仪器分析复习题附答案

仪器分析复习提要1、各仪器的主要系统框图，各系统的主要作用以及关键部件的作用原理，如ICP、TCD、FID、ECD、空心阴极灯等。

*答：（一）气相色谱仪：○1载气系统: 包括气源、净化干燥管、气体流速控制与显示。

通过该系统，可以获得纯净的、流速稳定的载气。

○2进样系统：包括进样器、汽化室。

作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。

进样的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。

○3分离系统：分离系统由色谱柱组成。

色谱柱是色谱仪的核心部件，决定了色谱的分离性能。

色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。

○4检测系统：包括检测元件，放大器，显示记录及计算机等部分。

色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应的电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图。

⑤温度控制，温度是色谱分离条件的重要选择参数。

汽化室温度的控制是为了保证液体试样在瞬间汽化而不发生分解。

控制检测器温度是为了保证被分离后的组分通过时不在此冷凝，同时检测器温度变化将影响检测灵敏度和基线的稳定。

（二）高效液相色谱仪：○1高压输液泵：输送流动相也即是贮液瓶中的有机溶剂或缓冲溶液靠高压泵送入色谱柱。

由于色谱柱的阻力很大，高压泵必须克服阻力以恒定流速输送流动相，这是保证色谱仪精确度的前提。

高压液体泵应具有压力平稳，脉冲小，流量稳定可调，耐腐蚀等特点。

根据泵的操作原理不同，分为恒压泵和恒流泵。

恒流泵可保持在工作中给出稳定的流量，流量不随系统阻力变化。

恒压泵可保持输出的流动相压力稳定，流量则随着系统阻力改变，造成保留时间的重现性差。

②梯度淋洗装置在分离过程中逐渐改变流动相组成，如溶剂的极性、离子强度、pH值等，以达到改善分离和调节出峰时间的目的。

即使保留值相差很大的多种成分在合理的时间内全部洗脱并达到相互分离。

梯度淋洗装置分高压梯度和低压梯度两种方式。

高压梯度：用于二元梯度，用两个泵分别按设定的比例输送A和B两溶液至混合器。

低压梯度：只用一个高压泵，在泵前安装了一个比例阀，混合就在比例阀中完成。

③分离柱分离柱多为直型不锈钢管，色谱柱内填充固定相，两端的柱接头内装有筛板，目的是防止填料漏出。

④进样装置目前通常采用高压六通进样阀装置进样。

在进样准备状态，定量管与系统隔离，为常压状态，可用进样器将试样充满定量管，阀芯旋转60°后，进样阀呈进样状态，这时定量管与系统连接，流动相携带定量管中的试样进入色谱柱。

通过更换不同规格定量管可调节进样量。

液相色谱的进样器神偷前段不像气相色谱是平齐的，而是针尖锋利的。

（三）超临界流体色谱仪（SFC）：是以超临界流体作为流动相的一种色谱方法。

所谓超临界流体,是指既不是气体也不是液体的一些物质,它们的物理性质介于气体和液体之间。

其分离机理是组分在两相间分配系数不同而被分离。

通过调节流动相的压力（程序升压），可改变流动相密度，调整组分保留值，提高分离效果。

①SFC的高压泵：通常使用低流速、无脉冲的注射泵；通过电子压力传感器和流量检测器，计算机控制流动相的密度和流量；②SFC的固定相：固体吸附剂（硅胶）或键合到载体（或毛细管壁）上的高聚物；专用的毛细管柱SFC；③限流器：超临界流体色谱中的独有部件，其作用是为让流体在其两端保持不同的相状态，并通过它实现相的瞬间转换，可用毛细管作为限流器。

限流器位于检测器的前面还是后面需要根据检测器的特性决。

④检测器：看流体进入检测器前转变成的状态，变为气态可用气相色谱检测器，变为液态可用液相色谱检测器。

（四）原子发射光谱仪：将试样辐射源发射的光色散成含待测元素特征光谱的光谱带，再通过检测器测量光谱线强度，据此确定试样中待测元素含量。

①光源：使试样蒸发生成基态的原子蒸汽，再吸收能量跃迁到激发态，返回基态时发射出元素的特征光谱信号。

②分光系统：a.平面反射光栅：主要用于单通道仪器，每次只能选择一条光谱线作分析线检测一种元素。

b.凹面反射光栅：原子发射光谱仪中应用较多。

凹面光栅既有色散作用也有聚焦作用。

c.中阶梯光栅：目前使用较多，其刻度数较少，呈锯齿状，每一个阶梯状刻槽的宽度是其高度的几倍，阶梯之间的距离是欲色散波长的10~200倍，闪耀角大，可达很高分辨率。

③进样系统④检测器:主要有光电倍增管和阵列检测器。

（五）原子吸收分光光度计①光源：光强应足够大，有良好的稳定性，使用寿命长。

空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用最广。

空心阴极灯：一个阳极：钨棒；一个空心圆柱形阴极：待测元素的高纯金属或合金，一个带有石英窗的玻璃管，管内充入低压惰性气体，若阴极物质只含一种元素的则为单元素灯，若阴极物质还有多种元素则可制成多元素灯，但多元素灯的发光强度一般都低于单元素灯，所以在通常情况下都使用单元素灯。

②原子化系统：作用：将待测试样转变成基态原子（原子蒸气）。

要求：具有足够高的原子化效率；具有良好的稳定性和重现性；操作简单，常用的原子化器有火焰原子化器非火焰原子化器。

a. 火焰原子化器（包括雾化器，雾化室和燃烧器），将液体试样经喷雾器形成雾粒，这些雾粒在雾化室中与气体（燃气与助燃气）均匀混合，除去大液滴后，再进入燃烧器形成火焰。

