(完整版)高等仪器分析考试重点整理

仪器分析：用精密仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法。

1mg·L-1）的改变所引起的分析

分的样品信号）的3倍分析信号所对应的被测组分量定义的。线性范围：标准曲线的直线部分称为线性范围.如ICP光谱分析测定金属的线性范围可达5个数量级。选择性：选择性是指分析方法对样品共存组分的抗干扰能力，选择性高说明该方法对被测组分响应高，对其它组分响应低，干扰信号小。好的分析方法应该灵敏度高，检出限低，线性范围宽，选择性好，分析速度快。

光谱：就是按照波长顺序排列的电磁辐射,或者说是一种复合光按波长顺序展开而呈现的光学现象。光学现象：光的辐射、吸收、偏振、衍射等等。任一波长光子的能量，与物质内的原子或分子的能量变化ΔE相对应，其关系为：ΔE = E = hν

原子光谱：由原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱，它包括原子发射、原子吸收和原子荧光光谱，是线状光谱。分子光谱是有分子产生的，分子光谱包括紫外、可见、红外、近红外、核磁、拉曼、荧光、发光。

物质的原子光谱与分子光谱，按其获得的方式不同可分为吸收光谱和发射光谱。

吸收光谱：当辐射能通过某些吸光物质时，物质的原子或分子吸收与其能级跃迁相应的能量由低能态或基态跃迁至较高的能态，这种物质对辐射能的选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。原子吸收光谱：基于基态气态原子蒸气对该元素共振线的吸收而建立起来的分析方法称为原子吸收光度法。

发射光谱(emission spectrum）：物质的分子、原子或离子在辐射能的作用下，使其由低能态或基态跃迁至高能态（激发态），再由高能态跃迁回低能态或基态而产生的光谱称为发射光谱。

荧光光谱：某些物质的分子或原子在辐射能的作用下跃迁至激发态，大多数分子或原子与其它粒子碰撞，把激发能转变为热能散发掉；其余的分子或原子以光的形式发射出这部分能量而回到基态，由此产生的光谱称为荧光光谱。荧光光谱实质是一种发射光谱。由原子产生的荧光光谱称为原子荧光光谱；由分子产生的荧光光谱称为分子荧光光谱。

原子光谱分析(atomic spectrometry)：有原子发射光谱分析AES、原子吸收光谱分析AAS、原子荧光光谱分析AFS三个分支。

原子发射光谱中的自吸现象：原子在高温发射某一波长的辐射，被处在边缘低温状态的同种原子所吸收的现象。

发射光谱小结：物质被热激发成原子和离子；测量原子和离子发出的光△E=hv=hc/λ；量子理论：发射发生在分立的能级；能级和波长之间有对应关系；原子受到能量激发成为离子；离子能级高于原子能级；离子能级和原子能级一样会发生电子能量跃迁；原子或离子处于不连续的能量状态，激发态原子或离子不稳定，经约10-8秒便跃迁返回基态，能量以一定的电磁波辐射出来；原子光谱：原子的特征光谱，为线状光谱。

等离子体一般概念:等离子体指的是含有一定浓度阴阳离子能够导电的气体混合物。在等离子体中，阴阳离子的浓度是相同的，净电荷为零。通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是主要导电物质。一般温度可以达到10,000K。

等离子体形成过程：1.线圈：高频交变电流产生交变感应磁场；2.火花放电：氩气电离，少量电荷，互相碰撞，雪崩现象，大量载流子；3.极高感应电流：涡电流，瞬间加热到10000K，形成等离子体；4.样品激发：内管通入氩气形成环状结构样品通道，使样品蒸发、原子化、激发。

ICP-AES特点：1.低检测限：蒸发和激发温度高2.稳定，精度高：高频电流----趋肤效应

（skin effect)----涡流表面电流密度大----环壮结构----样品导入通道----不受样品引入影响----高稳定性3.基体效应小（matrix effect)：样品处于化学惰性环境的高温分析区----待测物难生成氧化物----停留时间长（ms级）、化学干扰小，样品处于中心通道，其加热是间接的----样品性质（基体性质，如：样品组成、溶液粘度、样品分散度等）对ICP影响小4.背景小：通过选择分析高度，避开涡流区5.自吸效应小：样品不扩散到ICP周围的冷气层6.分析线性范围宽：ICP在分析区温度均匀，自吸收、自蚀效应小7.众多元素同时测定：激发温度高（70多种）不足：对非金属测定的灵敏度低，仪器贵，维护费用高

