色谱法导论习题.ppt

色谱法导论习题,假如一个溶质的分配比为0.2，则它在色谱柱的流动相中的百分率是多少？ k = ws/wm=0.2 wm = 5ws wm/w100% = wm/(wm+ws)100% = 83.3% 对某一组分来说，在一定的柱长下，色谱峰的宽或窄主要决定于组分在色谱柱中的 a保留值 b扩散速度 c分配比 d理论塔板数 b.扩散速度 色谱峰的宽窄主要与色谱动力学因素有关。 载体填充的均匀程度主要影响 a涡流扩散相 b分子扩散 c气相传质阻力 d液相传质阻力 a涡流扩散相 范氏方程中涡流扩散相a=2dp，为填充不规则因子。,4.什么叫死时间？用什么样的样品测定？ 不被固定相吸附或溶解的组分，从进样开始到柱后出现最大值所需要的时间。通常对于热导池检测器用空气作为测试样品，对于氢火焰离子化检测器，常用甲烷作为测试样品。 5.下列哪些参数改变会引起相对保留值的增加？为什么？ a 柱长增加 b 相比率增加 c 降低柱温d 流动相速度降低 降低柱温会引起相对保留值的增加，因为相对保留值的特点是只与柱温及固定相种类有关，与其他条件无关。,6若在1m长的色谱柱上测得分离度为0.68，要使它完全分离，则柱长至少应为多少米？ l2=(r2/r1)2 l1 完全分离r2=1.5 l2=(1.5/0.68)21=4.87(m) 7.在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tr）6.6min，峰底宽（y）0.5min，死时间（tm）1.2min，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速（fc）40ml/min,固定相（vs）2.1ml，求：(提示：流动相体积，即为死体积) （1） 分配容量k （2） 死体积vm （3） 调整保留时间 （4） 分配系数k （5） 有效塔板数neff （6） 有效塔板高度heff,(1)分配比k = tr/tm = (6.6-1.2)/1.2=4.5 (2) 死体积vm = tmfc = 1.240 = 48ml (3) 调整保留时间 vr= (tr-tm) =5.4min (4) 分配系数k=k =k (vm/vs) =4.5(48/2.1)=103 (4) 有效塔板数neff = 16( tr/y)2 =16(6.6-1.2)2=1866 (5) 有效塔板高度heff =l/neff =21000/1866=1.07mm,8.已知组分a和b的分配系数分别为8.8和10，当它们通过相比=90的填充柱时，能否达到基本分离（提示：基本分离rs=1） 答：= kb/ka = 10/8.8 = 1.14 k = kb/= 10/90 = 0.11 由基本分离方程式可推导出使两组分达到某一分离度时，所需的理论塔板数为 nb = 16rs2/(-1)2(1 + kb)/kb2 =16121.14/(1.14 - 1)2(1 + 0.11)/0.112 =1666.31101.83 = 1.08105 因为计算出的n比较大，一般填充柱不能达到，在上述条件下，a、b不能分离。,9.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，但实际上分离效果却很差，试分析原因。 理论塔板数n是通过保留值来计算的，没考虑到死时间的影响，而实际上死时间tm对峰的影响很大，特别是当k3时，以导致扣除死时间后计算出的有效塔板数neff很小，有效塔板高度heff很大，因而实际分离能力很差。,10.气相色谱采用双柱双气路流程有什么用？ 答：气相色谱采用双柱双气路流程主要用于程序升温分析，它可以补偿由于升温过程中载气流量不稳、固定液流失等使检测器产生的噪声及基线漂移，从而提高稳定性。 11.用热导池检测器时，为什么常用h2和he作载气而不常用氮气作载气？ 答：根据热导池检测器的检测原理，载气与待测组分的导热系数相差愈大，则灵敏度愈高，一般组分的导热系数都比较小，而氢气、氦气导热系数最大，故选用热导系数大的h2和he作载气，灵敏度比较高。另外载气热导系数大，在相同的桥电路电流下，热丝温度较低，桥电流可以升高。