分析化学第七版(仪器分析部分)

1． 简述高效液相色谱法和气相色谱法的主要异同点。

相同点：均为高效、高速、高选择性的色谱方法，兼具分离和分析功能，均可以在线检测 不同点：

分析对象及范围 流动相的选择 操作条件 加温 常压操作 室温 高压进行 能气化、热稳定性好、且沸点较低流动相为有限的几种“惰性”气的样品，占有机物的20% 体，只起运载作用，对组分作用小 GC 溶解后能制成溶液的样品，高沸点、流动相为液体或各种液体的混合。HPLC 高分子量、难气化、离子型的稳定它除了起运载作用外，还可通过溶剂来或不稳定化合物，占有机物的80% 控制和改进分离。

已知物质A和B在一根30.0cm长的柱上的保留时间分别为16.40和17.63min，不被保留组分通过该柱的时间为1.30min，峰底宽为1.11和1.21min，试计算（1）柱的分离度（2）柱的平均塔板数（3）塔板高度 （4）达1.5分离所需柱长

1

安络血的分子量为236，将其配成100ml 含0.4962mg 的溶液，装于1cm 吸收池中，在入max 为355nm 处测得A 值为0.557，试计算安络血的百分吸光系数和摩尔吸光系数。

2

解：由A??lgT??lg1ácm?I?Ecl I0A0.483?1000??1123(mL/g?cm) cl0.4300?1M1#6ε??E1cm??1123?2.65?104(L/mol?cm) 1010

冰醋酸的含水量测定，内柱物为AR 甲醇，质量0.4896g，冰醋酸质量为52.16g，H2O 峰高为16.30cm，半峰宽为0.159cm，甲醇峰高为14.40cm，半峰宽为0.239cm，用内标法计算冰醋酸中的 含水量。已知相对校正因子：水为0.55，甲醇为0.58。

取咖啡酸，在165℃干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量乙醇溶解，转移至200mL容量瓶中，加水至刻度线，取此溶液5.00mL，置于50mL容量瓶中，加6mol/L的HCL 4mL，加水至刻度线。取此溶液于1cm比色池中，在323nm处测定吸光度为0.463，已知该波长处的 927.9 ，求咖啡酸百分含量。

3

精密称取0.0500g样品，置于250mL容量瓶中，加入 0.02mol/L HCL溶解，稀释至刻度。准确吸取2mL，稀释至 100mL。以0.02mol/L HCL为空白,在263nm处用1cm吸收池测定透光率为41.7%，其摩尔吸光系数为12000，被测物分子量为100.0，试计算263nm处 和样品的百分含量

精密称取试样0.0500g，置250ml量瓶中，加入0.02mol/L HCl溶解，稀释至刻度。准确吸取2ml，稀释至100ml，以0.02mol/L HCl为空白，在263nm处用1cm吸收池测得透光率为41.7%，其摩尔吸收系数为12000，

1%被测物摩尔质量为100.0，试计算E1cm(263nm)和试样的百分含量。

4

A??lgT??lg0.417?0.3801ácm??样12000?10?1200M100.0A12500.3801250?100???100??1ácml10021200?11002?79.2%??100%?0.05000.0500?10??

电位法及永停滴定法

1．在25℃，将pH玻璃电极与饱和甘汞电极浸入pH=6.87的标准缓冲溶液中，测得电动势为0.386V；测定另一未知试液时，测得电动势为0.508V。计算未知试液的pH。

E?ES0.508?0.386pHX?pHS?X ?6.87??8.94

0.0590.059

2. 若KH+,Na+=1×10-15，这意味着提供相同电位时，溶液中允许Na+浓度是H+浓度的多少倍？若Na+浓度为1.0 mol/L时，pH=13.00的溶液所引起的相对误差是多少？

（1）KH+,Na+=1×10-15时，意味着干扰离子Na+的活度比被测离子H+的活度高1×1015倍时，两者才产生相同的电位。

n（2）?C%?KX，Y?aYXnYCax1?10?150.0016?1.0?100%??1.0% ?1310

3．某钙离子选择电极的选择系数KCa2+,Na+=0.0016，测定溶液中Ca2+离子的浓度，测得浓度值为2.8×10-4mol/L，若溶液中存在有0.15mol/L的NaCI，计算：①由于NaCl的存在，产生的相对误差是多少?②若要使相对误差减少到2％以下，NaCl的浓度不能大于多少?

nXKX，Y?aY?C%?CaxnY0.0016??0.15??100%?2.8?10?4X2/1?100%?12.89%

若要使相对误差减少到2％以下，则

n 2%?KX，Y?aYnYax0.0016??Cx??100%?2.8?10?42/1?100%

解得NaCl的浓度不能大于0.059mol/L

4．用下列电池按直接电位法测定草酸根离子浓度。 Ag│AgCl（固）│KCl（饱和┊┊ （未知浓度）│Ag2C2O4（固）│Ag ?C2O24－

（1）推导出pC2O4与电池电动势之间的关系式（Ag2C2O4的溶度积Ksp=2.95×1011）

（2）若将一未知浓度的草酸钠溶液置入此电解池，在25℃测得电池电动势为0.402V，Ag-AgCl电极为负

极。计算未知溶液的pC2O4值。 （已知?A= + 0.1990V ，?Ag?/Ag＝＋0.7995V） gCl/Ag??AgCO224/Ag?????0.059lg??0.059lg????Ag/AgAgAg?/AgKsp?CO242?0.0590.0590.0590.059lgKsp?lg?CO2??0.7995?lg(2.95?10?11)?pC2O4

2422220.059?0.4889?pC2O42????Ag?/Ag 5

8．金属离子M+与配合剂X?形成配合物MX，其它种类配合物的形成可以忽略，在350nm处MX有强烈吸收，溶液中其它物质的吸收可以忽略不计。包含0.000500mol/L M+和0.200mol/L X?的溶液，在350nm和1cm比色皿中，测得吸光度为0.800；另一溶液由0.000500mol/L M+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M+均转化为配合物，而在第二种溶液种并不如此，试计算MX的稳定常数。(K稳=163)

A??Cl ??A10.800??1600C1?l0.000500?1A0.640C2?2??0.000400??l1600?1[MX]0.000400K稳???163[M][X](0.000500?0.000400)?(0.0250?0.000400)

9．K2CrO4的碱性溶液在372nm有最大吸收。已知浓度为3.00?10?5mol/L的K2CrO4碱性溶液，于1cm吸收池中，在372nm处测得T=71.6%。求（a）该溶液吸光度；（b）K2CrO4溶液的?max；（c）当吸收池为3cm时该溶液的T%。 (A=0.145，?max=4833，T=36.73%)

A??lgT??lg0.716?0.145A0.145?max???4833Cl3.00?10?5?1T ?10??Cl?10?4833?3.00?10?5

?3?36.73% 10．精密称取VB12对照品20mg，加水准确稀释至1000ml，将此溶液置厚度为1cm的吸收池中，在?＝361nm处测得其吸收值为0.414，另有两个试样，一为VB12的原料药，精密称取20mg，加水准确稀释至1000ml，同样在l=1cm，?＝361nm处测得其吸光度为0.400。一为VB12注射液，精密吸取1.00ml，稀释至10.00ml，同样测得其吸光度为0.518。试分别计算VB12原料药及注射液的含量。

A对0.414??207Cl20.0?10?3?100?11000A10000.400??101% E1cml100207?1?原料药%??100%??100%?96.6 .0?10?320.0?10?3A10.518?注射液?1%?103???103?0.1?0.250 mg/mlE1cml10207?11ácm?

11．有一A和B两化合物混合溶液，已知A在波长282nm和238nm处的吸光系数E值分别为720和270；

1m而B在上述两波长处吸光度相等。现把A和B混合液盛于1.0cm吸收池中，测得?max282nm处的吸光度为0.442；在?max238nm处的吸光度为0.278，求A化合物的浓度（mg/100ml）。

a?babA282nm?A282nm?A282nm?0.442a?babA238nm?A238nm?A238nm?0.278a?ba?baaaa两式相减A282nm?A238nm?A282nm?A238nm?(E282nm?E238nm)Cal

0.442?0.278?(720?270)CaCa?0.000364g/100ml?0.364mg/100ml

12．配制某弱酸的HCl 0.5mol/L、NaOH 0.5mol/L和邻苯二甲酸氢钾缓冲液（pH=4.00）的三种溶液，其浓度均为含该弱酸0.001g/100ml。在?max=590nm处分别测出其吸光度如表。求该弱酸pKa 。

pH 4

A（?max590nm）

0.430

11

主要存在形式 [HIn]与[In?]

