分析化学（高教第五版）课后习题及思考题第十一章气相色谱分析法答案（整理排版20页）

分析化学（高教第五版）课后习题及思考题

第十一章 气相色谱分析法(附：高效液相色谱分析法)

思 考 题

1.试按流动相和固定相的不同将色谱分析分类。

答：按流动相分类：以气体作为流动相的色谱法称为气相色谱；以液体作为流动相的色谱法称为液相色谱。

按固定相分类；固定相既可以是固体也可以是栽附在固体物质(担体)上的液体(又称为固定液)，所以按所使用的固定相和流动相的不同，色谱法可以分为下面几类：

气相色谱：气固色谱——流动相为气体，固定相为固体吸附剂。

气液色谱——流动相为气体，固定相为液体（涂在担体上或毛细管壁上）。

液相色谱：液固色谱——流动相为液体，固定相为固体吸附剂。

液液色谱——流动相为液体，固定相为液体（涂在担体上）。

2.简单说明气相色谱分析的优缺点。 答：优点：

(1)分离效能高。能分离、分析很复杂的混合物或性质极近似的物质(如同系物、

异构体等)，这是气相色谱分析法突出的优点。

（2）灵敏度高。利用高灵敏度的检测器，可以检测出10-11～10-13g的物质．常用

来分析痕量组分。

（3）分析速度快。在几分钟或十几分钟内，即可完成很复杂的试样分析。 (4)应用范围广。分析对象是在柱温条件下能汽化的有机或无机的试样。 缺点：不适用于沸点高于450℃的难挥发物质和热不稳定物质的分析。 3.简单说明气相色谱分析的流程。

答：气相色谱分析是在气相色谱仪上进行的。气相色谱仪由五个部分组成： (1)载气系统(包括气源、气体净化、气体流速的控制和测量)； (2)进样系统(包括进样器、汽化室)； (3)色谱柱； (4)检测器；

(5)记录系统(包括放大器、记录仪，有的还带有数据处理装置)。

将试样用注射器(气体试样也可用六通阀)由进样口定量注入进样系统，在气化室经

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瞬间汽化后，由载气带入色谱柱中进行分离，分离后的各个组分随载气先后进入检测器，检测器将组分及其浓度随时间的变化量转变为易测量的电信号(电压或电流)，通过自动记录仪记录下信号随时间的变化量，从而获得一组峰形曲线。一般情况下每个色谱峰代表试样中的一个组分。由峰高或峰面积定量。

4.试述气固色谱和气液色谱的分离原理，并对它们进行简单的对比。

答：气固色谱的固定相是多孔性的固体吸附剂，气固色谱是根据固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同来达到分离的目的。当试样气体由载气携带进入色谱柱，与固定相接触时，随着载气的移动，样品在固定相上进行反复的吸附、脱附，由于试样中各组分在固定相上的吸附能力不同，最终达到分离的目的。

气液色谱的固定相是由担体(用来支持固定液的、惰性的多孔性固体物质)表面涂固定液(高沸点的有机物)所组成。气液色谱主要是基于固定液对试样中各组分的溶解度的不同来达到分离的目的。当试样气体由载气携带进入色谱柱，与固定液接触时，随着载气的移动，样品在固定液上进行反复的溶解、挥发，由于试样中各组分在固定相上的溶解能力不同，最终达到分离的目的。

5.为什么气相色谱分析可以达到很高的分离效能?试讨论之。

答：气相色谱分析是基于固定相对试样中各组分的吸附能力或溶解度的不同达到分离的目的。

试样气体由载气携带进入色谱柱，与固定相接触时，很快被固定相溶解或吸附，随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附下来，挥发或脱附下来的组分随着载气向前移动时，又再次被固定相溶解或吸附。随着载气的流动，溶解、挥发或吸附、脱附过程在色谱柱中反复进行，由于组分性质的差异，固定相对它们的溶解或吸附的能力也不同，易被溶解或吸附的组分，挥发或脱附较难，随载气移动的速度慢，在柱停留的时间长；反之，不易被溶解或吸附的组分随载气移动的速度快，在柱内停留的时间短；经过一定的时间间隔(一定柱长)后性质不同的组分便彼此分离。

色谱柱相当于一个分馏塔，柱内有若干个想象的塔板，在每个塔板高度间隔内，被分离组分在气液两相间达成分配平衡，经过若干次的分配平衡后，分配系数小即挥发度大的组分首先由柱内逸出。由于色谱柱的塔板数很多，通常为几千个以上，致使分配系数仅有微小差异的组分也能得到很好的分离，所以气相色谱有很高的分离效能。 6.气液色谱固定相由哪些部分组成?它们各起什么作用?

