仪器分析习题课(色谱分析部分)ppt课件
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仪器分析习题课 (色谱分析部分)
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第八章：气相色谱分析
1.简要说明气相色谱分析原理。 答：混合物中的各组分在载气的携载下通过色 谱柱时，各组分将与固定相发生相互作用，由于各 组分在结构和性质上的差异，使得其在两相间的分 配系数不同，在同一推动力的作用下，混合物中的 各组分就在两相间进行反复多次的分配，使得原来 分配系数只有微小差异的得到很大的分离效果，从 而各组分彼此分离开来。
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4.下述参数改变时：(1)柱长增加，(2)固定相量增加，(3) 流动相流速减小，(4)相比增加，是否会引起分配比的变化？ 为什么？
答：由分配比定义可知，分配比k是热力学常数，与组 分和固定液的性质及柱温、柱压有关，此外，还与相比有关， k=K/β，而β=VM/VS ，而与流动相流速,柱长无关。因此：
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9.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?为什么? 答：不能仅仅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ据理论塔板数来判断分离的可能性。组 分能否被分离，主要取决于不同物质在色谱两相间分配系数 的差异，其次才取决于色谱柱塔板数的多少。塔板数只能说 明不同组分在色谱柱内完成分配的次数，因此，不能把塔板 数看作有无实现分离可能的依据，而只能把它看作是在一定 条件下柱分离能力发挥程度的标志。
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12.试比较红色担体和白色担体的性能。何谓硅烷化担体? 它有什么优点？
答：红色载体是将硅藻土与粘合剂在900℃煅烧后，破碎 过筛而得，因铁生成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是 表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大．对强极性化合物吸 附性和催化性较强，如烃类、醇、胺、酸等极性化合物会因吸 附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。
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2.气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？ 答：①载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量 装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。 ②进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅 速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。 ③分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气 相色谱分析仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。 ④检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测 器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。 ⑤记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用 是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。
u
(5) 柱温的变化，对分配比k的影响很大。提高柱温，可显著不同组分的 降低分配比k。 (6) 降低固定相液膜厚度，可降低液相传质阻力系数Cl。
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7.当下述参数改变时：(1)增大分配比，(2)流 动相速度增加，(3)减小相比，(4)提高柱温，是否 会使色谱峰变窄?为什么?
答:(1)增大分配比，保留时间延长,峰形变宽 (2)流动相速度增加，保留时间缩短,峰形变窄 (3)减小相比，保留时间延长,峰形变宽 (4)提高柱温，保留时间缩短,峰形变窄
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3.下述参数改变时：(1)柱长缩短，(2)固定相改变，(3) 流动相流速增加，(4)相比减小，是否会引起分配系数的变化？ 为什么？
答：(1)柱长缩短 分配系数K只与组分和固定液的性质及柱温、柱压有关， 与柱长无关，故分配系数K不变。 (2)固定相改变 若固定相改变的性质发生变化，组分在固定液中的溶解 度也将发生变化，故分配系数K将改变。 (3)流动相流速增加 流动相流速增加，将导致柱压增加，分配系数K将改变。 但改变的幅度将很小，可略。 (4)相比减小 相比β减小，并未改变两相的性质，故分配系数K不变。
白色载体是将硅藻土与20％的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧 而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于 分析各种极性化合物。
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11.对担体和固定液的要求分别是什么? 答：担体一般应满足下列要求： （1）表面应呈化学惰性，表面没有吸附性或吸附性弱，在使用温度下不与 固定液或样品发生反应。 （2）多孔性，表面积足够大，使固定液与试样的接触面大。 （3）热稳定性和机械强度好，在操作温度下对组分不发生不可逆的吸附作 用或化学反应，不易粉碎； （4）担体粒度适宜，均匀，一般选用40～60目，60～80目，80～100目等； （5）有较好的浸润性，固定液在其表面能形成均匀的薄膜。 对固定液的要求： (1)挥发性小，在操作温度下，有较低的蒸气压(0.75kPa)。以免固定液流失。 (2)热稳定性好，在操作温度下不分解，在工作温度下为液体。 (3)对试样各组分有一定的溶解能力。 (4)高的选择性，保证对各组分的分配系数有一定差别； (5)化学稳定性好，不与载气、担体及样品各组分发生不可逆的化学反应。 (6)在工作温度下固定液对担体有好的浸渍能力，使固定液形成均匀的液膜。
