一、问答题:1、试述塔板理论的基本关系式及理论要点。
答:塔板理论的基本关系式为:在tR一定时,W或W1/2越小(即峰越窄),理论板数n 越大,理论板高越小,柱的分离效率越高。
因此,理论塔板数是评价柱效能的指标。
1)色谱柱内存在许多塔板,组分在塔板间隔(即塔板高度)内可以很快达到分配平衡。
2)流动相进入色谱柱,不是连续的而是脉动式的,即每次通过为一个塔板体积。
3)样品加在每个塔板上,样品沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略。
4)在所有塔板上分配系数相等,与组分的量无关。
即分配系数在各塔坂上是常数。
2、利用范氏方程说明HPLC中如何选择实验条件?① 采用粒径小而均匀的球形固定相,首选化学键合相,用匀浆法装柱.② 采用低黏度流动相,低流量(1mL/min),首选甲醇.③ 采用柱温箱,避免室温波动,增加实验重复性,柱温以25~30℃为宜.3、高效液相色谱仪包括哪些主要部件?各部件的作用是什么? 高效液相色谱仪由五大部分组成:高压输液系统,进样系统、分离系统、检测系统和色谱工作站。
由于高效液相色谱所用固定相颗粒极细,因此对流动相阻力很大,为使流动相较快流动,必须配备有高压输液系统。
高压输液系统由储液罐、过滤器、高压输液泵、梯度洗脱装置等组成。
流动相在进入高压泵之前,应先进行过滤和脱气处理。
高压输液泵是核心部件,其密封性好,输出流量恒定,压力平稳,可调范围宽,便于迅速更换溶剂及耐腐蚀等。
进样系统是将被分离的样品导入色谱柱的装置。
要求密封性、重复性好,死体积小,便于实现自动化。
进样系统包括取样、进样两个功能。
分离系统主要是指色谱柱,色谱柱是高效液相色谱仪的核心部件,要求分离度要高、柱容量大、分析速度快。
检测器是HPLC仪的三大关键部件之一。
用来连续监测经色谱柱分离后的流出物的组成和含量变化的装置。
其作用是把洗脱液中组分的量转变为电信号。
并由工作站(或记录仪)绘出谱图来进行定性、定量分析。
色谱工作站是色谱仪的自动化控制包括自动进样系统的进样方式、输液泵系统中的溶剂流速、梯度洗脱程序、检测系统的各项参数、数据记录和处理等。
4、 什么是锐线光源?为什么空心阴极灯发射线是锐线?答:锐线光源是能发射出谱线半宽度远小于吸收线半宽度的光源。
锐线光源发射线半宽度很小,并且发射线与吸收线中心频率一致。
锐线光源需要满足的条件:a.光源的发射线与吸收线的ν0一致。
b.发射线的Δν1/2小于吸收线的 Δν1/2。
空心阴极灯是一个封闭的气体放电管。
用被测元素纯金属或合金制成圆柱形空心阴极,用钨或钛、锆做成阳极。
灯内充Ne或Ar惰性气体,压力为数百帕。
发射线波长在370.0nm以下的用石英窗口,370.0nm以上的用光学玻璃窗口。
当灯的正负极加以400V电压时,便开始辉光放电。
这时电子离开阴极,在飞向阳极过程中,受到阳极加速,与惰性气体原子碰撞,并使之电离。
带正电荷的惰性气体从电场获得动能,向阴极表面撞击,只要能克服金属表面的晶格能,就能将原子由晶格中溅射出来,从而产生阴极物质的共振线。
由于灯内压力很低,压力变宽小,因而产生的共振线是锐线光源。
5、紫外-可见分光光度计主要有哪几种类型?各类型有何特点?答案一按光束分:1单光束分光光度计:结构简单,操作方便,维修容易,适用于常规分析。
2双光束分光光度计:可以自动消除光源强度变化所引起的误差。
3双波长分光光度计:(1)大大提高测量准确度,完全扣除背景。
(2)可用于微量组分测定(3)可用于浑浊液和多组分混合物的定量测定。
4双重单色器分光光度计5配置光多道二极管阵列检测器的分光光度计答案二紫外-可见分光光度计的类型很多,但可归纳为四种类型,即单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计和二极管阵列分光光度计。