答：气液色谱固定相由担体和固定液两部分组成，将固定液涂渍在担体上组成为固定相。固定液为挥发性小，热稳定性好的高沸点有机化合物，在色谱分离操作温度下它

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是液体，固定液起分离的作用。担体是承载固定液的载体。

7.“担体是一种惰性支持剂，用以承担固定液，对分离完全不起作用” 这种表述是否正确？试讨论之。

答：不正确。因为不同的担体表面孔径大小不一样，表面积也不一样，对于不同极性的样品有不同的分离效率。并且由于担体表面往往有吸附中心，会使固定液涂布不均匀，分离极性组分时会吸附这些组分，而使色谱峰拖尾，影响分离。因此分析极性试样用的担体应进行处理，以除去其表面的吸附中心，使之“钝化”。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化处理、釉化处理等。

8．简单说明两种评价固定液的办法。你认为哪一种评价方法比较合理?试讨论之。 答：气相色谱主要是依据样品在固定相中溶解或吸附能力的不同使之分离的。不同的样品具有不同的极性，为了使样品很好的分离，一定要根据样品的极性选择具有相同或相似极性的固定液，固定液的极性通常用以下两种方法表示：

（1）相对极性：规定β，β’-氧二丙腈的相对极性为100，角鲨烷的相对极性为零，以它们作为标准，确定其它各种固定液的相对极性（在0-100之间）。把0-100分成五级，每20为一级，用“+”号表示，数字越大，极性越强。如：β，β′-氧二丙腈为“+5”，是强极性固定液；邻苯二甲酸二壬酯为“+2”，是弱极性固定液；阿皮松L为“-”，是非极性固定液等。

（2）麦氏常数：固定液极性的强弱，代表了物质分子间相互作用力的大小，而物质分子间的作用力是相当复杂的。已知极性分子间存在着静电力(偶极定向力)；极性分子和非极性分子间存在着诱导力；非极性分子间存在着色散力；此外能形成氢键的分子间还存在着氢键力。因而仅用相对极性这个单一的数据来评价固定液是不够的。物质分子间相互作用力可用xˊ、yˊ、zˊ、uˊ、sˊ这五个常数来表示，这些常数称之为麦氏常数。通常用这五个麦氏常数的总和来表示一种固定液的极性，麦氏常数愈大，表示分子间的作用力愈大，固定液极性愈强。例如角鲨烷五个常数的总和为零，表示角鲨烷是标准非极性固定液；邻苯二甲酸二壬酯为801，是弱极性固定液；β，β′—氧二丙腈为4 427，是强极性固定液。

用五个麦氏常数表示固定液极性的强弱，当然比用单一的相对极性数值表示更为全面，更为合理。

9.怎样选择固定液?

答：对于固定液的选择，要根据其相对极性或麦氏常数值，根据试样的性质，按照“相似相溶”的原则来选择，通常固定液的选择大致可分为以下五种情况。

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(1)分离非极性组分，一般选用非极性固定液。试样中各组分按沸点大小次序流出色谱柱，沸点较低的先出峰，沸点较高的后出峰。

(2)分离极性组分，选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰，极性大的后出峰。

(3)分离非极性和极性的(或易被极化的)混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的(或易被极化的)组分后出峰。

(4)对于能形成氨键的组分，如醇、胺和水等的分离，一般选择极性的或氢键型的固定液。这时试样中各组分根据与固定液形成氢键能力的大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。

(5)对于复杂的难分离的组分，常采用特殊的固定液或两种甚至两种以上的固定液，配成混合固定液。

固定液的用量，应以能均匀覆盖担体表面并形成薄的液膜为宜。各种担体表面积大小不同，固定液配比(固定液与担体的质量比)也不同，一般在5%-25％之间。低的固定液配比，柱效能高，分析速度快，但允许的进样量低。

10.欲使两种组分分离完全，必须符合什么要求?这些要求各与何种因素有关? 答：欲使两种组分分离完全，必须要满足分离度R=1.5的条件。分离度R与相邻的两个色谱峰的保留时间之差及两个色谱峰的峰基宽之和有关，表达式为：

R?2tR(2)?tR(1)Wb(2)?Wb(1)

11.色谱柱的理论塔板数很大，能否说明两种难分离组分一定能分离?为什么? 答：不一定。因为理论塔板数没有将死时间、死体积的影响排除，所以理论塔板数、理论塔板高度并不能真实反映色谱柱分离的好坏。为了真实地反映柱效能的高低，应该用有效理论塔板数或有效理论塔板高度作为衡量柱效能的指标，有效理论塔板数愈多，表示柱效能愈高，所得色谱峰愈窄，对分离愈有利。但是有效理论塔板数并不能表示被分离组分实际分离的效果，因为如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱柱的有效理论塔板数有多大，都不能将两组分分离。

12.范·弟姆特方程式主要说明什么问题?试讨论之。

答：范·弟姆特方程式：H=A+B/ｕ+Cｕ。它说明了影响柱效能的几个因素，它们包括： A涡流扩散项。当试样组分的分子进入色谱柱碰到填充物颗粒时，不得不改变流动方向，因而它们在气相中形成紊乱的、类似涡流的流动，组分中的分子所经过的路径，有的长，有的短，因而引起色谱峰形的扩展，分离变差。该项取决于填充物的平均颗粒直

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径和固定相的填充不均匀因子。

B/ｕ分子扩散项(或称纵向扩散项)。试样在进入色谱柱后，由于试样中的各组分分子在色谱柱中产生沿着色谱柱方向的扩散运动，使色谱峰扩展，分离变差，塔板高度增加。该项取决于载气流速的大小及摩尔质量。

Cｕ为传质阻力项，包括气体传质阻力和液体传质阻力。该项与填充物的粒度、固定液的液膜厚度以及载气流速等因素有关。

范·弟姆特方程式指出了影响柱效能的因素，为色谱分离操作条件的选择提供了理论指导。由于影响柱效能的因素彼此以相反的效果存在着，如流速加大，分子扩散项的影响减小，传质阻力项的影响增大；温度升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响等等。因此必须全面考虑这些相互矛盾的影响因素，选择适当的色谱分离操作条件，才能提高柱效能。

13.分离度R和相对保留值r21这两个参数中哪一个更能全面地说明两种组分的分离情况?为什么?

