仪器分析整理后课件
现代仪器分析技术
第一章 概论
一(仪器分析法的分类
通常将利用较特殊的仪器，以测量物质的物理性质为基础的一大类化学分析法，称为??现代仪器分析??。
物质几乎所有的物理性质，都可用于分析化学上。可用于分析目的的物理性质及仪器分析方法的分类，可以简单归纳为色谱 光谱 电化学及其它方(见表1—1)。习惯上也有按分析目的来进行分类的如:
?成分分析:对物质的组分及元素组成进行分析，如可见一紫外分光光度法、荧光分光光度法、原子吸收光谱法，等离子体发射波谱法及电子探针等。
?分离分析:对物质的各组分先行分离并同时进行定性、定量分析。如薄层色谱扫描法、气相色谱法、高效液相色谱法、毛细管电冰法及超离心法等。
?形态分析:对待测物的表面或剖面的结构形态进行分析，如利用透射电子成象的透射电子显微镜和利用二次电子成象或其他成象原理的扫描电子显微镜等。 ，
?结构分析:确定物质的分子结构或晶体结构，是研究未知化合物必不可少的手段之一，如红外吸收光谱法，核磁共振波谱法、质谱法及X一射线衍射分析法等。
第二章 色谱分析法
?2—1—2色谱法的分类
一、按流动相分类:
1、 气相色谱法GC(气固色谱GSC;气液色谱GLC)
2、 液相色谱法LC(液固色谱LSC; 液液色谱LLC中如果固定液的极性大于流动
相极性称为正相色谱，当固定液的极性小于流动相的极性时称为反相色谱)
3、 超临界流体色谱法SFC(超临界流体与固体色谱SFSC;超临界流体与液体色谱
SFLC)
流动相密度:气体 10-3 g/ml
液体 0.8—1 g/ml
超临界流体0.2—0.9 g/ml(对多种物质优良好的溶解性)
所谓超临界流体色谱是指:以超过其物质的临界压力和临界温度的流体为流动相的色谱分析方法，也就是利用界于液态和气态之间的流体作为流动相。
?2—3—1气相色谱仪器构造及样品分析流程
气相色谱法是采用气体作为流动相的一种色谱法。在此法中，载气(是不与被测物作用，用来载送试样的惰性气体，如氢、氮、氦等)载着欲分离的试样通过色谱柱中的固定相，使试样中各组分分离，然后分别进行检测。其简单流程如图2-1所示。
载气由高压钢瓶1供给，经减压阀减压后，进入载气净化干燥管，除去载气中的水分。由总流量控制阀调节载气的压力和流量。压力表可以指示载气的柱前流量和压力。再经过进样器(包括气化室、及温度控制装置)，试样就从进样器注入(如为液体试样，经进样器瞬间气化为气体)。由不断流动的载气携带试样进入色谱柱，将各组分分离，各组分依次进入检
测器后放空。检测器信号由
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
系统记录下来，就可得到如图2-2所示的色谱图。图中的各
个峰代表混合物中的各个组分。
1
图2—1气相色谱流程图(FID检测器)
图2—2色谱图(24种有机磷农药的分离)
由图2-1可见，气相色谱仪一般由五部分组成。
一、气相色谱组成:气路部分、进样部分、分离部分、检测部分、记录部分。
1、气路部分主要提供稳定的气相环境。(如图2—1)
2
2、进样部分主要提供试样瞬间汽化的环境。
要求待分析试样瞬间汽化而不分解必
须使进样系统热容量大、死体积小、无
催化作用。
3、分离部分主要提供混合物分离的环境。
载气
A+B
色谱柱 检测器 记录器
样品在色谱柱中的分离情况示意图2—3
4、检测部分主要是实现物质的物理或化学特性与电信号之间的转化。
3
5、记录部分主要是记录试样某一组分电信号的大小、保留值的大小、组分分离情况等。
?2—3—2液相色谱仪器构造及样品分析流程
一、高效液相色谱组成:液路部分、进样部分、分离部分、检测部分、记录部分。 见图2—
4
图2—4高效液相色谱流程图
1、液路部分主要提供稳定的液体流动相。
?、高压泵
液相色谱分析的流动相(载液)是用高压泵来输送的。由于色谱柱很细(1,6mm)，填充剂粒度小(目前常用颗粒直径为5—10μm)，因此阻力很大，为达到快速、高效的分离，必须有很高的柱前压力，以获得高速的液流。对高压输液泵来说，一般要求压力为150,
5350X10Pa，关键是要流量稳定，因为它不仅影响柱效能，而且直接影响到峰面积的重现性和定量分析的精密度，还会引起保留值和分辨能力的变化;另外，要求压力平稳无脉动，这是因为压力的不稳和脉动的变化，对很多检测器来说是很敏感的，它会使检测器的噪声加大，仪器的最小检测量变坏;对于流速也要有一定的可调范围，因为载液的流速是分离条件之一。
高压泵按其性质可分为恒流泵和恒压泵两类。现介绍常用的两种。
?、往复式柱塞泵: 这是目前较广泛使用的一种恒流泵，其结构如图2—5所示。当
4
柱塞推人缸体时，泵头出口(上部)的单向阀打开，同时，流动相(溶剂)进口的单向阀(下部)关闭，这时就输出少量(约0(1mL)的流体。反之，当柱塞从缸体向外拉时，流动相入口的单向阀打开，出口的单向阀同时关闭，一定量的流动相就由存放流动相的容器中吸入缸体中。为了维持一定的流量，柱塞每分钟大约需往复运动100次。这种泵的特点是不受整个色谱体系中其余部分阻力稍有变化的影响，连续供给恒定体积的流动相。这种泵可方便地通过改变柱塞进入缸体中距离的大小(即冲程大小)或往复的频率来调节流量。另外，由于死体积小(约0(1mL)，更换溶剂方便，很适用于梯度淋洗。不足之处是输出有脉冲波动，它会干扰某些检测器(如差示折光检测器)的正常工作，并且由于产生基线噪声而影响检测的灵敏度。但对在高效液相色谱最常用的紫外吸收检测器却影响不大。为了消除输出脉冲，可使用脉冲阻尼器，或能对输出流量相互补偿的具有两个泵头的双头泵。
图2—5 往复式柱塞泵
?、气动放大泵 气动放大泵是根据液体的压力传导原理:
P1SA=P2SB
而设计的，其结构如图2—6所示。它的工作原理是:压力为P1的低压气体推动大面积(SA)活塞A，则在小面积(SB)活塞B输出压力增大至P2的液体。压力增大的倍数取决于A和B
5两活塞的面积比，如果A与B的面积之比(SA:SR)为50:1，则用压力为5X10Pa的气体就
5可得到压力为250X10Pa的输出液体。气动放大泵属恒压泵。泵体一次吸入液体的量取决
于液缸的体积(数十毫升至一百毫升以上)。气动泵活塞回转装置是自动控制的，它可将流动相存放器中的液体吸入泵体。在往泵中补充溶剂时，基线会受干扰，但时间很短，通常在1 s以内。最好避免在吸液过程内出现色谱峰。这种泵的缺点是液缸体积大，更换流动相不方便，不适用于频繁更换流动相的选择合适溶剂的试验，也不便于梯度淋洗(需要用两台泵)。但它能供给无脉冲的、稳定流量的输出。由于气动泵能使输送的液体迅速达到输出的压力，在泵的负荷的阻力小的情况下，可提供大的输出流量，因此，它适用于匀浆法填装色谱柱。
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图2—6 气动放大泵
?、梯度淋洗(又称梯度洗脱、梯度洗提)装置
高效液相色谱法中的梯度淋洗和气相色谱法中的程序升温一样，给分离工作带来很大的方便，现在已成为完整的高效液相色谱仪中一个重要的不可缺少的部分。所谓梯度淋洗，就是载液中含有两种(或更多)不同极性的溶剂，在分离过程中按一定的程序连续改变载液中溶剂的配比和极性，通过载液中极性的变化来改变被分离组分的分离因素，以提高分离效果。应用梯度淋洗还可以使分离时间缩短，分辨能力增加，由于峰形的改善，还可以提高最小检测量和定量分析的精度。梯度淋洗可以采用在常压下预先按一定的程序将溶剂混合后再用泵输人色谱柱，这叫做低压梯度，也称外梯度;也可以将溶剂用高压泵增压以后输入色谱系统的梯度混合室，加以混合后送人色谱柱，即所谓高压梯度或称内梯度系统。
2、进样部分主要是保证试样在密封状况下进入高压系统。
在高效液相色谱中，进样方式及试样体积对柱效有很大的影响。要获得良好的分离效果和重现性，需要将试样“浓缩”地瞬时注人到色谱柱上端柱担体的中心成一个小点。如果把试样注入到柱担体前的流动相中，通常会使溶质以扩散形式进入柱顶，就会导致试样组分分离效能的降低。目前，符合要求的进样方式主要有以下两种。
?、注射器进样装置
这种进样方式同气相色谱法一样，试样用微量注射器刺过装有弹性隔膜的进样器，针尖直达上端固定相或多孔不锈钢滤片，然后迅速按下注射器芯，试样以小滴的形式到达固
5定相床层的顶端。缺点是不能承受高压，在压力超过150X10Pa后，由于密封垫的泄漏，
带压进样实际上成为不可能。为此可采用停流进样的方法。这时打开流动相泄流阀，使柱前压力下降至零，注射器按前述方法进样后，关闭阀门使流动相压力恢复，把试样带入色谱
柱。由于液体的扩散系数很小，试样在柱顶的扩散很缓慢，故停流进样的效果同样能达到不停流进样的要求。但停流进样方式无法取得精确的保留时间，峰形的重现性亦较差。 ?、高压定量进样阀
这是通过进样阀(常用六通阀)直接向压力系统内进样而不必停止流动相流动的一种进样装置。六通进样阀的原理如图2—7所示。操作分两步进行。当阀处于装样位置(准备)时，1和6，2和3连通，试样用注射器由4注入到一定容积的定量管中。根据进样量大小，接在阀外的定量管按需要选用。注射器要取比定量管容积稍大的试样溶液，多余的试样通过接连6的管道溢出。进样时，将阀芯沿顺时针方向迅速旋转60，使阀处于进样位置(工作)，这时，1和2，3和4，5和6连通，将贮存于定量管中固定体积的试样送人柱中。
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图2—7
如上所述，进样体积是由定量管的体积严格控制的，所以进样准确，重现性好，适于作定量分析。更换不同体积的定量管，可调整进样量。也可采用较大体积的定量管进少量试样，进样量由注射器控制，试样不充满定量管，而只是填充其一部分的体积。
3、分离部分主要提供混合物分离的环境。
目前液相色谱法常用的
标准
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柱型是内径为4(6或3(9 mm，长度为15—30cm的直形不锈钢柱。填料颗粒度5,10μm，柱效以理论塔板数计大约7 000,10000。液相色谱柱发展的一个重要趋势是减小填料颗粒度(3,5 μm)以提高柱效，这样可以使用更短的柱(数厘米)，更快的分析速度。另一方面是减小柱径(内径小于1 mm，空心毛细管液相色谱柱的内径只有数十微米)，既大为降低溶剂用量又提高检测浓度，然而这对仪器及技术将提出更高的要求。
高效液相色谱柱的获得，主要取决于柱填料的性能，但也与柱床的结构有关，而柱床结构直接受装柱技术的影响。因此，装柱质量对柱性能有重大的影响。
液相色谱柱的装柱方法有干法和湿法两种。填料粒度大于20μm的可用和气相色谱柱相同的干法装柱;粒度小于20μm的填料不宜用干法装柱，这是由于微小颗粒表面存在着局部电荷，具有很高的表面能，因此在干燥时倾向于颗粒间的相互聚集，产生宽的颗粒范围并粘附于管壁，这些都不利于获得高的柱效。目前，对微颗粒填料的装柱只能采用湿法完成。
湿法也称匀浆法，即以一合适的溶剂或混合溶剂作为分散介质，使填料微粒在介质中高度分散，形成匀浆，然后，用加压介质在高压下将匀浆压入柱管中，以制成具有均匀、紧密填充床的高效柱。液相色谱柱的装填是一项技术性很强的工作。为装填出高效柱，除根据柱尺寸和填料性质选择适宜的装柱条件外，还要注意许多操作细节，这需要在实践中摸索。
4、检测部分主要是实现物质的物理或化学特性与电信号之间的转化。
一个理想的检测器应具有灵敏度高、重现性好、响应快、线性范围宽、适用范围广、对流动相流量和温度波动不敏感、死体积小等特性。以后将介绍几种常用检测器的特性。
5、记录部分主要是记录试样某一组分电信号的大小、保留值的大小、组分分离情况等。
?2—3—3色谱流出曲线及有关术语
一、色谱流出曲线:描述样品中各组分所产生的信号大小与保留值(保留时间、保留体积
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等)的变化关系。如图2—8所示。
图2-8色谱流出曲线图
三、色谱流出曲线的作用:
1、根据色谱峰的位置(保留值)可以进行定性检定;
2、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定;
3、根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分离情况进行评价。
?2—4流动相、固定相的种类及选择
?2—4—2流动相
一、气相色谱流动相:
通常使用纯度在99.99%以上的氮气(N2)、氢气(H2)、氦气(He)。当使用电子捕获检
测器时，气体流动相(N2)的纯度要在99.999%以上。
二、液相色谱流动相:
水(极性最大)、甲酰胺、乙晴、乙醇、丙醇、丙酮、二氧六环、四氢呋喃、甲乙酮、正丁醇、醋酸乙酯、乙醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、溴乙烷、苯、氯丙烷、甲苯、四氯化碳、二硫化碳、环己烷、庚烷、煤油(极性最小)有时为了获得合适的溶剂极性，常采用二元或多元的溶剂组合成混合流动相。
液体流动相的纯度要求在99.9%以上，液体中最小颗粒直径小于0.45微米，一般将液体流动相用0.45微米的过滤膜过滤后使用。
二、液体固定相
在气液色谱中，固定相是液体。它是一种高沸点有机物液膜(称为固定液)，很薄的均匀涂在惰性固体支持物(称为担体)上面。所以液体固定相实际上是由担体和固定液组成。为了能正确地选择固定液以得到好的分离效果，以及推测组分在柱上的分配情况和流出顺序，有必要先了解一下影响分配系数大小的各种分子间作用力。
1、组分分子与固定液分子间的相互作用力
在气液色谱中分子之间的作用力，有溶质(组分)分子与载气分子间;溶质分子与固定液分子间;气相或液相中溶质分子之间等的作用力。
载气是用惰性气体，气相中溶质分子浓度很小，故气相近似于理想气体行为，各分子质点间作用力很小，可忽略之。
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在液相中溶质和固定液间挥发性差别较大，再加有分子大小和极性大小的差别，造成了溶液的非理想性，因此，在气液色谱中不可用理想溶液的规律如拉乌尔定律等。但是，
-13由于液相里溶质分子的浓度很低，约为10mol/L，彼此距离大，不足以产生相互影响，
近似“无限稀释”的溶液，所以溶质分子间的作用力可忽略。在此无限稀释的溶液里，主要存在着溶质分子和固定液分子间的作用力使溶质溶于固定液中，同时溶质分子由于热搅动产生足够动能克服固定液的引力而逸到气相。由此可见，溶质分子挥发度(或蒸气分压)大小主要是决定于溶质和固定液分子间的作用力。作用力大的，溶质在液相浓度大，分配系数大，溶质就较晚流出;作用小的就先流出。
溶质分子与固定液分子间的相互作用力是一种较弱的力，不象分子 (2-3) 3r KT
式中μAμB为溶质和固定液分子的永久偶极矩;r是分子间的平均距离(或偶极矩间的距离);K是波兹曼常数;T是绝对温度。
在极性固定液柱上分离极性试样时，分子间的作用力主要就是静电力。被分离组分的极性越大，与固定液间的相互作用力就越强，因而该组分在柱固定液，则苯的保留时间是环己烷的6.3倍，这样就很容易分离了。
?色散力:非极性分子间虽没有静电力和诱导力相互作用，但其分子却具有瞬间的周期变化的偶极矩(由于电子运动、原子核在零点间的振动而形成的)，只是这种瞬间偶极矩的平均值等于零，在宏观上显示不出偶极矩而已。这种瞬间偶极矩带有一个同步电场，能使周围的分子极化，被极化的分子又反过来加剧瞬间偶极矩变化的幅度，产生所谓色散力。对于非极性和弱极性分子而言，分子间作用力主要是色散力。例如用非极性的角鲨烷固定液分离C1~C4烃类时，它的色谱流出次序与色散力大小有关。由于色散力与沸点成正比，所以组分基本按沸点顺序分离。
?氢键力:也是一种定向力，当分子中一个H原子和一个电负性(原子的电负性是原子吸收电子的能力，电负性愈大，吸引电子的能力愈强)很大的原子(以X表示，如F，O，N
等)构成共价键时，它又能和另一个电负性很大的原子(以Y表示)形成一种强有力的有方向性的静电吸引力，这种能力就叫氢键作用力。这种相互作用关系表示为“X—H???Y”，X，H之间的实线表示共价键，H，Y之间的点线表示氢键。X，Y的电负性愈大，也即吸引电子的能力愈强，氢键作用力就愈强。同时，氢键的强弱还与Y的半径有关，半径愈小，愈易靠近X—H，因而氢键愈强。氢键的类型和强弱次序为:
F—H???F>O—H???O>O—H???N>N—H???N>N?C—H???N
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因为—CH2—中的碳原子电负性很小，因而C—H键不能形成氢键，即饱和烃之间没有氢键作用力存在。固定液分子中含有—OH，—COOH，—COOR，—NH2，=NH官能团时，对含氟、含氧、含氮化合物常有显著的氢键作用力，作用力强的在柱内保留时间长。氢键型基本上属于极性类型，但对氢键作用力更为明显。
?2—7色谱检测器
?2—7—1气相色谱检测器
在气相色谱分析中，样品组分经色谱柱分离后必须通过检定器将各组分按其物理的或化学的特性用直接或间接的办法显示来，才能辨别出各个组分及其浓度的变化情况，从而达到定性和定量的目的。可见，检定器也是色谱仪的一个重要部件。
根据检测原理的不同，检测器又可分为浓度型检定器和质量型检定器两种。浓度型检定器包括热导池、电子捕获等检定器;质量型检定器包括氢焰离子化、火焰光度、碱金属离子化等检定器。
浓度型检测器:测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。
质量型检测器:测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器响应值和单位时间内进入检测器的某组分的质量成正比。
在分析中要求检测器是响应快、灵敏度高、稳定性好、线性范围宽。并以这些作为衡量检测器质量的指标。所以在这一节首先介绍检测器的主要技术指标。
?、热导池检测器(TCD)
热导池检测器，常用TCD表示。由于结构简单，灵敏度适宜，稳定性较好，而且对所有物质都有响应，因此是应用最广、最成熟的一种检测器。
?、热导池的结构
热导池由池体和热敏元件构成，又可分双臂热导池和四臂热导池两种，参阅图2—13(a)和(b)。
图2—13热导池示意图
热导池体用不锈钢块制成，有两个大小相同、形状完全对称的孔道，每个孔里固定一根金属丝(如钨丝，铂丝)，两根金属丝长短、粗细、电阻值都一样，此金属丝称为热敏元件。为
了提高检测器的灵敏度，一般选用电阻串高，电阻温度系数(即温度每变化1?，导体电阻的变化值)大的金属丝或半导体热敏电阻作热导池的热敏元件。钨丝具有较高的电阻温度系数和电阻率，而且价廉，容易加工，因此是目前最广泛使用的热敏元件。钨丝的主要缺点是高温时容易氧化。为克服钨丝的氧化问题，可采用铼钨合金制成的热丝，铼钨丝抗氧化性好，机械强度、化学稳定性及灵敏度都比钨丝高。热导池有两根钨丝(采用220V，40W白炽灯钨丝)的是双臂热导池，其中一臂是参比池，一臂是测量池;有四根钨丝<采用220V，5W白炽灯钨丝)的是四臂热导池;其中两臂是参比池，两臂是测量池。
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热导池体两端有气体进口和出口，参比池仅通过载气气流，从色谱柱出来的组分由载
气携带进入测量池。
?、热导池检测器的基本原理
当电流通过钨丝时，钨丝被加热到一定温度，钨丝的电阻就增加到一定值(一般金属
丝的电阻值随温度升高而增加)。在未进样时，通过热导池两个池孔(参比池和测量池)的
都是载气。由于载气的热传导作用，使钨丝的温度下降，电阻减小，此时热导池的两个池
孔中钨丝温度下降和电阻减小的数值是相同的。在试样组分进入以后，载气流经参比池，
而载气带着试样组分流经测量池，由于被测组分与载气组成的混合气体的热导系数和载气
的热导系数不同，因而
测量池中钨丝的散热情况就发生变化，使两个池孔中的两根钨丝的电阻值之间有了差异。
此差异可以利用电桥测量出来。气相色谱仪中的桥路，如图2—14所示。
图2—14 气相色谱仪中热导池检测器的桥路 ?
