氣相色譜分析法

1、第十一章 氣相色譜分析法 附：高效液相色譜分析法 思考題1. 試按流動相和固定相的不同將色譜分析分類。 答：按流動相分類：以氣體作為流動相的色譜法稱為氣相色譜；以液體作為流動相 的色譜法稱為液相色譜。按固定相分類； 固定相既可以是固體也可以是栽附在固體物質(zhì)擔(dān)體 上的液體 又稱為固定液 ，所以按所使用的固定相和流動相的不同，色譜法可以分為下面幾類：氣相色譜：氣固色譜流動相為氣體，固定相為固體吸附劑。 氣液色譜流動相為氣體， 固定相為液體 涂在擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上 。液相色譜：液固色譜流動相為液體，固定相為固體吸附劑。 液液色譜流動相為液體，固定相為液體涂在擔(dān)體上。2. 簡單說明氣相色譜分析的優(yōu)缺點

2、。答：優(yōu)點：1別離效能高。 能別離、 分析很復(fù)雜的混合物或性質(zhì)極近似的物質(zhì) 如同系物、異構(gòu)體等 ，這是氣相色譜分析法突出的優(yōu)點。-11 -132靈敏度高。利用高靈敏度的檢測器，可以檢測出1010 g的物質(zhì)常用來分析痕量組分。 3分析速度快。在幾分鐘或十幾分鐘內(nèi)，即可完成很復(fù)雜的試樣分析。4 應(yīng)用范圍廣。分析對象是在柱溫條件下能汽化的有機或無機的試樣。缺點：不適用于沸點高于 450 C的難揮發(fā)物質(zhì)和熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析。3. 簡單說明氣相色譜分析的流程。 答：氣相色譜分析是在氣相色譜儀上進行的。氣相色譜儀由五個局部組成：(1)載氣系統(tǒng) 包括氣源、氣體凈化、氣體流速的控制和測量；(2)進樣系統(tǒng) 包括

3、進樣器、汽化室；(3)色譜柱；(4)檢測器；(5)記錄系統(tǒng) 包括放大器、記錄儀，有的還帶有數(shù)據(jù)處理裝置)將試樣用注射器 氣體試樣也可用六通閥 由進樣口定量注入進樣系統(tǒng)，在氣化室經(jīng) 瞬間汽化后，由載氣帶入色譜柱中進行別離， 別離后的各個組分隨載氣先后進入檢測器， 檢測器將組分及其濃度隨時間的變化量轉(zhuǎn)變?yōu)橐诇y量的電信號電壓或電流 ，通過自動 記錄儀記錄下信號隨時間的變化量，從而獲得一組峰形曲線。一般情況下每個色譜峰代 表試樣中的一個組分。由峰高或峰面積定量。4. 試述氣固色譜和氣液色譜的別離原理，并對它們進行簡單的比照。答：氣固色譜的固定相是多孔性的固體吸附劑，氣固色譜是根據(jù)固體吸附劑對試樣 中各

4、組分的吸附能力的不同來到達(dá)別離的目的。當(dāng)試樣氣體由載氣攜帶進入色譜柱，與 固定相接觸時，隨著載氣的移動，樣品在固定相上進行反復(fù)的吸附、脫附，由于試樣中 各組分在固定相上的吸附能力不同，最終到達(dá)別離的目的。氣液色譜的固定相是由擔(dān)體 用來支持固定液的、惰性的多孔性固體物質(zhì) 外表涂固定液 高沸點的有機物 所組成。氣液色譜主要是基于固定液對試樣中各組分的溶解度的 不同來到達(dá)別離的目的。當(dāng)試樣氣體由載氣攜帶進入色譜柱，與固定液接觸時，隨著載 氣的移動，樣品在固定液上進行反復(fù)的溶解、揮發(fā)，由于試樣中各組分在固定相上的溶 解能力不同，最終到達(dá)別離的目的。5. 為什么氣相色譜分析可以到達(dá)很高的別離效能?試討論