ICP-MS: ICP－MS全称是电感藕合等离子体质谱，它是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器。ICP利用在电感线圈上施加的强大功率的高频射频信号在线圈内部形成高温等离子体，并通过气体的推动，保证了等离子体的平衡和持续电离，在ICP－MS 中，ICP起到离子源的作用，高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同质核比（m/z）的离子通过来检测到某个离子的强度，进而分析计算出某种元素的强度。原子质谱分析包括下面几个步骤：1.原子化2.将原子化的原子大部分转化为离子3.离子按照质荷比分离4.计数各种离子的数目.ICP-MS可以用于物质试样中一个或多个元素的定性、半定量和定量分析：ICP-MS可以测定的质量范围为3—300原子单位，分辨能力小于1原子单位，能测定周期表中90％的元素，大多数检测限在ppt级，有效测量范围达6个数量级, 标淮偏差为2％一4％。每元素测定时间10秒．非常适合多元素的同时测定分析。

ICP-MS离子的提取:由两个锥体组成，取样锥和分离锥，取样锥装在一个水冷挡板上，锥体材料为镍，取样孔径为0.5-1mm。分离锥与取样锥类似，经过两级锥体的阻挡和两级真空泵的抽气，使得分离锥后的压力可以达到10-3Pa。

等离子体的气体以大约6000K的高温进入取样锥孔，由于气体极迅速的膨胀，使等离子体原子碰撞频率下降，气体的温度也迅速下降，使得等离子体的化学成分不再变化。通过分离锥后，靠一个静电透镜将离子与中性粒子分开，中性粒子被真空抽离，离子则被聚焦后进入质量分析器。

原子吸收光谱法:原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。特点:1.灵敏度高（火焰法：1 ng/ml；石墨炉：100-0.01 pg )2.准确度好（火焰法：RSD <1%，石墨炉：3-5%）3.选择性高（可测元素达70个，相互干扰很小）4.使用成本低.

原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分:光源(空心阴极灯)、原子化器、单色器、检测器。

原子吸收光谱原子化器包括：火焰原子化、石墨炉原子化、氢化物发生三种。

原子光谱分析注意点：灵敏度分析信号随分析物浓度变化的速度、检出限一般是以空白溶液所产生的信号响应的标准偏差σ的３倍所对应的待测元素浓度来表示、动态线性范围就是指在一次分析中能测定的最低与最高浓度的范围,线性动态范围指工作曲线呈线性时能够涵盖的浓度范围、准确度是评价测试值与”真值”之间的差别或接近程度、精密度是评价分析方法对某一样品多次测量的重复程度.常用多次测量的相对标准偏差RSD%来表示、重现性通常用来评价分析方法或分析仪器的长期精密度、校正曲线法用标准样品配制成不同浓度的标准系列，在与待测组分相同的色谱条件下，等体积准确进样，测量各峰的峰面积或峰高，用峰面积或峰高对样品浓度绘制标准曲线，此标准曲线应是通过原点的直线。若标准曲线不通过原点，则说明存在系统误差。标准曲线的斜率即为绝对校正因子、标准加入法是指在三个等量的同一样品中，按照一定增量分别加入标准溶液；然后分别对原样品和三个加标样品进行测量；按照线性拟合得出X截距和Y 截距，X截距的绝对值为被测分析物的含量、内标法是消除物理干扰的最好方法。AAS

分析中可补偿雾化过程中的干扰影响内标元素选择：样品中含量固定的基体元素；定量

加入内标元素的浓度在样品和标样中要一样。

2.加入内标溶液的体积尽量小。

3.内标元素的加入量必须使在选择的波长处能够达到较好信噪比。

4.内标元素和待测元素具有相似的激发能，波长相近。

5.内标元素和待测元素的谱线互相不干扰。

6.为保证测定准确，可选定多个波长进行测量，相互比较和验证。

7.常用的内标元素：Sc、Y、In。、试样制备分为破坏基体制备方法，包括a 碱熔法b 燃烧法c 干灰化法d 湿法消解法 e 微波消解法和不破坏基体制备方法，包括a 稀释法b 浸取法c 乳化法d 悬浮液法、标准物质的用途：1.仪器校准2.分析方法确认3.标准物质使用者的统计学评估4.实验能力审核5.分析数据准确度的评估6.测量结果有效性

