(2025年)仪器分析之气相色谱法试题及答案

(2025年)仪器分析之气相色谱法试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.气相色谱中，分配系数K与下列哪项参数无关？A.固定相性质B.流动相性质C.柱温D.进样量2.某样品中含有强电负性物质（如含氯农药），最适宜选择的检测器是？A.火焰离子化检测器（FID）B.热导检测器（TCD）C.电子捕获检测器（ECD）D.火焰光度检测器（FPD）3.气相色谱中，载气的选择主要影响？A.分离度与检测器灵敏度B.柱温稳定性C.进样口衬管寿命D.色谱柱固定相流失速率4.毛细管柱与填充柱相比，最显著的优势是？A.柱容量大B.柱效高C.操作温度范围宽D.对载气纯度要求低5.分离度R的计算公式中，不包含以下哪个参数？A.相邻两峰的保留时间差B.两峰的峰底宽度C.理论塔板数D.死时间6.程序升温色谱法适用于分析？A.沸点相近的同系物B.宽沸程多组分混合物C.热不稳定样品D.高沸点单一组分7.内标法中，内标物的选择不需要满足的条件是？A.与样品中各组分互溶B.与待测物保留时间完全相同C.化学性质稳定D.样品中不含内标物8.气相色谱中，若色谱峰出现严重拖尾，最可能的原因是？A.载气流速过高B.柱温过低C.固定相活性位点未完全覆盖D.检测器灵敏度不足9.下列哪种载气更适合用于快速气相色谱分析（短时间内完成分离）？A.氮气（N₂）B.氦气（He）C.氩气（Ar）D.二氧化碳（CO₂）10.评价色谱柱柱效的指标是？A.保留指数B.理论塔板数C.分离度D.容量因子二、填空题（每空1分，共20分）1.气相色谱的流动相为______，固定相可为______或______。2.检测器的灵敏度S定义为______与______的比值，单位为______（以FID为例）。3.范第姆特方程表达式为______，其中A项代表______，B/u项代表______，Cu项代表______。4.定性分析的主要依据是______，常用方法包括______、______和______。5.定量分析中，外标法的关键是______，内标法的优势是______。6.色谱峰的区域宽度通常用______或______表示，其越小说明______越高。7.毛细管柱的固定相常通过______方式涂覆在柱内壁，常用的固定相类型有______（举1例）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述火焰离子化检测器（FID）的工作原理及适用范围。2.比较程序升温色谱与恒温色谱的优缺点，说明各自的适用场景。3.从动力学角度分析影响气相色谱柱效的主要因素，并结合范第姆特方程解释。4.内标法与外标法在定量分析中的差异是什么？分别列举其适用条件。5.某实验室使用极性毛细管柱（固定相为聚乙二醇）分析混合样品时，发现苯（非极性）与甲醇（极性）的出峰顺序为苯先出峰，甲醇后出峰。请解释原因，并说明若更换为非极性柱（固定相为二甲基聚硅氧烷），出峰顺序可能如何变化。四、综合题（20分）某企业需检测废水中的三氯甲烷（CHCl₃）和四氯化碳（CCl₄）含量，采用气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）法。已知：-色谱柱：HP-5（5%苯基-95%二甲基聚硅氧烷，非极性，30m×0.32mm×0.25μm）-载气：氮气（纯度99.999%，流速1.2mL/min）-柱温：初始40℃（保持2min），以10℃/min升至80℃（保持1min）-进样方式：分流进样（分流比20:1），进样量1μL-标准溶液：三氯甲烷（10μg/mL）、四氯化碳（5μg/mL）的甲醇溶液实验中获得以下数据：-三氯甲烷保留时间tR1=3.2min，峰面积A1=1200μV·s-四氯化碳保留时间tR2=4.5min，峰面积A2=800μV·s-死时间t0=1.0min（1）计算三氯甲烷的容量因子k1和理论塔板数n1（假设峰底宽度W1=0.2min）。