分析化學(xué)公式復(fù)習(xí)

一、簡(jiǎn)答題1．簡(jiǎn)要說(shuō)明氣相色譜分析的基本原理答：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(jù)組分與固定相與流動(dòng)相的親和力不同而實(shí)現(xiàn)分離。組分在固定相與流動(dòng)相之間不斷進(jìn)行溶解、揮發(fā)（氣液色譜），或吸附、解吸過(guò)程而相互分離，然后進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。2．氣相色譜儀的基本設(shè)備包括哪幾部分?各有什么作用?答：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及檢測(cè)和記錄系統(tǒng)．氣相色譜儀具有一個(gè)讓載氣連續(xù)運(yùn)行的管路密閉的氣路系統(tǒng)．進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣裝置和氣化室．其作用是將液體或固體試樣，在進(jìn)入色譜柱前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中．3．當(dāng)下列參數(shù)改變時(shí)：(1)柱長(zhǎng)縮短，(2)固定相改變，(3)流動(dòng)相流速增加，(4)相比減少是否會(huì)引起分配系數(shù)的改變?為什么?答：固定相改變會(huì)引起分配系數(shù)的改變,因?yàn)榉峙湎禂?shù)只于組分的性質(zhì)及固定相與流動(dòng)相的性質(zhì)有關(guān).所以：（1）柱長(zhǎng)縮短不會(huì)引起分配系數(shù)改變（2）固定相改變會(huì)引起分配系數(shù)改變（3）流動(dòng)相流速增加不會(huì)引起分配系數(shù)改變（4）相比減少不會(huì)引起分配系數(shù)改變4．當(dāng)下列參數(shù)改變時(shí)：1)柱長(zhǎng)增加，(2)固定相量增加，(3)流動(dòng)相流速減小，(4)相比增大是否會(huì)引起分配比的變化?為什么?答：k=K/，而VM/VS，分配比除了與組分、兩相的性質(zhì)、柱溫、柱壓有關(guān)外，還與相比有關(guān)，而與流動(dòng)相流速、柱長(zhǎng)無(wú)關(guān)。故：不變化，增加，不改變，減小。5．試以塔板高度H做指標(biāo),討論氣相色譜操作條件的選擇.答：提示：主要從速率理論(vanDeemerequation)來(lái)解釋，同時(shí)考慮流速的影響，選擇最佳載氣流速。（1）選擇流動(dòng)相最佳流速。（2）當(dāng)流速較小時(shí)，可以選擇相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（如N2,Ar)，而當(dāng)流速較大時(shí)，應(yīng)該選擇相對(duì)分子質(zhì)量較小的載氣（如H2,He),同時(shí)還應(yīng)該考慮載氣對(duì)不同檢測(cè)器的適應(yīng)性。（3）柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，以免引起固定液的揮發(fā)流失。在使最難分離組分能盡可能好的分離的前提下，盡可能采用較低的溫度，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。（4）固定液用量：擔(dān)體表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也越多，但為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使固定液膜薄一些。（5）對(duì)擔(dān)體的要求：擔(dān)體表面積要大，表面和孔徑均勻。粒度要求均勻、細(xì)?。ǖ灰诉^(guò)小以免使傳質(zhì)阻力過(guò)大）（6）進(jìn)樣速度要快，進(jìn)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：氣化溫度要高于柱溫30-70℃。6．試述速率方程中A,B,C三項(xiàng)的物理意義.H-u曲線有何用途?曲線的形狀主要受那些因素的影響?答：A稱為渦流擴(kuò)散項(xiàng),B為分子擴(kuò)散項(xiàng)，C為傳質(zhì)阻力項(xiàng)。7．當(dāng)下述參數(shù)改變時(shí)：(1)增大分配比，(2)流動(dòng)相速度增加，(3)減小相比，(4)提高柱溫，是否會(huì)使色譜峰變窄?為什么?答：(1)保留時(shí)間延長(zhǎng),峰形變寬(2)保留時(shí)間縮短,峰形變窄(3)保留時(shí)間延長(zhǎng),峰形變寬4)保留時(shí)間縮短,峰形變窄8．