图2—14中，R1和R2分别为参比池和测量池的钨丝的电阻，分别连于电桥中作为两臂。
在安装仪器时，要挑选配对的钨丝，使R1=R2。从物理学中知道，电桥平衡时，Rl?R4 = R2?R3
当电流通过热导池中两臂的钨丝时，钨丝加热到一定温度，钨丝的电阻值也增加到一定值，
两个池中电阻增加的程度相同。如果用氢气作载气，当载气经过(参比池和测量池时，由
于氢气的热导系数较大，被氢气传走的热量也较多，钨丝温度就迅速下降，电阻减小。在
载气流速恒定时，在两只池中的钨丝温度下降和电阻值的减小程度是相同的，亦即ΔRl=
ΔR2，因此当两个池都通过载气时，电桥处于平衡状态，能满足
(R1, R1) R4 (R2, R2) R3，此时C，D两端的电位相等，ΔE=0，就没有信号输出，
电位差计记录的是一条零位直线，称为基线。如果从进样器注入试样，经色谱柱分离后，
由载气先后带人测量池。此时由于被测组分与载气组成的二元导热系数与纯载气不同，使
测量池中钨丝散热情况发生变化，导致测量池中钨丝温度和电阻值的改变，而与只通过纯
载气的参比池 ΔRl?ΔR2
(R1, R1) R4 (R2, R2) R3
这时电桥C，D之间产生不平衡电位差，就有信号输出。载气中被测组分的浓度愈大，测
量池钨丝的电阻值改变亦愈显著，因此检测器所产后的响应信号，在一定条件下与载气中
组分的浓度存在定量关系。电桥上C，D间不平衡电位差用一自动平衡电位差计记录其响
应电位，在记录纸上即可记录出各组分的色谱峰。
W，，W2，W，为三个电位器。当调节W:或W2时，都要影响电桥一臂的电位值，也就
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是影响电桥输出信号，因此Wl，W2都可用来调节桥路平衡，其中W1为零点调节粗调，W2为零点调节细调。在进样前，先调节Wl，W:，使记录器基线处在一定位置。W3用来调节桥路工作电流的大小。C，D之间的一串电阻是衰减电阻，用以调节输入记录器电位信号的大小，使得到大小合适的色谱峰。
?、影响热导池检测器灵敏度的因素
根据理论推导，对双臂热丝热导池产生信号大小的影响因素可用下式(2-41)表示:
K g, i I3 R2
(2-41) S 2MiG8(1,n) g
这是一个简化的式子。S为热丝热导池响应值;K为常数;Mi为组分i的分子量;R、I各
R3R4: 为热丝的 R1R2
电阻温度系数; g和 i:各为载气和组分i的热导系数;G 2 ，称热导池结d2lnd1为热丝的电阻和通过的电流;n为固定电阻与热丝阻值之比，n
构因子，L为热丝长度，dl为热丝半径，d2为池孔电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。一般工作电流与响应值之间有三次方的关系(S I R)，即增加电流能使灵敏度迅速增加;但电流太大，将使钨丝处于灼热状态，引起基线不稳，呈不
规则
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抖动，甚至会将钨丝烧坏。一般桥路电流控制在l00—200mA左右(氮气作载气时为100—150mA，氢气作载气时为150—200mA)。
b、热导池体温度的影响 当桥路电流一定时，钨丝温度一定。如果池体温度低，池体和钨丝的温差就大，能使灵敏度提高。但池体温度不能太低，否则被测组分将在检测器载气与试样的热导系数相差愈大，则灵敏度愈高。。由于一般物质的热导系数都比较小，故选择热导系数大的气体(例如H2 He)作载气，灵敏度就比较高。另外，载气的热导系数大，在相同的桥路电流下，热丝温度较低，桥路电流就可升高，从而使热导池的灵敏度大为提高，因此通常采用氢作载气。如果用氮作载气，除了由于氮和被测组分热导系数差别小，灵敏度低以外，还常常由于二元系热导系数呈非线性，以及因热导性能差而使对流作用在热导池中影响增大等原因，有时会出现不正常的色谱峰(如倒峰，W峰等)。载气流速对输出信号有较大影响，因此载气流速要稳定。一些物质的热导系数见表2—8。
d、热敏元件阻值的影响 选择阻值高，电阻温度系数较大的热敏元件(钨丝)，当温度有一些变化时，就能引起电阻明显变化，灵敏度就高。
e、一般热导池的死体积较大，且灵敏度较低，适用于填充柱分析检测，这是其主要缺点，为提高灵敏度并能在毛细管柱气相色谱仪上配用，应使用具有微型池体(2(5微升)的热导。
?、氢火焰离子化检测器(FID)
氢火焰离子化检测器(FID)，简称氢焰检测器。它对含碳有机化合物有很高的灵敏度，
-12-1一般比热导池检测器的灵敏度高几个数量级，能检测至10g s的痕量物质，故适宜于痕
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量有机物的分析。因其结构简单，灵敏度高，响应快，稳定性好，死体积小、线性范围宽，
6可达10以上，因此它也是一种较理想的检测器。
?、氢焰检测器的结构
氢焰检测器主要部分是一个离子室。离子室一般用不锈钢制成，包括气体入口，火焰喷嘴，一对电极和外罩，如图2-15所示。
图2-15氢火焰离子化检测器离子室示意图
被测组分被载气携带，从色谱柱流出，与氢气混合一起进入离子室，由毛细管喷嘴喷出。氢气在空气的助燃下经引燃后进行燃烧，以燃烧所产生的高温(约2100度)火焰为能源，使被测有机物组分电离成正负离子。在氢火焰附近设有收集极(正极)和极化极(负极)，在此两极之间加有150V到300V的极化电压，形成一直流电场。产生的离子在收集极和极化极的外电场作用下定向运动而形成电流。电离的程度与被测组分的性质有关，一般在氢火焰中电离效率很低，大约每50万个碳原子中有一个碳原子被电离，因此产生的电流很微弱，需经放大器放大后，才能在记录仪上得到色谱峰。产生的微电流大小与进入离子室的被测组分含量有关，含量愈大，产生的微电流就愈大，这二者之间存在定量关系。为了使离子室在高温下不被试样腐蚀，金属零件都用不锈钢制成，电极都用纯铂丝绕成，极化极兼作点火极，将氢焰点燃。为了把微弱的离子流完全收集下来，要控制收集极和喷嘴之间的距离。通常把收集极置于喷嘴上方，与喷嘴之间的距离不超过10mm。也有把两个电极装在喷嘴两旁，二极间距离约6—8mm 。
?、氢焰检测器离子化的作用机理
对于氢焰检测器离子化的作用机理，至今还不十分清楚。根据有关研究结果，目前认为火焰中的电离不是热电离而是化学电离，即有机物在火焰中发生自由基反应而被电离。火焰性质如图2—16所示，A为预热区，B层点燃火焰，C层温度最高，为热裂解区。有机物CnHm，在此发生裂解而产生含碳自由基?CH:
CnHm ?CH(自由基)
+-然后进入D层反应层，与外面扩散进来的激发态原子或分子氧发生反应，生成CHO及e:
+ ?CH + O* +e-
++形成的CHO与火焰中大量水蒸气碰撞发生分子—离子反应，产生H3O离子:
+ +CHO+ H2O 3O + CO
++化学电离产生的正离子(CHO，H30)和电子(e-)在外加150—300V直流电场作用下向两极移
动而产生微电流。经放大后，记录下色谱峰。
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图2—16 火焰各层图
图2—17 氢焰离子室与放大器连接示意图
离子室与放大器联结的线路如图2—17所示。
此处高电阻的作用，是使产生的微电流通过高电阻，在高电阻两端产生电压降，作为放大器的输入信号。在电流大小一定时，高电阻的数值越大，在高电阻两端产生的电压降就越大，灵敏度也就越高。氢火焰电离检测器对大多数的有机化合物有很高的灵敏度，故对痕量有机物的分析很适宜。但对在氢火焰中不电离的无机化合物，例如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等就不能检测。
?、操作条件的选择
a、气体流量
载气流量:一般用N2作载气，载气流量的选择主要考虑分离效能。对一定的色谱柱和试样，要找到一个最佳的载气流速，使柱的分离效果最好。
氢气流量: 氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的温度及火焰中的电离过程。氢焰温度太低，组分分子电离数目少，产生电流信号就小，灵敏度就低。氢气流量低，不但灵敏度低而且易熄火。氢气流量太高，热噪音就大。故对氢气必须维持足够流量。当氮气作载气时，一般氮气与氢气流量之比是1:1—1:1(5。在最佳氮氢比时，不但灵敏度高，而且稳定性好。
+ 空气流量:空气是助燃气，并为生成CHO提供02。空气流量在一定范围内对响应值有
影响。当空气流量较小时，对响应值影响较大，流量很小时，灵敏度较低。空气流量高于
-1某一数值(例如400mL?min)，此时对响应值几乎没有影响。一般氢气与空气流量之比为
1:10。气体中的机械杂质或载气中含有微量有机杂质时，对基线的稳定性影响很大，因此要保证管路的干净。
b、极化电压
氢火焰中生成的离子只有在电场作用下向两极定向移动，才能产生电流。因此极化电压的大小直接影响响应值。实践证明，在极化电压较低时，响应值随极化电压的增加成正比增加，然后趋于一个饱和值，极化电压高于饱和值时与检测器的响应值几乎无关。一般选?100V到?300V之间。响应值随极化电压变化如图2—18所示。
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图2—18极化电压与响应值的关系曲线
c、使用温度: 与热导池检测器不同，氢焰检测器的温度不是主要影响因素，从80,200?，灵敏度几乎相同。80?以下，灵敏度显著下降，这是由于水蒸气冷凝造成的影响。
?、电子捕获检测器(ECD)
电子捕获检测器(简称ECD)是应用广泛的一种具有选择性、高灵敏度的浓度型检测器。它的选择性是指它只对具有电负性的物质(如含有卤素、硫、磷、氮、氧的物质)有
-14响应，电负性愈强，灵敏度愈高。高灵敏度表现在能测出10g/mL的电负性物质。
电子捕获检测器的构造如图2—19所示。
图2—19电子捕获检测器的构造示意图
在检测器池体内有一圆筒状β放射源(Ni或H)作为负极，一个不锈钢棒作为正极。在此两极间施加一直流或脉冲电压。当载气(一般采用高纯氮)进入检测器时，在放射源发射的β射线作用下发生电离:
N2 ,2+e
生成的正离子和慢速低能量的电子，在恒定电场作用下向极性相反的电极运动，形成恒定的电流即基流。当具有电负性的组分进入检测器时，它捕获了检测器中的电子而产生带负电荷的分子离子并放出能量:
——AB + e+ E
带负电荷的分子离子和载气电离产生的正离子复合成中性化合物，被载气携出检测器外:
AB+ N2 N2 + AB
由于被测组分捕获电子，其结果使基流降低，产生负信号而形成倒峰。组分浓度愈高，倒峰愈大。由于电子捕获检测器具有高灵敏度、高选择性，其应用范围日益扩大。它经常用于痕量的具有特殊官能团的组分的分析，如食品、农副产品中农药残留量的分析，大气、水中痕量污染物的分析等。操作时应注意载气的纯度(99.999%)和流速对信号值和稳定性
3有很大的影响。检测器的温度对响应值也有较大的影响。由于线性范围较狭，只有10左
右，进样量要注意不可超载。
(4)、火焰光度检测器(FPD)
火焰光度检测器(简称FPD)是对含磷、含硫的化合物有高选择性和高灵敏度的一种色谱检测器。这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管三部分组成，见图2—20。
15 —633,,
当含有硫(或磷)的试样进入氢焰离子室，在富氢—空气焰中燃烧时，有下述反应:
RS+空气+O2一SO2+CO2
2SO2+8H一2S十4H20
亦即有机硫化物首先被氧化成SO2，然后被氢还原成S原子，S原子在适当温度下生成激发态的S分子，当其跃迁回基态时，发射出350,430nm的特征分子光谱。
S+S—S*
2
S*
2一S2+h
含磷试样主要以HPO碎片的形式发射出526nm波长的特征光。这些发射光通过滤光片而照射到光电倍增管上，将光转变为光电流，经放大后在记录器上记录下硫或磷化合物的色谱图。至于含碳有机物，在氢焰高温下进行电离而产生微电流，经收集极收集，放大后可同时记录下来。因此火焰光度检测器可以同时测定硫、磷和含碳有机物，即火焰光度检测器、氢焰检测器联用。
图2—20 火焰光度检测器
?2—7—2液相色谱检测器
1、紫外检测器:
紫外光度检测器是液相色谱法广泛使用的检测器，它的作用原理是基于被分析试样组分对特定波长紫外光的选择性吸收，组分浓度与吸光度的关系遵守比尔定律。紫外光度检测器有固定波长(单波长和多波长)和可变波长(紫外分光和紫外可见分光)两类。
一般常采用氘灯作光源，通过一组透镜将光源射来的光束变成平行光，再经过遮光板变成一对细小的平行光束，分别通过测量池与参比池，然后用紫外滤片滤掉非单色光，用两个紫外光敏电阻接成惠斯顿电桥，根据输出信号差(即代表被测试样的浓度)进行检测。为适应高效液相色谱分析的要求，测量池体积都很小，在5,10μL之间，光路长5,10mm，接收元件采用光电管、光电倍增管或光敏电阻。检测波长一般固定在254 nm和280nm。为了适应分析工作的要求，还可将光源范围扩大，用氘灯作为紫外光源(190,380nm)而用钨丝灯作为可见光光源(380—780nm)制成可变波长的紫外可见分光检测器。
—9—1 紫外光度检测器具有很高的灵敏度，最小检测浓度可达10g?mL，因而即使是那些
对紫外光吸收较弱的物质，也可用这种检测器进行检测。此外，这种检测器对温度和流速不敏感，可用于梯度淋洗，其结构较简单，缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样，溶剂的选用受限制(紫外光不透过的溶剂如苯等不能用，参阅第十五章)。为了扩大应用范围和提高选择性，可应用可变波长检测器。这实际上就是装有流通池的紫外分光光度计或紫外可见分光光度计。应用此检测器，还能获得分离组分的紫外吸收光谱。即当试样组分通过流通池时，短时间中断液流进行快速扫描(停流扫描)，以得到紫外吸收光谱，为定性
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分析提供信息，或据此选择最佳检测波长。
光电二极管阵列检测器是紫外可见光度检测器的一个重要进展。在这类检测器中采用光电二极管阵列作检测元件，阵列由211个光电二极管组成，每一个二极管宽50 m，各自测量一窄段的光谱。在此检测器中先使光源发出的紫外或可见光通过液相色谱流通池，在此被流动相中的组分进行特征吸收，然后通过入射狭缝进行分光，使所得含有吸收信息的全部波长，
聚焦在阵列上同时被检测，并用电子学方法及计算机技术对二极管阵列快速扫
—2描采集数据。由于扫描速度非常快，每帧图像仅需10s，远远超过色谱流出峰的速度，
因此可无需停流扫描而观察色谱柱流出物的各个瞬间的动态光谱吸收图。经计算机处理后可得到三维色谱—光谱图。因此，可利用色谱保留值规律及光谱特征吸收曲线综合进行定性分析。此外，可在色谱分离时，对每个色谱峰的指定位置(峰前沿、峰顶点、峰后沿)实时记录吸收光谱图并进行比较，可判别色谱峰的纯度及分离状况。
2、差示折光检测器
差示折光检测器是借连续测定流通池中溶液折射率的方法来测定试样浓度的检测器。溶液的折射率是纯溶剂(流动相)和纯溶质(试样)的折射率乘以各物质的浓度之和。因此溶有试样的流动相和纯流动相之间折射率之差，表示试样在流动相中的浓度。差示折光检测器其工作原理是当介质中的成分发生变化时，其折射随之发生变化，如入射角不变(一般
o选45)，则光束的偏转角是介质(例如流动相)中成分变化(例如有试样流出)的函数。因此，利用测量折射角偏转值的大小，便可以测定试样的浓度。
几乎每种物质都有各自不同的折射率，因此都可用差示折光检测器来检测，如同气相
—7—1色谱仪的热导池一样，它是一种通用型的浓度检测器。灵敏度可达到10g?mL。主要缺
—4—1点在于它对温度变化很敏感，折射率的温度系数为10RIU??，因此检测器的温度控制
—3精度应为?10。此检测器不能用于梯度淋洗。
3、荧光检测器
荧光检测器是一种很灵敏和选择性好的检测器。许多物质，特别是具有对称共轭结构的有机芳环分子受紫外光激发后，能辐射出比紫外光波长较长的荧光，例如多环芳烃、维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物等，许多生化物质包括某些代谢产物、药物、氨基酸、胺类、甾族化合物都可用荧光检测器检测，其中某些不发射荧光的物质亦可通过化学衍生转变成能发出荧光的物质而得到检测。由卤化钨灯产生280nm以上的连续波长的强激发光，经透镜和激发滤光片将光源发出的光聚焦，将其分为所要求的谱带宽度并聚焦在流通池
o上，另一个透镜将从流通池中欲测组分发射出来的与激发光呈90的荧光聚焦，透过发射
滤光片照射到光电倍增管上进行检测。一般情况下，荧光检测器比紫外光度检测器的灵敏
3度要高2个数量级，但其线性范围仅约为10。利用可调谐的激光作光源(激光荧光光谱)，
可使检测灵敏度和准确度都得到提高。
4、电导检测器
电导检测器属电化学检测器，是离子色谱法中使用最广泛的检测器。其作用原理是根据物质在某些介质中电离后所产生电导变化来测定电离物质含量的。
离子色谱法是20世纪70年代中期发展起来的一项新的液相色谱法，很快便发展成为水溶液中阴离子分析的最佳方法。在这种方法中用离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相。通常以电导检测器为通用检测器，为消除流动相中强电解质背景离子对电导检测器的干扰，设置了抑制柱。如下图为典型的双柱型离子色谱仪的流程示意图。
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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。例如在阴离子分析
中，试样通过阴离子交换树脂时，流动相中待测阴离子(以Br—为例)与树脂上的OH—离子交换。洗脱反应则为交换反应的逆过程:
式中R代表离子交换树脂。在阴离子分离中，最简单的洗脱液是NaOH，洗脱过程中OH
—离子从分离柱的阴离子交换位置置换待测阴离子Br—。当待测阴离子从柱中被洗脱下来进入电导池时，要求能检测出洗脱液中电导的改变。但洗脱液中OH—离子的浓度要比试样阴离子浓度大得多才能使分离柱正常工作。因此，与洗脱液的电导值相比，由于试样离子进入洗脱液而引起电导的改变就非常小，其结果是用电导检测器直接测定试样中阴离子的灵敏度极差。若使分离柱流出的洗脱液通过填充有高容量H+型阳离子交换树脂的抑制柱，则在抑制柱上将发生两个非常重要的交换反应:
由此可见，从抑制柱流出的洗脱液中，洗脱液(NaOH)已被转变成电导值很小的水，消
除了本底电导的影响;试样阴离子则被转变成其相应的酸，由于H+的离子淌度7倍于Na+，这就大大提高了所测阴离子的检测灵敏度。
在阳离子分析中，也有相似的反应。此时以阳离子交换树脂作分离柱，一般用无机酸为洗脱液，洗脱液进入阳离子交换柱洗脱分离阳离子后，进入填充有OH—型高容量阴离子交换树脂的抑制柱，将酸(即洗脱液)转变为水:
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同时，将试样阳离子M+转变成其相应的碱:
因此抑制反应不仅降低了洗脱液的电导，而且由于OH—的离子淌度为O—的
2(6倍，从而提高了所测阳离子的检测灵敏度。
上述双柱型离子色谱法又称为化学抑制型离子色谱法。如果选用低电导的洗脱液(流动
-4-5-1相)，如1X10,5X10mol?L的苯甲酸盐或邻苯二甲酸盐等稀溶液，不仅能有效地分离，
洗脱分离柱上的各个阴离子，而且背景电导较低，能显示试样中痕量F-，Cl-，NO3-和SO4-2等阴离子的电导。这称为单柱型离子色谱法，又称为非抑制型离子色谱法，其分析流程类似于通常的高效液相色谱法，其分离柱直接联结电导检测器而不采用抑制柱。阳离子分离可选用稀硝酸、乙二胺硝酸盐稀溶液等作为洗脱液。洗脱液的选择是单柱法中最重要的问题，除与分析的灵敏度及检测限有关外，还决定能否将试样组分分离。
离子型化合物的阴离子分析长期以来缺乏快速灵敏的方法。离子色谱法是目前唯一能获得快速、灵敏(μg?L-1)、准确和多组分分析效果的方法，因而受到广泛重视并得到迅速的发展。检测手段已扩展到电导检测器之外的其它类型的检测器，如电化学检测器，紫外光度检测器等。可分析的离子正在增多，从无机和有机阴离子到金属阳离子，从有机阳离子到糖类、氨基酸等均可用离子色谱法进行分析。
?2—8色谱定性分析
?2—8—4用已知物直接对照法定性
这是实际工作中最常用的简便可靠的定性方法，只是当没有纯物质时才用其它方法。
1、利用保留时间或保留体积定性:
在一定的固定相和操作条件(如柱温、柱长、柱内径、载气流速等)不变时，任何一种物质都有确定的tR，可作定性的指标。确切地说，真正表征组分特性的是校正保留时间:但是因为tM在一定的操作条件下固定不变，所以实际上仍用tR来定性。 tR、tR’随载气流速的变化而改变，使用时要注意控制载气流速，此法简单方便，测定时只要在相同的操作条件下，分别测出已知物和未知样品的保留值，在未知样品色谱图中对应于已知物保留值的位置上若有峰出现，则判定样品可能含有此已知物组分，否则就不存在这种组分。
2、用相对保留值定性
要准确测定tR的绝对值比较困难，必须严格控制操作条件，知道固定液的重量，但固定液总有流失的问题，tR在使用上也不太方便。气液色谱中使用最广泛的定性指标是相对保留值α。只要控制柱温、固定相性质不变，即使柱长、柱内径、载气流速及填充情况
„„有所变化，均不影响α值。根据式(2-2)知，只要实验测出tR和tR，就可方便地求(2)(i)
出已知纯物质的和未知样品的α值以进行比较定性。若无组分i的纯物质进行比较，对简单样品也可以利用文献上经常报导的α值，与在
规定
关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定
的柱性质、柱温条件下测出的样品α值对比定性。 选用基准物质s的条件首先应是易获得的纯品，其保留值不可太小，最好在各欲测物质的保留值之间，常用苯、正丁烷、对二甲苯、甲乙酮、坏己烷、2，2，4—三甲基戊烷等。
3、加入已知物增加峰高的办法定性:
如果样品较复杂，馏出峰间的距离太近，或操作条件不易控制稳定，要准确确定保留值有一定困难，这时候最好用增加峰高的办法定性。将已知物加到未知样品中混合进样，若待定性组分的峰比不加已知物时的峰高增大了，则表示原样品中可能含有该已知物的成分。
?2—8—5、双柱(多柱)定性:
有时几种物质在同一色谱柱上 恰有相 同保留值，无法定性，则可用性质差别较大的双柱定性。
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?2—8—6、利用保留值随分子结构或性质变化的规律性定性
当缺乏纯物质又无保留数值时，有机物可用碳数规律定性。
碳数规律:总结大量实验结果，发现有机同系物保留值(α)的对数与其分子中的碳原子数，n呈线性关系(n=1、2时可能有偏差): lgα=A1n+C1 (2—42)
式中A1、C1是与固定液和被分析物质分子结构有关的经验常数。因此，只要测出同系物中几个组分的保留值，根据式(2—42)可推知同系物中其他组分的保留值，再与未知样品对照定性。
必须注意，碳数规律只适用于同系物(具有相同的碳链结构和官能团，但有不等数目的一CH2一基团)，而不适用于同族化合物(如具有直碳链的正构物和带有支链的同碳数异构物属于同一族)。
?2—8—7结合物理或化学反应定性 1、预处理反应法:
带有某些官能团的化合物经与一些特殊试剂起物理或化学反应处理后，其色谱峰将会消失或提前或移后，比较处理前后色谱图的差异，便可初步辨认样品含有哪些官能团，利于作族组成分析。这种方法可直接在色谱系统中装上预处理柱。假如反应过程较慢或是复杂的试探性分析，也可让样品与试剂在注射器内或其他小容器内先反应，再把反应后的样品注入色谱柱。表列2—9出了一些预处理用的试剂及其反应处理的化合物。 2、裂解色谱定性:
此法实质上是一种高温预处理的方法。预先把高聚物样品加热(加催化剂)裂解，然后色谱分析这些裂解产物。因为裂解产物与化合物的分子结构有关而与组分的浓度无关，故只要裂解条件固定，可根据分析裂解产物的组成来推测样品化合物。
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在柱后，象制备色谱那样，分馏收集各馏出组分，然后用分类试剂分别进行官能团反应，并参照保留值数据，便可粗略地对样品进行定性。也可以在柱后直接把部分馏出物通入分类试剂中，这样，只要更换装有不同试剂的试管就可以对各组分进行鉴定。常用的分类试剂见表2—10。
?2—8—8用不同类型检测器定性
有些检定器对某些类化合物敏感而对另一些类物质不敏感甚至没有信号，检定器的这种选择性可用以作定性检定。例如要检别某气体样品中有无有机物，则可在氢焰离子化检定器上分析，如有信号就说明有有机物。又如电子捕获检定器对含卤、O、S、N、P等电负性很强的物质有较大的信号，而对烃类信号甚小，则可以检定烃中某些卤化物等。
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?2—8—9结合其它仪器定性
是指把气相色谱仪与红外光谱或质谱等联用的方法。实际上光谱仪或质谱仪是起着色谱仪检定器的作用。这样既充分利用了色谱的高效分离能力，克服了其不易检定复杂物质的困难，又利用了光谱、质谱适于分析分子结构、分子量或官能团等特点。也可以把气相色谱馏出馏分收集下来，再用光谱、质谱或核磁共振等定性。
综上所述，各种定性方法各有其优缺点，应根据具体情况灵活应用。一般，对于同族化合物，如有纯物质，可采用单柱直接对照法定性;如无纯物质，同系物可用碳数规律，非同系物者用沸点规律定性(大多数情况下，沸点与保留时间成正比)。对于不同族化合物，若是含有十多个易于分离的组分，仍可用单柱定性法;若组分较多不易分离，可采用双柱定性法或与化学反应方法结合定性。对于复杂样品，往往需要用色谱与光谱、质谱联用等方法配合定性。
液相色谱定性分析的前处理较简单，理论上讲只要被分析试样中无微小颗粒，检测器选择合理都能进行分析。
?2—9色谱定量分析
?2—9—1定量分析理论依据
在一定的操作条件下，被分离物质的重量mi与检测器上产生的信号(色谱图上表现为峰面积Ai或峰高hi)成正比。可写成:
mi fi Ai (2—43)
mi fhi hi (2—44)
这两式就是色谱定量分析的依据。由这两式可知，在定量分析中需要完成以下三步工作:?准确测定峰面积Ai或峰高hi;?准确求出定量校正因子fi或fhi;?根据以上两式正确选用定量计算方法，把测得组分的Ai或hi换算为百分含量。
?2—9—2峰面积的测量方法
早期的峰面积测量方法有:峰高乘以半峰宽法;峰高乘以平均峰宽法;峰高乘以保留时间法;自动积分仪法;求积仪法;煎纸称重法等。由于现代技术的发展，特别是计算机技术的飞速发展，上述方法已基本上被淘汰，而目前均采用电子计算机技术来处理色谱信号。常用的设备主要有两种:?色谱数据处理机;?色谱工作站。为了完成色谱数据的处理在设备中设置了操作参数，主要有以下三种:
一、峰处理参数 一— 用于峰的检测，基线修正，峰的的切割和积分等。包括:斜率、半峰宽、基线修正、最小面积、时间变参、锁定时间、停止时间等。
色谱峰的斜率(切线斜率)用于检测色谱峰的起点，当色谱峰的斜率大于设定值时，该峰被检测;色谱峰的斜率低于设定值时作为峰的终点。如果色谱峰检测开始，为获得精确的峰面积，色谱峰的起点和终点相应地移动一个半峰宽。色谱峰的斜率设置参数称为峰检测灵敏度(斜率)，斜率值单位是uv,min，斜率增加时，峰检测灵敏度降低;斜率值降低时，峰检测
灵敏度提高，可以检测扩展的色谱峰(扁宽峰)。斜率值(峰检测灵敏度)可以通过测定基线噪声和漂移自动获得，该处理称为斜率测试。斜率值也可以输入一个任意数值。斜率值的物理意义可用图2—21表示。
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图2—21 峰检测和斜率
半峰宽参数对所有峰积分参数都有影响。用半峰宽参数检测色谱峰，使色谱峰在最适条件下进行峰积分。该参数值设定为色谱图中最窄峰的峰高一半时的宽度(或略低)，单位为秒。(色谱峰窄于设定的半峰宽的1,4时，不能被检测 )。该参数可以去掉不需要的色谱峰。噪声宽度通常小于色谱峰，正确设定半峰宽，可以使不需要的窄峰或噪声不积分。半峰宽的物理意义可用图2—22表示。
图2—22 半峰宽示意图
自动处理模式修正基线时，基线自动修正的规则如下:当谷宽度(T2)小于前面色谱峰的半高宽(T1)时，如图2—23(a)所示，色谱峰作为重迭峰，峰面积以垂直分割的方式计算。如果峰谷宽度(T2)大于前面色谱峰的半高宽(T1)时，做基线处理如图2—23(b)所示。
图2—23(a) 当谷宽小于前导峰的半高宽时基线修正
图2—23(b) 当谷宽大于前导峰的半高宽时基线修正
两个或两个以上的色谱峰没有完全分离开时，首先要判断是进行垂线分割还是做拖尾峰上的小色谱峰处理。数据处理机或工作站能自动判断未完全分离的色谱峰的处理方式。通常，
没有分离开的色谱峰做垂直分割。如图2—24所示。
图2—24未分离峰的垂直分割处理
有时侯色谱峰是大色谱峰拖尾上的峰，通过两个色谱峰高度的比值(H1,H2)和谷高度比(H3,H2)，分离度(W1,W2) 进行判断，如果条件确定，进行拖尾峰和尾上峰处理。如图2—25所示。
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图2—25拖尾峰和尾上峰的判断及处理
以下是未分离峰的积分示例，如图2—26所示的是没有分离开的色谱峰的自动处理，色谱峰A作为拖尾峰处理，而色谱峰B、C、D作为色谱峰A的尾上峰处理。尾上的没有分离开的色谱峰，如色谱峰C，做垂线分割。同样，没有分离开的色谱峰E、 F、 G也做垂线分割。
图2—26 未分离峰的积分面积
时间变参是指自动改变半峰宽和斜率。GC等温分析时，半峰宽随保留时间延长而变宽，由于先馏出的色谱峰尖锐，峰检测不要求高灵敏度(斜率)，后馏出的色谱峰较宽，峰检测灵敏度自动地适当增加(通过降低斜率值)。同样，半峰宽值开始时较低，随保留时间延长自动增加。
二、记录参数 —一 用于调整标尺刻度比例与纸速。包括:纸速、衰减。主要作用是调整色谱峰的宽窄和峰高。
三、计算参数 —— 用于选择计算公式和设置样品量， (2—45) Ai
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式中fi称为绝对校正因子，也就是单位面积所代表的物质量。测定绝对校正因子fi需要准确知道进样量，这是比较困难的，而且fi也无法直接应用。在定量工作中都是用相对校正
因子fi?，即为物质i和标准物质s的绝对校正因子之比:
fi ?fi
fs (2—46)
我们平常所指的校正因子都是相对校正因子。最常用的校正因子是重量校正因子，即:
f ?
wfi(w)fs(w) Asmi (2—47) Aims
式中Ai、As;mi、mS，分别代表物质i和标准物质s的峰面积和重量。用重量校正因子校正峰面积，然后归一化，可得重量百分数。以下介绍重量校正因子的测定方法: 一般的参考文献中都列有许多化合物的校正因子，可在使用时查阅。有时文献上查不到，也可以自己测定。测定相对校正因子最好备有色谱纯试剂，如果没有纯品，也要确知物质的百分含量。测定时先要准确称量标准物和被测物，然后将它们混合均匀进样，测出它们的峰面积，按式(17—47)进行计算。
例如测定A、B、C、D四种物质的重量校正因子，其中B是苯，用它作标准物质，将它的校正因子定为1(00;当然也可选用其他物质作标准。
(1)用分析天平称出一定量的A、B、C、D后，分别乘以它们的纯度，求出真实重量: A:12(6553克X99(9, = 12(654克
B:14(9651克X 92(1% = 13(783克
C:5(4443克X96(0% = 5(227克
D:57(6732克X88(9, = 51(271克
(2)将四种物质混合后进样，分别求出四种物质的峰面积，并计算出它们的绝对校正因子:
22进样量 峰面积(厘米) 绝对校正因子九(克,厘米)
A: 12(654XP 59，66 0(2121P
B: 13，783XP 71(06 0(1946P
C: 5(227XP 26(69 0(1958P
D: 51，27XP 297(65 0(1723P
p 进样体积，由于以下的计算中，可以消去，这样在相对的校正因子测定中，进混合物总体积
样量不准确也不会影响测定结果的准确度。
(3)以B(苯)作为标准，计算A、B、C、D的相对校正因子fi?:
A: 0(2121P,0(1940P = 1(093
B: 0(1940P,0(1940P = 1(000
C: 0，1958P,0，1940P = 1(009
D: 0(1723P,0(1940P = 0(881
实验表明，相对校正因子fi只与物质i和基准物质s以及检定器类型有关，而与操作条件和柱温、流速、样品与固定液的浓度、甚至包括载气性质等无关。表2—11列出了一些数据。
„
25
?2—9—4定量分析方法
通过计算参数的选择，可确定各种定量计算方法。常用的方法有: 一、归一化法
当试样中各组分都能流出色谱柱，并在色谱图上显示色谱峰时，可用此法进行定量计算。 假设试样中有n个组分，每个组分的质量分别为m1、m2、,、mn，各组分含量的总和m为100,，其中组分i的质量分数Wi可按下式计算:
Wi
mimi
100% 100%mm1,m2, ,mi, ,mn
Aifi
100%
A1f1,A2f2, ,Aifi, ,Anfn
式中fi为质量校正因子，所以Wi得质量分数;若各组分的f值相近或相同，例如同系物
中沸点接近的各组分，则上式可简化为:
(2—48)
Wi
Ai
100% (2—49)
A1,A2, ,Ai, ,An
对于狭窄的色谱峰，也有用峰高代替峰面积来进行定量测定。当各种操作条件保持严格不变时，在一定的进样量范围内，峰的半宽度是不变的，因此峰高就直接代表某一组分的量。这种方法快速简便，最适合于工厂和一些具有固定分析任务的化验室使用。此时可将式(2
26
—48)改写成式(2—50):
Wi h1fh1,h2fh2hifhi 100% (2—50) , ,hifhi, ,hnfhn
式中fhi为峰高校正因子，此值需自行测定，测定方法同峰面积校正因子，不同的是用峰高来代替峰面积。
归一化法的显著优点是:简便、准确、不必准确知道进样量m，尤其是液体样品进样量少不易被测准时显得更为方便。此法较准确，仪器与操作条件稍有变动、如进样量、流速等变化时，对结果影响较小。但此法在实际使用上有较多的限制，如:?样品全部的，n个组分都必须馏出并可测出其峰面积，不可有未馏出或不产生信号的。?某些不需要定量的组分也必须测出其峰面积及校正因子。
二、 (2—51) mfsAs m
一般常以 (2—52) As m
由上述计算式可以看到，本法是通过测量内标物及欲测组分的峰面积的相对值来进行计算的，因而由于操作条件变化而引起的误差，都将同时反映在内标物及欲测组分上而得到抵消，所以可得到较准确的结果。内标法是一种常用的比较准确的定量方法。当样品组分不能全部馏出(如不汽化、易分解、与固定液产生化学反应等);检定器对各组分不能都产生信号(如氢焰离子化检定器对无机物);或只需测定其中几个组分等，可用此法。每次分析的操作条件
稍有变化时对分析结果影响不大，进样量也不必严格控制。这是内标法的主要优点，在很多仪器分析方法上得到应用。
内标法的缺点是每次分析都要称取样品和内标物的重量，不适于快速控制分析。另外，内标物必须符合下列要求:
?内标物和样品互溶;
?内标物与样品组分的峰能分开;
?内标峰尽量和被测峰靠近，内标物的量也要接近被测组分含量，最好性质也接近。 ?它应该是试样中不存在的纯物质，或者是用与溶解试样的溶剂相同的试剂配制的标准溶液。
三、内标标准曲线法
27
为了减少称样和计算数据的麻烦，适于工厂控制分析的需要，可用 (2—53) As
AA亦即被测物的质量分数Wi与i成正比关系，以Wi对i作图将得一直线(图2— AsAsWi
27)。
图2—27 内标标准曲线
制作标准曲线时，先将欲测组分的纯物质配成不同浓度的标准溶液。取固定量的标准溶液和内标物，混合后进样分析，测Ai和As，以Ai,As对标准溶液浓度作图。分析时，取和制作标准曲线时所用量同样的试样和内标物，测出其峰面积比，从标准曲线上查出被测物的含量。若各组分相对密度比较接近，可用量取体积代替称量，则方法更为简便。此法不必测出校正因子，消除了某些操作条件的影响，也不需严格定量进样，适合于液体试样的常规分析。
四、外标法
所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标准曲线，这与在分光光度分析中的标准曲线法是相同的。此时用欲测组分的纯物质加稀释剂(对液体试样用溶剂稀释，气体试样用载气或空气稀释)配成不同质量分数的标准溶液，取固定量标准溶液进样分析，从所得色谱图上测出响应信号(峰面积或峰高等)，然后绘制响应信号(纵坐标)对质量分数(横坐标)的标准曲线。分析试样时，取和制作标准曲线时同样量的试样(固定量进样)，测得该试样的响应信号，由标准曲线即可查出其质量分数。
此法的优点是操作简单，计算方便;但结果的准确度主要取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。
当被测试样中各组分浓度变化范围不大时(例如工厂控制分析往往是这样的)，可不必绘制标准曲线，而用单点校正法。即配制一个和被测组分含量十分接近的标准溶液，定量进样，由被测组分和外标组分峰面积比或峰高比来求被测组分的质量分数。即:
WiA i WsAs
AWi i Ws As
W由于上式中Ws与As均为已知，故可令 s Ki 得: As
28
Wi Ai Ki (17—53)
式中Ki为组分i的单位面积质量分数校正值;这样，测得Ai乘以Ki即得被测组分的质
量分数。此法假定标准曲线是通过坐标原点的直线，因此可由一点决定这条直线，凰即直线的斜率，因而称之为单点校正法。
气相色谱习题及答案:
1、 使用热导池检测器时，应选用哪些载气能使检测器有较高的灵敏度,
(答:氢气或氦气)
2、 分析挥发性宽沸程试样时, 最好采用哪种色谱方法,
(答:程序升温)
3、 俄国植物学家茨维特在研究植物色素成分时, 所采用的色谱方法是哪一种类型, (答:液固)
4、 若测定空气中N2和O2的含量, 宜采用什么类型的色谱分离方法?