碱 酸

HIn?H? ?In?Ka?[H?][In?][HIn] pKa?pH?lg[HIn][In?]?0.430?EHInCHIn?EIn?CIn?In?HIn1.024

0.002

[In?] [HIn]

在pH?4的缓冲溶液中，[HIn]和[In?]共存，则该弱酸在各溶液中的分析浓度为CHin?CIn?,即0.001g/100ml 缓冲液中：A混碱性溶液中：A酸性溶液中：A?1.024?EIn?(CHIn?CIn?)?0.002?EHIn(CHIn?CIn?)0.0021.024?CHIn??CIn?(CHIn?CIn?)(CHIn?CIn?)后两式代入第一式0.430?CHIn[HIn]?1.3879 pKa?pH?lg?4?lg1.3879?4.14CIn?[In?]13．有一浓度为2.00?10-3mol/L的有色溶液，在一定波长处，于0.5cm的吸收池中测得其吸收度为0.300，如果在同一吸收波长处，于同样的吸收池中测得该物质的另一溶液的百分透光率为20%，则此溶液的浓度为多少？ (4.66?10?3mol/L)

A??lgT?EClA1C?1?lgT2C2

?lgT?C1?lg(20%)?2.0?10?3C样???4.66?10?3 (mol/L)A10.300

14．含有Fe3+的某药物溶解后，加入显色剂KSCN溶液，生成红色配合物，用1.00cm吸收池在分光光度计420nm波长处测定，已知该配合物在上述条件下?值为1.8?104，如该药物含Fe3+约为0.5%，现欲配制50ml试液，为使测定相对误差最小，应称取该药多少克？（Fe=55.85） (0.0135g)

当A=0.434时，测定结果的相对误差最小

A??Cl C?A0.434??2.411?10?5 (mol/L)4??l1.80?10?1

m?0.5P?2.411?10?5? m?0.0135g55.851000

荧光分析法

1. 荧光和磷光的发生机制有何不同？什么条件下可观察到磷光？

荧光是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。 磷光是当受激电子降到S1的最低振动能级后，未发射荧光，而是经过系间窜跃到T1振动能级，经振动驰豫到 T1最低振动能级，从T1最低振动能级回到基态的各个振动能级所发射的光辐射。

室温条件下很少呈现荧光，只有通过冷冻或固定化而减少外转换才能检测到磷光。 2．如何区别荧光、磷光、瑞利光和拉曼光？如何减少散射光对荧光测定的干扰？

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荧光：是某些物质吸收一定的紫外光或可见光后，基态分子跃迁到激发单线态的各个不同能级，然后经过振动弛豫回到第一激发态的最低振动能级，在发射光子后，分子跃迁回基态的各个不同振动能级。这时分子发射的光称为荧光。荧光的波长比原来照射的紫外光的波长更长。

磷光：是有些物质的激发分子通过振动弛豫下降到第一激发态的最低振动能层后，经过体系间跨越至激发三重态的高振动能层上，再通过振动弛豫降至三重态的最低振动能层，然后发出光辐射跃迁至基态的各个振动能层．这种光辐射称为磷光。磷光的波长比荧光更长。

瑞利光：光子和物质分子发生弹性碰撞时．不发生能量的交换，仅是光子运动的方向发生改变，这种散射光叫做瑞利光，其波长和入射光相同。

拉曼光：光子和物质分子发生非弹性碰撞时，在光子运动方向发生改变的同时，光子与物质分子发生能量交换，使光于能量发生改变。当光子将部分能量转给物质分子时，光子能量减少，波长比入射光更长；当光子从物质分子得到能量时，光子能量增加，波氏比入射光为短。这两种光均称为拉曼光。

为了消除瑞利光散射的影响，荧光的测量通常在与激发光成直角的方向上进行，并通过调节荧光计的狭缝宽度来消除

为消除拉曼光的影响可选择适当的溶剂和选用合适的激发光波长 3．具有哪些分子结构的物质有较高的荧光效率？ (1)长共轭结构：如含有芳香环或杂环的物质。

(2)分子的刚性和共平面性：分子的刚性和共平面性越大，荧光效率就越大，并且荧光波长产生长移。 (3)取代基：能增加分子π电子共轭程度的取代基，常使荧光效率提高，如-NH2、-OH、-OCH3、-CN等。 4．可通过哪些技术提高荧光分析法的灵敏度和选择性？

(1)激光诱导荧光分析。 (2)时间分辨荧光分析。 (3)同步荧光分析。 (4)胶束增敏荧光分析。 5．请设计两种方法测定溶液Al3+的含量。（一种化学分析方法，一种仪器分析方法）

配位滴定：利用铝与EDTA的配位反应进行滴定分析，因铝与EDTA的反应速率比较缓慢，而且铝对指示剂有封蔽作用，因此铝的测定一般用EDTA作为标准溶液，返滴定法或置换滴定法测定。

仪器分析法：利作铝离子与有机试剂如桑色素组成能发荧光的配合物，通过检测配合物的荧光强度以来测定铝离子的含量。另可采用原子吸收分光光度法或原子发射光谱法进行测定。 6．一个溶液的吸光度为0.035，试计算式（12?5）括号中第二项与第一项之比。

(?2.3ECl)2(?2.3?0.035)2?2.3ECl??(2.3?0.035)?0.0403 2!2

红外吸收光谱法

7．某物质分子式为C10H10O。测得红外吸收光谱如图。试确定其结构。

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U=（2+2*10－10）/2=6可能含有苯环 波数 3320 2985 2165 1600,1460 1450 1400 1230 1092 771 704 归属 羟基ν（O-H） 甲基伸缩振动νas（CH3） ν（C≡O） 芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C) 甲基变形振动δas（CH3） ?（OH） 叔丁基νC-C ν（C-O） 芳环碳氢变形伸缩振动? =C-H） 环变形振动δs（环） OHCCCHCH3结构信息 O-H CH3 C≡O 芳环 -CH3 -OH CCH3 C-O 芳环单取代 根据以上分析，可知其结构

8．某未知物的分子式为C7H9N，测得其红外吸收光谱如图，试通过光谱解析推断其分子结构。

U=（2+2*7+1-9）/2=4 可能含有苯环 波数 3520，3430，3290 3030 2925 1622 1588；1494 1471 1380 1303，1268 748 归属 胺ν（-NH） 芳环碳氢伸缩振动ν（AR-H） 甲基伸缩振动νas（CH3） 伯胺面内弯曲β（NH） 芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C) 甲基变形振动δas（CH3） 甲基变形振动δs（CH3） 胺ν（-C-N） 芳环碳氢变形伸缩振动? =C-H） NH2CH3结构信息 -NH2 AR-H CH3 -NH2 芳环 -CH3 -CH3 芳环临二取代 根据以上分析，可知其结构

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9．某未知物的分子式为C10H12O，试从其红外光谱图推出其结构。

U=（2+2*7+1-9）/2=4 可能含有苯环 波数 归属 3060，3030 芳环碳氢伸缩振动ν（AR-H） 2960，2870 甲基伸缩振动νas（CH3） 2820，2720 νC-H（O） 1700 νC=O 1610；1570，1500 芳环骨架C=C伸缩振动ν(C=C) 1460 甲基变形振动δas（CH3） 1390，1365 甲基变形振动δs（CH3） 830 芳环碳氢变形伸缩振动? =C-H） 根据以上分析，可知其结构

