第十二章红外吸收光谱法
1．基本概念
基频峰：当分子吸收一定频率的红外线，由振动基态（V=0）跃迁至第一激发态（V=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。
泛频峰：将倍频峰、合频峰及差频峰统称为泛频峰。
伸缩振动：化学键两端的原子沿着键轴方向作规律性的伸缩运动。
弯曲振动：键角发生规律性变化的振动，又称为变形振动。
振动自由度：分子基本振动的数目。
简并：振动形式不同但振动频率相同而合并的现象称为简并。
红外活性振动：能引起偶极矩变化而吸收红外线的振动。
红外非活性振动：不能引起偶极矩变化，不吸收红外线的振动。
特征峰：凡是能用于鉴别基团存在的吸收峰。
相关峰：由一个基团产生的一组相互具有依存关系的吸收峰。
特征区：4000～1300cm-1的区域称为特征区。
指纹区：1300～400cm-1区域称为指纹区。
2．基本原理
（1）振动自由度：非线型分子有3N－6个振动自由度；线型分子有3N－5个。
（2）红外吸收光谱产生的条件：①E L =ΔV·hγ或γL=ΔV·γ；②Δμ≠0。
（3）基频峰的分布规律：①μ愈小，σ愈高。②μ相同，K愈大，σ愈高。③μ相同时，一般ν>β>γ。
（4）解析光谱的三大要素：第一是峰位，第二是峰强，第三是峰形。
（5）解析光谱的原则：遵循用一组相关峰确定一个基团。
（6）解析光谱的顺序：先特征区，再指纹区。
（7）掌握各类化合物的主要光谱特征。
3．基本计算
①②γL=ΔV·γ
③④
第十三章原子吸收分光光度法
1．基本概念
共振吸收线：原子从基态激发到能量最低的激发态（第一激发态）产生的谱线。
半宽度：原子吸收线中心频率（ν0）的吸收系数一半处谱线轮廓上两点之间的频率差。
积分吸收：吸收线轮廓所包围的面积，即气态原子吸收共振线的总能量。
峰值吸收：通过测量中心频率处的吸收系数来测定吸收度和原子总数。
光谱项、原子能级图、空心阴极灯、原子化器、特征浓度、特征质量。
2．基本原理
（1）原子吸收光谱分析法是基于原子蒸气对同种元素特征谱线的共振吸收作用来进行定量分析的方法。
（2）吸收线轮廓是指具有一定频率范围和形状的谱线，它可用谱线的半宽度来表征。吸收线轮廓是由自然变宽、热变宽、压力变宽等原子本身的性质和外界因素影响而产生的。
（3）采用测量峰值吸收的方法来代替测量积分吸收，必须满足以下条件：①发射线轮廓小于吸收线轮廓；②发射线与吸收线频率的中心频率重合。
（4）原子吸收光谱分析法的定量关系式：A=KC，常用的方法有：校正曲线法、标准加入法、内标法等。
（5）在原子吸收分光光度法中，干扰效应主要有：电离干扰、物理干扰、光学干扰及非吸收线干扰（背景干扰）、化学干扰等。消除方法有：加入缓冲剂、保护剂、消电离剂、配位剂等；采用标准加入法和改变仪器条件（如分辨率、狭缝宽度）或背景扣除等。3．原子吸收分光光度计主要组成：锐线光源、原子化器、分光系统和检测系统。
第十四章核磁共振波谱法
1．基本概念
屏蔽效应：核外电子及其他因素对抗外加磁场的现象。
局部屏蔽效应：核外成键电子云在外加磁场的诱导下，产生与外加磁场方向相反的感应磁场，使氢核实受磁场强度稍有降低的现象。
磁各向异性效应：在外加磁场作用下，由化学键产生的感应磁场使在分子中所处的空间位置不同的核屏蔽作用不同的现象。
驰豫历程：激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基态的过程。
化学位移：质子由于在分子中所处的化学环境不同，而有不同的共振频率。
自旋偶合：核自旋产生的核磁矩间的相互干扰。
自旋分裂：由自旋偶合引起核磁共振峰分裂的现象称为自旋-自旋分裂。
偶合常数：由自旋分裂产生的峰裂距，反映偶合作用的强弱。
磁等价：分子中一组化学等价核（化学位移相同的核）与分子中的其它任何一个核都有相同强弱的偶合，则这组核为磁等价。
13C-1H COSY谱：两坐标轴分别为13C和1H的化学位移的二维谱。
2．基本理论
（1）共振吸收条件：①γ0=γ ②Δm=±1
（2）影响化学位移的因素：①氢核邻近原子或基团的电负性越大，δ值增大。②磁各向异性效应使处于负屏蔽区的氢核δ值大，处于正屏蔽区的氢核δ值小。③氢键中质子δ增大。分子间氢键使化学位移的改变与溶剂的性质和浓度有关。
（3）自旋分裂：一级图谱的裂分一般具有如下规律：①裂分峰数目由相邻偶合氢核数目n决定，符合n+1律，多重峰峰高比为二项式展开式的系数比。I≠1/2时，符合2nI+1律。有多组偶合程度相等的1H核时，则呈现（n+ n'+…）+1个子峰；如果偶合程度不同时，则呈现（n+1）（n'+1）个子峰。②多重峰的位置，是以化学位移值为中心左右对称，并且各裂分峰间距相等。
3．基本计算
（1）进动频率（γ）与外磁场强度（H0）关系式－Larmor方程式：
（2）屏蔽效应存在时的Larmor方程式：
第十五章质谱法
1．基本概念及术语
质谱分析法：质谱分析法是利用多种离子化技术，将物质分子转化为离子，选择其中带正电荷的离子使其在电场或磁场的作用下，按其质荷比m/z的差异进行分离测定，从而进行物质成分和结构分析的方法。
相对丰度：以质谱中基峰（最强峰）的高度为100%，其余峰按与基峰的比例加以表示的峰强度为相对丰度，又称相对强度。
离子源：质谱仪中使被分析物质电离成离子的部分。常见的有电子轰击源EI、化学电离源CI、快原子轰击源FAB等。
分子离子：分子通过某种电离方式，失去一个外层价电子而形成带正电荷的离子，用m·+表示。
碎片离子：当分子在离子源中获得的能量超过其离子化所需的能量时，分子中的某些化学键断裂而产生的离子。
亚稳离子：离子（m1+）脱离离子源后，在飞行过程中发生裂解而形成的低质量离子（m2+），通常用m+表示。
同位素离子：质谱图中含有同位素的离子。
单纯开裂：仅一个键发生开裂并脱去一个游离基，称单纯开裂。
重排开裂：通过断裂两个或两个以上化学键，进行重新排列的开裂方式。重排开裂一般脱去一中性分子，同时发生重排，生成重排离子。
2．重点和难点
（1）离子化机理及其特点
①电子轰击电离（EI）：气化后的样品分子进入离子化室后，受到由钨或铼灯丝发射并加速的电子流的轰击产生正离子。轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离或碎裂。电子轰击质谱能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索。其主要缺点在于不适用于分析难挥发和热稳定性差的样品。
②化学电离（CI）：引入一定压力的反应气进入离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。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。化学电离属于软电离方式，通常准分子离子峰强度大，易获得有关化合物基团的信息。其主要缺点是重现性较差，且不适合于难挥发、热不稳定样品的分析。
③快原子轰击（FAB）：将样品分散于基质（常用甘油等高沸点溶剂）制成溶液，涂布于金属靶上送入FAB离子源中。将经强电场加速后的惰性气体中性原子束（如氙）对准靶上样品轰击。基质中存在的缔合离子及经快原子轰击产生的样品离子一起被溅射进入气相，并在电场作用下进入质量分析器。此法优点在于离子化能力强，可用于强极性、挥发性低、热稳定性差和相对分子质量大的样品及EI和CI难于得到有意义的质谱的样品。FAB比EI容易得到比较强的分子离子或准分子离子；不同于CI的一个优势在于其所得质谱有较多的碎片离子峰信息，有助于结构解析。缺点是对非极性样品灵敏度下降，而且基质在低质量数区（400以下）产生较多干扰峰。FAB是一种表面分析技术，应注意优化表面状况的样品处理过程。
值得一提的是，在FAB离子化过程中，可同时生成正负离子，这两种离子都可以用质谱进行分析。样品分子如带有强电子捕获结构，特别是带有卤原子，可以产生大量的负离子。负离子质谱已成功用于农药残留物的分析。
（2）质谱中的主要离子及其在质谱解析中的作用
①分子离子：大多数有机化合物分子通过某种电离方式，在离子源中失去一个电子而形成带正电荷的离子（z＝1），即分子离子。由于确认了分子离子即可确定化合物的相对分子质量，因而分子离子峰的正确识别十分重要。由CI、FAB等软电离方式获得的准分子离子，其作用与分子离子相当。分子离子峰一般位于质谱图中质荷比的最高端，但有时最高质荷比峰不一定是分子离子峰。其原因为： M+n（n＝1、2…）同位素峰可能出现在质荷比最高处；杂质峰可能出现在最高质荷比处；当样品分子的稳定性差时，分子离子峰很弱甚至不出现，此时最高质荷比的离子是碎片离峰子。
确认分子离子峰时应依据分子离子的稳定性规律及质量数的奇偶规律，即由C、H、O组成的化合物，分子离子峰的质量数是偶数；由C、H、O、N组成的化合物，含奇数个N，分子离子峰的质量数是奇数；含偶数个N，分子离子峰的质量数是偶数。凡不符合这一规律者，不是分子离子。同时还应注意最高质荷比离子与相邻离子间的质量差是否合理，必要时可改变试验条件，如降低EI 电子流能量或采用CI、FAB等软电离技术，以便观察到分子离子峰（或准分子离子峰）。
②碎片离子：分子在离子源中获得的能量超过分子离子化所需的能量时，分子离子中某些化学键发生断裂形成碎片离子。由于键断裂的位置不同，同一分子离子可产生不同质量的碎片离子，其相对丰度与键断裂的难易及化合物的结构密切相关。因此，碎片离子的峰位（m/z）及相对丰度可提供化合物的结构信息。一般说来，高丰度的碎片离子峰代表着分子中易于裂解的部分，如果有几个主要碎片，并且代表着分子中的不同部分，则可由这些碎片将化合物的骨架粗略拼凑起来，以便进行结构确证。
③亚稳离子：离子（m1+）脱离离子源后并在到达质量分析器前，由于其内能较高或相互碰撞等因素，在飞行过程中可能发生裂解而形成低质量的离子（M2），这种离子的能量比在离子源中产生的m2+离子的能量小，且不稳定，在质谱中称其为亚稳离子，通常用m+表示。亚稳离子的特点是：峰位低于m2+峰，其峰位为m+=(m2+)2/m1+。其原因是：虽然m2+离子和m+离子均系m1+离子派生的相同质量离子，但因m+离子的能量在飞行途中被中性碎片带走了一部分，故m+离子较m2+离子的能量小，其在磁场中的偏转半径R 就小于m2+离子，因此，其峰位出现在较m2+离子低的质量区；
峰弱，峰强仅为m1+峰的1%～3%；峰钝，一般可跨2～5个质量单位；质荷比一般不是整数。亚稳离子m+与母离子m1+及子离子m2+的关系为：m+=(m2+)2/m1+，由此可确定离子间的亲缘关系，有助于了解裂解规律，解析复杂质谱。需要说明的是，并非所有的裂解过程都有亚稳离子产生，因此，若没有观察到相应的亚稳离子峰，也不能说明该裂解历程不会发生。
④同位素离子：即含有同位素的离子。重质同位素与丰度最大的轻质同位素峰的峰强比，用…表示。由于34S、37Cl及81Br的丰度比很大，因此含有S、Cl、Br的分子离子或碎片离子其M+2峰强度较大，故可根据M和M+2两个峰强比推断分子中是否含有S、Cl、Br及其原子数目。同位素峰强比可用二项式（a+b）n展开式求出。a与b为轻质及重质同位素的丰度比，n 为原子数目。若采用低分辨质谱，则可通过同位素相对丰度法推导其分子式。由于同位素离子峰的相对强度与其中各元素的天然丰度及存在个数成正比，因此，利用精确测定的(m+1)+、(m+2)+、相对于m+的强度比值，可从Beynon表（表中收载了含C、H、N、O 不同组合的质量及同位素丰度比的各类有机化合物）中查出最可能的化学式．再结合其他规则，确定化合物的分子式。