(答:气固)
5、 在气-液色谱分析中, 影响分离度的主要因素是什么,
(答:n、α、k)
6、 浓度型检测器, 其响应值与什么成正比,
(答:载气中组分的浓度 )
7、 质量型检测器, 其响应值与什么成正比,
(答:单位时间进入检测器的质量)
8、 气相色谱的固定相大致可分为几类,,在气液色谱中固定液分子与待测分子之间有哪
些作用力,
(答:两类:固体、液体)、(静电力、色散力、诱导力、氢键力)
9、 在气相色谱分析中, 为了测定试样中微量的碳氢有机化合物, 应采用什么类型的检测
器,
(答:FID)
10、气相色谱仪虽然它的形状、结构有多种多样, 但它们都包括一些基本组成部分，指出这些部分的名称。(答:气路系统、进样气化及温度控制系统、分离及温度控制系统、检测及温度控制系统、记录及数据处理系统)
11、衡量色谱柱分离效能的指标是什么,为什么用它作总分离效能指标,
(答:R)(答:因为两组分保留值的差别，主要决定于固定液的热力学性质;色谱峰的宽在窄则反应了色谱过程动力学因素，柱效能高低。因此，分离度是柱效能、选择性影响因素的综合，故可用其作为色谱柱的总分离效能指标。)
12、 物质A和B在长2m的柱上分离后，A的保留时间为16.40min ，B的保留时间为 17.63min，空气峰保留时间为1.30min，A的峰底宽为1.2min，B的峰底宽为1.40min。
(1)分离度(R)
(2)容量因子:kA、kB
(3)相对保留值rB,A
(4)要使A、B两组分的色谱峰完全分离(R=1.5)，柱长需增加多少米,
答:(1) 0.946
(2)11.62、12.56
(3)1.081
(4)约3米
13、根据下列实验结果求试样中各组分的质量分数，试样中只含下列四组分:
29
乙苯 对二甲苯 间二甲苯 邻二甲苯
色谱峰面积 120 75 140 105
相对重量校正因子 0.97 1.00 0.96 0.98
[答] 乙 苯 对二甲苯 间二甲苯 邻二甲苯
fi ’Ai 116.4 75 134.4 102.5
’?fi Ai 428.7
质量分数 0.25 0.17 0.31 0.24
14、在气相色谱中，某人采用了粒度比原有柱更细的载体，而其它一切条件均不变时，速率方程中各项有何变化,
[答] a. 由于 dp变小，涡流扩散变小，A项变小。
b. 由于 dp变小，填充更紧密,VM 减小。流动相传质阻力变小,Cg项变小。 c. 由于 dp变小，柱 d. 由于 dp变小，固定液含量不变， df变小，Cl项变小。
1/2 e. uOPt =(B/C) 因 B 项有所增大，且 Cg Cl下降，故 uOPt 增大。
1/2 f. Hmin = A + 2(BC)，因 A项变小，B项有所增大，Cg Cl下降比较快结果 Hmin 下
降。
15、在一根色谱柱上，欲将含 A、B、C、D、E 五个组分的混合试样分离。查得各组分 的分配系数大小如: KB> KA> KC> KD,KE=KA,试定性地画出它们的色谱流出曲线图，并说明其理由,
[答] 色谱流出曲线如下:
理由:K = cs/cM， K 大表示 cs大，而 t?K组分按K的大小次序流出。
液相色谱习题及答案:
1. 简述液,液色谱法中的反相和正相液相色谱法，其固定相、流动相和分离化合物的性质。
答:(1)反相:固定相为非极性、流动相为极性、分离化合物为非极性
(2)正相:固定相为极性、流动相为非极性、分离化合物为极性
2. 在液相色谱中，在什么情况下采用梯度淋洗有利于分离、分析,
答:被分离混合物中各组分分配比变化范围宽的试样
3. 空间排阻色谱法适用于什么化合物的分离,
答:被分离混合物中各组分分子量大于2000的试样
4. 俄国植物学家茨维特在研究植物色素成分时, 所采用的是什么类型的色谱方法, 答: 液-固色谱法
5. 在液相色谱中,能使所有有机物都能显示信号的检测器是哪一种,它有什么缺点,
答:示差折光检测器;不能进行梯度淋洗色谱
6. 高效液相色谱中, 为什么在流动相在使用之前, 必须进行脱气处理。
答:脱气就是驱除溶解在溶剂中的气体。
?脱气是为了防止流动相从高压柱内流出时，释放出气泡。这些气泡进入检测器后会
30
使噪声剧增，甚至不能正常检测。
?溶解氧会与某些流动相与固定相作用，破坏它们的正常功能。对水及极性溶剂的脱气尤为重要，因为氧在其中的溶解度较大。
第三章 紫外—可见吸收光谱分析
?3—1分子吸收光谱简介
光是一种电磁辐射，具有波动和微粒两种相互共存的性质，称为光的波粒二象性。光的波粒二象性，可以用频率(υ)、波长(λ)、速度(c)、波数(,)和能量(E)等参数来描述。
在一定介质中，光的波长、频率、与速度之间的关系为: υ c
(3-1)
式中波长(λ)是相同振动相位的两波间，从某一波上任一点到相邻波上相应点之间的线性距离，波长的单位为cm、nm、μm等，频率(υ)是每秒 (3-2) hc
=hc (3-3)
h为普朗克常数，其值等于6.6262×10-34JS。能量的单位通常是焦耳(J)、电子伏特(eV)等。
通过(3-1)、(3-2)、(3-3)式可进行光的波长与频率、波数、能量间的换算。
[例1] 400nm波长的光，其频率与波数为:
2.9979 1010cm s,1
7.4947 1014Hz ,7400nm 10cm/nm
31
1 25000cm,1 ,7400nm 10cm/nm
[例2] 400nm波长的光子，一个光子的能量为:
2.9979 1010cm s,1
E 6.6262 10J S 4.9662 10,19J400nm 10cm/nm ,194.9662 10J 3.0996eV1.602
2 10,19J/eV,34
光子的能量与其频率成正比，而与波长成反比。波长愈短，频率愈高，其能量愈大;波长愈长，频率愈低，则能量愈小。波长一定的光子，其能量一定。具有一定波长的光，或能量相同的光子流，称为单色光，含有不同波长的光。称为复合光。常见的日光和日光灯管发出的可见光均是复合光。
分子和原子一样也有它的特征分子能级，分子 h = 6.624×10-34 J?s=4.136×10-15eV?s
c(光速)=2.998×1010cm?s-1
hc4.136 10-15eV 2.998 1010cm s-1
故 2.48 10-5cm 248n m E5eV
可见，由于电子能级跃迁而产生的吸收光谱主要处于紫外及可见光区(200—780nm)。这种分子光谱或紫外及可见光谱。在电子能级跃迁时不可避免地要产生振动能级的跃迁。振动能级的能量差一般在0.025—1eV之间。如果能量差是0.1eV，则它为5eV的电子能级间隔的2%,所以电子跃迁并不是产生一条波长为248nm的线，而是产生一系列的线，其波长间隔约为248nm×2%?5nm。实际上观察到的光谱要复杂得多。这是因为还伴随着转动能级跃迁的缘故。转动能级的间隔一般小于 0.025eV。如果间隔是0.005eV，则它为5eV的0.1%，
相当的波长间隔是248nm×0.1%=0.25nm。可见，分子光谱远较原子光谱复杂。紫外吸收光谱及可见吸收光谱，一般包括有若干谱带系，不同谱带系相当于不同的电子能级跃迁，一个谱带系(即同一电子能级跃迁，如由基态跃迁到第一激发态)含有若干谱带，不同谱带相当于不同的振动能级跃迁。同一谱带内又包含有若干光谱线，每一条线相当于转动能级的跃迁，它们的间隔如上所述约为0.25nm。一般分光光度计的分辨率，观察到的为合并成较宽的带，所以分子光谱是一种带状光谱。
如果用红外线(λ,,.78—50μm,相当的能量约为1—0.025eV)照射分子，则此电磁辐射(光)的能量不足以引起电子能级的跃迁，只能引起振动能级和转动能级的跃迁，这样得到的吸收光谱为振动转动光谱或称为红外吸收光谱。若用能量更低的远红外线(50—300μm),相应的光谱称为转动光谱或称远红外光谱。不同波长范围的电磁波(光)所能激发的分子和原子的运动情况如表3—1所示。
32
分子中电子总是处在某一种运动状态之中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。这些电子受到光、电、热等能量的激发，而从一个能级转到另一个能级，我们称这种变化为能级跃迁。分子从外界吸收能量后，就能引起分子能级的跃迁，即:从基态能级跃迁到激发能级。分子吸收能量同样具有量子化的特征，即:分子只能吸收等于二个能级之差的能量。
由于分子中三种能级跃迁所需要的能量不同，所以需要不同波长的电磁辐射才能使它们跃迁，也就是在不同的光学区域出现吸收谱带，即产生吸收光谱。
一般电子跃迁的能量在1—20 eV 、振动能级的跃迁能量在0.025—1 eV 、转动能级的跃迁能量在0.025 eV以下。通常利用200—380纳米(紫外光区)和380—780纳米(可见区)的光能量使分子中电子能级发生跃迁，我们称这种方法为紫外可见光谱法。
紫外可见光学区域的划分可用下图表示:
X射线 真空紫外 近紫外 可见区 红外区
10nm 200nm 380nm 780nm
二(分子光谱学术语
?3—2紫外吸收光谱的产生及种类
紫外吸收光谱是由分子中价电子的跃迁而产生的，因此这种光谱决定于分子中价电子的的分布和结合情况。即:各种物质的内部结构决定了他们对不同光线的选择吸收。
一(紫外与可见光谱的主要类型
33
紫外与可见光吸收光谱的主要类型可以划分为以下三种:
*1、N—V跃迁:由基态轨道跃迁到反键轨道。 包括饱和碳氢化合物中的,—,跃迁(,
**表示电子的成键轨道，,表示电子的反键轨道)以及不饱和烯烃中的π—π(π表示电
*子的成键轨道，π表示电子的反键轨道)。
* 2、N—Q跃迁:是分子中未成键的n电子激发到反键轨道的跃迁。 包括:n—,及n—
* π跃迁。
3、N—R跃迁:是,电子逐步激发到各个高能级，最后电离成分子离子的跃迁。电离的能量在15—20eV需用较短波长的光(远紫外或X射线)所以在紫外可见区(200—780nm)很少见到。
* * * 由上述可知，有机化合物价电子可能产生的跃迁主要为:,—,、n—,n—π、
* π—π。各种跃迁所需要的能量是不同的，可用下图表示:
三种类型的价电子可以用甲醛来说明:
?3—4吸收定律
一、 光的吸收定律
光的吸收定律是根据辐射能的近代概念推导出来的，吸光度(A)是试样液层厚度(b，光程)和待测物质浓度的函数。又称比耳定律，有时也称朗伯—比耳定律:A=εbc它是支配电磁辐射(光)的所有类型吸收的基本定律，它不仅适用于溶液而且能很好地适用于固体和气体。式中的A为吸光度、ε为摩尔吸光系数、b为试样光程(cm)、c为试样溶液的浓度(mol/L)。当浓度用g/L表示时，常数ε改写成a表示，称为吸光系数，此时基本定律为:
A=abc
当试样光程(b)固定时，溶液的吸光度(A)正比于吸光成分的浓度(C)，就称为比耳定律。
当试样浓度(C)固定时，溶液的吸光度(A)正比于光程长度，就称为朗伯定律。
1、吸收定律基本性质的限制
虽然A=abc或A=εbc表示吸光度与浓度之间呈现性关系，但只有在稀溶液(低含量时)
时才能成立。再此种意义上来说吸收定律是一个有限的定律。由于在高浓度(通常认
34
为大于0.01mol/L)时，吸收成分(质点之间的平均距离缩小到一定程度)，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，这种影响能改变它们对特征光的吸收能力。相互影响的程度取决于浓度，这种现象的存在致使吸光度与浓度之间的线性关系产生偏差。
此外，吸收定律的偏差还与溶液的折射率n有关，折射率n随溶液的浓度变化而变化。然而，在实际上当当浓度小于0.01mol/L时，n基本上不变化。所以吸收定律在低浓度时是正确的。在高浓度时，采取适当的方式(如:定量稀释、用折射率校正)才能进行定量分析。
一、 定性分析:
用紫外吸收光谱定性，主要根据光谱图所提供的参数，如最大吸收波长、最小吸收波长、肩蜂及吸收系数等，作为物质的定性依据。常用的手段有:
1、比较吸收光谱的一致性。
如前所述，若二个化合物相同，其吸收光谱应完全一致。利用这一特性，将试样与标准品用同一溶剂配制成相同浓度的溶液，分别测定其吸收光谱，然后比较光谱图是否完全一致。例如，某药房因保管不善使一部分注射液标签脱落，取样品与丹参注射液对照品分别进行紫外吸收光谱测定，如图3—1，二者的光谱一致，结果表明该样即系丹参注射液。但为了进一步确证，有时再换一种溶剂分别测定后再作比较，所得光谱图若仍一致，便可确证为同一物质。
A 对照样
样品200 400 λnm
图3—1样品与丹参注射液紫外吸收光谱
除了比较最大吸收波长(λmax)位置以外，还必须比较摩尔吸收系数(εmax)或百分吸收系数(E1cm1%λmax)的一致性 已知紫外吸收光谱是由分子中的发色团所决定，若两种不同的化合物有相同的发色团，往往导致不同分子结构产生相似的紫外吸收光谱，使定性困难，但是它们的吸收系数肯定不同，因此在比较λmax的同时，再比较(εmax)或(E1cm1%λmax)则可加以区分。
2、比较吸光度比值的一致性
当一些具有较多发色团结构的化合物，吸收光谱图上可出现多个吸收峰，因此可规定在几个吸收峰处吸光度或吸收系数的比值，作为鉴定的标准，若被鉴定的物质吸收波长相同，其吸光度或吸收系数的比值在规定范围之内，则可认为样品与对照品相同。例如:维生素B2在稀醋酸溶液中λmax分别为267nm、375nm及444nm，相同浓度的吸光度比值为:A375nm/A267nm=0.314~0.333 ;A444nm/A267nm=0.364~0.388若样品的比值也在上述范围之内，可以认为样品即为维生素B2。
二、 单组分的定量分析测定
单一物质系指样品为某一纯化合物，通常选择其最大吸收波长进行定量分析。这是由于在最大吸收波长处测量吸光度随波长的变化较小，即使波长稍有偏移，也不致造成大的
35
误差，且灵敏度高。若一化合物有几个吸收峰，常选用谱带较宽的最大吸收峰来作为定量
的波长，锐峰的谱带宽度较窄，若采用宽夹缝，易造成吸光度和浓度的线性关系不好。 标准曲线法 即以标准品配制成不同浓度的溶液，测定其吸光度，绘制吸光度—浓度曲线，然后测定样品吸光度，由标准曲线确定未知物的浓度。
1、标准对照法 将样品供试液分别在其最大吸收波长处测得吸光度值，然后求出样品的含量。
C样
样品%=C标 A样A标 (3—4) C标 A样
A标 W样
A样
A标×100% (3—5) 若样品的称量及稀释度与标准品一致，则可将上式简化:
样品%= 100% (3—6)
2、吸收系数法 将样品配制成一定浓度的溶液，在规定波长(λmax)处测量其吸光度(A)。
1%利用被测组分的吸光系数(εmax 或E1cmλmax)测定样品中被测组分含量的方法。
样品 % A样
E1%(纯品)1cm C样 l 100% (3—7)
或:样品%=1%E1cm(样)
1%E1cm(标) 100% (3—8)
例一、硫酸长春碱的含量测定:取干燥品精密称定为5.40mg，置50ml量瓶中，准确加入水5.0ml，溶解后加无水乙醇至刻度，摇匀。精确吸取10.0ml，再加无水乙醇稀释至50ml，摇匀。置1cm吸收池中，以98%乙醇为空白，在263?1nm波长处测定吸光度为0.378(硫
1%酸长春碱纯品的百分吸收系数E1cmλ263nm=180)，计算样品中硫酸长春碱的百分含量。
解1.先计算样品供试液的配制浓度，然后按式(15—7)计算样品中被测组分的百分含量。
C样=5.40/50.0 × 10.0/50.0 × 100/1000=0.00216(%)
样品%==A样1%E1(纯品) C样 lcm 100% =0.378 100%=97.2% 180 0.00216 1
解2.先换算样品的百分吸光系数，然后按式(15—8)计算样品中被测组分的百分含量。
A0.378==175 C l5.40/50.0 10.0/50.0 100/1000
1%E1175cm(样) 100% 100% 97.2% 样品%=1%180E1cm(标)% E11cm样=
三、 多组分混合物的同时测定
若中草药提取物或制剂中含有两种或两种以上成分，根据吸收峰的相互干扰情况，采用不同的方法进行定量。
36
图15—6混合组分吸光谱的三种相干情况示意图
(1)、混合物中二组分的最大收峰互不重叠 即在组分A的λ1处无组分B的吸收，在组分B的λ2处无组分A的吸收如图15-6(1)，则可采用单一组分的定量方法，利用λ1及λ2分别测定组分A及B的含量。
(2)、混合物二组分的光谱部分重叠 即在λ1处无组分B的吸收，但在λ2处有组分A
的吸收如图15-6(2)，可先在λ2处测定组分A、B 的总吸光度为A 2，然后在λ1
AA1%
处测定组分A的吸光度A 从组分A的吸光度A及吸收系数E1cmλ1，求出组分A的浓
11
A,B
度C。
A1%A
A E C1cm 11
%
然后再从A 2及E1A1cm 2求出组分B的浓度C。
A
A,BB
A 2= EA1cm1%λ2?C+ EB1cm1%λ2?C
利用吸光度加和性的原则，求得组分B的浓度
CB
%A
A A2,B,E1 CA1cm2
A,BAB
E
1%
B1cm 2
(3—9)
(3)、混合物二组分的光谱互相重叠如图15-6(3)，利用各组分吸收光谱不同，测定1%
EB1cmλ1及λ2处的吸收值，再求解联立方程式，计算混合物中各组分的含量。此法必须
知道每一组分在一定波长处的吸收系数(εmax或E1cm1%λmax)
,BABAABBA A A,A C, C 11111
A 2
A,B
A 2,A 2 2 C, 2 C
B
2
ABAABB
C
A
BA,BB
A A1,B ,A 221
1
A
B
2
, 2
A
B 1
B
,BA,B A A,A 12B
2
1
(3—10)
A A, 12
C
B
,BAA
A A, C 11
B
1
B
1
(3—11)
，
由上式求得的浓度c的单位为摩尔浓M，若用E1cm1%，则浓度单位为%。
37
例二、中药制剂银黄注射液，其有效成分为绿原酸(C16H18O9)及黄芩甙(C21H18O11)，现测定二组分的含量。已知黄芩甙的特征吸收位置为λmax280nm，绿原酸的特征吸收位置为λmax324nm，由于光谱的相互重叠，利用上述二波长测得的吸光度均是混合物的吸光度。
,绿1%黄1%绿 黄 C [E],C [E280nm1cm280nm1cm]280nm绿黄
1%黄1%绿
1cm324nm1cm324nm绿黄
1%由实验测得绿原酸的E1cm324nm=526， E1cm1%280nm= 403;黄芩甙
1%E1cm280nm=615。将上述数据代入解联立方程式得: 黄,绿324nm C [E],C [E] E1cm1%324nm=338
C黄=3.15×A280nm-2.41×A324nm
C 绿=3.68×A324nm-2.32×A280nm
四、 双波长分析测定
单波长分光光度法是以纯溶剂或空白溶液作为参比溶液，测量样品溶液的吸光度。在这样的测定方法中，可能由于液池的位置、液池常数以及样品溶液与参比溶液之间的差别等因素而引起系列误差，特别是混浊溶液根本无法进行测定。而双波长分光光度法不需用参比溶液，避免了因参比溶液引起的误差。可测定混浊溶液，也可测定吸收光谱重叠的混合组分。使测定的灵敏度和准确度显著提高。
双波长分光光度法的原理，是利用两束强度相等、波长不同的单色光λ1和λ2，交替照射到同一样品吸收池，测量它们之间的吸光度差值ΔA。根据Beer定律，样品溶液的两个波长λ1和λ2处的吸光度分别为:
Aλ1=ελ1?c?l + A?1
Aλ2=ελ2?c?l + A?2
A?为背景吸收，如果两波长λ1和λ2相靠近，A?1与A?2可视为相等，则λ1和λ2的单色光透过液池的吸光度差值ΔA为:
ΔA= Aλ2—Aλ1=(ελ2—ελ1)?c?l
上式表明，样品溶液在λ1和λ2的吸光度差值ΔA，与溶液中待测组分的浓度成正比，而与背景吸收A?无关，这就是双波长分光光度法进行定量测定的依据。只要选择适当的λ1和λ2，即能扣除干扰组分的背景吸收，直接测定混合物中某组分的含量。
习题及答案
1、在一定波长处, 用2.0 cm比色皿测得某试液的透光度为60%, 若改用3.0 cm比色皿时, 该试液的吸光度为多少, ( 0.33 )
2、分子的电子能级跃迁有哪几类,( ? * 、 ? * 、 n? *)
3、某化合物在 max=356nm处, 在乙烷中的摩尔吸收系数 max=87 L/(mol cm), 如果用1.0cm吸收池,该化合物在已烷中浓度为1.0 ×10-4mol/L,则在该波长处, 它的百分透射比约为 (98% )
4、按一般光度法用空白溶液作参比溶液，测得某试液的透射比为 10%，如果更改参比溶液，用一般分光光度法测得透射比为 20% 的标准溶液作参比溶液，则试液的透光率应等于多少, (50% )
5、比较下列化合物的UV,VIS吸收波长的位置(λmax )
38 CH
3
CH3
O
COOHCH3O
(b) (C) (a) (c>a>b)
6、浓度为 5.00×10-4 mol/L的某酸HA溶液于 440nm、1.0cm 比色皿中测量得到的吸光度数据: pH = 1 时为 0.401;pH = 13 时为 0.067。问当 pH = 7 时该溶液的吸光度是多大, 该酸 HA 的解离常数为 5.00×10-7 。
[答] 由于该酸的解离常数为 5.00×10-7，故 pH = 1 时，该酸完全不解离;pH=13 时该酸完全解离。 pH = 7.00 时， HA 和 A- 同时存在。
c= 5.00×10-4mol/L
(,,) = 0.401/(5.00×10-4)= 802
(,-) = 0.067/(5.00×10-4)= 134
[H+][A-] 10-7[A-]
K= ?????? ; 5.00×10-7 = ?????
