第十二章色谱分析法.doc

色谱分析法色谱分析法 1 色谱法有哪些类型 其分离的基本原理是什么 答 气体为流动相的色谱称为气相色谱 GC 根据固定相是固体吸附剂还是固定液 附 着在惰性载体上的一薄层有机化合物液体 又可分为气固色谱 GSC 和气液色谱 GLC 液体为流动相的色谱称液相色谱 LC 同理 液相色谱亦可分为液固色谱 LSC 和液液色谱 LLC 超临界流体为流动相的色谱称为超临界流体色谱 SFC 随 着色谱工作的发展 通过化学反应将固定液键合到载体表面 这种化学键合固定相的色谱 又称化学键合相色谱 CBPC 2 试述热导池及氢焰离子化检测器的原理 答 热导池检测器是利用组分蒸气与载气导热系数不同来测定各组分的 氢焰离子化检测器是利用有机物在氢气 空气火焰中产生离子化反应而生成许多离 子对 在加有电压的两极间形成离子流 3 如何选择气液色谱的固定液 答 对固定液的选择并没有规律性可循 一般可按 相似相溶 原则来选择 在应用时 应 按实际情况而定 i 分离非极性物质 一般选用非极性固定液 这时试样中各组分按沸点次序流出 沸点 低的先流出 沸点高的后流出 ii 分离极性物质 选用极性固定液 试样中各组分按极性次序分离 极性小的先流出 极性大的后流出 iii 分离非极性和极性混合物 一般选用极性固定液 这时非极性组分先流出 极性组 分后流出 vi 分离能形成氢键的试样 一般选用极性或氢键型固定液 试样中各组分按与固定液 分子间形成氢键能力大小先后流出 不易形成氢键的先流出 最易形成氢键的最后流出 v 复杂的难分离物质 可选用两种或两种以上混合固定液 对于样品极性情况未知的 一般用最常用的几种固定液做试验 对固定液的要求 首先是选择性好 另外还要求固定液有良好的热稳定性和化学稳定性 对试样各组分 有适当的溶解能力 在操作温度下有较低蒸气压 以免流失太快 a 在操作温度下呈液态 并有足够的稳定性 能溶解被分离混合物中的各组分 且不与 组分发生化学反应 b 在操作温度下粘度要低 以保证固定液能均匀分布在担体上形成均 匀的液膜 c 对被分离的各组分有足够的分离能力 4 柱的分离效能指标 H 与分配比 k 相对保留值 12 r 分离度 R 之间有什么关系 解 2 21 212 1 16 r r Rn有效 n l H 2 2 21 21 2 2 1 1 16 1 k k r r R k k nn 有效 n k k r r R 1 1 4 1 21 21 5 气相色谱法有哪些常用的定性分析方法和定量分析方法 答 常用的定性分析方法 绝对保留值法 相对保留值法 加入已知物峰高增加法 保留指数定性 常用的定量分析方法 归一化法 内标法 外标法 6 影响分辨率的因素有哪些 如何选择最佳的工作条件 答 12 r 1 r 2 2 WW tt R 1 2 1 2 2 1 r 1 r 2 2 WW tt R R 0 59R 1 1 4 2 2 k k a an R 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1 20 l 25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 1 10 mL 液体样品进样量为 0 1 10 L 7 色谱定量分析时 为什么要引入定量校正因子 答 由于组分的峰面积与其重量或百分含量不成正比 也就是说 在同一类型的检测器上 重量或浓度相同的不同物质 在同一条件下 产生的信号是不一样的 得到的色谱峰面积 却常常不同 在不同类型的检测器上 同一种物质产生的信号也是不一样的 因此 为使 产生的响应信号 测出的峰面积 能定量代表物质的含量 就要对峰面积进行校正 即在 定量计算时要引入校正因子 8 试述塔板理论和速率理论的要点 答 塔板理论反色谱柱看作一个蒸馏塔 借用蒸馏塔中 塔板 的概念来描述组分在两相间 的分配行为 它的贡献在于解释色谱流出曲线的形状 推导出色谱流出曲线方程 及理论 塔板数的计算公式 并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 还提出了计算 和评价柱效的参数 速率理论提出 色谱峰受涡流扩散 分子扩散 气液两相间的传质阻力等因素控制 从动力学基础上较好解释影响板高的各种因素 对选择合适的操作条件具有指导意义 根 据三个扩散方程对塔板高度 H 的影响 导出速率理论方程或称 Van Deemter 方程式 H A B u Cu 式中 u 为流动相的线速度 A B C 为常数 分别代表涡流扩散项系数 分子扩散项 系数 传质阻力项系数 9 一根 2 m 长的填充柱的操作条件及流出曲线的数据如下 流量 20 mL min 50 柱温 50 柱前压力 133 32 KPa 柱后压力 101 32KPa 空气保留时间 0 50 min 正己烷保留时间 3 50 min 正庚烷保留时间 4 10 min 