仪器分析习题课(色谱分析部分)

1、2.气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？答：答：载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气相色谱分析仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。相色谱分析

2、仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。 3.下述参数改变时：下述参数改变时：(1)柱长缩短，柱长缩短，(2)固定相改变，固定相改变，(3)流动相流速增加，流动相流速增加，(4)相比减小，是否会引起分配系数的变化？相比减小，是否会引

3、起分配系数的变化？为什么？为什么？答：答：(1)柱长缩短柱长缩短分配系数分配系数K只与组分和固定液的性质及柱温、柱压有关，只与组分和固定液的性质及柱温、柱压有关，与柱长无关，故分配系数与柱长无关，故分配系数K不变。不变。(2)固定相改变固定相改变若固定相改变的性质发生变化，组分在固定液中的溶解若固定相改变的性质发生变化，组分在固定液中的溶解度也将发生变化，故分配系数度也将发生变化，故分配系数K将改变。将改变。(3)流动相流速增加流动相流速增加流动相流速增加，将导致柱压增加，分配系数流动相流速增加，将导致柱压增加，分配系数K将改变。将改变。但改变的幅度将很小，可略。但改变的幅度将很小，可略。(4

4、)相比减小相比减小相比相比减小，并未改变两相的性质，故分配系数减小，并未改变两相的性质，故分配系数K不变。不变。 4.下述参数改变时：下述参数改变时：(1)柱长增加，柱长增加，(2)固定相量增加，固定相量增加，(3)流动相流速减小，流动相流速减小，(4)相比增加，是否会引起分配比的变化？相比增加，是否会引起分配比的变化？为什么？为什么？答：由分配比定义可知，分配比答：由分配比定义可知，分配比k是热力学常数，与组是热力学常数，与组分和固定液的性质及柱温、柱压有关，此外，还与相比有关，分和固定液的性质及柱温、柱压有关，此外，还与相比有关，k=K/，而，而=VM/VS ，而与流动相流速，而与流动相流

5、速,柱长无关。因此：柱长无关。因此：(1)柱长增加，分配比柱长增加，分配比k不变化不变化(2)固定相量增加，固定相量增加，VS增大，增大，减小，分配比减小，分配比k增加增加(3)流动相流速减小，分配比流动相流速减小，分配比k基本不变基本不变(4)相比增加，分配比相比增加，分配比k减小。减小。2222220.0122(1)3(1)pfpglddBDgkkHAcuduuukDkD5.5.试以塔板高度试以塔板高度H H做指标讨论气相色谱操作条件的选择。做指标讨论气相色谱操作条件的选择。答：由范弟姆特速率方程式：答：由范弟姆特速率方程式：可知，色谱柱的填充均匀程度，担体粒度，载气种类，载气流速，柱温的

6、可知，色谱柱的填充均匀程度，担体粒度，载气种类，载气流速，柱温的变化，固定相液膜厚度等均对柱效能有影响。变化，固定相液膜厚度等均对柱效能有影响。(1) (1) 色谱柱的填充均匀色谱柱的填充均匀, ,有利于降低有利于降低值。值。(2)(2)使用粒度细小使用粒度细小/ /均匀的担体，可降低均匀的担体，可降低A A和气相传质阻力系数和气相传质阻力系数CgCg。(3) Dg 1/Mg(3) Dg 1/Mg，载气的分子量大，载气的分子量大，DgDg小，可提高柱效能。小，可提高柱效能。(4) (4) 由于由于 ，因此，控制载气流速，可使，因此，控制载气流速，可使H H最小。最小。(5) (5) 柱温的变化

