仪器分析银华王新红版课后习题的答案是你。

2-2气相色谱仪的基本设施有哪些？各自的作用是什么？

答:气相色谱仪由五部分组成:

(1)载气系统，包括气源、气体净化、气体流量控制和测量；

功能:为分析系统提供流动相(载气)，保证其纯度，控制载气的流量和压力，使其正常工作。

(2)进样系统，包括进样器和气化室；

作用:将样品注入进样器，通过气化室瞬间气化成气体，由连续通过的载气带入色谱柱。

(3)色谱柱和柱箱，包括温度控制装置；

作用:色谱柱填充固定相。当载气携带组分通过时，由于不同组分与固定相的吸附不同，不同组分的保留值也不同，从而使组分在色谱柱中得到分离。温控装置用于控制色谱柱的温度，以便根据流速和组分的性质更好地分离组分。

(4)检测系统，包括探测器、探测器电源和温度控制装置；

功能:调节温控装置控制温度。当每种成分相继进入检测器时，检测器可以将该成分的浓度或质量变化转化为电信号。

(5)记录系统，包括放大器、记录器、一些仪器和数据处理装置；

作用:因为电信号会很小，所以会通过放大器放大，通过记录仪显示，记录数据。

2-20在2m长的硅油柱上分析一个混合物，得到如下数据:苯、甲苯、乙苯的保留时间分别为1，20，，，2，，3，1，。半峰宽分别为7.2749999999999995px、7.2749999999995px和10.225px，已知记录纸速度为1200mm h-1。找出每种组分色谱柱的理论塔板数和塔板高度。

解决方法:记录纸速度:f = 1200mm h-1 = cm s-1。

tR和Y1/2的统一单位:tr1 = 80s× cm s-1 = cm。

tR2=122s×cm s -1=cm

tR3 = 181s×cm s-1 = cm

苯:n1=5.54=5.54×≈885。

h 1 = = = 2.26毫米

甲苯:n2=5.54 =5.54×≈1082。

H2 = = = 1.85毫米

乙苯:n3=5.54 =5.54×≈1206。

H3 = = = 1.66毫米

2-21在3m长的色谱柱上分离样品，获得以下色谱图和数据:

(1)计算组分2色谱柱的理论塔板数；

(2)求调整保留时间t’r 1和t’R2；

(3)如果要求分离度R=1.5，最短的柱长是多少米？

解:(1)对于构件2，tR2 = 17分钟，Y = 1分钟，tM = 1分钟。

∴ n2=16 =16×=4624

(2)t ' r 1 = tr 1-tM = 14min-1min = 13min

t ' R2 = tR2-tM = 17分钟-1分钟= 16分钟

(3) α= =

n有效= 16r 2 = 16×1.52×= 1024。

h有效= = = 0.732 mm。

∴Lmin= n有效h有效= 1024× 0.732mm = 0.75m

2-25丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱以获得以下数据:

计算:(1)丁烯在此塔上的分配比是多少？

(2)丙烯和丁烯的分离度是多少？

解:(1)正丁烯tR2 = 4.8分钟，tM = 0.5分钟。

∴分配比k = = 8.6

(2)R==≈1.44

2-26气相色谱柱速率方程中A，B，C的值分别为3.75px，9pX2 s-1和。

4.3×10-2s，并计算最佳流速和最小塔板高度。

解:最佳流速U = = 2.89cm2 s-1。

最小托盘高度h最小值= a+2 =A+2 =3.75px+2 cm=99.75px

2-30有一个含有甲酸、乙酸、丙酸及大量水、苯等物质的样品，称得为65438±0.055g，以环己酮为内标，称取0.65438±0907g环己酮，加入样品中，混匀后，吸取3uL此注射用试液，得到色谱图。从色谱图中测得的每种成分的峰面积和已知S’值如下表所示:

求甲酸、乙酸、丙酸的质量分数。

溶液:甲酸:f '甲酸= =

∴W甲酸= f '甲酸×100% =××100% = 7.71%。

乙酸:f '乙酸= =

∴W乙酸= f '乙酸×100% =××100% = 17.56%。

丙酸:f '丙酸= =

∴W丙酸= f '丙酸×100% =××100% = 6.14%。

第三章高效液相色谱分析

3-1从分离原理、仪器结构、适用范围等方面简要比较了气相色谱和液相色谱的异同。

答案:(1)分离原理:①相似性:气相色谱和液相色谱都是将混合物中的组分分布在两相之间。当流动相中包含的混合物通过固定相时，它将与固定相相互作用。由于各组分性质和结构的差异，不同组分在固定相中的保留时间不同，因此流出固定相的顺序也不同。②异同:气相色谱的流动相是气体，液相色谱的流动相是液体。

(2)仪器结构:①相似性:气相色谱和液相色谱都有压力表、进样器、色谱柱和检测器；②异同点:液相色谱仪有高压泵和梯度洗脱装置。液体注射器中储存的液体经过滤后，由高压泵输送到色谱柱入口，而梯度洗脱装置不断改变流动相的强度，调节混合样品各组分的K值，使所有谱带以最佳平均K值通过色谱柱。

(3)适用范围:①相似性:气相色谱法和液相色谱法都适用于沸点低或热稳定性好的物质；②异同点:沸点过高的物质或热稳定性差的物质很难用气相色谱法分析，而液相色谱法可以。

3-4液相色谱有几种类型？它们的留存机制是什么？在这些类型的应用中，最适合分离的物质是什么？

答:液相色谱的种类有:液-液分配色谱、化学键合色谱、液-固色谱、离子交换色谱、离子对色谱、空间排阻色谱等。

其中(1)液-液分配色谱的保留机理是样品组分在固定相和流动相之间的相对溶解度不同，因此溶质在两相之间分配。分配系数越大，保留值越大；适用于分离相对分子质量为200-2000的样品、不同官能团的化合物和同系物等。

(2)化学键合色谱的保留机理和最适合分离的物质与液-液分配色谱相同。

(3)液固色谱的保留机理是:根据物质的不同吸附作用进行分离，作用机理是溶质分子和溶剂分子在吸附剂活性表面的竞争吸附。如果溶剂分子的吸附性更强，吸附的溶质分子会相应减少；适用于分离中等分子量的油溶性样品，对不同官能团的化合物和异构体具有较高的选择性。

(4)离子交换色谱的保留机理是:基于可电离离子在离子交换树脂上与流动相中带相同电荷的溶质离子的可逆交换，根据这些离子对交换剂的亲和力不同而将其分离；适用于所有能在溶剂中电离的物质。

(5)离子对色谱的保留机理是:在流动相中加入一种(或多种)与溶质分子电荷相反的离子，与溶质离子结合形成疏水性离子化合物，从而控制溶质离子的保留行为；适用于各种强极性有机酸和有机碱的分离和分析。

(6)空间排阻色谱的保留机理是:类似于分子筛，溶质按分子大小在两相之间分离，太大的分子今年进不了胶孔，保留值小；小分子能进入所有孔隙，渗透到颗粒中，滞留值大；适用于分子量较大的化合物(如高分子聚合物)和不同分子大小的样品，可溶于水或非水溶剂。

3-5在液-液分配色谱中，为什么可以分为正相色谱和反相色谱？

答:在液-液分配色谱中，为了避免固定液的损失，亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液-液分配色谱；反之，如果流动相的极性大于固定相的极性，则称为反相液-液分配色谱。正相色谱和反相色谱的峰序列正好相反。

3-8什么是梯度洗脱？它和气相色谱中的程序升温有什么异同？

答:所谓梯度洗脱，是指载液中含有两种(或两种以上)极性不同的溶剂。在分离过程中，按照一定的程序不断改变载液中溶剂的比例极性，通过载液中极性的改变来改变被分离组分的分离因子，从而改变流动相的强度、极性、PH值或离子强度，提高分离效果。

