短，（2）固定相改變，（3）流動相流速增加，（4）相比減少，是否會引起分配係數的改變？為什麼？
答：固定相改變會引起分配係數的改變，因為分配係數只於組分的性質及固定相與流動相的性質有關。
所以（1）柱長縮短不會引起分配係數改變
（2）固定相改變會引起分配係數改變
（3）流動相流速增加不會引起分配係數改變
（4）相比減少不會引起分配係數改變
6。 當下列引數改變時： （1）柱長增加，（2）固定相量增加，（3）流動相流速減小，（4）相比增大，是否會引起分配比的變化？為什麼？
答： k=K/b，而b=VM/VS ，分配比除了與組分，兩相的性質，柱溫，柱壓有關外，還與相比有關，而與流動相流速，柱長無關。
故：（1）不變化，（2）增加，（3）不改變，（4）減小
7。 當下述引數改變時： （1）增大分配比，（2） 流動相速度增加， （3）減小相比， （4） 提高柱溫，是否會使色譜峰變窄？為什麼？
答：（1）保留時間延長，峰形變寬
（2）保留時間縮短，峰形變窄
（3）保留時間延長，峰形變寬
（4）保留時間縮短，峰形變窄
8。 從分離原理、儀器構造及應用範圍上簡要比較氣相色譜及液相色譜的異同點。
解：二者都是根據樣品組分與流動相和固定相相互作用力的差別進行分離的。
從儀器構造上看，液相色譜需要增加高壓泵以提高流動相的流動速度，克服阻力。同時液相色譜所採用的固定相種類要比氣相色譜豐富的多，分離方式也比較多樣。氣相色譜的檢測器主要採用熱導檢測器、氫焰檢測器和火焰光度檢測器等。而液相色譜則多使用紫外檢測器、熒光檢測器及電化學檢測器等。但是二者均可與MS等聯用。
二者均具分離能力高、靈敏度高、分析速度快，操作方便等優點，但沸點太高的物質或熱穩定性差的物質難以用氣相色譜進行分析。而只要試樣能夠製成溶液，既可用於HPLC分析，而不受沸點高、熱穩定性差、相對分子量大的限制。
9。 何謂梯度洗提？它與氣相色譜中的程序升溫有何異同之處？
解：在一個分析週期內，按一定程式不斷改變流動相的組成或濃度配比，稱為梯度洗提．是改進液相色譜分離的重要手段．
梯度洗提與氣相色譜中的程序升溫類似，但是前者連續改變的是流動相的極性、pH或離子強度，而後者改變的溫度．
程序升溫也是改進氣相色譜分離的重要手段．
10。 簡述原子吸收分光光度法的基本原理，並從原理上比較發射光譜法和原子吸收光譜法的異同點及優缺點．
解：AAS是基於物質所產生的原子蒸氣對特定譜線的吸收作用來進行定量分析的方法．
AES是基於原子的發射現象，而AAS則是基於原子的吸收現象．二者同屬於光學分析方法．
原子吸收法的選擇性高，干擾較少且易於克服。
由於原於的吸收線比發射線的數目少得多，這樣譜線重疊 的機率小得多。而且空心陰極燈一般並不發射那些鄰近波長的輻射線經，因此其它輻射線干擾較小。
原子吸收具有更高的靈敏度。
在原子吸收法的實驗條件下，原子蒸氣中基態 原於數比激發態原子數多得多，所以測定的是大部分原 子。
原子吸收法 比發射法具有更佳的信噪比
這是由於激發態原子數的溫度係數顯著大於基態原子。
二、分析題：
1。 有機化合物的紫外吸收光譜中有哪幾種類型的吸收帶？它們產生的原因是什麼？有什麼特點？
解：首先有機化合物吸收光譜中，如果存在飽和基團，則有s →s*躍遷吸收帶，這是由於飽和基團存在基態和激發態的 s電子，這類躍遷的吸收帶位於遠紫外區．如果還存在雜原子基團，則有n →s*躍遷，這是由於電子由非鍵的n軌道向反鍵s軌道躍遷的結果，這類躍遷位於遠紫外到近紫外區，而且躍遷峰強度比較低．如果存在不飽和C=C雙鍵，則有p →p*，n →p*躍遷，這類躍遷位於近紫外區，而且強度較高．如果分子中存在兩個以上的雙鍵共軛體系，則會有強的K吸收帶存在，吸收峰位置位於近紫外到可見光區．
對於芳香族化合物，一般在185nm，204nm左右有兩個強吸收帶，分別成為E1， E2吸收帶，如果存在生色團取代基與苯環共軛，則E2吸收帶與生色團的K帶合併，並且發生紅移，而且會在230-270nm處出現較弱的精細吸收帶（B帶）．這些都是芳香族化合物的特徵吸收帶．