单光束分光光度计 特点:使用时来回拉动吸收池→移动误差对光源要求高3、比色池配对双光束分光光度计 特点:不用拉动吸收池,可以减小移动误差可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响,对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱双波长分光光度计 特点:1、利用吸光度差值定量2、消除干扰和吸收池不匹配引起的误差优点:(1)大大提高了测定准确度,可完全扣除背景(2)可用于微量组分的测定(3)可用于混浊液和多组分混合物的定量二极管阵列分光光度计 特点由光源发出,经消色差聚光镜聚焦后的多色光通过样品池,再聚焦于多色仪的入口狭缝上,透过光经全息光栅表面色散并投射到二极管阵列检测器上,二极管阵列的电子系统,可在0.1s的极短时间内获得从190~820nm范围的全光光谱。
6、 若用反相键合相分离弱酸或弱碱时产生拖尾,如何克服?答:反相键合相色谱在分离弱酸或弱碱样品的时候会发生拖尾的现象,可以在流动相中加入 0.1~1%的甲酸、醋酸、二乙胺、三乙胺或氨水作为调节剂,抑制弱酸的解离或弱碱的质子化,以增加它们的分配系数。
但需注意pH值。
例如分离十二烷酸,可以加入少量的乙酸,抑制十二酸烷的离解,使他以游离酸的形式在键合相上分离。
以获得对称的色谱峰。
7、 蒸发光散射检测器(ELSD)的工作原理是什么?蒸发光散射检测器是一种通用型的检测器,可检测挥发性低于流动相的任何样品,而不需要样品含有发色基团。
蒸发光散射检测器灵敏度比示差折光检测器高,对温度变化不敏感,基线稳定,适合与梯度洗脱液相色谱联用。
蒸发光散射检测器已被广泛应用于碳水化合物、类脂、脂肪酸和氨基酸、药物以及聚合物等的检测。
工作原理雾化:液体流动相在载气压力的作用下在雾化室内转变成细小的液滴,从而使溶剂更易于蒸发。
液滴的大小和均匀性是保证检测器的灵敏度和重复性的重要因素。
UM-3000蒸发光散射检测器,通过对气压和温度的精确控制,确保在雾化室内形成一个较窄的液滴尺寸分布,使液滴蒸发所需要的温度大大降低。
蒸发:载气把液滴从雾化室运送到漂移管进行蒸发。
在漂移管中,溶剂被除去,留下微粒或纯溶质的小滴。
UM 3000蒸发光散射检测器采用低温蒸发模式,维持了颗粒的均匀性,对半挥发性物质和热敏性化合物同样具有较好的灵敏度。
检测:光源采用650nm激光,溶质颗粒从漂移管出来后进入光检测池,并穿过激光光束。
被溶质颗粒散射的光通过光电倍增管进行收集。
溶质颗粒在进入光检测池时被辅助载气所包封,避免溶质在检测池内的分散和沉淀在壁上,极大增强了检测灵敏度并极大地降低了检测池表面的污染。
8、写出基本色谱分离方程式,并说明分离度与n、α、k和关系。
R为分离度,n为柱效,α为选择因子,k为容量因子(1)分离度与柱效的关系由分离方程式看出,具有一定相对保留值α的物质对,分离度直接和有效塔板数有关,说明有效塔板数能正确地代表柱效能。
当固定相确定,被分离物质对的α确定后,分离度将取决于n。
这时,对于一定理论板高的柱子,分离度的平方与柱长成正比,即:说明用柱长的色谱柱可以提高分离度,但延长了分析时间。
因此,提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子,通过降低板高,以提高分离度。
(2)分离度与选择因子的关系:由基本色谱方程式判断,当 α= 1时,R = 0。
这时,无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。
显然,α大,选择性好。
研究证明α的微小变化,就能引起分离度的显著变化。
