1、儀器分析習(xí)題課(色譜分析部分),1,PPT學(xué)習(xí)交流,第八章：氣相色譜分析,1.簡(jiǎn)要說(shuō)明氣相色譜分析原理。 答：混合物中的各組分在載氣的攜載下通過(guò)色譜柱時(shí)，各組分將與固定相發(fā)生相互作用，由于各組分在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的差異，使得其在兩相間的分配系數(shù)不同，在同一推動(dòng)力的作用下，混合物中的各組分就在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配，使得原來(lái)分配系數(shù)只有微小差異的得到很大的分離效果，從而各組分彼此分離開(kāi)來(lái)。,2,PPT學(xué)習(xí)交流,2.氣相色譜儀設(shè)備包括那幾部分？各有什么作用？ 答：載氣系統(tǒng)：含氣源、凈化裝置、流速控制和測(cè)量裝置，其作用為提供具有一定流速且純凈的載氣。 進(jìn)樣系統(tǒng)：含進(jìn)樣器和氣化室，作用是使液體試樣迅速氣

2、化并隨載氣（氣體試樣直接）進(jìn)入色譜柱中。 分離系統(tǒng)：含色譜柱、柱箱、溫度控制裝置等，是氣相色譜分析儀的最重要組成部分，試樣在此被彼此分離。 檢測(cè)系統(tǒng)：含檢測(cè)器和控溫裝置，柱后組分進(jìn)入檢測(cè)器后，其濃度或質(zhì)量的變化被轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電訊號(hào)。 記錄系統(tǒng)：含放大器、記錄儀及數(shù)據(jù)處理裝置。作用是記錄色譜圖，對(duì)所得的色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算。,3,PPT學(xué)習(xí)交流,3.下述參數(shù)改變時(shí)：(1)柱長(zhǎng)縮短，(2)固定相改變，(3)流動(dòng)相流速增加，(4)相比減小，是否會(huì)引起分配系數(shù)的變化？為什么？ 答：(1)柱長(zhǎng)縮短 分配系數(shù)K只與組分和固定液的性質(zhì)及柱溫、柱壓有關(guān)，與柱長(zhǎng)無(wú)關(guān)，故分配系數(shù)K不變。 (2)固定相改變 若固

3、定相改變的性質(zhì)發(fā)生變化，組分在固定液中的溶解度也將發(fā)生變化，故分配系數(shù)K將改變。 (3)流動(dòng)相流速增加 流動(dòng)相流速增加，將導(dǎo)致柱壓增加，分配系數(shù)K將改變。但改變的幅度將很小，可略。 (4)相比減小 相比減小，并未改變兩相的性質(zhì)，故分配系數(shù)K不變。,4,PPT學(xué)習(xí)交流,4.下述參數(shù)改變時(shí)：(1)柱長(zhǎng)增加，(2)固定相量增加，(3)流動(dòng)相流速減小，(4)相比增加，是否會(huì)引起分配比的變化？為什么？ 答：由分配比定義可知，分配比k是熱力學(xué)常數(shù)，與組分和固定液的性質(zhì)及柱溫、柱壓有關(guān)，此外，還與相比有關(guān)，k=K/，而=VM/VS ，而與流動(dòng)相流速,柱長(zhǎng)無(wú)關(guān)。因此： (1)柱長(zhǎng)增加，分配比k不變化 (2)固

4、定相量增加，VS增大，減小，分配比k增加 (3)流動(dòng)相流速減小，分配比k基本不變 (4)相比增加，分配比k減小。,5,PPT學(xué)習(xí)交流,5.試以塔板高度H做指標(biāo)討論氣相色譜操作條件的選擇。 答：由范弟姆特速率方程式：,可知，色譜柱的填充均勻程度，擔(dān)體粒度，載氣種類(lèi)，載氣流速，柱溫的變化，固定相液膜厚度等均對(duì)柱效能有影響。 (1) 色譜柱的填充均勻,有利于降低值。 (2)使用粒度細(xì)小/均勻的擔(dān)體，可降低A和氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg。 (3) Dg 1/Mg，載氣的分子量大，Dg小，可提高柱效能。 (4) 由于 ，因此，控制載氣流速，可使H最小。,(5) 柱溫的變化，對(duì)分配比k的影響很大。提高柱溫，可顯