7、，对分配比柱温的变化，对分配比k k的影响很大。提高柱温，可显著不同组分的影响很大。提高柱温，可显著不同组分的降低分配比的降低分配比k k。(6) (6) 降低固定相液膜厚度，可降低液相传质阻力系数降低固定相液膜厚度，可降低液相传质阻力系数C Cl l。BH(cu)u 7.7.当下述参数改变时：当下述参数改变时：(1)(1)增大分配比，增大分配比，(2)(2)流流动相速度增加，动相速度增加，(3)(3)减小相比，减小相比，(4)(4)提高柱温，是否提高柱温，是否会使色谱峰变窄会使色谱峰变窄? ?为什么为什么? ?答答:(1):(1)增大分配比，保留时间延长增大分配比，保留时间延长, ,峰形变宽

8、峰形变宽(2)(2)流动相速度增加，保留时间缩短流动相速度增加，保留时间缩短, ,峰形变窄峰形变窄(3)(3)减小相比，保留时间延长减小相比，保留时间延长, ,峰形变宽峰形变宽(4)(4)提高柱温，保留时间缩短提高柱温，保留时间缩短, ,峰形变窄峰形变窄8.8.为什么可用分离度为什么可用分离度R R作为色谱柱的总分离效能指标作为色谱柱的总分离效能指标? ?答：分离度答：分离度R R的定义：的定义： 相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰的峰底宽度总和之相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰的峰底宽度总和之半的比值。半的比值。21121()2rrttRYY R R的值越大，就意味着相邻两组分

9、分离得越好。分子是两组分保留的值越大，就意味着相邻两组分分离得越好。分子是两组分保留值的差，反映了固定液的势力学性质，分母是色谱峰的宽窄，则反映值的差，反映了固定液的势力学性质，分母是色谱峰的宽窄，则反映了色谱过程的动力学因素，反映了柱效能的高低。因此，分辨率是柱了色谱过程的动力学因素，反映了柱效能的高低。因此，分辨率是柱效能、选择性影响的总和，可以作为色谱柱的总分发离效能指标。效能、选择性影响的总和，可以作为色谱柱的总分发离效能指标。9.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?为什么为什么?答：不能仅仅根据理论塔板数来判断分离的可能性。组答：不能仅仅根据理论

10、塔板数来判断分离的可能性。组分能否被分离，主要取决于不同物质在色谱两相间分配系数分能否被分离，主要取决于不同物质在色谱两相间分配系数的差异，其次才取决于色谱柱塔板数的多少。塔板数只能说的差异，其次才取决于色谱柱塔板数的多少。塔板数只能说明不同组分在色谱柱内完成分配的次数，因此，不能把塔板明不同组分在色谱柱内完成分配的次数，因此，不能把塔板数看作有无实现分离可能的依据，而只能把它看作是在一定数看作有无实现分离可能的依据，而只能把它看作是在一定条件下柱分离能力发挥程度的标志。条件下柱分离能力发挥程度的标志。11.对担体和固定液的要求分别是什么对担体和固定液的要求分别是什么?答：担体一般应满足下列要

11、求：答：担体一般应满足下列要求：（1）表面应呈化学惰性，表面没有吸附性或吸附性弱，在使用温度下不与）表面应呈化学惰性，表面没有吸附性或吸附性弱，在使用温度下不与固定液或样品发生反应。固定液或样品发生反应。（2）多孔性，表面积足够大，使固定液与试样的接触面大。）多孔性，表面积足够大，使固定液与试样的接触面大。（3）热稳定性和机械强度好，在操作温度下对组分不发生不可逆的吸附作）热稳定性和机械强度好，在操作温度下对组分不发生不可逆的吸附作用或化学反应，不易粉碎；用或化学反应，不易粉碎；（4）担体粒度适宜，均匀，一般选用）担体粒度适宜，均匀，一般选用4060目，目，6080目，目，80100目等；目等

