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现代仪器分析与技术思考题一、近红外光谱分析近红外吸收光谱与中红外吸收光谱有何关系及差别?答：近红外谱区是介于可见谱区与中红外谱区之间的电磁波，其范围为12800~3960cm-1(780~2526nm)。近代研究证实，该区域的吸收主要是分子中C-H、N—H、o—H基团基频振动的倍频吸收与合频吸收产生的。近红外光谱区的吸收峰，主要是哪些基团的何种振动形式的吸收产生的？答：由X—H(X=C，N，O，S)键的伸缩振动所产生。近红外光谱分析有哪些特点?(1)答：由于近红外光谱的产生来自分子振动跃迁的非谐振效应，能级跃迁的概率较低，与中红外谱图相比，其语带较宽且强度较弱，特别在短波近红外区域，主要是第三级倍频及一、二级倍频的合频，其吸收强度就更弱。(2)因为物体对光的散射率随波长的减少而增大，所以与中红外区相比，近红外谱区光的波长短，散射的效率高，因此近红外谱区适合做固体、半固体、液体的漫反射光谱或散射光谱分析，可以得到较高的信噪比，较宽的线性范围。(3)近红外光谱记录的倍频、合频吸收带比基频吸收带宽很多，这使得多组分样品的近红外光谱中不同组分的谱带、同一组分中不同基团的谱带以及同一基团不同形式的倍频、合频谱带发生严重的重叠，从而使近红外光谱的图谱解析异常困难。(4)近红外分析的缺点。谱带重叠．特别对复杂体系，光谱信息特征性不足，没有定性鉴别优势；灵敏度较差，特别在近红外短波区域，对微量组分的分析仍较困难。试述近红外光谱的用途。答：(1)药物和化学物质中水分的含量测定由于水分子在近红外区有一些特征性很强的合频吸收带，而其他各种分子的倍频与合频吸收相对较弱，这使近红外光谱能够较为方便地测定药物和化学物质中水分的含量。近红外法避免了空气中水分的干扰。(2)药物鉴别分析对药物和其他化学物质进行可靠的鉴定是分析试验室一项重要的任务，这种鉴定可基于近红外光谱分析技术进行。采用主成分分析和偏最小二乘算法进行光谱的特征选择，可实现对不同原料药和不同剂量的同种药物制剂的区分。(3)制药过程分析制药过程分析是药物分析的一个重要研究内容。近红外光谱分析的最大特点是操作简便、快速．可不被坏样品进行原位测定，可不使用化学试剂，不必对样品进行预处理，可直接对颗粒状、固体状、糊状、不透明的样品进行分析。(4)生命科学领域在生命科学领域，NIR用于生物组织的表征．研究皮肤组织的水分、蛋白质和脂肪。除此之外，NIR还用于血液中血红蛋白、血糖及其他成分的测定，均取得较好的结果。二、拉曼光谱分析试述拉曼光谱法与红外吸收光谱法的关系与区别。答：拉曼光谱与红外光谱都是研究分子的振动．但其产生的机理却截然不同。红外光谱是由于极性基团和非对称分子，在振动过程中吸收红外光后，发生永久偶极矩的变化而产生的。拉曼散射光谱产生于分子诱导偶极矩的变化。非极性基团或全对称分子．其本身没有偶极短．当分子中的原子在平衡位置周围振动时，由于人射光子的外电场的作用，使分子的电子壳层发生形变，分子的正负电荷中心发生了相对移动，形成了诱导偶极矩，即产生了极化现象，即什么是激光拉曼光谱法?答：由激光光源发出的光经反射镜和透镜照射在样品上，产生的散射光再经分光器后射至检测器上。激光光源的拉曼光谱法，应用激光具有单色性好，方向性强，亮度高，相干性好等特性，与表面增强拉曼效应相结合，便产生了表面增强拉曼光谱。什么是拉曼散射与瑞利散射，它们有什么区别?答：当光子与物质分子碰撞时有两种情况，即弹性碰撞和非弹性碰撞。在弹性碰撞过程中入射光于与物质分子没有能量的交换，光子的频率不变，仅改变方向。基于弹性碰撞作用所产生的散射现象称为瑞利散射。在非弹性碰撞时，光子不但发生了方向的改变，光子还与介质分子间产生能量交换：把一部分能量给予介质分子，使分子能量增加；或者从介质分子获得一部分能量，使分子能量减少。基于非弹性碰撞作用所产生的散射现象称为拉曼散射。