5、著不同組分的降低分配比k。 (6) 降低固定相液膜厚度，可降低液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl。,6,PPT學(xué)習(xí)交流,7.當(dāng)下述參數(shù)改變時(shí)：(1)增大分配比，(2)流動(dòng)相速度增加，(3)減小相比，(4)提高柱溫，是否會(huì)使色譜峰變窄?為什么? 答:(1)增大分配比，保留時(shí)間延長(zhǎng),峰形變寬 (2)流動(dòng)相速度增加，保留時(shí)間縮短,峰形變窄 (3)減小相比，保留時(shí)間延長(zhǎng),峰形變寬 (4)提高柱溫，保留時(shí)間縮短,峰形變窄,7,PPT學(xué)習(xí)交流,8.為什么可用分離度R作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)? 答：分離度R的定義： 相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰的峰底寬度總和之半的比值。,R的值越大，就意味著相鄰兩組分分離得

6、越好。分子是兩組分保留值的差，反映了固定液的勢(shì)力學(xué)性質(zhì)，分母是色譜峰的寬窄，則反映了色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素，反映了柱效能的高低。因此，分辨率是柱效能、選擇性影響的總和，可以作為色譜柱的總分發(fā)離效能指標(biāo)。,8,PPT學(xué)習(xí)交流,9.能否根據(jù)理論塔板數(shù)來(lái)判斷分離的可能性?為什么? 答：不能僅僅根據(jù)理論塔板數(shù)來(lái)判斷分離的可能性。組分能否被分離，主要取決于不同物質(zhì)在色譜兩相間分配系數(shù)的差異，其次才取決于色譜柱塔板數(shù)的多少。塔板數(shù)只能說(shuō)明不同組分在色譜柱內(nèi)完成分配的次數(shù)，因此，不能把塔板數(shù)看作有無(wú)實(shí)現(xiàn)分離可能的依據(jù)，而只能把它看作是在一定條件下柱分離能力發(fā)揮程度的標(biāo)志。,9,PPT學(xué)習(xí)交流,11.對(duì)擔(dān)體和固

7、定液的要求分別是什么? 答：擔(dān)體一般應(yīng)滿足下列要求： （1）表面應(yīng)呈化學(xué)惰性，表面沒(méi)有吸附性或吸附性弱，在使用溫度下不與固定液或樣品發(fā)生反應(yīng)。 （2）多孔性，表面積足夠大，使固定液與試樣的接觸面大。 （3）熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度好，在操作溫度下對(duì)組分不發(fā)生不可逆的吸附作用或化學(xué)反應(yīng)，不易粉碎； （4）擔(dān)體粒度適宜，均勻，一般選用4060目，6080目，80100目等； （5）有較好的浸潤(rùn)性，固定液在其表面能形成均勻的薄膜。 對(duì)固定液的要求： (1)揮發(fā)性小，在操作溫度下，有較低的蒸氣壓(0.75kPa)。以免固定液流失。 (2)熱穩(wěn)定性好，在操作溫度下不分解，在工作溫度下為液體。 (3)對(duì)試樣各組

