药剂仪器分析复习题青岛科技大学.docx

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药剂仪器分析复习题青岛科技大学

仪器分析总结与复习

第一章绪论

1.仪器分析方法定义：

2.主要的仪器分析方法：

光学、电化学、色谱、质谱、热分析。

3.仪器分析方法的特点和局限性；

第二章气相色谱法

一、色谱法及主要分类

1.色谱法：

2.分类：

LC、GC；

3.色谱法术语：

保留值、色谱峰参数：

A、Y1/2、h;分配系数、容量

因子、分离度、塔板数、相对保留值；

二、气相色谱分析理论

1.色谱分析基本原理（能否分离）

利用各种物质在流动相与固定相中具有不同的分配系数，当两相进行相对移动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。

色谱分离的两个条件：

1）必要条件：

分配系数不同，组分发生差速移行。

（这是分离的热力学基础，分离的前提，体现分离的难易程度，及分子间的相互作用）。

（K、k、β）。

2）充要条件：

两种组分的谱带展宽应尽可能小（动力学因素）；

差速移行是不同组分能否分离的前提条件，没有差速移行，就不可能实现分离。

另外，还要看谱带展宽的情况。

谱带展宽严重，超过了差速移行的程度，不同组分的谱带仍可混合在一起，从而没有达到分离的效果。

两者关系：

达到分离，K一定不同；

K不同，不一定达到分离。

2.色谱分离基本理论（解决如何分离的问题）

1）塔板理论：

从热力学角度分析了分离过程（分子间的相互作用）

①流出曲线方程；

②理论塔板数；分离的总次数，峰宽度、柱效情况；

有效塔板数

③塔板高度：

有效塔板高度；

2）速率理论：

从动力学角度（分子扩散）分析了谱带扩展的过程；

色谱过程的速率方程：

VanDeemter方程

H=A+B/μ+Cμ

要求：

A、B、C各项含义，可解决的问题。

a）对塔板高度的解释；

b）影响H的因素：

dp:

填充情况、液膜厚度，扩散系数，温度，载气种类，流速、操作条件、分离条件等。

3）分离度：

定量描述两色谱峰分离程度的指标。

定义式：

R’=2（t2-t1）/（Y1/2

（1）+Y1/2

（2））

R=0.59R’

4）基本分离度方程：

导出方程：

有效塔板数，有效塔板方程

影响分离度的因素：

n（L），ｋ（1~10），γ；

温度：

热力学因素：

Lnk＝－△G／RT

动力学因素：

D，η；

两相邻相同高度对称峰分开的指标：

R=1.5

5）评价色谱分离的柱效能指标：

n,γ,R;

①柱效：

评价谱带变宽的程度（单峰），n（H）,块/米;

应用：

柱效高，峰变宽小---评价色谱柱效能；

峰变宽因素：

柱外效应：

进样，连接、检测器死体积；

GC-色谱柱占整个系统的比例大，柱外效应小；

LC-小，大；

柱内效应（H）：

组分在柱内运动、传质过程，

dp,均匀、液膜，流速；

其它因素：

组分性质、固定相、含量、流动相

操作条件等；

②相对保留值γ：

描述色谱体系对组分选择性大小的度量，即若能得到良好分离，说明该系统对分离组分具有良好的选择性；

实质：

P分离的热力学因素，相互作用的差别大，选择性高。

γ=1，无选择性，γ大，易分离；

GC—与温度、固定相、组分性质有关；

LC--与温度，固定相、流动相、组分性质有关。

③分离度：

综合了热力学、动力学因素，考察分离情况；

三者的联合评价：

n增大，不一定能实现分离（要看H）;

γ、R–-对色谱柱、组分的综合情况的考察；

6）分离操作条件的选择：

载气种类：

VanDeemter方程；

色谱系统温度：

汽化，检测、柱温（恒温色谱，程序升温色谱）；

固定相：

三、固定相及其选择

1气-固色谱：

吸附剂—SiO2,Al2O3,GDX;