其作用相当于气相色谱中的程序升温，不同的是通过改变流动相的极性、PH值或离子强度来实现K值的改变。气相色谱的程序升温是按预定的升温速度随时线性或非线性增加，是温度的连续变化；相同的是，它们的作用是通过改变被分离组分的分离因子来提高分离效果。

第八章原子吸收光谱分析

8-2什么是锐光源？原子吸收光谱法为什么要用尖光源？

答:所谓锐线光源，就是能发出谱线半宽较窄的发射线的光源；在原子吸收光谱分析中，由于原子吸收线的半宽度很小，要测量这种半宽度很小的吸收线的积分吸收值，需要分辨率高达50万的单色仪。这在目前的技术状况下还是很难做到的。使用锐光源，可以通过计算峰值吸收系数来代替积分吸收。

8-6石墨炉原子化法的工作原理是什么？与火焰原子化相比有什么优缺点？为什么？

答:石墨炉原子化法的工作原理是:它是用电流直接加热石墨炉达到高温(2000 ~ 3000℃)使待测元素原子化的方法。在原子化过程中，采用直接进样和程序升温消除干扰，使被测元素原子化。

与火焰原子化相比:优点:(1)最大的优点是注射的样品几乎可以完全原子化。特别是对于容易形成难熔氧化物的元素，由于没有大量的氧，大量的碳由石墨提供，可以获得更好的原子化效率。

(2)原子在光路中停留时间长，绝对灵敏度高。而火焰原子化法基态原子在光路中停留时间短，部分基态原子在火焰冷区会重新组合成单氧化物、单氢氧化物和双金属氧化物。

(3)样品用量少，可直接分析固体样品，如塑料、纤维等。而火焰原子化法要求样品为液态或气态，这样才能和气体一起喷出。

(4)甚至悬浮固体和乳液也可以分析。

(5)由于样品完全蒸发，几乎没有基体效应。因为在程序升温的过程中，低沸点的有机物或无机物在较高的温度下灰化被消除，减少了基体成分对待测元素的干扰。而火焰原子化规则不能直接减少其他元素的干扰，只能在样品中加入其他试剂来抑制干扰。

(6)可以直接分析振动谱线位于远紫外区的非金属元素。

(7)雾化温度高且可调，最高可达3400℃。

缺点:(1)***化合物的干扰大于火焰原子化。当* * *分子产生的背景吸收较大时，应调整灰化温度和时间，使背景分子吸收不与原子吸收重叠，并用背景校正法进行校正。

(2)由于取样量小，取样量和在注射管中的位置变化都会造成偏差，所以重现性比火焰法差。

8-7解释原子吸收分析中背景吸收的原因和影响，以及如何减少这种影响。

答案:(1)火焰成分对光的吸收。这是由于火焰中的OH、ch和CO等分子或基团对光源辐射的吸收。波长越短，火焰成分吸收越严重；一般可以通过调整零点来消除。

(2)金属的卤化物、氧化物、氢氧化物以及一些硫酸盐和磷酸盐分子对光的吸收。在低温火焰中，这种影响更加明显。在高温火焰中，由于分子分解而变得不明显。碱土金属的氧化物和氢氧化物在其发射谱线的同一光谱区显示出明显的吸收；高温火焰可以用来减少吸收。

(3)固体颗粒对光的散射。进行低含量或痕量分析时，大量的基体成分进入雾化器，这些基体成分在雾化时形成烟雾或固体颗粒阻挡光路中光束的散射现象，会导致假吸收；分离矩阵成分以减少影响。

8-10保证或提高原子吸收分析的灵敏度和准确度需要注意哪些问题？原子吸收光谱法如何选择最佳条件？

答:为了保证或提高原子吸收光谱的灵敏度和准确度，需要适当选择原子吸收光谱的分析条件，包括分析线的选择、空心阴极灯电流、火焰、燃烧器高度、狭缝宽度、光源工作条件、供气速度、燃气与燃烧气流的比例等实验条件。