8、分有一定的溶解能力。 (4)高的選擇性，保證對(duì)各組分的分配系數(shù)有一定差別； (5)化學(xué)穩(wěn)定性好，不與載氣、擔(dān)體及樣品各組分發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。 (6)在工作溫度下固定液對(duì)擔(dān)體有好的浸漬能力，使固定液形成均勻的液膜。,10,PPT學(xué)習(xí)交流,12.試比較紅色擔(dān)體和白色擔(dān)體的性能。何謂硅烷化擔(dān)體?它有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：紅色載體是將硅藻土與粘合劑在900煅燒后，破碎過(guò)篩而得，因鐵生成氧化鐵呈紅色，故稱(chēng)紅色載體，其特點(diǎn)是表面孔穴密集、孔徑較小、比表面積較大對(duì)強(qiáng)極性化合物吸附性和催化性較強(qiáng)，如烴類(lèi)、醇、胺、酸等極性化合物會(huì)因吸附而產(chǎn)生嚴(yán)重拖尾。因此它適宜于分析非極性或弱極性物質(zhì)。 白色載體是將硅藻土與20

9、的碳酸鈉（助熔劑）混合煅燒而成，它呈白色、比表面積較小、吸附性和催化性弱，適宜于分析各種極性化合物。 硅藻土載體表面不是完全惰性的，具有活性中心如硅醇基或含有礦物雜質(zhì)，如氧化鋁、鐵等，使色譜峰產(chǎn)生拖尾。硅烷化擔(dān)體是指用硅烷化試劑與擔(dān)體表面的硅醇，硅醚基團(tuán)起反應(yīng)，從而消除了其表面的硅藻土載體表面的活性中心。,11,PPT學(xué)習(xí)交流,20在一根2m長(zhǎng)的硅油柱上，分析一個(gè)混合物，得下列數(shù)據(jù)：苯、甲苯及乙苯的保留時(shí)間分別為120”、22”及31”；半峰寬為0.211cm，0.291cm及0.409cm，已知記錄紙速為1200mmh-1，求色譜柱對(duì)每種組分的理論塔板數(shù)及塔板高度。,甲苯：,乙苯：,苯：,解

10、：已知 1/C2=1200mmh-1=20mmmin-1 =1/3mms -1 C2=30scm-1 L=2m tR1(苯)= 120”=80s Y1/2,1=0.211cm =0.211cm30scm-1=6.83s tR2(甲苯)= 22” =122s Y1/2,2=0.291cm = 8.73s tR3(乙苯)= 31” =180s Y1/2,3=0.409cm= 12.27s 各種組分的理論塔板數(shù)及塔板高度為：,12,PPT學(xué)習(xí)交流,21在一根3m長(zhǎng)的色譜柱上，分離一試樣，得如下的色譜圖及數(shù)據(jù)：,(1)用組分2計(jì)算色譜柱的理論塔板數(shù)； (2)求調(diào)整保留時(shí)間tR1及tR2； (3)若需達(dá)

11、到分離度R=1.5，所需的最短柱長(zhǎng)為幾米? 解：已知 tM=1min tR1= 14mim tR2= 17mim Y2=1 min (1)組分2對(duì)應(yīng)的色譜柱理論塔板數(shù)：,(2)組分1、2的調(diào)整保留時(shí)間tR1及tR2： tR1= tR1-tM =14-1=13mim tR2= 17-1 = 16mim,13,PPT學(xué)習(xí)交流,(3)若需達(dá)到分離度R=1.5，,由組分2計(jì)算對(duì)應(yīng)的色譜柱有效塔板數(shù)：,當(dāng)R=1.5時(shí)，所需的最短柱長(zhǎng)為：,若以H有效=0.1cm計(jì)算：,14,PPT學(xué)習(xí)交流,22分析某種試樣時(shí)，兩個(gè)組分的相對(duì)保留值r2l=1.11，柱的有效塔板高度H=1mm，需要多長(zhǎng)的色譜柱才能分離完全(

12、即R=1.5)?,解： 已知 r2l=1.11， H有效=1mm ， R=1.5,15,PPT學(xué)習(xí)交流,23已知記錄儀的靈敏度為0.658mVcm-1，記錄紙速為2cmmin-1，載氣流速F0為68mLmin-1，進(jìn)樣量12時(shí)0.5mL飽和苯蒸氣，其質(zhì)量經(jīng)計(jì)算為0.11mg，得到的色譜峰的實(shí)測(cè)面積為113cm2。求該熱導(dǎo)池檢測(cè)器的靈敏度。 解：已知 C1=0.658mVcm-1 C2=0.5mincm-1 F0=68mLmin-1 m=0.11mg A=113cm2 該熱導(dǎo)池檢測(cè)器的靈敏度為：,若試樣苯按氣體計(jì)算，由進(jìn)樣體積V=0.5mL，TCD檢測(cè)器的靈敏度：,16,PPT學(xué)習(xí)交流,24記錄