CH3H3CCHOCH结构信息 AR-H CH3 -CHO -C=O 共轭芳环 -CH3 -CH3 芳环对位二取代

原子吸收分光光度法

1． 原子吸收分光光度法中，为什么要求用锐线光源？

原子吸收法的定量依据使比尔定律，而比尔定律只适应于单色光，并且只有当光源的带宽比吸收线的

－

宽度窄时，吸光度和浓度的线性关系才成立。因为大多数元素的吸收线的半宽度为103nm左右，即使使用一个质量很好的单色器，其所提供的有效带宽也要明显大于原子吸收线的宽度。若采用连续光源和单色器分光的方法测定原子吸收则不可避免的出现非线性校正曲线，且灵敏度也很低。原子吸收分光光度法采用峰值吸收代替积分吸收，对光源的基本要求是光源发射线的半宽度应小于吸收线的半宽度；发射线中心频率恰好与吸收线中心频率V0相重合。只有使用锐线光源才能符合要求。

2. 简述发射线和吸收线的轮廓对原子吸收分光光度分析的影响。

发射线和吸收线的谱线轮廓对原子吸收分光光度分析的灵敏度和校正曲线的线性关系都有明显影响。 （1）当发射线宽度﹤吸收线宽度时，吸收完全，灵敏度高，校正曲线线性好，准确度高。 （2）当发射线宽度﹥吸收线宽度时，吸收不完全，灵敏度低，校正曲线线性差，准确度差。

（3）发射线与吸收线轮廓有显著位移时，吸收最不完全，灵敏度最低，校正曲线线性最差，准确度最差。

3．计算激发态与基态原子数之比。

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6.626?10?34?2.998?1010(cm/s)Ej???3.588?10?19(J)?5?5.5356?10(cm)

?19NjgjEj?E03.588?10(J)?exp(?)?3?exp[?)?6.781?10?6?23N0g0KT1.3806?10(J/K)?2000(K)hc

4．原子吸收分光光度法测定镁灵敏度时，若配制浓度为2ug/ml的水溶液，测得其透光度为50%，试计算镁的灵敏度。0.0292ug/ml/1%）

0.0044Cx0.0044Cx0.0044?2Sc????0.0292 ?g/ml/1%

A?lgT?lg0.5

5．用标准加入法测定一无机试样溶液中镉的浓度，各试液在加入镉对照品溶液后，用水稀释至50ml，测得吸光度如下，求试样中镉的浓度。（0.574 mg/L） 序号 1 2 3 4 试液(ml) 20 20 20 20 加入镉对照品溶液(l0?g/ml)的毫升数 0 1 2 4 吸光度 0.042 0.080 0.116 0.190 稀释后浓度（?g/ml） 0.00 0.20 0.40 0.80 （1）计算出稀释后的浓度 (10×V)/50 0.200.180.16BEquationWeightResidual Sum of SquaresAdj. R-Squarey = a + b*xNo Weighting6.85714E-70.99991ValueInterceptSlope0.04240.18457Standard Error4.53557E-49.89743E-40.140.120.100.080.060.040.00.20.40.60.8AC ug/ml

数据线性拟合得线性方程为：A=0.1846c+0.0424 外推当A=0时，代入线性方程得c=－0.2297 cx=0.2297×50/20=0.574 mg/L

6．用原子吸收分光光度法测定自来水中镁的含量。取一系列镁对照品溶液(1?g/ml)及自来水样于50ml量瓶中，分别加入5%锶盐溶液2ml后，用蒸馏水稀释至刻度。然后与蒸馏水交替喷雾测定其吸光度。其数据如下所示，计算自来水中镁的含量(mg/L)。(0.095mg/L)

镁对照品溶液(ml)

吸光度

1 0.00 0.043

2 1.00 0.092

0.240.220.200.180.160.143 2.00 0.140

4 3.00 0.187

5 4.00 0.234

6 5.00 0.234

7 自来水样20ml

0.135

A0.120.100.080.060.04-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0ug

从标准曲线上查出20ml自来水中含有1.92 ug Mg, 自来水中Mg的含量为 1.92*1000/20=95.5 ug/L=0.0955 mg/L

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核磁共振波谱法

1．下列哪一组原子核不产生核磁共振信号，为什么？

2119121211216H、147N 9F、6C 6C、1H 6C、8O

并不是是所有原子核都能产生核磁共振信号，原子核能产生核磁共振是因为具有核自旋，其自旋量子数须不等于0。质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0 ，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。由此，C、O这一组原子核都不产生核磁共振信号。

2．单取代苯的取代基为烷基时，苯环上的芳氢（5个）为单峰，为什么？两取代基为极性基团（如卤素、－NH2、－OH等），苯环的芳氢变为多重峰，试说明原因，并推测是什么自旋系统。

单取代苯若取代基为饱和烷基，则构成A5系统，呈现单峰；取代基不是饱和烷基时，可能构成ABB′CC′系统；如苯酚等。

双取代苯若对位取代苯的两个取代基X≠Y，苯环上四个氢可能形成AA′BB′系统，如对氯苯胺。对取代苯的谱图具有鲜明的特点，是取代苯谱图中最易识别的。它粗看是左右对称的四重峰，中间一对峰强，外面一对峰弱，每个峰可能还有各自小的卫星峰。

3．在质子共振谱中，可以看到HF质子的双峰，而只能看到HCl的质子单峰。为什么？

HF中1H与19F的自旋分裂氟(19F)自旋量子数I也等于1/2，与1H相同，在外加磁场中也应有2个方向相反的自旋取向。这2种不同的自旋取向将通过电子的传递作用，对相邻1H核实受磁场强度产生一定的影响。所以HF中1H核共振峰分裂为2个小峰(二重峰)。同理，HF中19F核也会因相邻1H核的自旋干扰，偶合裂分为2个小峰。并非所有的原子核对相邻氢核都有自旋偶合干扰作用。如35Cl、79Br核，虽然，I≠0，预期对相邻氢核有自旋偶合干扰作用，但因它们的电四极矩很大，会引起相邻氢核的自旋去偶作用，因此看不到偶合干扰现象。

4. 一个未知物的分子式为C9H10N。δa 1.22（d）、δb 2.80（sep）、δc 3.44（s）、δd 6.60（m，多重峰）及δ

。氢核磁共振谱如图所示，试确定其结构式。 e 7.03（m）

12

6

168

① U=4，结构式中可能具有苯环。 ② 氢分布为从右至左：a：b：c：d：e = 6H (1.8cm)：1H (0.3cm)：2H (0.6cm)：2H (0.6cm)：2H (0.6cm)。 ③ 根据化学位移、氢分布及峰形解析

(1) a、b为－CH(CH3)2。理由：a与6个H相邻分裂为七重峰，b与1个H相邻分裂为二重峰。?b=2.80，可

知－CH与苯环相连，可由教材表14-3计算证明。δb = 1.55 + 1.33 (Ar) = 2.88 (2) δd 6.60（2H，m）与δe 7.03（2H，m）：查教材图14-3为芳氢，根据峰形与教材图14-17相似，

H数又为4 H，可能是对位双取代苯环（AA‵BB‵系统） (3) δc 3.44（2H，s）：由分子式C9H10N中减去（C3H7 + C6H4）余NH2（氨基），化学位移也相符。

dH2NeCHd'e'CH3CH3④ 未知物可能是对异丙基苯胺。

⑤ 核对：不饱和度吻合；查对Sadtler标准NMR波谱，证明结论合理。

17

5．由下述NMR图谱，进行波谱解析，给出未知物的分子结构及自旋系统。 (1)已知化合物的分子式为C9H12，核磁共振谱如图14-25所示。

(异丙苯，A6X及A5，2个自旋系统)

① U=4，结构式中可能具有苯环。 ② 氢分布a：b：c = 6：1：5。 ③ Δ?/J=14.4，一级偶合系统。 ④ ?a =1.22峰为甲基蜂。根据氢分布，应是两个化学位移一致的甲基峰，此峰被分裂为二重峰(1:1)，说明与－CH－相连。?b =2.83峰为－CH－峰。该峰被分裂为七重峰(峰高比为1:6:15:20:15:6:1)，说明与6个氢相邻。?c =7.09峰为孤立峰。根据氢分布为5个氢，说明是不与其他氢核偶合的单取代苯。

⑤Δ?/J >10，符合n+1律及一级偶合的其他特征。综合上述理由，未知物是异丙苯，A6X及A5，两个一级自旋系统。

(2)某一含有C、H、N和O的化合物，其相对分子质量为147，C为73.5％，H为6%，N为9.5%，O为11％，核磁共振谱如图14-26所示。试推测该化合物的结构。