最佳条件的选择:(1)分析线:一般选择待测元素的* * *振动线，但测定高浓度样品时可选择次灵敏线。如果火焰稳定性差，应选择第二灵敏线，微量元素必须选择最强的吸收线。

(2)通带:没有相邻干涉线时，选择较大的通带，0.4nm；当有相邻的干涉线时，选择较小的通带，0.2nm。

(3)空心阴极灯电流:在保证稳定充足的辐射光通量的情况下，应选择较低的灯电流。

(4)火焰:对于易生成难离解化合物的元素，应选用高温乙炔-空气火焰甚至乙炔-一氧化二氮火焰；相反，对于容易电离的元素，高温火焰往往会造成严重的电离干扰，这是不合适的。可以概括为:(1)用空气-氢气火焰测定硒和砷；空气-乙炔火焰测定钙、镁、铁、铜和锌:空气-乙炔、乙炔-一氧化二氮火焰测定铝、硅、铬、钼、钨。

(5)燃烧器高度:调节燃烧器高度，使空心阴极灯的火焰通过自由原子浓度最大的火焰区。测量高浓度样品时，可旋转燃烧器角度以确保灵敏度。

8-14尿样中的铜含量采用原子吸收光谱法进行分析，分析线为324.8nm，测定数据如下表所示。计算样品中铜的质量浓度(ug mL-1)。

溶液:设样品中铜的质量浓度为CX ug mL-1。

标准加入法获得的图表:

CX = 3.6微克毫升-1。

8-15以铅为内标，用原子吸收光谱法测定锑。取5.00mL未知锑溶液，加入2.00mL 4.13ug mL-1的铅溶液稀释至10.0 mL，ASb/APb =0.808。溶解相同浓度的锑和铅，

ASb/APb =1.31，计算未知溶液中锑的质量浓度。

溶液:设未知溶液中锑的质量浓度为CX ug mL-1。

第一次:csb 1 = = CPB 1 = = 0.826 ug mL-1。

ASB 1 = KSb csb 1 APB 1 = KPb CPB 1

∴ = = = 0.808

∴ Cx=1.335 ①

第二次:CSb2 = CPb2

ASb2= KSb CSb2 APb2= KPb CPb2

∴ ==1.31

∴ =1.31 ②

联立① ②的CX = 1.335×= 1.019 ug mL-1。

第九章紫外吸收光谱分析

9-2电子跃迁有哪些类型？这些类型的跃迁在什么波长范围内？

答:电子跃迁的类型有σ-σ *，∏-∏ *，n-σ *，n-∏ *，电荷转移跃迁和配位场跃迁。

其中:σ-σ *:在真空紫外区，10 ~ 200 nm。

∈—∏*:在近紫外区，200 ~ 380 nm。

N-σ *:在远紫外区和近紫外区，10 ~ 380 nm。

N-∏ *:在近紫外区，200 ~ 380 nm。

电荷转移跃迁:在远紫外区和近紫外区，10 ~ 380 nm。

配位场跃迁:在可见光区，380 ~ 800 nm。

9-7异丙基丙酮有两种异构体:CH3-c (CH3) = = ch-co-CH3和CH2 = = c (CH3)-CH2-co-CH3。它们的紫外吸收光谱如下:(a)最大吸收波长在235nm处，ε= 12000 L·mol-1cm-1；(b)在b)220纳米之后没有强吸收。如何根据这两个光谱区分上述异构体？试着解释一下原因。

