色谱课习题作业

1．简要叙述色谱法的分离原理及其特点。

答：

原理：利用混合物中各组分在互不相溶的两相中分配系数的差异，当两相作相对运动时，混合物各组分在两相中反复分配达到分离 特点：（1）高选择性（2）高效能（3）高灵敏度，样品用量少（4）分析速度快（5）应用范围广

2．试述色谱分析法的发展历史及其分类。

历史：

20世纪初 茨维特分离绿叶色素 30年代 液-液分配色谱 40年代 TLC，纸色谱

50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能 60年代末 HPLC出现，使色谱分析范围进一步扩大

80年代 产生超临界流体色谱(SFC)和毛细管电色谱(CEC)

①按两相物理状态分类可分为气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱（SFC）。气相色谱中又分为气固色谱和气液色谱，液相色谱中又分为液液色谱和液固色谱。 ②按固定相的形式分类可分为柱色谱、平面色谱。柱色谱又分为填充柱和开管柱，平面色谱又分为纸色谱和薄层色谱。

③按分离过程的原理分类吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空间排阻色谱、电色谱（电泳）

④按色谱动力学过程分类前沿法（迎头法）、顶替法(置换法)、淋洗法 （洗脱法） ⑤按色谱技术分类根据色谱辅助技术不同，可分为：反应色谱法、裂解色谱法、多维色谱法、顶空色谱法、程序升温色谱法等。按组分的分离目的和分离效力又可分为制备色谱、分析色谱、微量色谱等。

3．通过查找文献针对色谱分析法在石油化工、精细化工、环境保护、生命科学、食品卫生、材料科学等领域的最新研究进展写一篇2000字的文献综述。

5．在某色谱分析中得到下列数据：保留时间（tR）为5.0min。死时间（tM）为1.0min，液

相体积（VS）为2.0mL，柱出口载气体积流量（FO）为50mL·min,试计算：

（1）分配比k; （4.0） （2）死体积Vm； (50mL) （3）分配系数K； (100) （4）保留体积VR； (25mL)

-1

(1) k=(tR-tM)/tM=(5-1)/1=4 (2) Vm = FO tm=50*1=50

(3) K = k Vm / VS =4.0 × 50/2.0=100 (4)VR = FO tR =50 ×5.0=250

6.组分P和Q在某色谱柱上的分配系数分别为490和460，那么，哪一个组先流出色谱柱？

答：分配系数为在一定温度下，分配体系达到平衡时，组分在两相的浓度之比，所以分配系数越大，表示该组分与固定相作用力越大。所以Q先流出色谱柱。

?7．衡量区域宽度方法有哪几种？如何定义？它们之间的关系如何？

标准偏差 ：0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 半峰宽：为1/2h初的峰宽。W1/2=2.354

Wb?4? 峰底宽度:

8. 色谱图上的色谱峰流出曲线可说明什么问题？

答：可以说明色谱柱出口各种组分的浓度变化

9．已知某组分峰的峰底宽为40s，保留时间为400s，

（1）计算此色谱柱的理论塔板数； （1600块）

（2）若柱长为1.00m,求此理论塔板高度 （0.625mm）

答：n=16（tR‘/wb）2=16x（400/40）2=1600 H=L/n=1/1600=6.25×10-4m

10．在一根已知有8100块理论塔的色谱柱上，异辛烷和正辛烷的调整保留时间为800s和815s,设

k?1?1,试问: k（1）如果一个含有上述两组分的试样通过这根柱子，所得到的分辨率为多少？ （0.414） （2）假定调整保留时间不变，当使分辨率达到1.00时，所需的塔板数为多少？ (46022块) （3）假定调整保留时间不变，当使分辨率为1.5时，所需的塔板数为多少？ (103548块)

R?答：（1）a=815/800=1.01875

1?k??a?1?N????4?k?1??a?

R?1?1.01875?1?8100?1????0.4144?1.01875?

