仪器分析朱明华第四版_复习题解答(完美打印版)

第二章习题解答

1.简要说明气相色谱分析的基本原理

借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发(气液色谱)，或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。

2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用? 气路系统.进样系统、分离系统、酒控系统以及检测和记录系统.气相色谱仪具有一个让载气连续运行'管路密闭的气路系统.

进样系统包括进样装置和气化室.其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，

然后快速定量地转入到色谱柱中. 3.当下列参数改变时':(1)柱长缩短，(2)固定柑改变，(3)流动相流速增加，(4)相比减少，是否会引起分配系数的改变?为什么? 答固定相改变会引起分配系数的改变，因为分配系数只于组分的性质:

及固定相与流动相的 性质有关.

所以(1)柱长缩短不会引起分配系数改变 (2) 固定相改变会引起分配系数改变

(3) 流动相流速增加不会引起分配系数改变 (4) 相比减少不会引起分配系数改变

4.当下列参数改变时:(1)柱长增加，(2)固定相量增加，(3)流动相流速减小，(4)相比增大，是否会 引起分配比的变化?为什么? 答与:5.试以塔板高度H做指标，讨论气相色谱操作条件的选择. 流 k 动=解提示::主要从速率理论(van Deemerequation)来解释，同时考虑流速的影响，选相K择最佳载气流速.P13-24 0 流I(1)选择流动相最佳流速。 速h，(2)当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气〈如N2，柱，A时，而当流速较大时，应 长而该无(3)柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引跑固定液的挥发b选关流失。在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采=择.V相故

用较低的温度，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。

(4)固定掖用量:担体表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也越多，但为了

改善液相传质，应使固定液膜薄一些。

(5) 对担体的要求:担体表面积要大，表面和孔径均匀。粒度要求均匀、细小(但不宜过

小以免使传质阻力过大) (6)进样速度要快，进样量要少，一般液体试样.1-5uL，气体试样.1-10mL. (7)气化温度:气化温度要高于柱温30-70.C。

6.试述速率方程中A.B.C三项的物理意义.H-u曲线有何用途?曲线的形状主要受那些因素的影响? 解:参见教材P14-16

A称为涡流扩散项.B为分子扩散1页， C为传质阻力工页。下面分别讨论备1页的意义:

(1)涡流扩散项A气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样细分在气相\1-'形成类似\涡流\的流动，因而引起色谐的扩张。由于A=2λdp，表明A 与填充物的平均颗粒茧，径dp的大小和填充的不均匀性λ有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。

(2) 分子扩散项B/u由干试样组分被载气带入色谱柱后，是以\塞子\的形式存在于柱的很小一段空间中，在塞\子\的前后(纵向)存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而B=2rDg

r是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数(弯曲因于)，Dg为组分在气柑 中的扩散系数。分子扩散项与Dg的大小成正比，而Dg与组分及载气的性质有关:相对分子质量大的组分，其Dg 小，反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的载气(如氮气)，可使B项降低，Dg随柱泪增高而增加，但反比于柱压3 弯曲囚子r为与填充物有关的因素。

(3)传质项系数CuC包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数CI两项。 所i自气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相问进行'质量交换，p进行浓度分配。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。对于填充柱:

液相传质过程是指试样组分从固定相的气液界面移动到液相内部，井发生质量交换，达到分配平衡，然后以返回气液界面的传质过程。这个过程也需要一定时间，在此时间，组分的其官分子仍随载气不断地向柱:U运动，这也造成峰形的扩张。液相传质阻力系数CI 为:

对于填充柱，气相传质项数值小，可以忽略。

由上述讨论可见，范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明，填充均匀程度、担体粒皮、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。

用在不同流速下的塔板高度H对流速u作图，得H-u曲线图。在曲线的最低点，塔板高度H最小(H最小)。此时性效最高。该点所对应的流速即为最佳流速u最佳，&1]H最小可由速率方程，微分求得:

7.当下j在参数改变时:(1)增大分配比，(2)流动相速度增剧，(3)减小柑比，(4)提高柱温，是否会使色谱峰变窄?为什么? 答:(19.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?为什么? )答:不能，有效塔板数仅表示柱效能的高低，柱分离能力发挥程度保的标志，而分离的可能性取 留决于组分在固定相和流动相之间分配系数的差异. 时10.试述色普分离基本方程式的含义，它对色谱分离有什么指导意义? 间答色谱分离基本方程式如下: 峰形变宽(2)保留

l广α-L.k R= ..J时n(一一)(一一)

α l+k 间它表明分离度随体系的热力学性质(a和k)1拍变化而变化，同时与色谱柱条件(0改变)有关〉 缩(1)当体系的热力学性质一定时(Il组分和两相性质确定)，分离短度与，n的平方根成正比，对于选择柏长有一定的指导意义，增加柱:长可改进分离度，但过分增加柱长会显著增长保留时间，引起色谱峰

峰扩张同时选择性能优良的包谱柱并对包谱条件进行优化也可形以增加变0，提高分离度.(2)方程式-说明，k值增大也对分离有利，但k值太大会延长分离时间，增加分析成本.(3)提高柱选择性a，窄可以提，因此可以通过选择合适的固定相，(高分离度，分离效果越好增大不3同细分的分配系数差异，从而实现分离.

)11.对担体和固定液的要求分别是什么?

答:对把体的要求;(1)表面化学惰性，Il表面没有吸附性或吸附性很弱，更不能与被测物质起化学反应.(2)多孔性，I]表面积大，使固定液与试样的接触面积较大 (3)热稳定性高，有一定的机械强度，不易破碎

(4)对担体粒度的要求，要均匀、细小，从而有利于提高柱效。但粒度过小，会使柱压降低，

对操作不利。一般j在择40-60 目，60-80 目及80-100目等。对固定液的要求:(1)挥发性小，在操作条件下有较低的蒸气压，以避免流失(2)热稳定性好，在操作条件下不发生分解，同时在操作'泪度下为液体(3盯伪)对试样各组分有适主当巨主旨I的溶解能力，否则 (4吗阶)具有较高的边择性，&11对沸点相同或相近的不同物质有尽可自能t高的分离能力.

(5)化学稳定性好，不与被测物质起化学反应. 担体的表面积越大，同定;夜的含量可以越高-