2。 試以塔板高度H做指標，討論氣相色譜操作條件的選擇。
解：提示：主要從速率理論（van Deemer equation）來解釋，同時考慮流速的影響，選擇最佳載氣流速。P13-24。
（1）選擇流動相最佳流速。
（2）當流速較小時，可以選擇相對分子質量較大的載氣（如N2，Ar），而當流速較大時，應該選擇相對分子質量較小的載氣（如H2，He），同時還應該考慮載氣對不同檢測器的適應性。
（3）柱溫不能高於固定液的最高使用溫度，以免引起固定液的揮發流失。在使最難分離組分能儘可能好的分離的前提下，儘可能採用較低的溫度，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度。
（4）固定液用量：擔體表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進樣量也越多，但為了改善液相傳質，應使固定液膜薄一些。
（5）對擔體的要求：擔體表面積要大，表面和孔徑均勻。粒度要求均勻、細小（但不宜過小以免使傳質阻力過大）
（6）進樣速度要快，進樣量要少，一般液體試樣0。1~5uL，氣體試樣0。1~10mL。
（7）氣化溫度：氣化溫度要高於柱溫30-70℃。
3。 液相色譜有幾種型別？它們的保留機理是什麼？ 在這些型別的應用中，最適宜分離的物質是什麼？
解：液相色譜有以下幾種型別：液-液分配色譜； 液-固吸附色譜； 化學鍵合色譜；離子交換色譜； 離子對色譜； 空間排阻色譜等。
其中；液-液分配色譜的保留機理是透過組分在固定相和流動相間的多次分配進行分離的。可以分離各種無機、有機化合物。
液-固吸附色譜是透過組分在兩相間的多次吸附與解吸平衡實現分離的。最適宜分離的物質為中等相對分子質量的油溶性試樣，凡是能夠用薄層色譜分離的物質均可用此法分離。
化學鍵合色譜中由於鍵合基團不能全部覆蓋具有吸附能力的載體，所以同時遵循吸附和分配的機理，最適宜分離的物質為與液-液色譜相同。
離子交換色譜和離子色譜是透過組分與固定相間親合力差別而實現分離的。各種離子及在溶液中能夠離解的物質均可實現分離，包括無機化合物、有機物及生物分子，如氨基酸、核酸及蛋白質等。
在離子對色譜色譜中，樣品組分進入色譜柱後，組分的離子與對離子相互作用生成中性化合物，從而被固定相分配或吸附進而實現分離的。各種有機酸鹼特別是核酸、核苷、生物鹼等的分離是離子對色譜的特點。
空間排阻色譜是利用凝膠固定相的孔徑與被分離組分分子間的相對大小關係，而分離、分析的方法。最適宜分離的物質是：
另外尚有手性色譜、膠束色譜、環糊精色譜及親合色譜等機理。
三、計算題
1。 在一根2 m長的色譜柱上，分析一個混合物，得到以下資料：苯、甲苯、及乙苯的保留時間分別為1’20“， 2‘2”及3’1“；半峰寬為0。211cm， 0。291cm， 0。409cm，已知記錄紙速為1200mm。h-1， 求色譜柱對每種組分的理論塔板數及塔板高度。
解：三種組分保留值用記錄紙上的距離表示時為：
苯： （1+20/60）×［（1200/10）/60］=2。67cm
甲苯：（2+2/60） ×2=4。07cm
乙苯： （3+1/60） ×2=6。03cm
故理論塔板數及塔板高度分別為：
甲苯和乙苯分別為：1083。7，0。18cm； 1204。2，0。17cm
2。 在某色譜條件下，分析只含有二氯乙烷、二溴乙烷和四乙基鉛三組分的樣品，結果如下： 二氯乙烷 二溴乙烷 四乙基鉛 相對質量校正因子 1。00 1。65 1。75 峰面積（cm-2） 1。50 1。01 2。82 試用歸一化法求各組分的百分含量。
解：據 Wi ＝ （fi’Ai）／（∑fi＇Ai） 將表中資料代入，計算，得 二氯乙烷：18。5%； 二溴乙烷 20。6%； 四乙基鉛： 60。9%
