仪器分析习题（色谱）

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仪器分析习题（色谱）

一、问答题

1、简述气相色谱（气—固；气—液）分析法的分离原理

答：色谱分离法是一种物理分析方法，其分离原理是将被分离的组分在固定相与流动相之间进行多次分配，由于被分离组分之间物理化学性质之间存在微小差异，在固定相上的滞留时间不同，经过多次分配之后，其滞留时间差异被拉大，经过一定长度的色谱柱后，组分即按期与固定相之间作用强弱顺序流出色谱柱。由试验看出，实现色谱分离的必要条件是分离体系必须具有两相，即固定相与流动相，被分离组分与固定相之间的相互作用有差异。在分离过程中，固定相可以是固体吸附剂也可以是涂渍在惰性担体表面上的液态薄膜，在色谱分析中，此液膜称为固定液。流动相可以是惰性气体、液体或超临界流体。其惰性是指流动相与固定相和被分离组分之间无相互作用。色谱分离之所以能够实现，其内因是由于组分与固定相之间的吸附或分配性质的差异。其宏观表现是吸附与分配的差异。其微观解释是固定相与组分之间作用力的差别。分子间作用力的差异大小用组分在固定相与流动相之间的分配系数来表示。在一定的温度条件下分配系数越大，说明组分在固定相上滞留的越强，组分流出色谱柱越晚；反之，分配系数越，组分在固定相上滞留的越弱，组分流出色谱柱的时间越短。而气相色谱的流动相为气体。

2、保留时间和调整保留时间；

答：保留时间tR（retention time）

试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间，如图２～３中O’B。 调整保留时间tＲ（adjusted retention time）

某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，即 tＲ=tR-t0

由于组分在色谱柱中的保留时间tr包含了组分随流动相通过柱子所需的时间和组分在固定相中滞留所需的时间，所以tr实际上是组分在固定相中停留的总时间。保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱 3、区域宽度；

答：区域宽度（peak width）

色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要多数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通常有三种方法。 （1）．标准偏差（standatd deviation）

即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半，如图中距离的一半。 （2）.半峰宽（peak width at half-height）Y1/2

即峰高一半处对应的峰宽。如图1中间的距离，它与标准偏差的关系为

Y1/2＝2.35 σ （3）．峰底宽度W(peak width at base)

即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的距离。如图２～３

中IJ的距离，它与标准偏差σ的关系是:

Y=4 σ

4、正相液—液色谱和反相相液—液色谱；

答：正相液--液色谱：亲水性固定相，疏水性流动相，既固定相极性大于流动相；反相液--液色谱：疏水性固定相，亲水性流动相，既固定相极性小于流动相。

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5、气相色谱仪的基本设备包括那几个部分？各有什么作用？ 答：气相色谱一般由五部分组成：

（1）、载气系统，包括气源、气体净化、气体流速控制和测量；提供流动相—高纯载气。 （2）、进样系统，包括进样器、汽化室；将样品汽化并导入色谱柱。 （3）、色谱柱和柱箱，包括温度控制装置；对分析样品进行分离。 （4）、检测系统，包括检测器、检测器电源和控温装置；对被分离开的先后到达的组分进行检测。 （5）、记录系统，包括放大器、记录仪、数据处理站等。从检测器获得每一种组分的信号后完成色谱数据处理。

6、保留体积和调整保留体积；

答：保留体积VR

指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积。保留时间与保留体积的关系 调整保留体积VR’

某组分的保留体积扣除死体积后，称该组分的调整保留体积。

VR’=VR－VM=tR×Fo

7、相对保留值；

答：相对保留值R21

某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比，称为相对保留值。由于相对保留值只与柱温及固定相性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛用作定性的依据。在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准，然后再求其他峰对这个峰的相对保留值，此时可用符号α表示，即

r21 =tR2,/tR1,= VR2,/VR1,

8、气相色谱和液相色谱；

答：在现代色谱分析法中，按流动相物态分类时，将流动相为气体的（如采用高纯氮气和氢气）叫气相色谱；将流动相为液体（如用去离子水或甲醇等）的叫液相色谱。 9写出下列气体高压气瓶的颜色 气体 H2 N2 黑 黄 棕 Ar 黑 蓝 白 He 棕 白 — CO2 黑 黄 — 空气 黑 白 — 氧气 浅蓝 黑 — 外壳颜色 暗绿 标字颜色 红 条纹颜色 —

二、计算题

1、(讲义61页21题)在一根3米长的色谱柱上，分离一试样，得如下色谱图及数据：（1）用组分2计算色谱柱的理论塔板数；

（2）求调整保留时间t`R1和t`R2；

（3）如需分离度R=1.5，所需的最短柱长为几米？.

