《分析化学》习题参考答案-仪器部分.doc 56页

'第八章电位法及永停滴定法思考题和习题1、解释下列名词：相界电位、液接电位、不对称电位、碱差和酸差。相界电位：两个不同物相接触的界面上的电位差。液接电位：两个组成或浓度不同的电解质溶液相接触的界面间所存在的微小电位差。不对称电位：当玻璃膜内外溶液H+浓度或pH值相等时，从前述公式可知，jM=0，但实际上jM不为0，仍有1~3mV的电位差碱差：当测定较强碱性溶液pH值（pH>9）时，测得的pH值小于真实值而产生的负误差。酸差：当用pH玻璃电极测定pH<1的强酸性溶液或高盐度溶液时，电极电位与pH之间不呈线性关系，所测定的值比实际的偏高，这个误差叫做酸差2、金属基电极与膜电极有何区别？金属基电极是以金属为基体，共同特点是电极上有电子交换即氧化还原反应的存在。膜电极即离子选择性电极是以敏感膜为基体，特点是薄膜不给出或得到电子，而是电极膜选择性地使离子渗透和离子交换。3、什么叫盐桥？为什么说它能消除液接电位？盐桥：沟通两个半电池、消除液接电位、保持其电荷平衡、使反应顺利进行的一种装置，内充高浓度的电解质溶液。用盐桥将两溶液连接后，盐桥两端有两个液接界面，扩散作用以高浓度电解质的阴阳离子为主，而其是盐桥中电解质阴阳离子迁移速率几乎相等，所以形成的液接电位极小，在整个电路上方向相反，可使液接电位相互抵消。4．试归纳比较各类指示电极和参比电极的组成、电极反应、电极电位。电极电极组成电极反应电极电位金属-金属离子电极M∣Mn+金属-金属难溶盐电极MúMXn惰性电极Pt∣[Ox],[Red]Ox+ne===Red膜电极电极膜等离子交换和扩散标准氢电极镀铂黑铂电极通氢气056 甘汞电极HgêHg2Cl2,KCl(xM)êêHg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl-Ag/AgCl电极AgçAgCl,(xM)KClççAgCl+e==Ag+Cl-5．简述玻璃电极的基本构造和作用机制。（1）pH玻璃膜电极(硬质、非晶体)的构造软质球状玻璃膜，含Na2O、CaO和SiO2，厚度小于0.1mm，内部溶液为pH6-7（或4）的膜内缓冲溶液及0.1mol/L的KCL内参比溶液，内参比电极为Ag-AgCl电极（2）pH电极响应的机理玻璃电极对H+选择性响应主要与电极膜的特殊组成有关，普通玻璃电极膜是由固定带负电荷的硅酸晶格组成，在晶格中有体积小、活动能力强的钠离子，溶液中的H+可进入晶格占据Na+点位，而其他高价阴阳离子不能进出晶格。当内外玻璃膜与水溶液接触时，Na2SiO3晶体骨架中的Na+与水中的H+发生交换，形成双电层，产生电位差，扩散达动态平衡后达稳定相界电位(膜电位），其膜电位可用表达。对于整个玻璃电极而言，电极电位为。此式即为采用玻璃电极进行pH测定的理论依据。6、说明直接电位法、电位滴定法和永停滴定法的测量电池分别是哪种化学电池。直接电位法（离子选择性电极法）：选择合适的指示电极和参比电极，浸入待测溶液中组成原电池，测定原电池的电动势或电极电位，利用Nernst方程直接求出待测物质含量的方法。电位滴定法：根据滴定过程中指示电极的电位或电动势变化确定滴定终点直接电位法、电位滴定法的测量电池为原电池。永停滴定法：把两个相同的惰性电极（铂电极）插入滴定溶液中，在两个电极之间外加一小电压，观察滴定过程中通过两个电极间的电流突变，根据电流的变化情况确定滴定终点。永停滴定法的测量电池为电解池。7．离子选择电极有哪些类型？简述它们的响应机理。1976年，IUPAC根据膜的特征，将离子选择性电极分为以下几类：（1）原电极：晶体膜电极（均相膜电极、非均相膜电极）、非晶体膜电极（刚性基质电极、液膜电极）（2）敏化电极：气敏电极、酶(底物)电极  电极膜浸入外部溶液时，膜内外有选择响应的离子，通过交换和扩散作用在膜两侧建立电位差，达平衡后即形成稳定的膜电位外参比电极‖被测溶液(ai未知)∣内充溶液(ai一定)∣内参比电极内外参比电极的电位值固定，且内充溶液中离子的活度也一定，则离子选择电极膜电位为8．为什么要使用“总离子强度调节缓冲剂（TISAB）”56 ？它有哪些作用？离子选择电极的测量方法有哪些？测定过程中由于试样组成不固定，且基质复杂，变动性大，活度系数K″不稳定，给测定结果造成影响，可加入TISAB消除影响。TISAB为不含被测离子、不污损电极的浓电解质液；由pH缓冲剂、掩蔽干扰离子的掩蔽剂组成。TISAB的作用(1)保持较大且相对稳定的离子强度,使活度系数恒定；(2)维持溶液在适宜的pH范围内,满足离子电极要求；(3)掩蔽干扰离子。离子选择电极的测量方法有两次测量法、标准曲线法、标准加入法。9．图示并说明电位滴定法及各类永停滴定法如何确定滴定终点。10、是否能用普通电位计或伏特计测量参比电极和PH玻璃电极所组成电池的电动势？简述原因。玻璃电极的内阻很大(50～500MQ)，用其组成电池，在测量电动势时，只允许有微小的电流通过，否则会引起很大的误差。如玻璃电极内阻R=100MQ时，若使用一般灵敏检流计(测量中有10-9A电流通过)，则产生相当于1.7pH单位的误差；而用电子电位计时，测量中通过电流很小，只产生相当于0.0017pH单位的误差。可见，测定溶液pH必须在专门的电子电位计上进行。11．计算下列电池电动势，并标明电极的正负。（1）Zn│ZnSO4（0.100mol/L）┊┊AgNO3（0.010mol/L）│Ag（已知=－0.763V,=+0.80V）（2）Pb│PbSO4（固），K2SO4（0.200mol/L）┊┊Pb（NO3）2（0.100mol/L）│Pb（已知=－0.126V,Ksp（PbSO4）=2.0×10－8）56 12．将pH玻璃电极与饱和甘汞电极浸入pH=6.86的标准缓冲溶液中，测得电动势为0.352V；测定另一未知试液时，测得电动势为0.296V。计算未知试液的pH。13．某钙离子选择电极的选择系数KCa2+,Na+=0.0016，测定溶液中Ca2+离子的浓度，测得浓度值为2.8×10-4mol/L，若溶液中存在有0.15mol/L的NaCI，计算：①由于NaCl的存在，产生的相对误差是多少?②若要使相对误差减少到2％以下，NaCl的浓度不能大于多少?若要使相对误差减少到2％以下，则解得NaCl的浓度不能大于0.059mol/L14．用下列电池按直接电位法测定草酸根离子浓度。Ag│AgCl（固）│KCl（饱和┊┊（未知浓度）│Ag2C2O4（固）│Ag（1）推导出pC2O4与电池电动势之间的关系式（Ag2C2O4的溶度积Ksp=2.95×10－11）（2）若将一未知浓度的草酸钠溶液置入此电解池，在25℃测得电池电动势为0.402V，Ag-AgCl电极为负极。计算未知溶液的pC2O4值。　（已知=+0.1990V，＝＋0.7995V）56 15．自发电池Hg|Hg2Cl2(s),Cl－(饱和)||Mn+|M。在25℃时，测得电动势为0.100V，如将Mn+浓度稀释50倍，电池电动势下降为0.050V，金属离子Mn+的电荷n为何值？电池电动势16．用氟离子电极测定饮用水中F一含量时，取水样20.00ml，加总离子强度调节缓冲液20.00ml，测得电动势为140.0mV；然后在此溶液中加入浓度为1.00×10-2mol/L的氟标准溶液1.00m1，测得电动势为120.0mV。若氟电极的响应斜率为58.5mV/pF，求饮用水中F一的浓度。Cx=3.99×10-4mol/L17、下列电池的电动势为0.460V，计算反应M2++4Y-ÛMY42－生成配合物MY42－的稳定常数KMY42－。(φθM2+/M=+0.0221V)。M|M2+(0.0400mol/L),Y－(0.400mol/L)||SHE(标准氢电极)。由配合平衡知：18．用电位滴定法测定某药物的含量，在接近化学计量点时得到如下数据，试分别用E-V曲线法和内插法求其终点时滴定剂的体积。V（ml）29.9030.0030.1030.2030.3030.4030.5056 E（mV）240250266526666740750V(ml)E(mV)ΔEΔVΔE/ΔV29.9240100.110029.95600.160030.0250160.116030.0530.126624400.1244002600.1260030.1530.2526－12000.1－120001400.1140030.2530.3666－6600.1－6600740.174030.3530.4740－6400.1－6400100.110030.4530.5750(30.20－30.10):(－12000－24400)=(X－30.10):(0－24400)解得X=30.17mL19．为测定下列吡啶与水之间的质子转移反应的平衡常数，C5H5N＋H2OÛC5H5NH＋＋OH－安装以下电池Pt，H2（0.200大气压）C5H5N（0.189mol/L）Hg2Cl2（饱和）HgC5H5NH＋Cl－（0.0536mol/L）KCl（饱和）若25℃时，电池电动势为0.563V，上列反应的平衡常数Kb为多少?氢电极反应：2H++2e≒H256 20．下面是用NaOH标准溶液(0.1250mol/L)滴定50.00ml某一元弱酸的部分数据表。体积(ml)0.004.008.0020.0036.0039.20pH2.402.863.213.814.765.50体积(ml)39.9240.0040.0840.8041.60pH6.518.2510.0011.0011.24（1）绘制滴定曲线；（2）绘制△pH/△V-曲线；（3）绘制△2pH/△V2-V曲线；（4）计算该酸溶液的浓度；（5）计算弱酸的离解常数Ka。（0.1000mol/L，1.57×10－4）（2）V(ml)pHΔpHΔVΔpH/ΔV0.002.400.464.001.152.00-1.064.00-0.274.002.860.354.000.08756.008.003.21-0.0412.00-0.00330.0514.0056 0.6012.0020.003.810.0114.000.000710.9516.000.0628.0036.004.760.179.60.0180.743.200.2337.6039.205.500.871.960.441.010.921.1039.5639.926.5120.40.40511.720.0821.5039.9640.008.230.630.087.871.770.0822.1340.0440.0810.00－20.730.40-51.821.000.721.4040.4440.8011.00－1.10.76-1.450.240.800.341.2041.6011.24(40.08－39.92):(－51.82－51)=(VX－39.92):(0－51)解得VX=40.00mLCx=CNaOH·Vx/V酸=0.1250×40.00/50.00=0.1000mol/L由半中和点体积20.00ml对应的pH即为该酸的pKa值，因此有pKa=3.81Ka=1.57×10-421．农药保棉磷（C12H16O3PS2N3=345.36）在强碱性溶液中按下式水解。水解产物邻氨基苯甲酸，在酸性介质中可用NaNO2标准溶液进行重氮化滴定。滴定终点以永停滴定法指示。今称取油剂试样0.4510g，置于50ml容量瓶中，溶于苯，并用苯稀释至刻度，摇匀。移取溶液10.00ml置于200ml分液漏斗中，加入20mlKOH溶液（1mol/L）水解，待水解反应完全后，用苯或氯仿萃取分离掉水解反应生成的干扰物质。将水相移入200ml烧杯中，插入两支铂电极，外加~50mV电压，用0.01010mol/L的NaNO2滴定，测量部分数据如下表：NaNO2体积(ml)5.0010.0015.0017.5018.5019.5020.0520.1020.15电流（10－9A）1.31.31.41.41.51.530.061.092.0求保棉磷的百分含量。（76.96%）56 电流增加实验点连线与体积轴交于Vsp=20.00ml，即为滴定终点消耗NaNO3标准溶液的体积。