5、之。答：氣相色譜分析是基于固定相對試樣中各組分的吸附能力或溶解度的不同到達(dá)分 離的目的。試樣氣體由載氣攜帶進入色譜柱，與固定相接觸時，很快被固定相溶解或吸附，隨 著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附下來，揮發(fā)或脫附下 來的組分隨著載氣向前移動時，又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動，溶解、 揮發(fā)或吸附、脫附過程在色譜柱中反復(fù)進行，由于組分性質(zhì)的差異，固定相對它們的溶 解或吸附的能力也不同，易被溶解或吸附的組分，揮發(fā)或脫附較難，隨載氣移動的速度 慢，在柱停留的時間長；反之，不易被溶解或吸附的組分隨載氣移動的速度快，在柱內(nèi) 停留的時間短；經(jīng)過一定的時間間隔 一定柱長 后性

6、質(zhì)不同的組分便彼此別離。色譜柱相當(dāng)于一個分餾塔，柱內(nèi)有假設(shè)干個想象的塔板，在每個塔板高度間隔內(nèi)，被 別離組分在氣液兩相間達(dá)成分配平衡，經(jīng)過假設(shè)干次的分配平衡后，分配系數(shù)小即揮發(fā)度 大的組分首先由柱內(nèi)逸出。由于色譜柱的塔板數(shù)很多，通常為幾千個以上，致使分配系 數(shù)僅有微小差異的組分也能得到很好的別離，所以氣相色譜有很高的別離效能。6. 氣液色譜固定相由哪些局部組成 ?它們各起什么作用 ?答：氣液色譜固定相由擔(dān)體和固定液兩局部組成，將固定液涂漬在擔(dān)體上組成為固 定相。固定液為揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性好的高沸點有機化合物，在色譜別離操作溫度下它 是液體，固定液起別離的作用。擔(dān)體是承載固定液的載體。7. “擔(dān)

7、體是一種惰性支持劑，用以承當(dāng)固定液，對別離完全不起作用這種表述是 否正確？試討論之。答：不正確。因為不同的擔(dān)體外表孔徑大小不一樣，外表積也不一樣，對于不同極 性的樣品有不同的別離效率。并且由于擔(dān)體外表往往有吸附中心，會使固定液涂布不均 勻，別離極性組分時會吸附這些組分，而使色譜峰拖尾，影響別離。因此分析極性試樣 用的擔(dān)體應(yīng)進行處理，以除去其外表的吸附中心，使之“鈍化。處理方法有酸洗、堿 洗、硅烷化處理、釉化處理等。8簡單說明兩種評價固定液的方法。你認(rèn)為哪一種評價方法比擬合理?試討論之。答：氣相色譜主要是依據(jù)樣品在固定相中溶解或吸附能力的不同使之別離的。不同 的樣品具有不同的極性，為了使樣品很好

8、的別離，一定要根據(jù)樣品的極性選擇具有相同 或相似極性的固定液，固定液的極性通常用以下兩種方法表示：(1) 相對極性：規(guī)定B, 3 -氧二丙腈的相對極性為100,角鯊?fù)榈南鄬O性為零， 以它們作為標(biāo)準(zhǔn)，確定其它各種固定液的相對極性(在 0-100之間)。把 0-100分成五級， 每20為一級，用“ +號表示，數(shù)字越大，極性越強。如：3,3-氧二丙腈為“ +5，是強極性固定液；鄰苯二甲酸二壬酯為“+2，是弱極性固定液；阿皮松L為“-，是非極性固定液等。( 2)麥?zhǔn)铣?shù)：固定液極性的強弱，代表了物質(zhì)分子間相互作用力的大小，而物質(zhì) 分子間的作用力是相當(dāng)復(fù)雜的。極性分子間存在著靜電力(偶極定向力 ) ；

9、極性分子和非極性分子間存在著誘導(dǎo)力；非極性分子間存在著色散力；此外能形成氫鍵的分子間 還存在著氫鍵力。因而僅用相對極性這個單一的數(shù)據(jù)來評價固定液是不夠的。物質(zhì)分子 間相互作用力可用X，、y/、z /、u、s這五個常數(shù)來表示，這些常數(shù)稱之為麥?zhǔn)铣?數(shù)。通常用這五個麥?zhǔn)铣?shù)的總和來表示一種固定液的極性，麥?zhǔn)铣?shù)愈大，表示分子 間的作用力愈大，固定液極性愈強。例如角鯊?fù)槲鍌€常數(shù)的總和為零，表示角鯊?fù)槭菢?biāo) 準(zhǔn)非極性固定液； 鄰苯二甲酸二壬酯為 801，是弱極性固定液； 3 ，3氧二丙腈為 4 427， 是強極性固定液。用五個麥?zhǔn)铣?shù)表示固定液極性的強弱，當(dāng)然比用單一的相對極性數(shù)值表示更為全 面，更為合

