仪器分析计算作业及核磁作业答案

1、第 3章1. 色谱法区别于其他分析方法的主要特点是什么?色谱法是以其高超的分离能力为特点,他的分离效率远远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、 离心等方法。色谱法有许多优点:分离效率高;应用范围广;分析速度快;样品用 量少;灵敏度高;分离和测定一次完成,可以和多种波谱分析仪器联用。5. 根据速率理论,提高色谱柱效的途径有哪些?范氏方程式对于分离条件的选择具有指导意义,填充均匀程度,固定相(担体粒度,载气 种类,载气流速、柱温、固定相液膜厚度等因素对色谱柱效能,峰扩张程度都有影响。组分 在色谱柱内运行的多路径及浓度梯度造成的分子扩散和组分在气、 液两相间的质量传递不能 瞬间达到平衡,是造成色谱扩张、柱

2、效能下降的主要原因。3.1某气相色谱柱的范第姆特方程式中的常数如下:A =0.01cm, B =0.57cm2·s -1, C =0.13s。 计算最小塔板高度和最佳线速度。H= A + B/u + Cu,H A + 2(BC1/2,其中, B/u = Cu时,等式成立。代入参数,3.2已知某色谱柱固定相和流动相的体积比为 1/12,空气、丙酮、甲乙酮的保留时间分别 为 0.4min , 5.6 min, 8.4 min。计算丙酮,甲乙酮的分配比和分配系数。答:丙酮的分配比和分配系数分别为 13和 156;甲乙酮的分配比和分配系数分别为 20和 2403.3某物质色谱峰的保留时间为

3、65秒,半峰宽为 5.5秒。若柱长为 3米,则该柱子的理论 塔板数多少?n = 5.54(tR /Y1/2 2,代入各数据,得 n=774答:n=7743.4某试样中, 难分离物质对的保留时间分别为 40秒和 45秒, 填充柱的塔板高度近似为 1毫米。假设两者的峰底宽度相等。若要完全分离(R =1.5 ,柱长应为多少?L = 16R2r21/( r21 - 12H 有效 , r 21= 45/40, R=1.5, H有效 = 1mm, 则L=2916mm答:L=2916mm3.5气液色谱柱长 2米。当载气流量为 15mL/min时,相应的理论塔板数为 2450块。而当 载气流量为 40mL/m

4、in时, 相应的理论塔板数为 2200块。 试计算最佳载气流速是多少? 在最佳载气流速时色谱柱的理论塔板数是多少(A =0?答:气相色谱下, H= L/n=A + B/u + Cu = B/u + Cu,最佳载气流速为 u=(B/C1/2, 方法参见第 10题或 P81,得 /15 + 15C /40 + 40C ,这里, V=60Au, B = 60AB, C = C/60A, A为柱截面积, V 为流量解得, B =0.836 ,C =1.75 x 10-3,60Au =(B /C 1/2=V,因此, V=22mL/min; H=0.0765cm n=2614. 试计算各组分的百分含量。答

5、:乙苯:19.3%;对二甲苯:25.6%;间二甲苯:32.8%;邻二甲苯:22.3%3.7测定试样中一氯乙烷、 二氯乙烷和三氯乙烷的含量。 用甲苯做内标, 甲苯质量为 0.1200g , 答:一氯乙烷:13.19%;二氯乙烷:13.26%;三氯乙烷:25.18%第 4章4.1气相色谱仪的核心部件是什么?色谱柱是气相色谱仪的核心部件。 多组分样品能否完全分离, 主要决定于色谱柱的效能和选 择性,色谱柱又可分为填充柱和空心毛细管柱。毛细管柱一般内径为 0.10.5mm ,长 30300m ,空心管壁涂有固定液,主要用于复杂混合物的分析。其分离效能高,但柱容量较低。4.2气相色谱仪的检测类型有哪几种