紫外－可见分光光度法思考题和习题1．名词解释：吸光度、透光率、吸光系数(摩尔吸光系数、百分吸光系数)、发色团、助色团、红移、蓝移。吸光度：指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数，用来衡量光被吸收程度的一个物理量。吸光度用A表示。透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。吸光系数：单位浓度、单位厚度的吸光度摩尔吸光系数：一定波长下C为1mol/L，l为1cm时的吸光度值百分吸光系数：一定波长下C为1%(w/v)，l为1cm时的吸光度值发色团：分子中能吸收紫外或可见光的结构单元，含有非键轨道和n分子轨道的电子体系，能引起π→π*跃迁和n→π*跃迁，助色团：一种能使生色团吸收峰向长波位移并增强其强度的官能团，如-OH、-NH3、-SH及一些卤族元素等。这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中n电子相互作用，使π→π*跃迁跃迁能量降低并引起吸收峰位移。红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）；吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）2．什么叫选择吸收？它与物质的分子结构有什么关系？物质对不同波长的光吸收程度不同，往往对某一波长(或波段)的光表现出强烈的吸收。这时称该物质对此波长(或波段)的光有选择性的吸收。 由于各种物质分子结构不同，从而对不同能量的光子有选择性吸收，吸收光子后产生的吸收光谱不同，利用物质的光谱可作为物质分析的依据。56 3．电子跃迁有哪几种类型？跃迁所需的能量大小顺序如何？具有什么样结构的化合物产生紫外吸收光谱？紫外吸收光谱有何特征？电子跃迁类型有以下几种类型：σ→σ*跃迁，跃迁所需能量最大；n→σ*跃迁，跃迁所需能量较大，π→π*跃迁，跃迁所需能量较小；n→π*跃迁，所需能量最低。而电荷转移跃迁吸收峰可延伸至可见光区内，配位场跃迁的吸收峰也多在可见光区内。分子结构中能产生电子能级跃迁的化合物可以产生紫外吸收光谱。 紫外吸收光谱又称紫外吸收曲线，为分子光谱，属于连续的带状光谱，是以波长或波数为横坐标，以吸光度为纵坐标所描绘的图线。在吸收光谱上，一般都有一些特征值，如最大吸收波长(吸收峰),最小吸收波长(吸收谷)、肩峰、末端吸收等。4．Lambert-Beer定律的物理意义是什么？为什么说Beer定律只适用于单色光？浓度C与吸光度A线性关系发生偏离的主要因素有哪些？朗伯－比耳定律的物理意义：当一束平行单色光垂直通过某溶液时，溶液的吸光度A与吸光物质的浓度c及液层厚度l成正比。Beer定律的一个重要前提是单色光。也就是说物质对单色光吸收强弱与吸收光物质的浓度和厚度有一定的关系。物质对不同的单色光选择吸收，具有不同的吸收能力，非单色光吸收强弱与物质的浓度关系不确定，不能提供准确的定性定量信息。浓度C与吸光度A线性关系发生偏离的主要因素（1）化学因素：溶液中发生电离、酸碱反应、配位及缔合反应而改变吸光物质的浓度等导致偏离Beer定律。减免：选择合适的测定条件和测定波长（2）光学因素：非单色光的影响。减免：选用较纯的单色光；选lmax的光作为入射光杂散光的影响。减免：选择远离末端吸收的波长测定散射光和反射光：减免：空白溶液对比校正。非平行光的影响：减免：双波长法（3）透光率测量误差：仪器的噪音（电路元件性能不稳定造成的读数的波动）减免：控制适宜的吸光度（读数范围），使0.2>主成分吸收→与纯品比E↑，光谱变形9．为什么最好在lmax处测定化合物的含量？根据Beer定律，物质在一定波长处的吸光度与浓度之间有线性关系。因此，只要选择一定的波长测定溶液的吸光度，即可求出浓度。选被测物质吸收光谱中的吸收峰处，特别是在lmax处，可以提高测定灵敏度并减少测定误差。被测物如有几个吸收峰，可选不易有其它物质干扰的，较高的吸收峰。10．说明双波长消去法的原理和优点。怎样选择l1和l2？原理：a与b两种物质的吸收光谱完全重叠，欲消除b组分的干扰直接测定a组分。首先要选择采用两个测定波长λ1和λ2，测出在两波长处的吸光度，依据吸光度的加和性列式，然后计算混合物在两个波长λ1和λ2处的总吸光度的差值△A来求算出待测组分a的含量。优点：该方法测混合物时，可不经分离直接测定待测组分。选择两个测定波长的原则1）使干扰组分（待消除组分）在这两个波长具有相同的吸光度A1b、A2b；2）使待测组分a这两个波长ΔAa足够大。11．说明导数光谱的特点。(1)导数光谱的零阶光谱极小和极大交替出现，有助于对吸收曲线峰值的精确测定。(2)零阶光谱上的拐点，在奇数阶导数中产生极值，在偶数阶导数中通过零。这对肩峰的鉴别和分离很有帮助。(3)随着导数阶数增加，极值数目增加(极值＝导数阶数十1)，谱带宽度变小，分辨能力增高，可分离和检测两个或者以上重叠的谱带。56 (4)分子光谱中。往往由于相邻吸收带的重叠．使吸收曲线产生峰位移动，峰形不对称。出现肩峰等现象、可因相邻吸收带的强弱差别不同，相隔距离远近以及相重叠的部分多少而变化，这冲变化，有时在吸收光谱曲线上的表现可以是很微弱而不易辨别的。而在导数图上则有明显的表现。12．以有机化合物的官能团说明各种类型的吸收带，并指出各吸收带在紫外－可见吸收光谱中的大概位置和各吸收带的特征。（1）R带：由含杂原子的不饱和基团的n→π*跃迁产生，如C＝O；C＝N；—N＝N—，其λ200~400nm，强度较弱ε<100。（2）K带：由共轭双键的π→π*跃迁产生，如(—CH＝CH—)n，—CH＝C—CO—，其λ>200nm，ε>104。（3）B带：苯环本身振动及闭合环状共轭双键π-π*跃迁而产生的吸收带，是芳香族化合物的主要特征吸收带，其λ256nm，宽带，具有精细结构；ε~200。（4）E带：由苯环环形共轭系统的π→π*跃迁产生，也是芳香族化合物的特征吸收带其中E1带180nm，εmax>104（常观察不到），E2带200nm，εmax=7000。（5）电荷转移吸收带：有电子给予体和电子接受体的有机或无机化合物电荷转移跃迁。其λ范围宽，e＞104。（6）配位体场吸收带：配合物中心离子d-d或f-f跃迁产生。可延伸至可见光区，e＜102。13．卡巴克洛的摩尔质量为236，将其配成每100ml含0.4962mg的溶液，盛于1cm吸收池中，在lmax为355nm处测得A值为0.557，试求其及e值。(=1123，e=2.65´104)14．称取维生素C0.05g溶于100ml的0.005mol/L硫酸溶液中，再准确量取此溶液2.00ml稀释至100ml，取此溶液于1cm吸收池中，在lmax245nm处测得A值为0.551，求试样中维生素C的百分含量。（245nm=560）　(98.39%)15．某试液用2.0cm的吸收池测量时T=60%，若用1.0cm、3.0cm和4.0cm吸收池测定时，透光率各是多少？(T2=77.46%，T3=46.48%，T4=36.00%)56 16．有一标准Fe3+溶液，浓度为6mg/ml，其吸光度为0.304，而试样溶液在同一条件下测得吸光度为0.510，求试样溶液中Fe3+的含量（mg/L）。(10.07mg/ml)17．将2.481mg的某碱(BOH)的苦味酸(HA)盐溶于100ml乙醇中，在1cm的吸收池中测得其380nm处吸光度为0.598，已知苦味酸的摩尔质量为229，求该碱的摩尔质量。(已知其摩尔吸光系数e为2´104)(M=619)18．有一化合物在醇溶液中的lmax为240nm，其e为1.7´104，摩尔质量为314.47。试问配制什么样浓度（g/100ml）测定含量最为合适。(3.70´10-4~1.48´10-3，最佳8.03´10-4)吸光度在0.2~0.7之间时为分光光度法的最适宜范围。设l=1cm19．金属离子M+与配合剂X-形成配合物MX，其它种类配合物的形成可以忽略，在350nm处MX有强烈吸收，溶液中其它物质的吸收可以忽略不计。包含0.000500mol/LM+和0.200mol/LX-的溶液，在350nm和1cm比色皿中，测得吸光度为0.800；另一溶液由0.000500mol/LM+和0.0250mol/LX-组成，在同样条件下测得吸光度为0.640。设前一种溶液中所有M+均转化为配合物，而在第二种溶液种并不如此，试计算MX的稳定常数。(K稳=163)56 20．K2CrO4的碱性溶液在372nm有最大吸收。已知浓度为3.00´10-5mol/L的K2CrO4碱性溶液，于1cm吸收池中，在372nm处测得T=71.6%。求（a）该溶液吸光度；（b）K2CrO4溶液的emax；（c）当吸收池为3cm时该溶液的T%。(A=0.145，emax=4833，T=36.73%)21．精密称取VB12对照品20mg，加水准确稀释至1000ml，将此溶液置厚度为1cm的吸收池中，在l＝361nm处测得其吸收值为0.414，另有两个试样，一为VB12的原料药，精密称取20mg，加水准确稀释至1000ml，同样在l=1cm，l＝361nm处测得其吸光度为0.400。一为VB12注射液，精密吸取1.00ml，稀释至10.00ml，同样测得其吸光度为0.518。试分别计算VB12原料药及注射液的含量。(原料药=96.62%，注射液含量＝0.250mg/ml)22．有一A和B两化合物混合溶液，已知A在波长282nm和238nm处的吸光系数值分别为720和270；而B在上述两波长处吸光度相等。现把A和B混合液盛于1.0cm吸收池中，测得lmax282nm处的吸光度为0.442；在lmax238nm处的吸光度为0.278，求A化合物的浓度（mg/100ml）。　(0.364mg/100ml)56 23．配制某弱酸的HCl0.5mol/L、NaOH0.5mol/L和邻苯二甲酸氢钾缓冲液（pH=4.00）的三种溶液，其浓度均为含该弱酸0.001g/100ml。在lmax=590nm处分别测出其吸光度如表。求该弱酸pKa。(pKa=4.14)pHA（lmax590nm）主要存在形式40.430[HIn]与[In-]碱1.024[In-]酸0.002[HIn]24．有一浓度为2.00´10-3mol/L的有色溶液，在一定波长处，于0.5cm的吸收池中测得其吸收度为0.300，如果在同一吸收波长处，于同样的吸收池中测得该物质的另一溶液的百分透光率为20%，则此溶液的浓度为多少？(4.66´10-3mol/L)25．含有Fe3+的某药物溶解后，加入显色剂KSCN溶液，生成红色配合物，用1.00cm吸收池在分光光度计420nm波长处测定，已知该配合物在上述条件下e值为1.8´104，如该药物含Fe3+约为0.5%，现欲配制50ml试液，为使测定相对误差最小，应称取该药多少克？（Fe=55.85）　　　(0.0135g)当A=0.434时，测定结果的相对误差最小56 26．精密称取试样0.0500g，置250ml量瓶中，加入0.02mol/LHCl溶解，稀释至刻度。准确吸取2ml，稀释至100ml，以0.02mol/LHCl为空白，在263nm处用1cm吸收池测得透光率为41.7%，其摩尔吸收系数为12000，被测物摩尔质量为100.0，试计算(263nm)和试样的百分含量。　　(1200，79.17%)第十二章　荧光分析法思考题和习题1．如何区别荧光、磷光、瑞利光和拉曼光？如何减少散射光对荧光测定的干扰？荧光：是某些物质吸收一定的紫外光或可见光后，基态分子跃迁到激发单线态的各个不同能级，然后经过振动弛豫回到第一激发态的最低振动能级，在发射光子后，分子跃迁回基态的各个不同振动能级。这时分子发射的光称为荧光。荧光的波长比原来照射的紫外光的波长更长。磷光：是有些物质的激发分子通过振动弛豫下降到第一激发态的最低振动能层后，经过体系间跨越至激发三重态的高振动能层上，再通过振动弛豫降至三重态的最低振动能层，然后发出光辐射跃迁至基态的各个振动能层．这种光辐射称为磷光。磷光的波长比荧光更长。瑞利光：光子和物质分子发生弹性碰撞时．