设入射光的频率为ν0，若分子的极化率是不变化的，则发射出的散射光将与入射光的频率相同，即瑞利散射；反之，当极化率发生变化时，则可得到频率为ν0—νk和ν0—νk的散射光，即拉曼散射。什么是拉曼位移?答：拉曼位移表征了分子中不同基团振动的持性，因比可以通过拉曼位移的测定，对分子进行定性和结构分析。此外，通过退偏度的测量，可以获得有关对称性的信息。光照射于样品时，有一部分光被散射，其频率与入射光不同，频率位移与发生散射的分子结构有关，这种散射称为拉曼散射，频率位移称为拉曼位移。三、X射线衍射分析Bragg方程的物理意义是什么?答：利用Bragg方程可以测定晶体中原子间的距离，进而推断晶体结构。晶面间距与晶胞参数之间存在确定的关系，因此布拉格方程能由衍射方向确定晶胞的形状和大小。什么是X射线粉末衍射法？试述X射线粉末衍射法的用途。答：使用单色x射线与晶体粉末或多晶样品进行衍射分析称为x射线粉末衍射法或x射线多晶衍射法。应用1.物相分析。2.对于含两种及更多微晶物质的均匀样品，特征的粉末衍射线可以用于各个成分的定量分析。定量的方法主要有内标法、外标法、自标法等。3.计算机程序可用于品格间距的自动检索，因而只要物质的化学式是已知的，就能测定晶胞常数（a、b、c、α、β、γ）和密度。4.粉末衍射线宽与晶粒的大小成反比，因此测量β1/2值能够测定晶粒的尺寸，此法是基于粒子的外部尺寸而不是内部的有序性，所以晶体和无定行物质都是用，这在医药工业中有特别的意义。什么是X射线单晶衍射法？试述X射线单晶衍射法的用途。答：所谓x射线单晶衍射法是将一束平行的单色X射线投射到一颗小单晶上，由于x射线和单晶发生相互作用，会在空间偏离入射的某些方向上产生衍射线。晶体结构不同，衍射的方向和强度也不同，衍射方向和衍射强度中蕴含着丰富的结构信息，因而由它门可以演绎出产生衍射的单晶的原来结构。近年，基于病毒结构、人体内各种大分子结构的测定及人体感染疾病途径的了解，搞清了某些疾病感染及发展的结构匹配需要。人类已经根据这些结构知识设计结构上匹配的、合适的药物来事先保护病毒和人体的结合点，或者阻断病毒的自身繁衍，从而避免感染或控制其繁衍，而不使疾病发展，这就是所谓的基于结构的、合理的药物设计。x射线衍射分析为结构分析和药物设计提供了有效的分析手段。四、毛细管气相色谱法毛细管气相色谱法与填充柱气相色谱法有哪些相同之处和不同之处?答：毛细管气相色谱理论与填充柱气相色谱理论基本相同，毛细管气相色谱法的特点(1)柱参透性好(2)柱效高(3)使用温度较高，固定相流失小。(4)柱容量小(5)利于实现色谱-质谱联用。在毛细管气相色谱法中，一般是如何评价毛细管性的校效的？答：在毛细管气相色谱法中，除采用理论板高外，另一种柱效评价方法的使用更为广泛，即分离数表示，试分析毛细管气相色谱法比填充柱色谱法的分离效率高和应用范围宽的原因。答：分离效率高，一般色谱柱有几千块理论板，毛细管可达到105-106块理论板，可分析沸点极为接近的组分，和极为复杂的多组分混合物。应用范围广，可分析气体和易挥发的或可转化为易挥发的液体和固体。试简述顶空分析法的原理及影响定量难确度的因素。答：基于Raoult定律。在恒定的温度下，密闭系统中挥发性组分在两相中达到平衡时，对非理想溶液影响静态顶空分析结果的因素有两个部分：一是与GC有关的参数；二是顶空进样的参数。1.样品的性质，2.样品量，3.平衡时间与平衡温度。五、毛细管电泳法毛细管电泳的驱动力、分离机制与高效液相色谱有何不同?答：驱动力：CE，电压（电渗泵），HPLC,液压（液压泵）HPLC分离原理是基于组分在流动相和固定相间的分配系数不同，使选择性不同、保留时间不同而分离-色谱行为，CE是在电场作用下离子的大小、电荷数量与符号及ζ电位不同，而导致迁移速率不同而分离-电泳行为。毛细管电色谱法（CEC），则具有电泳及色谱两种分离行为。CE的柱效为什么高于HPLC?答：毛细管电泳法比高效液相色谱法柱效高的主要原因有两个：①无涡流扩散项与传质阻抗项；②流型不同。