色谱法是利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。

：柱色谱、纸层析色谱、薄层色谱。按分离机理分类：吸附、分配、离子交换、空间排阻等。

各种色谱的应用

时测定）

于分离分析易汽化、稳定、不易分解、不易反应的样品；特别适合用于同系物、同分异构体

分离效率高于TLC；分离机理多，应用范围广。4.超临界流体色谱:在高于临界压力与临界温度时，物质的一种状态。性质介于液体和气体之间.超临界流体色谱(SFC)，具有液相、气相色谱不具有的优点:（1）可处理高沸点、不挥发试样；（2）比LC有更高的柱效和分离效率。

色谱柱为填充了HPLC填料的填充型毛细管柱和管内壁涂渍了固定相功能分子的开管毛细管柱，以电渗流为流动相驱动力。分离机理包含有电泳迁移和色谱固定相的保留机理，溶质与固定相间的相互作用对分离起主导作用。CEC与质谱联用既可解决LC/MS的分离效率不高的问题，又可克服CE/MS中质量流量太小的缺陷。主要应用在药物、手性化合物和多环芳烃的分离分析。

色谱常用术语：色谱流出曲线（chromatogram）: 指样品注入色谱柱后，信号随时间变

出现色谱峰的时间

组分与参比组分的调整保留值之比.分配系数K：一定温度与压力下两相达平衡后，组分在固定相和流动相浓度的比值.容量因子k：一定温度与压力下两相达平衡后，组分在固定相和流动相量的比值.相比β（phase ratio）：色谱柱中流动相与固定相相体积之比.理论塔板数N（柱效）:用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。如果峰形对称并符合正态分布，N可近似表示为：理论塔板

数=5.54(保留时间/半高峰宽)

色谱基本理论：

试样在两相间分配。分子间作用力：色散力、诱导力、取向力、氢键。

峰宽与传质关系，分为塔板理论和

——从理论上得到描述色谱流出曲线的方程，并通过这一方程各参数来研究影响

塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。一个色

谱柱的塔板数越多，n或理论板高度H对色谱柱效率的影响，但是没有指出影响塔板高度的因素，因此无法在理论指导下

运用流体分子规律研究色谱过程中产生色谱峰扩展的因素，导出了理论塔板高度与流动相线速度的关系，揭示了影响塔板高度的动力学因素。组分在柱内的展宽受四种动力学过程的控制，这四种过程是：涡流扩散.纵向分子扩散.流动

柱型的研究和发展提供理论依据2.为操作条件的选择提供理论指导3.为色谱柱的填充提供理论指导。

因此保留值可作为定性指标。应用范围：适用于简单混合物，对该样品已有了解并具有纯物质的情况。优点：应用简便，不需要其他仪器。缺点：定性结果的可信度不高。：离线联用方式，将LC分离后需要定性分析的某些组分分别收集起来，再用“四大谱”或其它定性方法分析。对于仅靠一种仪器定性有困难，需要多种方法综合定性的组分来说，很有必要。缺点：方法繁琐，费时且容易污染样品。

分直接由接口导入其它仪器中进行定性。常用的联用方法有：LC-MS、

标准物，定性结果可信度高，操作方便。缺点：需要特殊仪器或设备。

指纹图谱技术是一种通过分析、比较和评价来进行识别和鉴定的技术，所以在用指纹图谱识

别和鉴定物质时一定要有一个已知的指纹图谱库，以便进行分析、

(UV、IR、MS、NMR元素分析等)，化学分

析或其它物理测定方法(熔点、沸点、折光、旋光等)

些化合物与特征试剂在色谱柱前或柱后进行化学反应，生成相应的衍生物进行定性分析的方

法。该方法特别适用于官能团的定性，

不同检测器对同一种化合物响应值也不同。利用同一化合物被不同检测器检测时，其检测灵敏度比值与被测化合物性质密切相关，可用作被测化合物的定性分析——双检测器定性分析。

色谱定量分析：色谱定量分析是基于被测物质的量与峰面积（峰高）成正比。

以归一化的方法将有量纲的数据转换成无量纲的数据表达应用范围：当试样中各组分都能流出色谱柱，且在检测器上均有响应，各组分峰没有重叠时，可用此法。优点：简便、准确，当操作条件如进样量等变化时，对定量结果影响很小，该法适合于常量物质的定量。缺点：对该法的苛刻要求限制了它的使用。

适用范围：当只需测定试样中某几个组分，且试样中所有组分不能全部出峰时可用。优点：受操作条件的影响较小，定量结果较准确，使用上不象归一化法那样受到限制，此法适合于

优点：操作简单，计算方便。缺点：结果的准确度取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。该法必须定量进样。当被测试样中各组分的浓度变化范围不大时