不发生能量的交换，仅是光子运动的方向发生改变，这种散射光叫做瑞利光，其波长和入射光相同。拉曼光：光子和物质分子发生非弹性碰撞时，在光子运动方向发生改变的同时，光子与物质分子发生能量交换，使光于能量发生改变。当光子将部分能量转给物质分子时，光子能量减少，波长比入射光更长；当光子从物质分子得到能量时，光子能量增加，波氏比入射光为短。这两种光均称为拉曼光。为了消除瑞利光散射的影响，荧光的测量通常在与激发光成直角的方向上进行，并通过56 调节荧光计的狭缝宽度来消除为消除拉曼光的影响可选择适当的溶剂和选用合适的激发光波长2．何谓荧光效率？具有哪些分子结构的物质有较高的荧光效率？荧光效率又称荧光量子效率，是物质发射荧光的量子数和所吸收的激发光量子数的比值称，用Ψf表示。以下分子结构的物质有较高的荧光效率：(1)长共轭结构：如含有芳香环或杂环的物质。(2)分子的刚性和共平面性：分子的刚性和共平面性越大，荧光效率就越大，并且荧光波长产生长移。(3)取代基：能增加分子的π电子共轭程度的取代基，常使荧光效率提高，荧光长移，如-NH2、-OH、-OCH3、-CN等。3．哪些因素会影响荧光波长和强度？(1)温度：物质的荧光随温度降低而增强。(2)溶剂：一般情况下，荧光波长随着溶剂极性的增大而长移，荧光强度也有增强。溶剂如能与溶质分子形成稳定氢键，荧光强度减弱。(3)pH：荧光物质本身是弱酸或弱碱时，溶液的pH对该荧光物质的荧光强度有较大影响。(4)荧光熄灭剂：荧光熄灭是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子的相互作用引起荧光强度降低或荧光强度与浓度不呈线性关系的现象。(5)散射光的干扰：包括瑞利光和拉曼光对荧光测定有干扰。4．请设计两种方法测定溶液Al3+的含量。（一种化学分析方法，一种仪器分析方法）配位滴定：利用铝与EDTA的配位反应进行滴定分析，因铝与EDTA的反应速率比较缓慢，而且铝对指示剂有封蔽作用，因此铝的测定一般用EDTA作为标准溶液，返滴定法或置换滴定法测定。仪器分析法：利作铝离子与有机试剂如桑色素组成能发荧光的配合物，通过检测配合物的荧光强度以来测定铝离子的含量。原子吸收分光光度法.5．一个溶液的吸光度为0.035，试计算式（12∙5）括号中第二项与第一项之比。6．用荧光法测定复方炔诺酮片中炔雌醇的含量时，取供试品20片（每片含炔诺酮应为0.540.66mg，含炔雌醇应为31.5~38.5mg），研细溶于无水乙醇中，稀释至250ml，滤过，取滤液5ml，稀释至10ml，在激发波长285nm和发射波长307nm处测定荧光强度。如炔雌醇对照品的乙醇溶液（1.4m56 g/ml）在同样测定条件下荧光强度为65，则合格片的荧光读数应在什么范围内？（58.5~71.5）测定液中炔雌醇的浓度范围在7．1.00g谷物制品试样，用酸处理后分离出VB2及少量无关杂质，加入少量KMnO4，将VB2氧化，过量的KMnO4用H2O2除去。将此溶液移入50ml量瓶，稀释至刻度。吸取25ml放入样品池中以测定荧光强度（VB2中常含有发生荧光的杂质叫光化黄）。事先将荧光计用硫酸奎宁调至刻度100处。测得氧化液的读数为6.0。加入少量连二亚硫酸钠（Na2S2O4），使氧化态VB2（无荧光）重新转化为VB2，这时荧光计读数为55。在另一样品池中重新加入24ml被氧化的VB2溶液，以及1mlVB2标准溶液（0.5mg/ml），这一溶液的读数为92，计算试样中VB2的含量。　　　　　（0.5698mg/g）25ml氧化液的荧光计数为6.0，相当于空白背景；测定液的荧光计数为55，其中VB2的荧光为55-6.0=4924ml氧化液+1mlVB2标准溶液的荧光读数为92，其中VB2标准溶液（0.5mg/ml）的荧光读数为92-6=86，则25ml测定液中含VB20.5×49/86=0.2849（mg）故谷物中含VB20.2849×50/25=0.5698（mg/g）红外吸收光谱法思考题和习题1、红外光区是如何划分的?写出相应的能级跃迁类型.区域名称波长(µm)波数(cm-1)能级跃迁类型近红外区泛频区0.75-2.513158-4000OH、NH、CH键的倍频吸收中红外区基本振动区2.5-254000-400分子振动，伴随转动远红外区分子转动区25-300400-10分子转动2、红外吸收光谱法与紫外可见吸收光谱法有何不同？56 IRUV起源分子振动、转动能级跃迁外层价电子能级及振动、转动能级跃迁适用所有红外吸收的化合物具n-π*、π-π*跃迁有机化合物特征性特征性强简单、特征性不强光谱描述透光率为纵坐标，波数为横坐标吸光度或透光率为纵坐标，波长为横坐标用途鉴定化合物类别、鉴定官能团、推测结构定量、推测有机物共轭骨架红外光谱仪与紫外－可见分光光度计在主要部件上的不同。IRUV光源Nernst灯和硅碳棒紫外区使用氘灯，可见区使用钨灯单色器Michelson干涉仪或光栅棱镜或光栅吸收池盐窗做成的气体池或液体池紫外区须用石英比色皿可见区用石英或玻璃比色皿检测器真空热电偶、热电型或光电导型检测器光电倍增管3.简述红外吸收光谱产生的条件。（1）辐射应具有使物质产生振动跃迁所需的能量，即必须服从νL=△V·ν（2）辐射与物质间有相互偶合作用，偶极矩必须发生变化，即振动过程△μ≠0；4.何为红外非活性振动？有对称结构分子中，有些振动过程中分子的偶极矩变化等于零，不显示红外吸收，称为红外非活性振动。5、何为振动自由度？为何基本振动吸收峰数有时会少于振动自由度？振动自由度是分子基本振动的数目，即分子的独立振动数。对于非直线型分子，分子基本振动数为3n-6。而对于直线型分子，分子基本振动数为3n-5。振动吸收峰数有时会少于振动自由度其原因可能为：分子对称，振动过程无偶极矩变化的红外非活性活性。 两个或多个振动的能量相同时，产生简并。 吸收强度很低时无法检测。 振动能对应的吸收波长不在中红外区。6.基频峰的分布规律有哪些？（1）折合质量越小，伸缩振动频率越高（2）折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高。56 （3）同一基团，一般n>b>g7、举例说明为何共轭效应的存在常使一些基团的振动频率降低。共轭效应的存在，常使吸收峰向低频方向移动。由于羰基与苯环共轭，其p电子的离域增大，使羰基的双键性减弱，伸缩力常数减小，故羰基伸缩振动频率降低，其吸收峰向低波数方向移动。以脂肪酮与芳香酮比较便可说明。8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？烷烃主要特征峰为，其中νC-H峰位一般接近3000cm-1又低于3000cm-1。烯烃主要特征峰为，其中ν=C-H峰位一般接近3000cm-1又高于3000cm-1。νC=C峰位约在1650cm-1。是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650cm-1。炔烃主要特征峰为，其中峰位在3333-3267cm-1。峰位在2260-2100cm-1，是炔烃的高度特征峰。9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？当两个或三个甲基连接在同一个C上时，则吸收峰分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别位于1385cm-1和1375cm-1左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365cm-1和1395cm-1左右，且1365cm-1峰的强度约为1395cm-1的两倍。10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定：芳氢伸缩振动（n=C-H），3100~3000cm-1(通常有几个峰)泛频峰2000~1667cm-1苯环骨架振动（nc=c），1650-1430cm-1，~1600cm-1及~1500cm-1芳氢面内弯曲振动（β=C-H），1250~1000cm-1芳氢面外弯曲振动（g=C-H），910~665cm-111．简述傅立叶变换红外光谱仪的工作原理及傅立叶变换红外光谱法的主要特点。56 傅里叶变换红外光谱仪是通过测量干涉图和对干涉图进行快速Fourier变换的方法得到红外光谱。它主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和记录系统组成。同色散型红外光谱仪比较，在单色器和检测器部件上有很大的不同。由光源发射出红外光经准直系统变为一束平行光束后进人干涉仪系统，经干涉仪调制得到一束干涉光，干涉光通过样品后成为带有样品信息的干涉光到达检测器，检测器将干涉光讯号变为电讯号，但这种带有光谱信息的干涉信号难以进行光谱解析。将它通过模／数转换器(A/D)送入计算机，由计算机进行傅里叶变换的快速计算，将这一干涉信号所带有的光谱信息转换成以波数为横坐标的红外光谱图，然后再通过数／模转换器(D/A)送入绘图仪，便得到与色散型红外光谱仪完全相同的红外光谱图。傅里叶变换红外光谱法的主要特点：（1）灵敏度高，样品量可少到10-9～10-11g。（2）分辨率高，波数准确度一般可达0.5cm-1，有的可达0.005cm-1。（3）测定的光谱范围宽，可达10000～10cm-1。（4）扫描速度快，一般在1s内即可完成全光谱范围的扫描，比色散型仪器提高数百倍。12.特征区与指纹区是如何划分的？在光谱解析时有何作用？习惯上4000-1300cm-1区间称为特征频率区，简称特征区。特征区的吸收峰较硫，易辨认。此区间主要包括：含有氢原子的单键，各种三键及双键的伸缩振动的基频峰，还包括部分含氢键的面内弯曲振动的基频峰。1300-400cm-1的低频区称为指纹区。此区域所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，以及多数基团的弯曲振动。此区域的光谱，犹如人的指纹，如两个人的指纹不可能完全相同一样，两个化合物的红外光谱指纹区也不相同。两个结构相近的化合物的特征频率区可能大同小异，只要它们的化学结构上存在着细小的差别，指纹区一艇就有明显的不同。特征区在光谱解析中主要解决：化合物具有哪些官能团；确定化合物是芳香族、脂肋族、饱和或不饱和化台物。指纹区在光谱解析中主要解决：指纹区的许多吸收峰与特征峰相关，可以作为化合物含有某一基团的旁证；可以确定化合构的细微结构。如芳环上的取代位置，判别几何异构体等。13.正确解析红外光谱必须遵循哪些原则？（1）特征频率区寻找特征峰，如νO-H,νN-H，νC=O（2）寻找对应的相关吸收峰，确定出存在的官能团（3）参考被测样品各种数据，初步判断化合物结构（4）最后查阅标准谱图进行比较、核实14．试用红外吸收光谱区别羧酸、酯、酸酐。羧酸的特征吸收峰为vOH、vC=O及gOH峰。vOH（单体）~3550cm-1(尖锐)，vOH(二聚体)3400~2500(宽而散)，vC=O(单体)1760cm-1(S)，vasC=O(二聚体)1710~1700cm-1(S)。羧酸的gOH峰位在955～915cm-1范围内为一宽谱带，其形状较独特。酯的特征吸收峰为vC=O、vc-o-c峰，具体峰位值是：vC=O~1735cm-1(S)；vc-o-c1300~1000cm-1(S)。vasc-o-c峰的强度大而宽是其特征。酸酐的特征吸收峰为vasC=O、vsC=O双峰。具体峰位值是：vasC=O1850~1800cm-1(s)、vsC=O1780~1740cm-1(s)，两峰之间相距约60cm-1，这是酸酐区别其它含羰基化合物主要标志。15.解析红外光谱的顺序是什么？为什么？为防止片面利用某特征峰来确定官能团而出现“误诊”，遵循四先、四后步骤：先特征（区）、后指纹（区）；先最强（峰）、后次强（峰）；先粗查、后细查；先否定、后肯定的顺序。16．某物质分子式为C10H10O。测得红外吸收光谱如图（P260）。试确定其结构，并给出峰归属。