[HA] [HA]
[A-]
??? = 5.00
[HA]
[HA] = 5.00/6.00×10-4mol/L
[A-] = 25.00/6.00×10-4mol/L
5.00 25.00
A = 802×???×10-4+134×????×10-4 = 0.123
6.00 6.00
答:该酸溶液在 pH 7.00 时的吸光度为 0.123。
7、金属离子 M2+与配合剂 X-形成配合物 MX3- , 其它种类配合物的形成可以忽略。 在 350nm 处 MX3-强烈吸收，溶液中其它物质的吸收可忽略不计。
包含 0.0005 mol/L M2+和 0.200 mol/L X-的溶液，在 350nm 和1.0cm 比色皿中 测得吸光度为 0.800;另一溶液由 0.000500mol/L M2+和 0.0250mol/L X-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 M2+均转化为配合物，而在第 二种溶液中并不如此，试计算 MX3-的稳定常数。
[答]配合物 MX3-的摩尔吸收系数 = 0.800/5.00×10-4 = 1.60×103
在后一种情况下配合物的平衡浓度 [MX3-] = 0.640/1.60×103= 4.00×10-4mol/L
根据方程式
M2+ + 3X
- MX3-
cM2,-[MX3-] cx-3[MX3-] [MX3-]
[MX3-] = 4.00×10-4 mol L-1
[M2+] = 5.00 ×10-4 - 4.00×10-4 = 1.00×10-4mol/L
[X-] = 25.00×10-4 - 3×4.00×10-4 = 1.30×10-3mol/L
39
4.00×10-4
K= ????????????? = 1.82×109
1.00×10-4×(1.30×10-3)3
( 或 K(解离)= 1/K = 5.49×10-10)
[答]配合物 MX3-的摩尔吸收系数 = 0.800/5.00×10-4 = 1.60×103
在后一种情况下配合物的平衡浓度 [MX3-] = 0.640/1.60×103= 4.00×10-4mol/L
根据方程式
M2+ + 3X-
MX3-
cM2,-[MX3-] cx-3[MX3-] [MX3-]
[MX3-] = 4.00×10-4 mol L-1
[M2+] = 5.00 ×10-4 - 4.00×10-4 = 1.00×10-4mol/L
[X-] = 25.00×10-4 - 3×4.00×10-4 = 1.30×10-3mol/L
4.00×10-4
K= ????????????? = 1.82×109
1.00×10-4×(1.30×10-3)3
( 或 K(解离)= 1/K = 5.49×10-10)
乙醇 8、 计算下列化合物的max。
3
解: 母体 215nm
取代基 12(1)nm
18(1)nm
环外双键 5nm
乙醇280nm max
9、 配体ERIOX与Mg2+在pH=10.00条件下，生成1:1的有色配合物。现用光度法以 Mg2+滴定ERIOX溶液。滴定结果表明:在化学计量点处，〔Mg-ERIOX〕,〔ERIOX〕,5.0
-7×10mol/L，计算Mg配合物的生成常数。
， 解: ERIOX与M g2生成1:1的配合物，故
， K生成,[Mg,ERIOX]/{[Mg2][ERIOX]}
, 在化学计量点时[Mg-ERIOX],[ERIOX],5.0×107mol/L
，, 因此， [Mg2],5.0×10 7mol/ L
,, K生成,5.0×107/( 5.0×107×5.0×10-7),2.0×106
, 10、浓度为3.0×104mol/L的KMnO4和K2Cr2O7溶液, 分别在0.5mol/L的H2SO4和
0.5mol/L的H3PO4介质中, 用1.00cm吸收池绘制光吸收曲线如图所示,
40
根据吸收曲线的形状回答下列问题:(实线表示KmnO4，虚线表示K2Cr2O7 )
(1) 求出KMnO4溶液在 490, 560时的吸光度。
(2) 计算KMnO4在 max为520nm,550nm处的ε。
(3) 当改变KMnO4的浓度时, 吸收曲线有何变化?为什么?
(4) 若在KMnO4和K2Cr2O7的混合溶液中测定KMnO4的浓度, 应选择的工作波长是多
少?
(5) 若在KMnO4和K2Cr2O7的混合溶液中测定K2Cr2O7的浓度, 可采用什么方法? 解:
(1) 490时, A=0.36, 560时, A=0.42
(2) 由图中查得, 在520nm和550nm处KMnO4的A=0.74
, ε=A/bc=0.74/(1.00×3.0×104)=2.5×103L?mol-1?cm-1
(3) 当KMnO4浓度改变时, 吸收曲线无变化, 其最大吸收波长 max仍为520nm和 550nm, 但对应的吸光度值A有变化, 浓度增大, A值增大, 浓度减小, A值减小。
(4) 应选 550为好, 此时K2Cr2O7无干扰。
(5) (?)先在 550 处求出cKMnO4, 再在 350 处求出A350(先由纯KMnO4和K2Cr2O7分 别求出它们的ε值), 则A350=A350(Cr) +A350(Mn)
A350(Cr)=A350-A350(Mn), 而A350(Cr)=ε350(Mn)×c(KMnO4), Cr的浓度c=A35Cr0/[ε350(Cr)×b] (?)找出等吸光点, 由 550处可知KMnO4浓度, 由此求出等吸光点处的ε, 再得 K2Cr2O7的浓度。
(?) 用双波长分光光度法, 由图中找出 1及 2(在 1与 2 处KMnO4有相同的A
值) A=A 1 —,A 2, 可得K2Cr2O7的浓度。
11、请画出紫外分光光度法仪器的组成图(即方框图)，并说明各组成部分的作用,
[答]
?????
?参 比 ?
????? 或读数指示器
???? ????? ???? ????? ?????
?光源???单色器???试样???检测器???记录器?
???? ????? ???? ????? ?????
作用:
41
光源:较宽的区域内提供紫外连续电磁辐射。
单色器:能把电磁辐射分离出不同波长的成分。
试样池:放待测物溶液
参比池:放参比溶液
检测器:检测光信号(将光信号变成电信号进行检测)
记录器:记录并显示成一定的读数。
第四章 红外光谱分析法
2(基本振动方程式
根据虎克(Hooke)定律，两个原子间的伸展振动可视为一种简谐振动，其频率可用下式近似估算:
常见键常数数据如下表
1、 红外光谱产生的条件
(1) 辐射应具有刚刚好能满足跃迁时所需要的能量。
42
(2) 辐射与物质之间有偶合作用(有偶极矩变化的振动)
二、 分子的振动类型及其表示
1、 伸缩振动:键轴的拉长或缩短用,表示;对称伸缩振动用,s表示;反对称伸
缩振动用,as表示;
2、 面Globar是一小的碳化硅棒。光源的影像必须比狭缝的最大宽度还要宽些 碳化硅棒光源最强辐射产生在5500—5000厘米-1(1(8—2(0微米)区域，当超过600厘米-1(16(7微米)区域时，能量降低为原来的1,600( Nernst丝在大约7100厘米-1(1(4微米)处提供最大的辐射能，当接近于较低频率区域时，能量降低为原来的1,1000(也就是光源提供原子振动能级跃迁所需要的能量。主要有硅碳棒、能斯特灯等
2(样品区:参比光束和样品光束进入样品区并分，别通过参比池和样品池(不透明的光束安装在光源室前面，以分别地挡住任一光束(精密的分光光度计的样品区可安放多种装样附件。样品池是放置样品的容器。主要有气体池、液体池(固定池、可变厚度池、可拆池、微量液体池)、固体池(样品架)。
43
3.单色器:分离复合光成单色光。包括入口狭缝、出口狭缝、色散元件、准直镜等。
色散元件均采用棱镜或光栅，光栅的应用最为广泛。目前，较新型的仪器采用干涉仪测定 物质的干涉光谱，然后再通过傅立叶变换转成普通的红外光谱。
4.检测器:检测器是利用它的热效应来测量辐射能的一种装置(两种常用的检测器类型是热电偶和测辐射热计(bdometef)( 在热电偶检测器中，辐射能将两个金属焊接点中的一个加热，而在两个接点之间产生一个与加热程度成正比的电动势(测辐射热计则随着加热而改变其电阻(它被作为电桥的一臂，因此，温度的改变将会在线路中引起一个不平衡的信号(此不平衡信号可被放大并记录下来，或者用来启动一个伺服机构以重新建立平衡。
由于检测器以转换频率(此频率取决于扇形镜的旋转)交替地收到参比光束和样品光束的信号，所以由吸收引起的任何辐射强度的改变将作为一个不平衡信号而被测得(放大后的检测器的不平衡信号被用来调整光学衰减器的位置，以使参比光束和样品光束的辐射能 保持相等强度(所需的衰减量是样品吸收程度的直接测量。衰减器的移动被记录笔记录下来(就是说检测器是将光信号转变成电信号的装置。主要有高真空热电偶、测辐射热计和高莱池。
5.记录仪:自动以波数为横坐标，透过率为纵坐标绘制红外光谱图。
二、 傅立叶红外光谱仪
44
?4—7红外光谱法的定性分析
定性分析依据:
?物质的分子都有各自的特有红外光谱，受其它分子影响很小，混合物的光谱是各自成分光谱的简单算术加和。
?分子的基团或键都具有特征振动频率，而特征振动频率又受相邻原子、原子团或分子构型的影响，发生位移。
一、 红外光谱定性分析特点
1、 特征性高—分子指纹
2、 不受试样相态、熔点、沸点和蒸汽压的限制
3、 所需试样少且分析时间短
4、 非破坏分析
六.思考题
1.测定时液体样品所用的盐片是什么材质?使用时应注意什么,
2.测定固体时，样品为什么一定要烘干燥,
练习题:
45
练习题和答案:
1、一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为( 3 )
(1) 玻璃 (2) 石英 (3) 卤化物晶体 (4) 有机玻璃
2、下列化合物在红外光谱图上1675,1500cm-1处有吸收峰的是 ( 1 )
(1)HO
CH3
(2)CH3CH2CN
(3) CH3
(4)COOOHCCCH3
3. 化合物中, C=O伸缩振动频率最高者为 ( 2 )
3
(1)
(2)CH3CH3COCH3
CH3
(3)COCH3
3
(4)COCH3
CH3
4. 在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为: ( 3 )
(1) KBr 晶体在 4000,400cm-1 范围 ( 3 )
(1) CH3CH2CN
46
(2) CH3OCH2(3)CHCH2NH2
(4) CH3CO-N(CH3)2
6.
羰基化合物 O R (I ), RR( I I I ) , Ar SO RÇ (? ò), SR( I V ) 中，C = O 伸缩振动
RRNO H
频率出现最低者为 ( 4 )
(1) I (2) II (3) III (4) IV
7. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为 ( 1 )
(1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 3
8.
在以下三种分子式中 C,C 双键的红外吸收哪一种最强? ( a ) (a) CH3- CH = CH2
(b) CH3- CH = CH - CH3(顺式)
(c) CH3- CH = CH - CH3(反式)
9，在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C,O 伸缩振动频率出现最高者为( 1 )
(1) 气体 (2) 正构烷烃 (3) 乙醚 (4) 乙醇
10当浓度增加时,苯酚中的OH 基伸缩振动吸收峰将向 方向位移.
11,当一定频率的红外光照射分子时，应满足的条件是所需的能量; 和分子的振动方式能
产生偶极矩的变化。才能产生分子的红外吸收峰。12, 如下两个化合物的双键的伸缩振动频
率高的为____a___. (a) =N-N=, ( b)-N=N- .
13,分子CH3CH2CHO在3000~2700cm-1的吸收带是由振动引起;
在1900~1650cm-1吸收带是由_ C,O伸缩振动引起;
在1475~1300cm-1吸收带是由14,计算甲醛中的 C,O 键 (kN/m) 在红外吸收光谱中所
产生吸收峰的近似波数和波长.
[答] 由于吸收带频率取决于原子质量和化学键的强度
所以 1 k
ζ = ???(??)1/2
2 c
(1) 对C = O
1 12.3×105×(12+16)×6.02×1023
ζ= ???????? ( ?????????????????)1/2= 1758 cm-1 2×3.14×3×1010
12×16
= 104/1758 = 5.7 m
47
(2) 对C-C
1 7.6×105×(12+12)×6.02×1023
ζ= ???????? ( ????????????????)1/2= 1464 cm-1 2×3.14×3×10
12×12
=104/1464 = 6.8 m
15,CO的红外光谱在2170cm-1处有一振动吸收峰,试计算
(1) CO键的力常数为多少?
(2) 14C的对应吸收峰应在多少波数处发生?
[答]
(1) 12 × 16 192
ζ = 2170 cm-1 = ?????? = ???
12 ， 16 28
k1/2 = 2170 ? 1302 ×(192/28)1/2 = 4.365
k = 19.05 19 N/cm
(2) N1/2 k(m1+m2) (6.022×1023)1/2 1.91×106(14+16)
(a) ζ = ???(???????)1/2 = ???????? (?????????)1/2 2 c
m1m2 2×3.14×3×1010 14×16 = 2.08×103 cm-1
16,C-O与C=O伸缩振动吸收, 二者键力常数之比k(C-O):k(C=O) =1:2.42, C-O在8.966 m处有吸收峰, 问C=O吸收峰的波数是多少?