12、；（5）有较好的浸润性，固定液在其表面能形成均匀的薄膜。）有较好的浸润性，固定液在其表面能形成均匀的薄膜。对固定液的要求：对固定液的要求：(1)挥发性小，在操作温度下，有较低的蒸气压挥发性小，在操作温度下，有较低的蒸气压(0.75kPa)。以免固定液流失。以免固定液流失。(2)热稳定性好，在操作温度下不分解，在工作温度下为液体。热稳定性好，在操作温度下不分解，在工作温度下为液体。(3)对试样各组分有一定的溶解能力。对试样各组分有一定的溶解能力。(4)高的选择性，保证对各组分的分配系数有一定差别；高的选择性，保证对各组分的分配系数有一定差别；(5)化学稳定性好，不与载气、担体及样品各组分发生不可

13、逆的化学反应。化学稳定性好，不与载气、担体及样品各组分发生不可逆的化学反应。(6)在工作温度下固定液对担体有好的浸渍能力，使固定液形成均匀的液膜。在工作温度下固定液对担体有好的浸渍能力，使固定液形成均匀的液膜。12.12.试比较红色担体和白色担体的性能。何谓硅烷化担体试比较红色担体和白色担体的性能。何谓硅烷化担体? ?它有什么优点？它有什么优点？答：红色载体是将硅藻土与粘合剂在答：红色载体是将硅藻土与粘合剂在900900煅烧后，破碎煅烧后，破碎过筛而得，因铁生成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是过筛而得，因铁生成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大对强极性

14、化合物吸表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大对强极性化合物吸附性和催化性较强，如烃类、醇、胺、酸等极性化合物会因吸附性和催化性较强，如烃类、醇、胺、酸等极性化合物会因吸附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。白色载体是将硅藻土与白色载体是将硅藻土与2020的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于分析各种极性化合物。分析各种极性化合物。硅藻土载体表面不是完全惰性的，具有活性中心如硅醇硅藻土载体表面不是完全惰性的

15、，具有活性中心如硅醇基或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。硅基或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。硅烷化担体是指用硅烷化试剂与担体表面的硅醇，硅醚基团起反烷化担体是指用硅烷化试剂与担体表面的硅醇，硅醚基团起反应，从而消除了其表面的硅藻土载体表面的活性中心。应，从而消除了其表面的硅藻土载体表面的活性中心。2211/21805.54()5.54()8856.832000 226885RtnYLHcmn块.2221225.54()10828.7320001851082nLHcmn块.2211805.54()120512.2720001661082nLHcmn块.2020在

16、一根在一根2m长的硅油柱上，分析一个混合物，得下列数据：苯、长的硅油柱上，分析一个混合物，得下列数据：苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为甲苯及乙苯的保留时间分别为120”、22”及及31”；半峰宽为；半峰宽为0.211cm，0.291cm及及0.409cm，已知记录纸速为，已知记录纸速为1200mmh-1，求色谱柱对每种组分，求色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。的理论塔板数及塔板高度。甲苯：甲苯：乙苯：乙苯：苯：苯：解：已知解：已知 1/C2=1200mmh-1=20mmmin-1 =1/3mms -1 C2=30scm-1 L=2mtR1(苯苯)= 120”=80s Y1/2,1=0.21

17、1cm =0.211cm30scm-1=6.83stR2(甲苯甲苯)= 22” =122s Y1/2,2=0.291cm = 8.73stR3(乙苯乙苯)= 31” =180s Y1/2,3=0.409cm= 12.27s各种组分的理论塔板数及塔板高度为：各种组分的理论塔板数及塔板高度为：2221716()16()46241RtnY块2121在一根在一根3m3m长的色谱柱上，分离一试样，得如下的色谱图及数据：长的色谱柱上，分离一试样，得如下的色谱图及数据：(1)用组分用组分2计算色谱柱的理论塔板数；计算色谱柱的理论塔板数；(2)求调整保留时间求调整保留时间tR1及及tR2；(3)若需达到分离度