U=（2+2*10－10）/2=6可能含有苯环56 波数归属结构信息3320羟基ν（O-H）O-H2985甲基伸缩振动νas（CH3）CH32165ν（C≡O）C≡O1600,1460芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C)芳环1450甲基变形振动δas（CH3）-CH31400b（OH）-OH1230叔丁基νC-C1092ν（C-O）C-O771芳环碳氢变形伸缩振动g=C-H）芳环单取代704环变形振动δs（环）根据以上分析，可知其结构17．某未知物的分子式为C7H9N，测得其红外吸收光谱如图（P260），试通过光谱解析，推断其分子结构。U=（2+2*7+1-9）/2=4可能含有苯环波数归属结构信息3520，3430，3290胺ν（-NH）-NH23030芳环碳氢伸缩振动ν（AR-H）AR-H2925甲基伸缩振动νas（CH3）CH31622伯胺面内弯曲β（NH）-NH21588；1494芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C)芳环1471甲基变形振动δas（CH3）-CH31380甲基变形振动δs（CH3）-CH31303，1268胺ν（-C-N）56 748芳环碳氢变形伸缩振动g=C-H）芳环临二取代根据以上分析，可知其结构18．某未知物的分子式为C10H12O，试从其红外光谱图（P261）推出其结构。U=（2+2*7+1-9）/2=4可能含有苯环波数归属结构信息3060，3030芳环碳氢伸缩振动ν（AR-H）AR-H2960，2870甲基伸缩振动νas（CH3）CH32820，2720νC-H（O）-CHO1700νC=O-C=O1610；1570，1500芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C)共轭芳环1460甲基变形振动δas（CH3）-CH31390，1365甲基变形振动δs（CH3）-CH3830芳环碳氢变形伸缩振动g=C-H）芳环对位二取代根据以上分析，可知其结构第十四章　原子吸收分光光度法思考题和习题1．在原子吸收分光光度法中为什么常常选择共振吸收线作为分析线？原子吸收一定频率的辐射后从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，吸收最强。对大多数元素来说，共共振线（特征谱线）是元素所有原子吸收谱线中最灵敏的谱线。因此，在原子吸收光谱分析中，常用元素最灵敏的第一共振吸收线作为分析线。2．什么叫积分吸收？什么叫峰值吸收系数？为什么原子吸收分光光度法常采用峰值吸收而不应用积分吸收？积分吸收与吸收介质中吸收原子的浓度成正比，而与蒸气和温度无关。因此，只要测定了积分吸收值，就可以确定蒸气中的原子浓度但由于原于吸收线很窄，宽度只有约0.002nm，要在如此小的轮廓准确积分，要求单色器的分辨本领达50万以上，这是一般光谱仪不能达到的。Waish从理论上证明在吸收池内元素的原子浓度和温度不太高且变比不大的条件下，峰值吸收与待测基态原子浓度存在线性关系，可采用峰值吸收代替积分吸收。而峰值吸收系数的测定、只要使用锐线光源，而不要使用高分辨率的单色器就能做别。56 3．原子吸收分光光度法对光源的基本要求是什么？为什么要求用锐线光源？原子吸收分光光度法对光源的基本要求是光源发射线的半宽度应小于吸收线的半宽度；发射线中心频率恰好与吸收线中心频率V0相重合。原子吸收法的定量依据使比尔定律，而比尔定律只适应于单色光，并且只有当光源的带宽比吸收峰的宽度窄时，吸光度和浓度的线性关系才成立。然而即使使用一个质量很好的单色器，其所提供的有效带宽也要明显大于原子吸收线的宽度。若采用连续光源和单色器分光的方法测定原子吸收则不可避免的出现非线性校正曲线，且灵敏度也很低。故原子吸收光谱分析中要用锐线光源。4．原子吸收分光光度计主要由哪几部分组成？各部分的功能是什么？原子吸收分光光度计由光源、原子化系统、分光系统和检测系统四部分组成.光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。原子化系统的功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。分光系统的作用是将所需要的共振吸收线分离出来。检测系统将光信号转换成电信号后进行显示和记录结果。5．可见分光光度计的分光系统放在吸收池的前面，而原子吸收分光光度计的分光系统放在原子化系统(吸收系统)的后面，为什么?可见分光光度计的分光系统的作用是将来自光源的连续光谱按波长顺序色散，并从中分离出一定宽度的谱带与物质相互作用，因此可见分光光度计的分光系统一般放在吸收池的前面。原子吸收分光光度计的分光系统的作用是将所需要的共振吸收线分离出来，避免临近谱线干扰。为了防止原子化时产生的辐射不加选择地都进入检测器以及避免光电倍增管的疲劳，单色器通常配置在原子化器之后。6．什么叫灵敏度、检出限?它们的定义与其他分析方法有何异同?原子吸收分光光度法的灵敏度，它表示当被测元素浓度或含量改变一个单位时吸收值的变化量。检出限是指能以适当的置信度被检出的元素的最小浓度(又称相对检出限)或最小量(又称绝对检出限)原子吸收分光光度法在定义灵敏度时，并没有考虑测定时的噪声，这是与其它分析方法灵敏度的定义有所不同。而检出限的定义由最小测量值Al导出：A1＝Ab平均－kSb，式中，Ab平均是空白溶液测定的平均值。Sb是空白溶液测定的标准偏差，k是置信因子。这与其它分析方法不同。7．原子吸收分光光度法测定镁灵敏度时，若配制浓度为2ug/ml的水溶液，测得其透光度为50%，试计算镁的灵敏度。0.0292ug/ml/1%）8．用标准加入法测定一无机试样溶液中镉的浓度，各试液在加入镉对照品溶液后，用水稀释至50ml，测得吸光度如下，求试样中镉的浓度。56 序号试液(ml)加入镉对照品溶液(l0/ml)的毫升数吸光度12342020202001240.0420.0800.1160.190（0.586mg/L）Cx=11.47*50ml/1000=0.575mg/L9．用原子吸收分光光度法测定自来水中镁的含量。取一系列镁对照品溶液(1/ml)及自来水样于50ml量瓶中，分别加入5%锶盐溶液2ml后，用蒸馏水稀释至刻度。然后与蒸馏水交替喷雾测定其吸光度。其数据如下所示，计算自来水中镁的含量(mg/L)。1234567镁对照品溶液(ml)吸光度0.000.0431.000.0922.000.1403.000.1874.000.2345.000.234自来水样20ml0.135(0.095mg/L)从标准曲线上查出20ml处来水中含有1.92ugMg,自来水中Mg的含量为1.91*1000/20=95.5ug/L10.从原理和仪器上比较原子吸收分光光法与紫外吸收分光光度法的异同点。答：相同点：(1).均属于光吸收分析方法，且符合比尔定律；        (2).仪器装置均由四部分组成（光源，试样架，单色器，检测器及读数系统）。 不同点：(1).光源不同。分光光度法是分子吸收（宽带吸收），采用连续光源，原子吸收是原子态蒸气吸收（窄带吸收），采用锐线光源；（2分）         (2).吸收池不同，且排列位置不同。分光光度法吸收池是比色皿，置于单色器之后，原子吸收法则为原子化器，置于单色器之前。第十五章核磁共振波谱法思考题和习题1．解释下列各词56 （1）屏蔽效应和去屏蔽效应（2）自旋偶合和自旋分裂（3）化学位移和偶合常数（4）化学等价核和磁等价核（1）屏蔽效应：原子核外电子运动在外加磁场H0作用下产生与外加磁场方向相反的次级磁场，造成核实际受到的磁场强度减弱。去屏蔽效应：烯烃、醛、芳环中，π电子在外加磁场作用下产生环流，使氢原子周围产生感应磁场，如果感应磁场的方向与外加磁场相同，即增加了外加磁场，所以在外加磁场还没有达到Ho时，就发生能级的跃迁，称为去屏蔽效应，该区域称为去屏蔽区。（2）自旋偶合：相邻核自旋产生核磁矩间的相互干扰的现象。自旋裂分：由自旋偶合引起的共振峰分裂现象。（3）化学位移在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中的自旋核，产生核磁共振的磁场强度或共振吸收频率不同的现象。偶合常数：多重峰的峰间距；用来衡量偶合作用的大小。（4）化学等价核：化学位移完全相同的核。磁等价核：分子中的一组化学等价核，若它们对组外任何一个核都是以相同的大小偶合，则这一组核为磁等价核。2．下列哪一组原子核不产生核磁共振信号，为什么？、、、、并不是是所有原子核都能产生核磁共振信号，原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋，其自旋量子数须不等于0。质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。由此，、这一组原子核都不产生核磁共振信号。3．为什么强射频波照射样品，会使NMR信号消失，而UV与IR吸收光谱法则不消失？自旋核在磁场作用下，能级发生分裂，处在低能态核和处于高能态核的分布服从波尔兹曼分布定律，当B0=1.409T，温度为300K时，高能态和低能态的1H核数之比为处于低能级的核数比高能态核数多十万分之一，而NMR信号就是靠这极弱过量的低能态核产生的。若以合适的射频照射处于磁场的核，核吸收能量后,由低能态跃迁到高能态，其净效应是吸收，产生共振信号。若用强射频波照射样品，高能态核不能通过有效途径释放能量回到低能态，低能态的核数越来越少，一定时间后高能态和低能态的核数相等，这时不再吸收，核磁共振信号消失。而UV与IR吸收光谱法是根据光线被吸收后的减弱程度来判断样品中待测元素的含量的,即使用较强辐射照射，吸收也不会消失。4．为什么用δ值表示峰位，而不用共振频率的绝对值表示？为什么核的共振频率与仪器的磁场强度有关，而偶合常数与磁场强度无关？5．什么是自旋偶合与自旋分裂？单取代苯的取代基为烷基时，苯环上的芳氢（5个）为单峰，为什么？两取代基为极性基团（如卤素、－NH2、－OH等），苯环的芳氢变为多重峰，试说明原因，并推测是什么自旋系统。6．峰裂距是否是偶合常数？偶合常数能提供什么结构信息？对简单偶合而言，峰裂距就是偶合常数。高级偶合需通过计算才能求出偶合常数。56 偶合常数是核磁共振谱的重要参数之一，可提供物质结构中核间关系、构型、构像及取代基位置等信息。7．什么是狭义与广义的n+1律？8．HF的质子共振谱中可以看到质子和19F的两个双峰，而HCl的质子共振谱中只能看到质子单峰。为什么？9．某化合物三种质子相互偶合构成AM2X2系统，JAM=10Hz，JXM=4Hz。A、M2、X2各为几重峰？为什么？10．磁等价与化学等价有什么区别？说明下述化合物中那些氢是磁等价或化学等价及其峰形（单峰、二重峰…）。计算化学位移。①Cl—CH=CH—Cl②③④CH3CH=CCl2（①δa=δb=6.36(s)，磁等价；②δa5.31、δb5.47、δc6.28；③δa=δb=5.50(s)磁等价；④1.73(d)、δCH5.86(qua)）11．ABC与AMX系统有什么区别？12．氢谱与碳谱各能提供哪些信息？为什么说碳谱的灵敏度约相当于1H谱的1/5800？核磁共振氢谱化学位移，偶合常数及积分曲线，分别提供含氢官能团，核间关系及氢分布等方面的信息。13．试计算①200及400MHz仪器的磁场强度是多少Tesla(T)。②13C共振频率是多少？(①4.6974及9.3947；②50.286及100.570MHz)14．用H0=2.3487T的仪器测定19F及31P，已知它们的磁旋比分别为2.5181×108T-1∙s-1及1.0841×108T-1∙s-1试计算它们的共振频率。　　（94.128及40.524MHz）15．计算顺式与反式桂皮酸Ha与Hb的化学位移。桂皮酸(顺式：δa=6.18，δb=7.37，反式：δa=6.65,δb=7.98)16．已知用60MHz仪器测得：δa=6.72，δb=7.26，Jab=8.5Hz。求算①二个质子是什么自旋系统？②当仪器的频率增加至多少时变为一级偶合AX系统？