13、儀靈敏度及記錄紙速同前題，載氣流速60mLmin-1，放大器靈敏度1103，進(jìn)樣量12時(shí)50L苯蒸氣，所得苯色譜峰的峰面積為173cm2，Yl/2為0.60cm，檢測(cè)器噪聲為0.1mV，求該氫火焰電離檢測(cè)器的靈敏度及最小檢出量。 解：已知 C1=0.658mVcm-1 C2=0.5mincm-1 V=50L Y1/2=0.6cm A=173cm2 N=0.1mV 50L苯蒸氣的質(zhì)量：,該氫火焰電離檢測(cè)器的靈敏度：,檢出限D(zhuǎn)：,最小檢出量Q0：,17,PPT學(xué)習(xí)交流,25丙烯和丁烯的混合物進(jìn)入氣相色譜柱得到如下數(shù)據(jù)：,解： 已知 ： tM=0.5min 丙烯: tR1= 3.5mim Y1=0.

14、8min 丁烯: tR2= 4.8mim Y2=1min (1) 丁烯在這個(gè)色譜柱的分配比,(2) 丙烯和丁烯的分離度,18,PPT學(xué)習(xí)交流,26某一氣相色譜柱，速率方程式中A，B和C的值分別是0.15cm，0.36cms-1和4.310-2s，計(jì)算最佳流速和最小塔板高度。 已知 ： A=0.15cm B=0.36cms-1 C=4.310-2s,19,PPT學(xué)習(xí)交流,27在一色譜圖上，測(cè)得各保留時(shí)間如下：,求未知峰的保留指數(shù)。 解：已知 tM=0.6min Z=8 tRZ= 13.9-0.6=13.3mim lgtRZ=1.124 tR、Z+1= 17.9-0.6=17.3mim lg tR

15、、Z+1=1.238 tR、x= 17.9-0.6=17.3mim lg tR、x= 1.170 未知峰的保留指數(shù)為：,20,PPT學(xué)習(xí)交流,28化合物A與正二十四烷及正二十六烷相混合注入色譜柱進(jìn)行試驗(yàn)，得調(diào)整保留時(shí)間為：A，10.20min，n-C24H50，9.81min;n-C26H54，11.56min。計(jì)算化合物A的保留指數(shù)。 解：已知 Z=24 tRZ= 9.81min lgtRZ=0。992 tR、Z+1= 11.56min lgtR、Z+1=1.063 tR、x= 10.20min lgtR、x= 1.008 化合物A的保留指數(shù)為：,21,PPT學(xué)習(xí)交流,29測(cè)得石油裂解氣的色譜圖(前面四個(gè)組分為經(jīng)過(guò)衰減14而得到)，經(jīng)測(cè)定各組分的f值并從色譜圖量出各組分峰面積分別為：,用歸一法定量，求各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為多少?,其中 為：,各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為:,空氣,甲烷,解：本題為用色譜歸一法定量分析。 歸一法定量公式為：,22,PPT學(xué)習(xí)交流,二氧化碳,乙烯,乙烷,丙烯,丙烷,23,PPT學(xué)習(xí)交流,30有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物質(zhì)，稱(chēng)取此試樣1.055g。以環(huán)己酮作內(nèi)標(biāo)，稱(chēng)取0.1907g環(huán)己酮，加到試樣中，混合均勻后，吸取此試液3L進(jìn)樣，得到色譜圖。 從色譜圖上測(cè)得的各組分峰面積及已知的S，值如下表所示：,求甲酸、乙酸