儀器分析作業(yè)

第1章緒論1.儀器分析主要有哪些分析方法？請分別加以簡述。答：主要有光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、分離分析法和其他分析法。①光學(xué)分析法：分為光譜法和非光譜法兩類。非光譜法是不涉及物質(zhì)內(nèi)部能及的躍遷的，通過測量光與物質(zhì)相互作用時(shí)其散射、折射、衍射、干涉和偏振等性質(zhì)的變化。從而建立起分析方法的一類光學(xué)測定法；光譜法是物質(zhì)與光互相作用時(shí)、物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生了量子化的能級(jí)間的躍遷，從而測定光譜的波長和強(qiáng)度進(jìn)而進(jìn)行分析的方法，它包括發(fā)射光譜法和吸收光譜法。②電化學(xué)分析法：是利用溶液中待測組分的電化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行測定的一類分析方法，主要有電位分析法、電解和庫侖分析法、電導(dǎo)分析法和伏變分析法等。③分離分析法：利用樣品中共存組分間溶解能力、親和能力、滲透能力、吸附和解吸能力、遷移速率等方面的差異，先分離，后按順序進(jìn)行的測定的一類儀器分析法稱為分離分析法。主要包括氣相色譜GC，薄層色譜TLC，紙色譜PC，高效液相色譜HPLC,離子色譜IC，超臨界流體色譜STC，高效毛細(xì)管電泳HPCE等。④其他儀器分析方法和技術(shù)：除上方法以外，還有利用生物學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)進(jìn)行測定的儀器分析方法和技術(shù)，如免疫分析、催化動(dòng)力分析、熱分析、中子活化分析、光聲分析、質(zhì)譜法和超離心法等。2.儀器分析的聯(lián)用技術(shù)有何顯著優(yōu)點(diǎn)？答：儀器分析的聯(lián)用技術(shù)使多種現(xiàn)代分析技術(shù)的聯(lián)用優(yōu)化組合，使各自的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，缺點(diǎn)予以克服，展現(xiàn)了儀器分析在各個(gè)領(lǐng)域的巨大生命力。尤其是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)與上述體系的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，更使儀器分析聯(lián)用技術(shù)得到飛速發(fā)展，開拓了一個(gè)又一個(gè)研究的新領(lǐng)域，解決了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)上的難題，帶來了一個(gè)又一個(gè)令人振奮的驚喜。3.學(xué)習(xí)儀器分析對生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品質(zhì)量與安全、食品科學(xué)、生物工程等科技工作者有何重要性？答：學(xué)習(xí)并掌握這些方法的基本原理、基本概念、基本計(jì)算、基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及如何利用這些方法和技術(shù)圓滿完成生命科學(xué)等領(lǐng)域既定的定性、定量等分析任務(wù)，為今后更好地開展科學(xué)研究和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，要求每位學(xué)習(xí)者“好學(xué)多思，勤于實(shí)踐”從中不斷汲取營養(yǎng)，提高分析問題，解決問題的能力。4．分析質(zhì)量保證的主要內(nèi)容有哪些？答：有人員的考核及培訓(xùn)，儀器的維護(hù)及核證，樣品的采集及保存，方法的確定及實(shí)施，實(shí)驗(yàn)室安全及分析質(zhì)量控制，原始記錄歸檔及查詢，參考物質(zhì)的獲得及使用，分析所用試劑，儀器及用水質(zhì)量，報(bào)告的提出及審批以及分析結(jié)果的質(zhì)量評(píng)估等。.第2章1.為什么分子光譜總是帶狀光譜？答：如果分子吸收了200-800nm的紫外可見光，則能引起電子能級(jí)的躍遷，所產(chǎn)生的光譜稱為紫外-可見光譜或分子電子光譜。