此时，试液在火焰中产生原子蒸气。

雾化器是火焰原子化器中的最重要的部件，它的作用是将试液变成细雾。

雾粒越细、越多，在火焰中生成的基态自由原子就越多，仪器的灵敏度就越高。

雾化器的雾化效果越稳定，火焰法测量的数据就越稳定。

雾化器的雾化效率在10%左右。

b. 无火焰原子化器，非火焰原子化器常用的是石墨炉原子化器。

石墨炉原子化法的过程是将试样注入石墨管中间位置，用大电流通过石墨管以产生高温使试样经过干燥、灰化和原子化。

③单色器④检测器及数据处理系统（六）紫外-可见分光光度计紫外-可见吸收光谱是由成键原子的分子轨道中呃电子跃迁产生的，吸收的光谱区依赖于分子的电子结构。

○1光源室：有氘灯（190~400nm）和碘钨灯（360~800nm）○2单色器：为石英棱镜或光栅○3试样室：进入试样室的两束光，一束经过试样池射向检测器，另一束经过参比池射向检测器，试样池和参比池均为石英材质。

○4检测器：常用的检测器有光电池、光电管、光电倍增管等，其中光电倍增管的灵敏度高，而且不易疲劳，是目前使用最多广的检测器。

○5信号显示与数据处理系统：常用的信号显示系统有检流计、数学显示仪、微型计算机等（七）红外光谱仪红外光谱仪可分为两大类：色散型和干涉型①光源室：常用的红外辐射光源是能斯特灯②试样池：因石英、玻璃等材料不能透过红外光，红外吸收池要用能透过红外光NaCl,KBr,CsI,等材料制成的窗片。

固体试样常与KBr混合后压片进行测定③单色器：其作用是将由入射狭缝S1进入的复合光通过棱镜色散为单色光。

④检测器：色散型红外光谱的检测器有两种，即热检测器和光检测器。

热检测器包括热电偶、测辐射热计、热电检测器等，目前常用热电检测器。

其原理是将大量光子的累积能量，经过热效应，转换成可检测的响应信号。

2、光学仪器所用光源名称及性能比较，光分析跃迁类型与光谱分析分类关系答：（1）在原子发射光谱仪器中，光源的作用是使试样蒸发生成基态的原子蒸汽，再吸收能量跃迁至激发态，返回基态时发射出元素的特征光谱信号。

所使用光源有一下几种：○1直流电弧：其绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析。

但是弧光不稳定，再现性差，易发生自吸现象，不适合定量分析。

○2低压交流电弧：其温度高，激发能力强，电弧的稳定性好，使得分析的重现性好，适用于定量分析，不足是电极温度比直流电弧的稍低，蒸发能力也稍弱，灵敏度降低○3高压火花：在放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强，某些难激发的元素也可激发，但电极温度低，蒸发能力稍弱，但适合低熔点金属与合金分析，其稳定性和重现性良好，适合定量分析。

缺点是灵敏度较差，但可做较高含量分析。

○4等离子体焰炬（电感耦合等离子体 ICP）温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素的激发。

有很高的灵敏度和稳定性；具有趋肤效应；ICP焰中电子密度大，对碱金属电离造成影响小，背景干扰少，无电极污染。

不足之处是对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，费用高.（2）电子跃迁吸收带类型1)σ→σ* 跃迁吸收带：需要能量最大，所以最不容易被激发，如饱和碳氢化合物。

其位置：紫外光区 <200nm2)n →σ* 跃迁吸收带：杂原子O,N,S,X都含有非键n电子，都可发生n →σ*跃迁，跃迁一般发生在远紫外光区 150-250nm3)n→π* 跃迁吸收带：此带为R带，只有分子中同时含有杂原子和双键π电子是才发生，大部分在200~700nm内有吸收。

通常基团中氧原子被硫原子代替后吸收峰发生红位移。

R带在极性溶液中发生蓝移。

4)π→π* 跃迁吸收带：大部分出现在近紫外区，π→π* 跃迁依据吸收体系不同，可表示如下：①K吸收带：在共轭非封闭体系中π→π* 跃迁产生的吸收带称K带。

其特征是kmax>10000L/mol·cm,为强吸收带，具有共轭双键结构的分子出现K带吸收，在芳环上有发色基团取代时，如苯乙烯，苯甲醛，乙酰苯等也会出现K带吸收。

极性溶液使K带发生红位移。

K带和R带具有不同的特征很容易区分：K带kmax>10000L/mol·cm，而R带kmax<1000L/mol·cm，通常在100以下；K带在极性溶液中发生红移，R带发生南移；K带的λmax随共轭体系的增大而发生红移，R带的变化不如K带明显。

②B吸收带（苯吸收带）：芳香族和杂芳香族化合物光谱的特征谱带。

苯的B吸收带在230~270nm的近紫外范围内是一个宽峰。

当芳环上连有一个发色基团时，可同时看到K带和B带。

③E带吸收：在共轭封闭体系中π→π* 跃迁产生的K带又称E带。

3、色谱柱选择的原则答：○1固定相的选择：根据相似相溶原则在优选固定液中进行选择➢分离非极性组分用非极性固定相，低沸点先出峰➢分离极性组分用极性固定液，极性小先出峰➢分离非极性和极性混合物用极性固定液，非极性先出峰➢醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物分离，用极性或氢键性固定液➢组分复杂，难分离的试样，用特殊固定液②固定液配比的选择与涂渍：固定液在担体上的涂渍量为配比，配比一般控制在5%~25%，配比越低，传质阻力越小，柱效越高③柱长与柱内径的选择：增加柱长对提高分离度有利，但保留时间增长，峰变宽，柱阻力增加。

柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。

④色谱柱装填与使用前的预处理⑤柱温的确定：柱温要控制在固定液的最高使用温度和最低使用温度范围内，柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。