什么是电渗效应、电渗淌度？电渗淌度与电泳淌度有何不同?答：双电层外缘扩散层中的阳离子被电场阴极吸引导致溶液向阴极流动，这种效应称为电渗效应，由电渗效应而产生电渗流。电渗效应是毛细管电泳的驱动力。电泳淌度是单位场强下离子的平均电泳速度。电渗流的迁移速率μeo和电场强度E成正比。单位电位梯度的电渗速率为电渗淌度μeo。因此，电渗速率μeo和场强E的比值为电渗淌度μeo，即什么是表观淌度？为什么中性分子的表观淌度等于电渗淌度?答：在毛细管电泳中，离子被观测到的淌度是离子的电泳淌度（μep）和背景电解质溶液的电渗淌度（μeo）之和，称为表观淌度。定义为中性分子的离子电泳淌度为零。六、色谱联用技术气相色谱-质谱联用仪中“接口”的作用是什么？常有几种接口？答：解决气相色谱仪和质谱仪联用的关键部件，它起到传输分离组分匹配两者工作流量(即工作气压)的作用。直接导人型接口，浓缩接口，喷射式接口。什么是总离子流色谱图、萃取离子监测和选择离子监测？答：随之进入离子源组分的变化，总离子流随之变化。总离子流随色谱时间而变化的语图称为总离子流色谱图。所谓选择离子监测法是指在质屠测定的过程中，把质量分析器调节只传输某一个或某一类目标化合物的一个或数个特征离子(如分子离子、功能团离子或强的醉片离子)的状念，监测色谱过程中所选定质荷比的离子流随时间变化的谱图——质量离子色谱图的方法。液相色谱-质谱联用技术对液相色谱的流动相有什么要求?答：流动相的要求，高于普通液相色谱，因为LC-MS的检测灵敏度不但和分析物的性质有关，与流动相的组成(如有机相、缓冲液浓度和溶液pH)及流量也有很大关系。流动相的基本要求是不能含有非挥发性盐类(如磷酸盐缓冲液和离子对试剂等)，因为接口中高速喷射的液流会产生制冷效应，造成液流中的非挥发性组分极易冷凝析出，而堵塞毛纫管等小口径入口，影响分析的稳定和仪器的使用寿命。流动相中挥发性电解质(如甲酸、乙酸、氨水等)的浓度也不能超过10mmol。一般认为，低浓度电解液和高比例有机相容易获得较好的离子化效率。液相色谱-质谱联用接口的作用是什么？有几种常用接口？答：(1)将流动相及样品气化(2)分离除去大量流动相分子(3)完成对样品分子的电离传送带接口(MB)，粒子束接口（PB），直接导入接口（DLI）,连续流动快原子轰击(CFFAB)和热喷雾接口（TSP），大气压离子化接口（API）。CE-MS的接口与LC-MS有何异同?答：该联用装置与LC-ME有许多相似之处，主要差别是CE的背景电解质的流量(mL•min-1)远小于HPLC流动相的流量(mL•min-1)，因此CE-MS的接口与LC-MS的接口有差别。为什么CE-MS的分离效率不如CE?答：由于质谱仪接口的限制，在CE—MS联用时，只能用含有挥发性缓冲盐的背景电解质，因而严重影响了CE的分离效果。七、流动注射分析法流动注射得到的是一个个峰形信号，但测定信号的精密度很好(RSD一般＜2％)，这是什么原因？答：由于流动注射体系中反应器的死体积是固定的，载流的流速又是高度重现的，因此留存时间t也是高度重现的。什么是分散系数？影响分散系数的实验因数有哪些？各是如何影响的？答:分散系数可以通过改变实验条件加以控制。影响分散系数的实验条件有进样体积、反应管道的长度、内径等。1.进样体积，改变试样带分散程度最方便、最有效的途径是改变进样体积。在载流流速、反应管道几何尺度恒定的条件下，随着进样体积的增大，不但待测组分的峰宽逐步增大，而且峰高也逐步增大，直至输出稳定的信号。进样体积与分散系数的关系，2.反应管道的长度、内径，当载流流速恒定时，增加反应管的长度，试样带与载流在反应管中混合的时间越长，分散增加、峰高降低、峰宽增加，通过大量的实验，得到了反映分散系数D与反应管长度L的经验关系式，对于相同的进样体积，当反应管道的内径减小时，试样带所占的长度越大，通过对流和扩散与载流混合的效率越差，分散度变小。因此，减小反应管内径可以有效地降低分散，提高灵敏度。3.分散过程中的化学反应1