仪器分析完整版(详细)

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第一章绪论

1.仪器分析是以物质的物理组成或物理化学性质为基础，探求这些性质在分析过程中所产生分析信号与被分析物质组成的内在关系和规律，进而对其进行定性、定量、进行形态和机构分析的一类测定方法，由于这类方法的测定常用到各种比较贵重、精密的分析仪器，故称为仪器分析。与化学分析相比，仪器分析具有取样量少、测定是、速度快、灵敏、准确和自动化程度高的显著特点，常用来测定相对含量低于1%的微量、痕量组分，是分析化学的主要发展方向。

2.仪器分析的特点：速度快、灵敏度高、重现性好、样品用量少、选择性高局限性：仪器装置复杂、相对误差较大

3.精密度：是指在相同条件下对同一样品进行多次测评，各平行测定结果之间的符合程度。

4、灵敏度：仪器或方法的灵敏度是指被测组分在低浓度区，当浓度改变一个单位时所引起的测定信号的该变量，它受校正曲线的斜率和仪器设备本身精密度的限制。

5.准确度：是多次测定的平均值与真实值相符合的程度，用误差或相对误差来描述，其值越小准确度越高。

6．空白信号：当试样中没有待测组分时，仪器产生的信号。它是由试样的溶剂、基体材质及共存组分引起的干扰信号，具有恒定性，可以通过空白实验扣除。

7.本底信号：通常将没有试样时，仪器所产生的信号主要是由随机噪声产生的信号。它是由仪器本身产生的，具有随机性，难以消除，但可以通过增加平行测定次数等方法减小；、

8.仪器分析法与化学分析法有何异同：相同点：①都属于分析化学②任务相同：定性和定量分析不同点：①与化学分析相比，仪器分析具有取样量少、测定快速、灵敏、准确和自动化程度高等特点②分析对象不同：化学分析是常量分析，而仪器分析是用来测定相对含量低于1%的微量、衡量组分，是分析化学的主要发展方向

9.仪器分析主要有哪些分类：①光分析法：分为非光谱分析法和光谱法两类。非光谱法：是不涉及物质内部能级跃迁的，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分析法。光谱法：是物质与光相互作用时，物质内部发生了量子化的能级跃迁，从而测定光谱的波长和强度进行分析的方法，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。③色谱分析法：利用样品共存组分间溶解能力、亲和能力、渗透能力、吸附和解吸能力、迁徙速率等方面的差异，先分离、后按顺序进行测定的一类仪器分析法称为分离分析法。(气相色谱-GC、薄层色谱法-TLC、高效液相色谱法-HPLC、离子色谱法-IC、超临界流体色谱-SFC)④其他分析方法：利用生物学、动力学、热学、声学等性质进行测定的仪器分析方法和技术，如质谱分析法(MS),超速离心法等。⑤分析技术联用技术：气相色谱—质谱（GC-MS）,液相色谱—质谱（LC-MS）

10、仪器分析的联用技术有何显著优点?

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的发挥，缺点予以克服。展现了仪器分析在各领域的巨大生命力；与现代计算机智能化技术的有机融合，实现人机对话，更使仪器分析联用技术得到飞跃发展。开拓了一个又一个的新领域，解决了一个又一个技术上的难题。有分析仪器联用和分析仪器与计算机联用。如新的过程光二极管陈列分析仪与计算机等技术的融合，可进行多组分气体或流动液体的在线分析。1S内能提供1800多种气体，液体或蒸汽的测定结果，真正实现了高速分析。同时，分析的精密度、灵敏度、准确度也有很大程度的提高。

第二章分子吸光分析法

1、为什么分子光谱是带状光谱？答：因为分子跃迁产生光谱的过程中涉及能级Ee,振动能级Ev和转动能级Er三种能级的改变。△E总=△Ee+△Ev+△Er。如果分子吸收红外线，则引起分子的振动能级和转动能级跃迁，由于分子振动能级跃迁时，必然伴随着分子的转动能级跃迁，所以它常是由许多相隔很近的谱线或窄带所组成；如果分子吸收了200—800nm的UV-Vis时，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，而许许多多的振动能级和转动能级是叠加在电子跃迁上的，所以UV-Vis光谱是带状光谱。