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8.为什么可用分离度R作为色谱柱的总分离效能指标? 答：分离度R的定义：
相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰的峰底宽度总和之半 的比值。
R tr2 tr1
1 2
(Y1
Y2
)
R的值越大，就意味着相邻两组分分离得越好。分子是两组分保留 值的差，反映了固定液的势力学性质，分母是色谱峰的宽窄，则反映 了色谱过程的动力学因素，反映了柱效能的高低。因此，分辨率是柱 效能、选择性影响的总和，可以作为色谱柱的总分发离效能指标。
(1)柱长增加，分配比k不变化 (2)固定相量增加，VS增大，β减小，分配比k增加 (3)流动相流速减小，分配比k基本不变 (4)相比增加，分配比k减小。
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5.试以塔板高度H做指标讨论气相色谱操作条件的选择。 答：由范弟姆特速率方程式：
H A B u c u 2d p 2 u D g ( 0 1 . 0 1 k k ) 2 2 D d p 2 g 3 ( 1 2 k k ) 2 d D 2 f l u
可知，色谱柱的填充均匀程度，担体粒度，载气种类，载气流速，柱温的 变化，固定相液膜厚度等均对柱效能有影响。 (1) 色谱柱的填充均匀,有利于降低λ值。 (2)使用粒度细小/均匀的担体，可降低A和气相传质阻力系数Cg。 (3) Dg ∝1/Mg，载气的分子量大，Dg小，可提高柱效能。 (4) 由于 H (B cu) ，因此，控制载气流速，可使H最小。
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第八章：气相色谱分析
1.简要说明气相色谱分析原理。 答：混合物中的各组分在载气的携载下通过色 谱柱时，各组分将与固定相发生相互作用，由于各 组分在结构和性质上的差异，使得其在两相间的分 配系数不同，在同一推动力的作用下，混合物中的 各组分就在两相间进行反复多次的分配，使得原来 分配系数只有微小差异的得到很大的分离效果，从 而各组分彼此分离开来。
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4.下述参数改变时：(1)柱长增加，(2)固定相量增加，(3) 流动相流速减小，(4)相比增加，是否会引起分配比的变化？ 为什么？
答：由分配比定义可知，分配比k是热力学常数，与组 分和固定液的性质及柱温、柱压有关，此外，还与相比有关， k=K/β，而β=VM/VS ，而与流动相流速,柱长无关。因此：
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9.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?为什么? 答：不能仅仅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ据理论塔板数来判断分离的可能性。组 分能否被分离，主要取决于不同物质在色谱两相间分配系数 的差异，其次才取决于色谱柱塔板数的多少。塔板数只能说 明不同组分在色谱柱内完成分配的次数，因此，不能把塔板 数看作有无实现分离可能的依据，而只能把它看作是在一定 条件下柱分离能力发挥程度的标志。
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12.试比较红色担体和白色担体的性能。何谓硅烷化担体? 它有什么优点？
答：红色载体是将硅藻土与粘合剂在900℃煅烧后，破碎 过筛而得，因铁生成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是 表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大．对强极性化合物吸 附性和催化性较强，如烃类、醇、胺、酸等极性化合物会因吸 附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。
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2.气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？ 答：①载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量 装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。 ②进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅 速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。 ③分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气 相色谱分析仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。 ④检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测 器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。 ⑤记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用 是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。
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(5) 柱温的变化，对分配比k的影响很大。提高柱温，可显著不同组分的 降低分配比k。 (6) 降低固定相液膜厚度，可降低液相传质阻力系数Cl。
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7.当下述参数改变时：(1)增大分配比，(2)流 动相速度增加，(3)减小相比，(4)提高柱温，是否 会使色谱峰变窄?为什么?