答：分离度R更能全面地说明两种组分的分离情况。

相对保留值r21只表示色谱柱对这两种组分的选择性，它只与柱温及固定相的性质有关，与其他色谱操作条件无关。

分离度R等于相邻两色谱峰保留时间之差的两倍与两色谱峰峰基宽之和的比值。它既反映了相邻两组分保留时间的差值，即固定液对两组分的选择性r21的大小（由固定液的热力学性质所决定）；又考虑到色谱峰的宽度对分离的影响，即柱效能n有效的高低（取决于色谱过程的动力学因素）。分离度概括了两方面的因素，并定量地描述了混合物中相邻两组分的实际分离程度，田此它能更全面地说明两种组分的分离情况。

14.在气相色谱分析中载气种类的选择应从哪几方面加以考虑?载气流速的选择又应如何考虑?

答：在气相色谱分析中载气种类的选择应从载气流速和检测器的种类两方面来考虑： 当载气流速小时，分子扩散项对柱效能的影响是主要的，此时应选用摩尔质量较大的气体（如N2、Ar）作载气，以抑制纵向扩散，获得较好的分离效果。当载气流速较大时，传质阻力项对柱效能的影响是主要的，此时应选用摩尔质量较小的气体（如H2、He）作载气，可减小传质阻力，提高柱效能。

载气的选择还应考虑检测器的种类，如热导池检测器应选择热导系数大的H2(或He)作载气；氢火焰离子化检测器一般用N2作载气；电子俘获检测器一般采用高纯氮（N2）作

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载气等。

载气流速的选择：在填充色谱柱中，当柱子固定以后，针对某一特定物质，用在不同流速下测得的塔板高度H对流速u作图，得H—u曲线，在曲线的最低点H最小，即柱效能最高，与该点相对应的流速为最佳流速。在实际工作中，为缩短分析时间，通常使流速稍高于最佳流速。具体选择应通过试验决定。

15．柱温和汽化温度的选择应如何考虑?

答：首先所选柱温应低于固定液的最高使用温度。否则固定液会随载气流失，不但影响柱子的寿命，而且固定液会随载气进入检测器，从而污染检测器。

柱温还影响分离效能和分析时间。柱温高，会使各组分的分配系数K值差也变小，分离变差，因此为使组分分离得好，一般应采用较低的柱温。但柱温也不能过低，否则，传质速率显著降低，柱效能下降，又会延长分析时间。合适的柱温的选择应使难分离的两组分达到预期的分离效果，峰形正常而又不太延长分析时间为宜。一般柱温应比试样中各组分的平均沸点低20-30℃，具体的柱温选择应通过试验来决定。对于沸点范围较宽的试样，应采用程序升温，使低沸点和高沸点组分都获得良好的分离。

气化温度的选择应以液体试样进入气化室后能被迅速气化为基准，适当提高气化室温度对分离和定量测定有利，气化温度一般应较柱温高30—70℃，与所测试样的平均沸点相近。但热稳定性较差的试样，气化温度不宜过高，以防试样分解。

16．为什么进样速度要快?试样量的选择应如何考虑?

答：进样速度必须很快，这样试样在进入色谱柱后仅占柱端的一小段，即以“塞子”形式进样，以利于分离。如进样慢，则试样的起始宽度增大，将使色谱峰严重扩展甚至改变峰形，从而影响分离。一般用注射器或气体进样阀进样时，应在l秒钟内完成。

进样量的选择应控制在峰面积或峰高与进样量的关系在其线性关系范围内。进样量太少，会使微量组分因检测器灵敏度不够而无法检出；而进样量太多，又会使色谱峰重叠而影响分离。具体进样量的多少应根据试样种类、检测器的灵敏度等通过实验确定。

17．什么是程序升温?什么情况下应采用程序升温?它有什么优点?

答：程序升温是指柱温按预定的加热速度，随时间呈线性或非线性地增加。 一般升温速度是呈线性的，即单位时间内温度上升的速度是恒定的，例如每分钟上升2℃，4℃，、6℃等。对于沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温方式。若采用恒定柱温进行分析，则会造成低沸点组分峰形密集，分离不好，而高沸点组分出峰时间过长，造成峰形平坦，定量困难。采用程序升温时，开始时柱温较低，低沸点组分得到很好分离；随着柱温逐渐升高，高沸点组分也获得满意的峰形。低沸点和高沸点组分按照沸点高低的顺序，由

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低沸点到高沸点分别出峰，使低沸点和高沸点组分获得良好分离。 18．毛细管色谱柱的特点是什么?试讨论之。

答：毛细管柱的特点是：分离效能高，分析速度快，适合于分析十分复杂的试样。 毛细管色谱柱为开管柱，它采用交联技术使固定液附着于管内壁，使固定液分子相互交联起来，形成一层不流动、不被溶解的薄膜。由于毛细管色谱柱内不存在填充物，气流可以直接通过，所以柱阻力很小，柱长可以大大增加，一般为20-100m。由于没有填充物，气流是单途径的，不存在涡流扩散；分析速度较快，纵向扩散较小；而柱内径很细(0.2-0.5 mm)，固定液涂层又较薄，传质阻力也大为减小，因而柱效能很高，每米理论塔板数可达3000-4000。一根毛细管色谱柱的总的理论塔板数可达104-106，为填充柱的10-100倍。由于毛细管柱的分离效能很高，因而对固定液的选择要求不高，准备几根不同极性固定液的毛细管柱就可解决一般的分析问题，从而避免了选择固定液的麻烦。

19．什么是浓度型检测器?什么是质量型检测器?各举例说明之。 答：检测器按响应特性可分为浓度型检测器和质量型检测器两类。

浓度型检测器，检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，其响应信号与进入检测器的组分浓度成正比。如热导池检测器和电子捕获检测器。

质量型检测器，检测的是载气中组分的质量流速的变化，其响应信号与单位时间内进入检测器的组分的质量成正比。如氢火焰离子化检测器。

20．简单说明热导池检测器的作用原理。如何提高它的灵敏度?