[答] ζ=1/ , ζ(C-O) =104/8.96 =1116cm-1
ζ(C=O) [k(C=O)]1/2
??? = ????? , ζ(C=O) =ζ(C-O)[k(C=O)/k(C-O)]1/2
ζ(C-O) [k(C-O)]1/2 =1116×(2.42)1/2
=1116×1.56 =1714cm-1
17,下图是化学式为C8H8O的IR光谱, 试由光谱判断其结构。
-1[答] 不饱和度为 5, 3500 , 3000 cm 缺少任何特征峰，分子中无 -OH 基。约在 1690 cm-1 有 (C=O) 吸收带，可能为醛、酮或酰胺，分子式中无氮，不可能 为酰胺，又因 2700 cm-1 无醛基的 (C=H)峰，故该化合物为酮类。 3000 cm-1
以上及 1600，1580 cm-1 表示分子中有苯环，而 700 及 750 cm-1 两峰说明该化合
48
物为单取代苯，在 2900 cm-1 左右及 1360 cm-1 处的吸收表示含有 -CH3基。 综上所述，该化合物应为
O
CCH3
18,试比较下列各组(1) 伸缩振动
(2) 反对称伸缩振动
(3) 基频峰
19,甲苯甲腈(MeCN) 的 R谱如下, 指出标有波数的吸收峰的归属。
4000 3200 2500 2000 1700 1500 1300 1100 900 700
3030cm为苯基的ν=CH, 2920cm为甲基的νC-H ;
2217 m-1为νCN(因与苯环共轭使C?N 出现在较低波数); 1607, 1058和1450cm-1为苯环骨架振动;
817cm-1为对二取代苯的特征吸收峰。
第五章 核磁共振波谱法 -1 -1
49
核
磁共振谱图可以直接提供样品中某一种原子的各种化学状态或物理状态，并得出它们各自的定量数据。而这些数据并不需要纯物质的校正，谱带下面得面积直接与提供这种面积的原子核数成正比。
一些作为定性指标的“化学位移”值的测定，往往也可以用混合样品进行，不必事先分离提纯，只要待测化合物的特征吸收峰与共存杂质的不互相重叠即可。
同红外光谱一样，摄制核磁共振谱不破坏样品。
一、 偶合机制
以乙基苯中存在着二组质子为例，即Ha(结合在一个碳原子上，组成甲基)和Hb(组成次甲基)。在进行核磁共振分析时，在甲基中的Ha除了受外界磁场的作用外，还受到相邻碳原子上Hb的影响。由于质子是在不断自旋的，自旋的质子产生一个小磁矩，已如前述。对于Ha来说，在相邻碳原子上有二个Hb，也就是在Ha的近旁存在着二个小磁铁，通过成键的价电子的传递，就必然要对Ha产生影响，使Hb受到的磁场强度发生改变。由于质子的自旋有二种取向，二个Hb的自旋就可能有三种不同的组合，即(1)??，(2)??，
(3)??。假使(1)这种情况产生的核磁与外界磁场方向一致，使Ha受到的磁场力增强，于是Ha的共振信号将出现在比原来稍低的磁场强度处;(2)与外磁场方向相反，使Ha受到的磁场力降低，于是使Ha的共振信号出现在比原来稍高的磁场强度处;(3)对于Ha的共振不产生影响，共振峰仍在原处出现。由于Hb的影响，Ha的共振峰将要一分为三，形成 三重峰。又由于(3)这种组合出现的概率二倍于(1)或(2)，于是中间的共振峰的强度也将二倍于(1)或(2)，如图所示，其强度比为1:2:1。
同样情况，Ha也影响Hb的共振，三个Ha的自旋取向有八种，但这八种只有四个组合是有影响的，故三个Ha质子使Hb的共振峰裂分为四重峰，各个峰的强度比为1:3:3:1如下图。
50
一般来讲，裂分数可以应用(n+1)规律，即二重峰表示相邻碳原子上有一个质子;三重峰表示有二个质子;四重峰则表示有三个质子等。而裂分后各组多重峰的强度比为:二重峰1:1三重峰1:2:1;四重峰1:3:3:1等。即比例数为(a+b)n展开后各项的系数。
二、 偶合常数
裂分后各个多重峰之间的距离，用偶合常数表示。它具有下述规律:
(1)偶合裂分是质子之间相互作用所引起的，因此J值的大小表示了相邻质子间相互作用力的大小，与外部磁场强度无关。这种相互作用的力是通过成键的价电子传递的，当质子间相隔三个键时，这种力比较显著，随着结构的不同，J值在1,20Hz之间;如果相隔四个单键或四个以上单键，相互间作用力已很小，J值减小至1Hz左右或等于零。根据相互偶合的氢核之间相隔键数，可将偶合作用分为:同碳偶合(相隔二个键)，邻碳偶合(相隔
3三个键)和远程偶合(相隔三个键以上)，并用2J J分别表示同碳和邻碳偶合。
(2)由于偶合是质子相互之间彼此作用的，因此互相偶合的二组质子，其偶
合常数j值相等。
(3)j值与取代基团、分子结构等等因素有关。
(4)等价质子或磁全同质子之间也有偶合，但不裂分，谱线仍是单一尖峰。
由于偶合裂分现象的存在，使我们可以从核磁共振谱上获得更多的信息，如根据偶合常数可判断相互偶合的氢核的键的连接关系等，这对有机物的结构剖析极为有用。目前已累积大量偶合常数与结构关系的实验数据，并据此得到一些估算偶合常数的经验式。一些质子的自旋—自旋偶合常数见下表。
51
三、 N+1规律
1、 偶合峰的数目:
当某基团上的氢有n个相邻的氢时，它将显示n+1个峰，若这些相邻的氢再不同的环境中(如一种环境的氢为n个，另一种环境中的氢为n`个)，则将显示( n+1)(n`+1)个峰。若这些不同环境的邻近氢与该氢的偶合常数相同时，则可把这些不同环境的总氢数令其为n，然后仍按n+1规律计算分裂的峰数
2、 偶合峰的高度:
一级图谱的各峰高度比也有一定的规律，基本上为二项式展开后的各项系数比:
单峰 1
双峰 1 1
三重峰 1 2 1
四重峰 1 3 3 1
五重峰 1 4 6 4 1
六重峰 1 5 10 10 5 1
七重峰 1 6 15 20 15 6 1
n+1规律仅是一个近似规律，因为我们分析某一基团上的氢的分裂时，把它当作一个孤立体系，然后再加上与其相邻基团上氢的偶合作用的小修正。这种情况，只有当J(偶合常数)<<Δυ(化学位移差值)时才能成立。当J和Δυ相近到一定程度时，甚至J?Δυ时，n+1规律就不能解释谱图。一般认为当Δυ/Jab?6时，可以作为一级谱图用n+1规律解释。
3、 偶合范围:
被三个以上的共价键隔开的两个质子之间基本上没有自旋偶合(共轭体系中的质子除外)。
?5—6化合物自旋系统的分类及常见的自旋系统
一、 化合物按自旋系统分类的定义和规定
1、 分子中化学位移等价的核构成一个核组
等价的核是指分子中，通过对称操作后，一些核(H`)可以互换则这些核的化学
52
位移不变。
2、 分子中相互作用(自旋偶合)的许多核组构成一个自旋系统
自旋系统内部的核不与自旋系统外部的任何核相互作用，也就是说自旋系统是孤立的。
3、 在一个自旋系统内，若一些核组化学位移近似，即它们之间的化学位移差Δ
υ小于或等于它们的偶合常数J，则这些化学位移近似的核组分别以A、B、C、D-----------表示之。若核组中包含有n个核，则在其字母右下角附标n。
4、 在一个自旋系统内，若包含有几种核组，每种之内的核组化学位移相近，但
每种与每种之间的核组的化学位移差值远远大于它们之间的偶合常数，则其中一种核组用A、B、C、D-----表示，另外一组用K、L、M、N-------表示，第三种核组用W、X、Y、Z--------表示。
5、 在一个核组中，若这些核磁不等价，用同一字母表示，但要分别在字母右上
角加撇，双撇等。
所谓磁等价与磁不等价是指，化学位移等价的核，若它们对其它任何一个原子核都以相同的大小偶合，则这些化学位移等价的核称为彼此磁等价的核。
(磁等价:指通过所探求的核垂直于两等价质子之间的联线的平面，作对称转动180度后，两质子的化学环境不改变。)
53
?5—7核磁共振氢谱的解析
一、 解析步骤
1、 看峰的位置:利用化学位移确定该峰归属于什么基团上的氢。这要用有关化
学位移的知识。
2、 看峰的大小:可由仪器给出的峰下面所包围的积分面积，来确定各基团之间
含氢的数目比。
3、 看峰的形状:确定基团和基团的相互关系。这一步要用n+1规律进行解释。
4、 解析谱图的一般程序和注意事项
(1) 首先要检查图中有无不规则情况，样品中若含有铁，Fe3+、Cu2+和Mn2+
等顺磁物质将使谱线变宽，事先必须将这些杂质除去。样品中含有
O2也可以使谱线加宽，必要时借通入N2或深冷方法除去。
(2) 识别“杂质峰”在使用氘代溶剂时，由于有少量非氘代溶剂存在，而
在谱图上会出现`H的小峰。
(3) 根据积分曲线，计算各峰的相对面积。若分子的总质子数已知，则总
积分面积应与此相应，在此基础上，按比例关系即可求出每个或每组
峰所代表的质子数。若分子的总质子数未知，则由可靠的甲基讯号或
孤立的次甲基讯号为标准，按比例推算各峰的相对质子数。
(4) 根据化学位移、偶合常数与结构的一般关系，识别一些单峰及特征峰，
例如:CH3O、CH3N、CH3-Ph、CH3-C=O、CH3-C=C、CH3-C等孤立
的甲基质子讯号，以及典型的CH3CH2-峰，低场的羧酸基、醛基峰等。
从化学位移值识别各组峰的化学化学环境，如芳环、饱和烃链、烯烃
等，先解析没有偶合的单峰，然后再解吸有偶合的多重峰。
(5) 如果结构中可能含有OH、NH、COOH等，应当将滴加重水前后的谱
图进行比较，若加重水后(D2O)相应讯号消失，则可认为有此类活
泼氢存在。
(6) 识别谱图中的一级谱图，读出J值，验证J值是否合理。在实际工作
中，可以先推出几种可能结构，然后利用取代基常数计算化学位移值，
以作初步校证，去掉不合理的分子结构。
(7) 最后，将全部结果与可能合理的分子结构逐一核对:
A、 不同化学环境的核群数目应等于共振峰的数目。
B、 不同化学环境中核的相对数应等于共振峰的相对面积。
C、 一种基团与邻近基团的关系应符合各对应共振峰的精细结构。
D、 有时也找出类似化合物的共振谱图进行比较。
二、 谱图化简方法
1、 位移试剂法
2、 双照射法
3、 采用高频率的仪器测定
54
?5—8核磁共振氢谱的应用实例
总的讲来，从一张核磁共振图谱上可以获得三方面的信息，即化学位移，偶合裂分和积分线。下面举例说明如何用这些信息来解释图谱。
例1 已知
的核磁共振图谱如图所示。试解释各个吸收峰。
解:根据化学位移规律，在δ=2.1处的单峰应属于一CH3的质子峰;,CH2中Ha和Hb
在δ=4—5处，其中Ha应在δ=4(43处，Hb应在δ=4(74处;而Hc因受吸电子基团一
COO的影响，显著移向低场，其质子峰组在δ=7(0,7(4处。从裂分情况来看:由于Ha和Hb并不完全化学等性(或磁全同)，互相之间稍有一定的裂分作用。
Ha受Hc的偶合作用裂分为二(Jac=6Hz);又受Hb的偶合，裂分为二(Jab=1Hz)，因此Ha是两个二重峰。
Hb受Hc的作用裂分为二(Jbc=14 Hz);又受Ha的作用裂分为二(Jba=1Hz);因此Hb也是两个二重峰。
Hc受Hb的作用裂分为二(Jcb=14Hz);又受Ha的作用裂分为二(Jca=6Hz);因此Hc也是两个二重峰。
从积分线高度来看，三组质子数符合l:2:3。因此图谱解释合理。
例2 此图是化合物C5Hl0O2在CCl4溶液中的核磁共振谱，试根据此图谱鉴定它是什么化
合物。
练习题及答案:
1化合物Cl-CH2-CH2-Cl 1HNMR谱图上为 ( 1 )
(1) 1个单峰 (2) 1个三重峰 (3) 2个二重峰 (4) 2个三重峰
2核磁共振波谱法中乙烯, 乙炔, 苯分子中质子化学位移 值序是 ( 1 )
(1) 苯 > 乙烯 > 乙炔 (2) 乙炔 > 乙烯 > 苯 (3) 乙烯 > 苯 > 乙炔 (4) 三者相等 3核磁共振波谱法, 从广义上说也是吸收光谱法的一种, 但它同通常的吸收光谱法 (如紫外、 可见和红外吸收光谱)不同之处在于
( 2 )
(1) 必须有一定频率的电磁辐射照射 (2) 试样放在强磁场中
(3) 有信号检测仪 (4) 有记录仪
4一种纯净的硝基甲苯的NMR图谱中出现了3组峰, 其中一个是单峰, 一组是二重峰, 一组是三重峰. 该化合物是下列结构中的 ( b )
55
CH3(a)(c)O2NCH32
2
3
NO2
(d)2O2(b)CH3NO2
2 5 在 60 MHz 仪器上，TMS 和一物质分子的某质子的吸收频率差为 120Hz，则该质
子的化学位移为 ( 1 )
(1) 2 (2) 0.5 (3) 2.5 (4) 4
6考虑3,3-二氯丙烯(CH2=CH-CHCl2)的NMR谱, 假如多重峰没有重叠且都能分辨,理论 上正确的预言是 ( 3 )
(1) 有3组峰, 2位碳上的质子是六重峰 (2) 有3组峰, 2位碳上的质子是四重峰
(3) 有4组峰, 2位碳上的质子是八重峰 (4) 有4组峰, 2位碳上的质子是六重峰 7使用60.0MHz的仪器, TMS吸收和化合物中某质子之间的频率差为180Hz。若使用 40.0MHz的仪器, 则它们之间的频率差是( 2 )
(1) 100Hz (2) 120Hz (3) 160Hz (4) 180Hz
8在 (CH3)2CHCH2 - OH 中核磁共振吸收峰面积之比为哪一组数据 ? ( 1 )
(1) 6 : 1 : 2 : 1 (2) 6 : 3 : 1 (3) 3 : 1 : 2 : 1 (4) 6 : 1 : 2
9化合物C6H5CH2C(CH3)3CH2在3)3 1HNMR谱图上有( 2 )
(1) 3组峰: 1个单峰, 1个多重峰, 1个三重峰
(2) 3个单峰
(3) 4组峰: 1个单峰, 2个多重峰, 1个三重峰
(4) 5个单峰
10当外加磁场强度B0增加时,对质子来说,由低能级向高能级跃迁时所需能量 要高
11在核磁共振波谱法中, 记录纸上横坐标自左向右对应于扫描磁场由_____变_____,故称 横坐标左端为________场, 右端为________场。
[答] 弱、强、低、高。
12自旋量子数 =0原子核的特点是__13在60MHZ仪器上和在300MHZ的仪器上测定同一化合物的 质子的共振谱,相对于TMS, 两仪器上测得的化学位移 是_________,该质子与TMS的频率差在两仪器上是_______。
相同的; 不同的
14化合物(a )、(b)、(c)结构如下: (c)(b) (a) 1HNMR 这三个异构体谱的区别是_____________________________
烯键上的质子数(或积分面积比)(a):(b):(c),0:1:2。
56
15化合物C4H8O2的三种异构体为:
( a )乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3
( b )丙酸甲酯CH3CH2COOCH3
( c )丁酸CH3CH2CH2COOH
三者的1HNMR谱图中都有一个单峰,在同一仪器相同条件下测定这三个单峰化学位移值δ的大小顺序为______________。 c> b> a。
16 (1).在核磁共振波谱法中，常用 TMS(四甲基硅烷) 作 1) 通常用四甲基硅烷 (TMS) 作是化学惰性的，它易溶于大多数有机溶剂，沸点只有 27?，测量完毕后只需加热，即可将其 除去，使试样获得回收。
2) 1= 134/60 = 2.23 2= 240/60 = 4.00
1 = 2.23×100 = 223 Hz 2 = 4.00×100 = 400 Hz
17当采用90MHz频率照射时, TMS和化合物中某质子之间的频率差为430Hz, 这个质子 吸收的化学位移是多少? [答] = / o×106 =(430×106)/(90×106) =4.78 18两个异构体A和B, 分子式皆为C8H10O, 它们的 R和1H-NMR的谱图如下所示,
试推测其结构。
答:算得不饱和度为4,可能存在芳环,(C6H5-)这在NMR谱中得到证明; 又根据谱图δ=7.15 含有5个氢原子, 可知是一取代芳烃; 再根据IR谱图3380cm-1有宽强吸收峰, 可能存在-OH, 这两个基团总和为C6H6O, 这样分子式C8H10O减C6H6O还有C2H4. 根据NMR 分裂型
式和化学位移提供的信息, 最后可确定化合物
3
A为 CH2CH2OH B
为
57 OH
19有一无色液体化合物, 分子式为C6H12, 它与溴的CCl4溶液反应, 溴的棕黄色消失. 该 化合物的核磁共振谱中, 只在 =1.6处有一个单峰, 写出该化合物的结构式.
[答] (CH3)2C=C(CH3)2
20下列环烯中, 能产生核磁共振信号的质子, 各有几种类型?请用a,b,c,d标在下列结构
式上。
13
2
答:(1)
cbbb
aabbbb 两种类型 (2)b 两种类型 (3)
c 三种类型
第六章 质谱法
?6—1基本原理
质谱法是离子化的原子或分子分离和记录的方法。
当具有一定能量的电子冲击原子或分子时，使分子或原子失去一个价电子(偶然也可失去一个以上的价电子)成为带一个正电荷的阳离子。有时有机分子也可能获得一个电子而成为阴离子，但这个几率只有千分之一左右，所以在质谱分析上阴离子谱并不常用。 ?6—2仪器装置
一、 单聚焦质谱计
二、 双聚焦质谱计
58
三、 四极杆质谱计
四、 离子阱质谱计
?6—6影响裂片离子形成的因素
裂片离子的形成受化学结构的支配，了解裂片形成的规律，即可根据裂片分析结果，推导有机物分子结构。 (
化学结构因素影响裂解离子的形成主要表现在两方面:(1)能导致产生稳定裂解产物的裂解反应发生的机率高;(2)有利于能量分布，即反应中间过渡:状态活化能低的裂解反应优先发生。结构因素是通过诱导效应、共轭效应和空间效应来起支配作用的。总括起来说，下面几种裂解容易发生:
59
(1)产生分枝正碳离子，丙烯基离子、苄基离子或离子的裂解;
(2)含有杂原子的官能团的α—裂解; (
(3)引起中性分子脱离的裂解;
(4)经过六员环中间过渡状态的重排裂解。 (
现分别讨论如下:
一、 产生分枝正碳离子、丙烯基离子、苄基离子或离子的裂解
脂肪碳链的分子离子，在分枝部分的键受到侧链烃基推电子诱导效应，键的极化度大，容易断裂，正电荷保留在取代基较多的碳原子裂片上，因为这样的正碳离子由于,键的超共轭效应而有比较大的稳定性，如:
稳定性的顺序一般是:叔正碳离子,仲—,伯—
或者表示为:
叔正碳离子上取代基最多，,键超共轭效应最强，正电荷离域效果最大，所以最
稳定，最优先产生。叔正碳离子最稳定(是与仲和伯正碳离子比较而言)的另一原因可从空间效应来理解:在未裂解前三个体积庞大的烃基处于四面体空间排列;键角109‘28，;裂解后成为正碳离子处于平面空间排列键角120，使彼此拥挤的空间阻力得到舒缓，稳定性增加，故发生这种裂解的趋向大。
烃基的推电子诱导效应是随烃基增大而增强的。据此不难理解下列化合物中，极化度最强的是C—Bu键(式中Me=甲基，Et=乙基，Bu=丁基)，这个键最易失去电子成为离子:
它就裂解成为稳定的仲正碳离子:
裂解时优先丢失的是较大的烃基。
同理可知2;2，4，4—四甲基戊烷易裂解产生叔正碳离子(C4H9+)。事实上m,e=57的
峰成为它的质谱中的主峰(基准峰)。可以预见;分枝越多的碳链脂肪烃越不易形成分子离子峰;而更易进一步裂解成为更碎的裂片。例如;正辛烷的M峰相对强度为6.7%而2,2，4，4—四甲基戊烷的M峰相对强度只有0.02%。带有侧链的环烷烃很容易失去侧链,成为较稳定的仲正碳离子:
60
脂肪碳链很容易裂解产生(C3H7)+(m,e=43)和C4H9+(m,e=57)离子，所以烷烃质谱
中经常出现这两种离子的主峰。这两种稳定离子形成趋势如此之大，甚至可以通过任意重排产生由以上讨论可知在碳链中裂解丢失一个CH2碎片是很困难的，CH3也很难丢失,除非在分侧链上。
芳香环(包括杂环}和含双键化合物，脂环化合物的M峰通常都较强。前两类化合物M+较稳定可能是由于π键的共轭效应，后一化合物M+稳定是基于这样的事实:自环中丢失碳原子意味着要断开两个C—C键，能量要求太大，不容易发生。丙烯基型裂解容易发生是由于产生的离子上正电荷与π电子共轭而致稳的缘故:
相似理由，带有侧链的苯环易于发生Cα—Cβ键裂解(苄基型裂解)，由于产生的苄基
离子上正电荷与苯环大π键发生共轭而致稳，所以其质谱上出现m,e=91的强峰。有人研究指出:在大多数情况下，生成的苄基离子立即重排成为非常稳定的离子。因为按休克尔4n+2规则，离子含6个π电子，正如苯环那样稳定和具芳香性:
苯环与取代基之间的键断裂也可能发生(所谓乙烯基型裂解)，不过不及苄基裂解那样
容易发生，裂解形成相对稳定的苯基正离子如:
另一方面，含C3以上烃基的芳环侧链上却不易发生Cβ—Cγ键的断裂，因为不能形
成，稳定离子。
二、 含有杂原子官能团的α—裂解
杂原子上的未共用电子对能与带正电荷的α—碳发生共轭，如:
61
等，使这样的裂片离子有较大的稳定性。因此，醇、醚、胺、硫醇、硫醚等易发生α—β裂解。即与杂原子相连处的C—C键断裂，如:
杂原子对正碳离子的致稳作用随杂原子的电负性递降而增大;。所以如果同一分子，中有两种不同杂原子的官能团时，究竟哪一种官能团优先支配裂解，将遵循上述次序，例如:
促使这种裂解发生的推动力不仅是由于上述的杂原子共轭致稳效应，有时β—H转移也是
促进再发生一次这样α—裂解的内因，如:
62
含有羰基的化合物、醛、酮、酯等也容易发生α—裂解，也是由于氧原子上P电子与C+发生共轭而致稳的缘故，如:
三、 引起中型分子脱离的裂解
含有氧、硫或氮的分子离子很容易失去稳定性较高的中性小分子，如水、烯;一氧化碳;低分子醇、HCN、氧化氮、NH3、H2S、低分子硫醇，这样的裂解通常使原来产生的亚稳离子发生重排。
四、 经过六元环的重排裂解
质谱中，一些碎片离子的形成往往可以被解释为是经过六员环的中间过渡状态的重排裂解;这一规律在解析质谱时很有用。属于这种类型的重排裂解最常见的有下述两种:
(1)麦克拉夫娣重排裂解:凡具有γ—氢原子的醛、酮;酸;酯、环丙烷、烯烃、侧链
芳烃以及含硫羰基、双键氮等的化合物，经过六员环空间排列的过渡状态，γ
—氢原子重
排转移到带正电荷的杂原子上，接着发生烯丙基β—裂解这种裂解称为麦克拉夫娣裂解， 可用通式表示于下:
63
如果γ位置无H原子，一般情况下将不发生这种重排裂解。
(2)逆向狄尔斯—阿德尔裂解 有机合成化学中熟知的狄尔斯—阿德尔反应是由共轭双烯与嗜双烯物发生闭环加成反应产生环己烯衍生物。在质谱中，一些裂片离子的形成可解释为是由环己烯衍生物，或者经过含不饱和键的六员环空间排列，裂解成为共轭双烯正离子。从表面上看，这裂解过程刚好是狄尔斯—阿德尔加成反应的逆向过程，因此称为逆向狄尔斯—阿德尔裂解。这种以六员环中双键为起点的裂解，在萜类、黄酮、甾类及植物碱等化合物中经常遇到。如:
一些邻位取代的芳香族化合物发生这种裂解时，是经过六员环过渡状态排列，往往是
失去一个小的中性分子裂片。
例如:
64
可以想见:具有类似结构的环己烯或开链不饱和烃的衍生物有可能发生类似裂解。 ?6—7各类化合物的质谱
一、 烃类
(一)烷烃
1、 直链烃的M峰常可观察到，不过其强度随分子量的增大而减小。
2、 M-15峰最弱，因为直链不易失去甲基。
3、 M/e43(+C3H7)和M/e57(+C4H9)峰总是最强(基准峰)，因为丙基离子和
丁基离子很稳定的缘故。。支链烃往往在分支处裂解形成的峰强度较大，因为形成稳定的仲或叔正碳离子。
4、 环烷的M+一般较强，环开裂时一般失去含两个碳的裂片，常有M/e=28、
M/e=29和M/e=M-28、M-29的峰。 +
65
(二)烯烃
? 烯烃易失去一个π电子，所以其分子离子峰明显，其强度随分子量的增大而
减弱。
i. 烯烃质谱中最强峰(基准峰)是双键β位置C-C键断裂峰(丙烯基裂解)
C=C-C- -C带有双键的裂解碎片带正电荷。
ii. 值得注意的是，由质谱裂片峰并不能确定烯烃分子中双键位置异够体，因为
在裂解过程中往往发生双键的位移。
(三)芳烃
1、 分子离子峰明显，M+1和M+2峰可精确量出。便于计算分子式。
2、 带烃基侧链的芳烃常发生苄基型裂解，产生卓翁离子基准峰M/e=91，若基准
峰的M/e比91大14n，则表明苯环α碳上另有甲基取代基，形成了取代的卓翁离子。
3、 带有正丙基或丙基以上侧链的芳烃(含γ-H)经麦氏重排产生C7H8离子
(M/e=92)。
二、 醇类化合物
1、 分子离子峰很弱或者消失。
2、 所有伯醇(除甲醇)及高分子仲醇和叔醇易脱水形成M-18峰，不要将M-18
66
峰误认为分子离子峰。
3、 开链伯醇可能发生麦氏重排(1、4失水)，同时脱水和脱烯。
4、 羟基的Cα-Cβ键容易断裂，形成极强的M/e=31的峰。
5、 丙烯醇型不饱和醇的质谱有M-1峰 。
三、 卤化物
1、 脂肪族卤化物M+峰不明显，芳香族的卤化物M+峰明显。
2、 卤化物的同位素峰是很明显和有特征的。
3、 卤化物质谱中通常有明显的X，M-X，M-HX，M-H2X峰和M-R峰。
67
四、 醚类
1、 脂肪醚的M+很弱但可以观察出来，芳香醚的M+峰较强。
2、 脂肪醚的主要裂解方式:
β-裂解 ;α-裂解;重排α-裂解;
五、 醛和酮
1、 羰基化合物氧原子上未配对电子很容易被轰去一个电子，所以醛和酮的M+峰
都很明显。
2、 主要裂片峰是由麦氏重排裂解产生的。
3、 醛和酮也可产生醛和酮。
68
六、 羧酸
1、 分子离子峰较弱但可以观察到。
2、 最特征峰是M/e=60的峰，由麦氏重排裂解产生。
七、 羧酸酯
羧酸酯的强峰(有时为基准峰)通常来源于α-裂解和麦氏重排裂解。
练习题及答案:
1在C2H5Br中, Br原子对下述同位素离子峰有贡献的是: ( 4 )
(1) M (2) M+1 (3) M+2 (4) M和M+2
2一个酯的质谱图有m/z74(70%)的强离子峰,下面所给结构中哪个与此观察值最为一致?