6、?各有什么特点?各适合哪类物质的分析?气相色谱检测器按其原理不同可分为浓度型和质量型两大类:浓度型检测器的响应信号由进 入检测器的组分浓度所决定, 如热导池、 电子捕获检测器等; 而质量型检测器的响应信号则 上单位时间内进入检测器的组分质量所决定,如氢焰、火焰光度检测器等等。(1 热导池检测器(TCD 是一种应用很广泛的通用型检测器,它的结构简单,灵敏度 适宜,稳定性较好,对所有物质都有响应。(2 氢焰离子化检测器(FID 对大多数有机物有很高的灵敏度,结构简单、响应快、稳 定性好,是目前应用最广的检测器之一。(3 电子捕获检测器(ECD 是一种高灵敏度的选择性检测器,它只对具有电负性的物 质

7、(如含卤素, S , P , N , O 的化合物有响应,电负性越强,灵敏度越高,响应 信号与进入检测器的电负性物质浓度有关, ECD 是浓度型检测器。(4 火焰光度检测器(FPD 对硫、磷化合物的高选择性、高灵敏度的检测器,亦称硫 磷检测器。6. 分离温度与组分保留时间有什么关系?温度升高,色谱峰形将发生什么改变?分离温度直接影响分离度和组分的保留时间。首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度 (超过该温度固定液易流失 和最低使用温度 (低于此温度固定液以固体形式存在 范围之 内。温度升高,被测组分在气相中的浓度增加, K 变小, t R 缩短,色谱峰变窄变高 , 分离度 增加;但对于低沸点组

8、份峰易产生重叠,使分离度下降。第 5章1. 现代高效液相色谱的显著特征是什么?高效液相色谱法的特点是高压、高效、高速、高灵敏度。适用于高沸点、热不稳定及生化试 样的分析。(1高压 :在高效液相色谱中,为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相(<10m ,液体流动相高速通过时,将产生很高的压力,其工作压力范围为 150350×105 Pa。(2高速。高效液相色谱由于釆用了高压,流动相流速快,因而所需的分析时间较经典的 柱色谱少得多。(3高效。高效液相色谱分析的柱效能约可达 3万塔板 /米以上,气相色谱的柱效能只有约 2 000塔板/米。(4高灵敏度。由于采用了高灵敏度的检测器,最小检

9、测量可达 10-9 g,甚至 10-11 g。而所 需试样量很少,微升数量级的试样就可以进行全分析。(5 可用于高沸点的、不能气化的、 热不稳定的以及具有生理活性物质的分析。一般来说, 沸点在 450以下,相对分子质量小于 450的有机物可用气相色谱分析,但这些物质只占有 机物总数的 15%20%,而其余的 80%85%,原则上都可采用高效液相色谱分析。 2. 为什么高效液相色谱分离柱的柱压比较高?在高效液相色谱中,为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相(<10m ,液体流动相高速 通过时,将产生很高的压力,其工作压力范围为 150350×105 Pa。3. 高效液相色谱中常用哪

10、些检测器?各有什么特点?哪些适合梯度淋洗?答:高效液相色谱要求检测器具有灵敏度高、重现性好,响应快、检测限低、线性范围宽、 应用范围广等特性。 目前应用较广的有紫外光度检测器, 差示折光检测器, 荧光检测器等数 种。(1紫外光度检测器:紫外光度检测器的作用原理是基于待测组分在流出色谱柱后对特 定波长紫外光的选择性吸收的大小,待测组分的浓度与吸光度的关系遵从比尔定律。 这 种检测器的灵敏度很高,其最小检测浓度可达 10-9g ·mL -1。对温度和流速都不敏感,可用 于梯度洗提, 结构也较简单。 其缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样, 也不能使用对 紫外光不透过的溶剂如苯等。(2荧