2.气-液色谱：

固定液、载体（填充柱）；

⑴---固定液的极性

固定液的特征常数；

⑵固定液与样品的相互作用；四种作用力—判断出峰顺序；

⑶固定液的选择原则；

⑷固定液的种类：

聚硅氧烷、酯类、聚醇、交联固定相；

⑸常用固定相：

能说出1~2种即可。

四、气相色谱仪

1.气相色谱仪的组成与流程：

各部件作用、连接顺序；

2.气相色谱检测器：

FID，TCD。

1检测原理（仪器工作原理）；

2各检测器的特点（应用）；

3检测器的性能指标：

灵敏度、检出限、最小检出量、线性范围；

4仪器操作条件：

FID—载气、温度；TCD—载气等；

3.气相色谱柱：

填充柱、毛细柱（尾吹、分流）；

五、气相色谱定性分析与定量分析

1.定性分析：

依据：

TR,K与组分及固定相性质有关。

方法：

保留值法，保留指数，其他。

2.定量分析：

依据：

A∝WA=fW

方法（各方法使用条件）：

①归一化法；

②内标法；

③外标法：

六、GC的特点与应用范围

第三章高效液相色谱法

一、HPLC的特点及应用范围（有溶剂即可使用）。

二、HPLC分离理论：

1.HPLC热力学：

同GC（不同点—液体体积不上钩压力影响）。

2.HPLC动力学：

H=A+B/u+Cu（与GC的区别。

。

。

。

）

三、HPLC的主要类型及其分离原理

1.类型：

①L-S:

正相色谱；

②L-L：

键合相色谱—正相色谱，反相色谱；

③离子对色谱；

④离子交换色谱（离子色谱法）；

⑤空间排阻色谱。

2.分离原理：

三部分相互作用：

固定相---样品、流动相；

3.改变选择性的途径：

主要改变流动相；固定相数量较少；

要求：

根据被测组分、固定相、流动相判断组分流出顺序；

根据被测组分，确定色谱体系。

4.分离类型选择：

根据样品的结构选侧不同的分离模式。

四、HPLC仪

1.HPLC仪器的结构（组成）与流程；

2.液相色谱固定相：

硅胶、化学键合固定相、离子交换树脂、凝胶；

3.HPLC流动相：

要求、种类、操作方式（恒组成洗脱，梯度洗脱）；

程序升温与梯度洗脱的比较：

相同点：

改变K值，提高柱效，保留时间下降，改善峰型，各组分得到良好分离，避免遗漏；

不同点：

程序升温色谱：

改变温度—回复快；

梯度洗脱：

改变流动相组成---平衡慢。

4.HPLC输液系统：

高压泵，往复泵等；

5.进样系统：

阀进样；

6.检测系统：

UV,可见-UV,光电二极管阵列，差示折光检测器；

简单工作原理，特点，适用范围。

五、制备色谱：

了解。

六．毛细管电泳（CE）

1.电泳--在分散介质中，带电粒子在外加电场的作用

下作定向移动的现象，叫电泳

2.电泳法---利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方法；

分类：

⑴经典电泳法：

⑵毛细管电泳--（仅考虑区带电泳）

3.分离原理

1）原理：

混合物中的带电离子，因其荷电量不同、分子大小不同、及在电场中泳动的速度不同而实现分离．

2）毛细管电泳分离过程：

电渗--在外加电场作用下，液体相对固体支持体的相对移动

粒子的移动方向和速度：

带正电的粒子：

电泳方向与电渗方向相同，最先流出；

中性粒子：

与电渗流速度相同；

带负电的粒子：

电泳方向与电渗方向相反，最后流出．

带同性电荷粒子：

荷质比不同，电泳速度不同，产生差速迁移，而达到区带分离．

3）影响因素：

电泳中的一些技术参数

迁移速度；迁移时间；理论塔板数；分离度；

电场强度、离子强度、温度等

4.毛细管电泳仪：

简单结构，高压电源，毛细柱，检测器，贮液槽，作用

5几种分离模式：

毛细管区带电泳；毛细管凝胶电泳；毛细管等速电泳；

6.应用：

分离各种有机物，蛋白质、酶、核酸等；

分析某种物质的纯度及分子量；

第八章原子吸收光谱法

一、原子吸收光谱法

1.原子吸收光谱法：

测定气态基态原子外层电子对共振吸收线的吸收为基础的分析方法。

2.特点：

3.主要应用---测定金属含量。

二、原子吸收光谱分析基本原理

比尔定律：

A=kc=kNo

原子吸收的测量：

用锐线光源共振线测量峰值吸收；

原因：

谱线变宽—谱线轮廓—K随频率变化的曲线；

变宽原因：

自然变宽、多普勒变宽、压力变宽。

锐线光源：

谱线轮廓的表征（参数）：

半宽度、峰值吸收，中心频率；

三、AAS仪器

1.仪器结构原理：

结构闪婚小、组成；

2.光源：

发射特征谱线—空心阴极灯，单元数，多元素；

3.原子化系统：

火焰原子化器：

三种，特点；

无火焰原子化器：

石墨炉原子化器。

4．光学系统：

四、定量分析：

A=kC标准曲线法；标准加入法。

五、干扰及其排出：

光谱干扰：

光源，原子化器等除

物理干扰：

雾化方面；

化学干扰：

与被测物生成难溶物---减少被测物量；

六、操作条件选择：

汾西县、等电流，火焰，狭缝；

第十章红外光谱法

一、红外吸收光谱法、特点、应用

①方法：

②特点：

③应用：

二、红外吸收基本原理

1.产生红外吸收的条件

①分子振动时，必须伴有瞬时偶极矩的变化；

②照射分子的红外频率与分子振动频率相同。

2.分子振动类型与频率

1）分子振动方程：

基团振动频率σ=

2）基团振动类型：

伸缩振动：

2种（键长变化）

弯曲振动：

4种（键角变化）

3）理论基本振动数：

3N-6,3N-5（线型分子）

3红外光谱图：

吸收带在光盘中的位置与吸收强度的曲线记录图。

三、红外吸收光谱与分子结构的关系

1.基团振动频率：

与化合物分子一定结构单元相联系的震动频率，称。

。

。

特征吸收峰---基团频率所在的位置。

作用：

鉴定有机化合物官能团的依据。

2.基团频率区：

4000~1500cm-1：

C-H,C=X,三键；

3.指纹区：

1500~600，cm-1，易受邻近基团、化学键振动的影响而出现明显变化；