（3）重排开裂机理及主要类型
质谱中的某些离子是通过断裂两个或两个以上化学键重新排列形成的，这种裂解称为重排开裂。重排开裂生成的离子称为重排离子。与单纯开裂不同，由于重排开裂时脱去一个中性分子，因此重排开裂前后离子所带电子数的奇、偶性保持不变；其质量数的奇、偶性一般也保持不变，除非重排开裂时失去了奇数个氮原子。由于离子的电子数与质量间存在一定关系，故可根据离子质量推
测该离子是否由重排开裂产生，从而有助于机化合物的结构推断。
产生重排开裂的主要原因是：重排离子具有更高的稳定性；能够脱去稳定的中性分子；需要裂解的临界能较低；开裂中心在易于移动的氢附近等。
重排开裂的方式很多，其中较常见的有McLafferty重排（麦氏重排）和逆Diels-Alder重排（RDA重排）。
①McLafferty重排：当化合物中含有不饱和C＝X基团（X为O、N、S、C），且与该基团相连的键上具有γ氢原子时，γ氢原子可重排（转移）到不饱和基团上（通常通过六元环过渡态），同时β键发生断裂，脱去一个中性分子，产生McLafferty重排。在醛、酮、酸、酯、酰胺、羰基衍生物、烯、炔及烷基苯等化合物的质谱中均可发现这种重排离子峰。
②RDA重排：RDA重排是以六元环烯化合物的双键为裂解反应起点，由π电子提供的游离基反应中心引发，通过两次α开裂，形成一个中性分子（乙烯或其衍生物）和一个离子化的共轭双烯衍生物。在环烯化合物、生物碱、萜类、甾体、黄酮及某些邻位二取代芳烃等化合物的质谱中，经常出现由RDA重排产生的碎片离子峰，可为上述化合物的结构分析提供重要信息。
（4）质谱解析
质谱解析的一般程序如下：确认分子离子峰，确定分子量；根据分子离子峰的丰度，推测化合物的可能类别；根据分子离子峰与同位素峰的丰度比，判断分子中是否含有高丰度的同位素元素，如Cl、Br、S等，并推算这类元素的种类及数目；由同位素峰强比法或精密质量法确定分子式，并由分子式计算不饱和度，了解双键数及环数；分析基峰及主要碎片离子峰可能代表的结构单元，由此确定化合物可能含有的官能团，并参考其他光谱（波谱）数据，推测出所有可能的结构式；根据标准谱图及其他所有信息，进行筛选验证，确定化合物的结构式。
（5）综合波谱解析
以多种波谱数据对有机物结构进行综合解析时，要灵活应用各图谱提供的信息。综合波谱解析的一般程序如下：
①分子式的确定：目前分子式的确定主要有以下几种方法：a）元素分析法：采用元素分析仪定量测出分子中C、H、N、O、S 等元素的含量，据此计算出各元素的原子比，拟定实验式，最后根据相对分子质量和实验式确定分子式；b）质谱法：由高分辨质谱获得化合物的精确相对分子质量，采用精密质量法确定分子式。若采用低分辨质谱，则可采用同位素相对强度法，由M+1、M+2与M峰的相对丰度比，并利用Beynon表，确定化合物的分子式；c）核磁共振波谱法：核磁共振碳谱可提供化合物中碳原子数目，辅以氢谱，可方便地推算分子式。只有氢谱时，因峰面积与氢核数成正比，分子中氢核的总数将是这些峰面积最简比例总和的整数倍。如能得到化合物的相对分子质量、元素分析数据及NMR波谱数据，即可计算分子中的C原子数，从而确定分子式。
②结构单元确定：a）计算不饱和度：由分子式计算不饱和度，并结合各图谱，初步推断未知物的类别；b）利用各谱的特征信息初步确定结构单元：一般紫外光谱可判断有无共轭体系；红外光谱可判断化合物类别和有哪些基团存在，以及该基团与其他基团相连接的信息；NMR氢谱的偶合裂分及化学位移常常是推断相邻基团的重要线索， NMR碳谱的δ值以及是否表现出分子的对称性，对确定取代基的相互位置十分有用；质谱的主要碎片离子间的质量差值以及重要重排离子等，均可得出基团间相互连接的信息；c）结构单元的推断：一般先以一种图谱的信息为基础，推断可能属于哪一类化合物及结构单元，然后再以其他图谱加以验证。一般说来，对某一给定的结构单元，必须在各图谱中均能得到印证方可确认。若在某一图谱中未出现，则应重新考虑所推断结构的合理性或在哪个环节发生了错误。采用这种由少至多逐渐增加信息量的方式，可最有效地得出最终结论；d）考察剩余结构单元：从分子式（或相对分子质量）中扣除已确定的各结构单元的分子式（或相对分子质量），推测出剩余结构单元的不饱和度及可能结构。
③未知物结构的确定：a）以结构单元组成几种可能结构：若所确定结构单元中不饱和基团与分子的不饱和度相等，则可考虑它们之间各种连接顺序的可能性，并将确定的结构单元组成几种可能的分子结构；若所确定结构单元中不饱和基团的不饱和度低于分子的不饱和度，则在组成可能结构时还应考虑分子中环的组成；b）注意不饱和键及杂原子的位置：在组成分子的可能结构时，应注意安排好不饱和键及杂原子的位置（特别是杂原子的位置），因它们的位置对各谱均会产生重要的影响；c）推断最可能结构：以各图谱（多采用MS的裂解规律）对初步确定的几种结构进行核对。若所推测的某结构与已知图谱有明显矛盾时，说明该结构不合理，应删去；若所推测的几种结构均与各图谱大致相符时，说明推测的结构基本合理。再对某些碳原子或氢原子的δ值进行计算，从计算值与实测值相比的结果，以推断最可能的结构；d）确定最终结构：核对标准光谱或文献光谱，最终确定化合物的结构。
3．基本计算
（1）质谱方程式：
（2）质谱仪的分辨率：
（3）质量精度：质量精度＝
（4）亚稳离子的质量：
第十六章色谱分析法概论
一、主要内容
1．基本概念
保留时间t R：从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。
死时间t0：分配系数为零的组分即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。
调整保留时间t R'：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。
相对保留值r2,1：两组分的调整保留值之比。
分配系数K：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相与流动相中的浓度之比。
保留因子k：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量之比。
分离度R：相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。
分配色谱法：利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别或分配系数的差别而实现分离的色谱法。
吸附色谱法：利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别或吸附系数的差别而实现分离的色谱法。
离子交换色谱法：利用被分离组分离子交换能力的差别或选择性系数的差别而实现分离的色谱法。
分子排阻色谱法：根据被分离组分分子的线团尺寸或渗透系数的差别而进行分离的色谱法。
涡流扩散：在填充色谱柱中，由于填料粒径大小不等，填充不均匀，使同一个组分的分子经过多个不同长度的途径流出色谱柱，使色谱峰展宽的现象。
纵向扩散：由于浓度梯度的存在，组分将向区带前、后扩散，造成区带展宽的现象。
传质阻抗：组分在溶解、扩散、转移的传质过程中所受到的阻力称为传质阻抗。
保留指数I：在气相色谱法中，常把组分的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为，也就是以正构烷烃系列为组分相对保留值的标准，即用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分的保留，这个相对值称为保留指数，又称Kovats指数。
保留体积V R：是从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。
调整保留体积V R'：是由保留体积扣除死体积后的体积。
保留比R'：设流动相的线速度为u，组分的移行速度为v，将二者之比称为保留比。
2．基本理论
（1）色谱分离的原理：组分在固定相和流动相间进行反复多次的“分配”，由于分配系数K(或容量因子k)的不同而实现分离。各种色谱法的分离机制不同。
（2）塔板理论：塔板理论描述组分在色谱柱中的分配和转移行为，由塔板理论导出的流出曲线方程为：
塔板理论有如下基本假设：①在色谱柱内一小段长度即一个塔板高度H内，组分可以在两相中瞬间达到分配平衡。②分配系数在各塔板上是常数。③试样和新鲜流动相都加在第0号塔板上。④流动相不是连续地而是间歇式地进入色谱柱，且每次只进入一个塔板体积。⑤试样在柱内的纵向扩散可以忽略。
塔板理论在解释流出曲线的形状和位置、组分的分离及评价柱效等方面是成功的。
（3）速率理论：速率理论解释了影响塔板高度或使色谱峰展宽的各种因素，包括涡流扩散、纵向扩散、传质阻抗和流动相线速度。其表达式为：H=A+B/u+Cu
A为涡流扩散系数：A=2ldp
B为纵向扩散系数：B=2gDm
C为传质阻抗：包括固定相传质阻抗Cs和流动相传质阻抗Cm
3．基本计算
（1）保留值：t R'=t R-t0，V R'=V R-V0，r2,1=t R1'/t R2'=V R1'/V R2'
（2）分配系数和保留因子：，，t R=t0(1+KVs/Vm) =t0(1+ k)，k=t R'/t0
（3）峰宽度：W1/2=2.355σ，W=4σ=1.699W1/2
（4）柱效：
（5）分离度：
二、重点和难点
本章主要学习色谱过程和分离原理、各类色谱的分离机制。尤其是色谱法的有关概念和色谱基本理论，是学习其后各章色谱分析方法的基础。
1．色谱过程
色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间多次分配的过程。若两组分的分配系数存在微小的差异，经过反复多次的分配平衡，使微小的差异积累起来，其结果就使分配系数小的组分被先洗脱，从而使两组分得到分离。色谱分离的前提是分配系数或保留因子不等。
2．有关概念及计算公式
这是本章的重点，一定要深入理解，牢固掌握。
3．基本类型色谱方法及其分离机制
（1）分配色谱法：利用被分离组分在固定相或（和）流动相中的溶解度差别，即分配系数的差别而实现分离。包括气液分配色谱法和液液分配色谱法。
（2）吸附色谱法：利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别，即吸附系数的差别而实现分离。包括气固吸附色谱法和液固吸附色谱法。
在硅胶液固吸附色谱中，极性强的组分吸附力强。常见化合物的吸附能力有下列顺序：烷烃＜烯烃＜卤代烃＜醚＜硝基化合物＜叔胺＜酯＜酮＜醛＜酰胺＜醇＜酚＜伯胺＜羧酸。
（3）离子交换色谱法：利用被分离组分离子交换能力的差别即选择性系数的差别而实现分离。按可交换离子的电荷符号又可分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。
（4）分子排阻色谱法：根据被分离组分分子的线团尺寸，即渗透系数的差别而进行分离。
分配色谱法是基础，而且在GC和HPLC中都还会有讨论。在TLC一章重点讨论吸附色谱法。后两种方法只存在于液相色谱法中，但在后续章中都没有专门讨论，故在本章加以介绍。
值得注意的是在实际色谱过程中各种分离机制极少单独发生，常常是几种机制同时发生，只是某种机制起主导作用而已。4．塔板理论
