第15章气相色谱法
仪器分析课后习题与思考题答案
课后部分练习答案第3章紫外-可见分光光度法Ui-visP50分子光谱如何产生与原子光谱的主要区别它的产生可以看做是分子对紫外-可见光光子选择性俘获的过程，本质上是分子内电子跃迁的结果。
区别：分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱；原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。
说明有机化合物紫外光谱产生的原因，其电子跃迁有那几种类型吸收带有那几种类型有机化合物的紫外-可见光谱决定于分子的结构和分子轨道上电子的性质。
有机化合物分子的特征吸收波长（λmax）决定于分子的激发态与基态之间的能量差跃迁类型与吸收带σ→σ* 发生在远紫外区，小于200nmn →σ* 吸收峰有的在200nm附近，大多仍出现在小于200nm 区域π→π* 一般在200nm左右，发生在任何具有不饱和键的有机化合物分子n →π* 一般在近紫外区，发生在含有杂原子双键的不饱和有机化合物中。
在分光光度法中，为什么尽可能选择最大吸收波长为测量波长因为在实际用于测量的是一小段波长范围的复合光，由于吸光物质对不同波长的光的吸收能力不同，就导致了对Beer定律的负偏离。
吸光系数变化越大，偏离就越明显。
而最大吸收波长处较平稳，吸光系数变化不大，造成的偏离比较少，所以一般尽可能选择最大吸收波长为测量波长。
分光光度法中，引起对Lambert-Beer定律偏移的主要因素有哪些如何让克服这些因素的影响偏离Lambert-Beer Law的因素主要与样品和仪器有关。
样品：(1)浓度(2)溶剂(3)光散射的影响；克服：稀释溶液，当c <L时, Lambert-Beer定律才能成立仪器：（1）单色光（2）谱带宽度；克服：Lambert-Beer Law只适用于单色光，尽可能选择最大吸收波长为测量波长按照公式A=-lgT计算第5章分子发光分析法P108（b）的荧光量子率高，因为（b）的化合物是刚性平面结构，具有强烈的荧光，这种结构可以减少分子的振动，使分子与溶剂或其他溶质分子的相互作用减少，即减少了碰撞失活的可能性苯胺的荧光在10时更强，苯胺在酸性溶液中易离子化，单苯环离子化后无荧光；而在碱性溶液中以分子形式存在，故显荧光。
第15章 分离分析法导论
注意：
r2,1只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱
长L、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析 中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！
色谱流出曲线的意义（重要信息 ）：
色谱峰数＝样品中单组份的最少个数；
色谱保留值——定性依据； 色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标； 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据。
二.色谱理论基础
基本要求：实现混合物中各组分的分离。 基本理论： 1）各组分在两相间的分配情况（两组分峰间距足够 远）：由各组份在两相间的分配系数决定——色谱过 程的热力学性质决定。
色谱法分离原理
当混合物随流动相流经色谱柱时，就会与柱中固定相发 生相互作用（溶解、吸附等），由于混合物中各组分物理化 学性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱不 同，因此，随着流动相的移动（在同一推动力作用下），混 合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分在固定 相中的滞留时间不同，从而使混合物中各组分按一定顺序从 柱中流出。这种利用各组分在两相中性能上的差异，使混合 物中各组分分离的技术，称为色谱法。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。
一.色谱法简介
色谱法是一种分离技术。1906年， 由俄国植物学家茨维特 （Mikhail Tswett ）创立，他在研究植物叶中的 色素时，将植物绿叶的石油醚提取液 倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并 用石油醚自上而下淋洗，由于不同的 色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同， 随着淋洗的进行，不同色素向下移动 的速度不同，形成一圈圈不同颜色的 色带，使各色素成分得到了分离。他 将这种分离方法命名为色谱法 （chromatography）。