10、理。9. 怎樣選擇固定液 ?答：對于固定液的選擇，要根據(jù)其相對極性或麥?zhǔn)铣?shù)值，根據(jù)試樣的性質(zhì)，按照 “相似相溶的原那么來選擇，通常固定液的選擇大致可分為以下五種情況。(1) 別離非極性組分，一般選用非極性固定液。試樣中各組分按沸點大小次序流出色 譜柱，沸點較低的先出峰，沸點較高的后出峰。(2) 別離極性組分，選用極性固定液。各組分按極性大小順序流出色譜柱，極性小的 先出峰，極性大的后出峰。(3) 別離非極性和極性的(或易被極化的)混合物，一般選用極性固定液。此時，非極 性組分先出峰，極性的(或易被極化的)組分后出峰。(4) 對于能形成氨鍵的組分，如醇、胺和水等的別離，一般選擇極性的或氫鍵型的

11、固 定液。這時試樣中各組分根據(jù)與固定液形成氫鍵能力的大小先后流出，不易形成氫鍵的 先流出，最易形成氫鍵的最后流出。(5) 對于復(fù)雜的難別離的組分，常采用特殊的固定液或兩種甚至兩種以上的固定液， 配成混合固定液。固定液的用量，應(yīng)以能均勻覆蓋擔(dān)體外表并形成薄的液膜為宜。各種擔(dān)體外表積大 小不同，固定液配比(固定液與擔(dān)體的質(zhì)量比)也不同，一般在5%-25%之間。低的固定液 配比，柱效能高，分析速度快，但允許的進樣量低。10. 欲使兩種組分別離完全，必須符合什么要求？這些要求各與何種因素有關(guān) ？答：欲使兩種組分別離完全，必須要滿足別離度R=1.5的條件。別離度R與相鄰的兩個色譜峰的保存時間之差及兩個色

12、譜峰的峰基寬之和有關(guān)，表達(dá)式為：tR(2) -tR(1)Wb(2) _Wb11. 色譜柱的理論塔板數(shù)很大，能否說明兩種難別離組分一定能別離？為什么？答：不一定。因為理論塔板數(shù)沒有將死時間、死體積的影響排除，所以理論塔板數(shù)、 理論塔板高度并不能真實反映色譜柱別離的好壞。為了真實地反映柱效能的上下，應(yīng)該 用有效理論塔板數(shù)或有效理論塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)，有效理論塔板數(shù)愈多， 表示柱效能愈高，所得色譜峰愈窄，對別離愈有利。但是有效理論塔板數(shù)并不能表示被 別離組分實際別離的效果，因為如果兩組分在同一色譜柱上的分配系數(shù)相同，那么無論 該色譜柱的有效理論塔板數(shù)有多大，都不能將兩組分別離。12. 范弟

13、姆特方程式主要說明什么問題？試討論之。答:范弟姆特方程式：H=A+B/u +G。它說明了影響柱效能的幾個因素，它們包括:A渦流擴散項。當(dāng)試樣組分的分子進入色譜柱碰到填充物顆粒時，不得不改變流動方 向，因而它們在氣相中形成紊亂的、類似渦流的流動，組分中的分子所經(jīng)過的路徑，有 的長，有的短，因而引起色譜峰形的擴展，別離變差。該項取決于填充物的平均顆粒直 徑和固定相的填充不均勻因子。B/ u分子擴散項(或稱縱向擴散項)。試樣在進入色譜柱后，由于試樣中的各組分分 子在色譜柱中產(chǎn)生沿著色譜柱方向的擴散運動，使色譜峰擴展，別離變差，塔板高度增 加。該項取決于載氣流速的大小及摩爾質(zhì)量。Cu為傳質(zhì)阻力項，包括

