色谱分析法概论习题答案

1、第十七章 色谱分析法概论思 考 题 和 习 题1色谱法作为分析方法的最大特点是什么?色谱法以高超的分离能力为最大特点,具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用广泛等优点。2一个组分的色谱峰可用哪些参数描述？ 这些参数各有何意义？ 一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积、峰位及峰宽说明。其中峰高或峰面积用于定量；峰位用保留值表示，用于定性；峰宽用于衡量柱效。3说明容量因子的物理含义及与分配系数的关系。为什么容量因子 (或分配系数) 不等是分离的前提？分配比（容量因子k）是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量之比。而分配系数是组分在固定相和流动相中的浓度之比

2、。二者的关系为k=KVs/Vm。分配比越大的组分在色谱柱中的保留越强，tR=t0(1+k)，要使两组分分离，须不等，则它们的k或K必须不等，这是分离的前提。4各类基本类型色谱的分离原理有何异同？按色谱分离机制不同，可将色谱方法分离以下几种基本类型：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空间排阻色谱法，它们均是基于组分在相对运动的两相（流动相和固定相）间多次分配产生差速分离而得到分离，分配系数大的组分保留时间长，晚留出色谱柱。其中吸附色谱利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现分离；分配色谱利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离；离子交换色谱依据被测组分与离子交换剂交换能力不同而实现分离；空间排阻

3、色谱利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性渗透实现分离。四种基本类型色谱分别形成吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡。5说明式（1718）中K与Vs在各类色谱法中的含义有何不同？吸附色谱分配色谱离子交换色谱空间排阻色谱法K吸附系数狭义分配系数选择性系数渗透系数Vs吸附剂表面积固定相体积交换容量凝胶孔隙总体积6衡量色谱柱效的指标是什么？衡量色谱系统选择性的指标是什么？衡量色谱柱柱效的指标是理论塔板数和理论塔板高度衡量色谱柱选择性的指标是相对保留值7用塔板理论讨论流出曲线，为什么不论在 ttR或ttR时，总是CCmax? 塔板理论有哪些优缺点？根据色谱流出曲线方程式：可知，不论在 ttR

4、或ttR时，总是CCmax。塔板理论成功地解释了色谱流出曲线的形状位置、组分的分离原因及评价柱效，该理论在理想情况下导出，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。塔板理论不能解释峰形为什么会扩张，不能说明影响柱效的动力学因素。8简述谱带展宽的原因。谱带展宽的原因主要包括：1）涡流扩散（eddy diffusion）：当色谱柱内的组分随流动相在固定相颗粒间穿行,朝柱出口方向移动，如果固定相颗粒不均匀，则组分在穿行这些空隙时碰到大小不一的颗粒而必须不断的改变方向，于是在柱内形成了紊乱的湍流流动使流经障碍情况不同的流路中的分子到达柱出口，而使谱带展宽。2）分子扩散（molecular d

5、iffusion）：由于组分的加入，在柱的轴向上形成溶度梯度，因此当组分以塞子形式随流动相流动的时候,以塞子状分布的分子自发的向前和向后扩散引起谱带展宽3）传质阻抗（mass transfer resistance）：由于溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡，实际传质速度是有限的，这一时间上的滞后使色谱柱总是在非平衡状态下工作，从而产生峰展宽。9下列那些参数可使塔板高度减小? （1，2，3，5）(1) 流动相速度，(2) 固定相颗粒， (3) 组分在固定相中的扩散系数Ds，(4) 柱长， (5) 柱温。（1）流动相速度影响纵向扩散和传质阻力，低流速区，分子扩散项

6、 (B/u) 大，高流速区，传质阻力项 (Cu)大。对应某一流速，塔板高度有一极小值。（2）固定相颗粒填充均匀度越高，载体粒度越小，则A越小，塔板高度越小。（3）组分在固定相中的扩散系数Ds影响传质阻力气液色谱传质阻力系数可用下式表示： （Dg、DL为组分在流动相、固定相中的扩散系数）液液色谱传质阻力系数可用下式表示 （Dm、Ds为组分在流动相、固定相中的扩散系数）从以上两芪可知，增加组分在固定相和流动相中的扩散系数D可以降低C使塔板高度减小，提高柱效。(4) 增加柱长只能增加理论塔板数，不能使塔板高度减小。(5) 柱温升高有利于减少传质阻力，但又加剧分子扩散，并且会影响分配系数，选择合适的柱

7、温可提高柱效。10什么是分离度？要提高分离度应从哪两方面考虑？ 分离度是相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰宽度均值之比为改善色谱分离度，一方面应增加两组分保留时间之差，即容量因子或分配系数之差；另一方面减小峰宽，即提高柱效使色谱峰变锐。11组分在固定相和流动相中的质量为mA、mB(g)，浓度为CA、 CB(g/ml)，摩尔数为nA、nB(mol)，固定相和流动相的体积为VA、VB(ml)，此组分的容量因子是 (A、B、C ) 。A. mA/mB；B. (CAVA)/(CB VB) ；C. nA/nB；D. CA/CB。 12在柱色谱法中，可以用分配系数为零的物质来测定色谱柱中 (A、C )

8、 。A. 流动相的体积；B. 填料的体积；C. 填料孔隙的体积；D. 总体积。13在以硅胶为固定相的吸附色谱中下列叙述中正确的是 (A ) 。A. 组分的极性越强，吸附作用越强；B. 组分的分子量越大，越有利于吸附；C. 流动相的极性越强，溶质越容易被固定相所吸附；D. 二元混合溶剂中正己烷的含量越大，其洗脱能力越强。 14在离子交换色谱法中，下列措施中能改变保留体积的是(A、B、C )。A. 选择交联度大的交换剂；B. 以二价金属盐溶液代替一价金属盐溶液作流动相；C. 降低流动相中盐的浓度；D. 改变流速。15在空间排阻色谱法中，下列叙述中完全正确的是(C、D )。A. VR与Kp成正比；B