當(dāng)分子發(fā)生電子能級(jí)躍遷時(shí)，必定伴隨著振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，是疊加在電子躍遷之上的，所以紫外-可見光譜是帶狀光譜。2.有機(jī)化合物分子的電子躍遷有哪幾種類型？哪些類型的躍遷能在紫外-可見光區(qū)吸收光譜中反映出來？答：在大多有機(jī)化合物分子中，價(jià)電子總是處于n軌道一下的各個(gè)軌道中，當(dāng)受到光致激發(fā)時(shí)，處在較低能級(jí)的電子將躍遷至較高能級(jí)可能產(chǎn)生的躍遷有σ→σ*，σ→π*，π→σ*，π→π*，n→σ*，n→π*等六種形式。產(chǎn)生有機(jī)化合物分子光譜的電子躍遷形式有n→σ*，π→π*，n→π*三種，它們與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與分子中所存在的生色團(tuán)有關(guān)。3.生色團(tuán)：分子中能吸收特定波長光的原子團(tuán)或化學(xué)鍵。助色團(tuán)：是與生色團(tuán)或飽和烴相連且能使吸收峰向長波方向移動(dòng)，并使吸收強(qiáng)度增加的原子或原子團(tuán)，如-OH,-NH2及鹵素等。長移：某些有機(jī)化合物因反應(yīng)引入含有未共享電子對的基團(tuán)使吸收峰向長波移動(dòng)的現(xiàn)象。短移：某些有機(jī)化合物因反應(yīng)引入含有未共享電子對的基團(tuán)使吸收峰向短波移動(dòng)的現(xiàn)象。濃色效應(yīng)：使吸收強(qiáng)度增加的現(xiàn)象。淡色效應(yīng)：使吸收強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。向紅基團(tuán)：引起長移現(xiàn)象的基團(tuán)。向藍(lán)基團(tuán)：引起短移現(xiàn)象的基團(tuán)。4.何謂溶劑效應(yīng)？為什么溶劑的極性增加時(shí)，π→π*躍遷的吸收峰發(fā)生紅移，而n→π*躍遷的吸收峰發(fā)生藍(lán)移？答：溶劑效應(yīng)：溶劑極性的不同也會(huì)引起某些化合物的吸收峰發(fā)生紅移或藍(lán)移的作用。因?yàn)樵讦小?躍遷中，激發(fā)態(tài)的極性大于基態(tài)，當(dāng)溶劑的極性增強(qiáng)時(shí)，由于溶質(zhì)和溶劑的相互作用，溶質(zhì)的分子軌道π*能量下降幅度大于π成鍵軌道，因而使π*與π間的能量減少，導(dǎo)致吸收峰λmax紅移，但在n→π*躍遷中，溶質(zhì)分子的n電子與極性溶劑形成氫鍵，降低了n軌道的能量，n與π*軌道間的能量差增大，引起吸收帶λmax藍(lán)移。5.有機(jī)物分子的吸收帶有哪幾種類型？產(chǎn)生的原因是什么？各有何特點(diǎn)？答：有R吸收帶、K吸收帶、B吸收帶、E吸收帶、產(chǎn)生的原因：當(dāng)分子發(fā)生電子能級(jí)的躍遷時(shí)，必定伴隨著振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，而這許許多多的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷時(shí)疊加在電子躍遷之上的，所以會(huì)形成吸收帶。特點(diǎn)：R吸收帶：躍遷所需能量少，通常為200-400nm，躍遷概率小，一般ε﹤100，屬于弱吸收。K吸收帶：躍遷所需的能量較R吸收帶大，通常為217-280nm，躍遷概率大，一般摩爾吸光系數(shù)大于1×104，K吸收帶的波長及強(qiáng)度與共軛體系數(shù)目、位置、取代基的種類等有關(guān)。B吸收帶：是由芳香族化合物的π→π*躍遷產(chǎn)生的，在230-270nm有一系列吸收峰，稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶。E吸收帶：是由芳香族化合物的π→π*躍遷產(chǎn)生的，可分為E1吸收帶和E2吸收帶，E1吸收帶在184nm處為強(qiáng)吸收，ε＞104，由于在遠(yuǎn)紫外區(qū)不常用。E2吸收帶在204nm處為較強(qiáng)吸收，ε﹥1.0×103.6．如何選擇使用參比溶液？參比溶液的作用是什么？