為什么可用分離度R作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)?答：分離度同時(shí)體現(xiàn)了選擇性與柱效能，即熱力學(xué)因素和動(dòng)力學(xué)因素，將實(shí)現(xiàn)分離的可能性和現(xiàn)實(shí)性結(jié)合起來(lái)。9．能否根據(jù)理論塔板數(shù)來(lái)判斷分離的可能性?為什么?答：不能，有效塔板數(shù)僅表示柱效能的高低，柱分離能力發(fā)揮程度的標(biāo)志，而分離的可能性取決于組分在固定相和流動(dòng)相之間分配系數(shù)的差異。10．試述色譜分離基本方程式的含義,它對(duì)色譜分離有什么指導(dǎo)意義?答:色譜分離基本方程式如下:它表明分離度隨體系的熱力學(xué)性質(zhì)(和的變化而變化,同時(shí)與色譜柱條件(n改變)有關(guān)>(1)當(dāng)體系的熱力學(xué)性質(zhì)一定時(shí)(即組分和兩相性質(zhì)確定),分離度與n的平方根成正比,對(duì)于選擇柱長(zhǎng)有一定的指導(dǎo)意義,增加柱長(zhǎng)可改進(jìn)分離度,但過(guò)分增加柱長(zhǎng)會(huì)顯著增長(zhǎng)保留時(shí)間,引起色譜峰擴(kuò)張.同時(shí)選擇性能優(yōu)良的色譜柱并對(duì)色譜條件進(jìn)行優(yōu)化也可以增加n,提高分離度.2)方程式說(shuō)明,k值增大也對(duì)分離有利,但k值太大會(huì)延長(zhǎng)分離時(shí)間,增加分析成本.(3)提高柱選擇性可以提高分離度分離效果越好因此可以通過(guò)選擇合適的固定相增大不同組分的分配系數(shù)差異從而實(shí)現(xiàn)分離11．對(duì)擔(dān)體和固定液的要求分別是什么?答：對(duì)擔(dān)體的要求；(1)表面化學(xué)惰性,即表面沒(méi)有吸附性或吸附性很弱,更不能與被測(cè)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng).(2)多孔性,即表面積大,使固定液與試樣的接觸面積較大.(3)熱穩(wěn)定性高,有一定的機(jī)械強(qiáng)度,不易破碎.(4)對(duì)擔(dān)體粒度的要求,要均勻、細(xì)小，從而有利于提高柱效。但粒度過(guò)小，會(huì)使柱壓降低，對(duì)操作不利。一般選擇40-60目，60-80目及80-100目等。對(duì)固定液的要求:(1)揮發(fā)性小,在操作條件下有較低的蒸氣壓,以避免流失(2)熱穩(wěn)定性好,在操作條件下不發(fā)生分解,同時(shí)在操作溫度下為液體.(3)對(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?否則,樣品容易被載氣帶走而起不到分配作用.(4)具有較高的選擇性,即對(duì)沸點(diǎn)相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力.5)化學(xué)穩(wěn)定性好,不與被測(cè)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng).擔(dān)體的表面積越大,固定液的含量可以越高.2．試述“相似相溶”原理應(yīng)用于固定液選擇的合理性及其存在的問(wèn)題。解：樣品混合物能否在色譜上實(shí)現(xiàn)分離，主要取決于組分與兩相親和力的差別，及固定液的性質(zhì)。組分與固定液性質(zhì)越相近，分子間相互作用力越強(qiáng)。根據(jù)此規(guī)律：1)分離非極性物質(zhì)一般選用非極性固定液，這時(shí)試樣中各組分按沸點(diǎn)次序先后流出色譜柱，沸點(diǎn)低的先出峰，沸點(diǎn)高的后出峰。(2)分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時(shí)試樣中各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。3)分離非極性和極性混合物時(shí)，一般選用極性固定液，這時(shí)非極性組分先出峰，極性組分(或易被極化的組分)后出峰。(4)對(duì)于能形成氫鍵的試樣、如醉、酚、胺和水等的分離。一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，這時(shí)試樣中各組分按與固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。(5)對(duì)于復(fù)雜的難分離的物質(zhì)可以用兩種或兩種以上的混合固定液。以上討論的僅是對(duì)固定液的大致的選擇原則，應(yīng)用時(shí)有一定的局限性。事實(shí)上在色譜柱中的作用是較復(fù)雜的，因此固定液酌選擇應(yīng)主要靠實(shí)踐。