2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在化學(xué)測(cè)量中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.離子色譜中，依據(jù)離子與固定相交換基團(tuán)之間親和力不同進(jìn)行分離的機(jī)制稱為_(kāi)_______。2.質(zhì)譜中，能夠產(chǎn)生可檢測(cè)離子束并將離子按________排列的裝置稱為質(zhì)量分析器。3.在IC-MS系統(tǒng)中，用于將高揮發(fā)性、低電負(fù)性的IC流動(dòng)相轉(zhuǎn)換成適合MS電離的氣相離子化的接口裝置稱為_(kāi)_______。4.選擇離子監(jiān)測(cè)（SIM）模式下，MS檢測(cè)器僅選擇監(jiān)測(cè)________的信號(hào)。5.影響離子色譜柱選擇的關(guān)鍵因素包括流動(dòng)相類型、_______、以及所需分離選擇性。6.在IC-MS分析中，樣品基質(zhì)的存在可能引起離子抑制或________，從而影響定量分析的準(zhǔn)確性。7.基于質(zhì)譜圖上碎片離子的相對(duì)豐度，可以推斷化合物分子內(nèi)的________。8.離子色譜中，用于提高有機(jī)相使用效率、降低對(duì)電導(dǎo)檢測(cè)器抑制的裝置是________。9.高效液相色譜法（HPLC）與離子色譜（IC）在分離原理上的主要區(qū)別在于________。10.IC-MS技術(shù)在環(huán)境樣品分析中，常用于測(cè)定水體中的________和陰離子，如F?,Cl?,NO??等。二、選擇題1.下列哪種電離方式最適合直接分析帶電荷的小分子有機(jī)酸？()A.電噴霧電離（ESI）B.大氣壓化學(xué)電離（APCI）C.基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI）D.燃燒電離（FII）2.在離子色譜中，抑制器的主要作用是？()A.增加流動(dòng)相粘度B.降低柱效C.去除流動(dòng)相中的強(qiáng)保留離子，提高電導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度D.調(diào)節(jié)流動(dòng)相pH值3.若要分析樣品中與蛋白質(zhì)結(jié)合緊密的有機(jī)陰離子，最適合的離子色譜模式是？()A.離子排斥模式B.離子交換模式C.保留時(shí)間模式D.凝膠過(guò)濾模式4.以下哪個(gè)參數(shù)通常用于描述離子色譜峰的對(duì)稱性？()A.保留時(shí)間B.半峰寬C.峰面積D.理論塔板數(shù)5.在IC-MS分析中，選擇合適的接口至關(guān)重要，對(duì)于分析極弱保留的陽(yáng)離子，通常優(yōu)先考慮？()A.ESI接口B.APCI接口C.DMI（大氣壓電離）接口D.熱電離接口6.當(dāng)質(zhì)譜圖中出現(xiàn)多個(gè)峰，它們的質(zhì)荷比（m/z）相同但結(jié)構(gòu)不同時(shí)，屬于？()A.離子抑制B.同分異構(gòu)體C.多電荷離子D.基峰7.下列哪項(xiàng)不是IC-MS技術(shù)在食品安全分析中的典型應(yīng)用？()A.檢測(cè)食品中的有機(jī)酸種類和含量B.分析食品包裝材料遷移物C.定量測(cè)定食品中非法添加的蘇丹紅D.精確測(cè)定食品中蛋白質(zhì)的氨基酸組成8.提高IC-MS靈敏度的主要途徑之一是？()A.降低色譜柱尺寸B.使用高分辨率質(zhì)譜儀C.優(yōu)化電噴霧流速和電壓D.增加樣品進(jìn)樣體積9.在IC-MS方法開(kāi)發(fā)中，改變流動(dòng)相中有機(jī)modifier的濃度通常主要影響？()A.理論塔板數(shù)B.柱效C.保留行為（保留時(shí)間）D.檢測(cè)靈敏度10.下列關(guān)于IC-MS聯(lián)用技術(shù)的描述，錯(cuò)誤的是？()A.提供了同時(shí)分離和檢測(cè)離子的能力B.