仪器分析第二版(刘志广)部分课后答案

仪器分析第二版(刘志广)部分课后答案1.简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论塔板理论是由以下四个假设构成的：1、在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。2、流动相（如载气）进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。3、所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。4、分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。速率理论：是由荷兰学者范弟姆特等提出的。结合塔板理论的概念，把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出的塔板高度H与载气线速度u的关系：CuuBAH其中：A称为涡流扩散项，B为分子扩散项，C为传质阻力项涡流扩散项A气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。由于A=2λdp，表明A与填充物的平均颗粒直径dp的大小和填充的不均匀性λ有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。分子扩散项B/u由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后(纵向)存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而B=2rDgr是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数(弯曲因子)，Dg为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与Dg的大小成正比，而Dg与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分，其Dg小,反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的载气(如氮气)，可使B项降低，Dg随柱温增高而增加，但反比于柱压。弯曲因子r为与填充物有关的因素。传质项系数CuC包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数C1两项。所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。2.色谱法区别于其他分析方法的主要特点是什么？色谱法是以其高超的分离能力为特点，他的分离效率远远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。色谱法有许多优点：⑴分离效率高；⑵应用范围广；⑶分析速度快；⑷样品用量少；⑸灵敏度高；⑹分离和测定一次完成，可以和多种波谱分析仪器联用。3.根据速率理论，提高色谱柱效的途径有哪些？范氏方程式对于分离条件的选择具有指导意义，填充均匀程度，固定相（担体）粒度，载气种类，载气流速、柱温、固定相液膜厚度等因素对色谱柱效能，峰扩张程度都有影响。组分在色谱柱内运行的多路径及浓度梯度造成的分子扩散和组分在气、液两相间的质量传递不能瞬间达到平衡，是造成色谱扩张、柱效能下降的主要原因。4.色谱分离过程中的热力学和动力学因素分别由哪两个参数表现出来？两个色谱峰的保留时间较大就一定能够分离完全吗？色谱分离过程中的热力学因数是是保留值之差，而区域宽度是色谱分离过程中的动力学因数，他们分别是通过分离度和分配系数这两个参数表现出来的。不一定能分离完全，判断两个峰能否分离完全是用分离度来表现的，当分离度R=1.5时，分离程度达到99.7%，为相邻两峰完全分离的标准。5.某气相色谱柱的范第姆特方程式中的常数如下：A=0.01cm，B=0.57cm2·s－1，C=0.13s。计算最小塔板高度和最佳线速度。答：H=A+B/u+Cu,H≥A+2(BC)1/2，其中，B/u=Cu时，等式成立。代入参数。H=0.55cm；u=2.09cm/s。6.某物质色谱峰的保留时间为65秒，半峰宽为5.5秒。若柱长为3米，则该柱子的理论塔板数多少？答：n=5.54(tR/Y1/2)2，代入各数据，得n=7747.某试样中，难分离物质对的保留时间分别为40秒和45秒，填充柱的塔板高度近似为1毫米。假设两者的峰底宽度相等。若要完全分离（R=1.5），柱长应为多少？答：L=16R2[r21/(r21-1)]2H有效，r21=45/40，R=1.5,H有效=1mm,则L=2916mm8.气液色谱柱长2米。当载气流量为15mL/min时，相应的理论塔板数为2450块。而当载气流量为40mL/min时，相应的理论塔板数为2200块。试计算最佳载气流速是多少？在最佳载气流速时色谱柱的理论塔板数是多少（A=0）？答：气相色谱下，H=L/n=A+B/u+Cu=B/u+Cu，最佳载气流速为u=(B/C)1/2,得200/2450=B’/15+15C’200/2200=B’/40+40C’,这里，V=60Au，B’=60AB,C’=C/60A,A为柱截面积，V为流量解得，B’=0.836,C’=1.75x10-3,60Au=(B’/C’)1/2=V。因此，V=22mL/min；H=0.0765cm→n=2614.9.气相色谱仪的核心部件是什么？色谱柱是气相色谱仪的核心部件。多组分样品能否完全分离，主要决定于色谱柱的效能和选择性，色谱柱又可分为填充柱和空心毛细管柱。毛细管柱一般内径为0.1～0.5mm，长30～300m，空心管壁涂有固定液，主要用于复杂混合物的分析。其分离效能高，但柱容量较低。10.气相色谱仪的检测类型有哪几种？各有什么特点？各适合哪类物质的分析？气相色谱检测器按其原理不同可分为浓度型和质量型两大类：浓度型检测器的响应信号由进入检测器的组分浓度所决定，如热导池、电子捕获检测器等；而质量型检测器的响应信号则上单位时间内进入检测器的组分质量所决定，如氢焰、火焰光