18、若需达到分离度R=1.5，所需的最短柱长为几米，所需的最短柱长为几米?解：已知解：已知 tM=1min tR1= 14mim tR2= 17mim Y2=1 min(1)组分组分2对应的色谱柱理论塔板数：对应的色谱柱理论塔板数：(2)组分组分1、2的调整保留时间的调整保留时间tR1及及tR2： tR1= tR1-tM =14-1=13mim tR2= 17-1 = 16mim,221,1161.2313RRtt,2,2216()3000.0731616()16()1RRtnYLLHcmtnY有效有效有效222221211.2316()16 1.5 ()0.0737511.23 1LRHcm有效

19、222221211.2316()16 1.5 ()0.11.0311.23 1LRHcm有效(3)若需达到分离度若需达到分离度R=1.5，由组分由组分2计算对应的色谱柱有效塔板数：计算对应的色谱柱有效塔板数：当当R=1.5时，所需的最短柱长为：时，所需的最短柱长为：若以若以H有效有效=0.1cm计算：计算：2222321211.1116()16 1.5 ()103.711.11 1LRHm有效22分析某种试样时，两个组分的相对保留值分析某种试样时，两个组分的相对保留值r2l=1.11，柱的有，柱的有效塔板高度效塔板高度H=1mm，需要多长的色谱柱才能分离完全，需要多长的色谱柱才能分离完全(即即

20、R=1.5)?解：解： 已知已知 r2l=1.11， H有效有效=1mm ， R=1.5-11200.658 0.5 68 113781.0mv mL mg0.11cC CFASm-11200.658 0.5 68 113171.8mv mL mL0.50cC CFASV23已知记录仪的灵敏度为已知记录仪的灵敏度为0.658mVcm-1，记录纸速为，记录纸速为2cmmin-1，载，载气流速气流速F0为为68mLmin-1，进样量，进样量12时时0.5mL饱和苯蒸气，其质量经计算饱和苯蒸气，其质量经计算为为0.11mg，得到的色谱峰的实测面积为，得到的色谱峰的实测面积为113cm2。求该热导池检

21、测器的灵。求该热导池检测器的灵敏度。敏度。解：已知解：已知 C1=0.658mVcm-1 C2=0.5mincm-1 F0=68mLmin-1 m=0.11mg A=113cm2该热导池检测器的灵敏度为：该热导池检测器的灵敏度为：若试样苯按气体计算，由进样体积若试样苯按气体计算，由进样体积V=0.5mL，TCD检测器的灵敏度：检测器的灵敏度：3750100.110.0111.110g0.5mmg8-112760600.6580.51733.1010 mv s g1.1 10mC C ASm 101833 0.19.68 103.10 10NDg sS120.60.560=18Ys1080121

22、.0651.065 189.68 10=1.86 10gQYD24记录仪灵敏度及记录纸速同前题，载气流速记录仪灵敏度及记录纸速同前题，载气流速60mLmin-1，放大器灵敏度，放大器灵敏度1103，进样量，进样量12时时50L苯蒸气，所得苯色谱峰的峰面积为苯蒸气，所得苯色谱峰的峰面积为173cm2，Yl/2为为0.60cm，检测器噪声为，检测器噪声为0.1mV，求该氢火焰电离检测器的灵敏度及最小检出量。，求该氢火焰电离检测器的灵敏度及最小检出量。解：已知解：已知 C1=0.658mVcm-1 C2=0.5mincm-1 V=50L Y Y1/21/2=0.6cm=0.6cm A=173cm2

23、N=0.1mV50L苯蒸气的质量：苯蒸气的质量：该氢火焰电离检测器的灵敏度：该氢火焰电离检测器的灵敏度：检出限检出限D：最小检出量最小检出量Q0：,13.50.560.5RMtkt221124.83.51.44111.00.822RRttRYY25丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据：丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据：组分组分保留时间保留时间/min峰宽峰宽/min空气空气0.50.50.20.2丙烯丙烯3.53.50.80.8丁烯丁烯4.84.81.01.0计算：计算：(1)丁烯在这个柱上的分配比是多少丁烯在这个柱上的分配比是多少?(2)丙烯和丁烯的分离度是多少丙烯和丁烯

