武汉大学《分析化学》(第5版)(下册)课后习题(高效液相色谱法) 【圣才出品】

第20章　高效液相色谱法
20-1 试与气相色谱、经典液相柱色谱比较说明高效液相色谱有哪些基本特点，其色谱性能和应用范围有何异同？
答：（1）与气相色谱、经典液相柱色谱相比，高效液相色谱法有以下基本特点：
①高压。

流动相为液体，流经色谱柱时，受到的阻力较大，为了能迅速通过色谱柱，必须对载液加高压。

②高速。

分析速度快、载液流速快，较经典液体色谱法速度快得多，通常分析一个样品在15～30分钟，有些样品甚至在5分钟内即可完成，一般小于1小时。

③高效。

分离效能高。

可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果，比工业精馏塔和气相色谱的分离效能高出许多倍。

④高灵敏度。

紫外检测器可达0.01ng，进样量在μL数量级。

⑤应用范围广。

百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析，特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析。

（2）与气相色谱、经典液相柱色谱相比，高效液相色谱性能及应用范围的异同之处如下：
①液相色谱通过改变流动相提高分离选择性，而气相是通过改变固定相来提高分离选择性；
②高效液相色谱在高压下操作，而经典液相色谱在常压或低压下操作，气相色谱的操作也是在低压下操作，因此高效液相色谱的成本高于气相色谱与经典液相色谱；
③气相色谱法在应用上范围较窄，限于气体和沸点较低的化合物，仅占有机物的20%；
④高效液相色谱法，只要求试样能制成溶液，而不需要气化，因此不受试样挥发性的限制，对于高沸点、热稳定性差、相对分子量大（大于400以上）的有机物（这些物质几乎占有机物总数的75%～80%）原则上都可应用高效液相色谱法来进行分离、分析。

20-2 高效液相色谱仪有哪几个主要组成部分？它与气相色谱仪有何异同之处？
答：（1）高效液相色谱仪的组成
高效液相色谱仪由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几个主要部分组成。

（2）与气相色谱仪相比，异同之处如下：
①相同点。

两者均有进样系统、色谱柱、检测器和数据处理与计算机系统。

②不同点。

高效液相谱仪有高压泵系统和流动相储液器、溶剂处理系统，而气相色谱仪有气路系统。

20-3 试说明高效液相色谱常用检测器类型、基本原理，比较其检测灵敏度和适用范围。

答：高效液相色谱检测器类型总体上分为两种，一是溶质性质检测器，对被分离组成的物理或化学特性有响应；二是总体检测器，对试样和流动相总的物理或化学性质有响应。

常用的检测器类型、基本原理、检测灵敏度和适用范围如下：
（1）紫外吸收检测器：其作用原理是基于被分析试样组分对特定波长紫外光的选择性吸收，组分浓度与吸光度的关系遵守比尔定律。

应用最广，对大部分有机化合物有响应，用于测定具有紫外吸收的组分，适用于梯度淋洗。

（2）光二极管阵列检测器：其作用原理是光源发出的复合光聚焦后照射到流通池上，
测。

光二极管阵列检测器获得全部紫外波长的色谱检测信号，可提供组分的定性信息。

（3）荧光检测器：其作用原理是利用化合物具有光致发光性质，受紫外光激发，能发射比激发波长更长的荧光对组分进行检测，此种检测器灵敏度高于紫外吸收检测器，特别适用于痕量组分测定，其线性范围宽，可用于梯度淋洗。

（4）示差折光检测器：其作用原理是基于溶质随流动相洗出形成的溶液与流动相折射率差异，其差值大小反映流动相中溶质浓度。

灵敏度一般低于紫外检测器，检测器需要恒温，不适合梯度淋洗。

（5）蒸发光散射检测器：其作用原理是色谱柱洗出液进入雾化器，在氮或空气流作用下转化成烟雾，然后通过控温的漂移管，溶剂被蒸发，分析溶质形成细小的尘粒通过一个激光束，发生光散射，在与气流成90°的方向以光二极管检测散射光，产生光电流被放大、储存、显示。

是一种对所有物质均有响应的通用型检测器，其灵敏度高于示差折光检测器，适用于梯度淋洗。

（6）电化学检测器：其作用原理是根据物质在某些介质中电离后所产生电导变化来测定电离物质含量，适用于测定具有电化学氧化还原性质及电导的化合物，检测器灵敏度高。

20-4 何谓正相色谱和反相色谱？色谱固定相、流动相极性变化对不同极性溶质保留行为有何影响？
答：（1）根据固定相和流动相极性的相对大小可分为正相色谱和反相色谱，其含义如下：
①正相色谱。