答：热导池检测器是基于不同气体或蒸气具有不同的热导系数来进行检测的。热导池由池体和热敏元件组成，池体多用不锈钢做成，其中有两个或四个大小相同、形状完全对称的孔道，孔内各固定一根长短、粗细和电阻值完全相同的金属丝作热敏元件。为提高检测器的灵敏度，热敏元件一般选用电阻率高、电阻度系数大的钨丝、铂丝或铼钨做成。用两根钨丝作热敏元件的称为双臂热导池，其中一臂为参比池，一臂为测量池。用四根钨丝作热敏元件的称为四臂热导池，其中两臂是参比池，两臂是测量池。当恒定电流通过热导池中的钨丝时，钨丝被加热到一定温度，其电阻值上升到一定值。在未进试样时，通过参比池和测量池的都是载气，由于载气的热传导作用，使钨丝的温度下降，电阻减小。但此时参比池和测量池中钨丝温度的下降和电阻值减小的数值是相同的。当有试样进入检测器时，载气流经参比池，载气携带着试样组分流经测量池。由于载气和待测组分混合气体的热导系数与纯载气的热导系数不同，因而测量池中散热情况发生变化，使参比池和测量池的钨丝电阻值之间产生了差异。通过测量此差值，即可确定载气中组分的浓度。

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提高热导池检测器灵敏度的方法：

(1) 增加桥路电流。桥路电流增加，可使钨丝温度增高，钨丝和池体的温差增大，有利于气体的热传导，灵敏度就高。但是桥路电流也不可过高，否则将引起基线不稳，甚至烧坏钨丝。

(2) 降低池体温度。适当降低池体温度，可使钨丝和池壁的温差增大，从而可提高灵敏度。但池体温度不能低于柱温，否则待测组分会在检测器内冷凝。

(3) 选择H2(或He)作载气。载气与试样的热导系数相差愈大，灵敏度就愈高。一般物质蒸气的热导系数较小，所以应选择热导系数大的H2(或He)作载气。载气热导系数大，允许的桥路电流可适当提高，从而又可提高热导池的灵敏度。

21．简单说明氢火焰离子化检测器的作用原理。如何考虑其操作条件？ 答：氢火焰离子化检测器是由离子室、离子头及气体供应三部分组成。

离子头是检测器的关键部件，由发射极(又叫极化极)、收集极和喷嘴组成。在收集极和发射极之间加有一定的直流电压(常用100-300V)。收集极作正极，发射极作负极，构成一外加电场。

微量有机组分被载气带入检测器，在氢火焰(2100℃)能源的作用下离子化，产生的离子在发射极和收集极的外电场作用下，定向运动而形成微弱的电流(10-6-10-14A)。离子化产生的离子数目，亦即由此而形成的微弱电流的大小，在一定范围内与单位时间内进入火焰组分的质量成正比。

操作条件的选择

(1)载气流速的选择：一般用N2作载气，载气流速主要影响分离效能。对一定的色谱柱和试样，要通过实践，找到一个最佳的载气流速，使色谱柱的分离效果最好． (2)氢气流速的选择：氢气流速主要影响检测器的灵敏度。氢气流速过低，不仅使火焰温度低，组分分子的离子化数目少，检测器的灵敏度低，而且容易熄火。而氢气流速过大，又会造成基线不稳。

当用N2作载气时，N2﹕H2 (流速)有一个最佳值。在此最佳比值下，检测器灵敏度高，稳定性好。最佳比值只能由实验确定。一般N2﹕H2 (流速)的最佳比在1﹕1-1﹕1．5之间。 (3)空气流速：在低流速时，离子化信号随空气流速的增加而增大，达一定值后，空气流速对离子化信号几乎没有影响。一般氢气和空气流速的比例是1﹕10。

(4)极化电压：在低电压时，离子化信号随所采用的极化电压的增加迅速增大，当电压超过一定值时，增加电压对离子化电流没有大的影响。正常操作时所用极化电压一般为100-300V。

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22．简单说明电子捕获检测器的作用原理和应用特点。

答：电子俘获检测器池体内有一β射线放射源。当载气(一般采用高纯氮)进入检测器时，在放射源发射的β射线作用下发生电离： N2 → N2+ + e

生成的正离子和慢速低能量电子，在恒定电场作用下分别向两电极运动，形成恒定的电流，即基流。当具有电负性的组分随载气进入检测器时，俘获了检测器中的慢速低能量的电子而产生带负电荷的分子离子并放出能量： AB +e＝ AB+ E