2、何为生色团，助色团，长移，短移，浓色效应，淡色效应，向红基团和向蓝基团？

答：生色团就是分子中能吸收特定波长光的原子或化学键。助色团是指与生色团和饱和烃相连且能吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的原子或基团，如-OH,-NH2。长移是指某些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移动的现象又叫红移。短移是指吸收峰向短波长移动的现象，又叫蓝移。浓色效应是指使吸收强度增加的现象，又叫增色效应。淡色效应是指使吸收强度降低的现象。向红基团是指长移或红移的基团，如-NH2、-Cl。向蓝基团是指使波长蓝移的基团，如-CH2。最大吸收峰：吸收曲线的峰叫吸收峰，其中吸收程度最大的峰叫做最大吸收峰。最大吸收波长：最大吸收峰所对应的波长就做最大吸收波长。肩峰：在峰的旁边有一个曲折的小峰叫肩峰。次峰：吸收程度仅次于最大吸收峰的波峰称为次峰。最小吸收波长：吸收曲线的低谷称为波谷，最低波谷所对应波长称为最小吸收波长。末端吸收：在曲线波长最短的一端，吸收程度相当大，但并未形成波峰的地方。吸收曲线：又称吸收光谱，通常以入射光的波长为横坐标，以物质对不同波长光的吸光度A为纵坐标，在200—800nm波长范围内所绘制A-λ曲线为紫外-可见曲线。吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

3、光谱分析法：基于物质对不同波长光的吸收、发射等现象建立起来的一类光学分析法。原子光谱是线光谱，分子光谱是带状光谱。

4、光的单色性：描述光纯度的参数，常用光谱线和半宽度来表示。半宽度△λ越窄，光的单色性越好，单色光越纯。半宽度：光最大强度Imax一半处的波长宽度，常用△λ（或者△v）表示，单位为nm。但由于受到单色仪器条件的限制，且谱线存在一个自然宽度，所以光谱线总有一定的半宽度范围。锐线光：单色光的纯度很高，这样的单色光在光谱分析中称锐线光。

5、丙酮

λmax663nm（7.3×104）

丙酮：化合物所用的溶剂；663nm：最大吸收波长；7.3×104：最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数

6、何谓溶剂效应？为什么溶剂的极性增强时π到π*跃迁的吸收峰发生红移，而n到π*跃迁的吸收峰发生蓝移？答：溶剂效应：溶剂极性的不同会引起某些化合物的吸收峰发生红移或蓝移这种作用称为溶剂效应。在π到π*跃迁中，激发态的极性大于基态，当溶剂的极性增强时，由于溶剂与溶质相互作用，通知的分子轨道π*能量下降幅度大于π成建轨道，因而使π*与π间的能量差减少导致吸收峰红移。在N到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，引起吸收带蓝移。

7、有机化合物分子的跃迁有哪几种类型？哪些跃迁能在紫外-可见光区吸收反应出来？

答：有机化合物分子的跃迁有：σ→σ＊、σ→π、π→σ、π→π＊、n→σ＊、n→π＊等六种形式。其中π→π＊、n→σ＊、n→π＊的跃迁能在紫外-可见光区吸收光谱中反映出来。

8、什么是参比溶液？如何选择参比溶液,参比溶液的作用是什么？

参比溶液：是指测量时用作比较的，不含被测物质但其基体尽可能与试样溶液相似的溶液

参比溶液的作用：是在一定的入射光波长下调节A=0，可以消除由比色皿，显色剂，溶剂和试剂对待测组分的干扰。选择：当显色剂在测定波长下均无吸收时，用纯溶剂作参比溶液，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又吸收，则用不加显色剂的试液为参比溶液，称为样品空白；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。适当的参比溶液在一定的入射光波长下调节A=0，可以消除由比色皿、显色剂、溶剂和试剂对待测组分的干扰。

9、有机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：①R吸收带：由发色团（如﹥C=O、 —N=O、—N=N—）的n→π＊的跃迁产生的。特点是：跃迁所需能量少，通常为200—400nm，跃迁概率小，一般为﹤100,属弱吸收带。

②K吸收带—共轭非封闭体系的π→π*跃迁。特点是：跃迁吸收能量较R吸收带大，跃迁概率大，一般﹥1.0×104.波长及强度与共轭体系数目、位置、取代基有关，共轭体系增加，吸收度增加。③B吸收带：由芳香族化合物中的p→p*产生的。在230—270nm有一系列吸收峰，为精细结构吸收带，=102，当苯环上又取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中测定，苯的精细结构部分消失或全部消失。④E吸收带：由芳香族化合物中的p→p*产生的。分为E1和E2带，E1在184nm处强吸收，E2在204nm处强吸收，是芳香族化合物的特征吸收带。