答案:(a)CH3-C(CH3)= = CH-CO-CH3；(b)是CH2 = = c (CH3)-CH2-co-CH3。

由于(a)的最大吸收波长比(b)长，体系能量较低，并且由于前一异构体中的C=C键和C=O键形成* * *轭结构，可以形成比后一异构体更低能量的体系结构。

所以(a)是CH3-C (CH3) = = CH-CO-CH3。

9-10紫外可见分光光度计和可见分光光度计有什么区别？为什么？

答案:区别:(1)光源:有钨灯和氢灯(或氘灯)两种，可见光区(360 ~ 1000 nm)用钨丝，紫外光区用氢灯或氘灯。

(2)由于玻璃吸收紫外线，单色仪应使用应时棱镜(或光栅)，溶液的吸收池也用应时制成。

(3)探测器使用两个光电池，一个是氮化铯光电池，使用波长范围为625 ~ 1000 nm，另一个是锑铯光电池，使用波长范围为200 ~ 625 nm。光电倍增管也是常见的探测器，其灵敏度比普通光电池高两个数量级。

第十章红外吸收光谱分析

10-l红外吸收的条件是什么？是不是所有的分子振动都会产生红外吸收光谱？为什么

什么？

答:红外光谱是分子振动能级跃迁(伴随转动能级跃迁)产生的。

红外吸收有两个条件:(1)辐射要有刚好满足物质跃迁需要的能量。(2)辐射和物质之间存在耦合。

不是所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。因为红外吸收光谱必须满足以上两个条件。红外辐射具有合适的能量，可以导致振动跃迁。当分子受到一定频率的红外光照射时，如果分子中基团的振动频率与外界红外辐射的频率一致，则满足第一个条件；为了满足第二个条件，分子必须有偶极矩的变化，只有随偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收带。当这两个条件都满足时，就会产生红外吸收光谱。

10-4红外光谱定性分析的基本依据是什么？简述红外定性分析的过程。

答:红外光谱的定性分析是基于每种化合物都有特定的红外吸收光谱，其谱带的位置、数目、形状和强度随化合物及其聚焦状态的不同而不同。大致可以分为功能群定性和结构分析定性两个方面。官能团表征是根据化合物红外光谱的特征基团频率来检测一种物质含有哪些基团，从而确定相关的化合物类别。结构分析需要化合物的红外光谱和其他实验数据来推断化合物的化学结构。

分析过程:(1)样品的分离纯化:通过分馏、萃取、重结晶、色谱法对样品进行纯化。

(2)了解与样品性质有关的其他信息。

(3)谱图分析。

(4)与标准谱图对比。

(5)计算机红外光谱库及其检索系统。

10-5影响群频的因素有哪些？

答:引起群频移的因素大致可以分为两类，即外部因素和内部因素。

【1】外界因素:由于样品和测定条件不同，以及受鸡鹿茸积极性的影响等外界因素会导致频率偏移。

[2]内因:(1)电效应:①诱导效应:由于取代基电负性不同，通过静电感应改变电子在分子中的分布，导致键力常数的变化，改变基团的特征频率；② * * *轭效应:多个电子在一定程度上可以移动。* * *轭效应使* * *轭系统中的电子云密度平均化，力常数减小，振动频率降低；③偶极场效应。

(2)氢键:羰基与羟基之间容易形成氢键，降低了羰基出现的频率。

(3)* * *振动的耦合:如果两个适当组合的振动组的振动频率后来相近，则可能相互作用，将谱峰一分为二，一个高于正常频率，一个低于正常频率。

(4)费米振动:当一个振动的倍频接近另一个振动的基频时，由于相互作用而产生强烈的吸收峰或分裂。

(5)立体势垒:由于空间势垒，基团间的轭被限制，基频升高。

(6)环的张力:四元环的张力最大，基频最大。

10-11一种化合物在3640 ~ 43500px-1范围内的红外光谱如图10-20所示。化合物应该是六氯苯(I)、苯(II)或4-叔丁基甲苯(III)中的哪一种？说明原因。

答:是4-叔丁基甲苯(III)。

因为它的光谱在α=2900 cm-1附近有强吸收，而饱和C-H键在2960 ~ 71250 px-1有强吸收，只有(III)有饱和C-H键。