（AB系统，ν0≥157.4MHz）17．根据下列NMR数据，绘出NMR图谱，并给出化合物的结构式。（1）C14H14：δ2.89(s，4H)及δ7.19(s，10H)(C6H5－CH2CH2－C6H5)（2）C7H9N：δ1.52(s，2H)，δ3.85(s，2H)及δ7.29(s，5H)(C6H5－CH2NH2)（3）C3H7Cl：δ1.51(d，6H)及δ4.11(sept.，1H)　(CH3CH(Cl)CH3)（4）C4H8O2：δ1.2(t，3H)，δ2.3(qua.，2H)，及δ3.6(s，3H)　(CH3CH2COOCH3)56 （5）C10H12O2：δ2.0(s,3H),δ2.9(t,2H),δ4.3(t,2H)及δ7.3(s,5H)（C5H6－CH2－CH2－OCOCH3）（6）C9H10O：δ1.2(t,3H),δ3.0(qua.,2H),及δ7.4~8.0(m，5H.苯环峰复杂不必绘出)(C6H5COCH2CH3)18．试对照结构指出图15-22上各个峰的归属。19．有两个分子式同为C9H9BrO2的化合物，核磁共振谱图（15-26a和15-26b）如下。在紫外光谱中都观察到B带和R带，红外光谱中化合物(a)在指纹区位于840cm-1处有一吸收带，化合物(b)在指纹区800cm-1，700cm-1左右有两个吸收峰。试判别各自的结构。56 　第十五章质谱法思考题与习题1．简述质谱仪的组成部分及其作用，并说明质谱仪主要性能指标的意义。质谱仪，其基本组成是相同的。都包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统。进样系统：把被分析的物质，即样品送进离子源。离子源：将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。质量分析器：将离子源产生的离子按m/z顺序分离开来。检测器：用以测量、记录离子流强度而得出质增图。真空系统：保证离子源中灯丝的正常工作，保证离子在离子源和分析器正常运行，消减不必要的离子碰撞，散射效应，复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效应,56 衡量一台质谱仪性能好坏的指标包括灵敏度，分辨率，质量范围，质量稳定性等。灵敏度表示在一定的样品（如八氟萘或六氯苯），在一定的分辨率下，产生一定信噪比的分子离子峰所需的样品量。质谱仪的分辨率表示质谱仪把相邻两个质量分开的能力质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围。质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况，质量精度是指质量测定的精确程度。2．在质谱图中，离子的稳定性与其相对丰度有何关系？由于键断裂的位置不同，同一分子离子可产生不同质荷比的碎片离子，而其相对丰度与键断裂的难易以及化合物的结构密切相关，离子的稳定性越高，其相对丰度越大。因此，碎片离子的峰位(m/z)及相对丰度可提供化合物的结构信息。3、指出含有一个碳原子和一个氯原子的化合物，可能的同位素组合有哪几种？它们将提供哪些分子离子峰？可能的同位素组合有C12Cl35、C13Cl35、C12Cl37、C13Cl37；提供的分子离子峰为M、M＋1、M＋2、M＋3。4．某化合物的分子离子峰的m/z值为201，由此可得出什么结论？由于多数分子易失去一个电子而带一个电荷，分子离子的质荷比是质量数被1除，即m/1。因此，分子离子峰的质荷比值就是它的分子量。该化合物的分子离子峰的m/z值为201，由此可得出其分子量为201。5．某质谱仪能够分开（27.9949）和（28.0062）两离子峰，该仪器的分辨率至少是多少？6、在邻甲基苯甲酸甲酯C9H10O2（M=150）质谱图m/z118处观察到一强峰，试解释该离子的形成过程。7．试表示5－甲基庚烯－3的主要开裂方式及产物，说明m/z97和m/z83两个碎片离子的产生过程。56 8．试述在综合解析中各谱对有机物结构推断所起的作用。为何一般采用质谱作结构验证？一般紫外光谱可判断有无共轭体系；红外光谱可判断化合物类别和有哪些基团存在，以及该基团与其他基团相连接的信息；NMR氢谱的偶合裂分及化学位移常常是推断相邻基团的重要线索，NMR碳谱的6值以及是否表现出分子的对称性，对确定取代基的相互位置十分有用；质谱的主要碎片离子间的质量差值以及重要重排离子等，均可得出基团间相互连接的信息。在质谱中的大多数离子峰均是根据有机物自身裂解规律形成的，各类有机化合物在质谱中的裂解行为与其基团的性质密切相关。因此一般采用质谱作结构验证9、某一脂肪胺的分子离子峰为m/z87，基峰为m/z30，以下哪个结构与上述质谱数据相符？为什么？（A）a位无取代基的伯胺形成的基峰为CH2=NH2(m/z30)10．初步推断某一酯类（M=116）的结构可能为A或B或C，质谱图上m/z87、m/z59、m/z57、m/z29处均有离子峰，试问该化合物的结构为何？（B）（A）（B）（C）m/z87、m/z59、m/z57、m/z29分别为C3H7-O-C≡O+、OC3H7+、C2H5-C≡O+、C2H5+。11、3,3-二甲基已烷在下述质荷比（m/z）的峰中，最强峰的质荷比为何值？为什么？（D）A、85B、29C、99D、71m/z=7112．下列化合物哪些能发生McLafferty重排？试写出重排过程及重排离子的m/z值。（（A、C）参考教材Page318~319McLafferty重排的示例。（B无gH）56 13．下列化合物哪些能发生RDA重排？试写出重排过程及主要碎片离子的m/z值。（BD）参考教材Page319~320RDA重排的示例14．鉴别下列质谱（图15-23）是苯甲酸甲酯（C6H5COOCH3），还是乙酸苯酯（CH3COOC6H5），并说明理由及峰的归属。（C6H5COOCH3）m/z105是苯甲酰（C6H5CO+）碎片离子峰，与之相对应的应有m/z77和m/z51的碎片离子峰出现。只有苯甲酸甲酯（C6H5COOCH3）才能产生m/z105的碎片离子。峰的归属如下：m/z136M+.m/z105m/z77m/z5115．某未知物的分子式为C8H16O，质谱如图所示，试推测出其结构并说明峰归属。(3－甲基－庚酮－2)解：(1)U=l，可能是酮、醛、烯醇等化合物。(2)主要离子峰有：m/z128、85、72、57、43、41、29等，基峰m/z43是甲基酮的特征离子，是由a裂解产生:未知物为甲基酮已经证明，而己烷基的结构则需由其他碎片离子来证明。m/z56 72与分子离子m/z128均为偶数，故m/z72应为McLafferty重排离子，且在3位C上必定有甲基，否则只能产生m/z58离子。根据分子式，R′应为乙基，除了3位C有甲基外，其他烷基部分均为直链，这由m/z29、43、57等直链烷基特征峰可得到证明。故化合物的结构式为：16、某化合物的质谱如图所示，试推测其结构并说明峰归属。(1)m/z84(M，100)、85(6.7)、86(0.2)，M为偶数，相对分子质量较小，不大可能含偶数个N，所以含C、H、O，根据同位素峰强度计算分子式：nC=6.7/1.1=6，nO=(0.2－0.006×62)/0.2=0(不含氧)，nH=84－6×12=12。分子式为C6H12。(2)U=1，未知物含有一个双键，是烯烃。(3)碎片离子m/z42、56及69可能分别为C3H5+、C4H8+·及C5H9+。m/z41是烯烃的特征离子之一，由于未知物的相对分子质量是84，因而只能是1－己烯或2－甲基－1－戊烯。其裂解情况如下：56 m/z41离子可以证明烯键在分子结构式的一端，但不易证明是直接或支链－1－烯；m/z56离子为基峰，偶数质量单位为重排离子。在上述两种结构中只有2－甲基－1－戊烯经麦氏重排后能产生m/z为56的重排离子。m/z69碎片离子峰主要是断掉支链甲基而形成：m/z84是分子离子M+·。综上所述，2－甲基－1－戊烯。17．某化合物的紫外光谱：262nm（15）；红外光谱：3330~2500cm-1间有强宽吸收，1715cm-1处有强宽吸收；核磁共振氢谱：δ11.0处为单质子单峰，δ2.6处为四质子宽单峰，δ2.12处为三质子单峰，质谱如图16-25所示。参照同位素峰强比及元素分析结果，分子式为C5H8O3，试推测其结构式。（CH3COCH2CH2COOH）(1)U=2(2)UV262nm（15）：R带(3)IR3330~2500cm-1：n－OH；1715cm-1：n－C=O(峰宽可能是C=O与酸的C=O的吸收重叠)56 第十七章色谱分析法概论思考题和习题1．色谱法作为分析方法的最大特点是什么?色谱法以高超的分离能力为最大特点,具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用广泛等优点。2．一个组分的色谱峰可用哪些参数描述？这些参数各有何意义？一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积、峰位及峰宽说明。其中峰高或峰面积用于定量；峰位用保留值表示，用于定性；峰宽用于衡量柱效。3．说明容量因子的物理含义及与分配系数的关系。为什么容量因子(或分配系数)不等是分离的前提？分配比（容量因子k）是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量之比。而分配系数是组分在固定相和流动相中的浓度之比。二者的关系为k=KVs/Vm。分配比越大的组分在色谱柱中的保留越强，tR=t0(1+k)，要使两组分分离，须不等，则它们的k或K必须不等，这是分离的前提。4．各类基本类型色谱的分离原理有何异同？按色谱分离机制不同，可将色谱方法分离以下几种基本类型：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空间排阻色谱法，它们均是基于组分在相对运动的两相（流动相和固定相）间多次分配产生差速分离而得到分离，分配系数大的组分保留时间长，晚留出色谱柱。其中吸附色谱利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现分离；分配色谱利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离；离子交换色谱依据被测组分与离子交换剂交换能力不同而实现分离；空间排阻色谱利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性渗透实现分离。四种基本类型色谱分别形成吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡。56 5．说明式（17∙18）中K与Vs在各类色谱法中的含义有何不同？吸附色谱分配色谱离子交换色谱空间排阻色谱法K吸附系数狭义分配系数选择性系数渗透系数Vs吸附剂表面积固定相体积交换容量凝胶孔隙总体积6．衡量色谱柱效的指标是什么？衡量色谱系统选择性的指标是什么？衡量色谱柱柱效的指标是理论塔板数和理论塔板高度衡量色谱柱选择性的指标是相对保留值7．用塔板理论讨论流出曲线，为什么不论在t＞tR或t＜tR时，总是C＜Cmax?塔板理论有哪些优缺点？根据色谱流出曲线方程式：可知，不论在t＞tR或t＜tR时，总是C＜Cmax。塔板理论成功地解释了色谱流出曲线的形状位置、组分的分离原因及评价柱效，该理论在理想情况下导出，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。塔板理论不能解释峰形为什么会扩张，不能说明影响柱效的动力学因素。8．简述谱带展宽的原因。谱带展宽的原因主要包括：1）涡流扩散（eddydiffusion）：当色谱柱内的组分随流动相在固定相颗粒间穿行,朝柱出口方向移动，如果固定相颗粒不均匀，则组分在穿行这些空隙时碰到大小不一的颗粒而必须不断的改变方向，于是在柱内形成了紊乱的"湍流"流动使流经障碍情况不同的流路中的分子到达柱出口，而使谱带展宽。