10、UV-Vis分析法：光源→单色器→比色皿（样品室）→检测器→信号显示器1.光源：在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在350～1000nm。紫外区：氢、氘灯。发射200～400nm的连续光谱。2.单色器：将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。单色器是紫外-可见分光光度计的核心部件，其性能直接影响光谱带宽、测定的灵敏度、选择性、线性范围。紫外-可见分光光度计现多选用光栅，因光栅可在整个波长区提供良好的均匀一致的分辨能力，而且成本低，便以保存。3.样品室：样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.检测器：利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.结果显示记录系统：检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。

11、UV-Vis分析法的应用：UV光谱基本上是分子中生色团及助色团的特征，而不是整个分子的特征（用来确定类），外界因素如溶剂的改变会影响吸收光谱，极性溶剂中精细结构消失成为一个宽带，UV光谱不能完全确定物质分子结构，需与红外吸收光谱、核磁共振、质谱等结合。不能根据紫外就能判定某物质结构而只能确定物质的类别。1、定性分析：（研究有机化合物，尤其是共轭体系很有用）①200—800nm无吸收→链状或环状脂肪族化合物及简单的衍生物（不含双链的共轭体系）②210—250强吸收，﹥1.0×104→两个共轭双键③210—300nm强吸收→3~5个双键④270—350弱吸收峰，并在200—270无吸收→含有孤对电子的未共轭生色团，如羰基⑤260nm中强吸收→芳香环⑥多个吸收→长链共轭体系或稠环芳烃。方法：⑴比较法（相同仪器，溶剂条件）[a、标准品①分析曲线全易见②最大吸收波长λmaxb、UV光谱图]⑵最大吸收波长计算法：Scott经验规则：计算苯的衍生贵族化合物的λmax

母体λmax=？

速率理论：范第姆特提出

5、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在的:分配系数和塔板理论数。

通常用R=1.5作为相邻两色谱完全分离的指标。

第九章气相色谱法

气相色谱分离原理：（主要是吸附和分配）

答：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具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。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最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，一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有一定的溶解度。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。

2、气相色谱流程：载气（流动相）+样品（汽化）—混合—>分离柱（固定相）—分离—>检测器—﹥记录

3、气相色谱仪：由五大系统组成：气路系统—进样系统—分离系统—温控系统—检测记录系统。

①气路系统：通过该系统可获得纯净的、流速稳定的载气。

②进样系统：是把待测样品（气体或液体）快速而定量地加到色谱柱中进行色谱分离的装置，包括进样装置和汽化室。

③分离系统：由色谱柱组成，是色谱仪的心脏，安装在温控的柱室内用于分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。

④温控系统：是对气相色谱的汽化室、色谱柱和检测器进行温度控制的装置。

⑤检测记录系统包括：检测器、放大器和记录仪。

4、对担体的要求：

理想的担体应是能牢固地保留固定液并使其呈均匀薄膜状的无活性物质，为此，担体应具有足够大的表面积和良好的孔穴结构，以便使固定液与试样间有较大的接触面积，且能均匀地分布成一薄膜。但担体表面积不宜太大，否则易造成峰拖尾；担体表面应呈化学惰性，没有吸附性或吸附性很弱，更不能与被测物起反应。此外，担体还应形状规则、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。

5、对固定液的要求：

第一，选择性要好。其选择性可用相对保留值r2,1来衡量。

第二，热稳定性好。在操作温度下，不会发生聚合、分解和交联等现象，并且有较低的气压。通常，固定液有一个“最高使用温度”。

第三，化学稳定性好。固定液不能与试样或载气发生不可逆的化学反应。

第四，对试样各组分有适当的溶解能力。

第五，粘度低、凝固点低，以便在载体表面能均匀分布。

6、固定液的选择：

一般可按“相似相溶”原则来选择固定液。所谓相似是指待测组分和固定相分子的性质（极性、官能团等）相似，此时分子间的作用力强，选择性高，分离效果好。具体说来，可从以下几个方面进行考虑：

分离非极性物质，一般选用非极性固定液。此时试样中各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。如果非极性混合物中含有极性组分，当沸点相近时，极性组分先出峰。

分离极性物质，则宜选用极性固定液。试样中各组分按极性次序流出，极性小的先流出，极性大的后流出。

对于非极性和极性的混合物的分离，一般选用极性固定液。这时非极性组分先流出，极性组分后流出。

分离能形成氢键的试样，一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力的大小先后流出，最不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的后流出。