随即发生 AB- + N2+ → AB + N2，复合成中性化合物，被载气带出检测室外，结果使基流降低，产生负信号，形成倒峰。载气中组分浓度愈高，倒峰愈大。

电子捕获检测器对强电负性的组分有很高的灵敏度。但不具有电负性的组分，就无信号或信号很小，因而具有高选择性。

23．简单说明火焰光度检测器的作用原理和应用特点。

答：火焰光度检测器是对含硫化合物、含磷化合物有高选择性和高灵敏度的一种检测器，这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片和光电倍增管三部分组成。当含硫的有机物在富氢-空气焰中燃烧时，发生如下反应

有机硫化物 → SO2

2SO2 + 4 H2 →2S + 4 H2O

生成的S在适当温度下生成激发态的S2*分子：

S + S → S2*

-

-

S2* → S2 + hν

当其回到基态时就发射出最强波长为294nm的特征光谱。

有机磷化物则首先被氧化燃烧生成磷的氧化物，然后被富氢焰中的H还原成HPO。这个含磷裂片被火焰高温激发后，发射出一系列特征波长的光，其最强波长为528nm。 这些发射光通过相应的滤光片照射到光电倍增管上，转变为光电流，经放大后记录下硫或磷化合物的色谱图。

由于火焰光度检测器对硫、磷化合物具有高选择性和高灵敏度，因而主要用于农副产品、食品中农药残留物分析，大气及水的污染分析。

24．“用纯物质对照进行定性鉴定时，未知物与纯物质的保留时间相同，则未知物就是该纯物质”。这个结论是否可靠？应如何处理这一问题?

答：不可靠。因为不同组分在同一根色谱柱上可能具有相同的保留值。

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为了防止这种情况的发生，应采用“双柱定性法”，即再用另一根装填不同极性固定液的色谱柱进样分析，如果仍获得相同的保留值，则上述定性结果一般就没有问题了。因为两种不同组分，在两根不同极性固定液的柱子上，保留值相同的机会是极少的。

25．气相色谱分析的定性能力是比较差的，如何解决这个问题?

答：气相色谱定性分析的能力比较差，但分离能力比较强。质谱、红外光谱等仪器对单一物质的定性鉴定能力很强，但对于复杂混合物的定性鉴定有困难。因此可把这两种分析方法结合起来，利用色谱分析的强分离能力和质谱、红外光谱的强鉴定能力，就可以有效解决气相色谱分析定性能力比较差的问题。

26．为什么可以根据峰面积进行定量测定？峰面积如何测量?什么情况下可不用峰面积而用峰高进行定量测定?

答：在进行色谱分析时，当操作条件一定时，检测器的响应信号(峰面积或峰高)与进入检测器的组分量(质量或浓度)成正比，据此可以根据峰面积进行定量测定。

峰面积的测量一般采用以下三种方法：

峰高乘半峰宽法：当色谱峰形对称且不太窄时可用此法。根据等腰三角形面积计算法，可近似地认为峰面积(A)等于峰高(h)乘以半峰宽(Y1/2)：A=hY1/2

这样测得的峰面积为实际峰面积的0.94倍，实际峰面积应为： A=1.065hY1/2

峰高乘平均峰宽法：对于不对称峰，在峰高0.15和0.85处分别测出峰宽，取平均值得平均峰宽，由下式计算峰面积

A?h12(Y0.15?Y0.85)

此法测量虽麻烦，但结果较准确。

峰高乘保留时间法 在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即

Y1/2=btR 因为 A=hY1/2 所以 A?hbtR

在作相对计算时，b可约去，这样就可以用峰高与保留时间的乘积表示峰面积的大小。 在色谱条件严格控制不变，进样量控制在一定范围内时，半峰宽不变，对于狭窄的峰，可以直接应用峰高进行定量测定。

27．什么是绝对校正因子、相对校正因子?为什么一般总是应用相对校正因子进行定量计算?在什么情况下可以不用校正因子进行定量计算?

答：气相色谱定量的依据是在一定条件下组分的峰面积与其进样量成正比。但因检测器对不同物质的响应值不同，故相同质量的不同物质通过检测器时，产生的峰面积不相等，因而不能直接用峰面积计算组分含量，而要采用“定量校正囚子”校正所测的峰

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面积，使之能真实地反映组分含量。

绝对校正因子：与单位峰面积相当的物质量，即：fi?miAi

相对校正因子：组分和标准物质（内标物）的绝对校正因子之比。即：f'?fifs

因为绝对校正因子在实际工作中不易准确测定，所以一般总是应用相对校正因子进行定量计算。

当采用外标法进行定量时，可以不用校正因子。 28.相对校正因子如何测定?

答：准确称取一定量的待测组分的纯物质(mi)和标准物质（内标物）的纯物质(ms)，混合后，取一定量(在检测器的线性范围内)在实验条件下注入色谱仪，出峰后分别测量峰面积Ai、As，由公式： f?'AsmiAims 计算出相对校正因子。

29．什么是内标法、外标法、归一化法?它们的应用范围和优缺点各有什么不同？ 答：内标法： 在一定量的试样中，加入一定量的选定的标准物(称内标物)，根据内标物和试样的质量以及色谱图上相应的峰面积，计算待测组分含量的方法。内标物应是试样中不存在的纯物质，加入的量应接近待测组分的量，其色谱峰也应位于待测组分色谱峰附近或几个待测组分色谱峰的中间。

内标法适用于试样中所有组分不能全部出峰，或者试样中各组分含量悬殊，或某些组分在检测器上无信号响应时的样品测定。内标法的优点是定量准确，进样量和操作条件不要求严格控制，试样中含有不出峰的组分时亦能应用，但每次分析都要称取试样和内标物质量，比较费时，不适用于快速控制分析。

