色谱部分思考题和答案解析

分离科学与技术复习思考题和答案-2-写在前面的话本试题的复习思考题与分离科学与技术上课用的课件相同步，为我认真的看了老师的课件和阅读了相关文献和结合自己的观点后，认真的总结完成了思考题的答案编写，试题仅供复习期末考试用，答案要点均详细，需认真总结回答要点，在考试中，写出要点和适当作扩展即为正确答案，如你在阅读过程中，有任何疑问或者更好的答案，请发送邮件给我，我们再相互讨论，祝我们取得好成绩！色谱部分复习思考题1．色谱过程的差速迁移与分子离散的本质各是什么？引起分子离散的主要原因有哪些？【问题分析】样品在色谱柱内运行的两个基本特征分别是混合物中不同组分分子在柱内的差速迁移和混合物中同种组分分子在色谱体系迁移过程中的分子离散。差速迁移指不同组分通过色谱柱时的移动速度不同，样品注入色谱柱时，由于流动相以一定速度通过固定相，使样品中各组分在两相之间进行连续多次的分配。色谱过程的分子离散指同一化合物分子沿色谱柱迁移中发生分子分布扩展或分子离散。同一组分在色谱柱入口处分布在一个狭窄的区带内，随着分子在色谱柱内的迁移，分布区带不断展宽，同种组分分子的移动速度不同。【参考答案】差速迁移本质：组分与固定相和流动相作用力的差别，在两相中的分配系数的不同。分子离散的本质：色谱过程中随着分子在色谱柱内的迁移，同种组分分子的移动速度不同。造成色谱过程分子离散的原因：1）纵向分子扩撒：布朗运动形成扩撒；2）吸附和解吸：分子吸附和解吸是随机的；3）流动相的移动和扩散：色谱柱内“微流路径”会在速度和方向上频繁地发生变化。2．为什么高效液相色谱（HPLC）的柱外效应比气相色谱（GC）要严重得多，特别是微柱高效液相色谱（UHPLC）？期末考试考研复习备考[e-mail]-3-【问题分析】影响高效液相色谱的柱外效应的因素有：1）样品体积；2）进样阀；3）柱前后连接管线；4）柱头死体积；5）检测池形状和体积；6）电子线路与传感器等其它因素。【参考答案】柱外效应又称柱外展宽，是指色谱柱外的因素所引起的峰展宽，主要包括进样系统、连接管道及检测器中存在的死体积。柱效越高，样品谱带越窄，柱外效应就显得越重要。GC使用直径较大和较长的柱子，则使柱外效应的重要性降低。HPLC的色谱柱比GC的色谱柱短的多（约5~30cm），进样系统是引起柱外效应的的主要因素，进样体积越大，柱外效应越大，UHPLC色谱柱的填料粒度更细、柱径更小、柱长更短，UHPLC需要采用超高压输液泵，故其柱外效应更严重。3．决定开管柱毛细管气相色谱与高效液相色谱的柱内效应的因素有何区别？【问题分析】柱内效应指：影响色谱峰扩展及分离的因素，VanDeemter方程的表观形式为：CuuBAH分子扩散项，由于分子在液体中扩撒系数比色相中小得多，故在HPLC中，此项可以忽略不计。毛细管色谱柱不装填料，阻力小，管径小，气流单途径通过柱子，消除了组分在柱子中的涡流扩散。固定液直径涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。【参考答案】开管GC中无涡流扩散项，柱内效应主要由分子扩散决定，HPLC中分子扩散可以忽略，柱内效应主要由涡流扩散和传质阻力决定。4．某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上分离效果却很差，试分析原因。【参考答案】分离度的计算式为：22114kknR，n是通过保留值来计算的，没有考虑到死时间的影响，实际上tm对峰的影响很大，特别是K′≤3时，扣除死时间算出的neff，有效塔板高度Heff很大，因而实际分离效能很差。此外n大，H小，只能说明柱效高，此外还有柱选择项和柱容量项会影响分离度。5．非线性色谱指的是什么？产生非线性色谱的原因有哪些？非线性色谱的出现对定性和定量分析有何影响？分离科学与技术复习思考题和答案-4-【问题分析】非线性色谱的特点：保留值随样品及浓度的不同而不同，峰形不对称，峰的高度与浓度不是线性关系，峰高增加的速率随浓度的增加而下降。