应用：

鉴定结构类似的有机物（苯衍生物，双键取代）。

4.影响基团频率位移的因素

①样品的状态与温度；

②H键：

振动类型---向低波数移动，变宽，强度增加等；

③诱导：

电负性增加---移向高波数；

④共轭：

电子云平均化；双键—移向低波数，单键移向高波数；

⑤振动偶合：

同一原子上两频率相近基团相互影响，造成峰分裂；

⑥空间因素：

四、红外光谱仪：

①基本组成，部件作用；

②色散型红外光谱仪：

光源—样品---单色器—检测器—记录；

③傅里叶变换红外光谱仪：

光源—干涉仪—样品-检测器—记录；

五、化合物红外光谱图的解析

1.不饱和度的计算；

2.推测可能的结构：

红外三要素：

锋位置，峰型，峰强度；

基团区：

指纹区：

3.重要化合物红外吸收特征：

烷烃，芳烃，烯烃，炔烃，醛酮酯酸，醇，胺。

第九章紫外吸收光谱法---UV

一分子能级

电子能级----价电子运动

振动能级----分子内原子振动；

转动能级---分子绕重心转动；

二、紫外光谱

1.谱带特征---带光谱、分子光谱、连续光谱。

2分子中的价电子跃迁类型：

激发（σ→σ*，π→π*；n→σ*，ｎ→π*

跃迁范围---波长，对应的主要基团）；

电离，

迁移；（无机物：

离子间，分子间，分子-离子间，

同时具有电子的供体与受体）

3.紫外光谱吸收带常见类型---（有机物不饱和键：

C=O，C=C，）

B带ε值约250~3000（→*与苯环振动重叠）

E带ε值约2000~10000

（苯环三个环状共轭系统π-π*）

K带ε值大于10000（C=C-C=C：

共轭π-π*）

以上跃迁几率大；

R带ε值<100（n-π*C=O，-N=O，-N=N-）

跃迁几率小

吸收带（波长范围）---吸收ε---对应的分子结构特征；

4.影响因素—

1）共轭效应：

红移，强度增强；

2）空间位阻：

蓝移，减小；

3）取代基：

吸电子基团：

电负性大，蓝移；

供电子基团：

增加流动性，红移；

4）溶剂极性：

n-π*蓝移；π-π*红移；

四、无机物的紫外吸收

电荷转移，配位场跃迁

五仪器基本组成—同HPLC

六．应用

1.定性---选择性吸收；谱带，电子跃迁方式；

λmax及相应的ε是定性分析的最主要参数

主要的吸收基团确定、立体结构、骨架推断、纯度检验；

2.定量分析---吸收强度与吸收光子数成正比；

A=bc---分光光度计

第十三章核磁共振波谱分析

一、NMR波谱分析法及其应用

1.NMR方法：

在外磁场的作用下，由磁性原子核对射频的吸收对分子结构进行分析的方法，

2.应用：

测定有机物、无机分子的结构。

二、NMR基本原理

1.原子核的自旋：

用自旋量子数表征的原子核的一种性质。

①.原子核自旋分类：

I=0---无NMR吸收；

I≠0----有磁性，有NMR吸收。

②原子核自旋类型判定：

根据原子的核电荷数及质量数进行判定。

③外磁场中自旋核的取向数（能级数）=2I+1

④能级差：

I=1/2,△E=2μB0=hν0

2.原子核的进动：

在外磁场中，自选和磁场与外磁场作用，原子核以外磁场方向为轴的回旋运动。

回旋频率ν0=γB0/2π

3.核磁共振吸收：

共振条件：

在一定磁场条件下，射频辐射频率ν'0等于原子核的进动频率ν0时，产生共振吸收。

△E=hν'0ν0=γB0/2π

ν0=γB0/2π----NMR方程

结果：

原子核磁矩在磁场中的自旋取向改变（逆转）。

与其它吸收的区别：

有外磁场存在才有可能发生；

磁性核跃迁（自旋方向改变）不是电子跃迁；

共振条件说明：

γ---不同元素的磁旋比γ不同，共振条件不同；

B—相同原子核，外磁场强度不同，共振频率不同；

ν0---相同原子核，回旋频率不同，共振频率不同。

4.NMR共振过程：

①.饱和：

N+=N-时，无共振吸收的现象。

②.弛豫：

维持NMR信号的原子核回复的途径；

高能级原子核通过非辐射途径回复到低能态的过程。

自旋-晶格弛豫：

自旋核将能量以热能的形式传给周围分子的其它核；

自旋-自旋弛豫：

能量不同的核自旋状态交换。

③.谱线变宽：

与弛豫时间有关；与磁场的均匀度有关；

三、NMR波谱仪

1.组成（作用）：

磁铁、射频发生器、信号接收器、样品管、其它；

2.结构：

磁场、射频发生器及信号接收器三者磁场方向互相垂直

3.连续NMR仪：

连续改变一个阐述（B或ν0），依次满足共振条件。

4.脉冲傅里叶变换NMR仪：

恒定磁场，以一定范围射频脉冲使氢核全部共振。