外标法又称已知试样校正法或标准曲线法。具体操作是：取被测组分的纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液，分别取一定体积，注入色谱仪，测出峰面积，作出峰面积(或峰高)和浓度的关系曲线，即标准曲线，然后在同样操作条件下向色谱柱注入相同量(一般为体积)的未知试样，从色谱图上测出峰面积(或峰高)，由标准曲线查得待测组分的浓度。

外标法的操作和计算都比较简便，并且不用校正因子，适用于操作条件稳定，进样量重复性好，无法找到合适的内标的样品测定。

归一化法可用下面的公式计算各组分含量：

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Wi?fiAin'?10000

?i?1fiAi' 当测量参数为峰高时，也可用峰高归一化法计算组分含量。

归一化法简便，准确。即使进样量不准确，对结果亦无影响，操作条件的变动对结果影响也较小。适用于试样中所有组分都能流出色谱柱，并且在色谱图上都显示色谱峰的样品测定。但若试样中的组分不能全部出峰，则不能应用此方法。

30.高效液相色谱法的特点是什么?它和气相色谱法相比较，主要的不同点是什么? 答：高效液相色谱法和气相色谱法相比具有以下特点：

1.高压。高效液相色谱以液体作为流动相，用高压使流动相迅速通过色谱柱，柱压一般高达150×105～350×105 Pa。

2.高速。高效液相色谱由于釆用了高压，流动相流速快，因而所需的分析时间较经典的柱色谱少得多，—般少于1 h。

3.高效。高效液相色谱分析的柱效能约可达3万塔板/米以上，气相色谱的柱效能只有约2 000塔板／米。

4.高灵敏度。由于采用了高灵敏度的检测器，最小检测量可达10-9 g，甚至10-11 g。而所需试样量很少，微升数量级的试样就可以进行全分析。

5.可用于高沸点的、不能气化的、热不稳定的以及具有生理活性物质的分析。一般来说，沸点在450℃以下，相对分子质量小于450的有机物可用气相色谱分析，但这些物质只占有机物总数的15％～20％，而其余的80％～85％，原则上都可采用高效液相色谱分析。

31．简单说明高效液相色谱分析的流程?

答：高效液相色谱仪一般由贮液器、高压泵、梯度洗提装置、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等部件组成。试液由进样器定量注入后，随流动相由高压泵送入色谱柱进行分离，分离后的各个组分进入检测器，转变成相应的电信号，由计算机处理后输出浓度或含量数据。

32．什么是梯度洗提?它能起什么作用?

答：梯度洗提：又称梯度洗脱、梯度淋洗。在高效液相色谱分析中梯度洗提的作用与气相色谱分析中的程序升温相似。梯度洗提是按一定程序连续改变载液中不同极性溶剂的配比，以连续改变载液的极性，或连续改变载液的浓度、离子强度及pH，借以改变被分离组分的分配系数，以提高分离效果和加快分离速度。

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33．高效液相色谱法可分为哪几种类型?简述其分离原理。

答：高效液相色谱法根据分离机理的不同，可分为以下几种类型：液-固吸附色谱法、液-液分配色谱法、离子交换色谱法和空间排阻色谱法。

液-固吸附色谱：以固体吸附剂为固定相，以两种或两种以上的不同极性的溶剂配成流动相作为载液，试样进入色谱柱后，随着载液的流动，试样在固定相上不断被吸附及脱附，根据各种物质在固定相上吸附能力强弱的不同而分离。

液-液分配色谱：固定相是由担体与其表面涂覆的一层固定液所组成，试样随载液流动时，在载液与固定液之间进行分配，从而使分配系数不同的各组分得到分离。液-液分配色谱除了可选用不同极性的固定液之外，还可通过改变载液的极性以达到良好的分离效果，这是和气相色谱法的不同之处。在液—液分配色谱中，若载液的极性弱于固定液，称为正相液-液色谱；反之，若载液的极性强于固定液，则称为反相液—液色谱，二者的出峰顺序恰好相反。

离子交换色谱法：固定相为离子交换树脂，其上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的离子可以进行交换，各种离子根据它们对交换树脂亲和力的不同得以分离。 空间排阻色谱法：以凝胶为固定相，凝胶是一种经过交联，而有立体网状结构的多聚体，具有数纳米到数百纳米大小的孔径。当试样随流动相进入色谱柱，在凝胶间隙及孔穴旁流过时，试样中的大分子、中等大小的分子和小分子或直接通过色谱柱，或进入某些稍大的孔穴，有的则能渗透到所有孔穴，因而它们在柱上的保留时间各不相同，最后使大小不同的分子可以分别被分离、洗脱。对同系物来说，洗脱体积是相对分子质量的函数，所以相对分子质量大小不同的组分将得到分离。

34.什么是化学键合固定相?有什么优点？

答：化学键合固定相，是通过化学反应把有机分子键合到担体硅胶表面游离的羟基上，以代替机械涂渍的液体固定相，它很好地解决了固定相的流失问题。采用化学键合固定相的色谱柱具有稳定性好，寿命长；表面无液坑，比—般液体固定相传质快；可以键合不同的官能团，能灵活改变选择性等优点。化学键合固定相还可应用于离了交换色谱法中。

35．什么是正相色谱和反相色谱?