【参考答案】非线性色谱：流动相中的样品浓度Cm与固定相中的样品浓度Cs不存在线性关系的色谱。产生非线性色谱的因素有：样品浓度过高、吸附剂上存在强烈的活性中心、弱吸附中心、移动速率不等。定性依据：主要是每个组分的保留值。保留值随样品及浓度的不同而不同，故为色谱的定性分析带来困难。溶质在色谱分离过程中的行为不仅与自身性质有关，而且与它在两相中的浓度大小及与此浓度相应的吸附等温线的曲率有关。非线性色谱的峰形也不对称，而且随吸附等温线曲率的不同显示出拖尾或伸舌的峰，加之溶质浓度较高，通常超过检测器的动态线性范围，峰高或峰面积与溶质浓度也不存在线性关系，因此也不能用作定量的指标。6．在液相色谱法中，梯度淋洗适用于分离何种试样？【问题分析】梯度淋洗与气相色谱中的程序升温（指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的）类似，程序升温适用样品：组分复杂，沸程宽的样品，其意义：改善分离，缩短分析时间。但是前者连续改变的是流动相的极性、pH或离子强度，而后者改变的温度。程序升温也是改进气相色谱分离的重要手段。【参考答案】在一个分析周期内，按一定程序不断改变流动相的组成或浓度配比，称为梯度淋洗，是改进液相色谱分离的重要手段。适用于分析组分数目多，性质差异较大和分配比变化范围宽的复杂试样。优点：缩短分析时间、提高分离度、改善峰形、提高检测灵敏度；缺点：引起基线漂移和降低重现性。7．请从固定相、流动相、分离机理、组分的保留规律及应用等方面比较正相色谱与反相色谱的异同点。【问题分析】正相色谱法：流动相极性小于固定相极性的色谱法。用于分离溶于有机溶剂的极性及中等极性的分子型物质，用于含有不同官能团物质的分离。反相色谱法：流动相极性大于固定相极性的色谱法。用于分离非极性至中等极性的分子型化合物。在正相色谱中，由于固定相是极性的，所以溶剂极性越强，洗脱能力也越强，即极性强的溶剂是强溶剂。在反相色谱中，由于固定相是非极性的，所以溶剂的强度随溶剂的极性降低而增加，即极性弱的溶剂是强溶剂。【参考答案】表7表7正相色谱和反相色谱的比较期末考试考研复习备考[e-mail]-5-比较项目正相色谱反相色谱固定相极性非极性流动相非极性极性分离机理依靠组分在互不相溶的两相中溶解达到平衡后分配系数的差别进行分离。组分的保留规律溶质分子与固定相或流动相等极性基团产生特异性的极性相互作用，极性相互作用大的保留时间大，反之保留时间小。色谱应用有机溶剂的极性及中等极性的分子型物质，用于含有不同官能团物质的分离。非极性、弱极性、中等极性的中性分子出峰顺序极性物质后出峰非极性物质后出峰8．在色谱中，对硅胶进行键合改性与封端的目的各是什么？【问题分析】硅胶色谱柱填料的优点：1）硅胶具有良好的机械强度；2）硅胶的孔结构和比表面积容易控制；3）硅胶填料具有比较好的化学稳定性和热稳定性；4）硅胶表面具有丰富的硅羟基，可以进行键合修饰。对硅胶微粒表面进行修饰—硅烷化，使得硅胶表面带有不同的功能团，以适应不同的分离想需要，目前在色谱填料中，键合相约占78%（其中C18展反相色谱的72%，硅胶约占10）。封端为键合步骤之后，用小分子硅烷将裸露的硅羟基键合的过程，封端基团在酸性条件下易水解，封端填料也不能在pH小于2的条件下使用。【参考答案】对硅胶进行键合改性的目的：通过化学修饰对硅胶表面进行改性，得到的各种键合相可适用于不同分离模式的需要，提高硅胶基质反相色谱填料的色谱性能。封端：键合步骤之后，用小分子硅烷将裸露的硅羟基键合，以便获得更大的覆盖率。封端可消除或减少可能发生的二级反应，没有封端的反相色谱填料通常比封端的有复杂多样的选择性。如碱性物质在不封端的填料上，容易产生拖尾。9．在HPLC分析中，有时要在流动相中加入适量的盐(碳酸铵、四烷基铵盐)或酸，为什么？