24、的分离度是多少?解：解： 已知已知 ： tM=0.5min 丙烯丙烯: tR1= 3.5mim Y1=0.8min 丁烯丁烯: tR2= 4.8mim Y2=1min(1) 丁烯在这个丁烯在这个色谱柱的分配比色谱柱的分配比(2) 丙烯和丁烯的分离度丙烯和丁烯的分离度120.362.894.3 10Bucm sC最佳220.152 0.36 4.3 100.40HABCcm最小 26某一气相色谱柱，速率方程式中某一气相色谱柱，速率方程式中A，B和和C的值分别是的值分别是0.15cm，0.36cms-1和和4.310-2s，计算最佳流速和最小塔板高度。，计算最佳流速和最小塔板高度。已知已知 ： A

25、=0.15cm B=0.36cms-1 C=4.310-2s 2727在一色谱图上，测得各保留时间如下：在一色谱图上，测得各保留时间如下：求未知峰的保留指数。求未知峰的保留指数。解：已知解：已知 tM=0.6min Z=8Z=8tRZ= 13.9-0.6=13.3mim lgtRZ=1.124tR、Z+1= 17.9-0.6=17.3mim lg tR、Z+1=1.238tR、x= 17.9-0.6=17.3mim lg tR、x= 1.170未知峰的保留指数为：未知峰的保留指数为：(1)1.170 1.1241001008840.351.238 1.124RxRzR zRzlgtlgtIzl

26、gtlgt组分空气辛烷壬烷未知峰tR/min0.613.917.915.42828化合物化合物A A与正二十四烷及正二十六烷相混合注入色谱柱与正二十四烷及正二十六烷相混合注入色谱柱进行试验，得调整保留时间为：进行试验，得调整保留时间为：A A，10.20min10.20min，n-Cn-C2424H H5050，9.81min;n-C9.81min;n-C2626H H5454，11.56min11.56min。计算化合物。计算化合物A A的保留指数。的保留指数。解：已知解：已知 Z=24Z=24tRZ= 9.81min9.81min lgtRZ=0。992tR、Z+1= 11.56min11

27、.56min lgtR、Z+1=1.063tR、x= 10.20min10.20min lgtR、x= 1.008化合物化合物A A的保留指数为：的保留指数为：1.0080.992100242422.531.0630.992I100100 iiiiiimAfCmAfiiAf=34 0.84 4+214 0.74 4+4.5 1.00 4+278 1.00 4+77 1.05+250 1.28+47.3 1.36=2342.86iiA f134 0.84 41001001004.882342.86 iiiiimAfCmAf2214 0.74 410027.042342.86C 2929测得石油裂

28、解气的色谱图测得石油裂解气的色谱图( (前面四个组分为经过衰减前面四个组分为经过衰减1 14 4而得到而得到) )，经测定各，经测定各组分的组分的f f值并从色谱图量出各组分峰面积分别为：值并从色谱图量出各组分峰面积分别为：用归一法定量，求各组分的质量分数各为多少用归一法定量，求各组分的质量分数各为多少? ?其中其中 为：为：各组分的质量分数各为各组分的质量分数各为: : 空气空气 甲烷甲烷 出峰次序出峰次序空气空气甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳乙烯乙烯乙烷乙烷丙烯丙烯丙烷丙烷峰面积峰面积校正因子校正因子f340.842140.744.51.002781.00771.052501.2847.31.36解：解：本题为用色谱归一法定量分析。本题为用色谱归一法定量分析。归一法定量公式为：归一法定量公式为：34.5 1.00 41000.772342.86C 4278 1.00 410047.462342.86C 577 1.051003.452342.86C 6250 1.2810013.662342.86C 747.3 1.361002.742342.86C 二氧化碳二氧化碳 乙烯乙烯 乙烷乙烷 丙烯丙烯 丙烷丙烷 ssiiiissimmA fAC %100100AmASm114.80.1907C %1007.71133 0.2611.055272.6