色譜分析法概論習(xí)題答案

1、第十七章 色譜分析法概論思 考 題 和 習(xí) 題1色譜法作為分析方法的最大特點(diǎn)是什么?色譜法以高超的分離能力為最大特點(diǎn),具有高靈敏度、高選擇性、高效能、分析速度快及應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。2一個(gè)組分的色譜峰可用哪些參數(shù)描述？ 這些參數(shù)各有何意義？ 一個(gè)組分的色譜峰可用三項(xiàng)參數(shù)即峰高或峰面積、峰位及峰寬說明。其中峰高或峰面積用于定量；峰位用保留值表示，用于定性；峰寬用于衡量柱效。3說明容量因子的物理含義及與分配系數(shù)的關(guān)系。為什么容量因子 (或分配系數(shù)) 不等是分離的前提？分配比（容量因子k）是在一定溫度和壓力下，達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量之比。而分配系數(shù)是組分在固定相和流動(dòng)相中的濃度之比

2、。二者的關(guān)系為k=KVs/Vm。分配比越大的組分在色譜柱中的保留越強(qiáng)，tR=t0(1+k)，要使兩組分分離，須不等，則它們的k或K必須不等，這是分離的前提。4各類基本類型色譜的分離原理有何異同？按色譜分離機(jī)制不同，可將色譜方法分離以下幾種基本類型：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、空間排阻色譜法，它們均是基于組分在相對運(yùn)動(dòng)的兩相（流動(dòng)相和固定相）間多次分配產(chǎn)生差速分離而得到分離，分配系數(shù)大的組分保留時(shí)間長，晚留出色譜柱。其中吸附色譜利用吸附劑對不同組分吸附能力差異實(shí)現(xiàn)分離；分配色譜利用組分在流動(dòng)相和固定相間溶解度差別實(shí)現(xiàn)分離；離子交換色譜依據(jù)被測組分與離子交換劑交換能力不同而實(shí)現(xiàn)分離；空間排阻

3、色譜利用被測組分分子大小不同、在固定相上選擇性滲透實(shí)現(xiàn)分離。四種基本類型色譜分別形成吸附平衡、分配平衡、離子交換平衡和滲透平衡。5說明式（1718）中K與Vs在各類色譜法中的含義有何不同？吸附色譜分配色譜離子交換色譜空間排阻色譜法K吸附系數(shù)狹義分配系數(shù)選擇性系數(shù)滲透系數(shù)Vs吸附劑表面積固定相體積交換容量凝膠孔隙總體積6衡量色譜柱效的指標(biāo)是什么？衡量色譜系統(tǒng)選擇性的指標(biāo)是什么？衡量色譜柱柱效的指標(biāo)是理論塔板數(shù)和理論塔板高度衡量色譜柱選擇性的指標(biāo)是相對保留值7用塔板理論討論流出曲線，為什么不論在 ttR或ttR時(shí)，總是CCmax? 塔板理論有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？根據(jù)色譜流出曲線方程式：可知，不論在 ttR

4、或ttR時(shí)，總是CCmax。塔板理論成功地解釋了色譜流出曲線的形狀位置、組分的分離原因及評價(jià)柱效，該理論在理想情況下導(dǎo)出，未考慮分子擴(kuò)散因素、其它動(dòng)力學(xué)因素對柱內(nèi)傳質(zhì)的影響。塔板理論不能解釋峰形為什么會(huì)擴(kuò)張，不能說明影響柱效的動(dòng)力學(xué)因素。8簡述譜帶展寬的原因。譜帶展寬的原因主要包括：1）渦流擴(kuò)散（eddy diffusion）：當(dāng)色譜柱內(nèi)的組分隨流動(dòng)相在固定相顆粒間穿行,朝柱出口方向移動(dòng)，如果固定相顆粒不均勻，則組分在穿行這些空隙時(shí)碰到大小不一的顆粒而必須不斷的改變方向，于是在柱內(nèi)形成了紊亂的湍流流動(dòng)使流經(jīng)障礙情況不同的流路中的分子到達(dá)柱出口，而使譜帶展寬。2）分子擴(kuò)散（molecular d

5、iffusion）：由于組分的加入，在柱的軸向上形成溶度梯度，因此當(dāng)組分以塞子形式隨流動(dòng)相流動(dòng)的時(shí)候,以塞子狀分布的分子自發(fā)的向前和向后擴(kuò)散引起譜帶展寬3）傳質(zhì)阻抗（mass transfer resistance）：由于溶質(zhì)分子在流動(dòng)相和固定相中的擴(kuò)散、分配、轉(zhuǎn)移的過程并不是瞬間達(dá)到平衡，實(shí)際傳質(zhì)速度是有限的，這一時(shí)間上的滯后使色譜柱總是在非平衡狀態(tài)下工作，從而產(chǎn)生峰展寬。9下列那些參數(shù)可使塔板高度減小? （1，2，3，5）(1) 流動(dòng)相速度，(2) 固定相顆粒， (3) 組分在固定相中的擴(kuò)散系數(shù)Ds，(4) 柱長， (5) 柱溫。（1）流動(dòng)相速度影響縱向擴(kuò)散和傳質(zhì)阻力，低流速區(qū)，分子擴(kuò)散項(xiàng)