11、光检测器:荧光检测器是利用许多物质在受到紫外光激发后能发射荧光的性质而 制成的检测器。 被测物受强激发光照射后, 辐射出比紫外光波长更长的荧光, 荧光强度与被 测物浓度成正比, 通过荧光检测器采用光电倍增管使光信号转变为电信号检测出来。 荧光检 测器的灵敏度一般要比紫外光度检测器高 2个数量级,选择性也好.但其线性范围较差。 (3差示折光检测器:差示折光检测器是利用连续测定工作池中试液折射率的变化,来 测定试液浓度的检测器。 溶有被测组分的载液和单纯载液之间折射率之差, 和被侧组分在试 液中的浓度直接有关,因此可以根据折射率的改变,测定被测组分。8. 正相色谱柱与反相色谱柱是如何界定的?各适合

12、哪类物质的分离?答: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 色谱法,极性柱也称正相柱。适合极性化合物的分离,极性小的组分先流出,极性大的组分 后流出。 若流动相的极性大于固定液的极性, 则称为反相液液色谱, 非极性柱也称为反相柱。 适用于非极性化合物的分离,出峰顺序与正相分配色谱相反。核磁共振波谱分析法11.1在 下列化合物中, 1H NMR 谱中应该有多少种不同的 1H 核。CH 3 CH 3CH 3CH 3H 3CH 3CH 3C C O CH 2CH 3H 3C CH CH 3CH 3(a(b(c(d答:(a 1 (b 1 (c 3 (d 211

13、.2 什 么是化学位移?影响化学位移的因素有那些?解:由于氢核在不同化合物中所处的环境不同, 所受到的屏蔽作用也不同, 由于屏蔽作用所 引起的共振时磁场强度的移动现象称为化学位移. 由于化学位移的大小与氢核所处的化学环 境密切相关, 因此有可能根据化学位移的大小来考虑氢核所处的化学环境, 亦即有机物的分 子结构特征.由于化学位移是由核外电子云密度决定的, 因此影响电子云密度的各种因素都会影响化学位 移,如与质子相邻近的元素或基团的电负性,各项异性效应,溶剂效应,氢键等.11.3 何 谓自旋偶合?偶合裂分和偶合常数?解:有机化合物分子中由于相邻质子之间的相互作用而引起核磁共振谱峰的裂分, 称为自

14、旋 -轨道偶合, 简称自旋偶合, 由自旋偶合所引起的谱线增多的现象称为自旋-自旋裂分, 简 称偶合裂分. 偶合表示质子间的相互作用, 裂分则表示由此而引起的谱线增多的现象. 谱图 中裂分峰的间距称为偶合常数,用 J 表示(单位 Hz 。由于偶合裂分现象的存在,可以从核 磁共振谱图上获得更多的信息,对有机物结构解析非常有利.11.4 分 别预测下面两个化合物在 NMR 谱中,哪个 13C 核化学位移 C 最小?哪个 1H 核化学位移 H 最大?H 3C CH 2CH Cl ClH 3C O CH 2CH CH 3CH 3(a(b(a 结构中 CH3基团的 C 核化学位移 C 最小, CH 基团的

15、 H 核化学位移 H 最大 . (b 结构中与 CH 相连的 CH3基团的 C 核化学位移 C 最小, CH2基团的 H 核化学位移 H 最大 .11.5 13C NMR 波谱的化学位移为什么远大于 1H NMR波谱的化学位移?13C 核磁共振波谱的原理与 1H 核磁共振波谱基本相同。所有的有机化合物都含有碳和 氢元素, 13C 核的化学位移范围(c =0240 ppm远大于 H 核的化学位移范围(H =015 ppm ,因此 13C 谱分辨率高。几乎每一种化学环境稍稍不同的 13C 核都能被分别观测到, 近而可得到分子的骨架结构信息。11.6 何 谓宽带去偶(PND 和偏共振去偶(OFR 13C NMR 波谱?宽带去偶(质子噪声去偶, PND 除了第一射频场(H 1以外,再加一个去偶的射频场(H 2称为第二射频场,第二射频场 H 2包括了样品中全部 1