① 根据元素分析的结果可知：化合物分子式为C9H9ON ② U=6，结构式中可能具有苯环。

③ 由织分线曲线知：氢分布为从右至左：a：b：c：d=2H：3H：4H。

a含2个氢，单峰，为孤立的亚甲基蜂。?a~3.5，可知CH2不是与氧相连(－Ar－CH2－O－的?为4.2~5.0) b含3个氢，单峰，为孤立的甲基蜂。?b为3.5~3.8，由计算公式?=?+?Si估算，CH3与氧相连(CH3－O－)。 d含4个氢，?~7，双二重峰。说明是对位双取代苯环。 ④ 综上所述，结构式为

自旋系统：A3、AA‵BB‵、A2。

(3)已知化合物的分子式为C10H10Br2O，核磁共振谱如图14-27所示。

① U=5，结构式中可能具有苯环。

② 由积分线曲线知：氢分布为从右至左：a：b：c：d=3H：1H：1H：5H。

③ a含3个氢，单峰，为孤立的甲基蜂。?a为2.42，说明CH3与C=O相连，由计算公式?=?+?Si估算，而不是与氧相连(CH3－O－的?为3.5~3.8)。

18

④ d含5个氢，?=7.35。说明是单取代苯环。单峰，说明苯环与烃基相连。

⑤ 分子式中扣除CH3－C=O及C6H5－，余C2H2Br2，c、d皆为二重峰，?b=4.91、?c=5.33，说明存在着－CHBr－CHBr－基团。

⑥ 综上所述，结构式为

BrCHBrCHOCCH3

⑦自旋系统：A5、AB、A3。

质 谱 法

1．质谱仪由哪几个部分组成？各部分的作用是什么。

质谱仪，其基本组成是相同的。都包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统。 进样系统：高效重复地把被分析的物质，即样品送进离子源。 离子源：将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。 质量分析器：将离子源产生的离子按m/z顺序分离开来。 检测器：用以测量、记录离子流强度而得出质增图。

真空系统：保证离子源中灯丝的正常工作，保证离子在离子源和分析器正常运行，消减不必要的离子碰撞，散射效应，复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效应,

2、离子源的作用是什么？试述几种常见离子源的原理及优缺点。

离子源又称电离源。其功能是将进样系统导入的气态样品分子转化成离子。 电子轰击源（EI）：电加热锑或钨丝至2000℃，产生高速的电子束，样品经气化进入电离室，与电子流撞击，若获得能量高于分子的电离能则分子M 失去电子而发生电离或破碎。

EI源的优点：(1)非选择性电离，电离效率高；（2）应用广，重现性好；（3）灵敏度高，所得碎片离子多，质谱图能提供丰富的结构信息；（4）稳定性高，操作简便。

EI源的缺点：(1)样品必须能气化，不适宜分析难挥发、热敏性的物质；（2）有的化合物在EI方式下分子离子不稳定，易破碎，得不到分子量信息。

化学电离源（CI）：利用低压样品气与高压的反应气，在高能电子流（~500 eV）轰击下，发生离子分子反应。反应气在电子流的作用下电离或裂解，生成的离子和反应气分子进一步反应或与样品分子发生离子-分子反应，通过质子交换使样品分子电离。

CI源的优点：(1)属于软电离，准分子离子峰强度大；（2）易获得有关化合物的基团信息；（3）适宜做多离子检测。

CI源的缺点：(1)其图谱与实验条件有关，一般不能制作标准图谱。（2）碎片离子少，缺少样品的结构信息；（3）样品需加热气化后进行离子化，不适合于热不稳定和难挥发样品的分析。

3、试计算C6H4N2O4及C12H24两化合物的(M+1/M)×100的值（强度比）。

C6H4N2O4(M?1)%?M?1?100?1.12nc?0.38nN?1.12?6?0.38?2?7.48 MC12H24(M?1)%?M?1?100?1.12nc?1.12?12?13.44 M

4、某一脂肪胺的分子离子峰为m/z 87，基峰为 m/z 30，以下哪个结构与上述质谱数据相符？为什么？ （A）

19

?位无取代基的伯胺形成的基峰为[CH2=NH2]+ (m/z 30)

5、解释下列化合物质谱中某些主要离子的可能断裂途径：（1）丁酸甲酯 m/z 43、59、71、74；（2）乙基苯 m/z 91、92；（3）庚酮-4 m/z 43、71、86；（4）三乙胺m/z 58、86。

OCH3CCH2COCH3H2（1）

OH2CCH3CCOCH3H2OCOCH3m/z 59+OH2CCH3CCH2+OCH3m/z 31HH2CCOCH3m/z 74.+OH2CCH3CH2+m/z 71m/z 43

（2）乙基苯

+CH2CH3CH2m/z 91

（3）庚酮-4

OCH3CCH2CCH2CH2CH3H2OCCH2CH2CH3m/z 71CH2CH2CH3m/z 43++OHH2CCCH2CH2CH3m/z 86

C2H5H2CNCH2CH3（4）三乙胺

C2H5H3CCH2NCH2CH3+m/z 86C2H5H2CNHm/z 58+

6、试判断下列化合物质谱图中，有几种碎片离子峰？何者丰度最高？

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CH3H3CCH2CCH2CH2CH3CH3CH3H3CCH2C++

CH3+H3CCH2CCH2CH2CH3CH3CCH2CH2CH3CH3H3CCH2+CH3

m/z 71 （丰度最高） 99 85 29

CH3H3CCH2CCH2CH2CH3CH3CH3H3CCH2C++CH2CH2CH3CH3

7．某化合物C4H8O，质谱如图所示，试推测出其结构并写出主要碎片离子的断裂过程。

解：（1）由分子式C4H8O, 计算出不饱和度U = 2，说明可能存在双键。 （2）根据质谱图推断可能存在的碎片离子：

OH3CH2CCCH3OC (m/z 57)、 +(m/z 43)、

OCCH2CH3。

H3CH2C (m/z 29)

由以上信息可推断其结构H3C主要的碎片裂解过程如下：

OH3CCm/z 72CH2CH3H3COC[CH2CH3]m/z 29CH3]-[CH2H3CCH2CH3]OCH2C-[CH2OH3CCm/z 43m/z=57

8．某未知化合物C8H8O，质谱如图所示，试推测出其结构并写出主要碎片离子的断裂过程。

解：（1）由分子式C8H8O, 计算出不饱和度U = 5，说明可能存在苯环。

（2）根据质谱图推断可能存在的碎片离子：

COCCH3O(m/z 77)、 +(m/z 43)。

(m/z 105)、

（3）相对分子质量为120.

21

O由以上信息可推断其结构主要的碎片裂解过程如下：

CCH3

m/z 120O+ .+CO—CO+m/z 77CCH3。—C6H5α开裂m/z 105CCH3O+m/z 43

1059. 由元素分析测得某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱如图所示，确定其化合物的结构。

77M(136)513139 解：（1）由分子式C8H8O2, 计算出不饱和度U = 5，说明可能存在苯环。 （2）根据质谱图推断可能存在的碎片离子：

CO (m/z 105)、 (m/z 77)、

OCOCH3 (m/z 51)、

裂解过程：OCOCH3 (m/z 39)、OCH3 (m/z 31)

由以上信息可推断其结构 主要的碎片裂解过程如下：

均裂异CO++OCH3.裂m/z105异裂OCH3+m/z31CO+23H-COH2COCH3m/z77-C2m/z39m/z51

10. 某未知物的95%乙醇溶液在 245nm 处有最大吸收（lgεmax=2.8）；该未知物纯品的质谱显示，分子离子峰的m/z为130，参照元素分析其分子式应为C6H10O3，核磁共振氢谱：δ2.20为3质子单峰，δ3.34为2质子单峰，δ4.11为2质子四峰。红外光谱及质谱图如下，试推测其结构。

解：(1) 由分子式C6H10O3, 计算出不饱和度U = 2，M = 130,说明含偶数个N或不含氮。

22

(2). NMR：δδδδ1.204.112.203.34?13H2H3H2H三峰四峰单峰单峰?1CH3CH2-CH3CH2O-CH3CO--COCH2COO-OCOCOas?CH~2970cm?1(很强）3?C?O1250cm,1040cm(3). IR:?sCH321~1365cm?（强）?C?O~1735cm?1?C?O~1715cm?1验证：213as1?CH~2930cm?（强）?sCH21~1420cm?（中）未知物的结构式可能为：CH3-CO-CH2-COO-CH2-CH3