答：流动相的极性弱于固定液，称为正相色谱；反之，若流动相的极性强于固定液，则称为反相色谱。

36．高效液相色谱法常用哪几种检测器?简单说明它们的作用原理。

答：高效液相色谱要求检测器具有灵敏度高、重现性好，响应快、检测限低、线性

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范围宽、应用范围广等特性。目前应用较广的有紫外光度检测器，差示折光检测器，荧光检测器等数种。

(1)紫外光度检测器：紫外光度检测器的作用原理是基于待测组分在流出色谱柱后对特定波长紫外光的选择性吸收的大小，待测组分的浓度与吸光度的关系遵从比尔定律。 这种检测器的灵敏度很高，其最小检测浓度可达10-9g·mL-1。对温度和流速都不敏感，可用于梯度洗提，结构也较简单。其缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样，也不能使用对紫外光不透过的溶剂如苯等。

(2)荧光检测器：荧光检测器是利用许多物质在受到紫外光激发后能发射荧光的性质而制成的检测器。被测物受强激发光照射后，辐射出比紫外光波长更长的荧光，荧光强度与被测物浓度成正比，通过荧光检测器采用光电倍增管使光信号转变为电信号检测出来。荧光检测器的灵敏度一般要比紫外光度检测器高2个数量级，选择性也好．但其线性范围较差。

(3)差示折光检测器：差示折光检测器是利用连续测定工作池中试液折射率的变化，来测定试液浓度的检测器。溶有被测组分的载液和单纯载液之间折射率之差，和被侧组分在试液中的浓度直接有关，因此可以根据折射率的改变，测定被测组分。

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习 题

1.色谱图上有两个色谱峰，它们的保留时间和峰底宽度分别为tR1=3 min20s，tR2=3 min50s，Wb（1）=2.9mm，Wb（2）=3.2mm。已知tM=20s。纸速为1 cm·min求这两个色谱峰的相对保留值r21和分离度R。

解：两个色谱峰的相对保留时间为： t t

由公式： r21?-1

-1

＇

R1= tR1

-t-t

M

= 200 - 20 = 180s

＇

R2= tR2

M

= 230 – 20 = 210s

tR2tR1''?210180?1.17

因为纸速为1 cm·min，所以：Wb（1）= 2.9mm =0.29 min = 17.4 s

Wb（1）= 3.2mm =0.32 min = 19.2 s

由公式：R?2tR2?tR1Wb(2)?Wb(1)?2210?18019.2?17.4?1.64

答：这两个色谱峰的相对保留值r21 为1.17，分离度R为1.64。

2.分析某试样时，两种组分的相对保留值r21 = 1.16，柱的有效塔板高度H = 1mm，需要多长的色谱性才能将两组分完全分离(即R =1.5)?

解：由公式：L?16R2(r21r21?1)H有效?16?1.5（221.161.16?1）?1?1890mm?1.89m2

答：需要约2 m长的色谱性才能将两组分完全分离。

3．测得石油裂解气的色谱图(前面四个组分为经过衰减l／4而得到)，经测定各组分的fˊ值和从色谱图量出各组分的峰面积分别如下：

出峰次序 峰面积 校正因子f′ 空气 34 0.84 甲烷 214 0.74 二氧化碳 4.5 1.00 乙烯 278 1.00 乙烷 77 1.05 丙烯 250 1.28 丙烷 47.3 1.36 用归一化法求各组分的质量分数。

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解： 由公式： Wi?fiAi?fiAii?1n''?10000

w空气 =｛4×0.84×34/[4×（0.84×34+0.74×214+1.00×4.5+1.00×278）

+1.05×77+1.28×250+1.36×47.3]｝×100%

= 114.24/2350.508 ×100% = 4.86% 同理：w甲烷 =（4×0.74×214/2350.508）×100% = 26.95%

w二氧化碳 =（4×1.00×4.5/2350.508）×100% =0.76%

w乙烯 =（4×1.00×278/2350.508）×100% =47.31%

w乙烷 =（1.05×77/2350.508）×100% =3.44%

w丙烯 =（1.28×250/2350.508）×100% =13.61%

w丙烷 =（1.36×47.3/2350.508）×100% =2.74%

答：各组分的质量分数分别为：空气4.86%；甲烷26.95%；二氧化碳0.76%； 乙烯47.31%； 乙烷3.44%； 丙烯13.61%； 丙烷2.74%。

4．有一试样含有甲酸，乙酸、丙酸及不少水、苯等物质。称取试样1.055 g，以环己酮作内标，称取0.1907g环己酮加到试样中，混合均匀后，吸取此试液3μL进样，得到色谱图，从色谱图上测量出各组分峰面积。已知Sˊ值：

甲酸 14.8 0.261 乙酸 72.6 0.562 环己酮 133 1.00 丙酸 42.4 0.938 峰面积 响应值Sˊ 求甲酸，乙酸、丙酸的质量分数各为多少?

解：由响应值Sˊ可求得各组分相对于环己酮的校正因子fi，

即：fi=1/ Siˊ

则：各组分相对于环己酮的校正因子分别为：

甲酸：3.83；乙酸：1.78；丙酸：1.07

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由公式：Wi?msfiAimAs?10000

w甲酸=[0.1907 ×3.83×14.8/（1.055×133）]×100% =7.7%

w乙酸=[0.1907 ×1.78×72.6/（1.055×133）]×100% =17.56%

w丙酸=[0.1907 ×1.07×42.4/（1.055×133）]×100% =6.16%

答：甲酸，乙酸、丙酸的质量分数各为：7.7%；17.56%；6.16%。

5．在测定苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的峰高校正因子时，称取如下表所列质量的各组分的纯物质，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 0.5967 180.1 甲苯 0.5478 84.4 乙苯 0.6120 45.2 邻二甲苯 0.6680 49.0 质量／g 峰高／mm 以苯为标准，求各组分的峰高校正因子。

解：由公式：f'?hsmihimsfifs?AsAi?mims 因为 A=hY1/2

所以：f?'