计算正己烷 正庚烷的校正保留体积 若正庚烷的半峰宽为 0 25 min 用正庚烷计算色谱柱的理论塔板数和理论塔板高度 求正己烷和正庚烷的分配比 k1和 k2 解 F 20mL min t0 30s 0 50min t已 3 50min 210s t庚 4 10min 250s V已 F t已 t0 20 3 50 0 50 60mL V庚 F t庚 t0 20 4 10 0 50 72mL W1 2 庚 0 25min n理 5 54 t W1 2 2 5 54 4 10 0 25 2 1490 H L n理 200 1490 0 13cm 对正已烷 若半峰宽也为 0 25min 则 W1 2 已 0 25min n理 5 54 t W1 2 2 5 54 3 5 0 25 2 1086 H L n理 200 1086 0 184cm 00 0 t t t tt k rr 0 6 5 0 5 05 3 已 k 2 7 5 0 5 01 4 庚 k 10 正庚烷与正己烷在某色谱柱上的保留时间为 94s 和 85s 空气在此柱上的保留时间 为 10s 所得理论塔板数为 3900 块 求此二化合物在该柱上的分离度 解 已知 n理 3900 t0 10s t1 85s t2 94s n理 16 t1 w1 2 n理 16 t1 w1 2 即 3900 16 85 w1 2 3900 16 94 w2 2 求得 w1 5 44s w2 6 02s 所以 57 1 44 5 02 6 8594 2 2 12 12 ww tt R 11 在某色谱柱上 二组分的相对保留值为 1 211 若有效板高度为 0 1cm 为使此组 分在该色谱柱上获得完全分离 求所需色谱柱的最低长度 解 已知 Heff 0 1cm r21 1 211 R 1 5 effeffeffeff H r r RHnL 2 21 21 2 1 16 6 1181 0 1211 1 211 1 5 116 2 2 cm 近似为 120cm 12 一液体混合物中 含有苯 甲苯 邻二甲苯 对二甲苯 用气相色谱法 以热导 池为检测器进行定量 苯的峰面积为 1 26 cm2 甲苯为 0 95 cm2 邻二甲苯为 2 55 cm2 对 二甲苯为 1 04 cm2 求各组分的百分含量 重量校正因子 苯 0 780 甲苯 0 794 邻二 甲苯 0 840 对二甲苯 0 812 解 A苯 1 26cm2 A甲苯 0 95cm2 A邻 2 55cm2 A对 1 04cm2 归一化法 f 苯 0 780 f甲苯 0 794 f邻 0 840 f对 0 812 Y f 苯A苯 f甲苯A甲苯 f邻A邻 f对A对 0 780 1 26 0 794 0 95 0 840 2 55 0 812 1 04 0 9828 0 7543 2 142 0 8448 4 7236 W苯 0 9828 4 7236 100 20 8 W甲苯 0 7543 4 7236 100 16 0 W邻 2 142 4 7236 100 45 3 W对 0 8448 4 7236 100 17 9 13 在某一色谱柱上 下列各化合物的校正保留时间如下 求下述各化合物的保留指 数 正丁烷 0 95 异辛烷 13 7 1 己烯 2 95 正戊烷 1 80 2 甲基丁烷 1 20 苯 3 75 正己烷 3 50 1 丁烯 0 80 正辛烷 8 4 正庚烷 6 95 解 r r r r lglg lglg 100 znz zx x VV VV nzI 3 574 80 1 lg50 3 lg 80 1 lg95 2 lg 5100 1 已烯 I 6 436 95 0 lg80 1 lg 95 0 lg20 1 lg 4100 2 甲基丁烷 I 1 610 50 3 lg95 6 lg 50 3 lg75 3 lg 6100 苯 I 1 373 95 0lg80 1 lg 95 0lg80 0 lg 4100 1 丁烯 I 14 指出下列物质在正相色谱中的洗脱顺序 1 正己烷 正己醇 苯 2 乙酸乙酯 乙醚 硝基丁烷 答 1 苯 正已烷 正已醇 2 乙醚 硝基丁烷 乙酸乙酯 15 指出下列各种色谱法 最适宜分离什么物质 1 气液色谱 2 正相色谱 3 反相色谱 4 离子交换色谱 5 凝胶色谱 6 气固色谱 7 液固色谱 答 1 气液色谱 分离易挥发 受热稳定的物质 2 正相色谱 分离极性亲水性化合物 3 反相色谱 分离疏水性化合物 4 离子交换色谱 离子型化合物 5 凝胶色谱 分离相对分子量高的化合物 常用于鉴定聚合物 6 气固色谱 分离气体烃类 永久性气体 7 液固色谱 极性不同的化合物 异构体 16 根据范 第姆特方程式 推导出以常数 A B 和 C 表示的最佳线速度和最小塔板高 度表达式 解 已知 H A B u Cu 则 dH du C B u2 要求 H 最小 则在极值处 dH