仪器分析之气相色谱法试题及答案

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.在气相色谱中，决定两组分能否被分离的关键参数是A.载气流速  B.柱温  C.分配系数差  D.进样量答案：C解析：分离的前提是组分在固定相与流动相之间的分配系数差异，差异越大，保留时间差距越大，峰间距越宽。2.下列哪种检测器对含硫化合物具有选择性响应？A.TCD  B.FID  C.ECD  D.FPD答案：D解析：火焰光度检测器（FPD）通过硫分子在富氢火焰中生成S₂激发态，发射394nm特征光，实现高选择性。解析：火焰光度检测器（FPD）通过硫分子在富氢火焰中生成S₂激发态，发射394nm特征光，实现高选择性。3.当载气线速度u=20cms⁻¹，理论塔板高度H=0.60mm，则柱效n为A.1.7×10³  B.3.3×10³  C.5.0×10³  D.6.7×10³答案：C解析：n=L/H，设柱长L=30m=30000mm，n=30000/0.60=5.0×10⁴，选项C数量级最接近。4.程序升温中，初始温度过低可能导致A.峰展宽  B.峰前伸  C.分裂峰  D.峰拖尾答案：B解析：低温下高沸点组分在柱头过度冷凝，形成“冷聚焦”，当温度升高时突然汽化，出现前伸峰。5.对于毛细管柱，减小内径的主要优点是A.提高柱容量  B.降低柱压  C.提高柱效  D.提高检测限答案：C解析：内径↓，径向扩散路径↓，C项减小，H减小，n增大。6.在FID中，当样品不含烃基时，信号极低，说明检测器响应机理主要依赖A.电离能  B.化学发光  C.热导差异  D.电子捕获答案：A解析：FID通过有机物在火焰中电离产生碳正离子，离子流被收集形成信号。7.下列哪项操作不能改善峰对称性？A.升高汽化室温度  B.减小进样量  C.增加固定液膜厚  D.降低载气纯度答案：D解析：载气纯度降低会引入活性位点，导致拖尾，而非改善对称。8.使用内标法定量时，选择内标物不需考虑A.与待测物响应因子接近  B.保留时间接近  C.化学结构相似  D.与样品互溶答案：C解析：结构不必相似，但保留、响应、稳定性需匹配。9.若某组分峰底宽W=6s，保留时间t_R=180s，则理论塔板数n为A.1.0×10⁴  B.2.3×10⁴  C.4.0×10⁴  D.5.8×10⁴答案：B解析：n=16(t_R/W)²=16×(180/6)²=16×900=1.44×10⁴，最接近B。10.在恒压模式下，随着柱温升高，载气线速度将A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：A解析：温度↑，气体黏度↑，恒压下流量↑，线速度↑。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.导致FID基线噪声增大的原因有A.氢气流量不稳  B.柱流失  C.放大器漂移  D.进样垫碎屑答案：ABCD解析：氢气波动直接改变火焰背景；柱流失带入固定相碎片；放大器漂移产生电噪声；垫片碎屑燃烧产生颗粒。12.关于范氏方程H=A+B/u+Cu，下列说法正确的是A.A与柱填充均匀性有关  B.B与纵向扩散有关  C.C与传质阻力有关  D.减小u可无限降低H答案：ABC解析：u过小则B/u项占主导，H反而增大，D错误。13.下列措施可提高ECD对多氯联苯的灵敏度A.降低载气中氧含量  B.减小池体积  C.升高池温度  D.使用氮气掺杂5%甲烷答案：ABD解析：氧会捕获电子降低信号；小池体积减少稀释；甲烷掺杂提高电子密度；升温虽提高电子能量，但可能降低捕获截面，C不选。14.关于顶空进样，正确的是A.适用于高沸点固体直接分析  B.可避免基质效应  C.需控制气液平衡温度  D.分配系数K越小，灵敏度越高答案：BCD解析：高沸点固体需先溶解或衍生，A错误；K小意味着更多挥发到气相，信号大。15.使用保留指数定性时，需满足A.同系物线性碳数规律  C.恒温条件  D.极性柱与非极性柱结果一致答案：ABC解析：保留指数基于同系物线性回归，需恒温；不同极性柱I值不同，D错误。三、判断题（每题1分，共10分）16.毛细管柱的相比β越大，则柱容量越大。 ×解析：β=r/2d_f，β大则液膜薄，容量小。17.FID对甲酸响应高于对甲烷响应。 ×解析：甲酸含氧，碳数有效比例低，响应低于甲烷。18.程序升温时，高沸点组分峰宽主要受升温速率支配。 √解析：升温速率决定后期迁移速度，直接影响峰宽。19.使用氦气作载气时，最佳线速度高于氮气。 √解析：氦扩散系数高，B项小，最佳u右移。20.内标法可消除进样量波动带来的误差。 √21.保留时间锁定技术（RTL）可在不同仪器间复制色谱条件。 √22.柱温每升高10℃，保留时间约减半。 ×解析：仅对近似理想溶液且ΔH≈常数时粗略成立，非普遍规律。23.TCD检测器属于质量型检测器。 ×解析：TCD为浓度型，FID为质量型。24.固定液极性越强，对非极性组分保留越弱。 √解析：“相似相溶”，非极性组分在极性固定相中溶解度低。25.使用分流进样时，分流比越大，歧视效应越小。 ×解析：高分流比加剧轻组分损失，歧视增大。四、填空题（每空1分，共15分）26.气相色谱中，分离度R_s=2(t_{R2}-t_{R1})/(W_1+W_2)，当R_s=______时，峰面积重叠<1%。答案：1.527.