塔板理论沿用分馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为。认为在每个塔板的间隔内，试样组分在两相中达到分配平衡，经过多次的分配平衡后，分配系数小的组分先流出色谱柱。同时还引入塔板数作为衡量柱效的指标。而理论塔板数n可理解为在色谱柱内溶质平衡的次数(n=L/H),平衡的次数越多,柱效越高,组分间分离的可能性越大。塔板理论实际上是把组分在两相间的连续转移过程，分解为间歇的在单个塔板中的分配平衡过程。
重点是要搞清溶质在色谱柱内的质量分配和转移。在色谱柱各塔板内组分的质量分布符合二项式(m s+m m)N的展开式。
需要注意的是，在讨论二项式分布时，用二项式展开式或通式求得的Nmr是组分在色谱柱中各塔板内的溶质质量分数。当转移次数N=n（塔板数）时，柱出口开始能检测到溶质。流出曲线的纵坐标是柱出口处的质量分数，该曲线也符合二项式分布曲线。当塔板数很大时流出曲线趋于正态分布曲线。
5．速率理论
Van Deemter方程式为：H=A+B/u+Cu
速率理论的塔板高度H与塔板理论中的塔板高度有所不同，是色谱峰展宽的指标，但两者均是柱效的的度量。B及C分别代表涡流扩散系数、纵向扩散系数和传质阻抗系数，其单位分别为cm、cm2/s及s。三者均与色谱动力学因素有关。重点是要理解这些影响柱效的因素的物理含义。
涡流扩散：也称为多径扩散，与填充不规则因子l和填料（固定相）颗粒的平均直径dp有关：A=2ldp
纵向扩散：纵向扩散系数B与弯曲因子g和组分在流动相中的扩散系数Dm有关：B=2gDm
传质阻抗：影响组分溶解、扩散、转移的阻力，包括固定相传质阻抗Csu和流动相传质阻抗Cmu。
流动相线速度对塔板高度的影响：在较低线速度时，纵向扩散项起主要作用，线速度升高，塔板高度降低，柱效升高；在较高线速度时，传质阻抗起主要作用，线速度升高，塔板高度增高，柱效降低。
速率理论研究影响柱效（或峰展宽即组分离散）的各种动力学因素，用于指导色谱实验条件的选择。Van Deemter方程在GC、HPLC和CE中的具体形式和应用将在相应章节讨论。根据此方程还可以求出流动相的最佳流速uop。以H=A+B/u+Cu对u微分，
得H'=-Bu-2+C，当其等于0时，H有极值，于是-Bu-2+C=0，因此，此时塔板高度为
。
第十七章气相色谱法
1. 基本概念
固定液相对极性，麦氏常数，程序升温，噪声，漂移，分流比，检测器灵敏度，检测限等。
2．基本理论
（1）差速迁移：在色谱分析中，分配系数不同是组分分离的前提条件。气相色谱法中，载气种类少，可选余地小，要改变组分之间分配系数的或大小或比例，主要通过选择合适的固定液。
（2）GC中的速率理论：速率理论是从色谱动力学的角度阐述影响柱效的因素，以Van Deemter方程式表示，在填充柱中，速率方程为：
H=A+B/u+Cu =2λdp+ 2gDg/u+
在开管柱中，A＝0，此时速率方程为：
H=B/u+Cgu+Clu =u +
最小板高对应的载气线速度称为最佳线速度，为了减少分析时间，常用的最佳实用线速度大于最佳线速度。
在学习速率理论时，应熟悉速率方程式中各项和各符号的含义，即这些因素是如何影响柱效的，从而理解分离条件的选择。
（3）色谱柱分填充柱及毛细管柱两类，填充柱又分气-固色谱柱及气-液色谱柱。固定液按极性分类可分成非极性、中等极性、极性以及氢键型固定液。固定液的选择按相似性原则。常用硅藻土载体分为红色载体和白色载体，红色载体常用于涂渍非极性固定液，白色载体常用于涂渍极性固定液。硅藻土载体常需进行钝化，其目的是为了减小载体表面的活性。载体钝化的方法有酸洗（AW）、碱洗（BW）和硅烷化，这些钝化方法分别除去碱性氧化物（主要是氧化铁）、酸性氧化物（氧化铝）和覆盖硅羟基。
毛细管柱可分为涂壁毛细管柱（WCOT）、载体涂层毛细管柱（SCOT）、多孔层毛细管柱（PLOT）和填充毛细管柱。
检测器分浓度型及质量型两类。氢焰检测器是质量型检测器，具有灵敏度高，检测限小，死体积小等优点。热导检测器是浓度型检测器，组分与载气的热导率有差别即能检测。电子捕获检测器也是一种浓度型检测器，检测含有强电负性基团的物质，具有高选择性和高灵敏度。
为保护检测器和色谱柱，开气相色谱仪时，必须先开载气，后开电源，加热。关机时，先关电源，最后关载气。
（4）柱温的选择原则为：在使最难分离的组分有尽可能好的分离度的前提下，要尽可能采用较低的柱温，但以保留时间适宜及不拖尾为度。对宽沸程样品，采用程序升温方式。
（5）定性与定量：定性方法有已知物对照法，相对保留值，保留指数，利用化学方法配合，两谱联用定性。
定量方法常用归一化法和内标法，在没有校正因子情况下，使用内标对比法较好。
3．基本计算
固定液的相对极性
分离方程式 R=
相对重量校正因子=
归一化法 Ci%=
外标法 mi =
内标法 mi=fiAi ms=fsAs mi= Ci%=
内标对比法
第十八章高效液相色谱法
一、主要内容
1．基本概念
（1）化学键合相：利用化学反应将有机基团键合在载体表面形成的固定相。
（2）化学键合相色谱法：以化学键合相为固定相的色谱法。
（3）正（反）相色谱法：流动相极性小（大）于固定相极性的液相色谱法。
（4）抑制型（双柱）离子色谱法：用抑制柱消除流动相的高电导本底，以电导为检测器的离子交换色谱法。
（5）手性色谱法：利用手性固定相或手性流动相添加剂分离分析手性化合物的对映异构体的色谱法。
（6）亲合色谱法：利用或模拟生物分子之间的专一性作用，从复杂生物试样中分离和分析特殊物质的色谱方法，是基于组分与固定在载体上的配基之间的专一性亲和作用而实现分离的色谱法。
（7）梯度洗脱：在一个分析周期内程序控制改变流动相的组成，如溶剂的极性、离子强度和pH值等。
（8）静态流动相传质阻抗Csm：由于组分的部分分子进入滞留在固定相微孔内的静态流动相中，因而相对晚回到流路中，引起的峰展宽。
（9）键合相的含碳量：键合相碳的百分数，可通过对键合硅胶进行元素分析测定。
（10）键合相的覆盖度：参加反应的硅醇基数目占硅胶表面硅醇基总数的比例。
（11）封尾：在键合反应后，用三甲基氯硅烷等对键合相进行钝化处理，减少残余硅醇基，即封尾。
（12）溶剂的极性参数P'：表示溶剂与三种极性物质乙醇（质子给予体）、二氧六环（质子受体P'）和硝基甲烷（强偶极体）相互作用的强度。用于度量分配色谱的溶剂强度。P'越大，溶剂的极性越强，在正相分配色谱中的洗脱能力越强。
（13）溶剂的强度因子S：常为反相键合相色谱的溶剂洗脱能力的度量。
（14）三维光谱－色谱图：用DAD检测器检测，经过计算机处理，将每个组分的吸收光谱和试样的色谱图结合在一张三维坐标图上，即获得三维光谱-色谱图。
2．基本理论
（1）速率理论在HPLC中表达式为：H=A+C m u+C sm u 用于指导实验条件的选择。A、Cm和Csm均随固定相粒度dp变小而变小，因此保证HPLC高柱效的主要措施是使用小粒度的固定相。此外，要求粒度和柱填充均匀、使用低粘度流动相、适当的流速和
柱温。
（2）反相键合相色谱法保留机制：可用“疏溶剂理论”说明，即溶质的保留是其分子受到溶剂的斥力，而与键合相的烃基发生疏水缔合的结果。反相键合相色谱法的k受下列因素影响：①溶质的极性越强，k越小；②流动相的含水量越高，使组分的k越大；③流动相的pH（离子抑制作用）和离子强度都影响k；④键合相的烃基越长，使溶质k增大。
（3）正相键合相色谱法：以氨基、氰基等极性键合相为固定相，以烷烃加少量极性调节剂为流动相，极性强的组分k大。
（4）反相离子对色谱法：组分的离子与加入到流动相中的离子对试剂的反离子生成中性离子对，增加在反相固定相上的保留。保留因子受离子对试剂的种类和浓度、流动相的pH等影响。
3．基本计算
（1）混合溶剂的强度以下式计算：
式中P'为混合溶剂的极性参数，P i'和ji为纯溶剂i的极性参数及该溶剂在混合溶剂中的体积分数。
S混为混合溶剂的强度因子，Si和ji为纯溶剂i的强度因子及该溶剂在混合溶剂中的体积分数。
（2）HPLC的定量分析计算：与GC相同。
4．HPLC仪器
（1）输液泵
（2）检测器：有紫外、荧光、电化学和蒸发光散射检测器等。
紫外检测器：原理是朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律；适用于有紫外吸收的组分。
二极管阵列检测器：可获得三维光谱－色谱图，同时提供定性定量信息。
荧光检测器：原理是荧光强度与组分的浓度成线性关系。
电化学检测器：原理是当组分经过电极表面时，发生氧化还原反应，产生电量（Q）的大小符合法拉第定律：Q=nFN；
蒸发光散射检测器：散射光的强度（I）与气溶胶中组分的质量（m）有下述关系：I=kmb或lgI=blgm+lgk
二、重点和难点
由于HPLC中的常用术语、色谱参数和色谱基本理论等都已在第16章中作了详细的阐述，定性、定量分析方法又与GC相同，因此，本章只讨论高效液相色谱的各种具体方法，重点是反相键合相色谱法。
1．正相键合相色谱法
以极性键合相为固定相，如氰基（－CN）、氨基（－NH2）或二羟基键合相等，以非极性或弱极性溶剂，如烷烃，加适量极性调整剂，如醇类作流动相。正相键合相色谱主要用于分离溶于有机溶剂的中等极性的分子型化合物。分离选择性决定于键合相的种类、流动相的强度和试样的性质。主要是理解其一般规律：极性强的组分的保留因子k大，后洗脱出柱。流动相的极性增强，洗脱能力增加，使组分k减小，tR减小。
溶质与键合极性基团间的作用力，如氢键、诱导或静电作用等，是决定色谱保留和分离选择性的首要因素。流动相的选择性是通过其与试样分子间的相互作用来实现的，分子间作用力不同，则分离的选择性不同。同系物，如甲醇与丙醇，作用力类型相同，其色谱分离的选择性相似，如果换成高偶极矩溶剂二氯甲烷，则选择性将发生变化。
2．反相键合相色谱法
在现代色谱学中，反相键合相色谱法一般就称为反相色谱法。这是本章要掌握的重点。反相色谱法通常以非极性键合相为固定相，以极性溶剂及其混合物为流动相，固定相的极性比流动相的极性弱；能分离极性范围很宽的试样。键合相的烷基链长和含碳量是影响溶质的保留因子（及柱效）、选择性和载样量的重要因素。
保留行为的主要影响因素：①溶质的极性越弱，其疏水（疏溶剂）性越强，k越大，tR也越大。②增加流动相中水的含量，则溶剂强度降低，使溶质的k增大。③流动相的pH变化会改变溶质的离解程度，溶质的离解程度越高，k值越小。因此，常加入少量弱酸、弱碱或缓冲溶液，调节流动相的pH，抑制有机弱酸、弱碱的离解，增加它与固定相的疏水缔合作用，以达到分离的目的。这种色谱方法又称为离子抑制色谱法。④固定相键合烷基的碳链延长，硅胶表面键合烷基的浓度越大，溶质的k越大。
3．反相离子对色谱法
把离子对试剂加入到含水流动相中，与组分离子生成中性离子对，从而增加溶质与非极性固定相的作用，使分配系数增加，改善分离效果。用于分离可离子化或离子型的有机酸、碱、盐等。影响容量因子的因素有离子对试剂的种类和浓度、流动相的pH和流动相中有机溶剂的种类和比例等。
4．键合相的特点
键合相有如下优点：①使用过程中不流失；②化学稳定性好；③适于梯度洗脱；④载样量大。
使用一般化学键合相时流动相中水相的pH应维持在2～8，以免引起硅胶溶解，但目前已有许多键合相能够承受更宽的pH范围。
新型键合相
5．键合相色谱法中流动相对分离的影响根据分离方程式：
n由固定相及色谱柱填充质量决定，α（即选择性）主要受溶剂种类的影响，k受溶剂配比的影响。