可以對(duì)未知的離子化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)推斷C.能夠?qū)?fù)雜樣品基質(zhì)進(jìn)行有效分離D.任何類型的離子色譜儀都可以與任何類型的質(zhì)譜儀聯(lián)用三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述離子交換色譜的基本原理，并說(shuō)明影響離子保留的主要因素。2.比較電噴霧電離（ESI）和大氣壓化學(xué)電離（APCI）兩種接口技術(shù)的原理、適用樣品類型及優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用中可能遇到的主要干擾類型及其產(chǎn)生原因。4.闡述在環(huán)境水樣中同時(shí)測(cè)定陽(yáng)離子和陰離子時(shí)，IC-MS相比單獨(dú)使用IC或MS的優(yōu)勢(shì)。5.為什么在IC-MS分析中需要使用抑制器？其工作原理是什么？四、論述題1.結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例（如食品、環(huán)境或生物樣品分析），論述開(kāi)發(fā)一個(gè)可靠、靈敏的IC-MS分析方法需要考慮的關(guān)鍵步驟和需要解決的主要問(wèn)題。2.討論離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在未來(lái)化學(xué)測(cè)量領(lǐng)域可能的發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、填空題1.離子交換2.質(zhì)荷比(或m/z)3.大氣壓化學(xué)電離(或APCI)(注：根據(jù)流動(dòng)相極性選擇APCI或ESI，此處APCI更常見(jiàn)于陽(yáng)離子分析)4.特定質(zhì)量數(shù)的離子(或特定m/z值的離子)5.離子交換容量(或固定相類型)6.離子增強(qiáng)7.結(jié)構(gòu)信息(或分子骨架)8.抑制器9.保留機(jī)制(或離子與固定相的作用力類型)10.陽(yáng)離子(或陽(yáng)離子化合物)二、選擇題1.A2.C3.B4.B5.C(DMI對(duì)弱保留離子通常更靈敏)6.B7.D(IC-MS對(duì)蛋白質(zhì)直接分析能力有限，通常用于小分子)8.C(優(yōu)化電噴霧參數(shù)是提高靈敏度關(guān)鍵，A是提高分析速度，B是提高分辨率，D會(huì)增加峰寬降低靈敏度)9.C10.D(聯(lián)用并非萬(wàn)能，樣品性質(zhì)、色譜柱類型、質(zhì)譜儀類型需匹配)三、簡(jiǎn)答題1.答案:離子交換色譜基于離子與固定相（離子交換樹(shù)脂）上的可解離基團(tuán)發(fā)生可逆的離子交換反應(yīng)進(jìn)行分離。當(dāng)含有目標(biāo)離子的流動(dòng)相（洗脫液）流過(guò)色譜柱時(shí)，目標(biāo)離子會(huì)與固定相上的其他離子發(fā)生交換而被吸附在柱上。通過(guò)改變流動(dòng)相中平衡離子強(qiáng)度或pH值（改變離子存在形式）或引入競(jìng)爭(zhēng)性更強(qiáng)的離子，可以降低目標(biāo)離子與固定相的親和力，使其從柱子上解吸下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)分離。影響離子保留的主要因素包括：固定相的離子交換容量和類型；流動(dòng)相的離子強(qiáng)度、pH值（對(duì)可解離化合物）；目標(biāo)離子的性質(zhì)（電荷、大小、水合程度）；柱溫。解析思路:問(wèn)題要求回答基本原理和影響因素。原理部分需說(shuō)明是離子交換作用，涉及吸附和解吸過(guò)程，以及影響此過(guò)程的流動(dòng)相條件。影響因素需涵蓋固定相、流動(dòng)相（離子強(qiáng)度、pH是關(guān)鍵）、以及目標(biāo)離子本身的性質(zhì)。2.