6、 (B/u) 大，高流速區(qū)，傳質(zhì)阻力項(xiàng) (Cu)大。對應(yīng)某一流速，塔板高度有一極小值。（2）固定相顆粒填充均勻度越高，載體粒度越小，則A越小，塔板高度越小。（3）組分在固定相中的擴(kuò)散系數(shù)Ds影響傳質(zhì)阻力氣液色譜傳質(zhì)阻力系數(shù)可用下式表示： （Dg、DL為組分在流動(dòng)相、固定相中的擴(kuò)散系數(shù)）液液色譜傳質(zhì)阻力系數(shù)可用下式表示 （Dm、Ds為組分在流動(dòng)相、固定相中的擴(kuò)散系數(shù)）從以上兩芪可知，增加組分在固定相和流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)D可以降低C使塔板高度減小，提高柱效。(4) 增加柱長只能增加理論塔板數(shù)，不能使塔板高度減小。(5) 柱溫升高有利于減少傳質(zhì)阻力，但又加劇分子擴(kuò)散，并且會(huì)影響分配系數(shù)，選擇合適的柱

7、溫可提高柱效。10什么是分離度？要提高分離度應(yīng)從哪兩方面考慮？ 分離度是相鄰兩組分色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰寬度均值之比為改善色譜分離度，一方面應(yīng)增加兩組分保留時(shí)間之差，即容量因子或分配系數(shù)之差；另一方面減小峰寬，即提高柱效使色譜峰變銳。11組分在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量為mA、mB(g)，濃度為CA、 CB(g/ml)，摩爾數(shù)為nA、nB(mol)，固定相和流動(dòng)相的體積為VA、VB(ml)，此組分的容量因子是 (A、B、C ) 。A. mA/mB；B. (CAVA)/(CB VB) ；C. nA/nB；D. CA/CB。 12在柱色譜法中，可以用分配系數(shù)為零的物質(zhì)來測定色譜柱中 (A、C )

8、 。A. 流動(dòng)相的體積；B. 填料的體積；C. 填料孔隙的體積；D. 總體積。13在以硅膠為固定相的吸附色譜中下列敘述中正確的是 (A ) 。A. 組分的極性越強(qiáng)，吸附作用越強(qiáng)；B. 組分的分子量越大，越有利于吸附；C. 流動(dòng)相的極性越強(qiáng)，溶質(zhì)越容易被固定相所吸附；D. 二元混合溶劑中正己烷的含量越大，其洗脫能力越強(qiáng)。 14在離子交換色譜法中，下列措施中能改變保留體積的是(A、B、C )。A. 選擇交聯(lián)度大的交換劑；B. 以二價(jià)金屬鹽溶液代替一價(jià)金屬鹽溶液作流動(dòng)相；C. 降低流動(dòng)相中鹽的濃度；D. 改變流速。15在空間排阻色譜法中，下列敘述中完全正確的是(C、D )。A. VR與Kp成正比；B

9、. 調(diào)整流動(dòng)相的組成能改變VR；C. 某一凝膠只適于分離一定分子量范圍的高分子物質(zhì)；D. 凝膠孔徑越大，其分子量排斥極限越大。16在一液液色譜柱上，組分A和B的K分別為10和15，柱的固定相體積為0.5ml，流動(dòng)相體積為1.5ml，流速為0.5ml/min。求A、B的保留時(shí)間和保留體積。（=13min =6.5ml, =18min =9ml）17在一根3m長的色譜柱上分離一個(gè)試樣的結(jié)果如下：死時(shí)間為1min，組分1的保留時(shí)間為14min，組分2的保留時(shí)間為17min，峰寬為1min。(1) 用組分2計(jì)算色譜柱的理論塔板數(shù)n及塔板高度H；(2) 求調(diào)整保留時(shí)間及；(3) 用組分2 求有效塔板數(shù)n

10、ef及有效塔板高度Hef；(4) 求容量因子k1及k2；(5) 求相對保留值和分離度R。 (n2=4.6103 , H2=0.65mm, =13min，=16min，nef(2)=4.1103 , Hef(2)=0.73mm, k1=13, k2=16, 1.2，R3.0) 18一根分配色譜柱，校正到柱溫、柱壓下的載氣流速為43.75ml/min；由固定液的涂量及固定液在柱溫下的密度計(jì)算得Vs=14.1ml。分離一個(gè)含四組分的試樣，測得這些組分的保留時(shí)間：苯1.41min、甲苯2.67min、乙苯4.18min，異丙苯5.34min，死時(shí)間為0.24min。求：(1) 死體積；(2) 這些組分