溶剂的选择性：斯奈德（Snyder）根据溶剂的质子接受能力（Xe）、质子给予能力（Xd）和偶极作用力（Xn），将选择性参数定义为：
，，
根据Xe﹑Xd﹑Xn的相似性，将常用溶剂分为8组（教材表20-2），并得到溶剂选择性分类三角形。处于同一组中的各溶剂的作用力类型相同，在色谱分离中具有相似的选择性，而处于不同组别的溶剂，其选择性差别较大。
溶剂极性参数：
溶剂的极性和强度：溶剂的洗脱能力即溶剂强度直接与它的极性相关。在正相色谱中，溶剂极性参数P'值越大，则溶剂的极性越强，洗脱能力越强。
反相键合相色谱法的溶剂强度常用强度因子S表示。极性弱的溶剂S大，洗脱能力强。
混合溶剂的强度：
5．高效液相色谱中的速率理论
高效液相色谱的流动相是液体，液体与气体性质的差异是导致高效液相色谱的扩散和传质过程对柱效的影响与气相色谱有差别的主要原因。
（1）纵向扩散可忽略：纵向扩散系数β=2γDm，在HPLC中，液体流动相粘度大，使Dm很小。因此只有在流速很低时才能观察到纵向扩散对柱效的影响。在常用色谱条件下，纵向扩散可以忽略，故流速升高，H总是升高。但升高速率比GC中慢，因此，为了快速分析，一般仍选择大于最佳流速的条件。
（2）传质阻抗：化学键合相色谱法中，df可忽略，故固定相传质阻抗Cs可忽略。流动相传质阻抗Cm=ωmdp2/Dm中的ωm与柱内径、形状、填料性质等有关，但至今仍没确切的数值或关系。与GC中的Cs不同，Cm与保留因子无关。HPLC中还有一项静态流动相传质阻抗Csm，而且Cm和Csm都与固定相的粒度dp有关。
（3）涡流扩散小：小颗粒球形固定相，匀浆高压填充，降低涡流扩散。
（4）HPLC中的范第姆特方程为：H=A+C m u+C sm u
（5）固定相粒度对塔板高度的影响：dp变小，A、Cm和Csm均变小，而且塔板高度受流动相线速度的影响也越小。可见小粒度的填料比在GC中更为重要。
根据速率理论，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，流速不宜快；③柱温适当。
6．反相键合相色谱实验条件的选择
在反相键合相色谱中，常选用非极性键合相。非极性键合相可用于分离分子型化合物，也可用于分离离子型或可离子化的化合物。ODS是应用最广泛的非极性固定相。对于各种类型的化合物都有很强的适应能力。短链烷基键合相能用于极性化合物的分离，苯基键合相适用于分离芳香化合物以及多羟基化合物如黄酮苷类等。
反相键合相色谱法中，流动相一般以极性最强的水为基础溶剂，加入甲醇、乙腈等极性调节剂。极性调节剂的性质以及其与水的混合比例对溶质的保留值和分离选择性有显著影响。一般情况下，甲醇－水已能满足多数试样的分离要求，且粘度小、价格低，是反相键合相色谱法最常用的流动相。乙腈的溶剂强度较高，且粘度较小，其截止波长（190nm）比甲醇（205nm）的短，更适合于利用末端吸收进行检测。
可选择弱酸（常用醋酸）、弱碱（常用氨水）或缓冲盐（常用磷酸盐及醋酸盐）作为抑制剂，调节流动相的pH，抑制组分的离解，增强保留。
调节流动相的离子强度也能改善分离效果，在流动相中加入0.1%～1%的醋酸盐、磷酸盐等,可减弱固定相表面残余硅醇基的干扰作用，减少峰的拖尾，改善分离效果。
第十九章平面色谱法
（一）平面色谱的基本术语和公式
参数公式目的和作用备注
定性参数
比移值Rf
平面色谱
定性分析相对比移值Rr
面效参数理论塔板数n n=16(L/W)2平面色谱
分离效率塔板高度H H=L0/n
分离参数
分离度R
平面色谱
分离度分离参数SN
（二）主要平面色谱类型
色谱类型分离原理载体固定相流动相Rf顺序吸附薄层色谱吸附硅胶有机溶剂极性小的Rf值大正相薄层色谱分配硅胶水有机溶剂极性小的Rf值大反相薄层色谱分配硅胶硅胶键合相水-有机溶剂极性小的Rf值小纸色谱分配滤纸水水-有机溶剂极性小的Rf值大
（三）吸附薄层色谱条件的选择
根据被测组分的极性大，选择吸附剂的活度要小，流动相极性要大；被测组分的极性小，选择吸附剂的活度要大，流动相极性要小。
1．被分离物质的极性与结构的关系
（1）基本母核相同，基团极性愈大，分子极性愈强；极性基团数目增加，分子极性增强。常见的取代基极性大小顺序：烷烃<烯烃<醚类<硝基化合物<二甲胺<脂类<酮类<醛类<硫醇<胺类<酰胺<醇类<酚类<羧酸类。
（2）分子双键愈多，共轭度愈大，吸附性愈大。
（3）空间排列影响极性，如能产生分子内氢键的分子极性下降。
2．吸附剂的活度选择被分离物质的极性大，吸附剂活度要小，以免吸附太牢，不易洗脱；被分离物质的极性小，则吸附剂的活度要大，以免不被吸附，而无法分离。可改变板活化温度和时间来控制吸附剂的活度。
3．展开剂的极性按相似相溶原则选择。
物质极性吸附力展开剂极性备注
大强大避免吸附太牢，Rf太小
小弱小避免不被吸附，Rf太大单一溶剂的极性顺序：石油醚<环己烷<二硫化碳<四氯化碳<三氯乙烷<苯、甲苯<二氯甲烷<氯仿<乙醚<乙酸乙酯<丙酮 <正丙醇<乙醇<甲醇<吡啶<酸<水。
4．混合溶剂选择的一般规则先用单一的中等极性展开剂试验，得出合适的极性。再改用二元展开剂，调节比例达到预期的极性，得到混合展开剂。目的是通过混合展开剂的极性和溶剂的强度，使各组分具有适宜的Rf值，从而达到良好的分离效率。
第二十章毛细管电泳法
1．基本概念
（1）电泳电介质中带电粒子在电场作用下以不同速度向电荷相反方向迁移的现象。
（2）电泳法利用电泳现象对物质进行分离分析的方法，称之为电泳法。
（3）电渗和电渗率电渗是一种液体相对于带电的管壁移动的现象。单位电场强度下的电渗速度称为电渗率。
（4）Zeta电势在电场作用下，固液两相的相对运动发生在紧密层与扩散层之间的滑动面上，此处的电动电势即为Zeta电势。
（5）淌度溶质在给定缓冲液中单位时间和单位电场强度下移动的距离，也就是单位电场强度时的电泳速度。
（6）有效淌度考虑离子活度系数、溶质分子的离解程度等影响的淌度。
（7）表观淌度在电泳过程中，溶质除在电场作用下产生电泳以外，还受到电渗流的影响，两者的矢量和称为表观淌度。2．基本原理
（1）毛细管电泳柱中溶液为扁平型电渗流流型，高效液相色谱柱中为抛物面动力学流型，这是导致毛细管电泳高效的重要原因。
（2）谱带展宽：在毛细管电泳中，影响谱带展宽的原因主要是分子扩散、自热、吸附，另仪器死体积也会使谱带变宽。
（3）分离模式及其操作条件：毛细管电泳主要分离模式包括：毛细管区带电泳，胶束电动毛细管色谱，毛细管凝胶电泳，毛细管等速电泳，毛细管等电聚焦和毛细管电色谱。在药物分析中常用毛细管区带电泳，胶束电动毛细管色谱，毛细管凝胶电泳和毛细管电色谱。
根据样品的性质选择不同的操作模式，每种模式下影响因素不尽相同，通过调节影响因素达到分离的目的。应重点掌握毛细管区带电泳操作条件的选择。在毛细管区带电泳中，分离电压、缓冲溶液种类和浓度及pH、添加剂等是主要的操作条件。
3．基本计算
第二十一章色谱联用分析法
一、主要内容
1．基本概念
总离子流色谱图：总离子流强度随时间变化的色谱图。
质量色谱图：某质量（m/z）的离子流强度随时间变化的色谱图。
选择离子监测：对一个或一组特定离子进行检测的技术。
单离子监测：只检测一个质量的离子的选择离子监测。
多离子监测：检测多个离子的选择离子监测。
选择反应监测：监测一个或几个特定的离子反应。
全二维气相色谱：将分离机制不同而又相互独立的两根色谱柱串联起来，经柱1分离后的每一个流分都经过接口依次进入柱2进行第二次分离，再进入检测器，得到以柱1保留时间为纵坐标，柱2保留时间为横坐标的二维色谱图。
2．基本理论
（1）GC-MS的原理：气相色谱仪分离试样中各组分，起着样品制备的作用；接口把气相色谱流出的各组分送入质谱仪进行检测，起着气相色谱和质谱之间适配器的作用；质谱仪将接口依次引入的各组分进行分析，成为气相色谱仪的检测器；计算机系统控制气相色谱、接口和质谱仪，进行数据采集和处理，由此同时获得色谱和质谱数据，对复杂试样中的组分进行定性和定量分析。
（2）HPLC-MS的原理：试样通过液相色谱系统进样，由色谱柱进行分离，而后进入接口。在接口中，试样由液相中的离子或分子转变成气相离子，然后被聚焦于质量分析器中，根据质荷比而分离。最后离子信号被转变为电信号，由电子倍增器检测，检测信号被放大后传输至计算机数据处理系统，同时获得各种色谱、质谱数据。
（3）ESI的工作原理：当色谱柱后流出物移至喷嘴顶端并溢出时，形成扇状喷雾，在毛细管上的高电场会引起氧化还原反应，形成含离子的微滴。在干燥气作用下，液滴的溶剂蒸发，离子向液滴表面移动，液滴表面的离子密度越来越大，当达到Rayleigh 极限时，即液滴表面电荷产生的库仑排斥力与液滴表面的张力大致相等时，液滴产生非均匀破裂，分裂成更小的液滴，蒸发、电荷过剩和液滴分裂这一过程将不断重复。液滴半径小于10nm时，其电荷的排斥作用导致部分离子从液滴表面蒸发出来，最终以单电荷或多电荷离子的形式从溶液中转移至气相，形成了气相离子。在强电位差的驱动下，离子经取样孔进入质谱真空区，再经聚焦后进入质量分析器。
（4）APCI的工作原理：色谱柱后流出物经过喷雾探针中心的毛细管流入，被其外部雾化气套管的氮气流（雾化气）雾化，形成气溶胶，并在毛细管出口前被加热管剧烈加热气化。在加热管端口用电晕放电针进行电晕尖端放电，使溶剂分子被电离，形成溶剂离子。溶剂离子再与组分的气态分子反应，生成组分的准分子离子。正离子通过质子转移、加合物形成或电荷抽出反应而形成；负离子则通过质子抽出、阴离子附着或电子捕获而形成。
（5）串联四极质量分析器的工作原理：在离子源中产生的离子进入第一个四极质量分析器进行质量分离，然后选定质荷比的离子离开第一个质量分析器，进入第二个四极质量分析器，其他离子则被“过滤”掉。第二个四极质量分析器被一箱体包围，称为碰撞池，内充惰性气体如氩气。进入的离子在此与惰性气体（碰撞气）发生碰撞，或自身分解，产生一系列新离子，即产物离子（product ion）。产物离子由第三个四极质量分析器分离分析。
（6）离子阱质量分析器的原理：两个接地端罩电极及它们之间的两个环电极组成了离子阱。采用脉冲加速电压使样品离子化并将其引入至离子阱中。离子被储存在离子阱中的一稳定轨道上。处于稳定区外的离子，由于运动幅度大，与电极碰撞而消亡。控制扫描的射频电压施加在环电极上。逐渐增加射频电压，使离子径迹连续地不稳定，从而使离子按m/z的大小从端罩电极的出口排斥进入电子倍增器被检测。
此外，还有气相色谱－傅立叶变换红外光谱联用（GC-FTIR）、高效液相色谱－核磁共振波谱联用（HPLC-NMR）及多维色谱。
核磁共振波谱是测定有机化合物结构的最强有力的技术之一，高效液相色谱－核磁共振波谱（HPLC-NMR）具有广阔的应用前景。但是实现这种联用又最具有挑战性。HPLC-NMR能够获得复杂试样中微量组分的氢谱、碳谱及各种相关谱，成为复杂试样如中药的活性成分、生物样品中的药物及其代谢物等同时定性分析、结构鉴定和定量测定的重要手段。还可与质谱联用，LC-NMR-MS 已用于代谢组学研究。
全二维气相色谱是将分离机制不同而又相互独立的两根色谱柱串联起来，经柱1分离后的每一个流分都经过接口进行聚焦，然后以脉冲方式依次进入柱2进行第二次分离，组分从柱2流出后进入检测器，信号经计算机系统处理后，得到以柱1保留时间为纵坐标，柱2保留时间为横坐标的二维色谱图。
二、重点和难点
本章的重点是GC-MS和HPLC-MS，尤其是ESI、APCI和串联四极质量分析器的工作原理，色谱-质谱联用分析的全扫描模式、选择离子监测、选择反应监测及实验条件的选择。