答案:電噴霧電離（ESI）利用高壓電場(chǎng)使含目標(biāo)分子的流動(dòng)相形成細(xì)小的液滴，液滴在飛行過(guò)程中因溶劑蒸發(fā)而電荷不斷積累，最終產(chǎn)生荷電離子，適用于分析極性、熱不穩(wěn)定、分子量較大的有機(jī)分子（常形成多電荷離子，提高靈敏度）。大氣壓化學(xué)電離（APCI）是將樣品溶液霧化后，與含有機(jī)試劑的輔助氣體在高溫放電條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成離子。適用于分析相對(duì)非極性、堿性或芳香族的分子（常形成單電荷離子）。ESI靈敏度高，適用于酸、堿、肽、蛋白質(zhì)等；APCI靈敏度相對(duì)較低，但適用于中性、弱堿性有機(jī)物，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。主要區(qū)別在于電離機(jī)制、所需樣品性質(zhì)和離子豐度。解析思路:問(wèn)題要求比較兩種接口。需分別闡述其原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。明確指出ESI適用于極性、大分子、熱不穩(wěn)定物，通過(guò)多電荷提高靈敏度；APCI適用于非極性、弱堿、芳香族化合物，操作較簡(jiǎn)單。比較兩者的關(guān)鍵在于靈敏度、適用物種類和離子類型。3.答案:IC-MS聯(lián)用中可能遇到的主要干擾類型包括：基質(zhì)效應(yīng)（樣品基質(zhì)成分在接口或質(zhì)譜區(qū)域內(nèi)發(fā)生副反應(yīng)或影響電離效率）；離子抑制/增強(qiáng)（樣品中強(qiáng)保留離子在抑制器或色譜柱上積累，抑制或增強(qiáng)目標(biāo)離子的檢測(cè)）；同分異構(gòu)體干擾（m/z相同但結(jié)構(gòu)不同的離子）；多電荷離子與目標(biāo)離子m/z重疊；背景噪聲（來(lái)自儀器本身或環(huán)境）；離子源污染（樣品交叉污染或離子源部件老化）。解析思路:問(wèn)題要求列舉并簡(jiǎn)要說(shuō)明干擾類型。需涵蓋樣品引入端的干擾（基質(zhì)效應(yīng)、抑制/增強(qiáng)）、譜圖分析端的干擾（同分異構(gòu)體、多電荷重疊）以及儀器相關(guān)的干擾（背景、污染）。對(duì)每種干擾需點(diǎn)出其基本原因。4.答案:IC-MS同時(shí)測(cè)定陽(yáng)離子和陰離子具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，IC可以將陽(yáng)離子和陰離子基于保留時(shí)間完全分離，避免了傳統(tǒng)IC-電導(dǎo)檢測(cè)器中陰陽(yáng)離子峰重疊的問(wèn)題，可以同時(shí)采集陽(yáng)離子和陰離子的質(zhì)譜圖。其次，MS檢測(cè)器（尤其是質(zhì)譜選擇離子監(jiān)測(cè)模式）具有極高的選擇性和靈敏度，能夠檢測(cè)痕量水平的離子，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電導(dǎo)檢測(cè)器，特別適用于環(huán)境水體中低濃度離子的分析。此外，質(zhì)譜提供的信息可以用于定性確認(rèn)，消除干擾，并進(jìn)行同分異構(gòu)體分離。這使得IC-MS成為復(fù)雜水體樣品中陰陽(yáng)離子全面、靈敏、準(zhǔn)確分析的首選技術(shù)。解析思路:問(wèn)題要求論述優(yōu)勢(shì)，需從分離能力（IC）、檢測(cè)性能（MS選擇性和靈敏度）、信息量（定性）以及解決傳統(tǒng)方法局限（峰重疊、靈敏度低）等方面展開(kāi)。強(qiáng)調(diào)IC-MS結(jié)合了IC的分離能力和MS的高靈敏度和選擇性的優(yōu)勢(shì)。5.答案:在IC-MS分析中需要使用抑制器的主要原因是提高檢測(cè)器的靈敏度。IC（尤其是離子交換色譜）通常使用高鹽濃度的流動(dòng)相進(jìn)行洗脫，這會(huì)大大降低電導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度，因?yàn)楦啕}背景會(huì)掩蓋目標(biāo)離子的電導(dǎo)信號(hào)。