为内标物，加入到待测样品中，在相同的色谱条件下，测定加入待测组分纯物质前后待测组分的峰面积，从而计算待测组分在样品中含量的方法。优点：无须另外的标准物作内标，操作简单；样品前处理加入已知量的待测物，可完全补偿待测物在前处理过程中的损失。缺点：

加入前后色谱条件完全相同，进样量完全相同，以保证两次测定时的校正因子完全相等。否则易引起分析测定误差。

气相色谱系统构成：气相色谱仪主要由载气系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统和温度控制系统等6个部分组成。

1.防止柱超载

2.减小死体积的影响。尾吹：1.减小死体积的影响，提高分辨率2.增加检测器灵敏度。

气相色谱检测器种类：热导检测器（TCD）、氢火焰离子化检测器（FID）、电子俘获检测

器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）、氮磷检测器（NPD）峰高不随

峰面积不随流速变化，峰高随流速增大增大。

基于载气与被测物热导系数的差异设计。操作参数：桥流、载气。属于通用型检测器。灵敏度较低，适合于大于几十ppm组分测定。对卤化物、重金属酯响应较小氢火焰离子化检测器（FID）基于CH结构的化合物在氢火焰中燃烧并生成离子。操作参数：气体流量，温度。对大多数有机物有响应，对无机物无响应，对含硫、卤素、氧、

氮、磷的有机物响应很小。灵敏度高，能检测ppb

电负性原子或基团的化合物有高的响应。如卤素化合物、含氧、磷、硫、甾族化合物、金属

有机化合物等。灵敏度高，可检测ppt

试样在富氢火焰下燃烧，生成激发态的硫、磷化合物并发出一定波长的光。选择性好，对含

磷或含硫的化合物有很高的灵敏度，

具有氮、磷结构的化合物在加热的碱金属珠表面被催化生成离子并被检测。对含氮和含磷的化合物具有极高的响应。对碳的选择性达104。

气相色谱最新进展：新型固定相：金属有机框架化合物、离子液体、环糊精衍生物、全二维气相色谱、微型气相色谱

液相色谱系统构成及工作原理：高效液相色谱仪由

液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱（固定相）内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来高效液相色谱仪主要有进样系统、输液系统、分离系统、检测系统和数据处理系统。

HPLC主要类型：吸附色谱法、化学键合相色谱法、液固色谱法、离子对色谱法、离子色谱法、体积排阻色谱法、输水作用色谱、亲和色谱。

流动相选择原则：1.溶剂具有稳定的化学性质2.溶剂的选择与使用的检测器要有相容性3.溶剂的粘度要小4.溶剂的沸点不能太低5.溶剂的纯度要高且价格便宜

梯度洗脱（溶剂程序）：通过改变流动相的组成来调整组分的k’值，改变分离因子α值，

以达到最短时间内得到最佳分离的目的。, , 减

少拖尾, , 保持

, 流动相需要一段平衡时间；不同溶剂的UV吸收程度稍有差异, 可能会引起基线漂移。主要条件:① A 流动相/弱溶剂组成；② B 流动相/强溶剂组成；③梯度时间；④梯度曲线：线性、凸型或凹型等

液相发展进展：超高效液相色谱UPLC,高温液相色谱HTLC，次临界水色谱法Sub-WC，生物功能色谱，多维液相色谱。

质谱法：以某种方式使分子电离、碎裂，然后按质荷比（m/z）大小把生成的各种离子分离，检测它们的强度，并将其排列成谱，这种研究物质的方法叫做质谱法，简称为质谱（Mass Spectrometry, MS）。不同质荷比的离子经质量分析器分开,被检测器检测、记录、并按其质荷比大小排列而成的谱图称为质谱图（Mass Spectrum）

质谱仪结构：质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器以及计算机控制与数据处理系

电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具

子，按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。

样品的电离：电子轰击电离法，EI：利用一定能量的电子与气相中的样品分子相互作用（“轰击”），使分子失去价电子电离成分子离子，当分子离子具有的剩余能量大于其某些化学键的键能时，分子离子便发生碎裂，生成碎片离子。电喷雾电离, ESI：样品溶液从数千伏电压的不锈钢毛细管中喷出，雾滴带电。随着溶剂蒸发，雾滴变小，表面电荷密度增加，形成强静电场使极性分子形成离子，最终从雾滴表面“发射出来”。