无论是气相色谱-质谱联用还是高效液相色谱-质谱联用，都能给我们提供定性分析、结构分析和定量分析的丰富信息。要弄懂各种信息的定义或含义，才能顺利解析图谱，并用于各种分析。
1．全扫描模式
色谱-质谱联用的全扫描是质量分析器在给定的时间范围内对给定质荷比范围进行无间断地扫描，获得样品中每一个组分（或在某一特定时刻）的全部质谱。在这种扫描模式下，可以获得下列各种定性和定量信息。
（1）总离子流色谱图：总离子流色谱图（total ion current chromatogram；TIC）是总离子流强度随时间（扫描次数）变化的色谱图。其中对应某一时间点的峰高是该时间点流进的组分的所有质荷比的离子强度的加和。此图与普通色谱图没有什么区别，也同样给出保留值、峰高和峰面积，但此图的峰高和峰面积很难用于组分的定量分析。这种谱图的纵坐标为总（全）离子流的强度，即是在该时间流出组分的所有的m/z离子的离子流强度的加和。横坐标为时间或连续扫描的频次。
（2）质量色谱图：是在一次扫描测定中，只记录某一个质荷比m/z的离子流强度随时间变化的色谱图。这种谱图的描述与总离子流色谱图相似，其纵坐标与横坐标也分别为离子流强度及时间。也称为提取离子色谱图。
（3）全扫描色谱-质谱三维谱：是使用计算机的三维软件绘制的三维总离子流图。用x,y,z三个坐标描述，其中x坐标方向表示原子质量单位（质荷比m/z），y坐标方向表示时间或连续扫描的次数，z坐标方向表示离子流的强度（离子丰度）。这种三维总离子流图的信息相当丰富，假如取垂直于y坐标方向（时间轴）上的任何一点的截面，就是即时时间流出物的质谱图。假如取垂直于x坐标方向（质荷比m/z轴）上的任何一点的截面，就是该质荷比的质量色谱图，或称为提取离子色谱图。假如沿x坐标方向，将具有相同时间的各m/z离子流强度相加，便得到二维平面的总离子流色谱图。
全扫描色谱-质谱三维谱与总离子流色谱图、质量色谱图及即时质谱图的相关关系的理解是重点内容之一。
（4）质谱：即将全扫描得到的分子离子、准分子离子及所有碎片离子的质荷比，与其对应的离子流的相对强度作图，称为即时时间质谱。
2．选择离子监测
选择离子监测是对一个或一组特定离子进行检测的技术。当目标化合物的质谱已知时，在操作前确定欲监测的质量，只对其进行检测而不记录其他离子。只检测一个质量的离子称为单离子监测，检测多离子的选择离子监测称为多离子检测。选择离子监测可以把全扫描模式所得的复杂的总离子色谱图变得非常简单，即获得如上所述的质量色谱图。由于仅检测一个或几个离子，使检测器接受某一离子的时间比全扫描模式下更多，离子流强度大两个数量级。因此提高了灵敏度约100倍，同时也有更快的扫描速度。选择离子监测主要用于定量分析。
3．选择反应监测
选择反应监测是串联质谱的一种检测模式，即监测一个或几个特定的离子反应，监测几个离子反应又称为多反应监测。在选择反应监测中要先选定前体离子，再对其进行碰撞诱导裂解，产生产物离子，最后对选定的产物离子进行检测。选择反应监测与SIM 一样能对复杂混合物中的痕量组分进行快速鉴别和定量分析，而且由于它监测两组特定且直接相关的离子，故其选择性更高，同时由于对特定离子的扫描次数更多，灵敏度也更高。由选择反应监测获得的谱图也与质量色谱图（或总离子流色谱图）相似。其峰面积或峰高用于目标化合物的定量分析。
4．HPLC-MS分析实验条件的选择
（1）流动相和流量：常用流动相为水、甲醇、乙腈及它们的混合物，需要调节pH时，还可用醋酸、甲酸或它们的铵盐溶液，应避免磷酸盐或离子对试剂等。流量对LC-MS分析有较大影响，要根据柱内径和接口的不同来选择流量。
（2）离子检测模式：碱性物质如仲胺、叔胺选择正离子检测模式，可用醋酸或甲酸使试样酸化至pKa－2。酸性物质及含有较多强电负性基团的物质，选择负离子检测模式。
（3）温度：接口的干燥气体温度应高于待分析物沸点20℃左右，同时要考虑物质的热稳定性和流动相中有机溶剂的比例。5．色谱-质谱联用分析方法的特点
（1）分离效能和定性鉴别能力同时增加，并使色谱－质谱在线联用程序一气呵成，这是其他任何一种分析方法所不及的。
（2）色谱－质谱联用分析的定性能力强。除保留时间外，尚有分子离子、碎片离子、离子峰强比、同位素离子峰、总离子流色谱峰、选择离子色谱峰及选择离子色谱峰所对应的保留时间窗及质谱图等多种指标。除分子离子及碎片离子外，还获得准分子离子、多电荷离子，这些都是独特的定性鉴别的重要参数。使得色谱－质谱联用的定性方法远比GC、HPLC、CE法更可靠。
（3）色谱－质谱联用仪采用的是一种通用的灵敏度较高的检测器，可同时检测多种化合物。选择离子和选择反应监测手段大大提高了方法的灵敏度和选择性，使色谱－质谱联用技术的定量分析准确度高。
（4）色谱－质谱联用分析方法适用范围广。GC-MS适合于小分子，易挥发性化合物的分析。LC-MS适合于强极性、挥发性差、易热分解、大分子化合物及离子型化合物的分离鉴定和分析。
第九章红外光谱法 基本要求：了解红外吸收光谱和吸收峰特征的表达， 掌握红外吸收光谱产生的条件，影响吸收峰位置、峰数和强度的因素， 掌握主要的IR谱区域以及在这些区域里引起吸收的键振动的类型， 掌握常见基团的特征吸收频率，利用IR谱鉴别构造异构体并能够解析简单化合物的结构，了解红外 吸收光谱的实验技术，了解拉曼光谱的原理及应用。 重点：IR光谱产生的条件，影响吸收峰位置，峰数和强度的因素，常见基团的特征吸收频率。 难点：键振动的类型，IR谱解析，FT-IR的原理和特点。 部分习题解答 1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 条件：（1）分子的振动或转动必须伴随偶极矩的变化；（2）红外辐射应具有能满足分子产生振动跃迁所需的能量(红外辐射频率等于振动量子数差值和振动频率的乘积) 不是所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。只有满足上述两个条件的分子振动才会产生红外吸收光谱。例如，同核双原子分子（O2、N2、Cl2）等的振动没有红外活性。 5. 计算CO2和H2O的分子振动自由度，它们分别有几种振动形式，在红外吸收光谱中能看到几个吸收普带？数目是否相符？为什么？ CO2：线性分子振动自由度3N-5=3*3-5=4 四种振动形式两个吸收带数目不符对称伸缩振动无偶极矩变化，无红外活性，无吸收峰；面内弯曲和面外弯曲振动简并，只显示一个吸收峰。 H2O：非线性分子振动自由度3N-6=3*3-6=3 三种振动形式三个吸收带数目相符 6.判断正误。 （1）对（2）错（3）错（4）对（5）错（6）错 7、下列同分异构体将出现哪些不同的特征吸收带？ （1）CH3 CO2H CO2CH3 （2）C2H3COCH3CH3CH2CH2CHO （3） 解：（1）CH3——COH 在3300~2500cm-1处有v O—H， 其v C=O位于1746~1700cm-1 COCH3无v OH吸收，其v C=O位于1750~1735cm-1（2）C2H5CCH3其v C=O位于1720~1715cm-1 CH3CH2CH2CH 其2820cm-1及2720cm-1有醛基费米共振双峰。 O O O
第十二章 红外吸收光谱法 思考题和习题 8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？ 烷烃主要特征峰为2 33,,,CH s CH as CH H C δδδν-，其中νC-H 峰位一般接近3000cm -1又低于3000cm -1。 烯烃主要特征峰为H C C C H C -==-=γνν ,,，其中ν=C-H 峰位一般接近3000cm -1又高于3000cm -1。 νC=C 峰位约在1650 cm -1。H C -=γ是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650 cm -1。 炔烃主要特征峰为H C C C H C -≡≡-≡γ νν ,,，其中H C -≡ν 峰位在3333-3267cm -1。C C ≡ν 峰位在 2260-2100cm -1，是炔烃的高度特征峰。 9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？ 当两个或三个甲基连接在同一个C 上时，则吸收峰s CH 3 δ 分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别 位于1385 cm -1和1375 cm -1左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365 cm -1和1395 cm -1左右，且1365 cm -1峰的强度约为1395 cm -1的两倍。 10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ 利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定： 芳氢伸缩振动（ν=C-H ），3100~3000cm -1 (通常有几个峰) 泛频峰2000~1667cm -1 苯环骨架振动（νc=c ），1650-1430 cm -1，~1600cm -1及~1500cm -1 芳氢面内弯曲振动（β=C-H ），1250~1000 cm -1 芳氢面外弯曲振动（γ =C-H ），910~665cm -1 14．试用红外吸收光谱区别羧酸、酯、酸酐。 羧酸的特征吸收峰为v OH 、v C=O 及γOH 峰。v OH （单体）~3550 cm -1 (尖锐)，v OH (二聚体)3400~2500(宽而散)，v C=O (单体)1760 cm -1 (S)，v as C=O (二聚体)1710~1700 cm -1 (S)。羧酸的γOH 峰位在955～915 cm -1范围内为一宽谱带，其形状较独特。 酯的特征吸收峰为v C=O 、v c-o-c 峰，具体峰位值是：v C=O ~1735cm -1 (S)；v c-o-c 1300~1000cm -1 (S)。v as c-o-c 峰的强度大而宽是其特征。 酸酐的特征吸收峰为v as C=O 、v s C=O 双峰。具体峰位值是：v as C=O 1850~1800 cm -1(s)、v s C=O 1780~1740 cm -1 (s)，两峰之间相距约60 cm -1，这是酸酐区别其它含羰基化合物主要标志。 7．某物质分子式为C 10H 10O 。测得红外吸收光谱如图。试确定其结构。