9、. 调整流动相的组成能改变VR；C. 某一凝胶只适于分离一定分子量范围的高分子物质；D. 凝胶孔径越大，其分子量排斥极限越大。16在一液液色谱柱上，组分A和B的K分别为10和15，柱的固定相体积为0.5ml，流动相体积为1.5ml，流速为0.5ml/min。求A、B的保留时间和保留体积。（=13min =6.5ml, =18min =9ml）17在一根3m长的色谱柱上分离一个试样的结果如下：死时间为1min，组分1的保留时间为14min，组分2的保留时间为17min，峰宽为1min。(1) 用组分2计算色谱柱的理论塔板数n及塔板高度H；(2) 求调整保留时间及；(3) 用组分2 求有效塔板数n

10、ef及有效塔板高度Hef；(4) 求容量因子k1及k2；(5) 求相对保留值和分离度R。 (n2=4.6103 , H2=0.65mm, =13min，=16min，nef(2)=4.1103 , Hef(2)=0.73mm, k1=13, k2=16, 1.2，R3.0) 18一根分配色谱柱，校正到柱温、柱压下的载气流速为43.75ml/min；由固定液的涂量及固定液在柱温下的密度计算得Vs=14.1ml。分离一个含四组分的试样，测得这些组分的保留时间：苯1.41min、甲苯2.67min、乙苯4.18min，异丙苯5.34min，死时间为0.24min。求：(1) 死体积；(2) 这些组分

11、的调整保留时间；(3) 它们在此柱温下的分配系数（假定检测器及柱头等体积可以忽略）；(4) 相邻两组分的分配系数比a。(1)V0=10.5cm3 , (2)(苯) =1.17min , (甲苯) =2.43min , (乙苯) =3.94min , (异丙苯) =5.10min , (3) K (苯) =3.6，K (甲苯) =7.5 , K (乙苯) =12 , K (异丙苯) =16，(4) (甲苯/苯) =2.1，(乙苯 /甲苯) =1.6, (异丙苯/乙苯) =1.3) 。V0=t0u=0.2443.75ml/min=10.5cm3(苯) =1.410.24=1.17min , (甲苯

12、) =2.670.24=2.43min , (乙苯) =4.180.24=3.94min , (异丙苯) =5.340.24=5.10min19已知KA=2、 KB=0.5， 用式 (1729) 计算进流动相5次 (N=5) 分配平衡后，A、B在各塔板中的百分含量及在流动相与固定液中的百分含量。并说明组分的迁移速度与分配系数的关系。答案：塔板号r012345组分A BA BA BA BA BA B5Xr0.132 0.0040.330 0.0410.329 0.1650.165 0.3290.041 0.3300.004 0.132流动相0.044 0.0030.110 0.0270.110

13、0.1100.055 0.2190.014 0.2200.001 0.088固定液0.088 0.0010.220 0.0140.219 0.0550.110 0.1100.027 0.1100.003 0.04420在一根2m的气相色谱柱上，用He为载气，用甲烷测定死时间，在三种流速下测得结果如下，求算：(1)三种流速下的线速度u1，u2及u3； (2) 三种不同线速度下的n及H； (3) 计算Van Deemter方程中A、B、C三个参数。甲 烷正十八烷tR(s)tR(s)W(s)18.22020.0223.0 8.0 888.0 99.0 5.0 558.0 68.0(u1=11.0cm

14、/s；u2=25.0cm/s；u3=40.0cm/s。n1=1.31103；n2=1.29103；n3=1.08103 ；H1=0.152cm；H2=0.155cm；H3=0.186cm。A=0.0576cm；B=0.703cm2s-1；C=0.00277s。)由u1；u2；u3；H1cm；H2；H3可分别建立三个Van Deemter方程21在一根甲基硅橡胶 (OV-1) 色谱柱上，柱温120。测得一些纯物质的保留时间：甲烷4.9s、正己烷84.9s、正庚烷145.0s、正辛烷250.3s、正壬烷436.9s、苯128.8s、3-正己酮230.5s、正丁酸乙酯248.9s、正己醇413.2s

15、及某正构饱和烷烃50.6s。(1) 求出后5个化合物的保留指数。未知正构饱和烷烃是何物质？ (2) 解释上述五个六碳化合物的保留指数为何不同。(3) 说明应如何正确选择正构烷烃物质对，以减小计算误差。(苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890，未知物是正戊烷)t0为4.9s，求得苯、3-正己酮、正丁酸乙酯，正己醇的调整保留时间，再按分工计算各倾化合物的保留指数，得苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890；根据气液色谱固定液的作用原理，这六级份在(OV-1) 色谱柱上随组分极性依次增大，保留指数依次增大，该未知正构饱和烷烃的保留指数按公式计算为500，可能为正戊烷。22某色谱柱长100cm，流动相流速为0.1cm/s，已知组分A的洗脱时间为40 min，求组分A在流动相中的时间和保留比R=t0/tR为多少。 (16.7min，0.42)流动相流过色谱柱所需的时间即死时间t0，即为组分A在流动相中的停留时间：t0=L/u=100/(0.160)=16.7min组分A的洗脱时间即其保留时间tR保留比R=t0/tR=16.7/40=0.4223某YWG-C18H37 4.6mm25cm柱，以甲醇水（80:20）为流动相，记录纸速为5mm/min，测得苯和萘的tR和W1/2