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。

样品极性未知时，一般先用最常用的几种固定液做实验，根据色谱分离的情况，在12种固定液中选择合适极性的固定液。

检测器：常用的是热导检测器(TCD)、火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)和火焰光度检测器(FPD)四种。

TCD是气相色谱常用的检测器，对无机物和有机物都有响应，线性范围宽且不破坏样品，是应用最广、最成熟的气相色谱检测器之一。但其灵敏度较低，一般适用于常量及含量在1.0*10-6数量级以上的组分分析。

FID对含碳有机物有很高的灵敏度，只对有机化合物产生信号，不能检测永久性气体、水、CO、CO2、氮氧化物、H2S等物质，且经FID检测后，样品被破坏，不能进行收集。

ECD是一种高灵敏度、高选择性（只具有电负性有机物最有效的检测器，已广泛用于农药残留、大气及水质污染分析以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域。但其线性范围窄，响应易受操作条件的影响，重现性较差。

FPD又称硫、磷检测器，是一种对含硫、磷有机化合物具有高选择性好高灵敏性的质量型检测器，可用于大气中痕量硫化物以及农副产品、水中的纳克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。

定性分析方法：①用已知纯物质对照定性；②用经验规律和文献值进行定性分析；③与其他方法结合定性

定量分析方法：归一化法、外标法、内标法

色谱柱及柱温的选择：

（1）色谱柱：选择好固定相后，柱效率受色谱柱形、柱内径和柱长的影响。通常螺旋形及盘形柱效高且体积小，为一般仪器所采用。

增加柱长可使理论塔板数增大，但同时峰宽也会加大，分析时间延长，柱压也增加，因此填充柱柱长要合适。一般柱长选择以使组分能完全分离，分离度达到所期望的值为准。

增加内径可增加柱容量，但由于纵向扩散路径也随之增加，使柱效下降。一般3~6mm。

（2）柱温：一般原则是：在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但应以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。同时柱温不能超过固定液的最高使用温度，以免造成固定液流失。

12、气相色谱法的特点：分离效率高、灵敏度高、选择性好、分析速度快、应用范围广。

第十章高效液相色谱法及超临界流体色谱法

高效液相色谱法(HPLC)，又称高压或高速液相色谱法，是一种以高压输出的液体为流动相的色谱技术。与气相色谱法相比，具有以下优点：

气相色谱法只能分析气体和沸点较低的化合物，可分析的有机物仅占有机物总数的20%，对于那些沸点高、热稳定性差、相对分子质量大的有机物，主要采用高效液相色谱法进行分离和分析。

气相色谱法的流动相是惰性气体，仅起运载作用。高效液相色谱法中的流动相可以选择不同极性的液体，与固定相竞争对组分的作用，使高效液相色谱增加了一个控制和改进分离条件的参数。因此，通过改变固定相和流动相可以提高HPLC的分离效率，

气相色谱法一般都在较高温度下进行分离和测定，其应用范围受到较大的限制。HPLC一般在室温下进行分离和分析，不受严密挥发性和高温下稳定性的限制，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。

HPLC除用于分离和分析外，还可用于制备。

提高柱效的措施：①采用颗粒小而均匀的填料填充色谱柱，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小填料的孔隙深度，以减小传质阻力；③使用小分子溶剂作流动相，以减小流动相粘度；④适当提高柱温以提高组分在流动相中的扩散系数；⑤降低流动相流速可降低板高，但太低又会引起组分分子的纵向扩散，固流动相流速应适当。由于H与d2p成正比，在减小填料粒度的同时，孔隙深度也随之减小，故减小填料粒度是提高柱效的最有效途径。

化学键合：通过化学反应将有机分子键合在担体（一般为硅胶）表面形成单一、牢固的单分子薄层而构成的填充剂，采用的键合反应有酯化键合、硅氮键合和硅烷化键合等，其中以硅烷化键合反应最为常见。化学键合相的特点：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，没有液坑，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。

按照固定相和流动相的极性差别，液液分配色谱可分为正相色谱法和反相色谱法两类

正相色谱法的流动相极性小于固定相，在正相色谱中，固定相是极性填料，而流动相是非极性或弱极性的溶剂，样品中极性小的组分先流出，极性大的组分后流出，适用于分析极性化合物。反相色谱法的流动相极性大于固定相，极性大的组分先流出色谱柱，极性小者后流出，适用于分析非极性化合物。

高效液相色谱仪主要有四部分：高压输液系统、