固定相为极性，流动相为非极性的物质，固定相极性大于流动相极性。

（2）色谱固定相、流动相极性变化对不同极性溶质保留行为的影响为：在正相色谱中，极性较低的组分最先出柱，流动相极性增加，溶质洗出时间减少；在反相色谱中，极性较强的组分最先出柱，流动相极性增加，溶质洗出时间增加。

20-5 试预测下面两组溶质在正相和反相色谱的洗出顺序：（1）正己烷、正己醇、苯；（2）乙酸乙酯、乙醚、硝基丁烷。

答：正相色谱系统极性小的组分先流出，反相色谱极性大的组分先流出，故预测上述两组溶质在正相和反相色谱的洗出顺序如下：
（1）正相色谱中的洗出顺序为：正己烷、苯、正己醇。

（2）反相色谱中的洗出顺序为：乙醚、乙酸乙酯、硝基丁烷。

20-6 用作液相色谱流动相的溶剂有哪些基本要求？评价常用溶剂色谱性能有哪些主要特性参数？
答：（1）用作液相色谱流动相的溶剂的基本要求有：
①化学惰性，不与固定相和被分离组分发生化学反应，保证柱的稳定性和分离的重现性。

②合适的物理性质，包括沸点较低，以便于分离组分和溶剂回收；低黏度，利于提高传质速率和分离速度、降低柱前压；弱或无紫外吸收等，以降低紫外吸收检测器本底响应；提高检测灵敏度；对试样具有适当溶解能力等；
③溶剂清洗和更换方便，毒性小、纯度高、价廉等，便于操作和安全。

（2）评价常用溶剂色谱性能的主要特性参数有：
②溶解度参数；
δ③极性参数。

P '20-7 在氧化铝吸附色谱中以苯/丙酮为二元流动相进行梯度淋洗，其操作是增加或降低苯在流动相中比例，为什么？
答：其操作的原因为：在同一个分析周期中，按一定程序不断改变流动相的浓度配比，称为梯度洗脱。

在氧化铝吸附剂上，丙酮的为0.56，苯的为0.32，两者相差不大，*ε*ε但丙酮的挥发性和毒性比苯大，因此在进行梯度淋洗时，其操作是增加或降低苯在流动相的比例。

20-8 在某正相色谱体系中，当流动相为50%氯仿和50%正己烷（体积分数）时溶质保留29.1min ，死时间为1.05min ，试计算（1）溶质k 值；（2）欲调节k 为10左右，应如何改变溶剂组成？
解：（1）根据题意，由k 的定义可得：。

29.1 1.0526.711.05
R M t k t '-===（2）由流动相为50%氯仿和50%正己烷可得
＝0.5×4.1＋0.5×0.1＝2.1
1P '＝26.71，当＝10时，有
1k 2k ()21
/221/10P P k k ''-=2 2.958
P '=设氯仿体积分数为x ，则。

()2 4.10.11 2.958,71%P x x x '=+⨯-=≈因此氯仿的体积分数为71%，正己烷为29%。

20-9 在某反相色谱体系中，初始流动相含30%甲醇和70%水（体积分数），最后溶质峰保留时间为31.3min ，其死时间为0.48min ，试计算初始条件下溶质k 和欲获得
R t M t 溶质k 为5左右，应如何改变溶剂组成？
解：（1）根据题意，由k 的定义可得：，即初始溶质k 为64。

31.30.48640.48k -=
=（2）当k 降为5时，由于又，则()21/221/10
,P P k k ''-=21
5,64k k ==＝0.3×5.1＋0.7×10.2＝8.67
1P '2 6.46P '=设甲醇的体积分数为x ，则
()2 5.110.21 6.46
P x x '=+-=x ＝0.73
因此，当k 降为5时，甲醇的体积分数为73%，水为27%。

20-10
液固色谱有哪些主要色谱柱填料？试说明其保留机理和影响分离选择性和保
留的因素。

答：（1）液固色谱的主要色谱柱填料有：多孔微粒硅胶、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁、复合氧化物、分子筛、活性炭和石墨化炭黑、高交联度苯乙烯-乙烯苯聚合物多孔微球等。

（2）其保留机理为：，分别代表在流动相中和m s s m X nM X nM −−−→++←−−−吸附
解吸m s X X 、吸附剂表面被吸附的溶质分子，代表流动相中和吸附剂上吸附的流动相分子，n
m s M M 、表示被溶质分子取代的流动相溶剂分子数。

（3）影响分离选择性和保留的因素是：吸附剂的物理化学和表面性质、溶质分子结。