质量分析器类型：磁场质量分析器、离子阱质量分析器、飞行时间质量分析器、四极质量分析器。

质谱质量定义：在质谱学中,质量是以12C的1/12为一个单位,计作amu或u。质量数：构成一个质量峰（离子峰）的各元素中质子和中子数的总和为质量数，或者以相对原子质量单位计算的接近整数的数。

有机质谱中的离子：包括正离子、负离子、单电荷离子、多电荷离子、分子离子、准分子离子、碎片离子、重拍离子、同位素离子、亚稳离子、奇/偶电子离子、母离子与子离子。

质谱谱图解析的一般步骤：1.确定分子离子和重要碎片离子的元素组成，并计算环加双键数；2.核查分子离子峰以确定分子量；3.标出重要的奇电子碎片离子峰，并研究它们的来历；4.研究质谱的概貌，判断分子的稳定性，对化合物类型进行归属；5.根据下列信息列出可能的结构：a.重要的低质量离子系列；b.重要的高质量端离子及丢失的中性碎片；c.特征离子。6.对列出的可能结构进行确认，办法有：a.与标准谱图进行对照；b.测定标准化合物的质谱，然后进行对照；c.根据离子碎裂机理验证谱图中的主要碎片离子。

核磁共振NMR:是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可得到核磁共振波谱。根据波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。

核磁共振基本原理:核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系

核磁共振谱仪基本结构:磁体,探头,射频发射器,射频接收器,计算机控制单元.

核的弛豫:1.自旋-晶格弛豫,用T1表示,自旋核与周围分子（固体的晶格，液体则是周围

的同类分子或溶剂分子）交换能量的过程称为自旋-

-自旋弛豫，也称为横向弛豫.T2与谱线宽度有关.

1H NMR谱图解析步骤: 1.根据分子式计算化合物的不饱和度f；2.根据各组峰的积分面积（高度），确定各峰组对应的质子数目；3. 参照化学位移范围，根据每一个峰组的化学位移值、质子数目以及峰组裂分的情况，找出特征峰，以此推测出其他对应的结构单元。4. 将结构单元组合成可能的结构式。5.对所有可能结构进行指认，排除不合理的结构。6.如果依然不能得出明确的结论，则需借助于其他波谱分析方法；注意事项：1.区分杂质峰、溶剂

峰和旋转边带等非样品峰；2.注意分子是否有对称性；3.注意分子中活泼氢产生的信号；4.注意不符合一级谱图的情况。

13C-NMR意义：碳原子构成了分子的骨架，氢谱只能反映含氢基团的信息，对于一些季碳原子，如：羰基碳原子、取代芳环中的季碳原子以及叔丁基中的季碳原子等的信息则无法测得，而在碳谱中能得到直接的信息。

碳谱的种类：1.非去偶碳谱2.去偶碳谱：a.质子噪声去偶谱（宽带去偶）b.偏共振去偶谱c.选择性去偶谱d.门控去偶.

碳谱的参数:1.化学位移;2.偶合常数;3.积分面积;4.弛豫时间;

碳谱的特点反映了化合物骨架的信息;2.可获得一些在氢谱中无法获得的信息，如：羰基碳原子、取代芳环中的季碳原子以及叔丁基中的季碳原子等;3.图谱简单;4.共振方法多;5.化学位移范围宽;6.耦合常数大;7.弛豫时间长;缺点:信号强度低;

13C-NMR碳谱的解析:1.区分谱图中的溶剂峰和杂质峰2.分析化合物结构的对称性3.按化学位移值分区确定碳原子类型【饱和碳原子区（<100)不饱和碳原子区(90~160)羰基或叠烯区(>150) 】3.碳原子级数的确定4.对碳谱各谱线进行归属

核磁共振分类：按外磁场强度不同而所需的照射频率：分为60MHz、100 MHz、200 MHz、300 MHz、500 MHz等型号;按磁场的来源：分为永久磁铁、电磁铁和超导磁体；根据射频的照射方式：分为连续波核磁共振谱仪（CW－NMR）和脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪（PFT －NMR）。

2D-NMR：二维核磁共振谱是有两个时间变量，经两次傅立叶变换得到的两个独立的频率变量的谱图。2D NMR谱是由一系列1D NMR 谱组成的，这些谱的差别仅为在脉冲序列中引入了时间增量。

常用的二维核磁共振谱：1. J-分解谱；2.化学位移相关谱；3.二维NOE谱（NOESY）;