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解：

2 22

n有效= 5.54（tR`/Y1/2）= 16（tR`/Y）=16（16/1）=4096； H有效=L/ n有效=3000mm/（16（16/1）2）=3000mm/4096=0.73mm； t`R1 = 14－1=13min；t`R2 = 17－1=16min； α= t`R2/ t`R1=16/13=1.23；

2222

n有效=16×1.5×[α/（α-1）]= 16×1.5×[1.23/（1.23-1）]=16×2.25×（5.35）2

=36×28.6=1030；

H有效=L2/n有效，所以：L2= n有效×H有效=1030×0.73cm ≈0.75M 注意：

k2= t`R2/tm=（17-1）/1=16 n有效=16×1.52×[α/（α-1）]2[（1＋k2）/k2]2= 16×1.52×[1.23/（1.23-1）]2[（1

22

＋16）/16]=16×2.25×（5.35）×1.126=36×28.6×1.126=1162； H=3000mm÷4626=0.6485mm 所以： L2 =0.6485mm ×1162≈0.75M；

或 L2 = L1（n有效/n理论）= 3M×（1162÷4626）≈0.75M； 2、（类同1题）：由色谱图得如下数据：死时间tm =2.1cm；环己烷tR =4.6 cm；Y1/2=0.53 cm； h=12.1 cm；苯tR =12.5 cm；Y1/2=1.48 cm； h=12.0 cm；如欲达到分离度R=1.5，最小需要多长的柱子？ 解：n1=5.54（tR/Y1/2）2=（12.5/1.48）2=396；

r21= t`R2/tR1=（12.5－2.1）/（4.6－2.1）=4.16； k2=t`R2/tm=10.4/2.1=4.96； 若分离度R=1.5时：

n2= n有效=16×1.52×[r21/（r21-1）]2[（1＋k2）/k2]2= 16×1.52×[4.16/（4.16-1）]2[（1＋4.95）/4.95]2=89；

又原柱长L1=2M，所以：L2=L1×（89/396）=0.45M。 3、（同4类题）丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据： 组 分 保留时间/分 峰宽/分 空 气 0.5 0.2 丙 烯 3.4 0.8 丁 烯 4.8 1.0 计算：（1）丁烯在这个柱上的分配比是多少？ （2）丙烯和丁烯的分离度是多少？

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（3）丙烯和丁烯是否能分开？

解：丙烯在这个柱上的分配比为： k =t`R/tM=（4.8－0.5）/0.5 = 8.6； 丙烯和丁烯的分离度是： R = （tR2－tR1）/[1/2（Y1＋Y2）]=（4.8－3.4）/[1/2（0.8＋1.0）]=1.4/0.9 = 1.55； R=1.55，R＞1.5可以分开。

4、（讲义61页25题）：丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据： 组分 保留时间/min 峰宽/min 空气 0.5 0.2 丙烯 3.5 0.8 定烯 4.8 1.0 计算（1）丁烯在这个柱上的分配比是多少？ （2）丙烯和丁烯的分离度是多少，两种组分是否可以分开？ 解：（1）κ=t`R/tM=（4.8－0.5）/0.5=8.6；

（2）R=（4.8－3.5）÷1/2（0.8＋1.0）=1.3÷0.9=1.44，所以不能分开。 5、（讲义61页20题）题在一根2M长的硅油柱上，分析一个混合物，得到下列数据：苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为1分20秒，2分2秒和3分1秒；半峰宽为0.211cm、0.291cm及0.409cm，已知记录纸速为1200nm·h-1，求色谱柱对每种组分的理论塔板数和塔板高度。

解：记录纸速=1200mm/n=2cm/min。柱长：2000cm 所以：（1）对苯：n=5.54（tR`/Y1/2）2=5.54（1、20``/0.211cm）2=5.54（1.33min/

（0.211cm/2cm〃min-1）2=880 H=L/n=2000mm/880=2.27mm；

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（2）对甲苯：n=5.54（tR`/Y1/2）=5.54（2、20``/0.291cm）=5.54（2.03min/（0.291cm/2cm〃min-1）2=1078 H=L/n=2000mm/1078=1.86mm；