第十五章 质谱法(一)
记录质荷比 m1 m2
m﹡
m1 m2
m﹡
特点（1）峰弱，约为m1峰的1－3％ 特点（ 峰弱，约为m 峰的1 峰钝,可跨2 （2）峰钝,可跨2－5个质量单位 （3）质荷比一般不是正整数 可用于确定离子的“子母” （4）可用于确定离子的“子母”关
m/z
系
例：对氨基茴香醚在m/z94.8和59.2二个亚稳峰
R2 C R1 O
丢失最大烃基原则： 丢失最大烃基原则： α―裂解 裂解——丢失最 丢失最 大烃基的可能性最大 R1＞R2
ex2:
异裂
R2
C
O
+ R1
ex3:
O C CH3
α裂解
C O CH3
（2） β 裂解 ）
H H3CH2C O CH2CH2 CH2CH3 H3CH2C O CH CH2 CH2CH3
71 H3C 57 H3C 43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2
CH2
ex:
H3C CH2 CH2
H
H C CH3
OH
H3C CH2 CH2 H C OH CH3 m/z=45(2 CH2 C OH m/z=73(M-15) C OH
1．大量氧会烧坏离子源的灯丝； 2．用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 3．引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
M e M → 中性分子＋碎片离子 → +
正离子 负离子
特点： 特点： 灵敏度高（ ①灵敏度高（10-11g）； ）； ②分析速度快 1~几秒 几秒 测定对象广。 ③测定对象广。 用途： 用途： ①求精确分子量 ②鉴定化合物 ③推断结构 ④测Cl、Br等原子数 、 等原子数 ⑤与色谱联用进行定量分析
第十五章色谱分析法导论
3.峰底宽度Y---即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的 距离。它与标准偏差的关系是 Y=4
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5.保留值
试样各组分在色谱柱中保留行为的量度，反映了组 分与固定相间作用力大小，通常用保留时间和保留体 积表示。可以揭示色谱过程的作用机理和分子的结构 特征。
(1)保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，
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二、色谱常用术语
1.色谱图
色谱柱中的流出物通过检测器产生的信号对时间（或流动 相体积）的曲线 在适当的色谱条件下，每个组分对应的色谱峰一般呈正态分 布，色谱图是定性、定量和评价色谱分离情况的基本依据。
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色谱峰
号 信 进样 空气峰
h
2.基线
a
色谱流出曲线
色谱柱中只有载气无样品通过时，检测器响应信号反应的
n有效= 5.54(tR / W1/2)2 = 16 ( tR / Wb)2 有效板高 ： H有效 = L / n有效
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例：已知某组分峰的峰底宽为40 s，保留时间为400 s ，计算此色谱柱的理论塔板数。 解： n = 16 ( tR / Y)2 = 16 （400 / 40）2 = 1600 块
量。 3.分析速度快 4.应用范围广：气相色谱--沸点低于400度；液相
色谱--高沸点、热不稳定、生物试样。 5.不足：被分离组分的定性问题
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第一节 色谱基本概念
一、色谱分离过程
AB两组分吸附能力 和分配系数的差别， 导致两组分在柱中 移动速率不同，经 过数次吸附(分配)， 组分逐渐分开，先 后进入检测器检测。
一、塔板理论 最早由英国生物学家Martin提出。把色谱柱比作一个精馏塔，沿用
15章 甾体激素类药物分析
四、非水溶液滴定法
米非司酮：有碱性 冰醋酸、 结晶紫、 高氯酸
第五节 体内甾体激素类药物分析
药物代谢研究 生物利用度研究 违禁药物监测 专属性强 灵敏度高
LC-MS
GC-MS
1、四氮唑比色法适用于 皮质激素类
药物含量测定的方法，常用的四氮唑盐
有 红四氮唑 和 蓝四氮唑 。
2、甾体激素用四氮唑显色测定时 须在碱性条件下进行，适用的碱 （ ）。
一、高效液相色谱法
应用于原料和制剂的含量测定 反相 内标法
应用示例
黄体酮的含量测定
二 、紫外分光光度法