14、氣體傳質(zhì)阻力和液體傳質(zhì)阻力。該項與填充物的粒度、固定 液的液膜厚度以及載氣流速等因素有關(guān)。范弟姆特方程式指出了影響柱效能的因素，為色譜別離操作條件的選擇提供了理 論指導(dǎo)。由于影響柱效能的因素彼此以相反的效果存在著，如流速加大，分子擴散項的 影響減小，傳質(zhì)阻力項的影響增大；溫度升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影 響等等。因此必須全面考慮這些相互矛盾的影響因素，選擇適當(dāng)?shù)纳V別離操作條件， 才能提高柱效能。13. 別離度R和相對保存值 5這兩個參數(shù)中哪一個更能全面地說明兩種組分的別離情況 ?為什么 ?答：別離度R更能全面地說明兩種組分的別離情況。相對保存值21只表示色譜柱對這兩種組分的選擇性

15、，它只與柱溫及固定相 的性質(zhì)有關(guān)， 與其他色譜操作條件無關(guān)。別離度R等于相鄰兩 色譜峰 保存時間之差的兩倍與 兩色譜峰峰基 寬之和的比 值。它既反映了相鄰兩組分保存時間的差值，即固定液對兩組分的選擇性21的大小由固定液的熱力學(xué)性質(zhì)所決定；又考慮到色譜峰的寬度對別離的影響，即 柱效能n有效的上下取決于色譜過程的動力學(xué)因素。別離度概括了兩方面的因 素，并定量地描述了混合物中相鄰兩組分的實際別離程度，田此它能更全面地說明兩種組分的別離情況。14. 在氣相色譜分析中載氣種類的選擇應(yīng)從哪幾方面加以考慮?載氣流速的選擇又應(yīng)如何考慮 ?答：在氣相色譜分析中載氣種類的選擇應(yīng)從載氣流速和檢測器的種類兩方面來考慮

16、： 當(dāng)載氣流速小時，分子擴散項對柱效能的影響是主要的，此時應(yīng)選用摩爾質(zhì)量較大 的氣體如N2、Ar作載氣，以抑制縱向擴散，獲得較好的別離效果。 當(dāng)載氣流速較大時， 傳質(zhì)阻力項對柱效能的影響是主要的，此時應(yīng)選用摩爾質(zhì)量較小的氣體如Hz、He作載氣，可減小傳質(zhì)阻力，提高柱效能。載氣的選擇還應(yīng)考慮檢測器的種類，如熱導(dǎo)池檢測器應(yīng)選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的H2或He作載氣；氫火焰離子化檢測器一般用 2作載氣；電子俘獲檢測器一般采用高純氮 2作 載氣等。載氣流速的選擇：在填充色譜柱中，當(dāng)柱子固定以后，針對某一特定物質(zhì)，用在不 同流速下測得的塔板高度 H對流速u作圖，得H-u曲線，在曲線的最低點 H最小，即柱效能 最高

17、，與該點相對應(yīng)的流速為最正確流速。在實際工作中，為縮短分析時間，通常使流速 稍高于最正確流速。具體選擇應(yīng)通過試驗決定。15柱溫和汽化溫度的選擇應(yīng)如何考慮 ? 答：首先所選柱溫應(yīng)低于固定液的最高使用溫度。否那么固定液會隨載氣流失，不但 影響柱子的壽命，而且固定液會隨載氣進入檢測器，從而污染檢測器。柱溫還影響別離效能和分析時間。柱溫高，會使各組分的分配系數(shù)K值差也變小，分離變差，因此為使組分別離得好，一般應(yīng)采用較低的柱溫。但柱溫也不能過低，否那么， 傳質(zhì)速率顯著降低，柱效能下降，又會延長分析時間。適宜的柱溫的選擇應(yīng)使難別離的 兩組分到達(dá)預(yù)期的別離效果，峰形正常而又不太延長分析時間為宜。一般柱溫應(yīng)比

18、試樣 中各組分的平均沸點低20-30 C,具體的柱溫選擇應(yīng)通過試驗來決定。對于沸點范圍較寬 的試樣，應(yīng)采用程序升溫，使低沸點和高沸點組分都獲得良好的別離。氣化溫度的選擇應(yīng)以液體試樣進入氣化室后能被迅速氣化為基準(zhǔn)，適當(dāng)提高氣化室溫度對別離和定量測定有利，氣化溫度一般應(yīng)較柱溫高30-70 C,與所測試樣的平均沸點相近。但熱穩(wěn)定性較差的試樣，氣化溫度不宜過高，以防試樣分解。16為什么進樣速度要快 ?試樣量的選擇應(yīng)如何考慮 ? 答：進樣速度必須很快，這樣試樣在進入色譜柱后僅占柱端的一小段，即以“塞子 形式進樣，以利于別離。如進樣慢，那么試樣的起始寬度增大，將使色譜峰嚴(yán)重擴展甚至 改變峰形，從而影響別離