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（3）对乙苯：n=5.54（tR`/Y1/2）=5.54（3、1``/0.291cm）=5.54（3.02min/

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（0.409cm/2cm〃min）=1208 H=L/n=2000mm/1208=1.66mm； 6（讲义62页29题）、测得石油裂解气的色谱图（前面四个组分为经过衰减1/4得到），经测定各组分的f值并从色谱图量出各组分峰面积分别为： 出峰次序 空气 甲烷 二氧化乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 碳 峰面积 34 214 4.5 278 77 250 47.3 校正因子0.84 0.74 1.00 1.00 1.05 1.28 1.36 f 用归一化法定量，求各组分的质量分数各为多少？ 解：wi=mi/m×100%=mi/(m1+m2+…mi+…+mn)×100%=Aifi/(A1f1+A2f2…Aifi+……Anfn)×100%

结果 出峰次序 空气 甲烷 二氧化乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 碳 wi（%） 4.48 27．0 0.77 47.5 3.45 13.7 2.75 5

7（讲义62页31题）、在测定苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的峰高校正因子时，称取的各组分的纯物质质量，以及在一定色谱条件下所得色谱图上各种组分色谱峰的峰高分别如下： 苯 甲苯 乙苯 邻二甲苯 质量/g 0.5967 0.5478 0.6120 0.6680 峰高/mm 180.1 84.4 45.2 49.0 求各组分的峰高校正因子，以苯为标准：

解：根据公式：fm = f`i（m）/f`s（m）=hsmi/himS，计算得： 苯 甲苯 乙苯 邻二甲苯 峰高校正因子 1 1.98 4.09 4.11 8（讲义62页33题）、测定氯苯中微量杂质苯、对二氯苯、邻二氯苯时，以甲苯为内标，先用纯物质配制标准溶液，进行气相色谱分析，得如下数据（见下表），试根据这些数据绘制标准曲线。在分析未知样品时，称取氯苯样品5.119g，加入内标物0.0421g，测得色谱图，从图上量取各种色谱峰的峰高，并求得峰高比见表后所附，求试样中各杂质的质量分数。 No 1 2 3 4 甲苯 g 0.0455 0.0460 0.0407 0.0413 苯 质量/g 0.0056 0.0104 0.0134 0.0207 苯 峰高比 0.234 0.424 0.608 0.838 对二氯苯 对二氯苯 邻二氯苯 邻二氯苯 质量/g 0.0325 0.0620 0.0848 0.1191 峰高比 0.080 0.157 0.247 0.334 质量/g 0.0243 0.0420 0.0613 0.0878 峰高比 0.031 0.055 0.097 0.131 苯峰高比甲苯峰高=0.341；对二氯苯峰高比甲苯峰高=0.298；邻二氯苯峰高比甲苯峰高=0.298； 解：（1）苯/甲苯：0.124，0.226，0.329，0.501；

峰高比：0.234，0.424，0.608，0.838 设m苯样，则m苯样/（0.0421/0.226）=0.341/0.424；所以：m苯样=0.00765g； 质量分数（%）=（0.00765/5.119）×100%=0.149%；

（2）对二氯苯/甲苯：0.714，1.35， 2.08， 2.88；

峰高比：0.080，0.157，0.247，0.334

设m对二氯苯样，则m对二氯苯样/（0.0421/2.08）=0.0.298/0.247；所以：m对

二氯苯样=0.1056g；

质量分数（%）=（0.1056/5.119）×100%=2.06%；

（3）邻二氯苯/甲苯：0.534，0.913，1.51，2.12；

峰高比：0.031，0.055，0.097，0.131

设m邻二氯苯样，则m邻二氯苯样/（0.0421/0.913）=0.0420/0.055；所以：m邻

二氯苯样=0.0294g；

质量分数（%）=（0.0294/5.119）×100%=0.58%；

（讲义61页23题）9、已知记录仪的灵敏度为0.658mV·cm-1,记录纸速为2cm·min-1，载气流速F0为68mL·min-1,进样量12℃时0.5mL报和苯蒸汽，其质量经计算为0.11㎎，得到的色谱峰的实测面积为3.84㎝2。求该热导池检测器的灵敏度。

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