答：當(dāng)顯色劑、試劑在測定波長下均無吸收時(shí)，用純?nèi)軇┗騂2O作參比溶液，稱為溶劑空白；若顯色劑和其他試劑無吸收，而試液中共存的其他離子有吸收，則用不加顯色劑的試劑為參比溶液，稱為樣品空白（或試劑空白）；當(dāng)試劑、顯色劑有吸收而試液無色時(shí)，以不加試液的試劑、顯色劑按照操作步驟配成參比溶液，稱為試劑空白；總之，要求用參比溶液調(diào)A=0后，測得被測組分的吸收光度與其濃度的關(guān)系符合朗伯比爾定律，用適當(dāng)?shù)膮⒈热芤涸谝欢ǖ娜肷獠ㄩL下調(diào)節(jié)A=0，可以消除由比色皿、顯色劑溶液和試劑對待測組分的干擾。7.何謂配對池？如何正確選擇使用配對池？答：吸收池由于在使用過程中受化學(xué)腐蝕或受摩擦的程度不同，因此在相同條件下測定的本底吸光度有差異，差異最小的同一規(guī)格的吸收池稱為配對池。工作時(shí)，用空氣空白或蒸餾水空白在一定波長下測定吸光度值，選擇配對池投入使用，如果吸收池受污染嚴(yán)重，用適當(dāng)?shù)脑噭┨幚聿⒂谜麴s水洗凈后在進(jìn)行選擇，以提高測定的準(zhǔn)確度。8.產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么？是否所有分子振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收光譜？為什么？答：a.輻射光子具有的能量與發(fā)生振動(dòng)躍遷所需的躍遷能量匹配；b.輻射與物質(zhì)分子之間有偶合作用，即分子振動(dòng)必須伴隨偶極距的變化。不是，像同原子分子，O2、N2。因?yàn)樗麄兊呐紭O矩為0。像CO2分子由于空間結(jié)構(gòu)，它的偶極矩也為0，他們的振動(dòng)都沒有紅外吸收光譜。9.進(jìn)行紅外光譜分析時(shí)，為什么要求試樣為單一組分且為純樣品？為什么試樣不能含有游離水分？答：被鑒定的物質(zhì)應(yīng)該是純樣品，否則混合物中各組分的光譜相互重疊，給未知混合物的鑒定帶來困難。水有紅外吸收，會(huì)引起嚴(yán)重干擾，使樣品的紅外光譜失真，而且會(huì)侵蝕吸收池的KBr，使透光性變差，因此試樣中不能含有游離水。第4章原子光譜分析法1.原子吸收有何特點(diǎn)？它與吸光光度法比較有何異同？答：特點(diǎn)：靈敏度高、精密度好、選擇性好、準(zhǔn)確度高、分析速度快、應(yīng)用廣泛等。相同點(diǎn)：基本原理相同、都屬于吸收光譜法、遵循朗伯比爾定律、上機(jī)物質(zhì)是液態(tài)。不同點(diǎn)：AASUV-VIS對象不同基態(tài)原子分子譜帶線狀帶狀應(yīng)用定量定量（定性）儀器光源（空心陰極燈，銳線光）原子化器光源2.共振線：人們把原子在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的相互躍遷稱為共振躍遷，由此產(chǎn)生的譜線稱為共振（吸收或發(fā)射）線。3.何謂銳線光源？原子吸收法中為什么采用銳線光源？答：銳線光源：空心陰極燈中特定元素的激發(fā)態(tài)，在一定條件下發(fā)出的半寬度只有吸收線五分之一的輻射光。因?yàn)橐唧w到元素，所以特征光源同一個(gè)與待測元素相同的純金屬制成發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收中心頻率一致。4.原子吸收法主要有哪些干擾？怎樣抑制或消除，各舉一例加以說明。答：有光譜干擾、電離干擾、化學(xué)干擾、物理干擾。光譜干擾：非共振線的干擾，常見于多譜線元素，用減小單色器出射狹縫寬度的辦法，可改善或消除這種干擾。空心陰極燈的發(fā)射干擾，應(yīng)采取純度較高的單元素?zé)簦蓽p免這種干擾。分子光譜吸收的干擾，背景吸收可利用氘燈發(fā)射的連續(xù)光源做背景校正來扣除。電離干擾：加入大量更易電離的非待測元素，使其電離產(chǎn)生大量的電子從而抑制被測元素的電離，提高分析的準(zhǔn)確度和靈敏度?；瘜W(xué)干擾：可用加入釋放劑，使氧化物還原，加入保護(hù)劑，加入緩沖劑，還可以用溶劑萃取等方法除去干擾元素。物理干擾：盡量保持試液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的物理性質(zhì)和測定條件一致。5.使譜線變寬的主要因素有哪些？他們對原子吸收法的測定有什么影響？答：一是原子內(nèi)性質(zhì)所決定的；另一則是由外界影響引起的。像自然邊寬、熱變寬、壓力變寬、普線疊加變寬、自吸變寬。