甾体激素药物分子中有△4-3-酮基和 苯环等共轭体系
△4-3-酮基：在240nm有最大吸收 苯环： 在280nm有最大吸收
这些特征吸收可用于含量测定
三、比色法 （一）四氮唑比色法
用于皮质激素药物的含量测定 C17-α醇酮基有还原性，可还原四氮 唑盐成有色甲噆，用于比色法唑（TTC） 其还原产物为不溶于水的深红色三苯甲噆 λmax在480nm~490nm，也称红四氮唑
N C N
N
N+Cl-
（2）蓝四氮唑（BT） 还原产物为暗蓝色的双甲噆（formazan） ， λmax在525nm左右。
H3CO
N+ ClN C
OCH3
N+ ClN C
norgestrel
共性
母核21个C原子
18C
△4-3-酮基
C17-甲酮基
乙炔基
四、雌性激素estrogen
H CH3 OH
H H HO H
OH CH3 C CH
雌二醇
estradiol
HO H
H H
炔雌醇
仪器分析 第十五-第十九章思考题
第十五章思考题1.色谱法具有同时能进行分离和分析的特点而区别于其它方法，特别对复杂样品和多组份混合物的分离，色谱法的优势更为明显。
2.按固定相外形不同色谱法是如何分类的？是按色谱柱分类：①平面色谱法：薄层色谱法、纸色谱法②柱色谱法：填充柱法、毛细管柱色谱法3.什么是气相色谱法和液相色谱法？气体为流动相的色谱称为气相色谱。
液体为流动相的色谱称为液相色谱。
4.保留时间（tr）、死时间（t0）及调整保留时间（t’r）的关系是怎样的？t’r = tr - t05.从色谱流出曲线可以得到哪些信息？①根据色谱峰的个数可以判断样品中所含组分的最少个数；②根据色谱峰的保留值可以进行定性分析；③根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析；④色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据；⑤色谱峰两峰间的距离是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。
6.分配系数在色谱分析中的意义是什么？①K值大的组分,在柱内移动的速度慢，滞留在固定相中的时间长，后流出柱子；②分配系数是色谱分离的依据；③柱温是影响分配系数的一个重要参数。
7.什么是选择因子？它表征的意义是什么？是A，B两组分的调整保留时间的比值α= t’r（B）/t’r（A）＞1意义：表示两组分在给定柱子上的选择性，值越大说明柱子的选择性越好。
8.什么是分配比（即容量因子）？它表征的意义是什么？是指在一定温度和压力下，组分在两相分配达到平衡时，分配在固定相和流动相的质量比。
K=ms/mm意义：是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数；9. 理论塔板数是衡量柱效的指标，色谱柱的柱效随理论塔板数的增加而增加，随板高的增大而减小。
10.板高（理论塔板高度H/cm）、柱效（理论塔板数n）及柱长（L/cm）三者的关系（公式）？H=L / n11.利用色谱图如何计算理论塔板数和有效理论塔板数（公式）？12.同一色谱柱对不同物质的柱效能是否一样？同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的13.塔板理论对色谱理论的主要贡献是怎样的？(1)塔板理论推导出的计算柱效率的公式用来评价色谱柱是成功的；(2)塔板理论指出理论塔板高度H 对色谱峰区域宽度的影响有重要意义。
104第十五章气相色谱法和高效液相色谱法一
104 第十五章气相色谱法和高效液相色谱法一、填空题1．气相色谱是以气体为流动相，流动相又称载气，气相色谱的操作形式是柱色谱。
分离机理是基于物质在流动相和固定相两相间的不同而达到分离。
2．气相色谱的优点是高选择性、高灵敏度和高分离效率。
与其它各种分析方法相比，突出的优点在于既能对混合物进行分离又可以对分离后的组分进行定性和定量。
3．气相色谱对于分离挥发性物质效果较好，不适于某些离子化合物、大多数无机物和某些生物制品的分析。
4．气相色谱仪可分为气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温度控制系统和数据处理系统等六个系统。
5．气相色谱理论可分为色谱热力学理论和色谱动力学理论；热力学理论是由相平衡观点来研究分离过程，以半经验理论—塔板理论为代表动力学理论是以动力学观点—速度来研究各种动力学因素对柱效的影响，以速率理论为代表。
6．Van Deemter 速率方程可简写成H＝A＋B/u＋Cu，其中三项分别为涡流扩散项、分子纵向扩散项和传质阻力项。
指导我们对颗粒直径和填充均匀程度、载气种类和载气流速、固定液和固定液的量、压力、温度、柱直径等操作条件的选择，以使分离完善。
7．气—固填充柱中，固定相可分为聚合物、吸附剂和化学键合相三类。