【问题分析】在反相HPLC中峰拖尾是一个普遍的现象。特别是分离碱性化合物和通过HPLC分析药物成分时是经常产生拖尾缘由。峰拖尾可以引起分离度降低，灵敏度减弱，精密度和定量变差。峰拖尾的主要原因有：1）溶解样品的溶剂比流动像更强；2）分离科学与技术复习思考题和答案-6-样品量过载；3）固定相中的硅醇基与胺类物质相结合反应；4）硅胶吸附酸性化合物；5）色谱柱柱床中有空隙。【参考答案】其目的均是为了防止峰形拖尾。加入盐类，增加了流动相的离子强，目的是减少待测物与键合相表面的残留硅醇基作用；加入酸是抑制酸类待测物的离解，使其以游离酸在柱内分离，可使硅胶固定相上的硅醇基质子化，减少了溶质与硅醇反应的几率。10．在硅胶柱上，用甲苯为流动相，某组分的保留时间为30min，如果改用四氯化碳或乙醚为流动相，试指出选用哪中溶剂能减少该组分的保留时间？为什么？【参考答案】该体系为正向色谱体系。在该体系中流动相的极性增大，保留值减少。流动相甲苯、四氯化碳及乙醚的溶剂强度参数分别是0.29、0.18、0.38，因此选用溶剂强度参数大于甲苯的乙醚，可缩短该化合物的保留时间。11．在液固吸附色谱中，以硅胶为固定相，对以下四组分进行分离，最后流出色谱柱的可能是哪一个？a.苯酚b.对羟基苯胺c.苯胺d.苯【问题分析】有机化合物的极性按下列顺序增强：饱和烃芳烃有机卤化物硫醚醚硝基化合物酯醛酮胺醇砜亚砜酰胺羧酸。【参考答案】硅胶作为固定相的特点：与极性物质或不饱和化合物形成氢键，物质极性越强，被吸附能力越强，不易洗脱，出峰越晚。苯酚、对羟基苯胺、苯胺、苯中，对羟基苯胺的极性最强，被吸附的能力最强，出峰最晚。12．设计一液相色谱法分离苯二胺异构体（对苯二胺、间苯二胺及邻苯二胺）。包括色谱类型、色谱柱、流动相和出峰顺序等。【参考答案】色谱类型：反相键合色谱法；色谱柱：反相C18柱；流动相：三乙醇胺磷酸缓冲溶液+乙腈；检测器：二极管阵列检测器。对苯二胺、间苯二胺及邻苯二胺的极性大小顺序为：邻间对，故出峰顺序与此相反。此外也可以用液固吸附色谱进行分离：色谱柱：C18柱；流动相：正己烷；出峰顺序同上。13．在抑制型离子色谱中，使用了一根分离柱和一根抑制柱，请问使用抑制柱的目的是什么？对抑制柱的要求有哪些？若要用离子色谱分离阳离子，分离柱和抑制柱应该怎么选择？【参考答案】抑制柱：消除洗脱液本底电导对测定影响；抑制柱的特性为高交换容量树脂。阳离子分析：分离柱为低交换容量强酸型阳离子交换树脂，而抑制柱是交换容期末考试考研复习备考[e-mail]-7-量大的强碱型阴离子交换树脂，洗脱液中高电导的H＋被抑制柱反应生成低电导的水，最后检测的是流出液中的M＋和OH－的电导。阴离子分析：分离柱采用低容量强碱型阴离子交换柱，常用NaHCO3和Na2CO3混合液作流动相，串联在分析柱后面的抑制柱则采用高容量的强酸型阳离子交换柱。14．非抑制型离子色谱法是一种什么样的色谱模型？该方法是如何减少本体电导的干扰？【参考答案】非抑制型离子交换色谱（单柱法）：使用交换容量更低(0.007～0.04mmol/g干树脂)的分离柱，以低浓度、低电离度的有机弱酸及弱酸盐作淋洗液，不需抑制柱的一种离子交换色谱法。消除本体电导干扰的措施：用更低交换容量（交换容量在0.007~0.04mmol/g）的离子交换树脂为固定相,用更低浓度和电导率的洗脱液。15．衡量离子交换剂对离子的亲和能力大小的基本参数是什么？在稀溶液中，离子交换剂对离子的亲和能力有什么规律？【参考答案】衡量离子交换剂对离子的亲和能力大小的基本参数为离子交换选择性系数，对一价离子交换的选择性系数：]][[]][[BAABKBA对多价离子交换的选择性系数：][][]][[nnnnBABAABK1BAK表示离子交换剂对同价的这两个离子无选择性。说明离子交换剂对高价离子的亲和性大于对低价离子的。1BAK表示离子交换剂对B亲和力大于对A的亲和力。离子交换剂对离子亲和能力的一般规律：1）对不同价态的离子，电荷越