11、的調(diào)整保留時(shí)間；(3) 它們在此柱溫下的分配系數(shù)（假定檢測器及柱頭等體積可以忽略）；(4) 相鄰兩組分的分配系數(shù)比a。(1)V0=10.5cm3 , (2)(苯) =1.17min , (甲苯) =2.43min , (乙苯) =3.94min , (異丙苯) =5.10min , (3) K (苯) =3.6，K (甲苯) =7.5 , K (乙苯) =12 , K (異丙苯) =16，(4) (甲苯/苯) =2.1，(乙苯 /甲苯) =1.6, (異丙苯/乙苯) =1.3) 。V0=t0u=0.2443.75ml/min=10.5cm3(苯) =1.410.24=1.17min , (甲苯

12、) =2.670.24=2.43min , (乙苯) =4.180.24=3.94min , (異丙苯) =5.340.24=5.10min19已知KA=2、 KB=0.5， 用式 (1729) 計(jì)算進(jìn)流動(dòng)相5次 (N=5) 分配平衡后，A、B在各塔板中的百分含量及在流動(dòng)相與固定液中的百分含量。并說明組分的遷移速度與分配系數(shù)的關(guān)系。答案：塔板號r012345組分A BA BA BA BA BA B5Xr0.132 0.0040.330 0.0410.329 0.1650.165 0.3290.041 0.3300.004 0.132流動(dòng)相0.044 0.0030.110 0.0270.110

13、0.1100.055 0.2190.014 0.2200.001 0.088固定液0.088 0.0010.220 0.0140.219 0.0550.110 0.1100.027 0.1100.003 0.04420在一根2m的氣相色譜柱上，用He為載氣，用甲烷測定死時(shí)間，在三種流速下測得結(jié)果如下，求算：(1)三種流速下的線速度u1，u2及u3； (2) 三種不同線速度下的n及H； (3) 計(jì)算Van Deemter方程中A、B、C三個(gè)參數(shù)。甲 烷正十八烷tR(s)tR(s)W(s)18.22020.0223.0 8.0 888.0 99.0 5.0 558.0 68.0(u1=11.0cm

14、/s；u2=25.0cm/s；u3=40.0cm/s。n1=1.31103；n2=1.29103；n3=1.08103 ；H1=0.152cm；H2=0.155cm；H3=0.186cm。A=0.0576cm；B=0.703cm2s-1；C=0.00277s。)由u1；u2；u3；H1cm；H2；H3可分別建立三個(gè)Van Deemter方程21在一根甲基硅橡膠 (OV-1) 色譜柱上，柱溫120。測得一些純物質(zhì)的保留時(shí)間：甲烷4.9s、正己烷84.9s、正庚烷145.0s、正辛烷250.3s、正壬烷436.9s、苯128.8s、3-正己酮230.5s、正丁酸乙酯248.9s、正己醇413.2s

15、及某正構(gòu)飽和烷烴50.6s。(1) 求出后5個(gè)化合物的保留指數(shù)。未知正構(gòu)飽和烷烴是何物質(zhì)？ (2) 解釋上述五個(gè)六碳化合物的保留指數(shù)為何不同。(3) 說明應(yīng)如何正確選擇正構(gòu)烷烴物質(zhì)對，以減小計(jì)算誤差。(苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890，未知物是正戊烷)t0為4.9s，求得苯、3-正己酮、正丁酸乙酯，正己醇的調(diào)整保留時(shí)間，再按分工計(jì)算各傾化合物的保留指數(shù)，得苯678、3-正己酮785、正丁酸乙酯799，正己醇890；根據(jù)氣液色譜固定液的作用原理，這六級份在(OV-1) 色譜柱上隨組分極性依次增大，保留指數(shù)依次增大，該未知正構(gòu)飽和烷烴的保留指數(shù)按公式計(jì)算為500，可能為正戊烷。22某色譜柱長100cm，流動(dòng)相流速為0.1cm/s，已知組分A的洗脫時(shí)間為40 min，求組分A在流動(dòng)相中的時(shí)間和保留比R=t0/tR為多少。 (16.7min，0.42)流動(dòng)相流過色譜柱所需的時(shí)間即死時(shí)間t0，即為組分A在流動(dòng)相中的停留時(shí)間：t0=L/u=100/(0.160)=16.7min組分A的洗脫時(shí)間即其保留時(shí)間tR保留比R=t0/tR=16.7/40=0.4223某YWG-C18H37 4.6mm25cm柱，以甲醇水（80:20）為流動(dòng)相，記錄紙速為5mm/min，測得苯和萘的tR和W1/2