8．检测器是指示和测量载气中被分离组分的量变化的一种装置，将流出色谱柱载气中被分离组分量的变化转变成可检测的电信号，由记录器记录。
二、判断题1．根据色谱峰的面积可以进行定性和定量分析。
（×）2．塔板理论可以用来定量地评价柱效。
（√）3．在气相色谱中，给定的色谱柱上，每个组分都有其各自的理论塔板数和塔板高度。
（√）4．在气相色谱中，组分流出色谱柱的顺序决定于分配系数，分配系数大的先流出柱外。
（×）5．峰宽越小，色谱柱的塔板数越多。
（√）6．使用小而均匀的填充颗粒能改善柱效。
（√）7．柱温选的择基本原则是在最难分离组分有较好的分离度前提下，尽可能采用105 低柱温。
015 土壤和沉积物 有机氯农药的测定 气相色谱-质谱法-作业指导书
XX公司作业指导书土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法修订页1编制依据本方法依据《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》（HJ 835-2017）编制。
2适用范围本标准规定了测定土壤和沉积物中有机氯农药的气相色谱-质谱法。
本标准适用于土壤和沉积物中23 种有机氯农药的测定，目标物包括：α-六六六、六氯苯、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏剂、环氧化七氯、α-氯丹、α-硫丹、γ-氯丹、狄氏剂、p,p'-DDE、异狄氏剂、β-硫丹、p,p'-DDD、硫丹硫酸酯、异狄氏剂醛、o,p'-DDT、异狄氏剂酮、p,p'-DDT、甲氧滴滴涕、灭蚁灵。
通过验证，其他有机氯农药也可适用本标准。
当取样量为20.0 g，浓缩后定容体积为1.0 ml 时，采用全扫描方式测定，方法检出限为0.02 mg/kg ~0.09 mg/kg，测定下限为0.08 mg/kg ~0.36 mg/kg。
详见附录A。
3方法原理土壤或沉积物中的有机氯农药采用适合的萃取方法（索氏提取、加压流体萃取等）提取，根据样品基体干扰情况选择合适的净化方法（铜粉脱硫、硅酸镁柱或凝胶渗透色谱），对提取液净化，再浓缩、定容，经气相色谱分离、质谱检测。
根据标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其丰度定性。
内标法定量。
4试剂和材料除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂。
实验用水为新制备的超纯水或蒸馏水。
4.1 丙酮（C3H6O)：农残级。
4.2 正己烷（C6H14)：农残级。
4.3 二氯甲烷（CH2Cl2)：农残级。
4.4 乙酸乙酯（C4H8O2)：农残级。
4.5 环己烷（C6H12)：农残级。
4.6 乙醚（C4H10O）：农残级4.7 正己烷-丙酮混合溶剂I：1+1用正己烷（4.2）和丙酮（4.1）按1:1 体积比混合。
4.8 正己烷-丙酮混合溶剂II：9+1用正己烷（4.2）和丙酮（4.1）按9:1 体积比混合4.9 二氯甲烷-丙酮混合溶剂：1+1用二氯甲烷（4.3）和丙酮（4.1）按1:1 体积比混合。
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第15章气相色谱法
【15-1】 热导检测器灵敏度测定的有关数据如下：载气实际体积流速F CO =60mL·min -1，室温27℃，检测室温度47℃；记录仪灵敏度10mV/25cm ；纸速4.0 cm/min ；衰减8，进液体苯样1.0 μL （苯密度0.88g·mL -1）；色谱峰峰高12.00 cm ，半峰宽1.00 cm 。
计算该热导检测器的灵敏度。
解：1472736084 /min 27273
D CO T F F mL T +==⨯=+检室 1084 1.06512 1.00825975.9 (mV mL/mg)410.88
c S ⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯ 【15-2】 氢火焰离于化检测器灵敏度测定：进含苯0.050%的CS 2溶液1.0μL ；苯的色谱峰高为10cm ，半峰宽为0.50mm ；记录纸速为1cm·min -1；记录仪灵敏度0.20mV·cm -1；仪器噪声为0.02mV 。
求其灵敏度和敏感度(已知苯密度为0.88g·mL -1)。
解 S m =60A i u 2/u 1*m
=60*1.065*10*0.5*0.2/（1.0*0.05*0.01*0.88*0.001）=1.45*108mv s·g -1
D m =3N/S=4.14*10-10g·s -1
【15-3】 在气相色谱分析中，为了测定下列组分，宜选用哪种检测器?