譜線的變寬會(huì)影響原子吸收分析的靈敏度和準(zhǔn)確度。6.什么是正常焰，富燃焰，貧燃焰？為什么說原子吸收分析中一般不提倡使用燃燒速度太快的燃?xì)?？答：正常焰：是按化學(xué)計(jì)量配比的。富燃焰：燃助比大于化學(xué)計(jì)量配比值。貧燃焰：燃助比小于化學(xué)計(jì)量配比值。如果燃燒速率大于供氣速率，火焰可能會(huì)在燃燒器或霧化器室內(nèi)燃燒（回火），將損壞儀器甚至可能發(fā)生爆炸。7.石墨爐原子化法有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)：需樣量少、靈敏度高；試樣利用率高；可直接測定粘度較大的試液和固體樣品；使整個(gè)原子化過程是在一個(gè)密閉的配有冷卻裝置的系統(tǒng)中進(jìn)行，較安全且記憶效應(yīng)小。缺點(diǎn)：因多采用人工加樣，精密度不高，且裝置復(fù)雜，操作不簡便，分析速率較慢。8.原子吸收定量分析方法有哪幾種？各使用于何種場合？答：①標(biāo)準(zhǔn)曲線法：適用于測定與標(biāo)準(zhǔn)溶液組成相似的批量試液，但由于基本及共存元素干擾，其分析結(jié)果往往會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。②標(biāo)準(zhǔn)加入法：計(jì)算法，必須在測定的線性范圍內(nèi)使用，加標(biāo)量不可太多。作圖法，標(biāo)準(zhǔn)加入法要求待測元素的濃度在加入標(biāo)準(zhǔn)后仍呈良好的線性，所以應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入量，此方法不適合于大批樣品的測定。③濃度直接法：該法不用標(biāo)準(zhǔn)曲線，快速簡便，但必須保證儀器工作條件穩(wěn)定，試液于標(biāo)準(zhǔn)溶液操作條件相同。④雙標(biāo)準(zhǔn)比較法：采用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行工作。⑤內(nèi)標(biāo)法：在標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測液中分別加入一定量試樣中不存在的內(nèi)標(biāo)元素，同時(shí)測定分析線和內(nèi)標(biāo)線強(qiáng)度比，并以吸光度的比對待側(cè)元素含量繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。第8章色譜分析導(dǎo)論1.色譜分析的最大特點(diǎn)是什么？它有哪些類型？答：當(dāng)與質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振等方法聯(lián)用時(shí)，不僅可以確切定性，而且更能顯現(xiàn)色譜法的高分離效能。色譜法與現(xiàn)代新型檢測技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了許多帶有工作站的自動(dòng)化新型儀器，使分析水平有了很大提高，解決了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題。按兩相狀態(tài)分類：氣相色譜法、液相色譜法、超臨界流體色譜，化學(xué)鍵合相色譜按固定相的外形及性質(zhì)分類：柱色譜、薄層色譜（平板色譜）、紙色譜。按分離原理分類：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜，凝膠色譜。2.從色譜流出曲線上通?？梢垣@得哪些信息？答：①根據(jù)色譜各種保留值，可以進(jìn)行定性分析。②根據(jù)色譜峰的面積、峰高、可以進(jìn)行定量分析。③根據(jù)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，可以評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能以及相鄰兩色譜峰的分離程度。④根據(jù)色譜的兩峰間的距離，可以評(píng)價(jià)固定相或流動(dòng)相的選擇是否得當(dāng)。⑤根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品所含組分的最少個(gè)數(shù)。3.