2）分子扩散（moleculardiffusion）：由于组分的加入，在柱的轴向上形成溶度梯度，因此当组分以"塞子"形式随流动相流动的时候,以"塞子"状分布的分子自发的向前和向后扩散引起谱带展宽3）传质阻抗（masstransferresistance）：由于溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡，实际传质速度是有限的，这一时间上的滞后使色谱柱总是在非平衡状态下工作，从而产生峰展宽。9．下列那些参数可使塔板高度减小?（1，2，3，5）(1)流动相速度，(2)固定相颗粒，(3)组分在固定相中的扩散系数Ds，(4)柱长，(5)柱温。（1）流动相速度影响纵向扩散和传质阻力，低流速区，分子扩散项(B/u)大，高流速区，传质阻力项(Cu)大。对应某一流速，塔板高度有一极小值。（2）固定相颗粒填充均匀度越高，载体粒度越小，则A越小，塔板高度越小。56 （3）组分在固定相中的扩散系数Ds影响传质阻力气液色谱传质阻力系数可用下式表示：（Dg、DL为组分在流动相、固定相中的扩散系数）液液色谱传质阻力系数可用下式表示（Dm、Ds为组分在流动相、固定相中的扩散系数）从以上两芪可知，增加组分在固定相和流动相中的扩散系数D可以降低C使塔板高度减小，提高柱效。(4)增加柱长只能增加理论塔板数，不能使塔板高度减小。(5)柱温升高有利于减少传质阻力，但又加剧分子扩散，并且会影响分配系数，选择合适的柱温可提高柱效。10．什么是分离度？要提高分离度应从哪两方面考虑？分离度是相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰宽度均值之比为改善色谱分离度，一方面应增加两组分保留时间之差，即容量因子或分配系数之差；另一方面减小峰宽，即提高柱效使色谱峰变锐。11．组分在固定相和流动相中的质量为mA、mB(g)，浓度为CA、CB(g/ml)，摩尔数为nA、nB(mol)，固定相和流动相的体积为VA、VB(ml)，此组分的容量因子是(A、B、C)。A.mA/mB；B.(CAVA)/(CBVB)；C.nA/nB；D.CA/CB。12．在柱色谱法中，可以用分配系数为零的物质来测定色谱柱中(A、C)。A.流动相的体积；B.填料的体积；C.填料孔隙的体积；D.总体积。13．在以硅胶为固定相的吸附色谱中下列叙述中正确的是(A)。A.组分的极性越强，吸附作用越强；B.组分的分子量越大，越有利于吸附；C.流动相的极性越强，溶质越容易被固定相所吸附；D.二元混合溶剂中正己烷的含量越大，其洗脱能力越强。14．在离子交换色谱法中，下列措施中能改变保留体积的是(A、B、C)。A.选择交联度大的交换剂；B.以二价金属盐溶液代替一价金属盐溶液作流动相；C.降低流动相中盐的浓度；D.改变流速。15．在空间排阻色谱法中，下列叙述中完全正确的是(C、D)。A.VR与Kp成正比；B.调整流动相的组成能改变VR；C.某一凝胶只适于分离一定分子量范围的高分子物质；D.凝胶孔径越大，其分子量排斥极限越大。16．在一液液色谱柱上，组分A和B的K分别为10和15，柱的固定相体积为0.5ml，流动相体积为1.5ml，流速为0.5ml/min。求A、B的保留时间和保留体积。（=13min=6.5ml,=18min=9ml）56 17．在一根3m长的色谱柱上分离一个试样的结果如下：死时间为1min，组分1的保留时间为14min，组分2的保留时间为17min，峰宽为1min。(1)用组分2计算色谱柱的理论塔板数n及塔板高度H；(2)求调整保留时间及；(3)用组分2求有效塔板数nef及有效塔板高度Hef；(4)求容量因子k1及k2；(5)求相对保留值和分离度R。(n2=4.6´103,H2=0.65mm,=13min，=16min，nef(2)=4.1´103,Hef(2)=0.73mm,k1=13,k2=16,1.2，R＝3.0)18．一根分配色谱柱，校正到柱温、柱压下的载气流速为43.75ml/min；由固定液的涂量及固定液在柱温下的密度计算得Vs=14.1ml。分离一个含四组分的试样，测得这些组分的保留时间：苯1.41min、甲苯2.67min、乙苯4.18min，异丙苯5.34min，死时间为0.24min。求：(1)死体积；(2)这些组分的调整保留时间；(3)它们在此柱温下的分配系数（假定检测器及柱头等体积可以忽略）；(4)相邻两组分的分配系数比a。((1)V0=10.5cm3,(2)(苯)=1.17min,(甲苯)=2.43min,(乙苯)=3.94min,(异丙苯)=5.10min,(3)K(苯)=3.6，K(甲苯)=7.5,K(乙苯)=12,K(异丙苯)=16，(4)α(甲苯/苯)=2.1，α(乙苯/甲苯)=1.6,α(异丙苯/乙苯)=1.3)。V0=t0×u=0.24×43.75ml/min=10.5cm356 (苯)=1.41－0.24=1.17min,(甲苯)=2.67－0.24=2.43min,(乙苯)=4.18－0.24=3.94min,(异丙苯)=5.34－0.24=5.10min19．已知KA=2、KB=0.5，用式(17∙29)计算进流动相5次(N=5)分配平衡后，A、B在各塔板中的百分含量及在流动相与固定液中的百分含量。并说明组分的迁移速度与分配系数的关系。答案：塔板号r012345组分ABABABABABAB5Xr0.1320.0040.3300.0410.3290.1650.1650.3290.0410.3300.0040.132流动相0.0440.0030.1100.0270.1100.1100.0550.2190.0140.2200.0010.088固定液0.0880.0010.2200.0140.2190.0550.1100.1100.0270.1100.0030.04420．在一根2m的气相色谱柱上，用He为载气，用甲烷测定死时间，在三种流速下测得结果如下，求算：(1)三种流速下的线速度u1，u2及u3；(2)三种不同线速度下的n及H；(3)计算VanDeemter方程中A、B、C三个参数。甲烷正十八烷tR(s)tR(s)W(s)18.22020.0223.08.0888.099.05.0558.068.0(u1=11.0cm/s；u2=25.0cm/s；u3=40.0cm/s。n1=1.31´103；n2=1.29´103；n3=1.08´103；H1=0.152cm；H2=0.155cm；H3=0.186cm。A=0.0576cm；B=0.703cm2×s-1；C=0.00277s。)56 由u1；u2；u3；H1cm；H2；H3可分别建立三个VanDeemter方程21．在一根甲基硅橡胶(OV-1)色谱柱上，柱温120℃。测得一些纯物质的保留时间：甲烷4.9s、正己烷84.9s、正庚烷145.0s、正辛烷250.3s、正壬烷436.9s、苯128.8s、3-正己酮230.5s、正丁酸乙酯248.9s、正己醇413.2s及某正构饱和烷烃50.6s。(1)求出后5个化合物的保留指数。未知正构饱和烷烃是何物质？(2)解释上述五个六碳化合物的保留指数为何不同。(3)说明应如何正确选择正构烷烃物质对，以减小计算误差。(苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890，未知物是正戊烷)t0为4.9s，求得苯、3-正己酮、正丁酸乙酯，正己醇的调整保留时间，再按分工计算各倾化合物的保留指数，得苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890；根据气液色谱固定液的作用原理，这六级份在(OV-1)色谱柱上随组分极性依次增大，保留指数依次增大，该未知正构饱和烷烃的保留指数按公式计算为500，可能为正戊烷。22．某色谱柱长100cm，流动相流速为0.1cm/s，已知组分A的洗脱时间为40min，求组分A在流动相中的时间和保留比R¢=t0/tR为多少。(16.7min，0.42)流动相流过色谱柱所需的时间即死时间t0，即为组分A在流动相中的停留时间：t0=L/u=100/(0.1×60)=16.7min组分A的洗脱时间即其保留时间tR保留比R¢=t0/tR=16.7/40=0.4223．某YWG-C18H374.6mm×25cm柱，以甲醇－水（80:20）为流动相，记录纸速为5mm/min，测得苯和萘的tR和W1/2分别为4.65和7.39(min),0.79和1.14(mm)。求柱效和分离度。(=1.92×104m–1；=2.33×104m–1；R=8.36)56 24．在某一液相色谱柱上组分A流出需15.0min，组分B流出需25.0min，而不溶于固定相的物质C流出需2.0min。问：（1）B组分相对于A的相对保留值是多少？（2）A组分相对于B的相对保留值是多少？（3）组分A在柱中的容量因子是多少？（4）组分B在固定相的时间是多少？（rB,A=1.77，rA,B=0.565，kA=6.50，tB=23.0min）第十九章气相色谱法思考题和习题1．名词解释：噪音检测限死体积分离度程序升温保留温度分流进样分流比线性分流相对重量校正因子麦氏常数2．说出下列缩写的中文名称：TCDFIDECDTIDFPDWCOT柱PLOT柱SCOT柱FSOT柱3．简述范氏方程在气相色谱中的表达式以及在分离条件选择中的应用。A=2ldpB=2gD柱子的填充均匀度、载体的粒度、载气的种类及流速、固定液液膜厚度以及柱温等因素对柱效产生直接影响。有些因素影响方向相反，应全面综合考虑。（1）选择流动相最佳流速。（2）当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气（如N2，Ar56 ），而当流速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气（如H2，He），同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。（3）柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的挥发流失。在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采用较低的温度，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。（4）固定液用量：担体表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也越多，但为了改善液相传质，应使固定液膜薄一些。（5）对担体的要求：担体表面积要大，表面和孔径均匀。粒度要求均匀、细小（但不宜过小以免使传质阻力过大）（6）进样速度要快，进样量要少，一般液体试样0.1~5uL,气体试样0.1~10mL.（7）气化温度：气化温度要高于柱温30-70℃。4．某色谱柱理论塔板数很大，是否任何两种难分离的组分一定能在该柱上分离？为什么？柱效不能表示被分离组分实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。5．气相色谱仪主要包括哪几部分？简述各部分的作用。载气系统．进样系统、色谱柱系统、温控系统以及检测和记录系统．载气系统的作用是获得纯净、流速稳定的载气。进样系统作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。色谱柱系统是色谱分析的心脏，组分分离的场所。温控系统控制气化室、柱箱和检测器的温度检测和记录系统将各组分的浓度或质量转变成相应的电信号并记录。6．在气相色谱中，如何选择固定液？解：样品混合物能否在色谱上实现分离，主要取决于组分与两相亲和力的差别，及固定液的性质。组分与固定液性质越相近，分子间相互作用力越强。根据此规律：(1)分离非极性物质一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。