则：fˊ苯 = [180.1×0.5967/（180.1×0.5967）]×100%

=1.00

fˊ甲苯 = [180.1×0.5478/（84.4×0.5967）]×100%

=1.96

fˊ乙苯 =[180.1×0.6120/（45.2×0.5967）]×100%

=4.09

fˊ邻二甲苯 = [180.1×0.6680/（49.0×0.5967）]×100%

=4.11

答：各组分的峰高校正因子分别为：

fˊ苯 =1.00； fˊ甲苯 = 1.96； fˊ乙苯 =4.09； fˊ邻二甲苯 = 4.11。

6．测定氯苯中的微量杂质苯，对二氯苯、邻二氯苯时，以甲苯为内标，先用纯物质

绘制标准曲线，得如下数据。试根据这些数据绘制峰高比与质量比之间的关系曲线。

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编号 1 2 3 4 甲苯 质量／g 0.0455 0.0460 0.0407 0.0413 苯 质量／g 峰高比 0.0056 0.0104 0.0134 0.0207 0.234 0.424 0.608 0.838 对二氯苯 邻二氯苯 质量／g 峰高比 质量／g 峰高比 0.0325 0.0620 0.0848 0.1191 0.080 0.157 0.247 0.334 0.0243 0.0420 0.0613 0.0878 0.031 0.055 0.097 0.131 在分析未知试样时，称取氯苯试样5.119 g，加入内标0.0421 g，测得色谱图，从图上量取各色谱峰的峰高，并求得峰高比如下；；求试样中各杂质的质量分数。 苯与甲苯峰高之比值=0.341 对二氯苯与甲苯峰高之比值=0.298 邻二氯苯与甲苯峰高之比值=0.042

解： 由公式：

mims?fiAifsAs''， 及 A=hY1/2

可知：mi/ms 与hi/hs成正比，可以绘制mi/ms —hi/hs标准曲线，数据见下表： 苯 mi/ms hi/hs 0.123 0. 234 0.714 0.080 0.534 0.031 0.226 0.424 1.348 0.157 0.913 0.055 0.329 0.608 2.084 0.247 1.506 0.097 0.501 0.838 2.884 0.334 2.216 0.131 对二氯苯 mi/ms hi/hs 邻二氯苯 mi/ms hi/hs 由上表所列数据绘制标准曲线：

0.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.20.40.6hi/hsmi/ms苯

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0.160.140.120.4000.3500.3000.2500.2000.1500.1000.0500.00000.511.5mi/ms邻二氯苯22.5hi/hs0.080.060.040.020hi/hs0.100.511.522.533.5mi/ms 对二氯苯

由标准曲线上可查得：

当h苯/h甲苯=0.341时，

m苯/m甲苯=0.183， m苯=0.00770， w苯=（m苯/5.119）×100%=0.15%

当h对二氯苯/h甲苯=0.298时，

m对二氯苯/m甲苯=2.492， m对二氯苯=0.105， w对二氯苯=（m苯/5.119）×100%=2.05%

当h邻二氯苯/h甲苯=0.042时，

m邻二氯苯/m甲苯=0.717， m邻二氯苯=0.0302， w邻二氯苯=（m苯/5.119）×100%=0.59%

答：试样中各杂质的质量分数为：苯为0.15%；对二氯苯为2.05%；邻二氯苯为0.59%。 7．以气相色谱法分析肉类试样，称取试样3.85 g，用有机溶剂萃取其中的六氯化苯，提取液稀释到1000mL。取5μL进样得到六氯化苯的峰面积为42.8mm2。同时进5μL六氯化苯的标准样．其浓度为0.500μg·10mL-1，得峰面积为58.6 mm2，计算该肉类试样中六氯化苯的含量，以μg·g表示之。

解：由外标法计算公式：

WiWs?AiAs-1

wi/0.500=42.8/58.6

wi =0.365μg·10mL-1

则：1000mL样品中含有六氯化苯36.5μg

则：肉类试样中含有六氯化苯36.5μg /3.85g =9.49μg·g-1 答：肉类试样中六氯化苯的含量为9.49μg·g-1。

8．含农药2，4—二氯苯氧醋酸(2，4-D)的未知混合物，用气色谱分析。称10mg未知

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物，溶解在5.00mL溶剂中；又称取四份2，4-D标样，亦分别溶于5.00mL溶剂中，同样进行分析，获得下列数据。计算未知混合物中2，4-D的质量分数。 2，4-D/（mg·5mL） 2.0 进样量/μL 峰面积/cm2

5 12

-1

2.8 5 17

4.1 5 25

6.4 5 39

未知物 5 20

解：由所给数据绘制wi—Ai标准曲线

5040峰面积/cm2302010012345-1672,4-D/（mg.5mL)

由上标准曲线查得峰面积为20 cm2时，wi=3.3 mg·5mL-1

则：未知混合物中2，4-D的质量分数为（3.3/10.0）×100%=33.0% 答：未知混合物中2，4-D的质量分数为33.0%。

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