第四章振动光谱 一、教学目的 理解掌握震动光谱分析的基本理论，掌握红外光谱图的分析处理，了解红外光谱实验技术。 二、重点、难点 重点：震动光谱分析的基本理论，红外光谱图的分析处理。 难点：震动光谱分析的基本理论。 三、教学手段 多媒体教学 四、学时分配 4学时 引言： ●1900～1910年间，科布伦茨（W．W．C。blentz）首先用红外光测量了一些有 机物液体的吸收光谱而建立起一种新的分析方法——红外光谱法。他发现分子中的一定原子群可以吸收特定的频率，这些特定的频率犹如人类的指纹，可以用来辨认分子中特定原子群的存在。 ●它主要可以用作分子结构的基础研究和物质化学组成（物相）的分析（包括定性和 定量）。红外光谱法作分子结构的研究可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。 ●不过红外光谱法更多的用途是根据谱的吸收频率的位置和形状来判定本知物，并按 其吸收的强度来测定它们的含量。因此红外光谱法在目前已成为十分方便而有效的分析方法之一。 ●红外光谱法应用得较多的是在有机化学领域，对无机化合物和矿物的红外鉴定开始 较晚。红外光谱法对测定矿物的结构或组分虽不如X射线衍射分析那么成熟，却也有其独特长处。 所谓振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长授长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光波，即0.78～1000μm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。本章主要介绍红外光谱的原理及其在无机非金属材料中的应用，对拉曼光谱只作简单的介绍。
第一章绪论 第二章光学分析法导论 第三章紫外－可见吸收光谱法 第四章红外吸收光谱法 第五章分子发光分析法 第六章原子发射光谱法 第七章原子吸收与原子荧光光谱法第八章电化学分析导论 第九章电位分析法 第十章极谱分析法 第十一章电解及库仑分析法
第十二章色谱分析法 第一章绪论 1．解释下列名词： （1）仪器分析和化学分析；（2）标准曲线与线性范围；（3）灵敏度、精密度、准确度和检出限。 答：（1）仪器分析和化学分析：以物质的物理性质和物理
化学性质（光、电、热、磁等）为基础的分析方法，这类方法一般需要特殊的仪器，又称为仪器分析法；化学分析是以物质化学反应为基础的分析方法。 （2）标准曲线与线性范围：标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线；标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围称为该方法的线性范围。 （3）灵敏度、精密度、准确度和检出限：物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度；精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度；试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度；某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为这种方法对该物质的检出限。
2． 对试样中某一成分进行5次测定，所得测定结果（单位μg ?mL -1）分别为 0.36，0.38，0.35，0.37，0.39。 （1） 计算测定结果的相对标准偏差； （2） 如果试样中该成分的真实含量是0.38 μg ?mL -1， 试计算测定结果的相对误差。 解：（1）测定结果的平均值 37.0539.037.035.038.036.0=++++=x μg ? mL -1 标准偏差 1 2 222212 0158.01 5)37.039.0()37.037.0()37.035.0()37.038.0()37.036.0(1 )(-=?=--+-+-+-+-=--=∑mL g n x x s n i i μ 相对标准偏差 %27.4%10037.00158.0%100=?=?=x s s r （2）相对误差 %63.2%10038.038.037.0%100-=?-=?-=μ μ x E r 。
红外吸收光谱法 思考题和习题 红外光谱仪与紫外－可见分光光度计在主要部件上的不同。 3.简述红外吸收光谱产生的条件。 （1）辐射应具有使物质产生振动跃迁所需的能量，即必须服从νL= △V·ν （2）辐射与物质间有相互偶合作用，偶极矩必须发生变化，即振动过程△μ≠0； 4.何为红外非活性振动？ 有对称结构分子中，有些振动过程中分子的偶极矩变化等于零，不显示红外吸收，称为红外非活性振动。 5、何为振动自由度？为何基本振动吸收峰数有时会少于振动自由度？ 振动自由度是分子基本振动的数目，即分子的独立振动数。对于非直线型分子，分子基本振动数为3n-6。而对于直线型分子，分子基本振动数为3n-5。 振动吸收峰数有时会少于振动自由度其原因可能为： 分子对称，振动过程无偶极矩变化的红外非活性活性。 两个或多个振动的能量相同时，产生简并。 吸收强度很低时无法检测。 振动能对应的吸收波长不在中红外区。
6.基频峰的分布规律有哪些？ （1）折合质量越小，伸缩振动频率越高 （2）折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高。 （3）同一基团，一般ν> β > γ 7、举例说明为何共轭效应的存在常使一些基团的振动频率降低。 共轭效应的存在，常使吸收峰向低频方向移动。由于羰基与苯环共轭，其π电子的离域增大，使羰基的双键性减弱，伸缩力常数减小，故羰基伸缩振动频率降低，其吸收峰向低波数方向移动。 以脂肪酮与芳香酮比较便可说明。 8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？ 烷烃主要特征峰为2 3 3 ,,,CH s CH as CH H C δδδν-，其中νC-H 峰位一般接近3000cm -1又低于3000cm -1。 烯烃主要特征峰为H C C C H C -==-=γνν,,，其中ν=C-H 峰位一般接近3000cm -1又高于3000cm -1。νC=C 峰位约在1650 cm -1。H C -=γ是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650 cm -1。 炔烃主要特征峰为H C C C H C -≡≡-≡γνν,,，其中H C -≡ν峰位在3333-3267cm -1。C C ≡ν峰位在2260-2100cm -1 ， 是炔烃的高度特征峰。 9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？ 当两个或三个甲基连接在同一个C 上时，则吸收峰s CH 3 δ分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别位于 1385 cm -1和1375 cm -1左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365 cm -1和1395 cm -1左 右，且1365 cm -1峰的强度约为1395 cm -1的两倍。 10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ 利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定： 芳氢伸缩振动（ν=C-H ），3100~3000cm -1 (通常有几个峰) 泛频峰2000~1667cm -1 苯环骨架振动（νc=c ），1650-1430 cm -1，~1600cm -1及~1500cm -1 芳氢面内弯曲振动（β=C-H ），1250~1000 cm -1 芳氢面外弯曲振动（γ =C-H ），910~665cm -1 11．简述傅立叶变换红外光谱仪的工作原理及傅立叶变换红外光谱法的主要特点。 傅里叶变换红外光谱仪是通过测量干涉图和对干涉图进行快速Fourier 变换的方法得到红外光谱。它主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和记录系统组成。同色散型红外光谱仪比较，在单色器和检测器部件上有很大的不同。由光源发射出红外光经准直系统变为一束平行光束后进人干涉仪系统，经干涉仪调制得到一束干涉光，干涉光通过样品后成为带有样品信息的干涉光到达检测器，检测器将干涉光讯号变为电讯号，但这种带有光谱信息的干涉信号难以进行光谱解析。将它通过模／数转换器(A/D)送入计算机，由计
第七章原子发射光谱分析（网上习题） 一、选择题 1.原子发射光谱是由下列哪种跃迁产生的( ) (1) 辐射能使气态原子外层电子激发 (2) 辐射能使气态原子内层电子激发 (3) 电热能使气态原子内层电子激发 (4) 电热能使气态原子外层电子激发答案：（4） 2.发射光谱定量分析选用的“分析线对”应是这样的一对线（） (1) 波长不一定接近，但激发电位要相近 (2) 波长要接近，激发电位可以不接近 (3) 波长和激发电位都应接近 (4) 波长和激发电位都不一定接近答案：（3） 3.发射光谱分析中, 具有低干扰、高精度、高灵敏度和宽线性范围的激发光源是( ) 答案：（4） (1) 直流电弧(2) 低压交流电弧 (3) 电火花(4) 高频电感耦合等离子体 4.电子能级差愈小, 跃迁时发射光子的（） (1) 能量越大(2) 波长越长(3) 波数越大(4) 频率越高 答案：（2） 5.下面哪种光源, 不但能激发产生原子光谱和离子光谱, 而且许多元素的离子线强度大于原子线强度（）
(1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 6.下面几种常用激发光源中, 分析灵敏度最高的是（） (1)直流电弧(2)交流电弧(3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 7.下面几种常用的激发光源中, 最稳定的是（） (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 8.下面几种常用的激发光源中, 背景最小的是( ) (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（1） 9.下面几种常用的激发光源中, 激发温度最高的是( ) (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（3）
第一章绪论 问答题 1. 简述仪器分析法的特点。 第二章色谱分析法 1．塔板理论的要点与不足是什么? 2．速率理论的要点是什么? 3．利用保留值定性的依据是什么? 4．利用相对保留值定性有什么优点? 5．色谱图上的色谱流出曲线可说明什么问题? 6．什么叫死时间?用什么样的样品测定? ． 7．在色谱流出曲线上，两峰间距离决定于相应两组分在两相间的分配系数还是扩散速率?为什么? 8．某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上柱效并不高，试分析原因。 9．某人制备了一根填充柱，用组分A和B为测试样品，测得该柱理论塔板数为4500，因而推断A和B在该柱上一定能得到很好的分离，该人推断正确吗?简要说明理由。 10．色谱分析中常用的定量分析方法有哪几种?当样品中各组分不能全部出峰或在组分中只需要定量其中几个组分时可选用哪种方法? 11．气相色谱仪一般由哪几部分组成?各部件的主要作用是什么? 12．气相色谱仪的气路结构分为几种?双柱双气路有何作用? 13．为什么载气需要净化?如何净化? 14．简述热导检测器的基本原理。 15．简述氢火焰离子化检测器的基本结构和工作原理。 16．影响热导检测器灵敏度的主要因素有哪些?分别是如何影响的? 17．为什么常用气固色谱分离永久性气体? 18．对气相色谱的载体有哪些要求? 19．试比较红色载体和白色载体的特点。 20．对气相色谱的固定液有哪些要求? 21．固定液按极性大小如何分类?