(2)分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。(3)分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分(或易被极化的组分)后出峰。(4)对于能形成氢键的试样、如醉、酚、胺和水等的分离。一般选择极性的或是氢键型的固定液，这时试样中各组分按与固定液分子间形成氢键的能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。(5)对于复杂的难分离的物质可以用两种或两种以上的混合固定液。以上讨论的仅是对固定液的大致的选择原则，应用时有一定的局限性。事实上在色谱柱中的作用是较复杂的，因此固定液酌选择应主要靠实践。7．说明氢焰、热导以及电子捕获检测器各属于哪种类型的检测器，它们的优缺点以及应用范围。氢焰检测器为质量型检测器，具有灵敏度高、响应快、线性范围宽等优点，是目前最常用的检测器之一，但对在氢焰中不电离的无机化合物不能检测。热导检测器为56 浓度型检测器，其特点为对任何气体均可产生响应，通用性好，线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。电子捕获检测器为浓度型检测器，具灵敏度高、选择性好的特点。是目前分析痕量电负性有机化合物最有效的检测器。但对无电负性的物质如烷烃等几乎无响应8．在气相色谱分析中，应如何选择载气流速与柱温？当u较小时，B/u占主要，选择分子量大的载气如N2，使组分的扩散系数小；当u较大时，Cu占主要，选择分子量小的载气H2，减小传质阻力项Cu。高沸点混合物分析选择柱温可低于沸点100~150℃低沸点混合物选择低于平均沸点50℃至平均沸点柱温宽沸程混合物采用程序升温9．气相色谱定量分析的依据是什么？为什么要引入定量校正因子？常用的定量方法有哪几种？各在何种情况下应用？色谱定量分析是基于被测物质的量与其蜂面积的正比关系。但是由于同一检测器对不同的物质具有不同的响应值，所以两个相等量的物质得出的峰面积往往不相等，这样就不能用峰面积来直接计算物质的含量。为了使检测器产生的响应讯号能真实地反映出物质的含量，就要对响应值进行校正，因此引人“定量校正因子”。常用的定量方法有以下几种A．外标法:色谱定量分析中较简易的方法。适合于进样量的重现性较好和操作条件较稳定的情况。B．内标法：当只需测定试样中某几个组份，或试样中所有组份不可能全部出峰时，可采用内标法。C．归一化法：适合于进样量很少而其体积不易准确测量的液体样品。10．毛细管柱气相色谱有什么特点？毛细管柱为什么比填充柱有更高的柱效？毛细管柱自加工困难，需购买成品柱，具有分离效能高、柱渗透性好、柱容量小、易实现气质联用，应用范围广等特点。一般毛细管的比渗透率约为填充柱的100倍,在同样的柱前压下,可使用更长的毛细管柱(如100米以上),而载气的线速可保持不变。这就是毛细管柱高柱效的主要原因。11．当出现下列三种情况时，VanDeemter曲线是什么形状？（1）B/u=Cu=0；（2）A=Cu=0；（3）A=B/u=0图中1为A=Cu=0，2为A=B/u=0，3为B/u=Cu=056 12．用气相色谱法分离某二元混合物时，当分别改变下列操作条件之一时，推测一下对tR、H、R的影响（忽略检测器、气化室、连接管道等柱外死体积）。（a）流速加倍，（b）柱长加倍，（c）固定液液膜厚度加倍，（d）色谱柱柱温增加。A=2ldpB=2gD（a）流速加倍，tR↓；最佳流速前H↓，R↑，最佳流速后H↑，R↓（b）柱长加倍，n↑，tR↑，H基本无影响，R↑（c）固定液液膜厚度加倍，tR↑，H↑，R↑（d）色谱柱柱温增加，tR↓；柱温对H的影响复杂，R↓13．当色谱峰的半峰宽为2mm，保留时间为4.5min，死时间为1min，色谱柱长为2m，记录仪纸速为2cm/min，计算色谱柱的理论塔板数，塔板高度以及有效理论塔板数，有效塔板高度。（11200，0.18mm；6790，0.29mm）14．在某色谱分析中得到如下数据：保留时间tR=5.0min，死时间t0=1.0min，固定液体积Vs=2.0ml，载气流速F=50ml/min。计算：（1）容量因子；（2）分配系数；（3）死体积；（4）保留体积。（4.0，100，50ml，250ml）56 15．用一根2米长色谱柱将两种药物A和B分离，实验结果如下：空气保留时间30秒，A与B的保留时间分别为230秒和250秒，B峰峰宽为25秒。求该色谱柱的理论塔板数，两峰的分离度。若将两峰完全分离，柱长至少为多少？（1600，0.80，7m）16．用一色谱柱分离A、B两组分，此柱的理论塔板数为4200，测得A、B的保留时间分别为15.05min及14.82min。（1）求分离度；（2）若分离度为1.0时，理论塔板数为多少？（0.25，67200）17．一气相色谱柱在VanDeemter方程中A、B、C值各为0.15cm，0.36cm2∙s-1，4.3×10-2s。试计算最小塔板高度及最佳流速。（0.399cm，2.85cm∙s-1）56 18．在2米长的某色谱柱上，分析苯与甲苯的混合物，测得死时间为0.20min，甲苯的保留时间为2.10min及半峰宽为0.285cm，记录纸速为2cm/min。己知苯比甲苯先流出色谱柱，且苯与甲苯的分离度为1.0。求（1）甲苯与苯的分配系数比；（2）苯的容量因子与保留时间；（3）达到分离度为6σ时，柱长至少为多长？（α=1.15、=8.3、=1.86min、柱长至少为4.5m）19．有一含有四种组分的样品，用气相色谱法FID检测器归一化法测定含量，实验步骤如下：（1）测相对重量校正因子，准确配制苯（内标）与组分a、b、c及d的纯品混合溶液，它们的重量分别为0.435、0.653、0.864、0.864及1.760g。吸取混合溶液0.2µl，进样三次，测得平均峰面积分别为4.00、6.50、7.60、8.10及15.0。（2）取样0.5µl，进样三次，测得平均峰面积分别为3.50、4.50、4.00及2.00。求各种组分的相对重量校正因子，以及各组分的重量百分数。（相对重量校正因子：fa=0.924、fb=1.04、fc=0.981、fd=1.08。重量百分数：a=23.1%、b=33.4%、c=28.0%、d=15.4%）56 20．用气相色谱法测定正丙醇中的微量水分，精密称取正丙醇50.00g及无水甲醇（内标物）0.4000g，混合均匀，进样5µl，在401有机担体柱上进行测量，测得水：h=5.00cm，W1/2=0.15cm，甲醇h=4.00cm，W1/2=0.10cm，求正丙醇中微量水的重量百分含量。（相对重量校正因子=0.55，=0.58）（1.42%）21．有下列两组样品，请分别选择气液色谱所需的固定液，并说明组分的流出顺序。（1）三种胺类混合物：一甲胺、二甲胺和三甲胺。分析低分子量的伯、仲、叔胺时，一般采用三乙醇胺作固定液，因为胺类能与三乙醇胺形成氢键，三乙醇胺对伯、仲、叔胺有选择性，一甲胺、二甲胺、三甲胺和氨在20%三乙醇胺和酸洗红色载体(C-22保温砖)柱上的出峰顺序为：三甲胺（沸点3.5℃）、二甲胺（沸点7.4℃）和一甲胺(沸点-6.5℃)，完全是按照形成氢键的难易程度排列的，三甲胺因其分子中三个甲基的位阻效应，最不容易形成氢键，故最先出峰，而一甲胺则因最易形成氢键，被三乙醇胺保留到最后出峰。（2）苯（bp80.1℃）与环己烷（bp80.7℃）的混合物。56 被分离样品为极性物质和非极性物质的混合物，一般选用极性固定液，这时，非极性物质先出峰，极性物质后出峰。苯和环己烷的分离，当选用非极性固定液时，很难将其分离；但若选用聚乙二醇-400作固定液，苯的保留时间是环己烷的3.9倍，选用极性更强的β，β’-氧二丙腈作固定液，苯的保留时间是环己烷的6.3倍，就很容易将其分离了，这是由于苯具有p电子云结构，容易被极化，而环乙烷不易被极化之故。22．用皂膜流量计测定分流管的流速为35.6ml/min，毛细管柱尺寸为0.25mm×12m，t0为1.01min，计算分流比。（1:61）Fc=pr2L/t0=3.14×(0.025/2)2×1200/1.01=0.583分流比=Fc/Fw=0.583/35.6=1:61第二十章高效液相色谱法思考题和习题1．简述高效液相色谱法和气相色谱法的主要异同点。相同点：均为高效、高速、高选择性的色谱方法，兼具分离和分析功能，均可以在线检测不同点： 分析对象及范围流动相的选择操作条件GC能气化、热稳定性好、且沸点较低的样品，占有机物的20%流动相为有限的几种“惰性”气体，只起运载作用，对组分作用小加温常压操作HPLC溶解后能制成溶液的样品，高沸点、高分子量、难气化、离子型的稳定或不稳定化合物，占有机物的80%流动相为液体或各种液体的混合。它除了起运载作用外，还可通过溶剂来控制和改进分离。室温、高压下进行2．何谓化学键合相？常用的化学键合相有哪几种类型？分别用于哪些液相色谱法中？采用化学反应的方法将固定液键合在载体表面上，所形成的填料称为化学键合相。优点是使用过程不流失，化学性能稳定，热稳定性好，适于作梯度淋洗。目前常用的Si-O-Si-C型键合相，按极性分为非极性，中等极性与极性三类。①非极性键合相：常见如ODS键合相，既有分配又有吸附作用，用途非常广泛，用于分析非极性或弱极性化合物；②中等圾性键合相：常见的有醚基键合相，这种键合相可作正相或反相色谱的固定相，视流动相的极性而定：③极性键合相：常用氨基、氰基键合相，用作正相色谱的固定相，氨基键合相还是分离糖类最常用的固定相。3．什么叫正相色谱？什么叫反相色谱？各适用于分离哪些化合物？56 正相色谱法：流动相极性小于固定相极性的色谱法。用于分离溶于有机溶剂的极性及中等极性的分子型物质，用于含有不同官能团物质的分离。反相色谱法：流动相极性大于固定相极性的色谱法。用于分离非极性至中等极性的分子型化合物。4．简述反相键合相色谱法的分离机制。典型的反相键合色谱法是用非极性固定相和极性流动相组成的色谱体系。固定相，常用十八烷基（ODS或C18）键合相；流动相常用甲醇-水或乙腈-水。非典型反相色谱系统，用弱极性或中等极性的键合相和极性大于固定相的流动相组成。反相键合相表面具有非极性烷基官能团，及未被取代的硅醇基。硅醇基具有吸附性能，剩余硅醇基的多寡，视覆盖率而定。对于反相色谱的分离机制目前，保留机制还没有一致的看法，大致有两种观点，一种认为属于分配色谱，另一种认为属于吸附色谱。分配色谱的作用机制是假设混合溶剂（水十有机溶剂）中极性弱的有机溶剂吸附于非极性烷基配合基表面，组分分子在流动相中与被非极性烷基配合基所吸附的液相中进行分配。吸附色谱的作用机制可用疏溶剂理论来解释。这种理论把非极性的烷基键合相，看作是在硅胶表面上覆盖了一层键合的十八烷基的"分子毛"，这种"分子毛"有强的疏水特性。当用水与有机溶剂所组成的极性溶剂为流动相来分离有机化合物时，一方面，非极性组分分子或组分分子的非极性部分，由于疏溶剂作用，将会从水中被＂挤＂出来，与固定相上的疏水烷基之间产生缔合作用，其结果使组分分子在固定相得到保留。另一方面，被分离物的极性部分受到极性流动相的作用，使它离开固定相，减小保留值，此即解缔过程，显然，这两种作用力之差，决定了分子在色谱中的保留行为。一般说来，固定相上的烷基配合基或被分离分子中非极性部分的表面积越大，或者流动相表面张力及介电常数越大，则缔合作用越强，分配比k"也越大，保留值越大。不难理解，在反相键合相色谱中，极性大的组分先流出，极性小的组分后流出。5．离子色谱法、反相离子对色谱法与离子抑制色谱法的原理及应用范围有何区别？离子色谱法(IonChromatography)：用离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相。以电导检测器为通用检测器。试样组分在分离柱和抑制柱上的反应原理与离子交换色谱法相同。离子色谱法是溶液中阴离子分析的最佳方法，也可用于阳离子分析。反相离子对色谱法(IPC或PIC)：反相色谱中，在极性流动相中加入离子对试剂，使被测组分与其中的反离子形成中性离子对，增加k和tR，以改善分离。