13．試述熱導(dǎo)池檢測(cè)器的工作原理。有哪些因素影響熱導(dǎo)池檢測(cè)器的靈敏度？解：熱導(dǎo)池作為檢測(cè)器是基于不同的物質(zhì)具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)電流通過(guò)鎢絲時(shí)、鎢絲被加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也就增加到一定位(一般金屬絲的電阻值隨溫度升高而增加)。在未進(jìn)試樣時(shí)，通過(guò)熱導(dǎo)池兩個(gè)池孔(參比池和測(cè)量池)的都是載氣。由于載氣的熱傳導(dǎo)作用，使鎢絲的溫度下降，電阻減小，此時(shí)熱導(dǎo)池的兩個(gè)池孔中鎢絲溫度下降和電阻減小的數(shù)值是相同的。在進(jìn)入試樣組分以后，裁氣流經(jīng)參比池，而裁氣帶著試樣組分流經(jīng)測(cè)量池，由于被測(cè)組分與載氣組成的混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)和裁氣的導(dǎo)熱系數(shù)不同，因而測(cè)量池中鎢絲的散熱情況就發(fā)生變化，使兩個(gè)池孔中的兩根鎢絲的電阻值之間有了差異。此差異可以利用電橋測(cè)量出來(lái)。橋路工作電流、熱導(dǎo)池體溫度、載氣性質(zhì)和流速、熱敏元件阻值及熱導(dǎo)池死體積等均對(duì)檢測(cè)器靈敏度有影響。14．試述氫焰電離檢測(cè)器的工作原理。如何考慮其操作條件？解：對(duì)于氫焰檢測(cè)器離子化的作用機(jī)理，至今還不十分清楚。目前認(rèn)為火焰中的電離不是熱電離而是化學(xué)電離，即有機(jī)物在火焰中發(fā)生自由基反應(yīng)而被電離?；瘜W(xué)電離產(chǎn)生的正離子(CHO+、H3O+)和電子(e)在外加150~300v直流電場(chǎng)作用下向兩極移動(dòng)而產(chǎn)生微電流。經(jīng)放大后，記錄下色譜峰。氫火焰電離檢測(cè)器對(duì)大多數(shù)的有機(jī)化合物有很高的靈敏度，故對(duì)痕量有機(jī)物的分析很適宜。但對(duì)在氫火焰中不電離的元機(jī)化合物例如CO、CO2、SO2、N2、NH3等則不能檢測(cè)15．色譜定性的依據(jù)是什么?主要有那些定性方法?解：根據(jù)組分在色譜柱中保留值的不同進(jìn)行定性。主要的定性方法主要有以下幾種:(1)直接根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性(2)利用相對(duì)保留值r21進(jìn)行定性3)混合進(jìn)樣(4)多柱法(5)保留指數(shù)法(6)聯(lián)用技術(shù)(7)利用選擇性檢測(cè)器16．何謂保留指數(shù)?應(yīng)用保留指數(shù)作定性指標(biāo)有什么優(yōu)點(diǎn)?答：用兩個(gè)緊靠近待測(cè)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物（一般選用兩個(gè)相鄰的正構(gòu)烷烴）標(biāo)定被測(cè)物質(zhì)，并使用均一標(biāo)度（即不用對(duì)數(shù)），用下式定義：X為保留值（tR’,VR’,或相應(yīng)的記錄紙距離），下腳標(biāo)i為被測(cè)物質(zhì)，Z,Z+1為正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)，XZ<Xi<XZ+1，IZ=Z×100優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高,可根據(jù)固定相和柱溫直接與文獻(xiàn)值對(duì)照而不必使用標(biāo)準(zhǔn)試樣.7．有哪些常用的色譜定量方法?試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍?（1）外標(biāo)法外標(biāo)法是色譜定量分析中較簡(jiǎn)易的方法．該法是將欲測(cè)組份的純物質(zhì)配制成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。使?jié)舛扰c待測(cè)組份相近。然后取固定量的上述溶液進(jìn)行色譜分析．得到標(biāo)準(zhǔn)樣品的對(duì)應(yīng)色譜團(tuán)，以峰高或峰面積對(duì)濃度作圖．這些數(shù)據(jù)應(yīng)是個(gè)通過(guò)原點(diǎn)的直線．分析樣品時(shí)，在上述完全相同的色譜條件下，取制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)同樣量的試樣分析、測(cè)得該試樣的響應(yīng)訊號(hào)后．