( 1 )
(1) CH3CH2CH2COOCH3 (2) (CH3)2CHCOOCH3
(3) CH3CH2COOCH2CH3 (4) (1)或(3)
3分子离子峰强的化合物是:( 3 )
(1)共轭烯烃及硝基化合物 (2)硝基化合物及芳香族
(3)芳香族及共轭烯烃 (4)脂肪族及环状化合物
4 在溴己烷的质谱图中，观察到两个强度相等的离子峰，最大可能的是:( 4 )
(1) m/z 为 15 和 29 (2) m/z 为 93 和 15
(3) m/z 为 29 和 95 (4) m/z 为 95 和 93
5 R?,?+ ??? R+ + ,? 的断裂方式为: ( 3 )
(1) 均裂 (2) 异裂 (3) 半异裂 (4) 异裂或半异裂
6 按分子离子的稳定性排列下面的化合物次序应为 ( 1 )
(1) 苯 > 共轭烯烃 > 酮 > 醇
(2) 苯 > 酮 > 共轭烯烃 > 醇
(3) 共轭烯烃 > 苯 > 酮 > 醇
(4) 苯 > 共轭烯烃 > 醇 > 酮
7 某化合物分子式为C6H14O, 质谱图上出现m/z59(基峰)m/z31以及其它 弱峰m/z73，
m/z87和m/z102. 则该化合物最大可能为 ( 2 )
(1) 二丙基醚
(2) 乙基丁基醚
(3) 正己醇
(4) 己醇-2
8 一种酯类(M=116), 质谱图上在m/z57(100%), m/z29(27%)及m/z43(27%)处均有 离子峰, 初步推测其可能结构如下, 试问该化合物结构为 ( 2 )
(1) (CH3)2CHCOOC2H5
(2) CH3CH2COOCH2CH2CH3
(3) CH3(CH2)3COOCH3
(4) CH3COO(CH2)3CH3
9 某胺类化合物, 分子离子峰M+=87, m/z30为基峰, 则它最可能是 ( 1 )
(1) (CH3)2CHCH2CH2NH2
CH3
69
(2) CH3CH2-C-NH2
CH3
CH3
(3) CH3CH2CH2CHNH2
(4) (1)或(3)
10. 同位素离子峰位于质谱图的最高质量区,计算___________与___________的强度比,根
据________表确定化合物的可能分子式。答:同位素离子峰;分子离子峰;拜隆。
11. CO2经过质谱离子源后形成的带电粒子有 CO2+ 、CO+、C+、CO22+等，它们经加速
后进入磁偏转质量分析器，它们的运动轨迹的曲率半径由小到大的次序为 _______ 。
[答]
因为: CO2+ 、CO+、 C+、 CO22+
m/z 44 28 12 22
次序为: C+、 CO22+、 CO+、 CO2+
12. 质谱图中出现的信号应符合氮规则，它是指[答] 在含有C、H或O等的
有机化合物中，若有偶数(包括零)个氮原子存在时，其分子离子峰的m/z值一定是偶数;
若有奇数个氮原子时，其分子离子峰的m/z值数一定是奇数。
13. 因亚稳态离子峰是亚稳离子在离开_________后碎裂产生的, 故在质谱图上____于其
真实质荷比的位置出现.它的出现可以为分子的断裂提供断裂途径的信息和相应的____离
子和_____离子。答:电离室;低;子;母。
14. 除同位素离子峰外,分子离子峰位于质谱图的_____区,它是由分子失去________生成
的,故其质荷比值是该化合物的_________。答:最高质量;一个电子;相对分子质量。
15. 某化合物相对分子质量M=142, 质谱图上测得M+1/M=1.1%(以轻质同位素为100
时, 某些重质同位素的天然强度是: 13C: 1.08; 2H: 0.016; 15N: 0.38), 则该化合物的经验式是: ( 3 )
(1) C8H4N3 (2) C4H2N2O4 (3) CH3I (4) C11H10
16. 一个二溴化合物中可能的同位素组合是_____________;其M,(M+2),(M+4)的相
对强度比是___________。答:79Br79Br(M)、79Br81Br(M+2)、81Br81Br(M+4);1:2:1。
17. 高分辨质谱仪一个最特殊的用途是获得化合物________________________。
[答] 精确的相对分子质量、分子式、化合物的大致类型
18. 试计算下列化合物的(M+2)/M和(M+4)/M的值:
(1) 二溴甲苯
(2) 二氯甲烷
[答] 根据二项展开式(a+b) , 可知:
(1) M:(M+2):(M+4)为1:2:1
(2) M:(M+2):(M+4)为9:6:1 =1:0.67:0.11
19在C100H202中, (M+1)/M为多少? 已知13C强度为1.08; 2H为0.02
[答] (M+1)/M =1.08×100+0.02×202 =112
20 预测化合物CH3CH2Br的主要断裂过程以及在质谱上的主要离子峰。
70
CH3
CHCHCH2CH3CH2+.(m/e 108, m/e 110)
++Br(m/e 79, m/e 81)
..CH2CH3CH3+CH2 因此在质谱图上除出现m/z 108和110的分子离子峰和同位素离子峰外，尚有m/z 79 和81，29的离子峰，前两对峰强度相等。
21. 下面列出C2H6O的质谱数据，试鉴定此两异构体。
(1) m/z 46 45 31
相对强度 16 50 100
(2) m/z 46 45 31
相对强度 61 100 5
答:(1)计算不饱和度为Ω,1+n4+(n3-n1)/2,1+2-6/2 = 0为饱化合物。因仅含一个氧，所
+以该化合物不是醇，就是醚。因最强峰m/z 31，它是CH2=OH 的碎片离子，是由醇或醚
的β- 开裂产生的，因此该化合物为乙醇CH3CH2OH。
(2)此化合物相对分子质量46，最强峰m/z 45，是分子离失去一个氢产生的，此化合物为(1)的异构体，因此为二甲醚 CH3-O-CH3。
22. 预测化合物CH3COC3H7的主要断裂过程以及在质谱上的主要离子峰。
O(1)CH3O.+Br.(m/e 29)
O
(2)CH3
.C3H7+C3H7CH3.( m/e 86)3H7CH3CO+( m/e 43)+
(3)C3H2
2
+C3H7
C3H7+CO+( m/e 71)( m/e 43)(4)C3H(5)CH22++OHCHCH3( m/e 58)
因此该化合物质谱图上出现m/z 86(分子离子峰)，m/z 43，71，58(重排离子峰)
等离子峰。
23. 一台普通的色谱仪和一台普通的质谱计要联结起来进行色质联用测定，在联结两 种仪器时最主要需要考虑和解决的问题是什么,
[答] 色谱流出物为组分和载气的混合物，质谱要求较纯的组分，而且真空度较高， 需要用分子分离器，除去大量的载气。
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24. 某化合物质谱图上的分子离子簇为: M(140)14.8%; M+1(141)1.4%; M+2(142)0.85%. 试确定其分子式中所含的主要元素及可能的个数.
[答] 其分子式中含1个硫原子, 不超过9个碳原子.
第七章 原子吸收光谱分析方法
1、光源系统
光源是原子吸收分光光度计的重要组成部分，它的作用是发射待测元素的特征谱线(一般是共振线)。半宽小、高强度、低背景的光源，是取得好的分析结果的基础。一般要求半宽度小于0.00X nm。另外，还要求结构牢靠、使用寿命长。目前使用最普遍的光源是空心阴极灯，其它还有无极放电灯和高强度空心阴极灯。
可用以下方法鉴定空心阴极灯:
(1)强度 优质空心阴极灯在较小的工作电流下仍具有较大的发光强度在1/3—2/3的最大工作电流、1/3—2/3的最大光电倍增管负高压下，对共振线扫描，记录仪可达满刻度，即为合格灯。
(2)背景 指共振线两侧的发光强度。在发光稳定，具有最佳灵敏度的工作电流下，当共振线强度调至满刻度时，两侧背景强度应小于1%。
(3)稳定度 灯经30分钟预热后，连续记录30分钟，吸光度最大漂移不大于0.00044nm。
2、原子化系统
原子化系统是原子吸收分光光度计的关键组成部件，它的作用是将样品中的待测元素转化为自由态原子蒸气，原子化效率直接影响到测定灵敏度。原子化装置一般包括火焰原子化系统、石墨炉原子化系统和氢化物发生器三种类型。
(1)火焰原子化系统
一般由雾化器、雾化室和燃烧器组成。
?雾化器:它是原子化系统的核心部件，直接影响分析灵敏度和精密度。其喷嘴形状和毛细管喷口与节流嘴端面的相对位置及同心度是影响雾化效率的主要因素。
要求雾化器的雾化效率高，应大于8%;雾滴细，直径5-10 m的雾滴占较大比例;喷雾稳定。
?雾化室:撞击球与雾化器喷嘴之间的相对位置至关重要，靠近则雾化效果好而稳定性差，远离则雾化效果差而稳定性好。仪器通常在出厂前经过严格调试，确定了最佳位置，操作人员尽量不要改动。
?燃烧器:经过雾化的样品进入燃烧器后，在火焰高温和火焰气氛下，经干燥、熔融、蒸发、离解过程产生大量的基态原子和部分激发态的原子、离子和分子，只有较高的原子化效率才能保证有较高的灵敏度和精密度。目前应用的原子吸收分光光度计多采用预混合式燃烧器，其火焰分预热区、第一反应区、中间薄层区和第二反应区。一般中间薄层区是主要的原子化区。燃烧器有单缝、三缝两种。三缝燃烧器适用于粘度大的样品，一般很少使用。
(2)无火焰原子化系统
作为一种高灵敏度的分析技术，石墨炉原子吸收光谱分析一直是痕量元素分析的主要手段，其主要设备—石墨炉由电极座、石墨锥、石墨管和其它辅助设备(氩气保护气路系统、水冷却系统、电源控制系统)构成。样品在石墨管中经干燥、灰化、原子化，而后被测定。背景校正通过塞曼效应或氘灯背景校正系统进行。
石墨管是石墨炉原子化系统的关键部件，样品在石墨管中的反应极其复杂，优质石墨
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管应当具备:记忆效应小、升温速度快、检测灵敏度高、抗氧化能力强、使用寿命长等特点。目前，热解涂层石墨管因其优越的性能而得到广泛应用。当然，在实际工作中，还应当根据分析样品的性质选择不同的石墨管。
(3)氢化物发生器
氢化物原子吸收法，是基于某些元素在酸性介质中被还原成为该元素的氢化物并从溶液中分离出来，经加热分解产生基态原子而进行的原子吸收分析，如铅、砷、硒、锗、锡、碲、锑、铋等元素，均可采用氢化物原子吸收法进行测定。
由于氢化物生成后，被载气带入石英管中，从而与反应皿脱离，这样就消除了部分基体干扰，其灵敏度比火焰原子吸收法高出约三个数量级，但精密度相对较低。
3、分光系统
原子吸收分光光度计的光学系统包括单色器和外光路两部分。其核心部件为单色器。单色器色散性能的优劣直接影响原子吸收分光光度计的灵敏度和检出限。单色器一般是由入射狭缝、准直光镜、色散元件、成像物镜和出口狭缝组成。目前国由式中可以看出，光栅常数 越小，即每毫米距离内刻线越多，线色散率越大。商品仪器的光栅刻划条数多为1200条/nm和1800条/nm。
(2)闪耀波长 在光栅光谱中，辐射能量分散在各级光谱中，而以不分光的零级光谱所占能量最多。使用闪耀光栅可以克服一般光栅的这一弱点。通过将光栅刻痕刻成一定的形状，使刻痕的美意个反射面和光栅平行成一定的角度，从而获得辐射能量最大的波长，即闪耀波长。
由于原子吸收分光光度法测定的大多数元素的共振线位于紫外区，因此，常用的闪耀波长为250-300nm。有些仪器采用两块光栅的单色器，这样可以获得较宽的工作波长。
4、检测系统
原子吸收分光光度计的检测系统一般包括检测器、放大器和读数显示装置。目前，大多数仪器的操作都已实现计算机控制:利用专门的软件监控分析的全过程，最终的测定结果显示在计算机的显示器上。数据处理完全计算机化。
灵敏度很高的光电倍增管检测器已被广泛使用。在原子吸收分析中，应尽可能选择响应范围宽、灵敏度高、噪声小的光电倍增管
5、记录系统:记录光谱图
?7—3定量分析方法
1、 标准曲线法
标准曲线法是日常工作中最常用的分析方法之一，依据朗伯-比尔定律A=kc，在一定范围
内，样品的吸光值与样品中某元素的浓度成正比，由此通过测定绘制标准溶液吸收曲线，测定样品吸光值后，即可从标准曲线上查得样品中某元素的含量。
标准曲线可分为理想型、正常型、反常型和复杂型四类，如图16-7所示。
图16-7标准曲线的四种类型
绝对的理想型曲线是不存在的，实际工作中最常见的是正常型，在高浓度时曲线出现
73
向浓度轴弯曲的现象;反常型是由于高浓度下发生电离干扰所致。
要获得较好的工作曲线，就要把仪器的状态调整到最佳，具体可从以下几个方面考虑。
(1)选择较低的灯电流以获得较窄的入射光。
(2)选择合适的光谱通带以尽量屏除干扰谱线。
(3)调整好燃烧头的位置，使之与主光轴平行并使入射光通过最佳吸收位置。
(4)对于浓度较高的样品，可以少取样适当稀释的方法避免高浓度测定。
(5)通过化学预处理消除与浓度无关的化学干扰。
(6)采用背景校正技术。
(7)选择最佳的仪器工作条件，保证测定的精密度。
2、 标准加入法
又称为标准增量法、直接外推法。当待测样品基体与标准溶液差异较大，所造成的物理或某些化学干扰无法克服时采用此法。
其方法是将不同量的标准溶液加到等体积的样品中，然后以去离子水或其它溶剂定容至相同体积，摇匀后测定各自的吸光度，以加入标准绝对量为横轴，吸光度值为纵轴作图。见图16-8(a) 按式(16-10)、式(16-11)、式(16-12)计算样品的浓度:
Ax=KCx (16-10)
As=K(Co+Cx) (16-11)
Cx=Ax/(As-Ao)?Co (16-12)
应用中注意事项:
(1)该方法仅适用于线性范围，且标准曲线应过原点。
(2)至少采用四点来制作标准外推曲线。
(3)此法能消除物理干扰和轻微的与浓度无关的化学干扰。
3、内标法
内标法是标准溶液和样品溶液中分别加入第三种元素(内标元素，同时测定待测元素和内标元素的吸光度，并以吸光度之比A/A标)与标准溶液浓度C绘制标准曲线，从曲线上查得待测元素含量。此方法仅限于双道和多道仪器应用。其技术关键是选定合适的内标元素。应用内标法可以补偿样品组成、表面张力、粘度、进样速度以及燃气流量等因素给分析带来的误差，提高测定精密度和准确性。
4、差示法
以已知浓度的某标准溶液的吸光度值为零点，再配制几个高于零点浓度的标准溶液，绘制吸光度-浓度曲线，测定未知样品的浓度。本方法适用于高浓度测定。通常在有自动调零装置的仪器上使用，否则误差较大。
5、紧密内插法
以接近于样品吸光度值的两个标准点求得样品浓度的方法。本方法通过选取标准曲线上接近的两点作为标准，使样品溶液浓度位于两点之间，参见图16-8(b)。按式(16-12)计算出样品溶液的浓度:
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图16-8(a) 标准加入法 图16-8(b)紧
密内插法
6、间接测定法
原子吸收光谱分析理论上可测定70多种元素，但其中许多元素由于灵敏度太低而不能直接测定。在实际工作中，常采用间接方法对这些元素进行测定。其中主要手段是通过使待测元素与一种或几种其它离子反应后，测定反应产物或剩余试剂浓度，然后换算出待测元素的含量。
间接测定法主要有以下几种:
(1)加入沉淀剂，使待测元素形成沉淀，通过测定沉淀或滤液中过量的沉淀剂来求出待测元素的含量。如:测定溶液中Cl-浓度，可以通过加入硝酸银使Cl-沉淀形成氯化银沉淀，用原子吸收法测定滤液中过量的银离子含量，间接求得氯离子得含量。
(2)使待测离子与其它离子形成杂多酸，通过溶剂萃取后测定其含量。
(3)利用干扰效应测定。某些元素在原子吸收分析中受其它元素或化合物的影响(增强或抑制吸收信号)，通过测定给定元素与待测元素在火焰中反应所引起的该元素
思考题:
1、在原子吸收分析法中，被测定元素的灵敏度、准确度在很大程度上取决于什么, (答案:原子化系统)
2、原子化器的主要作用是什么,
(答案:将试样中待测元素转化为基态原子)
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现代仪器分析复习题
一、 概述
1 什么叫仪器分析
通常将利用较特殊的仪器，以测量物质的物理性质为基础的一大类化学分析法，称为??现代仪器分析??。 2 简述仪器分析方法的类型与简单用途
? 成分分析:对物质的组分及元素组成进行分析，如可见一紫外分光光度法、荧光分光光度法、
原子吸收光谱法，等离子体发射波谱法及电子探针等。
? 分离分析:对物质的各组分先行分离并同时进行定性、定量分析。如薄层色谱扫描法、气相色
谱法、高效液相色谱法、毛细管电冰法及超离心法等。
? 形态分析:对待测物的表面或剖面的结构形态进行分析，如利用透射电子成象的透射电子显微
镜和利用二次电子成象或其他成象原理的扫描电子显微镜等。 ，
? 结构分析:确定物质的分子结构或晶体结构，是研究未知化合物必不可少的手段之一，如红外吸收光谱法，核磁共振波谱法、质谱法及X一射线衍射分析法等。
二、 色谱
1简述气相色谱和液相色谱的组成和主要区别
(1)组成 气相色谱组成:气路部分、进样部分、分离部分、检测部分、记录部分。
液相色谱组成:液路部分、进样部分、分离部分、检测部分、记录部分。
(2)主要区别 气相色谱的气路部分主要提供稳定的气相环境;进样部分主要提供试样瞬间汽化的环境。
液相色谱的液路部分主要提供稳定的液体流动相;进样部分主要是保证试样在密封状
况下进入高压系统。
2分别介绍气相色谱和液相色谱的检测器种类和基本性能
气相色谱检测器 1、热导池检测器(TCD)—通用型检测器，主要用于气体分析。
2、氢火焰离子化检测器(FID)—用于有机物的检测
3、电子捕获检测器(ECD)—只对具有电负性的物质(如含有卤素、硫、磷、氮、
氧的物质)有响应，电负性愈强，灵敏度愈高
4、火焰光度检测器(FPD)—对含磷、含硫的化合物有高选择性和高灵敏度
液相色谱检测器 1、紫外检测器—用于有紫外吸收的有机物
2、示差折光检测器—借连续测定流通池中溶液折射率的方法来测定试样浓度的检
测器，用于糖类的分析。
3、荧光检测器—可辐射荧光的物质
4、电导检测器—根据物质在某些介质中电离后所产生电导变化来测定电离物质含
量，用于离子检测，主要是阴离子。
3说明色谱流出曲线的作用
色谱流出曲线的作用:
1、根据色谱峰的位置(保留值)可以进行定性检定;
2、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定;
3、根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分离情况进行评价。
4简述色谱定性依据和定量方法
(一)定性:1、用已知物直接对照法定性(1)利用保留时间或保留体积定性:
(2)用相对保留值定性
(3)加入已知物增加峰高的办法定性:
2、双柱(多柱)定性
3、利用保留值随分子结构或性质变化的规律性定性
4、结合物理或化学反应定性
5、用不同类型检测器定性(把气相色谱仪与红外光谱或质谱等联用)
76
二)定量
1、归一化法
2、n—π、π—π。 * *
2紫外吸收光谱适用于什么类型化合物的定量分析,哪些化合物不能用紫外吸收光谱进行分析, 主要用于芳香族和共轭体系类的化合物。
不能对饱和碳氢化合物进行定量分析，另外不饱和化合物c=c, c=o(在170nm左右)，也不能用紫外吸收光谱定量分析。
3紫外吸收光谱的定量分析依据是什么,定量分析中应注意那些问题,了解朗伯比尔定律的意义。
(1)朗伯—比耳定律:A=εbc
(2)虽然A=abc或A=εbc表示吸光度与浓度之间呈现性关系，但只有在稀溶液(低含量时)时才能成立; 吸收定律的偏差还与溶液的折射率n有关，折射率n随溶液的浓度变化而变化。然而，在实际上当当浓度小于0.01mol/L时，n基本上不变化。所以吸收定律在低浓度时是正确的。在高浓度时，采取适当的方式(如:定量稀释、用折射率校正)才能进行定量分析。
(3)光的吸收定律是根据辐射能的近代概念推导出来的，吸光度(A)是试样液层厚度(b，光程)和待测物质浓度的函数。又称比耳定律，有时也称朗伯—比耳定律:A=εbc它是支配电磁辐射(光)的所有类型吸收的基本定律，它不仅适用于溶液而且能很好地适用于固体和气体。式中的A为吸光度、ε为摩尔吸光系数、b为试样光程(cm)、c为试样溶液的浓度(mol/L)。当浓度用g/L表示时，常数ε改写成a表示，称为吸光系数，此时基本定律为:
A=abc
当试样光程(b)固定时，溶液的吸光度(A)正比于吸光成分的浓度(C)，就称为比耳定律。
当试样浓度(C)固定时，溶液的吸光度(A)正比于光程长度，就称为朗伯定律。 4简述紫外吸收光谱的定量分析的一般步骤。
(1) 紫外吸收光谱图的绘制，找到λmax.