抑制器的作用是在色譜柱后、檢測(cè)器前，利用離子交換原理去除流動(dòng)相中的強(qiáng)保留離子（主要是無(wú)機(jī)鹽），同時(shí)將弱保留的、具有檢測(cè)價(jià)值的離子（樣品離子）轉(zhuǎn)移到抑制器膜相，然后通過(guò)施加反向電壓，將樣品離子重新釋放出來(lái)并送入電導(dǎo)檢測(cè)器，從而極大地提高了檢測(cè)器的信噪比和靈敏度。解析思路:問(wèn)題要求說(shuō)明抑制器的作用和原理。核心在于解釋抑制器如何“去除”高鹽背景，“回收”樣品離子，并最終“提高靈敏度”。需涉及離子交換原理和抑制器的工作模式（反向電壓解吸）。四、論述題1.答案:開(kāi)發(fā)一個(gè)可靠的IC-MS分析方法通常需要以下關(guān)鍵步驟并解決相應(yīng)問(wèn)題：首先，樣品前處理是關(guān)鍵第一步，需根據(jù)樣品基質(zhì)選擇合適的提取、凈化方法（如液-液萃取、固相萃取），以消除干擾，提高目標(biāo)物回收率。其次，選擇合適的色譜柱（類型、尺寸、填料）和流動(dòng)相體系（溶劑種類、pH、離子強(qiáng)度、添加劑），通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化分離條件（梯度或等度洗脫、流速、柱溫），使目標(biāo)物得到有效分離且保留時(shí)間合適。第三，選擇和優(yōu)化IC-MS接口（ESI或APCI等）及質(zhì)譜條件（電離參數(shù)、質(zhì)量范圍、掃描方式），獲得良好豐度的目標(biāo)離子。第四，建立定量方法，包括制作校準(zhǔn)曲線（使用標(biāo)準(zhǔn)品）或選擇內(nèi)標(biāo)法，確定檢測(cè)限和定量限。第五，進(jìn)行方法驗(yàn)證，包括精密度（重復(fù)進(jìn)樣）、準(zhǔn)確度（加標(biāo)回收）、線性范圍、耐用性等方面的評(píng)估。需要解決的問(wèn)題包括：樣品前處理的效率和選擇性、色譜分離度是否滿足要求、離子豐度不足、基質(zhì)效應(yīng)干擾嚴(yán)重、方法重現(xiàn)性差等。針對(duì)這些問(wèn)題，需要反復(fù)試驗(yàn)，優(yōu)化前處理試劑、色譜條件和質(zhì)譜參數(shù)。解析思路:問(wèn)題要求結(jié)合實(shí)例論述開(kāi)發(fā)過(guò)程和問(wèn)題。需按邏輯順序（樣品前處理->色譜->質(zhì)譜接口->定量->驗(yàn)證）展開(kāi)。每個(gè)步驟都要具體說(shuō)明其目的和內(nèi)容。然后列舉在開(kāi)發(fā)中可能遇到的主要問(wèn)題（如前處理干擾、分離不好、靈敏度低、基質(zhì)效應(yīng)等），并簡(jiǎn)要提出解決思路（優(yōu)化條件）。2.答案:IC-MS技術(shù)在未來(lái)化學(xué)測(cè)量領(lǐng)域可能的發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)包括：發(fā)展方向：1）更高靈敏度與更快的分析速度：開(kāi)發(fā)新型接口技術(shù)、高分辨率/高靈敏度質(zhì)譜儀、與高效快速色譜聯(lián)用，滿足痕量分析和高通量分析需求。2）更好的選擇性：利用高分辨率質(zhì)譜、二級(jí)質(zhì)譜（MS/MS）、數(shù)據(jù)依賴采集（DDA）、精確分子量測(cè)定等技術(shù)，提高復(fù)雜樣品的選擇性，減少干擾。3）在線樣品前處理聯(lián)用：將樣品凈化、富集等步驟與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)更自動(dòng)化、更快速的分析。4）人工智能與大數(shù)據(jù)分析：利用AI算法處理海量質(zhì)譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能峰識(shí)別、結(jié)構(gòu)解析、模式識(shí)別和預(yù)測(cè)分析。面臨的挑戰(zhàn)：1）復(fù)雜樣品基質(zhì)分析難題：生物、環(huán)境