答:(1)增大分配比，保留时间延长,峰形变宽 (2)流动相速度增加，保留时间缩短,峰形变窄 (3)减小相比，保留时间延长,峰形变宽 (4)提高柱温，保留时间缩短,峰形变窄
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3.下述参数改变时：(1)柱长缩短，(2)固定相改变，(3) 流动相流速增加，(4)相比减小，是否会引起分配系数的变化？ 为什么？
答：(1)柱长缩短 分配系数K只与组分和固定液的性质及柱温、柱压有关， 与柱长无关，故分配系数K不变。 (2)固定相改变 若固定相改变的性质发生变化，组分在固定液中的溶解 度也将发生变化，故分配系数K将改变。 (3)流动相流速增加 流动相流速增加，将导致柱压增加，分配系数K将改变。 但改变的幅度将很小，可略。 (4)相比减小 相比β减小，并未改变两相的性质，故分配系数K不变。
白色载体是将硅藻土与20％的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧 而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于 分析各种极性化合物。
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11.对担体和固定液的要求分别是什么? 答：担体一般应满足下列要求： （1）表面应呈化学惰性，表面没有吸附性或吸附性弱，在使用温度下不与 固定液或样品发生反应。 （2）多孔性，表面积足够大，使固定液与试样的接触面大。 （3）热稳定性和机械强度好，在操作温度下对组分不发生不可逆的吸附作 用或化学反应，不易粉碎； （4）担体粒度适宜，均匀，一般选用40～60目，60～80目，80～100目等； （5）有较好的浸润性，固定液在其表面能形成均匀的薄膜。 对固定液的要求： (1)挥发性小，在操作温度下，有较低的蒸气压(0.75kPa)。以免固定液流失。 (2)热稳定性好，在操作温度下不分解，在工作温度下为液体。 (3)对试样各组分有一定的溶解能力。 (4)高的选择性，保证对各组分的分配系数有一定差别； (5)化学稳定性好，不与载气、担体及样品各组分发生不可逆的化学反应。 (6)在工作温度下固定液对担体有好的浸渍能力，使固定液形成均匀的液膜。
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8.为什么可用分离度R作为色谱柱的总分离效能指标? 答：分离度R的定义：
相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰的峰底宽度总和之半 的比值。
R tr2 tr1
1 2
(Y1
Y2
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R的值越大，就意味着相邻两组分分离得越好。分子是两组分保留 值的差，反映了固定液的势力学性质，分母是色谱峰的宽窄，则反映 了色谱过程的动力学因素，反映了柱效能的高低。因此，分辨率是柱 效能、选择性影响的总和，可以作为色谱柱的总分发离效能指标。
(1)柱长增加，分配比k不变化 (2)固定相量增加，VS增大，β减小，分配比k增加 (3)流动相流速减小，分配比k基本不变 (4)相比增加，分配比k减小。
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5.试以塔板高度H做指标讨论气相色谱操作条件的选择。 答：由范弟姆特速率方程式：
H A B u c u 2d p 2 u D g ( 0 1 . 0 1 k k ) 2 2 D d p 2 g 3 ( 1 2 k k ) 2 d D 2 f l u
可知，色谱柱的填充均匀程度，担体粒度，载气种类，载气流速，柱温的 变化，固定相液膜厚度等均对柱效能有影响。 (1) 色谱柱的填充均匀,有利于降低λ值。 (2)使用粒度细小/均匀的担体，可降低A和气相传质阻力系数Cg。 (3) Dg ∝1/Mg，载气的分子量大，Dg小，可提高柱效能。 (4) 由于 H (B cu) ，因此，控制载气流速，可使H最小。