如果用氮气作载气，除了由于氮和被测组分导热系数差别小使热导池检测灵敏度低以外，还常常由于二元体系导热系数呈非线性等原因，有时会出现不正常的色谱峰如倒峰，峰等。,12.在气相色谱分析中为了测定下面组分，宜选用哪种检测器？为什么？（1）蔬菜中含氯农药残留量； （2）测定有机溶剂中微量水 （3）痕量苯和二甲苯的异构体； （4）啤酒中微量硫化物 （1）蔬菜中含氯农药残留量选用电子捕获检测器，因为根据检测机理电子捕获检测器对含有电负性化合物有高的灵敏度。残留含氯农药是含有电负性化合物，选用电子捕获检测器。 （2）溶剂中微量水选用热导池检测器检测，因为热导池检测器是通用型检测器，只要有导热能力的组分均可测定，故可测定微量水。 （3）痕量苯和二甲苯的异构体可用氢火焰离子化检测器，因为氢火焰离子化检测器对含c、h元素的有机化合物有高的响应信号，特别适合。 （4）啤酒中微量硫化物选用火焰光度检测器，因为火焰光度检测器是只对硫、磷有响应信号，而且灵敏度高。,13.在气液色谱中，色谱柱的使用上限温度取决于： a样品中沸点最高组分的沸点 b样品中各组分沸点的平均值 c固定液的沸点 d固定液的最高使用温度 d固定液的最高使用温度。 色谱柱的上限温度如果超过固定液的最高使用温度就会出现固定液流失、污染检测器，使基线不稳而无法工作。 14.在某色谱柱上，柱温1000c测的甲烷的保留时间为40s，正壬烷的保留时间为400s，正癸烷的保留时间为580s，正壬烷与正癸烷的峰宽相同，均等于5.0mm，已知记录纸速为5mm/min，求能与正壬烷达到基线分离（r=1.5）的组分的保留指数应为多少？ 答：根据题意要求的组分在正壬烷后出峰。 y9=y10 y9=yi=5mm/5mm/min=60s r=2（tri-tr9）/(y9+yi) = (tri-tr9)/y9 tri=ry9 + tr9 =1.560+ (400-40) = 450s ii = 1009+(lgtri-lgtr9)/(lgtr(9+1)-lgtr9) = 1009+(lg450-lg360)/(lg540-lg360) = 952.3,15.气相色谱测定样品中乙酸乙酯，丙酸甲酯，正丁酸甲酯的色谱数据见下表，死时间为0.6min。,(1) 计算每种组分的含量。 (2) 根据碳数规律，预测正戊酸甲酯的保留时间。,据经验式定性,1）碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间tr的对数与分子中碳数n成正比： lgtr=an+c (n3) 如果知道两种或以上同系物的调整保留值，则可求出常数a和c。未知物的碳数则可从色谱图查出tr后，以上式求出。 2）沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时间tr的对数与分子中沸点tb成正比： lgtr=atb+c,（1）用归一化法计算各组分的含量 mi%=aifis/(a1fis+aifis+anfns)100 mi乙酸甲酯（%）=18.10.60/（18.10.60 + 43.60.78 + 29.90.88）100 = 15.25 （2）碳数规律：lgtr = a1n + c1 乙酸乙酯 n=3，lgtr乙 = lg(tr-tm) = lg(2.72-0.6) = 0.326 丙酸甲酯n=4，lgtr丙 = lg(tr-tm) = lg(4.92-0.6) = 0.635 正丁酸甲酯n=5，lgtr丁 = lg(tr-tm) = lg(9.23-0.6) = 0.936 根据丙酸甲酯、正丁酸甲酯的数据 0.635 = 4a1 + c1 0.936 = 5a1 + c1 解方程的a1 = 0.301 c1=-0.596 正戊酸甲酯有6个碳 n = 6 lgtr戊 = 60.301 - 0.569 = 1.237 tr戊=17.26 tr = tr + tm = 17.26 + 0.6 = 17.86(min),16.柱的分离效能指标h与分配比k，相对保留值，分离度r之间有什么关系？ 解：,17.影响分辨率的因素有哪些？如何选择最佳的工作条件？