1. 均裂CH3-CO-CH2-COO-CH2-CH3O-CH2COCH2CH3CH3COm/z43+OCH2COCH2CH3均裂COCH2COOCH2CH3m/z115

1．在一液液色谱柱上，组分A和B的K分别为10和15，柱的固定相体积为0.5ml，流动相体积为1.5ml，流速为0.5ml/min。求A、B的保留时间和保留体积。

t0?V0/Fc?1.5/0.5?3minV0.5tRA?t0(1?KAs)?3?(1?10?)?13min VRA?tRA?Fc?13?0.5?6.5mlVm1.5tRB?t0(1?KBVs0.5)?3?(1?15?)?18min VRB?tRB?Fc?18?0.5?9.0mlVm1.5

2．在一根3m长的色谱柱上分离一个试样的结果如下：死时间为1min，组分1的保留时间为14min，组分2的保留时间为17min，峰宽为1min。(1) 用组分2计算色谱柱的理论塔板数n及塔板高度H；(2) 求调整保留时间

'tR12. 均裂-CH3-CH3CO异裂3.1. CH3COCH2CO+m/z85m/z87

色谱分析法概论

及

'tR2；(3) 用组分2 求nef及Hef；(4) 求容量因子k1及k2；(5) 求相对保留值

r2,1和分离度R。

tR17(1) n2?16(2 )2?16?( )2?4.6?103 W1L3 H2? ??0.65?10?3 (m) ? 0.65 (mm)3n24.6?10''(2) tR?14?1?13 (min) tR?17?1?16 (min)12'tR16(3) nef(2)?16(2 )2?16?( )2?4.1?103W1L3 Hef(2)???0.73?10?3 (m) ? 0.73 (mm)3nef(2)4.1?10'tR1

''tRtR2(tR2? tR1)2?(16? 13)131616 2(4) k1???13 k2???16 (5) r2,1?'2? ?1.2 R???3 t01t01(W1? W2)(1? 1)tR113

3．一根分配色谱柱，校正到柱温、柱压下的载气流速为43.75ml/min；由固定液的涂量及固定液在柱温下的密度计算得Vs=14.1ml。分离一个含四组分的试样，测得这些组分的保留时间：苯1.41min、甲苯2.67min、乙苯4.18min，异丙苯5.34min，死时间为0.24min。求：(1) 死体积；(2) 这些组分的调整保留时间；(3) 它们在此柱温下的分配系数（假定检测器及柱头等体积可以忽略）；(4) 相邻两组分的分配系数比?。

23

（1） V0=t0×u=0.24×43.75ml/min=10.5cm3

''ttRR（2） (苯) =1.41－0.24=1.17min , (甲苯) =2.67－0.24=2.43min ,

''tRtR(乙苯) =4.18－0.24=3.94min , (异丙苯) =5.34－0.24=5.10min

/tR1.17 V10.5k苯?苯? ?4.9 K苯?k苯m?4.9??3.6t00.24Vs14.1k甲苯k乙苯/tR2.43 V10.5?甲苯? ?10.1 K甲苯?k甲苯m?10.1??7.5t00.24Vs14.1/tR3.94 V10.5?乙苯? ?16.4 K乙苯?k乙苯m?16.4??12.0t00.24Vs14.1/tR5.10 V10.5?异丙苯? ?21.25 K异丙苯?k异丙苯m?21.25??16.0t00.24Vs14.1///tRtRtR2.433.945.10甲苯乙苯?/??2.1 ?乙苯/甲苯?/??1.6 ?异丙苯/乙苯?异丙苯??1.3/tR苯1.17tR甲苯2.43tR乙苯3.94

k异丙苯?甲苯/苯4．在一根甲基硅橡胶 (OV-1) 色谱柱上，柱温120℃。测得一些纯物质的保留时间：甲烷4.9s、正己烷84.9s、

正庚烷145.0s、正辛烷250.3s、正壬烷436.9s、苯128.8s、3-正己酮230.5s、正丁酸乙酯248.9s、正己醇413.2s及某正构饱和烷烃50.6s。(1) 求出后5个化合物的保留指数。未知正构饱和烷烃是何物质？ (2) 解释上述五个六碳化合物的保留指数为何不同。(3) 说明应如何正确选择正构烷烃物质对，以减小计算误差。

物质 甲烷 某正构烷烃 tR（s） 4.9 50.6 84.9 128.8 145.0 230.5 正己烷 苯 正庚烷 正己酮 正丁酸乙酯 248.9 250.3 正辛烷 正己醇 431.2 436.9 正壬烷 ① 根据保留指数的公式和意义，5个化合物的保留指数为：

Ix?100?[z?n'lgtR?lgtr'(Z)(x)''lgtR?lgtR(Z?n)(Z)]②

lg（128.8?4.9）?lg（84.9?4.9）]?676lg（145.0?4.9）?lg（84.9?4.9） lg（230.5?4.9）?lg（145.0?4.9）I正己酮?100?[7?1?]?785lg（250.3?4.9）?lg（145.0?4.9）lg（248.9?4.9）?lg（145.0?4.9）I正丁酸乙酯?100?[7?1?]?799lg（250.3?4.9）?lg（145.0?4.9）lg（431.2?4.9）?lg（250.3?4.9）I正己醇?100?[8?1?]?890lg（436.9?4.9）?lg（250.3?4.9）I苯?100?[6?1?设某正构烷烃的碳数为x，则

I正己烷?600?100?[x?(7?x)?lg（84.9?4.9）?lg（50.6?4.9）

]lg（145.0?4.9）?lg（50.6?4.9）解此方程得x=5, 所以该正构烷烃为正戊烷。

（2）上述五个化合物极性由大到小分别为：正己醇＞正丁酸乙酯＞3-正己酮＞苯＞正戊烷，根据气液色谱

固定液的作用原理，在弱极性的OV-1柱上保留能力由强到弱，即保留指数由大至小。 （3）选择正构饱和烷烃物质对的tR值最好与被测物质的tR值相近，以减小测定误差。

5．某色谱柱长100cm，流动相流速为0.1cm/s，已知组分A的洗脱时间为40 min，求组分A在流动相中的时间和保留比R?=t0/tR为多少。 (16.7min，0.42)

24

流动相流过色谱柱所需的时间即死时间t0，即为组分A在流动相中的停留时间： t0=L/u=100/(0.1×60)=16.7min 组分A的洗脱时间即其保留时间tR 保留比R?=t0/tR=16.7/40=0.42

6．某YWG-C18H37 4.6mm×25cm柱，以甲醇－水（80:20）为流动相，测得苯和萘的tR和W1/2分别为4.65和7.39 min, 0.158和0.228 min。求柱效和分离度。

苯:n?5.54?(tR24.652)?5.54?()?4798W1/20.79/5 每米理论数为4798/0.25m?1.92?104 m?1t7.392对萘:n?5.54?(R)2?5.54?()?5820W1/21.14/5 每米理论数为5820/0.25m?2.33?104 m?1R?2(tR2?tR1)W2?W1?2(tR2?tR1)1.699?(W1/2,2?W1/2,1)?2?(7.39?4.65)?8.361.699?(0.228?0.158)

7．在某一液相色谱柱上组分A流出需15.0min，组分B流出需25.0min，而不溶于固定相的物质C流出需2.0min。问：（1）B组分相对于A的相对保留值是多少？（2）A组分相对于B的相对保留值是多少？（3）组分A在柱中的容量因子是多少？（4）组分B在固定相的时间是多少？

rB,A''tRB25.0?2.0tRA15.0?2.0?'??1.77 rA,B?'??0.565tRA15.0?2.0tRB25.0?2.0

'tRA13.0kA???6.5 tB?25.0?2.0?23.0mint02.0

气相色谱法

1． 在GC中，改变下列一个色谱条件，其余色谱条件不变，问：对色谱峰形有何影响？并说明理由。 （1）柱长增加一倍; （2）载气流速增加；（3）载气摩尔质量减少，并在低流速区工作；（4）采用黏度较小的固定液。