22．如何选择固定液? 23．什么叫聚合物固定相?有何优点? 24．柱温对分离有何影响?柱温的选择原则是什么? 25．根据样品的沸点如何选择柱温、固定液用量和载体的种类? 26．毛细管色谱柱与填充柱相比有何特点? 27．为什么毛细管色谱系统要采用分流进样和尾吹装置? 28．在下列情况下色谱峰形将会怎样变化?(1)进样速度慢；(2)由于汽化室温度低，样品不能瞬间汽化；(3)增加柱温；(4)增大载气流速；(5)增加柱长；(6)固定相颗粒变粗。 29．二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷的沸点分别为40℃，62℃，77℃，试推测它们的混合物在阿皮松L柱上和在邻苯二甲酸二壬酯柱上的出峰顺序。 30．流动相为什么要预先脱气?常用的脱气方法有哪些? 31．高压输液泵应具备什么性能? 32．在HPLC中，对流动相的要求是什么? 33．何谓梯度洗脱?适用于哪些样品的分析?与程序升温有什么不同? 33．什么是化学键合固定相?化学键合相的特点有哪些? 34．反相键合相色谱法具有哪些优点? 35．为何高效液相色谱法一般采用全多孔微粒型固定相? 36．指出下列物质在正相色谱和在反相色谱中的洗脱顺序： 37．在硅胶柱上，用甲苯为流动相时，某物质的保留时间为28 min，若改用CCl4或CHCl3。为流动相，指出哪一种溶剂能减少该物质的保留时间? 第三章光学分析法导论 一、选择题 1.在光学分析法中, 采用钨灯作光源的是 ( ) (1)原子光谱 (2)分子光谱 (3)可见分子光谱 (4)红外光谱 2.可见光的能量应为 ( ) (1) 1.24×104～ 1.24×106eV (2) 1.43×102～ 71 eV (3) 6.2 ～ 3.1 eV (4) 3.1 ～ 1.65 eV 3.已知：h=6.63×10-34 J s则波长为0.01nm的光子能量为 ( ) (1) 12.4 eV (2) 124 eV (3) 12.4×105eV (4) 0.124 eV 4..频率可用下列哪种方式表示（c------光速，λ---波长，б---波数（） （1）. б/c （2）. cб（3）.1/λ（4）、c/б 5.光量子的能量正比于辐射的（） （1）. 频率（2）.波长（3）.波数（4）.传播速度 6. 下列四个电磁波谱区中，请指出能量最小（），频率最小（），波数最大者（），波长最短者（）
1、红外光区是如何划分的？写出相应的能级跃迁类型。 红外线（或红外辐射）是波长长于可见光而短于微波的电磁波（0.76~1000μm）。习惯上按红外线波长的不同，将红外线划分为三个区域，0.76~2.5μm称为近红外区（低于1000nm 为分子价电子，1000~2500nm为分子基团振动），2.5~25μm为中红外区（振动能级跃迁），25μm以上为远红外区（转动能级跃迁）。 2、红外吸收光谱法与紫外-可见吸收光谱法有何不同？ 红外吸收光谱法，即根据样品（中）红外吸收光谱进行定性、定量及测定分子结构的方法。因为红外线的照射能量较低，只能引起分子振动能级的跃迁。而紫外-可见吸收光谱法紫外-可见光区为200~800nm，属于电子光谱，作用于具有共轭结构有机分子外层电子和有色无机物价电子，是由电子跃迁引起的光谱。 3、简述红外吸收光谱产生的条件。 满足两个条件： ①红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等，即E L=△V·hν或νL=△V·ν 即分子（或基团）的振动频率与振动量子数之差△V之积等于红外辐射的照射频率。 ②分子振动过程中其偶极矩必须发生变化，即△μ≠0，只有红外活性振动才能产生吸收峰。 4、何为红外非活性振动？ 红外非活性振动是不能引起偶极矩变化，不吸收红外线的振动。（补充：红外活性振动就是能引起偶极矩变化而吸收红外线的振动，简并是振动形式不同但是振动频率相同而合并的现象。） 5、何为振动自由度？为何基本振动吸收峰数有时会少于振动自由度？ 振动自由度是分子基本振动的数目，即分子的独立振动数。 原因：①首要原因：简并。②只有在真的过程中偶极矩发生变化的振动才能吸收能量相当的红外辐射，而在红外吸收光谱上才能观测到吸收峰。即红外非活性振动是又一原因。 6、基频峰的分布规律有哪些? ①折合相对原子质量越小，基团的伸缩振动频率越高。所有含氢基团折合相对原子质量较小，因此其伸缩振动的基频峰，一般都会出现在中红外吸收光谱高波数区（左端）。 ②折合相对原子质量相同的基团，其化学键力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高。 ③折合相对原子质量相同的基团，一般ν（伸缩振动）>β（面内弯曲振动）>γ（面外弯曲振动）。 7、举例说明为何共轭效应的存在常使一些基团的振动频率降低。 比如脂肪酮和芳香酮。前者频率1715㎝-1，后者频率1685㎝-1。由于羰基与苯环共轭，其π电子的离域增大，使羰基的双键性减弱，伸缩力常数减小，故羰基伸缩振动频率降低，其吸收峰向低波数方向移动。 8、如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？ P242，脂肪烃类。 9、如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？ 当2个或3个甲基连接在同一碳原子上时，则δs CH3吸收峰分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别位于1385㎝-1和1375cm-1左右，其峰强基本相等；如果是叔丁基，双峰分别位于1365㎝-1和1395㎝-1附近，且1365㎝-1峰的强度约为1395㎝-1的两倍。 10、如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ P244 11、简述傅里叶变换红外光谱仪的工作原理及傅里叶变换红外光谱法的主要特点？ 工作原理：它主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和记录系统组成。由光源发射出红
第四章 红外分光光光度法(书后习题参考答案) 1．CO 的红外光谱在2 170cm -1处有一振动吸收峰．问 （1）CO 键的力常数是多少？ （2）14CO 的对应峰应在多少波数处发生吸收？ 解：碳原子的质量2323100.210022.612--?=?= C m g 氧原子的质量2323106.210022.616--?=?=O m g (1) σ =2071cm -1 O C O C m m m m k c ?+= )(21πσ 2346 210210)6.22(106.22)217010314.32()2(--?+???????=+=O C O C m m m m c k σπ =18.6×105 dyn·cm -1=18.6N·cm -1(厘米克秒制) (2)14CO 2323103.210022.614-?=?=C m g 2071106.23.210)6.23.2(106.1810314.3214623 510≈???+??????=--σcm -1 或O C O C O C O C m m m m m m m m +???+=1212141412σσ σ =2080cm -1 2．已知C―H 键的力常数为5N/cm ，试计算C―H 键伸展振动的吸收峰在何波数？若将氘（D ）置换H ，C―D 键的振动吸收峰为多少波数． 解：C-H 键：k =5N·cm -1=5.0×105dyn·cm -1 碳原子的质量：m C =2.0×10-23g, 氢原子的质量：23 231017.010022.61--?=?= H m g 氘原子的质量： 23231034.010022.62--?=?=D m g 依2121)(21m m m m k c ?+= πσ得 29961017.00.210)17.00.2(10510314.3214623 510≈???+??????=--σcm -1 21991034.00.210)34.00.2(10510314.3214623 510≈???+??????=--σcm -1 3．指出以下振动在红外光谱中是活性的还是非活性的 分 子 振 动 （1）CH 3一CH 3 C―C 伸缩振动 （2）CH 3一CC13 C―C 伸缩振动 （3）SO 2 对称伸缩振动 （4）CH 2=CH 2 C―H 伸缩振动 C C H H
第十二章 红外吸收光谱法 一、选择题 1．中红外区的特征区是指( )cm -1范围内的波数。 A 、4000～200 B 、4000～1250 C 、1250～200 D 、10 000～10 2．已知CO 2的结构式为O=C=O ，请推测其红外光谱中，基本振动数为( )。 A 、4个 B 、3个 C 、2个 D 、1个 3．红外光谱中，不是分子的所有振动形式的相应红外谱带都能被观察到，这是因为（ ） A 、分子中既有振动运动，又有转动运动 B 、分子中有些振动能量是简并的 C 、因为分子中有C 、H 、O 以外的原子存在 D 、分子中有些振动能量相互抵消 4．关于红外光谱的吸收峰，下列叙述不正确的是（ ） A 、共轭效应使红外吸收峰向低波数方向移动 B 、诱导效应使红外吸收峰向高波数方向移动 C 、氢键使红外吸收峰向低波数方向移动 D 、氢键使红外吸收峰向高波数方向移动 5．若 O —H 键的键力常数 K ＝ 7．12N ／cm ，则它的振动波数（ cm -1）为（ ） A 、3584 B 、3370 C 、3474 D 、3500 6．欲获得红外活性振动，吸收红外线发生能级跃迁，必须满足( )条件。 A 、△μ>0或△μ<0 B 、△μ≠0并服从νL=v△V C 、△μ=0及vL=△Vv D 、△μ≠0 7．CO 2的下列振动中，属于红外非活性振动的是( )。 8．下列三种物质：甲R-CO-CH 2CH 3、乙R-CO-CH=C （CH 3）2、、丙R-COCl ，问其V C=O 波数大小次序为( )。 A 、甲>乙>丙 B 、乙>甲>丙 C 、丙>乙>甲 D 、丙>甲>乙 9．三种振动νc=o ，νc=N 及νc=C 的频率大小次序为( )。(电负性：C 为2．6，N 为3．0，O 为3．5) A 、νc=o ＞νc=N ＞νc=C B 、νc= C ＞νc=N ＞νc=o C 、νc=N ＞νc=C ＞νc=o D 、νc=N ＞νc=o ＞νc=C 10．同一分子中的某基团，其各振动形式的频率大小顺序为( )。 A 、γ>β>ν B 、 ν>β>γ
第四章 红外吸收光谱法 3、CO 的红外吸收光谱在2170cm -1处有一振动吸收峰。试求CO 键的力常数。 解：根据μπγK c 21= 则 μγπ2)2(c K = 其中2321211002.0)1612(1612)(??+?=?+= L m m m m μ=1.14×10－23g=1.14×10－26Kg 则μγπ2)2(c K ==(2×3.14×3×108×2.17×105)2×1.14×10－26 =1905N/m =19.05N/cm 答：CO 键的力常数19.05 N /cm 。 5、指出下列各种振动形式中，哪些是红外活性振动，哪些是非红外活性振动。 分子结构 振动形式 （1） CH 3－CH 3 γ（C －C ） （2） CH 3—CCl 3 γ（C －C ） （3） SO 2 γs ,γas （4） H 2C CH 2 (a) υ(CH)C H C (b) υ C H C (c) W(CH) H H C H H ++++ (d)τ(CH) C H H C H H -++- 解：只有发生使偶极矩有变化的振动才能吸收红外辐射，即才是红外活性的，否 则为红外非活性的。也即只有不对称的振动形式才是红外活性的，对称的振动则为红外非活性的。因此，上述结构中： 红外活性振动有：（2）CH 3—CCl 3 γ（C －C ） （3）SO 2 γas （4）H 2C CH 2 中的(a) υ(CH)、(d)τ(CH)，（3）SO 2 γs （伸缩振动） (c) W(CH) 红外非活性的有：(a) CH 3－CH 3 υ(CH) 4）H 2C CH 2 中的(b) υ(CH) 6、OH 和 O 是同分异构体，试分析两者红外光谱的差异。
红外光谱分析法试题 一、简答题 1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 2．以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 3.何谓基团频率?它有什么重要用途? 4．红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程． 5．影响基团频率的因素有哪些? 6．何谓指纹区？它有什么特点和用途？ 二、选择题 1.在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为 ( ) A KBr晶体在 4000～ 400cm -1 范围内不会散射红外光 B KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内有良好的红外光吸收特性 C KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内无红外光吸收 D 在 4000～ 400 cm -1 范围内，KBr 对红外无反射 2.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( ) A 玻璃 B 石英 C 卤化物晶体 D 有机玻璃 3.并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为 ( ) A 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 B 分子中有些振动能量是简并的 C 因为分子中有 C、H、O以外的原子存在 D 分子某些振动能量相互抵消了 4.下列四种化合物中，羰基化合物频率出现最低者为 ( ) A I B II C III D IV 5.在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C＝O伸缩振动频率出现最高者为 ( ) A 气体 B 正构烷烃 C 乙醚 D 乙醇 6.水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动? ( )
