第十二章--色谱分析法

第十二章色谱分析法1、简要说明气相色谱法的分离原理答：气相色谱法的分离原理是利用不同物质在固定相和流动相中具有不同的分配系数。当两相作相对移动时，混合物中各组分在两相中反复多次分配，原来微波的分配差异产生了很明显的分离效果，从而依先后顺序流出色谱柱。2、气相色谱仪有哪些主要部件？各有什么作用？答：气相色谱仪的主要部件有：高压气瓶、气化室、恒温箱、色谱柱、检测器。高压气瓶：储存载气；气化室：将液体或固体试样瞬间气化，以保证色谱峰有较小的宽度；恒温箱：严格控制色谱柱的温度；色谱柱：分离试样；检测器：将组分及其浓度变化以不同方式转换成易于测量的电信号。或答：气路系统：是一个载气连续运行的密闭管路系统，通过该系统，可获得纯净、流速稳定的载气。进样系统：包括进样器和气化室。其作用是让液体试样在进入色谱柱前瞬间气，快速而定量地加到色谱柱上端。分离系统：色谱柱是色谱仪的分离系统，试样各组分的分离在色谱柱中进行。温控系统：主要指对色谱柱、气化室、检测器三处的温度控制。检测系统：是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。3、试述热导池检测器及氢火焰电离检测器的工作原理。答：热电池检测器是基于被分离组分与载气的导热系数不同进行检测的。当通过热导池他体的气体组成及浓度发生变化时，引起热敏元件温度的改变，由此产生的电阻值变化通过惠斯登电桥检测，其检测信号大小和组分浓度成正比。氢火焰电离检测器是根据含碳有机物在氢火焰中发生电离的原理检测的。4、根据速率理论方程式，讨论气相色谱操作条件的选择。答：H=A+B/u+Cu操作条件选择：①使用适当细粒度和颗粒均匀的填充物，并尽量填充均匀，紧密，减小涡流扩散；②载气流速u，当u较小时，分析扩散项B/u成为影响H的主要因素，此时应采用相对分子质量较大的载气（N2、Ar）以使组分在气相中有较小的扩散系数，减小组分在气相中停留的时间；当u较大时，传质阻力项Cu成为影响H的主要因素，此时宜用相对分子质量低的载气（H2、He）使组分在气相中有较大的扩散系数，减小气相传质阻力。可由H-u曲线求得Uopt.③适当降低固定液的液膜厚度，增大组分在液相中的扩散系数。5、试述速率理论方程式中A、B/u、Cu三项的物理意义。答：A：涡流扩散项，在填充色谱中，当组分随载气向柱出口迁移时，碰到的填充物颗粒阻碍会不断改变流动方向，使组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动，引起色谱峰变宽。B/u：分子扩散项，是由于色谱柱内沿轴向存在浓度梯度，使组分分子随霸气迁移时自发地产生由高浓度向低浓度的扩散，从而使色谱峰变宽。Cu：传质阻力项：传质阻力项系数C=Cg+CL气相传质阻力：组分在气相与气液界面间进行质量交换所受到的阻力；液相传质阻力：组分从气液两相界面扩散至液相内部达平衡后，又返回两相界面所受到的阻力。6、如何选择气-液色谱固定液？答：（1）非极性组分：选择非极性固定液；（2）中等极性组分：选择中等极性固定液；（3）强极性组分：选择强极性固定液；（4）极性与非极性组分混合物：选择极性固定液。7、色谱定性和定量分析的依据是什么？各有哪些主要定性和定量方法？答：色谱定性依据：保留值主要定性分析方法：（1）利用保留值与已知物对照定性；（2）利用保留值经验规律定性；（3）根据文献保留数据定性。色谱定量依据：被测组分质量与其色谱峰面积成正比。主要定量方法：（1）归一化法；（2）内标法；（3）标准曲线法。8、进行色谱定量分析时，为什么需使用定量校正因子？何种情况下可不使用校正因子？答：（1）因色谱峰面积A与物质性质有关，相同质量的不同物质产生的A不同，故应采用校正因子fi=mi/Ai；又因绝对校正因子fi随色谱测定条件而变，可采用相对校正因子，与基准物质S的校正因子相比：iSSiSiiAmAmfff'（2）采用标准曲线法定量时，可不使用校正因子。9、进行气相色谱分析时，其实验条件如下：柱温125℃，进口压力为130.0kPa，出口压力为100.0kPa，用皂膜流量计于27℃测得柱出口载气流量为29.5mL·min－1，在此温度下的水蒸气分压为2.70kPa，空气的保留时间为0.12min，试样中某组分的保留时间为5.34min。计算：（1）压力校正因子j；（2）校正到柱温柱压下的平均载气流量CF；（3）死体积V0；（4）该组分的保留体积VR；（5）该组分的调整保留体积VR’。解：（1）8647.01)100/0.130(1)100/0.130(231)/(1)/(23323020ppppjii（2）min/8.328647.03003980.10070.20.1005.29000mLjTTpppFFrcwc（3）V0=t0CF=0.12×32.8=3.9mL（4）VR=tRCF=5.34×32.8=175.2mL（5）VR’=tR’CF=(5.34－0.12)×32.8=171.3mL或：VR’=VR－V0=175.2－3.9=171.3mL10、某色谱柱长60.0cm，柱内径0.8cm，载气流量为30mL/min，空气、苯和甲苯的保留时间（min）分别是0.25、1.58和3.43。计算：（1）苯的分配比；（2）柱的流动相Vg和固定相体积VL（假设柱的总体积为Vg+VL）；（3）苯的分配系数；（4）甲苯对苯的相对保留V值。解：（1）32.525.025.058.10'00tttttkRR（2）Vg=t0F0=0.25×30=7.5mLVL=mLVLrVgL6.225.70.60)28.0(14.322（3）由gLVVKk得76.16.225.732.5LgVVkK（4）39.225.058.125.043.3'1'21,2RRtt11、某色谱柱的柱效能相当于104块理论塔板，当所得色谱峰的保留时间为100s、1000s和104s时对峰底宽度（Wb）分别为多少？