（1）柱长增加一倍，H不变。L→2L原，则n→2n原，tR→2 tR原，且由n=16(tR/W)2知W为

2W原。根据色谱

分离方程，柱长增加，分离度R增加到原来的2倍。

（2）载气流速增加，在柱中纵向扩散减小，H减小，tR变小，峰变窄。随着保留时间的减小，分离度降低。 （3）在低流速区，以B/u为主，B=2?Dm，载气摩尔质量减小，Dm↑，B↑，H↑，n↓, W↑，R↓，所以在低流速区，载气摩尔质量减小，色谱峰变宽，分离度可能降低。 （4）速率方程中，C?[2?ud2kfH↓, n↑,W↓。固采用黏度较小?]u，固定液黏度较变小，Dl↑，C↓, 23(1?k)Dl的固定液可使峰宽变窄。

2．用一根色谱柱分离A和B两组分， A与B的保留时间分别为320秒和350秒，死时间25秒，若两峰峰宽相等，要使两峰完全分离，柱长至少为多少？(假设塔板高度0.11mm)

25

10．在光度分析中由于单色光不纯，在入射光?2中混入杂散光?1。?1和?2组成强度比为

I0λ1:I0λ2=1:5，吸光化合物在?1处的ελ1=5.0?103 L/mol?cm，在?2处的ελ2=1.0?104 L/mol?cm。用2 cm吸收池进行吸光度测定。（1）若吸光物质浓度为5?10-6 mol/L，计算其理论吸光度A；（2）若浓度为1?10-5 mol/L，A又为多少？该吸光物溶液是否服从朗伯特-比耳定律？

解：（1）若吸光物质浓度为5?10-6 mol/L，则：

A??lgIλ1?Iλ2I0λ1?I0λ2I0λ1?10ε?1cl?5I0λ1?10ε?2cl??lgI0λ1?5I0λ1I0λ1?10ε?1cl?5I0λ1?10ε?2cl10ε?1cl?5?10ε?2cl??lg ??lgλ16I06??lg105?10?5?103?6

?1?2?5?101?10?5?1064?6?2105?10?5?101?10??lg?0.0926?2 （2）若吸光物质浓度为1?10-5 mol/L，则：

A??lg??lg10Iλ1?Iλ2I0λ1?I0λ21?10?110ε?1cl?5?10ε?2cl???lg62?10?1

?5?106?0.185由计算可知：当吸光物质浓度为5?10-6 mol/L时，理论吸光度A=0.092；当吸光物质浓度增加1倍，即为1?10-5 mol/L时，理论吸光度增加1倍，即为A=0.185。故服从朗伯特-比耳定律。

11．某有色溶液在2.0 cm厚的吸收池中测得透光度为1.0%，仪器的透光度读数T有?0.5%的绝对误差。试问：（1）测定结果的相对误差是多少？（2）欲使测量的相对误差为最小，溶液的浓度应稀释多少倍？（3）若浓度不变，问应用多厚的吸收池较合适？（4）浓度或吸收池厚度改变后，测量结果误差是多少? 解：（1）测定结果的相对误差：

Δc0.434ΔT0.434?(?0.005)???100%??10.8% cTlgT0.01?lg0.01计算表明：超过了光度法对测定结果准确度的要求。

（2）欲使测量的相对误差为最小，则：

(ΔcΔT1?lnT )'?()'??ΔT?2cTlgT(TlgT)ΔcΔT1?lnT)'?()'??ΔT??0 2cTlgT(TlgT)31

极小值：(

此时Ax?0.434，溶液的浓度cx；A1= -lgT= -lg0.01=2，溶液的浓度c1

A1c12???5，故应稀释约5倍。 Axcx0.434(3) 若浓度不变，可改变吸收池的厚度。

当A1= -lgT= -lg0.01=2，吸收池厚度2 cm；Ax?0.434，吸收池厚度lx；

A1l1A0.4341?，lx?xl1?l1??2?0.4(cm)，故应选用0.5 cm吸收池。 AxlxA125（4） 若浓度稀释约5倍或选用0.5 cm的吸收池，此时测量结果误差最小，T=0.368，lgT=0.434。代入公式计算测量结果误差：

Δc0.434ΔT0.434?(?0.005)???100%??1.4% cTlgT0.368?lg0.368浓度稀释约5倍或选用0.5 cm的吸收池，结果的准确度达到了光度法对测定的要求。

12．有一个两色酸碱指示剂，其酸式（HA）吸收420 nm的光，摩尔吸光系数为325 L/mol?cm。其碱式（A—）吸收600 nm的光，摩尔吸光系数为120 L/mol?cm。HA在600 nm处无吸收，A—在420 nm处无吸收。现有该指示剂的水溶液，用1 cm比色皿，在420 nm处测得吸光度为0.108，在600 nm处吸光度为0.280。若指示剂的pKa为3.90，计算该水溶液的pH值。

解：酸碱指示剂水溶液 HAA—在420 nm处无吸收 所以：[HA]?A4200.108??3.32?10?4(mol / L) HAε420l325?1H++A— pKa=3.90

HA在600 nm处无吸收 所以： [A-]?A600Aε600l-?0.280?2.33?10?3(mol / L) 120?1[HA] [A?]水溶液的[H]：[H?]?Ka?-水溶液的pH值： pH?pKa-lg[HA?l]g[A]

pH?3.90?lg(3.32?10-4)?lg(2.33?10-3)?4.75

32

13．某一元弱酸的酸式体在475 nm处有吸收，ε = 3.4×104 L/mol?cm，而它的共轭碱在此波长下无吸收，在pH =3.90的缓冲溶液中，浓度为2.72×10-5 mol/L的该弱酸溶液在475 nm处的吸光度为0.261（用1 cm比色杯）。计算此弱酸的Ka值。

解：由Lambert-Beer定律：A?εcl

c酸?A0.261??7.68?10?6(mol / L) 4εl3.4?10?1 10-5 ? 7.68 × 10-6 = 1.95 × 10-5( mol / L) c碱?c?c酸= 2.72 ×由pH = pKa + lg

14．某弱酸HA总浓度为2.0?10-4 mol/L。于?520 nm处，用1 cm比色皿测定，在不同pH值的缓冲溶液中，测得吸光度值如下：

pH A

0.88 0.890

1.17 0.890

2.99 0.692

3.41 0.552

3.95 0.385

4.89 0.260

5.50 0.260

c碱c酸，即：3.90 = pKa + lg (1.95 × 10-5/ 7.68 × 10-6)

即：Ka = 3.16 × 10-4

解得： pKa = 3.50

求：（1）在520 nm处，HA和A—的?HA, ?A-；（2）HA的电离常数Ka。

解：（1）HA水溶液 HA

H++A—

当pH?1.17时，以HA形式存在：

HAε520?AHA0.8903(L/mol?cm) ??4.45?10?4cHAl2.0?10?1当pH?4.89时，以A?形式存在：

A ε520??AA?cA?l?0.260?1.30?103(L/mol?cm) ?42.0?10?1（2）当pH=3.41时，以HA和A?两种形式共存，此时

HAAA?AHA?AA??ε520cHAl??520cA?l

?0.552?4.45?103cHA?1.30?103cA?， cA??c总?cHA

解得：cHA=9.27?10-5（mol/L）， cA =1.07?10-4（mol/L）

33

[H?][A?]10?3.14?1.07?10?4Ka???4.49?10?4 ?5[HA]9.27?10

?15．络合物NiB2，当络合剂浓度2在395nm下有最大吸收（此条件时，Ni及B无吸收）? 比Ni过量5倍时，Ni完全形成络合物。根据下列数据，求Ni+2B＝NiB2的稳定常数K。 22+2+2+

溶液组成及浓度

(mol/L)

Ni(2.50×10 ) , B(2.20×10-1 )

-4-3 Ni(2.50×10) , B(1.00×10) 2+2+

-4

吸光度 (λ=395nm) 0.765 0.360

解：当cNi=2.50×10mol/L, c B=2.20×10mol/L时，Ni完全形成络合物， cNiB2=2.50×10-4mol/L

根据Lambert-Beer定律：A?εcl，ε?ε络合物?A cl-4-1

2+

0.765?3060(L/mol?cm) ?42.5?10A0.360?1.18?10?4(mol / L) 当 A=0.360时，络合物浓度c??εl3060[NiB2]1.18?10?46 K???1.53?102?4?42[Ni][B](2.5?1.18)?10?[(10?1.18?2)?10]