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(2) 配置标准样品系列，5~8个。
(3) 在λmax下绘制A~C标准曲线。
(4) 在λmax下测定样品的A.
5某化合物在 max=356nm处, 在乙烷中的摩尔吸收系数 max=87 L/(mol cm), 如果用1.0cm吸收池,该化合物在已烷中浓度为1.0 ×10-4mol/L,则在该波长处, 它的百分透射比约为多少,
(98% )
四、红外
1有机分子中什么运动可以产生红外吸收,满足什么条件时，化合物才有红外活性,
(1) 分子的振动、转动能级的跃迁
(2)红外光谱产生的条件:
辐射应具有刚刚好能满足跃迁时所需要的能量。
辐射与物质之间有偶合作用(有偶极矩变化的振动)
2 二氧化碳的振动形式用几种,能观察到得红外吸收峰有几个,为什么,x
(1)3x3-5=4种
(2)
3双原子分子有红外活性吗,为什么,
4红外光谱使用的窗片为什么不能用玻璃为原料,应该使用什么材料,测定固体时，样品为什么一定要烘干燥,
玻璃可以吸收红外光
使用KBr晶体做窗片
水有腐蚀作用，而且，水还可以吸收红外光线
5如果一个化合物只在3000,2800cm之间有强吸收，3000 cm以上没有吸收说明它是什么类型的化合物。
6 C-O与C=O伸缩振动吸收, 二者键力常数之比k(C-O):k(C=O) =1:2.42, C-O在8.966 m处有吸收峰, 问C=O吸收峰的波数是多少?
-1-1
[答] ζ=1/ , ζ(C-O) =104/8.96 =1116cm-1
ζ(C=O) [k(C=O)]1/2
??? = ????? , ζ(C=O) =ζ(C-O)[k(C=O)/k(C-O)]1/2
ζ(C-O) [k(C-O)]1/2 =1116×(2.42)1/2
=1116×1.56 =1714cm-1
7 CO的红外光谱在2170cm-1处有一振动吸收峰,已知: ζ=1037×k 试计算(1) CO键的力常数为多
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少?
(2) 14CO的对应吸收峰应在多少波数处发生?
[答]
(1) 12 × 16 192
ζ = 2170 cm-1 = ?????? = ???
12 ， 16 28
k1/2 = 2170 ? 1302 ×(192/28)1/2 = 4.365
k = 19.05 19 N/cm
(2) N1/2 k(m1+m2) (6.022×1023)1/2 1.91×106(14+16)
(a) ζ = ???(???????)1/2 = ???????? (?????????)1/2 2 c m1m2 2×3.14×3×1010 14×16
= 2.08×103 cm-1
五、质谱
1说明质谱主要功能和作用
质谱法是离子化的原子或分子分离和记录的方法。
2分子失去一个电子的离子叫做什么离子,
分子离子
3简述影响分子裂解的因素和分子的裂解形式
(1)化学结构因素影响裂解离子的形成主要表现在两方面:(1)能导致产生稳定裂解产物的裂解反应发生的机率高;(2)有利于能量分布，即反应中间过渡:状态活化能低的裂解反应优先发生。
结构因素是通过诱导效应、共轭效应和空间效应来起支配作用的。
(2产生分枝正碳离子，丙烯基离子、苄基离子或
含有杂原子的官能团的α—裂解; (
引起中性分子脱离的裂解;
经过六员环中间过渡状态的重排裂解。 (
六、原子吸收
1简述原子吸收光谱的结构组成和简单用途 离子的裂解;
光源系统，作用是发射待测元素的特征谱线(一般是共振线)，目前使用最普遍的光源是空心阴极灯。
原子化系统，将待测元素转变为原子蒸汽。
分光系统，包括单色器和外光路两部分，。目前国内外普遍采用光栅作为色散元件。 检测系统，一般包括检测器、放大器和读数显示装置，
79
记录系统:记录光谱图。
2原子吸收的灵敏度如何表示,
用特征浓度表示，即产生1%吸收时元素的浓度。
3在原子吸收光谱的定量分析中，如何处理样品,
硝化—消除有机物，无机物溶于酸性液体之中。
第二章
1、 不同波长的光具有不同的能量，波长越长(频率、波数越低)，能量越低;反之，波长越短，
能量越高。
第四章
1、 主共振吸收(第一共振吸收线):原子由基态跃迁到第一电子激发态所需的能量最低，跃迁容
易，这时所产生的吸收线。
2、 表示原子吸收线轮廓的特征量:吸收线的特征频率νo和宽度。
3、 吸收峰变宽的三个原因:1)、自然变宽2)、多普勒变宽(热变宽)3)、压力变宽
4、 锐线光源:能辐射出谱线宽度很窄的原子线光源
5、 在特定条件下，吸光度A与待测元素的浓度c呈线性关系。A=Kc
6、 空心阴极灯:由一个圆柱形空心阴极和一个棒状阳极组成的气体放电灯。
空心阴极灯的工作参数是灯的工作电流，其使用原则:保证光强足够高且稳定条件下使用
低工作电流。
7、 火焰的类型:贫燃焰、富燃焰、化学计量焰。
贫燃焰:助燃气大于化学计量的火焰。
富燃焰:燃气量大于化学计量的火焰。
8、 火焰原子化效率低，约10%，只能液体进样。
9、 石墨炉原子化器的工步条件及作用:测定时，将试样用微量进样器注入石墨管，先通入小电
流，在380K左右干燥试样，除去溶剂;再升温到400~1800K灰化试样，试样分解，赶走阴离子，破坏有机物，除去挥发性基体;然后升温到2300~3300K，将待测元素高温瞬间原子化，并记录吸光度值;最后升温到3300K以上，使管内遗留的待测元素挥发掉，消除其对下一试样产生的记忆效应，即清残。
10、石墨炉原子化器的原子化效率高，约90%。
11、背景吸收的清除:1)空白校正法 2)氘灯校正法 3)塞曼效应校正法
第五章
1、 朗伯比尔定律:A=lg(I0/I)=εcL=lg(1/T)
A:吸光度，无单位，描述溶液对光的吸收程度
L:液层厚度，也叫光程长度，单位cm。
c:溶液的摩尔浓度，单位:mol/L.
ε:摩尔吸光系数，单位:L?mol-1?cm-1
T:透射率
I0是光通过均匀介质前的强度，I是光通过均匀介质后的强度。
A=aLc
a:吸光系数，单位L?g-1?cm-1
c:溶液的浓度，单位g?L-1。
a=ε/M(M为摩尔质量)
2、 偏离朗伯比尔定律的原因:1)入射光并非完全意义上的单色光而是复合光
2)溶液的不均匀性。
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3)溶液中发生了化学反应。
3、吸收曲线:描述物质对光的吸收特征。以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作图。物质在
某一波长处对光的吸收最强，称为最大吸收峰，对应的波长称为最大吸收波长。
4、 近紫外光区波长范围:200~400nm。远紫外区波长范围:10~200nm。
5、 三中价电子:形成单键的,电子，形成双键或三键的π电子和分子中未成键的孤对电子(称
为n电子)。
6、 电子跃迁的类型:1)、,?,*跃迁。2)、n?,*跃迁。3)、π?π*跃迁。
4)、n?π*跃迁。几种跃迁类型能量由高到低为1),2),3),4)
紫外可见吸收光谱的研究对象是3)和4)。
7、 芳香族化合物为环状共轭体系。苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统产生了E1、E2吸收带，
是芳香族化合物的特征吸收。B吸收带和E吸收带是芳香族化合物的特征吸收带。
8、 B吸收带:由于芳香族化合物的π?π*跃迁而产生的精细结构吸收带，吸收峰在230~270nm
之间，B吸收带的精细结构常用于判断芳香族化合物。B带在蒸汽状态或非极性溶剂中极为明显，而在极性溶剂中B带不明显或消失。
9、 E吸收带:由芳香族化合物的π?π*跃迁产生，是芳香族化合物的特征吸收，可分为E1带
和E2带。E1带出现在185nm附近，为强吸收，E2带出现在204nm处，为较强吸收。
10、在可见区常用的光源为钨灯，在紫外区常用的光源为氢灯或氘灯。
11、单色器常用的是光栅和棱镜。可见光区用玻璃棱镜，紫外光区用石英棱镜。
12、可见光区使用玻璃吸收池，紫外光区使用石英吸收池。
13、参比溶液的选择目的是使试液的吸光度能真正反应待测物的浓度。
14、计算吸光度的公式与方法。(
书
关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf
P77页吸收光谱双向重叠法)
第六章
1、 红外吸收光谱可化为远、中、近红外吸收光谱，其中中红外区的波长范围是4000~400cm-1。
2、 红外吸收光谱产生的条件:1)、辐射(红外光)应具有刚好能满足物质振动能级跃迁时所需
的能量。2)、辐射与物质之间有偶合作用。
3、 红外吸收峰的数目的判断:一个多原子分子所产生的基频峰的数目应该等于分子所具有的振
动形式的数目，理论证明，一个由N个原子组成的分子，对于非线形分子应该有3N-6个自由度(振动形式)，对于线形分子有3N-5个自由度。CO2只有两个基频峰。
4、 影响吸收峰强度的因素:1)振动能级的跃迁概率2)振动过程中偶极矩的变化。
5、 红外光谱的分区:分为官能团区(4000~1300cm-1)和指纹区(1300~670cm-1)。
6、 红移现象:吸收峰向波长增加的方向移动
蓝移现象:吸收峰向波长减小的方向移动。
7、 不饱和度的计算公式:Ω=1+n4+0.5(n3-n1)
式中，n1n3n4分别为一价、三价和四价原子的数目。通常规定双键和饱和环状结构的不饱和度为1，三键、两个双键、一个双键和一个环、两个环的不饱和度为2，苯环的不饱和度为4，链状饱和烃的不饱和度为0。
8、 图谱解析的步骤:1)计算不饱和度2)谱峰解析(先大后小，先粗后细，弯曲伸缩振动不用
指出)。3)推测结构。
9、 常见官能团的特征峰。(要背，重点)
第十一章
1、 电极极化:凡是涉及到电动势偏离热力学平衡值的有关现象统称为极化，而电极电位值偏离
平衡电位的现象，称为电极的极化。分为浓差极化和电化学极化。
第十二章
1、 总离子强度调节剂(TISAB)的作用及组成
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作用:1)固定溶液的离子强度2)控制溶液的PH值3)消除干扰离子的影响4)稳定溶
液的
液接电位
组成:惰性电解质溶液、PH缓冲剂、掩蔽剂。
2、 离子选择性电极是由特殊材料的固态或液态敏感膜构成，对溶液中特定离子具有选择性响应。
基本构造:对特定离子有选择性响应的薄膜(敏感膜或传感膜)，内参比溶液、内参比电极。
3、 氟离子选择性电极:敏感膜是由LaF3单晶掺杂一些EuF2或CaF2制成2mm左右厚的薄片;
内参比电极为Ag-Agcl丝，内参比溶液为0.1mol/LNaF与0.1mol/LNaCL混合液。氟电极的表示方法
Ag，AgCL|NaCL(0.1mol/L)，NaF(0.1mol/L)|LaF3膜|F-试液
4、 氟离子电极的干扰物:OH-
5、 氟离子电极的使用条件:1)适宜的PH值为5~6。2)溶液中不存在易与F- 配位的其它离子。
3)因LaF3的溶解度约为10-7mol/L,其测定范围为10-1~10-6 mol/L。F-选择性电极的电极电位Φ(F-)=k-0.0592lga(F-)
6、 pH玻璃膜电极
1) 敏感膜对H+有选择性的响应
2) 玻璃膜电极使用前的长时间浸泡的作用:保证H+传递;形成水合硅胶层;减少并恒定不
对称电位。
3) pH测定范围为1~9.当pH>9或Na+浓度较高时，测得的pH比实际值偏低，称为碱差或钠
差。当pH<1时测得值比实际值偏高，称为酸差。
7、 电极的选择性系数的计算
相对误差RE=(Kij×(aj)ni/nj)/ai
Kij定义为引起离子选择性电极电位相同的变化时，所需待测离子活度ai与干扰离子活度aj的比值。Kij = ai/(aj)ni/nj n/nij分别为ij离子的电荷数。Kij为电极的选择性系数。Kij越小，电极的选择性越好。Kij仅能用来估计干扰离子存在时产生的测定误差或确定电极的适用范围。
8、 计算电池电动势的公式
1) 将离子选择性电极做负极，参比电极做正极
电池的电动势为E=K’?(0.0592/n) lgai. 式中，i为阳离子时取负号，i为阴离子时取正号。如果参比电极作负极，离子选择性电极作正极，则正好相反，i为阳离子时取正号，i为阴离子时取负号。由于活度系数a是离子强度的函数，因此只要固定溶液的离子强度，即可使溶液的活度系数恒定不变，则a=c(c为溶液的浓度。)
9、 直接电位法(出计算题，会公式与原理)
1) 直接比较法:(P210公式(a)(b)(12-16))
2) 标准加入法:(P211)
10、电位滴定法(会用三种方法判断滴定终点)P213页的1、2、3
第十五章
1、 色谱分析法的分类:
1) 按两相状态分类:
a、 气相色谱(GC):其固定相是固体吸附剂的，称为气固色谱(GSC);
若固定相是涂在惰性载体(担体)上的液体，称为气液色谱(GLC)
b、 液相色谱(LC)。其固定相是固体吸附剂的称为液固色谱(LSC);
若固定相为液体，称为液液色谱(LLC)
2)按操作形式分类:
a、柱色谱(CC)
b、平板色谱:分为纸色谱(PC)、薄层色谱(TLC)
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3)按分离原理分类:吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱
2、色谱峰的峰高、宽度与面积
1) 峰高h:从峰的最大值到基线的距离
2) 峰宽的表示法:
a、 标准偏差,:峰高0.607倍处的色谱峰宽度的一半。 即,=0.5*Y0.607h
b、 峰底宽Y:两个拐点处所作切线与基线相交点之间的距离，即 Y=4,
c、 半峰宽Y1/2: 峰高1/2处,色谱峰宽度，即Y1/2=2.355,
3) 峰面积A:a、对于对称的色谱峰 A=1.065h Y1/2
b、对于非对称的色谱峰 A=0.5(Y0.15h +Y0.85h)
2、 色谱保留值:死时间t0、保留时间tR、调整保留时间tR’、死体积V0、保留体积VR、调整保
留体积VR’、F0柱后出口处流动相的体积流速之间的关系:
tR’=tR - t0 ; V0 = t0 * F0 ; VR= tR * F0 VR’ = tR’ * F0
3、 相对保留值γ2，1 :在相同操作条件下组份2与参比组分1的调整保留值之比.
相对保留值只与柱温、固定相性质有关。
4、 分配系数K=组分在固定相中的浓度/组分在流动相中的浓度=Cs/Cm
5、 分配比k’=组分在固定相中物质的量/组分在流动相中物质的量=ns/nm =K*(Vs/Vm)
6、 分配比与保留值的关系 k’= tR’/ t0 = VR’/ V0
7、 书P253 公式(15-11) (15-12)
8、 分离度:P256 公式(15-20)
一般认为R,1时，两峰未能完全分离，R=1.5时可以认识两峰完全分离。
9、分离度与柱效能、选择性的关系 P257 公式(15-21) L=n 有效*H有效
R1/R2=(L1/L2)0.5 n1/n2 =(R1/R2)2
10.P259-261 (考计算及各个方法的使用条件)
第十六章
1、 气相色谱仪的五个基本单元:
气路系统、进样系统、分离系统、监测系统、记录系统
2、 检测系统的分类:按用途分为 通用型及特殊型
按响应信号分为 浓度型及质量型
3、 色谱柱柱温TG、气化室温度 TC、检测器温度TD之间的关系
TG,TD?TC TG ,TC 30-70?
4、固定液的选择一般根据相似相溶的原则
5、热导检测器(TCD)的检测原理，参见书上 P271
6、TCD常用的载气是氢气和氦气
7、氢火焰离子化检测器(FID)只对碳氢化合物产生响应，适合于痕量有机物的分析
8、电子捕获检测器(ECD)只对具有电负性的物质，如含卤素，S,P,O,N的物质有响应，而且电负性越强，检测器的灵敏度越高
9、 火焰光度检测器(FPD)是一种对含硫磷化合物具有高选择性高灵敏度的检测器
第十七章
1、高效液相色谱仪的四个部分:高压输液系统、进样系统、分离系统和监测系统
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浙公网安备 33021202002483