22（2）

?a??1.01875?N?16R???16?1????47234

?a?1??1.01875?1?2(3)

?a??1.01875?2N?16R2???16?1.5????106276a?11.01875?1??? ??22

11．用3m的填充柱分离环己烷和甲苯得如下数据：死时间为1min，环己烷和甲苯的保留时间分别为14min和17min，甲苯的峰底宽为1min。为了得到1.5的分辨率，柱子长度最短需多少？ （0.75m）

tR'?2?答：

wb(2)?1n4 n=4096 H=L/n=3/4096

222?a??1.23?2N?16R??16?1.5?????1024?a?1??1.23?1?R=1.5 ; a=16/13=1.23

L=NH=1024×3/4096=0.75

12．假设两组分的调整保留时间分别为19min及20min，死时间为1min，计算：

（1）较晚流出的第二组分的分配比k2； (20) （2）欲达到分离度R=0.75时，所需的理论板数。 (3696块) 答：（1）

k2?tR2'/tm?20/1?20H?A?B?Cuu

22?a??1.053?2N?16R2???16?0.75????3553a?11.053?1????（2）R=0.75 a=20/19=1.053

13．长度相等的两根色谱柱，其van Deemter（范第姆特）常数如下：

A B C

柱1 0.18cm 0.40cm2·s-1 0.24s 柱2 0.05cm 0.50cm2·s-1 0.10s （1）如果载气流速是0.50cm2·s-1 ,那么，这两根柱子给出的理论塔板数哪一个大？(相等) （2）柱1的最佳流速是多少？

2-1

（1.29cm·s） 答：（1）

H1=0.18+0.4/0.5+0.24×0.5=1.1 H2=0.05+0.5/0.5+0.1×0.5=1.1 n=L/H ∵H1=H2 ∴n1=n2

（2）

uopt=1.29cm·s

2

-1

14．当色谱柱温为150OC时， 其van Deemter（范第姆特）方程中的常数A=0.08cm，B=0.15cm2·s-1 ，C=0.03s，这根柱子的最佳流速为多少？所对应的最小塔板高度为多少？

(uopt=2.24cm·s-1,Hmin=2.14mm) 答：

uopt=2.24cm·s

-1

Hmin=2.14mm

16．在某一色谱分析条件下，把含A和B以及两邻的两种正构烷烃的混合物注入色谱柱分析。A在相邻的两种正构烷烃之间流出，它们的调整保留时间分别为10min,11min,和12min，最先流出的正构烷烃的保留指数为800，而组分B的保留指数为882.3，求组分A的保留数。试问A和B有可能是同系物吗？ (IA=852.3，不是)

?lgt'R(x)?lgt'R(n)??lg11?lg10?I?100??n??100?8??852.3????lgt'R?n?1??lgt'R(n)???lg12?lg10?? 不是

17．试计算下列化合物的保留指数I：

（a）丙院，t’R=1.29min (300) （b）n-丁烷，t’R=2.21min （c）n-戊烷，t’R=4.10min （d）n-己烷，t’R=7.61min （e）n-庚烷，t’R=14.08min （f）n-辛烷，t’R=25.11min （g）甲苯，t’R=16.32min （h）异丁烷，t’R=2.67min （i）n-丙醇，t’R=7.60min （j）甲基乙基酮，t’R=8.40min （k）环己烷，t’R=6.94min （l）n-丁醇，t’R=9.85min 答：X=n，In=100n

所以（a）I=100*3=300 （b）I=100*4=400 （c）I=100*5=500 （d）I=100*6=600 （e）I=100*7=700 （f）I=100*8=800

I?100???lgt'R?x??lgt'R?n???lg16.32?lg14.08 (g)?n??lgt'R?n?1??lgt'??100??7??R?n????lg25.11?lg14.08???724

I?100???n?lgt'R?x??lgt'R?n???lg2.67?lg2.21?（h）??lgt'R?n?1??lgt'??100??4???431R?n????lg4.10?lg2.21?