假设色谱峰均符合正态分布。解：∵理论塔板数222/1)(16)(54.5bRRWtWtn∴ntWRb4又n=104tR/sWb/s10041000401000040012、在一根色谱柱上测得某组分的调整保留时间为1.94min，峰底宽度为9.7s，假设色谱峰呈正态分布，色谱柱的长度为1m，试计算色谱柱的有效理论塔板数及有效理论塔板高度。解：块）(23047.96094.1161622'bReffWtnmmnLeffeff434.023041000H13、在一个柱效能相当于4200块有效理论塔板的色谱柱上，十八烷及2-甲基十七烷的调整保留时间分别为15.05min及14.82min。（1）这两个化合物在此色谱柱上的分离度是多少？（2）如果需要分离度R=1.0，需要多少块有效理论塔板？解：（1）1,21,214rrnReff02.182.1405.15')1(')2(1,2RRttr25.005.1582.1405.15442004')2(')1(')2(RRRefftttnR32.002.1102.144200141,21,2rrnReff为何两式算的结果不同！！！（2）1,21,214rrnReff块））（）（(41616102.102.10.1161162221,21,22rrRneff块））（）（(6760082.1405.1505.150.11616222')1(')2(')2(2RRRefftttRn？？14、在一根3m长的色谱柱上，分析某试样时，得到两个组分的调整保留时间分别为13min及16min，后者的峰底宽度为1min，计算：（1）该色谱柱的有效理论塔板数；（2）两个组分的相对保留值；（3）如欲使两个组分的分离度R=1.5，需要有效理论塔板数为多少？此时应使用多长的色谱柱？解：（1）)(4096116161622)2(')2(块bReffWtn（2）23.11316')1(')2(1,2RRttr（3）1,21,214rrnReff∴块））（）（(1030123.123.15.1161162221,21,22rrRneff又1212LLnn得mLnnL75.03409610301115、对某特定的气相色谱体系，假设范第姆特方程式中的常数A=0.05cm，B=0.50cm2·s－1，C=0.10s，计算其最佳线速度和相应的最小理论塔高度。解：由速率方程：H=A+B/u+Cu得最佳线速率为：124.210.050.0scmCBuopt最小理论塔板数为：cmBCAH50.010.050.0205.02min16、某色谱柱长2m，载气线速度分别为4.0cm·s－1，6.0cm·s－1和8.0cm·s－1时，测得相应的理论塔板数为323，308和253。计算：（1）范第姆特方程式中的A、B、C；（2）最佳线速率；（3）在最佳线速度时，色谱柱的理论塔板数。解：（1）∵nLHL=2mn323308253H/cm0.620.650.79又H=A+B/u+Cu于是有：0.80.8/79.00.60.6/65.00.40.4/62.0CBACBACBA解之得：A=－0.54cm，B=2.64cm2·s－1，C=0.125s（2）160.4125.064.2scmCBuopt（3）cmBCAH61.0125.064.2254.02min块）(32861.0200HLn17、化合物A与正二十四烷及正二十五烷相混合注入色谱柱进行试验，测得的调整保留时间为：A10.20min；n-C24H509.81min；n-C25H5211.56min。计算化合物A的保留指数（IA）。解：2424)81.9lg56.11lg81.9lg20.10lg24(100)lglglglg(100')24(')25(')24(')(RRRARAttttnI18、对只含有乙醇、正庚烷、苯和乙酸乙酯的某化合物进行色谱分析，其测定数据如下：化合物乙醇正庚烷苯乙酸乙酯Ai/cm25.09.04.07.0fi0.640.700.780.79计算各组分的质量分数。解：1.1079.00.778.00.470.00.964.00.5iifAiiiiifAfAW于是得各组分的质量分数分别为：乙醇：34.71%；正庚烷：34.71%；苯：17.19%；乙酸乙酯：30.47%19、用甲醇作内标，称取0.0573g甲醇和5.869g环氧丙烷试样，混合后进行色谱分析，测得甲醇和水的峰面积分别为164mm2和186mm2，校正因子分别为0.59和0.56，计算环氧丙烷中水的质量分数。解：由ssiisiAfAfmm''得：gmAfAfmsssii0617.00573.016459.018656.0''水环氧丙烷中水的质量分数为：%05.1%1000617.0869.50617.0%100水环水水mmm20、用色谱法测定花生中农药（稳杀特）的残留量。称取5.00g试样，经适当处理后，用石油醚萃取其中的稳杀特，提取液稀释到500mL。用该试液5μL进行色谱分析，测得稳杀特峰面积为48.6mm2，同样进5μL线稳杀特标样，其质量浓度为5.0×10－5ng·μL－1，测得色谱峰面积为56.8mm2。计算花生中稳杀特的残留量，以5.0×10－5ng·g－1表示之。解：设试液中稳杀特的浓度为cxng·μL－1由mi=fi’Ai得：cx×5=fi’×48.6（1）5.0×10－5×5=fi’×56.8（2）解（1）（2）得：cx=4.3×10－5ng·μL－11353.400.510500103.4gng