由標(biāo)誰(shuí)曲線即可查出其百分含量．此法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，因而適用于工廠控制分析和自動(dòng)分析；但結(jié)果的準(zhǔn)確度取決于進(jìn)樣量的重現(xiàn)性和操作條件的穩(wěn)定性．（2）內(nèi)標(biāo)法當(dāng)只需測(cè)定試樣中某幾個(gè)組份．或試樣中所有組份不可能全部出峰時(shí)，可采用內(nèi)標(biāo)法．具體做法是：準(zhǔn)確稱取樣品，加入一定量某種純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，然后進(jìn)行色譜分析．根據(jù)被測(cè)物和內(nèi)標(biāo)物在色譜圖上相應(yīng)的峰面積(或峰高))和相對(duì)校正因子．求出某組分的含量．內(nèi)標(biāo)法是通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)標(biāo)物與欲測(cè)組份的峰面積的相對(duì)值來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，因而可以在—定程度上消除操作條件等的變化所引起的誤差．內(nèi)標(biāo)法的要求是：內(nèi)標(biāo)物必須是待測(cè)試樣中不存在的；內(nèi)標(biāo)峰應(yīng)與試樣峰分開(kāi)，并盡量接近欲分析的組份．內(nèi)標(biāo)法的缺點(diǎn)是在試樣中增加了一個(gè)內(nèi)標(biāo)物，常常會(huì)對(duì)分離造成一定的困難（3）歸一化法歸一化法是把試樣中所有組份的含量之和按100％計(jì)算，以它們相應(yīng)的色譜峰面積或峰高為定量參數(shù)．通過(guò)下列公式計(jì)算各組份含量：由上述計(jì)算公式可見(jiàn)，使用這種方法的條件是：經(jīng)過(guò)色譜分離后、樣品中所有的組份都要能產(chǎn)生可測(cè)量的色譜峰．該法的主要優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；操作條件(如進(jìn)樣量，流速等)變化時(shí)，對(duì)分析結(jié)果影響較?。@種方法常用于常量分析，尤其適合于進(jìn)樣量很少而其體積不易準(zhǔn)確測(cè)量的液體樣品．一、思考題1．從分離原理、儀器構(gòu)造及應(yīng)用范圍上簡(jiǎn)要比較氣相色譜及液相色譜的異同點(diǎn)。答：二者都是根據(jù)樣品組分與流動(dòng)相和固定相相互作用力的差別進(jìn)行分離的。從儀器構(gòu)造上看，液相色譜需要增加高壓泵以提高流動(dòng)相的流動(dòng)速度，克服阻力。同時(shí)液相色譜所采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(cè)器主要采用熱導(dǎo)檢測(cè)器、氫焰檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器等。而液相色譜則多使用紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器及電化學(xué)檢測(cè)器等。但是二者均可與MS等聯(lián)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(yōu)點(diǎn)，但沸點(diǎn)太高的物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)難以用氣相色譜進(jìn)行分析。而只要試樣能夠制成溶液，既可用于HPLC分析，而不受沸點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性差、相對(duì)分子量大的限制。2．液相色譜中影響色譜峰展寬的因素有哪些?與氣相色譜相比較,有哪些主要不同之處?答：液相色譜中引起色譜峰擴(kuò)展的主要因素為渦流擴(kuò)散、流動(dòng)的流動(dòng)相傳質(zhì)、滯留的流動(dòng)相傳質(zhì)以及柱外效應(yīng)。在氣相色譜中徑向擴(kuò)散往往比較顯著，而液相色譜中徑向擴(kuò)散的影響較弱，往往可以忽略。另外，在液相色譜中還存在比較顯著的滯留流動(dòng)相傳質(zhì)及柱外效應(yīng)。3．在液相色譜中,提高柱效的途徑有哪些?其中最有效的途徑是什么?答：液相色譜中提高柱效的途徑主要有：（1）提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性；（2）改進(jìn)固定相：（3）粒度;選擇薄殼形擔(dān)體;選用低粘度的流動(dòng)相;（4）適當(dāng)提高柱溫其中，減小粒度是最有效的途徑。.4．液相色譜有幾種類型?