高效液相色谱法

2．离子色谱法、反相离子对色谱法与离子抑制色谱法的原理及应用范围有何区别？

离子色谱法(Ion Chromatography) ：用离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相。以电导检测器为通用检测器。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。离子色谱法是溶液中阴离子分析的最佳方法，也可用于阳离子分析。

反相离子对色谱法(IPC或PIC) ：反相色谱中，在极性流动相中加入离子对试剂，使被测组分与其中的反离子形成中性离子对，增加k和tR，以改善分离。适用于较强的有机酸、碱。

反相离子抑制色谱：在反相色谱中，通过加入缓冲溶液调节流动相pH值，抑制组分解离，增加其k和tR，以达到改善分离的目的。适用于极弱酸碱物质（pH=3~7弱酸；pH=7~8弱碱；两性化合物）

34

3．速率理论方程式在HPLC中与在GC中有何异同？如何指导HPLC实验条件的选择？

解:液相色谱中引起色谱峰扩展的主要因素为涡流扩散、流动的流动相传质、滞留的流动相传质以及柱外效应。

在气相色谱中径向扩散往往比较显著，而液相色谱中径向扩散的影响较弱，往往可以忽略。另外，在液相色谱中还存在比较显著的滞留流动相传质及柱外效应。

在高效液相色谱中，对液液分配色谱，Van Deemter方程的完整表达形式为

由此，HPLC的实验条件应该是：①小粒度、均匀的球形化学键合相；②低粘度流动相，流速不宜过快；③柱温适当。

4．试讨论影响HPLC分离度的各种因素，如何提高分离度？ (1) 色谱填充性能：液相色谱柱分离性能的优劣，是由固定相粒度、柱长、由柱内径和填充状况决定的柱压降这三个参数度决定的。这三个参数度也决定了样品组分的保留时间，保留时间不仅与色谱过程的热力学因素k有关，还直接与决定柱效与分离度的柱性能参数及流动相的黏度有关，这些参数都是影响色谱分离过程动力学的重要因素。但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常高的工作，一般都是购买商品柱，很少自行制备。

(2) 流动相及流动相的极性：液相色谱中，改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接因素。液相色谱不可能通过增加柱温来改善传质。因此大多是恒温分析。流动相选择在液相色谱中显得特别重要，流动相可显著改变组分分离状况。

(3) 流速：流速大于0.5 cm/s时， H～u曲线是一段斜率不大的直线。降低流速，柱效提高不是很大。但在实际操作中，流量仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。 5．指出苯、萘、蒽在反相色谱中的洗脱顺序并说明原因。

三者极性顺序从大到小是苯、萘、蒽，因此在反相色谱中的洗脱顺序为苯、萘、蒽，苯最先出峰。

6．宜用何种HPLC方法分离下列物质？

2+2+

（1）乙醇和丁醇；（2）Ba和Sr；（3）正戊酸和正丁酸；（4）相对分子质量的的葡糖苷。 （1）正相键合相色谱法 （2）离子交换色谱法 （3）离子对色谱法 （4）空间排阻色谱法

7．外标法测定黄芩颗粒中的黄芩苷的质量分数。

A试C对?10?6?10?50425070161.8?10?6?10?50?黄芩素%?????100%?17.4%

A对0.125559976700.1255

8．内标校正因子法计算炔诺酮和炔雌醇的质量分数。

m醇/A醇0.035?10/(1.043?105)f醇???3.016ms/As0.0733?10/(6.587?105)A醇1.387?105试样含炔雌醇的量m醇?f醇?ms??3.016?0.0733?10??0.448As6.841?105m每片含炔雌醇的量醇?60.3?0.0369(mg/片)732.8

35

m酮/A酮0.600?10/(1.981?106)f酮???2.722ms/As0.0733?10/(6.587?105)A酮2.442?106试样含炔雌醇的量m酮?f酮?ms??2.722?0.0733?10??7.122As6.841?105m每片含炔诺酮的量酮?60.3?0.586(mg/片)732.8

9．测定生物碱试样中黄连碱和小檗碱的含量。计算试样中黄连碱和小檗碱的质量分数。

用校正因子法计算As3.60?105f黄????1.05ms/AsA黄3.43?105(C%)黄?A黄?f黄Asm黄/A黄As3.60?105f小???0.891A小4.04?105

ms3.71?105?1.050.2400????100%?26.3%m0.85604.16?105A小?f小ms4.54?105?1.050.2400(C%)小?????100%?27.3%Asm0.85604.16?105

10．用15cm长的ODS柱分离两个组分。柱效n=2.84×104m–1；测得t0=1.31min；组分的tR1=4.10min；tR2=4.45min。(1)求k1、k2、α、R值。(2)若增加柱长至30cm，分离度R可否达1.5?

'tRt?t4.10?1.31k1?1?R10??2.13t0t01.31'tRt?t4.45?1.31k2?2?R20??2.40t0t01.31k2.40??2??1.13k12.13R?n??1k??2?4?1?k22

2.84?104?0.151.13?12.40???1.3341.131?2.40R12L11.330.15?,2?,R2?1.882R2L2R20.30增加柱长至30cm分离度能达到1.5平面色谱法

1．在薄层色谱中，以硅胶为固定相，氯仿为流动相时，试样中某些组分Rf值太大，若改为氯仿－甲醇(2:1)时，则试样中各组分的Rf值会变得更大，还是变小？为什么？

以硅胶为固定相的为吸附薄层色谱，应以吸附机制来解释。试样中某些组分Rf值太大，若改为氯仿－甲醇(2:1)时，则试样中各组分的Rf值会变得更大，其原因主要是甲醇极性强，与组分竞争硅胶表面的吸附位点，降低了硅胶对组分的吸附能力，至使Rf值变得更大。

此时应加入适量极性小的溶剂如环已烷以降低展开剂的极性；或通过增加硅胶的吸附活性使Rf变小。

2．在硅胶薄层板A上，以苯－甲醇(1:3)为展开剂，某物质的Rf值为0.50，在硅胶板B上，用相同的展开剂，此物质的Rf值降为0.40，问A、B两种板，哪一种板的活度大？

以硅胶为固定相的为吸附薄层色谱，用B板展开时，试样中组分的Rf值变小，其原因是B板硅胶的吸附活性大使Rf变小。因此可看出B板的活度大。

3、在一定的薄层色谱条件下，已知A、B、C三组分的分配系数顺序分别为KA﹤KB﹤KC。三组分在相同条件下Rf值顺序如何？

分配系数越大，保留时间越长，Rf值越小，因此三组分在相同条件下Rf值顺序RfA﹥RfB﹥RfC﹥

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4．试推测下列化合物在硅胶薄层板上，以石油醚-苯(4:1)为流动相，六种染料的Rf值次序，并说明理由。

极性次序的排列则根据这些分子的分子结构，它们均具有偶氮苯基本母核，根据取代基的极性大小，很易排出次序。苏丹红、苏丹黄及对羟基偶氮苯均带有羟基官能团，但苏丹红、苏丹黄上的氢原子易与相邻氮原子形成分子内氢键，而使它们的极性大大下降至对氨基偶氮苯之后，苏丹红极性大于苏丹黄，则因苏丹红的共轭体系比苏丹黄长。

根据吸附色谱溶质在薄层板上移行次序是极性小的组分Rf大。六种染料的极性次序为：偶氮苯<对甲氧基偶氮苯<苏丹黄<苏丹红<对氨基偶氮苯<对羟基偶氮苯。所以在薄层板上Rf值的次序正好同上相反，偶氮苯极性最小，Rf值最大，而对羟基偶氮苯极性最大而Rf值最小。

5．已知化合物A在薄层板上从原点迁移7.6cm，溶剂前沿距原点16.2cm，(a)计算化合物A的Rf值。(b)在相同的薄层系统中，溶剂前沿距原点14.3cm，化合物A的斑点应在此薄层板上何处？(0.47，6.72cm)

l7.6Rf???0.47 l016.2l??l0'?Rf?14.3?0.47?6.7(cm)6．在某分配薄层色谱中，流动相、固定相和载体的体积比为Vm：Vs:Vg=0.33:0.10:0.57，若溶质在固定相