（i）

I?100???n?lgt'R?x??lgt'R?n????lg8.40?lg7.61?（j）??lgt'R?n?1??lgt'R?n???100????6?lg14.08?lg7.61???616

（k）

I?100???lgt'R?x??lgt'R?n???lg6?n??lgt'R?n?1??lgt'??100??5?.94?lg4.10?R?n????lg7.61?lg4.10???585

I?100???n?lgt'R?x??lgt'R?n???lg9.85?lg7.61?（l）??lgt'??100??5???642R?n?1??lgt'R?n????lg14.08?lg7.61?

(400) (500) (600) (700) (800) (724) (431) (600) 616） (585) (642) （ 22．热导检测器分析某样品，组分面积与相应的校正因子如表3—2求各组分含量。 表3—2 组分峰面积与相应的校正因子

组分 A B C D E

?＇ 0.25 0.30 0.80 1.20 2.00 Ａ（cm2） 5 6 2 3 25 答：2.1%；3.1%；2.7%；6.2%；85.8% Wi =fiAi

% i= 100Wi /(W1+ W2 + W3+……+Wn )

WA+WB+WC+WD+WE=0.25*5+0.3*6+0.8*2+1.2*3+2*25=58.25 %A=0.25*5/58.25=2.1% %B=0.3*6/58.25=3.1% %C=0.8*2/58.25=2.7% %D=1.2*3/58.25=6.2% %E=2*25/58.25=85.8%

24．分析乙二醇中丙二醇含量时，采用内标法定量，已知样品量为1.0250g，内标的量为0.3500g，测量数据见表3—5。记算丙二醇含量。

表3—5 组分峰面积及校正因子

组 分 Ａ（cm2） ?＇i 丙二醇 2.5 1.0 内 标 20.0 0.83 答：丙二醇5.1%

%i?fi'msAi10.352.5???100????100?5.1%fs'm试As0.831.02520

25.简述气相色谱仪的基本组成和主要作用。

答：基本组成有气路系统、进样系统、分离系统、控温系统、检测和记录系统。 气路系统：载气净化和控制载气流速 进样系统：控制进样量和使样瞬间气化 分离系统：分离混合物 控温系统：提供温度控制 检测和记录系统：样品检测

30．色谱固定液有何要求？如何分类?

答：1、表面具有化学惰性：不与组分发生化学反应，不起催化作用，不吸附待测组分 2、对热稳定，高温不分解 3、不易破碎，机械强度好。

4、 颗粒均匀，细小：40-60目，60-80目，80- 100目，孔径要均匀。 5、.比表面积大，增加柱效能，即分离能力。

6、对固定液浸润性好：使固定液能在担体表面上形成一层牢固、薄而均匀完整的液膜，不能有担体裸露现象。

按极性分类： 有非极性、弱极性、中极性、强极性。

31．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。 (2.7)

?q1?qx??lg6.24?lg1???P?100?100???100?100??lg6.24?lg0.95???2.7?q?q?答： ???12?

32．醋酸甲酯，丙酸甲酯，n-丁酸甲酯在邻苯二甲酸二癸酯上的保留时间分别为2.12min、4.23min和8.63min，试指出它们在阿皮松上分离时，保留时间是增长还是缩短？为什么？ 答：缩短，阿皮松是弱极性的固定液，而醋酸甲酯，丙酸甲酯，n-丁酸甲酯与邻苯二甲酸二癸酯都是中等极性的酯类化合物，相似相溶的原理，所以这三种样品在邻苯二甲酸二癸酯上的保留时间比在阿皮松上的保留时间应更长一些。

33．根据Mckeyno1ds常数选择合适的固定液。

(1)丁酮是乙醇中杂质；(2)乙醇是丁酮中杂质。 答：（1）FFAP (2)硅酮QF-1

34.简述毛细管气相色谱法的特点。

答：渗透性好、相比（β）大、总柱效高、柱容量小

35．比较毛细管气相色谱法与填充柱气相色谱法的异同点。

答：仪器相同，原理相同，仅检测柱不同

毛细管气相色谱法使用的是毛细管色谱柱，为气液色谱，材质为石英玻璃，长度在几十米甚至上百米，分离效果更好，柱效更高，但因内径过小（0.2-0.5mm），故柱容量也很小，且因材质因素，易折断损坏。因柱长较长，分析时间通常也比较长。