答：液相色譜有以下幾種類型：液-液分配色譜；液-固吸附色譜；化學(xué)鍵合色譜；離子交換色譜；離子對(duì)色譜；空間排阻色譜等。5．液-液分配色譜的保留機(jī)理是什么？這種類型的色譜在分析應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？答：液－液分配色譜的保留機(jī)理是通過(guò)組分在固定相和流動(dòng)相間的多次分配進(jìn)行分離的?？梢苑蛛x各種無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物。6．液-固分配色譜的保留機(jī)理是什么？這種類型的色譜在分析應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？答：液-固吸附色譜是通過(guò)組分在兩相間的多次吸附與解吸平衡實(shí)現(xiàn)分離的。最適宜分離的物質(zhì)為中等相對(duì)分子質(zhì)量的油溶性試樣，凡是能夠用薄層色譜分離的物質(zhì)均可用此法分離。7．化學(xué)鍵合色譜的保留機(jī)理是什么？這種類型的色譜在分析應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？答：化學(xué)鍵合色譜中由于鍵合基團(tuán)不能全部覆蓋具有吸附能力的載體，所以同時(shí)遵循吸附和分配的機(jī)理，最適宜分離的物質(zhì)為與液-液色譜相同。8．離子交換色譜的保留機(jī)理是什么？這種類型的色譜在分析應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？答：離子交換色譜和離子色譜是通過(guò)組分與固定相間親合力差別而實(shí)現(xiàn)分離的。各種離子及在溶液中能夠離解的物質(zhì)均可實(shí)現(xiàn)分離，包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)物及生物分子，如氨基酸、核酸及蛋白質(zhì)等。9．離子對(duì)色譜的保留機(jī)理是什么?這種類型的色譜在分析應(yīng)用中,最適宜分離的物質(zhì)是什么?答：在離子對(duì)色譜色譜中，樣品組分進(jìn)入色譜柱后，組分的離子與對(duì)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離的。各種有機(jī)酸堿特別是核酸、核苷、生物堿等的分離是離子對(duì)色譜的特點(diǎn)。10．空間排阻色譜的保留機(jī)理是什么？這種類型的色譜在分析應(yīng)用中，最適宜分離的物質(zhì)是什么？答：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(duì)大小關(guān)系，而分離、分析的方法。最適宜分離的物質(zhì)是：另外，尚有手性色譜、膠束色譜、環(huán)糊精色譜及親合色譜等機(jī)理。11．在液-液分配色譜中，為什么可分為正相色譜及反相色譜？答：采用正相及反相色譜是為了降低固定液在流動(dòng)相中的溶解度從而避免固定液的流失。12．何謂化學(xué)鍵合固定相？它有什么突出的優(yōu)點(diǎn)？答：利用化學(xué)反應(yīng)將固定液的官能團(tuán)鍵合在載體表面形成的固定相稱為化學(xué)鍵合固定相。優(yōu)點(diǎn)：固定相表面沒(méi)有液坑,比一般液體固定相傳質(zhì)快的多；無(wú)固定相流失，增加了色譜柱的穩(wěn)定性及壽命；可以鍵合不同的官能團(tuán)，能靈活地改變選擇性，可應(yīng)用與多種色譜類型及樣品的分析；有利于梯度洗提，也有利于配用靈敏的檢測(cè)器和餾分的收集。13．何謂化學(xué)抑制型離子色譜及非抑制型離子色譜？試述它們的基本原理答：在離子色譜中檢測(cè)器為電導(dǎo)檢測(cè)器，以電解質(zhì)溶液作為流動(dòng)相，為了消除強(qiáng)電解質(zhì)背景對(duì)電導(dǎo)檢測(cè)器的干擾，通常除了分析柱外，還增加一根抑制柱，這種雙柱型離子色譜法稱為化學(xué)抑制型離子色譜法。例如，為了分離陰離子，常使用NaOH溶液為流動(dòng)相，鈉離子的干擾非常嚴(yán)重，這時(shí)可在分析柱后加一根抑制柱，其中裝填高容量H+型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，通過(guò)離子交換，使NaOH轉(zhuǎn)化為電導(dǎo)值很小的H2O，從而消除了背景電導(dǎo)的影響。但是如果選用低電導(dǎo)的流動(dòng)相（如１×10-４~5×電子捕獲（ECD）分析步驟：開(kāi)機(jī)前檢查脈沖是否向下——電阻是否在低位——檢查高壓是否向下——打開(kāi)氮?dú)狻{(diào)整減壓閥壓力為0.4-0.6MPa之間——通氮?dú)?-8分鐘——打開(kāi)主機(jī)前蓋觀察高阻