,r=0.59r,该方程推导出分离度与相对保留值(a)、理论塔板数(n)和分配比(k)三个基本参数之间的关系，根据计算得知，影响分离度的三个参数中，a的增加对分离的改进最有效，k从1增加到3，r只增加到原来的1.5倍n增加到原来的3倍，而r只增加到1.7倍而a从1.01增加到1.1，约增加9%，而rs却增加到原来的9倍,工作条件的选择： (1)柱长的选择 固然增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽加大，分析时间延长。因此，填充柱的柱长要选择适当。过长的柱子，总分离效能也不一定高。一般情况下，柱长选择以使组分能完全分离，分离度达到所期望的值为准。具体方法是选择一根极性适宜，任意长度的色谱柱，测定两组分的分离度，然后根据基本色谱分离方程式，确定柱长是否适宜。 (2)载气及其流速的选择 当载气线速度较小时，宜选择相对分子量较大的载气；当载气线速度较大时，宜选择相对分子量较小的载气载气的选择还要考虑与检测器相适应 (3)柱温的选择 柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分析速度在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。具体操作条件的选择应根据实际情况而定。 另外，柱温的选择还应考虑固定液的使用温度，柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则固定派挥发流失，对分离不利。 (4)载体粒度及筛分范围的选择 载体的粒度愈小，填装愈均匀，柱效就愈高。但粒度也不能太小。否则，阻力压也急剧增大。一般粒度直径为柱内径的120l25为宜。在高压液相色谱中，可采用极细粒度，直径在m数量级。 (5)固定液及其配比 分离气体及低沸点组分可采用10%25配比，其它组分采用5%20配比为宜。 (6)进样量的选择 在实际分析中最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，而峰高与进样量成线性关系。一般说来，气体样品进样量为0.110 ml，液体样品进样量为0.110 l,18.当下列参数改变时:(1)柱长缩短,(2)固定相改变,(3)流动相流速增加,(4)相比减少,是否会引起分配系数的改变?为什么?,答:固定相改变会引起分配系数的改变,因为分配系数只于组分的性质及固定相与流动相的性质有关. 所以（1）柱长缩短不会引起分配系数改变 （2）固定相改变会引起分配系数改变 （3）流动相流速增加不会引起分配系数改变 （4）相比减少不会引起分配系数改变,19.当下列参数改变时: (1)柱长增加,(2)固定相量增加,(3)流动相流速减小,(4)相比增大,是否会引起分配比的变化?为什么?,答: k=k/b,而b=vm/vs ,分配比除了与组分,两相的性质,柱温,柱压有关外,还与相比有关,而与流动相流速,柱长无关. 故:(1)不变化,(2)增加,(3)不改变,(4)减小,20.为什么可用分离度r作为色谱柱的总分离效能指标?,答: 分离度同时体现了选择性与柱效能,即热力学因素和动力学因素,将实现分离的可能性与现实性结合了起来.,21.,解：（1）从图中可以看出，tr2=17min, y2=1min, 所以； n = 16(tr2/y2)2 =16172 = 4624 (2) tr1= tr1- tm =14-1=13min t”r2=tr2 tm = 17-1 = 16min,相对保留值 a = tr2/tr1=16/13=1.231 根据公式：l=16r2(1.231/(1.231-1)2 heff 通常对于填充柱，有效塔板高度约为0.1cm, 代入上式， 得： l=102.2cm 1m,22.分析某种试样时，两个组分的相对保留值r21=1.11, 柱的有效塔板高度h=1mm，需要多长的色谱柱才能完全分离？,解：根据公式 得l=3.665m,23.已知记录仪的灵敏度为0.658mv.cm-1,记录纸速为2cm.min-1,载气流速f0=为68ml.min-1,进样量12时0.5ml饱和苯蒸气，其质量经计算为0.11mg，得到的色谱峰的实测面积为3.84cm2.求该检测器的灵敏度。,解：将 c1=0.658mv.cm-1,c2=1/2min.cm-1,f0=68ml.min-1, m=0.11mg代入下式：即得该检测器的灵敏度：,25. 丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据：,计算：（1）丁烯的分配比是多少？