和流动相中的分配系数为0.50，计算它的Rf值和k。 (0.87，0.15)

Rf?l11???0.87l01?KVs1?0.5?0.10

Vm0.33Vs0.10?0.5??0.15Vm0.33k?K

7．已知A与B两物质的相对比移值为1.5。当B物质在某薄层板上展开拮，斑点距原点9cm，此时原点至溶剂前沿距离为18.0cm时，问A若在此板上同时展开，A物质的展距应为多少？A物质的Rf值应为多少。

RfAaRr???1.5RfBba?1.5b?1.5?9?13.5(cm) RfA?a13.5??0.75c18

8．今有两种性质相似的组分A和B，共存于同一溶液中。用纸色谱分离时，它们的比移值分别为0.45、0.63。欲使分离后两斑点中心间的距离为2cm，问滤纸条应为多长？(L0=11cm，滤纸条长至少13cm)

设A组分的展距为X,则B组分的展距为X?2XX?2Rf,A??0.45 Rf,B??0.63 l0l02?11.1(cm)0.63?0.45滤纸条至少为13cm(原点至纸边缘约2cm)l0?

37

43．取在105℃干燥恒定质量的咖啡酸，精密称取10.00mg，加少量乙醇溶解，转移至250mL容量瓶中，

加水至刻度摇匀。移取5.00mL至50mL容量瓶中，加6mol/L的HCl 4.00mL，加水至刻度摇匀。取此

1%溶液于1cm石英吸收池中，在波长323nm处测得吸光度为0.360，已知咖啡酸E1.9。求咖啡cm?927酸的质量分数。

【解】根据Lambert-Beer定律A?E1cmcl在50mL测定液中含咖啡酸的浓度：c?1%?c?AE1m?l

0.360?3.88?10?4?g/100mL?

927.9?150250?4??9.70?10?3?g? 在250mL母液中含咖啡酸的质量：3.88?10?1005.009.70?10?3?100%?97.0% 咖啡酸的质量分数：?%?10.00?10?3??

44．有一含有4种组分的样品，用气相色谱法FID检测器测定含量，实验步骤分两步：第一步，测定校正

因子：准确配制苯(基准物、内标物)与组分A、B、C及D的纯品混合溶液，它们的质量(g)分别为0.435、0.653、0.864、0.864及1.760。吸取混合溶液0.2μL，进样三次，测得平均峰面积分别为4.00、6.50、7.60、8.10及15.0面积单位。第二步，测定样品：在相同实验条件下，取样品0.5μL，进样三次，测得A、B、C及D的峰面积分别为3.50、4.50、4.00、及2.00面积单位。已知它们的相对分子质量分别为32.0、60.0、74.0及88.0。计算：⑴各组分的相对质量校正因子和相对摩尔校正因子；⑵各组分的质量分数和摩尔分数。（结果请保留3位有效数） 【解】⑴各组分的相对质量校正因子：fW?i??AsWi? AiWs4.000.6534.000.864??0.924；fW?B????1.04； 6.500.4357.600.4354.000.8644.001.76fW?C????0.981；fW?D????1.08。

8.100.43515.00.435M相对摩尔校正因子；fM?i??fW?i??s

Mi78.078.0fM?A??0.924??2.25；fM?B??1.04??1.35；

32.060.078.078.0fM?C??0.981??1.03；fM?D?＝1.08?＝0.957

74.088.0fW?i??Ai?i⑵各组分的质量分数；?i%??100%??100%，其中

??i?fW?i??AifW?A????fW?i??Ai??0.924?3.53?1.04?4.50?0.981?4.00?1.08?2.00

?3.234?4.68?3.924?2.16?14.0 3.2344.68?A%??100%?23.1%；?B%??100%＝33.4%；

14.014.03.9242.16?C%＝?100%＝28.1%；?D%＝?100%＝15.4%。

14.014.0fM?i?Ai各组分的摩尔分数。i%?，其中

?fM?i?Ai38

??

?fM?i?Ai?2.25?3.50?1.35?4.50?1.03?4.00?0.957?2.00

?7.875?6.075?4.12?1.914?20.0 7.8756.075A%??100%?39.4%；B%??100%＝30.4%；

20.020.04.121.914C%??100%?20.6%；D%??100%＝9.58%。

20.020.0

45．在30.0cm柱上分离A、B混合物，A与B的保留时间分别为16.40min和17.63min，峰底宽分别为1.11min

和1.21min，不保留物1.30min流出色谱柱。计算：⑴A、B两峰的分离度；⑵平均理论塔板数及理论塔板高度；⑶达到1.5分离度所需柱长；⑷在柱上达到完全分离时，洗脱B物质所需的最少时间。 【解】⑴R?2??tR,B?tR,A?W1?W2?2??17.63?16.40??1.06

1.11?1.212L?t?⑵依据两个公式：n?16?R?，H?，求平均理论塔板数和理论踏板高度。

n?W?nA?nB?16.40??17.63?nA?16??3491；n?16?3396；n??3444， ???B2?1.11??1.21?300300HA??0.0859mm；HB?＝0.0883mm。

34913396?R1??R2?L1?1.5?????，?L?L?0.30?⑶????0.60(m) 21??R??LR1.06??2?2??1?⑷由物质B流过柱长 L所需保留时间tR与流动相线性流速Fc的关系推导：L1tR1，所以： L1?Fc?tR1，L2?Fc?tR2??L2tR222222tR2?L20.60 ?tR1??17.63?35.26(min)。L10.30

46．在1.00m长的填充柱上，化合物A与其异构体B的保留时间分别为5.80min和6.60min，峰宽分别为

0.78min和0.82min，空气通过色谱柱需1.10min。计算：⑴载气的平均线速率u(cm/s)；⑵组分A和B的k；⑶该色谱柱的平均理论塔板数；⑷组分A、B的R；⑸组分A和B达到完全分离时所需柱长。 【解】⑴载气的平均线速率：u?L100??1.52?cm/s? t01.10?60⑵kA?tR,A?t0t02?tR,B?t06.60?1.105.80?1.104.27；kB???5.00

1.10t01.1022?t??5.80??6.60?⑶n?16?R?； ?nA?16???884.7；n?16?.5 ????1036B?0.78??0.82??W?n?nB884.7?1036.5n?A?n??960.6

222?tR,B?tR,A?2??6.60?5.80?⑷R???1.0

W1?W20.78?0.82

39

R⑸1?R2

L1L2??R2??1.5??L2?L1??1.0????2.25?m? ?R?1.0???1?2247．在某色谱系统中，两组分A、B的保留时间分别为90s和100s，如果它们的理论塔板数近似均为1600。

⑴通过计算说明两色谱峰能否分开；⑵如果不能分开，当理论塔板数至少为多少时才能分开？

22(tR2?tR1)4t?tR?【解】⑴依据公式计算：n?16???W?R；Rs?

W1?W2n?W?4?904?100WA??9s，WA??10s

160016002(100?90)Rs??1.05＜1.5，所以两峰不能分开。

9?10⑵要使两组分的色谱峰分开，必须使Rs≥1.5。有两种方法计算理论塔板数n：

方法一：由公式：W?4tRn，得：Rs?22(tR2?tR1)W1?W2ntR2?tR1??，所以： 2tR2?tR12?tR2?tR1?100?90??2??4?1.5??n?4Rs????3249。 ?tR?tR??100?90?1??2n??1k方法二：依据：Rs?，当色谱条件不变的情况下，Rs?n，所以： ??4?k?1?R1??R?2

?n11600?1.05??? ?? ?n2?3265。 ???n1.5n??22?22（注：两种方法的计算结果稍有差别，但在误差范围内）

42．在乙酸丙烯酯的IR光谱中（如图），?C＝O?1745cm，?C＝C?1650cm，两者的波数（频率）

相差不大，峰位很接近，但它们的谱带强度相差（?T）悬殊，为什么？

?1?1T/% ?T ?C＝O?11745cm?C＝C1650cm?1 4000 3200 2800 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 ζ/cm-1

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