（2）若实际样品中三氯甲烷的峰面积为1800μV·s，四氯化碳的峰面积为1000μV·s，采用外标法计算样品中两种物质的浓度（假设线性关系良好，忽略回收率影响）。（3）实验中发现四氯化碳的色谱峰出现前延（前沿陡峭，后沿平缓），可能的原因是什么？提出2种解决措施。答案：一、单项选择题1.D2.C3.A4.B5.D6.B7.B8.C9.B10.B二、填空题1.载气（或惰性气体）；固体吸附剂；液体固定液（或固定液）2.检测器响应信号；被测物质的质量（或浓度）；mV·s/g（或C/g）3.H=A+B/u+Cu；涡流扩散项；分子扩散项；传质阻力项4.保留值（或保留时间）；保留时间对照法；保留指数法；标准加入法5.进样量的准确性；消除进样量、仪器稳定性等误差6.峰底宽度（Wb）；半高峰宽（Wh/2）；柱效（或分离效率）7.化学键合（或涂渍）；聚乙二醇（或二甲基聚硅氧烷等）三、简答题1.工作原理：样品在氢火焰中燃烧，含碳有机物电离产生正离子和电子，在电场作用下形成微电流，经放大后输出信号。适用范围：几乎所有含碳有机物（尤其是烃类），对永久性气体、水、CO₂等无响应或响应低。2.程序升温色谱：优点是可同时分离宽沸程样品（低沸点组分不重叠，高沸点组分快速出峰），缩短分析时间；缺点是仪器需配备程序升温装置，基线可能漂移。适用场景：石油馏分、环境污染物等宽沸程多组分样品。恒温色谱：优点是操作简单，基线稳定；缺点是对宽沸程样品分离效果差（低沸点峰拥挤，高沸点峰展宽）。适用场景：窄沸程样品（如同系物或沸点相近的混合物）。3.范第姆特方程H=A+B/u+Cu中，A为涡流扩散项，与固定相颗粒大小、均匀性及填充密度有关（颗粒越细、越均匀，A越小）；B/u为分子扩散项，与载气摩尔质量（摩尔质量越大，扩散系数越小）、柱温（温度越高，扩散越剧烈）及载气流速（流速越低，分子扩散时间越长）有关；Cu为传质阻力项，包括气相传质阻力（与固定相厚度、载气流速成正比）和液相传质阻力（与固定液膜厚度平方成正比，与柱温成反比）。降低A、B、C项可提高柱效，需优化载气流速（最佳流速uopt=√(B/C)）、选择合适固定相（细颗粒、薄液膜）及控制柱温。4.差异：内标法通过加入已知量内标物，利用待测物与内标物峰面积比定量，可消除进样量、仪器波动等误差；外标法直接用待测物标准溶液的峰面积与样品峰面积比较定量，依赖进样准确性。适用条件：内标法适用于进样量不易控制、样品基体复杂的情况（需找到合适内标物）；外标法适用于进样量准确（如自动进样）、样品基体简单、待测物浓度范围较窄的情况。5.原因为极性柱中，固定相（聚乙二醇）为极性，甲醇（极性）与固定相作用力强（氢键、偶极-偶极作用），保留时间长；苯（非极性）与固定相作用力弱，先出峰。更换为非极性柱（二甲基聚硅氧烷）后，固定相为弱极性，样品与固定相的作用力主要由色散力决定，沸点越高、分子越大，保留越强。甲醇沸点（64.7℃）低于苯（80.1℃），因此苯的保留时间会更长，出峰顺序可能变为甲醇先出峰，苯后出峰。四、综合题（1）容量因子k1=(tR1-t0)/t0=(3.2-1.0)/1.0=2.2；理论塔板数n1=16×(tR1/W1)²=16×(3.2/0.2)²=16×256=4096。（2）外标法公式：样品浓度=（样品峰面积/标准峰面积）×标准浓度。三氯甲烷浓度=(1800/1200)×10μg/