若某柱在u=25cms⁻¹时H=0.50mm，则最小理论塔板高度H_min=______mm（已知A=0.30mm，B=15cm²s⁻¹，C=0.012s）。答案：0.38解析：H_min=A+2√(BC)=0.30+2√(15×0.012)=0.30+2×0.424=0.30+0.848≈0.38mm。28.在FID中，燃气H₂与助燃气空气最佳体积比约为______。答案：1:1029.使用ECD时，载气必须脱氧至______ppm以下，否则基线漂移。答案：130.毛细管柱WCOT的含义是______。答案：Wall-coatedopen-tubular31.某组分在HP-5柱上t_R=10.00min，t_M=1.00min，则容量因子k=______。答案：9.0032.根据拉乌尔定律，理想溶液中活度系数γ=______。答案：133.当固定液用量增加一倍，相比β将变为原来的______倍。答案：0.534.使用分流进样时，若总流量120mLmin⁻¹，柱流量1.2mLmin⁻¹，则分流比=______。答案：99:135.在程序升温中，升温速率β的单位是______。答案：℃min⁻¹五、简答题（每题6分，共18分）36.简述程序升温与恒温操作各自的适用场景，并给出选择原则。答案：恒温适用于沸程窄（<30℃）样品，操作简单，重现性好；程序升温适用于沸程宽样品，可缩短分析时间、改善峰形、提高灵敏度。选择原则：若样品组分k值范围>10，优先程序升温；若需高通量常规质控，且样品简单，可选恒温。37.说明为什么毛细管柱需要“交联”固定相，并给出交联度评价方法。答案：交联使固定液形成三维网络，耐高温、抗冲洗、减少柱流失。评价方法：取柱温上限+20℃，恒温2h，收集流失物用FID测定基线漂移，漂移<1pA视为合格；或测定固定相凝胶含量，交联度=(不溶物质量/原始质量)×100%，>90%为高交联。38.列举三种降低FID检测限的措施，并说明机理。答案：1.优化氢空比至化学计量比附近，提高电离效率；2.使用高纯载气（99.999%）减少背景离子；3.降低放大器噪声（选用低噪声FET、屏蔽电缆），提高信噪比。六、计算题（共32分）39.（10分）某混合物含苯、甲苯、乙苯，用内标法测定。称取样品1.2050g，加入内标物氯苯0.1012g，稀释至25.00mL。进样1.0μL，得峰面积：苯1584μV·s，甲苯2015μV·s，乙苯1233μV·s，氯苯1950μV·s。已知相对响应因子（对氯苯）：苯1.08，甲苯0.96，乙苯0.90。求各组分质量分数。答案：苯：m_benzene=0.1012×(1584/1950)×1.08=0.0889gw_benzene=0.0889/1.2050×100%=7.38%甲苯：m_tol=0.1012×(2015/1950)×0.96=0.1004gw_tol=8.33%乙苯：m_eth=0.1012×(1233/1950)×0.90=0.0576gw_eth=4.78%40.（10分）一根30m×0.25mm×0.25μm的HP-5柱，载气He，u=30cms⁻¹，柱温120℃。测得甲烷t_M=1.05min，某农药At_R=15.50min，峰宽W=5.2s。求：（1）理论塔板数n；（2）有效塔板数N_eff；（3）若要求R_s=1.5，与相邻峰W_b=5.8s，求两峰保留时间差Δt_R。答案：（1）n=16(t_R/W)²=16×(15.50×60/5.2)²=16×(930/5.2)²=16×3.20×10⁴=5.12×10⁵（2）k=(15.50-1.05)/1.05=13.76，N_eff=n×(k/(1+k))²=5.12×10⁵×(13.76/14.76)²=4.46×10⁵（3）R_s=2Δt_R/(W_a+W_b)⇒Δt_R=R_s×(W_a+W_b)/2=1.5×(5.2+5.8)/2=8.25s41.（12分）用外标法测定空气中氯乙烯。标准系列浓度（μgmL⁻¹）0.20、0.50、1.00、2.00，对应峰面积120、298、605、1210μV·s。取10.0L空气通过活性炭管，热解吸至1.00mL，进样1.0μL，得峰面积450μV·s。采样时气温25℃，气压101.3kPa。（1）建立回归方程并给出相关系数r；（2）计算解吸液浓度C_l；（3）求空气中氯乙烯质量浓度（mgm⁻³）；（4）换算为标准状态下体积浓度（ppm）。答案：（1）线性回归：y=605x-1.2，r=0.9998（2）C_l=450+1.2/605=0.746μgmL⁻¹（3）m=C_l×V_l=0.746μg，体积V=10.0L，ρ=0.746μg/10.0L=0.0746mgm⁻³（4）标准状态Vm=24.45Lmol⁻¹，M=62.5gmol⁻¹，ppm=ρ×24.45/M=0.0746×24.45/62.5=0.029ppm七、综合设计题（10分）42.某药厂需建立原料药中残留溶剂苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的GC限度检查方法，限度分别为2ppm、50ppm、10ppm。样品水溶性高，沸点高，易吸潮。请给出完整实验方案，包括：前处理、色谱条件、检测器选择、定量方法、方法验证要点。答案：前处理：称取1.0g样品，置顶空瓶，加3mL水，加1gNaCl促气液分配，密封。顶空平衡80℃，45min，加压进样1.0mL。色谱条件：DB-62460m×0.32mm×1.8μm；程序升温40℃(5min