（1）农作物中含氯农药的残留量；
（2）酒中水的含量； （3）啤酒中微量硫化物； （4）苯和二甲苯的异构体。
答：（1）农作物中含氯农药的残留量：电子捕获检测器（ECD ）；
（2）酒中水的含量：热导池检测器（TCD ）；
（3）啤酒中微量硫化物：火焰光度检测器（FPD ）；
（4）苯和二甲苯的异构体：氢火焰离子化检测器（FID ）。
【15-4】 以正丁烷-丁二烯为基准，在氧二丙腈和角鲨烷上测得的相对保留值分别为6.24和0.95，试求正丁烷-丁二烯相对保留值为1时，固定液的极性P 。
解：00lg 6.24lg1100100100100 2.7lg 6.24lg 0.95
x x s q q P q q --=-=-=-- 【15-5】 沸点几乎一样的苯和环己烷用气液色谱不难分离，试拟定一个实验方案，应指出选用的固定液、检测器和流出顺序等。
答：分离苯和环己烷，固定液用中等极性的邻苯二甲酸二辛酯，用氢火焰离子化检测器，由于苯比环己烷易于极化，中等极性的邻苯二甲酸辛二酯能使苯产生诱导偶极矩，二者相互作用使苯在环己烷之后流出。
【15-6】 以邻苯二甲酸二辛酯为固定液，分离下列各混合试样，指出试样中各组分的流出顺序：
（1）苯、苯酚、环己烷； （2）丁二烯、丁烷、丁烯； （3）乙醇、环己烷、丙酮；
（4）乙酸、乙醇、乙酸乙酯； （5）苯、乙苯、正丙苯。
答：邻苯二甲酸二辛酯的相对极性级别为+2，弱极性固定夜。
上述各化合物的流出顺序为：
（1）环己烷、苯、苯酚
（2）丁烷、丁烯、丁二烯 （3）环己烷、丙酮、乙醇 （4）乙酸乙酯、乙醇、乙酸
（5）苯、乙苯、正丙苯 【15-7】 苯和环己烷的相对保留值在阿皮松柱、邻苯二甲酸二辛酯柱、聚乙二醇-400柱和β,β'-氧二丙腈柱上分别为1.0、1.5、3.9、6.3，若将苯和环己烷混合物进行分离，在这四种固定液中选择哪种较合适？为什么？
解：应该选用二甲酸二辛酯柱，因为 1.5 1.1α=>，可以分得开。
因为一个理想的分离条件应该是在较短时间内获得较好的分离度。
【15-8】 有1根气液色谱柱柱长2m ，用氦气作载气，以三种不同的流速进行测试，所得结果如下：
计算:
（1）三次不同流速时载气的线速度；
（2）三次不同流速时的n 和H ；
（3）解联方程式求出
H A C u =+式中A ，B ，C 三个常数的数值； （4）载气的最佳流速；
（5）载气流速（线速度）应在什么范围之内，才能保持色谱柱效率在90%以上？
（6）某一分离需1100理论塔板数，为了达到此目的，最快的载气流速时多少？用此最快的流速比用最佳流速能节省多少时间？
解：（1）1?11/11.0R u L t cm s -==⋅
122/ 2.5R u L t cm s -==⋅
133/40R u L t cm s -==⋅
（2）216/() R b n t w = /n L H =
1n =1313
1H =1.52mm 2n =1237
2H =1.56mm 3n =1077 3H =1.86mm
（3）H =A+B/U + CU
1.52=A+B/11 + 11C 1.56=A+B/25 + 25C 1.86=A+B/40 +40 C
解得 A= 0.0605 B= 0.68 C=0.0027
（4）最佳线速度u最佳=(B/C)2
则 u最佳=15.87cm s
（5）H最小=A+2(BC)1/2 =0.0605+2(0.68*0.0027)1/2=1.46
柱效达90% 有 H=10/9H 最小 = 10/9*1.46=1.62
H =A+B/U + CU
1.62=0.0605+0.68/U+0.0027U u=8.7cm·s-1到29cm·s-1
（6）当理论塔板数为1100时，n=L/H
则H=2000/1100=1.8mm
H =A+B/U + CU
1.8=0.0605+0.68/U+0.0027U
解得 u=38.67cm·s-1
【15-9】毛细管气相色谱柱与一般填充柱比较有何特点？
【15-10】毛细管柱气相色谱仪与填充柱色谱仪的主要区别何在？
答：毛细管柱气相色谱仪相比填充柱气相色谱仪，其在柱前多一个分流或不分流进样器，柱后增加一个尾吹起路。