适用于较强的有机酸、碱。反相离子抑制色谱：在反相色谱中，通过加入缓冲溶液调节流动相pH值，抑制组分解离，增加其k和tR，以达到改善分离的目的。适用于极弱酸碱物质（pH=3~7弱酸；pH=7~8弱碱；两性化合物）6．亲和色谱的分离机制是什么？有何特点？传统的观念认为亲和色谱是基于配基-配体亲和反应的原理，利用色谱的差速迁移理论，实现对目标分子的分离，仅仅是一种组分分离的选择性过滤法。然而，这一理论是建立在配基-配体亲和作用是均相反应和宏观平衡态热力学的基础上的。但是，实际上目标分子在两相间分配系数过大，且在固定相上的吸附等温线多不呈线性。所以，关于生物大分子在亲和色谱中的保留机制及色谱过程数学模型的研究一直是一个相对薄弱的环节，有待进一步的完善.亲和色谱具有较高的专属性，经其分离，纯化，浓集后的生物样品具有较高的纯度，大大降低了后续测定(如HPLC)时的背景噪音，进而使得后续测定具有极高的灵敏度。56 7．速率理论方程式在HPLC中与在GC中有何异同？如何指导HPLC实验条件的选择？解:液相色谱中引起色谱峰扩展的主要因素为涡流扩散、流动的流动相传质、滞留的流动相传质以及柱外效应。在气相色谱中径向扩散往往比较显著，而液相色谱中径向扩散的影响较弱，往往可以忽略。另外，在液相色谱中还存在比较显著的滞留流动相传质及柱外效应。在高效液相色谱中，对液液分配色谱，VanDeemter方程的完整表达形式为由此，HPLC的实验条件应该是：①小粒度、均匀的球形化学键合相；②低粘度流动相，流速不宜过快；③柱温适当。8．试讨论影响HPLC分离度的各种因素，如何提高分离度？(1)色谱填充性能液相色谱柱分离性能的优劣，是由固定相粒度、柱长、由柱内径和填充状况决定的柱压降这三个参数度决定的。这三个参数度也决定了样品组分的保留时间，保留时间不仅与色谱过程的热力学因素k有关，还直接与决定柱效与分离度的柱性能参数及流动相的黏度有关，这些参数都是影响色谱分离过程动力学的重要因素。但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常高的工作，一般都是购买商品柱，很少自行制备。(2)流动相及流动相的极性液相色谱中，改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接因素。液相色谱不可能通过增加柱温来改善传质。因此大多是恒温分析。流动相选择在液相色谱中显得特别重要，流动相可显著改变组分分离状况。(3)流速流速大于0.5cm/s时，H～u曲线是一段斜率不大的直线。降低流速，柱效提高不是很大。但在实际操作中，流量仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。9．试讨论反相HPLC的分离条件的选择。反相HPLC法是以表面非极性载体为固定相，以比固定相极性强的溶剂为流动相的—种液相色谱分离模式。反相HPLC色谱中样品的保留值主要由固定相比表面积、键合相种类和浓度决定，保留值通常随链长增长或键合相的疏水性增强而增。溶质保留值与固定相表面积成正比，当其他条件相同时，溶质在低表面积色谱柱上的保留值短。样品的保留值也可以通过改变流动相组成或溶剂强度来调整，溶剂强度取决于有机溶剂的性质和其在流动相中的浓度。10．在正、反相HPLC中流动相的强度是否相同？在正相色谱中，由于固定相是极性的，所以溶剂极性越强，洗脱能力也越强，即极性强的溶剂是强溶剂。在反相色谱中，由于固定相是非极性的，所以溶剂的强度随溶剂的极性降低而增加，即极性弱的溶剂是强溶剂。11．什么叫梯度洗脱？它与GC的程序升温有何异同？56 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。12．蒸发光散射检测器的原理及特点是什么？蒸发光散射检测器（EvaporativeLight-scatteringDetector）是通用型检测器，可以检测没有紫外吸收的有机物质，如人参皂苷、黄芪甲苷等。一、ELSD原理恒定流速的色谱仪（高效液相、逆流色谱、高效毛细管电泳等）洗脱液进入检测器后，首先被高压气流雾化，雾化形成的小液滴进入蒸发室(漂移管，drifttube)，流动相及低沸点的组分被蒸发，剩下高沸点组分的小液滴进入散射池，光束穿过散射池时被散射，散射光被光电管接收形成电信号，电信号通过放大电路、模数转换电路、计算机成为色谱工作站的数字信号——色谱图。二、特点1．洗脱液需要雾化，所以雾化气流的纯度和压力会影响检测器的信噪比。2．流动相要蒸发掉，所以不能使用不易挥发的物质来调节流动相的pH值。可以通过蒸发温度的调节来使比被测物质沸点低的组分蒸发。在不使被测物质蒸发的前提下，温度越高，流动相蒸发越完全，色谱图基线越好、信噪比越高。如果被测物质沸点接近或低于流动相的蒸发温度，则无法检测；不过，100%的水做流动相，蒸发室温度也才设为150摄氏度，沸点比水低的有机物质完全可以用气相色谱仪进行分离检测了。由于流动相和溶剂蒸发了，使用ELSD检测器收集的色谱图一般没有溶剂峰；而且梯度洗脱没有折光视差效应，一般不会出现基线漂移。3.检测光散射变化，所有进入到散射池的物质都可被检测，而且响应值只与物质的量有关。4.浓度跟峰面积不成线性，分别取自然对数后成线性。13．常用的HPLC定量分析方法是什么？哪些方法需要用校正因子校正峰面积？哪些方法可以不用校正因子？常用的HPLC定量分析方法有：外标法：外标工作曲线法、外标一点法、外标二点法等内标法：内标工作曲线法、内标一点法、内标二点法、内标对比法等使用内标和外标标准曲线法时，可以不必测定校正因子，其它方法须要用校正因子校正峰面积14．指出苯、萘、蒽在反相色谱中的洗脱顺序并说明原因。三者极性顺序从大到小是苯、萘、蒽，因此在反相色谱中的洗脱顺序为苯、萘、蒽，苯最先出峰。15．宜用何种HPLC方法分离下列物质？（1）乙醇和丁醇；（2）Ba2+和Sr2+；（3）正戊酸和正丁酸；（4）高摩尔质量的葡糖苷。（1）正相键合相色谱法（2）离子交换色谱法（3）离子对色谱法（4）空间排阻色谱法56 16．欲测定二甲苯的混合试样中对-二甲苯的含量。称取该试样110.0mg，加入对-二甲苯的对照品30.0mg，用反相色谱法测定。加入对照品前后的色谱峰面积(mm2)值为，对-二甲苯：40.0，104.2；间-二甲苯：141.8，156.2。试计算对-二甲苯的百分含量。　　　　　　　（20.0%）17．计算例2中炔雌醇的校正因子及含量。（3.02,0.0369mg/片）18．测定黄芩颗粒中的黄芩素的含量，实验方法同例1。测得对照品溶液（5.98µg/ml）和供试品溶液的峰面积分别为：706436和458932，求黄芩颗粒中黄芩素的含量。（1.55%）19．测定生物碱试样中黄连碱和小檗碱的含量，称取内标物、黄连碱和小檗碱对照品各0.2000g配成混合溶液。测得峰面积分别为3.60,3.43和4.04cm2。称取0.2400g内标物和试样0.8560g同法配制成溶液后，在相同色谱条件下测得峰面积为4.16,3.71和4.54cm2。计算试样中黄连碱和小檗碱的含量。　　　　（黄连碱26.2%，小檗碱27.3%）20．计算在反相色谱中甲醇-乙腈-水(60:10:30)的强度因子。如果改用四氢呋喃-甲醇-水，水的含量不变，为了保持相同洗脱强度，甲醇的比例是多少?(2.12，68.7%)　　56 21．用15cm长的ODS柱分离两个组分。柱效n=2.84×104m–1；测得t0=1.31min；组分的min；=4.45min。(1)求k1、k2、α、R值。(2)若增加柱长至30cm，分离度R可否达1.5?((1)k1=2.13、k2=2.40、α=1.13、R=1.33，(2)R=1.88，能)第十八章平面色谱法思考题和习题56 1．名词解释平面色谱法比移值相对比移值分离度分离数荧光薄层板高效薄层色谱边缘效应2．在吸附薄层色谱中如何选择展开剂？欲使某极性物质在薄层板上移动速度快些，展开剂的极性应如何改变？主要应根据被分离物质极性、展开剂极性以及吸附剂的活度三方面来选择。被分离物质极性吸附剂的活度展开剂极性大小大小大小欲使某极性物质在薄板上移动速度快些，展开剂的极性应增大。3．薄板有哪些类型？硅胶-CMC板和硅胶-G板有什么区别？见教材P381页4．薄层色谱的显色方法有哪些？①在日光下观察，划出有色物质的斑点位置。②在紫外灯（254nm或365nm）下观察有无暗斑或荧光斑点，并记录其颜色、位置及强弱。能发荧光的物质或少数有紫外吸收的物质可用此法检出。③荧光薄层板检测。适用于有紫外吸收物质，荧光薄层板在紫外灯下，整个薄层板呈黄绿色荧光，被测物质由于荧光猝灭作用而呈现暗斑。④既无色，又无紫外吸收的物质，可采用显色剂显色。薄层色谱常用的通用型显色剂有碘、硫酸溶液和荧光黄溶液等。5．在薄层色谱中，以硅胶为固定相，氯仿为流动相时，试样中某些组分Rf值太大，若改为氯仿－甲醇(2:1)时，则试样中各组分的Rf值会变得更大，还是变小？为什么？以硅胶为固定相的应为吸附薄层色谱，氯仿为流动相时，试样中某些组分Rf值太大，若改为氯仿－甲醇(2:1)时，则试样中各组分的Rf值会变得更大，此时应加入适量极性小的溶剂如环已烷，以降低展开剂的极性。6．在硅胶薄层板A上，以苯－甲醇(1:3)为展开剂，某物质的Rf值为0.50，在硅胶板B上，用相同的展开剂，此物质的Rf值降为0.40，问A、B两种板，哪一种板的活度大？B板的活度大。7．已知A，B两物质在某薄层色谱系统中的分配系数分别为100和120。问哪一个的Rf值小些？根据可知，分配系数K越大，Rf越小，因此分配系数为120的物质Rf小些。8．薄层色谱展开剂的流速与哪些因素有关系？56 展开剂在薄层中的流速与展开剂的表面张力，粘度及吸附剂的种类、粒度、均匀度等有关，也和展开距离有关。9．化合物A在薄层板上从原点迁移7.6cm，溶剂前沿距原点16.2cm，(a)计算化合物A的Rf值。(b)在相同的薄层系统中，溶剂前沿距原点14.3cm，化合物A的斑点应在此薄层板上何处？(0.47，6.72cm)10．在某分配薄层色谱中，流动相、固定相和载体的体积比为Vm：Vs:Vg=0.33:0.10:0.57，若溶质在固定相和流动相中的分配系数为0.50，计算它的Rf值和k。(0.87，0.15)11．已知A与B二物质的相对比移值为1.5。当B物质在某薄层板上展开后，色斑距原点9cm，溶剂前沿到原点的距离为18cm，问若A在此板上同时展开，则A物质的展距为多少？A物质的Rf值为多少？(13.5cm，0.75)12．在薄层板上分离A、B两组分的混合物，当原点至溶剂前沿距离为16.0cm时，A、B两斑点质量重心至原点的距离分别为6.9cm和5.6cm，斑点直径分别为0.83cm和0.57cm，求两组分的分离度及Rf值。(R=1.9，=0.43，=0.35)13．今有两种性质相似的组分A和B，共存于同一溶液中。用纸色谱分离时，它们的比移值分别为0.45、0.63。欲使分离后两斑点中心间的距离为2cm，问滤纸条应为多长？(L0=11cm，滤纸条长至少13cm)56 14．用薄层扫描法在高效薄层板上测得如下数据：L0=127mm，Rf为零的物质半峰宽为1.9mm，Rf为1的物质半峰宽为4.2mm，求该薄层板的分离数。(20)15．硅胶薄层板可用下列六种染料来测定板的活度，根据它们的结构，请推测一下，当以六种染料混合物点在薄板上，以石油醚－苯（4:1）为流动相，六种染料的Rf值次序，并说明理由。极性次序的排列则根据这些分子的分子结构，它们均具有偶氮苯基本母核，根据取代基的极性大小，很易排出次序。苏丹红、苏丹黄及对羟基偶氮苯均带有羟基官能团，但苏丹红、苏丹黄上的氢原子易与相邻氮原子形成分子内氢键，而使它们的极性大大下降至对氨基偶氮苯之后，苏丹红极性大于苏丹黄，则因苏丹红的共轭体系比苏丹黄长。根据吸附色谱溶质在薄层板上移行次序是极性小的组分Rf大。六种染料的极性次序为：偶氮苯<对甲氧基偶氮苯<苏丹黄<苏丹红<对氨基偶氮苯<对羟基偶氮苯。所以在薄层板上Rf值的次序正好同上相反，偶氮苯极性最小，Rf值最大，而对羟基偶氮苯极性最大而Rf值最小。56'