A 2个，不对称伸缩 B 4个，弯曲 C 3个，不对称伸缩 D 2个，对称伸缩 7.苯分子的振动自由度为( ) A 18 B 12 C 30 D 31 8.在以下三种分子式中C＝C双键的红外吸收哪一种最强? (1) CH3－CH = CH2(2) CH3－CH = CH－CH3（顺式）(3) CH3－CH = CH－CH3（反式）( ) A（1）最强 B (2)最强 C (3)最强 D 强度相同 9.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带( ) A 向高波数方向移动 B 向低波数方向移动 C 不移动 D 稍有振动 10.以下四种气体不吸收红外光的是( ) A H2O B CO 2 C HCl D N2 11.某化合物的相对分子质量Mr=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为( ) A C4H8O B C3H4O 2 C C3H6NO D (1) 或(2) 12.红外吸收光谱的产生是由于( ) A 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁 B 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁 C 分子振动-转动能级的跃迁 D 分子外层电子的能级跃迁 13. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为( ) A 0 B 1 C 2 D 3 14.红外光谱法试样可以是( ) A 水溶液 B 含游离水 C 含结晶水 D 不含水 15.能与气相色谱仪联用的红外光谱仪为( ) A 色散型红外分光光度计 B 双光束红外分光光度计 C 傅里叶变换红外分光光度计 D 快扫描红外分光光度计 16.试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰,频率最小的是( ) A C-H B N-H C O-H D F-H 17.已知下列单键伸缩振动中C-C C-N C-O键力常数k/(N?cm-1) 4.5 5.8 5.0吸收峰波长λ/μm 6 6.46 6.85问C-C, C-N, C-O键振动能级之差⊿E顺序为( ) A C-C > C-N > C-O B C-N > C-O > C-C C C-C > C-O > C-N D C-O > C-N > C-C 18.一个含氧化合物的红外光谱图在3600～3200cm -1有吸收峰,下列化合物最可能的是( )
！！）思考题与练习题（见笔记上记的！ 1., 试述分子产生红外吸收的条件。 2., 影响吸收峰位置的因素是什么？ 3., 红外吸收峰的吸收强度如何划分？ 4., 何谓特征频率？ 5., 大多数化合物在红外光谱上出现的吸收峰的数目都少于化合物理论上计算的简正振动数目，这是为什么？ 6., 红外吸收光谱的区域和波段如何划分？ 7.,影响吸收强度的主要因素是什么？(瞬间偶极矩的变化和跃迁几率大小) 8., 何谓红外吸收峰的相关峰？相关峰在分析上的意义为何？ 9., 指出下列振动是否具有红外活性？ （1）, 中的C-C伸缩振动, （2）, 中的C-C伸缩振动 （3）, , （4）, （5）, , （6）, （7）, , （8）, 答案:, (2)、(4)、(7)为红外活性，其余为非红外活性。 10., 试画出CS2基本振动类型，并指出哪些振动是红外活性的。 11., 从以下红外特征数据鉴别特定的苯取代衍生物C8H10： ①化合物A：吸收带在约790和695cm－1处。
②化合物B：吸收带在约795cm－1处。 ③化合物C：吸收带在约740和690cm－1处。 ④化合物D：吸收带在约750cm－1处。 答案:,。 12., 仅考虑C＝O所受到的电子效应，请按高低排出下列物质中（伸缩振动）的次序： ，，，，。 答案:, > > > > 。 13.,某化合物的化学式为C9H10O，红外光谱如下图所示，试推断其结构式。 答案:,。 14., 某化合物的化学式为C4H5N，红外光谱如下图所示，根据不饱和度的计算，试推断其可能含有的基团。
答案:, 。 1., 红外吸收光谱的产生，主要是由于下列哪种能级的跃迁？ , A．分子中电子、振动、转动能级的跃迁； B．分子中振动、转动能级的跃迁； C．分子中转动、平动能级的跃迁； D．分子中电子能级的跃迁。 , 2., 以下四种物质中，不吸收红外光的是哪一种？ , A．SO2；, B．CO2；, C．CH4；, D．Cl2。（为红外非活性振动，偶极矩变化=0，书P212） , 3., 下列的那一种是分子产生红外吸收的必要条件之一？ , A．分子振动时必须发生偶极矩的变化； B．分子振动时各原子的振动必须同步； C．分子振动时各原子的振动必须同相； D．分子振动时必须保持对称关系。 , 4., H2S分子的振动可以产生几个基频吸收带？哪一种振动的吸收带波数最高？ , A. 4个，对称伸缩振动；, B. 4个，非对称伸缩振动；
第十二章红外吸收光谱法 思考题和习题 1．化合物的结构式如下，试写出各基团的特征峰、相关峰、并估计峰位。 烯烃:ν=C-H : 3100-3000cm-1, νC=C:( ~1650cm-1) 因为连接苯环峰位置向低频移动. 芳香烃(苯环): ν=C-H:(3100-3000cm-1), 苯环νC=C(1650-1430cm-1,共轭作用向低频移动.) 羰基:ν=C-O: 1700cm-1. 含氮化合物: νNH(仲胺):3500-3300cm-1, δNH(仲胺):1650-1510cm-1, νC-N(仲胺): 1360-1020cm-1. 2．某化合物分子式为C5H6O，其紫外光谱的最大吸收在227 nm（ε=104），其红外光谱有吸收带：3015，2905，1687和1620cm-1.试判断该化合物的结构。 3．如合用红外吸收光谱区别一下化合物？ νNH: 伯胺在3500cm-1和3400cm-1出现双峰,游离仲胺在3500~3300cm-1有一个峰,叔胺无此峰. 4．下列基团的C-H伸缩振动(νC-H)出现在什么区域？ (1) –CH3(2) =CH2(3) ≡CH (4) -CHO νCH3:~2962cm-1(as), ~2872cm-1(s). ν=CH2:~3100cm-1. ν≡CH:~ 3330cm-1. νCHO:~2820cm-1(as), ~2720cm-1(s). 5．化合物(A)、(B)、(C)在红外区域有何吸收？ （A）HC≡C-CH2OH （B）缺少化合物的结构图 （C）缺少化合物的结构图 6．如何用红外光谱法区别下列化合物？分别化合物各基团的红外吸收波数。 1) -CH3中的νas C-H 在2962cm-1,δas CH在1450cm-1,δs CH在1380cm-1处有一个峰. -CH(CH3)2的δs CH在1385cm-1和1375cm-1处出现两个峰,且峰强度相等. -C (CH3)3的δs CH在1365cm-1和1395cm-1处出现两个峰,且前者峰强度约是后者的两倍. 2)苯甲胺:νNH(伯胺):在约3500和3400cm-1,出现双峰. 苯甲醇:νOH(醇羟基):在约3600~3200 cm-1,出现单峰,且峰稍宽. 苯乙酸:νOH: 在约3400~25 00 cm-1,出现峰,且峰宽而钝. νCO: 在1700cm-1左右出现峰. 7．某化合物分子式为C10H10Ｏ，测得的红外光谱如图12-25.试通过光谱解析推断其分子结构式。 U=(2+2*10-10)/2=6 νC=C : 1600-1460cm-1, 芳香环的特征峰,说明化合物具有苯环 νCH3: 2985 cm-1, δCH3:1450 cm-1, 甲基
作业题 第四章 红外分光光度法 第一节 概述 填空题 1、红外光区位于 光区和 光区之间，波长范围为 ，习惯上又可将其细分为 、 和 三个光区，应用较多的是 光区。 2、红外谱图纵坐标一般为 ，横坐标一般为 。 简答题： 红外分光光度法的特点。 第二节 基本原理 1、分子内部的运动方式有三种， 即： 、 和 ，相应于这三种不同的运动形式，分子具有 能级、 能级和 能级。 2、一般多原子分子的振动类型分为 振动和 振动。 3、乙烷的振动自由度是 。 4、甲酸的振动自由度是 。 判断题： 1、对称结构分子，如H 2O 分子，没有红外活性。 （ ） 2、水分子的H －O －H 对称伸缩振动不产生吸收峰。 （ ） 选择题： 1、试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰, 频率最小的是 ( ) A C-H B N-H C O-H D F-H 2、已知下列单键伸缩振动中 C-C C-N C-O 键力常数k/(N ?cm -1 ) 4.5 5.8 5.0 λ/μm 6 6.46 6.85 问C-C, C-N, C-O 键振动能级之差⊿E 顺序为 ( ) A C-C > C-N > C-O B C-N > C-O > C- C C C-C > C-O > C-N D C-O > C-N > C-C 3、判断下列各分子的碳碳对称伸缩振动在红外光谱中哪个是非活性的（） A. CH 3CH 3 B. CH 3CCl 3 C. C C H Cl H Cl D. C C H Cl Cl H 4、在有机化合物的红外吸收光谱中，出现在4000～1250cm －1 频率范围的可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为（ ） A. 指纹区 B.倍频区 C.特征区 D.合频区 5、 以上①、②、③、④四种烯的υ C=C 值为： A.①为1650cm -1 ；②为1678cm -1 ；③为1657cm -1 ；④为1781cm -1 B.①为1781cm -1 ；②为1657cm -1 ；③为1650cm -1 ；④为1678cm -1 C.①为1650cm -1 ；②为1657cm -1 ；③为1678cm -1 ；④为1781cm -1 D.①为1781cm -1 ；②为1678cm -1 ；③为1657cm -1 ；④为1650cm -1 6、乙烯分子的振动自由度为： A.20 B.13 C.12 D.6 E.15 7、下列环烯化合物中，υC=C 出现最低波数者为： A. B. C. D. E. 8、下列合物中υC=C 吸收强度最大的化合物为： A.R －CH ＝CH 2 B.R －CH ＝CH －R （顺） C.R －CH ＝CH －R （反） D.R 1－CH ＝CH －R 2（顺） E.R 1－CH ＝CH －COR 2（反） 9、孤立甲基的弯曲振动一般为1380cm -1 ，异丙基中的甲基裂分为1385cm -1 和1375cm -1 ，叔丁基中的甲基裂分为1395cm -1 和1370cm -1 ，造成裂分的原因是： A.分子的对称性 B.振动偶合 C. 费米共振 D.诱导效应
第十二章红外吸收光 谱法
第十二章红外吸收光谱法一、选择题 1．中红外区的特征区是指( )cm -1 范围内的波数。 A、4000～200 B、4000～1250 C、1250～200 D、10 000～10 2．已知CO2的结构式为O=C=O，请推测其红外光谱中，基本振动数为( )。 A、4个 B、3个 C、2个 D、1个 3．红外光谱中，不是分子的所有振动形式的相应红外谱带都能被观察到，这是因为（） A、分子中既有振动运动，又有转动运动 B、分子中有些振动能量是简并的 C、因为分子中有C、H、O以外的原子存在 D、分子中有些振动能量相互抵消 4．关于红外光谱的吸收峰，下列叙述不正确的是（） A、共轭效应使红外吸收峰向低波数方向移动 B、诱导效应使红外吸收峰向高波数方向移动 C、氢键使红外吸收峰向低波数方向移动 D、氢键使红外吸收峰向高波数方向移动 5．若 O—H键的键力常数 K＝ 7．12N／cm，则它的振动波数（ cm-1）为（） A、3584 B、3370 C、3474 D、3500 6．欲获得红外活性振动，吸收红外线发生能级跃迁，必须满足( )条件。
A、△μ>0或△μ<0 B、△μ≠0并服从νL=v△V C、△μ=0及vL=△Vv D、△μ≠0 7．CO2的下列振动中，属于红外非活性振动的是( )。 8．下列三种物质：甲R-CO-CH2CH3、乙R-CO-CH=C（CH3）2、、丙R-COCl，问其V C=O波数大小次序为( )。 A、甲>乙>丙 B、乙>甲>丙 C、丙>乙>甲 D、丙>甲>乙 9．三种振动νc=o，νc=N及νc=C的频率大小次序为( )。(电负性：C为2．6，N 为3．0，O为3．5) A、νc=o＞νc=N＞νc=C B、νc=C＞νc=N＞νc=o C、νc=N＞νc=C＞νc=o D、νc=N＞νc=o＞νc=C 10．同一分子中的某基团，其各振动形式的频率大小顺序为( )。 A、γ>β>ν B、ν>β>γ C、β>ν >γ D、β>γ >ν 11．用于鉴别官能团存在的峰称为（） A、特征峰 B、相关峰 C、基频峰 D、泛频峰 12．已知某化合物不含氮，它的红外光谱中 2240~2100cm-1有吸收峰，则该化合物可能是（） A、CH3CH2CH2CH3 B、CH3CH2C≡CH