简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论

1、简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论（10分）塔板理论是由以下四个假设构成的：1、在柱内一小段长度H 内，组分可以在两相间迅速达到平衡.这一小段柱长称为理论塔板高度H.2、流动相(如载气）进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm ）.3、所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵)向扩散可忽略。

4、分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关.（3分）速率理论：是由荷兰学者范弟姆特等提出的。

结合塔板理论的概念,把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出的塔板高度H 与载气线速度u 的关系：Cu u B A H ++=其中：A 称为涡流扩散项，B 为分子扩散项， C 为传质阻力项涡流扩散项 A 气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流"的流动，因而引起色谱的扩张。

由于 A=2λd p ，表明 A 与填充物的平均颗粒直径 dp 的大小和填充的不均匀性 λ 有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。

分子扩散项 B/u 由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中,在“塞子"的前后 ( 纵向 ) 存在着浓差而形成浓度梯度,因此使运动着的分子产生纵向扩散。

而 B=2rD g r 是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数 （ 弯曲因子 ) ， D g 为组分在气相中的扩散系数。

分子扩散项与 D g 的大小成正比，而 D g 与组分及载气的性质有关:相对分子质量大的组分，其 D g 小 ， 反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根,所以采用相对分子质量较大的载气 （ 如氮气 ) ，可使 B 项降低， D g 随柱温增高而增加,但反比于柱压。

弯曲因子 r 为与填充物有关的因素。

传质项系数 Cu C 包括气相传质阻力系数 C g 和液相传质阻力系数 C 1 两项.所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。

这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。

(7分）2、简述HPLC 仪器的基本构成及常用的一些分离类型。

(10分）HPLC 仪器一般可分为梯度淋洗系统，高压输液泵与流量控制系统，进样系统，分离柱及检测系统等5个主要部分（5分）；液相色谱有多种分离类型，根据使用的固定相不同，主要有如下分离类型:液-固吸附色谱，液-液分配色谱、离子交换色谱，排阻色谱、亲和色谱等。

(5分）3、色谱分析法区别于其他分析方法的主要特点是什么？（5分)1、 分离效率高，可以分离分析复杂混合物、有机同系物、异构体、手性异构体等；2、灵敏度高，可以检测出μg/g 级甚至是ng/g 级的物质量；3、分析速度快，一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析；4、应用范围广,气相色谱适用物沸点低于400℃的各种有机化合物或无机气体的分离分析。

液相色谱适用于高沸点、热不稳定及生物试样的分离分析.离子色谱适用于无机离子及有机酸碱的分离分析。

4、色谱分离过程中的热力学和动力学因素分别由哪两个参数表现出来?两个色谱峰的保留时间较大就一定能够分离完全吗?（5分)色谱分离过程中的热力学因数是是保留值之差,而区域宽度是色谱分离过程中的动力学因数，他们分别是通过分离度和分配系数这两个参数表现出来的。

不一定能分离完全，判断两个峰能否分离完全是用分离度来表现的,当分离度R=1。

5时，分离程度达到99.7%，为相邻两峰完全分离的标准。

5、选择气相色谱固定液的基本原则是什么？如何判断化合物的出峰顺序？（5分）固定液通常中高沸点、难挥发的有机化合物或聚合物.选择固定液的基本原则是“相似相溶"原理。

即根据试样的性质来选择与其相近或相似的固定液。

根据组分与固定液的极性来判断出峰顺序.如果组分与固定液的极性相似，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大,分配系数就磊，就不能先出峰，即组分与固定液的极性相差较大的、分配系数小的先出峰，而分配系数大的后出峰。

6、HPLC分析法中为什么采用梯度洗脱？如果组分保留时间太长，可以采取什么措施调节?(5分）在气相色谱中，可以通过控制柱温来改善分离、调节出峰时间.而在液相色谱中，分离温度必须保持在相对较低和恒定状态。

改善分离、调节出峰时间的目的，需通过改变流动相组成和极性的方法即梯度洗脱的方法改变，从而可以使一个复杂样品中的性质差异较大的组分能按各自适宜的容量因子k达到良好的分离目的.如果组分保留时间太长，可以通过改变柱长，增加流速，改变流动相的极性来调节。

7、简述光分析仪器的基本流程，并举例说明各基本单元所用的器件。

(10分)光分析仪器种类很多,原理各异，但均涉及以下过程：提供能量的能源及辐射控制、辐射能与待测物质之间的相互作用,信号发生、信号检测、信息处理与显示等。

（首先是被测物质与辐射能作用后，通过信号发生部分产生包含物质某些物理或化学性质信息的分析信号,再由信号检测部分将分析信号转变为易于测量处理的电信号，最后由信息处理与显示部分将信号和结果以展现出来,变成人们可以观看的形式。

）光分析仪器通常包括五个基本单元：光源、单色器、试样室、检测器、信息处理与显示装置。

（5分）光源：在光谱分析中通常根据方法特征采用不同的光源，如：可见光谱分析法中通常使用钨灯，而紫外光谱分析法中通常使用氢灯和氘灯，红外光谱分析法中经常使用能斯特灯。

单色器：作用是将多色光色散成光谱带，提供光谱带或单色光。

是光分析仪器的核心部件之一，其性能决定了光分析仪器的分辨率。

包括色散元件(光栅与棱镜），狭缝、准直镜等元件.检测器有光检测器和热检测器两种,光检测器可分为单道型检测器和阵列型（多道型)检测器,单道型检测顺有光电池检测器、光电管检测器和光电倍增管检测器等，阵列型检测器有光电二极管阵列检测器和电荷转移元件阵列检测器等。