测得的信号由傅里叶变换为频率域的NMR谱图。

四、化学位移及其影响因素

1.化学位移：

化合物分子中的质子所处的化学环境不同，使其共振频率位移的现象。

2.化学位移产生的原因：

----电子的屏蔽效应。

核外电子与外磁场相互作用，产生感应磁场，使原子核实际感受的磁场强度（变化）下降。

为了克服电子的屏蔽效应，需要增加外磁场强度使核在原频率发生共振。

3.化学位移的表示方法：

相对位移值δ=ν样品-ν标准/ν仪器×106

=B标准-B样品/B仪器×106

4.影响因素：

影响核外电子的屏蔽作用---对电子云的影响；

①相邻基团的电负性：

---吸电子----δ向低场移动；

---供电子----δ移向高场；

②.磁各向异性效应：

分子中的质子与某一官能团的空间关系可能影响H核的化学位移的效应。

在空间上，感应磁场的抗磁性与顺磁性作用对H化学位移的影响不同，抗磁作用，屏蔽；

顺磁作用，去屏；

③.共轭作用：

电子云密度改变：

--p-π—δ移向高场

π-π---移向低场；

④.氢键：

电子云下降---δ移向低场；

⑤.其它：

空间位置接近，溶剂效应等。

五、自旋偶合与谱线裂分

1.自选耦合：

相邻H核之间的磁相互作用，由化学键传递。

2.自旋裂分：

自旋核之间的相互作用使谱线增多的现象（产生新能级）。

3.偶合常数：

裂分谱线之间的距离，不随外磁场变化。

同核偶合J小；异核偶合：

J大；

4.化学全同质子与磁全同质子

化学全同质子：

磁全同质子：

5.一级谱谱线裂分规律：

（I=1/2）

一级谱：

△ν/J≧6,磁全同质子。

①与一组峰偶合，信号裂分为n+1个,

峰强度符合（a+b）n展开式系数比；

②与二组峰偶合，信号裂分为（n+1）（m+1）个。

6.去偶：

使1H-NMR简化—消除相邻碳上H的偶合作用。

①双照射去偶：

使用双频率，强照射偶合质子，使其饱和不产生偶合作用；

②.NOE效应：

双照射去偶，H信号增加；

③.位移试剂：

改变分子中H的化学位移的试剂（使分子结构改变）。

六、1H-NMR图谱解析

1.化合物NMR信息与结构的关系：

峰组数-----H核类型数；

峰强度（面积）-----H核个数；

化学位移---质子类型（与H的化学环境有关：

相邻基团、共轭关系、空间位置等）；

化学位移的改变---H核化学环境变化；

偶合裂分---相邻碳上H的环境---同碳偶合，异碳偶合；

2.解析方法：

①分子不饱和度的计算；

②由积分线确定每组峰的含H个数；

③由化学位移确定H的类型；

④由峰裂分确定偶合关系---碳的连接关系。

⑤重要基团的化学位移。

3.重要的化合物：

芳烃、烯烃、含C=O化合物，脂肪烃。

七、13C-NMR谱图

1.13C-NMR：

13C：

I=1/2,有NMR吸收；

特点：

提供分子骨架信息，δ范围宽，灵敏；

2.化学位移、偶合常数及其影响因素同1H-NMR；

3.13C-NMR谱图获得

①全去偶谱图---采用双照射法将H的偶合全部去除；

可得不同类型碳的化学位移δ；

有NOE效应：

含H的峰强度增加，区别C的类型；

②.偏共振偶合----保留13C-1H偶合；

碳谱线裂分及相对峰强度符合H谱的n+1规则。

4.13C-NMR的重要解析-----重要基团的化学位移（同H-NMR）；

第十四章质谱分析

一、质谱分析方法、特点与应用

1.质谱法：

气态样品分字在真空中受到高速电子的轰击或强电场作用，生成分子离子或多种碎片离子。

在磁场（或电场）的分离后，得到质谱图。

由此推断化合物的结构的方法。

2.特点：

3.应用：

二、质谱分析基本原理

气态分子被电离后，经电场加速进入质谱分析计进行质量分离。

经检测构成质谱图（m/e）。

根据碎片离子质量和信号强度进行分子结构分析。

三、质谱仪

1.基本结构：

进样装置、离子源、质量分析计、离子检测器、真空系统；

2.电离方式：

电子轰击、化学电离、场电离、长解析、快原子轰击；

3.质量分析器：

①磁场分析计：

双聚焦质谱仪：

m/z=R2H2/2V--质谱方程

②交变电磁场分析计：

四级杆、离子阱；

③.飞行时间分析计；

四、离子类型与化合物结构

1.分子离子峰：

M+-----失去一个电子带正电荷的离子；

强：

芳烃、共轭烯烃、环烃（M+稳定）

弱：

脂肪胺、胺、磺基化合物、多侧链烃；

2.同位素峰：

核电荷相同，质量不同的同种元素原子。

M+1C、H、N

1.10.20.3

M+2Cl、Br、O、S、Si

3:

11:

10.24.43.4

同位素峰数与峰强度符合（a+b）n展开式系数比。

3.碎片离子峰：

由高能离子化学键断裂而成的低质量离子，---；

用以推断化合物分子结构；

4.重排离子峰：

分子裂解的同时，发生原子或基团的中排反应，然后裂解而产生的稳定离子.

麦氏重排：

①.条件-------分子中有双键、γ—H;

②.过程-------形成六元过渡态，H向却电子原子转移；

③物-------2个烯烃，分子离子质量数多1；

5.亚稳离子：

离子在无场条件下开裂形成的离子m*=m22/m1

用于研究裂解关系。

6.离子裂解规律

①.游离基裂解引发的开裂—----α裂解

特点---电荷保留，化学键均裂，发生在相隔的化学键上；

②.电荷重心引发的裂解----诱导裂解

特点---电荷转移、化学键异裂、发生在相邻化学键；

③.影响因素：

化学键的强弱，离子的稳定性；

五、质谱定性分析

1.相对分子量的测定---分子离子去的解析

分子离子峰的确定------高质量区解析：

①.分子离子的稳定性；

②.含N规则：

分子量的奇、偶性；

③.质量差：

分子离子峰与邻近峰的碎片丢失应为合理丢失；

2.分子式的确定：

由分子离子、同位素峰确定；

3.化合物分子结构的确定：

由裂解规律和碎片离子确定：

①丰度大的离子、特征离子、合理丢失；

②由分子式计算不饱和度—进一步确定结构；

③.列出结构单元，组成可能的结构；

4.与标准谱图对照

5.检验：

由结构对质谱图进行解释

六、质谱联用技术

1.GC-MS联用技术：

借口---分子分离器：

作用、原理；

2.LC-MS联用技术：

接口---作用：

除溶剂、电离；

原理：

3.MS-MS联用技术：

多级质谱联用；

作用：

原理：

质谱作为分离器，检测器

第四、五章电化学分析法

一.电分析化学法

1根据物质在溶液中或电极上的电化学性质建立起来的一种分析方法。

（应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析法或电分析化学法）。

2.特征：

将试样构成化学电池，通过测定电位差、电流、电导、电量或电阻，在溶液中有电流或无电流的情况下，确定参与反应的化学物质的量。

3.分类：

电位分析、电导分析、伏安分析、库伦分析；电容量分析法；

电解分析法。

4.方法特点：

灵敏度高（10-2~10-12mol/L）、准确度高、选择性好、

分析速度快、易实现自动化、连续化、在线分析。

5.应用：

无机离子分析、有机离子分析、活体分析；

二电位分析法

（一）.电位分析法---电位法

1.方法通过化学电池内电极电位与溶液中电活性物质的活度的关系测定待测物含量的电化学分析法。

分类：

直接电位法、电位滴定法。

2.电位分析法原理：

在零电流下，电极电位与溶液中参与电极过程的物质的活度之间的关系服从能斯特方程。

（二）.电位分析法测定仪器：

一对电极（参比电极、指示电极）；电极精密毫伏计；

（三）电位分析法电极

1.参比电极

2.指示电极：

金属电极，离子选择性电极、工作电极。

3.离子选择性电极

通过电极上的薄膜对各种离子有选择的电位响应的电极。

1）.电极结构：

电极、参比液、敏感膜；

2）.膜电位；选择性系数；

3）.种类:

晶体膜电极（氟电极）、