19、。一般用注射器或氣體進樣閥進樣時，應(yīng)在l 秒鐘內(nèi)完成。進樣量的選擇應(yīng)控制在峰面積或峰高與進樣量的關(guān)系在其線性關(guān)系范圍內(nèi)。進樣量 太少，會使微量組分因檢測器靈敏度不夠而無法檢出；而進樣量太多，又會使色譜峰重 疊而影響別離。具體進樣量的多少應(yīng)根據(jù)試樣種類、檢測器的靈敏度等通過實驗確定。17什么是程序升溫 ?什么情況下應(yīng)采用程序升溫 ?它有什么優(yōu)點 ?答：程序升溫是指柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時間呈線性或非線性地增加。一般升溫速度是呈線性的，即單位時間內(nèi)溫度上升的速度是恒定的，例如每分鐘上升2C,4 C,、6C等。對于沸點范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫方式。假設(shè)采用恒定柱溫進行分析，那么 會造成低沸點

20、組分峰形密集，別離不好，而高沸點組分出峰時間過長，造成峰形平坦， 定量困難。采用程序升溫時，開始時柱溫較低，低沸點組分得到很好別離；隨著柱溫逐 漸升高，高沸點組分也獲得滿意的峰形。低沸點和高沸點組分按照沸點上下的順序，由 低沸點到高沸點分別出峰，使低沸點和高沸點組分獲得良好別離。18 毛細(xì)管色譜柱的特點是什么 ?試討論之。答：毛細(xì)管柱的特點是：別離效能高，分析速度快，適合于分析十分復(fù)雜的試樣。毛細(xì)管色譜柱為開管柱，它采用交聯(lián)技術(shù)使固定液附著于管內(nèi)壁，使固定液分子相 互交聯(lián)起來，形成一層不流動、不被溶解的薄膜。由于毛細(xì)管色譜柱內(nèi)不存在填充物， 氣流可以直接通過，所以柱阻力很小，柱長可以大大增加，

21、一般為20-100m。由于沒有填充物，氣流是單途徑的，不存在渦流擴散；分析速度較快，縱向擴散較?。欢鶅?nèi)徑很 細(xì) (0.2-0.5 mm) ，固定液涂層又較薄，傳質(zhì)阻力也大為減小，因而柱效能很高，每米理 論塔板數(shù)可達(dá) 3000-4000 。一根毛細(xì)管色譜柱的總的理論塔板數(shù)可達(dá)104-106，為填充柱的10-100 倍。由于毛細(xì)管柱的別離效能很高，因而對固定液的選擇要求不高，準(zhǔn)備幾根不 同極性固定液的毛細(xì)管柱就可解決一般的分析問題，從而防止了選擇固定液的麻煩。1 9什么是濃度型檢測器 ?什么是質(zhì)量型檢測器 ? 各舉例說明之。答：檢測器按響應(yīng)特性可分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器兩類。 濃度型檢測器

22、，檢測的是載氣中組分濃度的瞬間變化，其響應(yīng)信號與進入檢測器的 組分濃度成正比。如熱導(dǎo)池檢測器和電子捕獲檢測器。質(zhì)量型檢測器，檢測的是載氣中組分的質(zhì)量流速的變化，其響應(yīng)信號與單位時間內(nèi) 進入檢測器的組分的質(zhì)量成正比。如氫火焰離子化檢測器。20簡單說明熱導(dǎo)池檢測器的作用原理。如何提高它的靈敏度?答：熱導(dǎo)池檢測器是基于不同氣體或蒸氣具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)來進行檢測的。熱導(dǎo) 池由池體和熱敏元件組成，池體多用不銹鋼做成，其中有兩個或四個大小相同、形狀完 全對稱的孔道，孔內(nèi)各固定一根長短、粗細(xì)和電阻值完全相同的金屬絲作熱敏元件。為 提高檢測器的靈敏度，熱敏元件一般選用電阻率高、電阻度系數(shù)大的鎢絲、鉑絲或錸鎢