對某一組分來說，在一定柱長下，色譜峰的寬窄主要取決于組分在色譜柱中的：=1\*GB3①保留值；=2\*GB3②分配系數(shù)；=3\*GB3③總濃度；=4\*GB3④理論塔板數(shù)。選擇正確答案。答：=2\*GB3②=4\*GB3④。第9章氣相色譜法1.簡述氣象色譜儀的分離原理和流程原理：氣相色譜的流動(dòng)相為惰性氣體，氣--固色譜法中以表面積大且有一定活性的吸附劑為固定相。當(dāng)多組分的混合物樣品進(jìn)入色譜柱后，由于吸附劑對每個(gè)組分的吸附能力不同，經(jīng)過一定時(shí)間后，各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也就不同，吸附力弱地組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進(jìn)入檢測器，而吸附力強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來，因此最后離開色譜柱，各組分在色譜柱中彼此分離，順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。氣—液色譜中，以均勻地涂在載體表面的液膜為固定相，這種液膜對各種有機(jī)物都具有一定的溶解度，當(dāng)樣品被載氣帶入柱中到達(dá)固定相表面時(shí)，就會(huì)溶解在固定相中。當(dāng)樣品中含有多個(gè)組分時(shí)，由于他們在固定相中的溶解度不同，經(jīng)過一段時(shí)間后，各組分在柱中的運(yùn)行速度也就不同。溶解度小的組分先離開色譜柱，而溶解度大的組分后離開色譜柱。這樣，各組分在色譜柱中彼此分離，然后順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。流程：載氣（流動(dòng)相）+樣品（汽化）—混合—>分離柱—分離—>檢測、記錄2.對固定液和擔(dān)體的基本要求是什么？如何選擇固定液？對擔(dān)體的要求：①能牢固地保留固定液并使其呈均勻薄膜狀地?zé)o活性物質(zhì)②均勻地分布成一薄膜③形狀規(guī)則、粒度均勻、具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和浸潤性以及好的熱穩(wěn)定性。對固定液的要求：①選擇性要好②熱穩(wěn)定性好③化學(xué)穩(wěn)定性好④對試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Β蒺ざ鹊?、凝固點(diǎn)低、以便在載體表面能均勻分布。固定液的選擇：一般可按“相似相溶”原則來選擇固定液。具體，可以從以下幾個(gè)方面考慮：①分離非極性物質(zhì)，一般選用非極性固定液②分離極性物質(zhì)，則宜選用極性固定液③對于非極性和極性的混合物的分離，一般選用極性固定液④分離能形成氫鍵的試樣，一般選用極性或氫鍵型固定液⑤對于復(fù)雜的難分離物質(zhì)則可選用兩種或兩種以上的混合固定液⑥樣品極性未知時(shí)，一般先用最常用的集中固定液做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)色譜分離的情況，在12中固定液中選擇合適極性的固定液。第10章高效液相色譜法及超臨界流體色譜法1.高效液相色譜儀一般可分為哪幾個(gè)部分？試比較氣相色譜和液相色譜的異同點(diǎn)。高效液相色譜儀分為4個(gè)主要部分：高壓輸液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)。HPLC與GC相同的：①原理相同②都做分析工作（定性、定量）方法相同③儀器自動(dòng)化程度高，現(xiàn)代化，都可以聯(lián)用。不同的：①HPLC的流動(dòng)相是液體，GC的是氣體②分析對象不同HPLC適于分離分析生物大分子、離子型化合物、不穩(wěn)定天然產(chǎn)物和各種高分子化合物，GC分離分析復(fù)雜的多組分混合物③HPLC中流動(dòng)相作載體，還可以參加分離條件的選擇，GC中只作載體④HPLC可制備，GC不可制備。2.什么叫梯度洗脫？梯度洗脫有什么優(yōu)點(diǎn)？梯度洗脫是指在一個(gè)分析周期中個(gè)，按一定的程序連續(xù)改變流動(dòng)相中溶劑的組分和配比，使樣品中的各個(gè)組分都能在適宜的條件下得到分離。優(yōu)點(diǎn)：梯度洗脫可以改善峰形，提高柱效，減少分析時(shí)間，使強(qiáng)保留成分不易