（2）丙烯和丁烯的分离度是多少？,解： （1）kb= tr(b)/tm =(4.8-0.5)/0.5=8.6 (2) r = tr(b)-tr(p)2/(yb+yp)=(4.8-3.5)(1.0+0.8) =1.44,26.某一气相色谱柱，速率方程中a, b, c的值分别为0.15cm, 0.36cm2.s-1和4.3 10-2s，计算最佳流速和最小塔板高度。,解：uopt = (b/c)1/2 =(0.36/4.3 10-2)1/2=2.89cm.s-1 hmin = a + 2(bc)1/2 = 0.15 + 2 (0.36 4.3 10-2)1/2 = 0.40cm,27.在一色谱柱上，测得各峰的保留时间如下：,求未知峰的保留指数。,解：将有关数据代入公式得： i = (log14.8 log13.3)/(log17.3-log13.3)+8 100=840.64,29.测得石油裂解气的气相色谱图（前面四个组分为经过衰减1/4而得到），经测定各组分的f 值并从色谱图量出各组分峰面积为：,用归一法定量，求各组分的质量分数各为多少？,解：根据公式：,故：ch4, co2, c2h4, c2h6, c3h6, c3h8的质量分数分别为： wch4 =(2140.74 4/2471.168 )100%=25.63% wco2 =(4.5 1.00 4/2471.168 )100% =0.73% wc2h4 =(278 4 1.00/2471.168) 100% =45.00% wc2h6 =(77 4 1.05/2471.168 )100% =13.09% wc3h6 = (250 1.28 /2471.168) 100%=12.95% wc3h8 =(47.3 1.36/2471.68 )100%=2.60%,30.有一试样含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物质，称取此试样1.055g。以环己酮作内标，称取环己酮0.1907g，加到试样中，混合均匀后，吸取此试液3ml进样，得到色谱图。从色谱图上测得各组分峰面积及已知的s值如下表所示：,求甲酸、乙酸、丙酸的质量分数。,解：根据公式： 求得各组分的校正因子分别为： 3.831; 1.779; 1.00; 1.07 代入质量分数的表达式中得到各组分的质量分数分别为： w甲酸(14.8/133)(0.1907/1.055) 3.831 100% = 7.71% w乙酸 = (72.6/133) (0.1907/1.055) 1.779 100% = 17.55% w丙酸(42.4/133) (0.1907/1.055) 1.07 100% = 6.17%,21.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?为什么 答: 不能,有效塔板数仅表示柱效能的高低,柱分离能力发挥程度的标志,而分离的可能性取决于组分在固定相和流动相之间分配系数的差异.,22在一根2 m长的色谱柱上,分析一个混合物,得到以下数据:苯、甲苯、及乙苯的保留时间分别为120“, 22”及31“；半峰宽为0.211cm, 0.291cm, 0.409cm，已知记录纸速为1200mm.h-1, 求色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。,解：三种组分保留值用记录纸上的距离表示时为： 苯： （1+20/60）（1200/10）/60=2.67cm 甲苯：(2+2/60) 2=4.07cm 乙苯: (3+1/60) 2=6.03cm 故理论塔板数及塔板高度分别为： 甲苯和乙苯分别为：1083.7,0.18cm; 1204.2,0.17cm,31.在测定苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的峰高校正因子时，称取的各组分的纯物质质量，以及在一定色谱条件下所得色谱图上各组分色谱峰的峰高分别如下：求各组分的峰高校正因子，以苯为标准。,解：对甲苯：f甲苯(hs