一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温,可有效增大α值。
(3)分离度与容量因子的关系:如果设如左图课看出:当k>10时,随容量因子增大,分离度的增长是微乎其微的。
一般取k为2-10最宜。
对于GC,通过提高温度,可选择合适的k值,以改进分离度。
而对于LC,只要改变流动相的组成,就能有效地控制k 值。
它对LC的分离能起到立竿见影的效果。
9、请写出下列仪器的标准操作规程(任选择一种仪器):UV2450紫外可见分光光度计,2695高效液相色谱仪,6890N气相色谱仪,AA800原子吸收分光光度计。
二、填空题:1.多普勒变宽是由于原子在空间作无规则热运动所引起的,故又称热变宽 。
洛伦茨 变宽则是则于被测原子与其它粒子碰撞而产生的谱线变宽,它随着气体压强增大而增加,故又称为 压力变宽。
2、对于火焰原子化法,在火焰中既有基态原子,也有部分 激发态 原子,但在一定温度下,两种状态原子数的 比值N j/N0一定,可用 波尔兹曼(Boltzmann) 方程式表示。
3、原子化系统的作用是将试样中的待测元素由 原子? 形态转变为原子蒸气,原子化方法有 火焰 原子化法和 无火焰 原子化法。
4、色谱法的显著特点包括 高分离效能 、 高检测性能 、 分析时间快速 。
5、气相色谱法的主要不足之处是定性能力差、 不适合分析不易气化或者不稳定性物质 。
6、组分从进样到柱后出现浓度最大值所需的时间定义为 保留时间 ,其与死时间的差定义为 调整保留时间 。
7、色谱的定量分析方法有 面积归一化法、 外标法 、 内标法。
当组分中含有检测器不响应的组分时,不能用 面积归一化法 定量。
8、红外光谱法主要研究振动中有 偶极距 变化的化合物,因此,除了 单原子和 同核分子等外,几乎所有的化合物在红外光区均有吸收。
9、在红外光谱图中, 4000-1250 cm-1(课本是4000-1250,课件是4000-1300)范围区域的峰是由基团的伸缩振动产生的,基团的特征吸收一般位于此范围,它是鉴定基团最有价值的区域,称为特征 区,在 1250-200 cm-1(课本是1250-200,课件是1300-400)区域中,当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微的不同,称为 指纹区 。
10、傅里叶变换红外分光光度计中的核心部件是 干涉仪 ,它没有普通红外分光光度计中的 色散 元件 。
与普通红外分光光度计相比,它的主要特点是灵敏度高、波数精度高、分辨率高、 扫描速度极快、光谱范围宽。
11、紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁产生的,这种吸收光谱取决于价电子的性质。
12、在紫外和可见光区范围内,有机化合物的吸收光谱主要由n→π*、π→π* 、 σ→σ* 和 n→σ*跃迁产生,其相对能量大小次序为:n→π* < π→π* < n→σ* < σ→σ* 。
13、无机化合物的吸收光谱主要由 电荷 迁移跃迁和 配位场 跃迁产生。
14、凡是可以使化合物在紫外-可见光区产生吸收的基团,叫生色团 。
通常为含有不饱和键的,可以产生 n→ π* 跃迁、 π→π* 跃迁的官能团。
15、Van Deemter 方程在HPLC的表现形式 H=A+B/u+Cu 。
故HPLC 的塔板理论高度H主要由 涡流扩散项A 、分子扩散项 B/u 和传质阻力项Cu 三项构成。
16、以固体吸附剂为固定相,以液体为流动相的色谱法,称为液-固吸附色谱法 ,简称 液-固色谱法 。
分离原理是 根据物质吸附作用的不同来进行分离的 , 整个色谱过程即是 溶质分子和溶剂分子对吸附剂活性表面的竞争吸附 。