热检测器有真空热电偶检测器和热电检测器。

信息处理与显示装置主要是计算机，配合专用的工作站进行数据处理并显示在计算机屏幕上。

（5分）8、光分析法与其他分析方法相比有什么突出优点？（5分）光分析法在分析过程不涉及混合物分离,某些方法可进行混合物选择性测量,仪器涉及大量光学器件,与其他分析方法相比，具有灵敏度高、选择性好、用途广泛等特点。

它涉及辐射能与待测物质间的相互作用及原子或分子内的能级跃迁，能提供化合物的大量结构信息，在研究待测物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他分析方法难以取代的地位.9、为什么原子光谱通常为线状光谱而分子光谱通常为带状光谱？（5分）原子光谱是由原子所产生的吸收,包括原子发射,原子吸收和原子荧光三种，都经过原子化的过程以后，利用原子能级之间跃迁实现检测的，根据量子力学基本原理，能级跃迁均是量子化的，且满足一定条件时才能有效发生,所以原子光谱是线状光谱，谱线宽度很窄,其半宽度约为10—3nm.（同时由于原子内部不存在振动和转动能级,所发生的仅仅是单一的电子能级跃进迁的缘故。

）分子光谱包括紫外-可见、红外和荧光三种,是通过分子价层电子能级跃迁而产生的，由于分子中广泛存在分子的振动、分子的转动，会叠加到电子能级之上,又由于其产生的振-转能级低于价电子能级，结果是价电子能级的展宽，最终表现为为带状光谱而不是线状光谱.10、为什么分子的荧光波长比激发光波长长？而磷光波长又比荧光波长长？两者有那些共性和不同？（10分）1、分子吸收外界光辐射以后,价层电子吸收能量发生能级跃迁,从基态跃迁到激发态，高能态的电子不稳定需要释放多余的能量，可以通过多种途径实现，其中之一是以光辐射的形式释放能量，回到基态，2、电子由第一激发单重态最低能级回到基态时发射的光称为荧光，而电子由第一激发三重态最低能级回到基态时发射的光称为磷光。

（5分）3、由于分子受到光激发以后，可能跃迁到高电子能级的各个振动能级上,而不是只有第一激发单重态的最低能级，由ΔE=hν和c=λν可知，荧光波长比激发光波长长，类似的,由于三重态对应的是自旋平行而单重态对应的是自旋相反，根据量子力学原理可知第一激发三重态比第一激发单重态的能级还要小一些，因此，磷光波长又比荧光波长长。

4、两者均属于分子从激发态回到基态的光子发射过程，都具有两个特征光谱—-激发光谱和发射光谱，其不同之处除了波长不同以外，其发射时间也有不同-—荧光大约在10—8s左右，而磷光则在10-4—100s之间.（5分）11、分析线、灵敏线、最后线、共振线各表示什么意义？相互之间有什么关系?（5分）分析线在测定某元素的含量或浓度时,所指定的某一特征波长的谱线，一般是从第一激发态状态下跃迁到基态时，所发射的谱线。

每一种元素都有一条或几条最强的谱线，即这几个能级间的跃迁最易发生,这样的谱线称为灵敏线，最后线也就是最灵敏线。

电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光，它再跃迁回基态时,则发射出同样频率的光，叫共振发射线，简称共振线。

12、已知某种化合物C10H12O2，其HNMR数据如下：δ7.3(5H,s），δ5.21(2H,s），δ2。

3（2H,tetra），δ1。

2(3H,tri）推断结构。

(5分）δ7.3δ 5.21 δ1.2δ2.35H2H2H 3H计算自由度：U=10—6+1=5，由δ=7。

3ppm（5H，s），推断可能含有一个苯环还可能含有一个双键。

结合其他数据,最后得出该化合物的结构为：H2C O CCH2CH3O.13、（10分）分子式为C4H10O的化合物有两种同分异构体，请根据HNMR数据分别确定其结构,并标示出各组峰所对应的化学位移：结构（I）δ1.9（3H，三重峰），δ3.7（2H，四重峰）;结构（II）δ0。

7（3H，三重峰)，δ1。

0（3H,二重峰)，δ1。

2(2H,五重峰)，δ1。

3（1H，单重峰),δ3.6(1H，六重峰）.结构（I）应该为:CH3CH2OCH2CH3结构（II）应该是：CH3CH2CH（CH3）OH14、（10分）分子式为C4H8O2（M=88）的化合物有两种同分异构体，请根据下列数据分别确定其结构，并简要说明依据：结构(I）HNMR——δ2.2(3H，单峰），δ3。

5（3H，单峰)，δ4.1（2H，单峰）；MS-—主要质谱峰有88，58，45，43结构（II）FTIR-—主要吸收峰有2985，1741,1464,1438，1357，1203cm-1；MS-—主要质谱峰有88，59，57,29自由度为4-4+1=1结构（I)应该为：CH3COCH2OCH3质谱中88到58是脱去两个甲基所得的离子，而88—45是脱去CH3CO（43）所得.结构（II）应该是：CH3CH2COOCH3，由红外图可以推知，其中含有:甲基，羰基等，同时结合质谱图可以得出其结构应为CH3CH2COOCH3。