填充柱气相色谱法使用的是填充色谱柱，既有气液色谱也有气固色谱，常见管材为不锈钢、玻璃、聚四氟、铜、铝等，除玻璃材质外，其他种类的不易损坏。填充柱分离能力较差，柱效较低，但柱容量大，柱较短，因此分析时间较快

37．比较等温色谱(IGC)和程序升温气相色谱法(PTGC)的异同。

答：IGC的样品沸程＜100℃而PTGC的样品沸程＞100℃ IGC的进样量＜1ul而PTGC的进样量＜10ul

IGC的进样速度快而PTGC的进样速度慢

IGC的峰容量＜10组分而PTGC的峰容量大于10组分 IGC的分析速度慢而PTGC的分析速度快 TGC和PTGC的载气纯度都要求很高

38．某分析工作者已知初始温度＝30℃，升温速率为3℃/min，程序升温中某组分的保留时间(tR)为3.4min，求该组分的TR和Ｔ＇?

TR?T0?r?tR?30?3?3.4?40.2T'?0.92TR?36.984

39．试比较HPLC与GC分离原理．仪器构造及应用方法的异同点。

答：二者都是根据样品组分的与流动相和固定相相互作用力的差别进行分离的。

从仪器结构上看，液相色谱需要增加高压泵以提高流动相的流动速度，克服阻力。同时液相色谱所采用的固定相种类要比气相色谱丰富的多，分离方式也比较多样。气相色谱的检测器主要采用热导检测器、氢焰检测器和火焰光度检测器等。而液相色谱则多使用紫外检测器、荧光检测器及电化学检测器等。

二者均具有分离能力高、灵敏度高、分析速度快。才做方便等优点。，但沸点太高的物质或热稳定性差的物质难以用气相色谱进行分析。而只要样能够制成溶液，即可用于HPLC分析，而不受沸点高、热稳定性差。相对分子量大的限制。

43．在高效液相色谱中，组分和溶剂分子之间存在哪几种作用力？

答：存在色散力、偶极作用、氢键作用和介电作用等四种作用力。

42．什么叫反相色谱？从固定相、流动相、流动相极性的影响等几个方面比较正相和反相的区别。

答：流动相的极性比固定相的极性强的色谱体系叫反相色谱。 从固定相上，正相为极性，反相为非极性或弱极性 从流动相上，正相为非极性或弱极性，反相为极性

从流出次序上，正相为极性组分k大的先流出，而反相反之

从流动相极性的影响上，正相极性增加，k减小，反相极性增加，k增大

45．在正相色谱与反相色谱体系中，预测组分的出峰顺序。

在正相色谱体系中组分的出峰次序为：

极性弱的组分，在流动相中溶解度较大，因此k值小，先出峰。极性强的组分，在固定相中的溶解度较大，因此k值大，后出峰。 在反相色谱中组分的出峰次序为：极性弱的组分在固定相上的溶解度大，k值大先出峰，相反极性强的组分在流动相中溶解度大，k值小，所以先出峰。

50. 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29.1 分钟，死时间为1. 05分钟，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？（已知P氯仿=4.1，P正己烷=0.1）

答：（1）试样物质的容量因子k=（tr-t0）/t0 =29.1-1.05）/1.05=26.7 （2）混合溶剂的极性指数

当流动相为1:1的氯仿和正己烷时， 从而P1 =0.5×4.1+0.5×0.1=2.1 当容量因子降为10时，k2=10 对正相分离k2/k1=

结合（1）和（2)可得：

所以当容量因子降为10时，流动相的组成为71%氯仿，29%正己烷

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