23、做成。用兩根鎢絲作熱敏元件的稱為雙臂熱導(dǎo)池，其中一臂為參比池，一臂為測量池。 用四根鎢絲作熱敏元件的稱為四臂熱導(dǎo)池，其中兩臂是參比池，兩臂是測量池。當(dāng)恒定 電流通過熱導(dǎo)池中的鎢絲時，鎢絲被加熱到一定溫度，其電阻值上升到一定值。在未進 試樣時，通過參比池和測量池的都是載氣，由于載氣的熱傳導(dǎo)作用，使鎢絲的溫度下降， 電阻減小。但此時參比池和測量池中鎢絲溫度的下降和電阻值減小的數(shù)值是相同的。當(dāng) 有試樣進入檢測器時，載氣流經(jīng)參比池，載氣攜帶著試樣組分流經(jīng)測量池。由于載氣和 待測組分混合氣體的熱導(dǎo)系數(shù)與純載氣的熱導(dǎo)系數(shù)不同，因而測量池中散熱情況發(fā)生變 化，使參比池和測量池的鎢絲電阻值之間產(chǎn)生了差異。通過

24、測量此差值，即可確定載氣 中組分的濃度。提高熱導(dǎo)池檢測器靈敏度的方法：(1) 增加橋路電流。橋路電流增加，可使鎢絲溫度增高，鎢絲和池體的溫差增大， 有利于氣體的熱傳導(dǎo)，靈敏度就高。但是橋路電流也不可過高，否那么將引起基線不穩(wěn)， 甚至燒壞鎢絲。(2) 降低池體溫度。適當(dāng)降低池體溫度，可使鎢絲和池壁的溫差增大，從而可提高靈 敏度。但池體溫度不能低于柱溫，否那么待測組分會在檢測器內(nèi)冷凝。(3) 選擇H2(或He)作載氣。載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差愈大，靈敏度就愈高。一般物質(zhì)蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)較小，所以應(yīng)選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的 H2(或He)作載氣。載氣熱導(dǎo)系數(shù)大，允 許的橋路電流可適當(dāng)提高，從而又可提高熱導(dǎo)池的

25、靈敏度。21簡單說明氫火焰離子化檢測器的作用原理。如何考慮其操作條件？ 答：氫火焰離子化檢測器是由離子室、離子頭及氣體供給三局部組成。離子頭是檢測器的關(guān)鍵部件，由發(fā)射極 (又叫極化極 ) 、收集極和噴嘴組成。在收 集極和發(fā)射極之間加有一定的直流電壓 (常用100-300V)。收集極作正極，發(fā)射極作負(fù)極， 構(gòu)成一外加電場。微量有機組分被載氣帶入檢測器，在氫火焰(2100 C )能源的作用下離子化，產(chǎn)生的離子在發(fā)射極和收集極的外電場作用下，定向運動而形成微弱的電流(10 -6-10 -14A)。離子化產(chǎn)生的離子數(shù)目，亦即由此而形成的微弱電流的大小，在一定范圍內(nèi)與單位時間內(nèi)進入 火焰組分的質(zhì)量成正比

26、。操作條件的選擇(1) 載氣流速的選擇：一般用N2作載氣，載氣流速主要影響別離效能。對一定的色譜柱和試樣，要通過實踐，找到一個最正確的載氣流速，使色譜柱的別離效果最好(2) 氫氣流速的選擇：氫氣流速主要影響檢測器的靈敏度。氫氣流速過低，不僅使火 焰溫度低，組分分子的離子化數(shù)目少，檢測器的靈敏度低，而且容易熄火。而氫氣流速 過大，又會造成基線不穩(wěn)。當(dāng)用Nb作載氣時，N2 : H2 (流速)有一個最正確值。在此最正確比值下，檢測器靈敏度高，穩(wěn)定性好。最正確比值只能由實驗確定。一般Nb : H2(流速)的最正確比在1 : 1-1 : 1 . 5之間。(3) 空氣流速：在低流速時，離子化信號隨空氣流速

27、的增加而增大，達(dá)一定值后，空氣流速對離子化信號幾乎沒有影響。一般氫氣和空氣流速的比例是1: 10。(4) 極化電壓：在低電壓時，離子化信號隨所采用的極化電壓的增加迅速增大，當(dāng)電 壓超過一定值時，增加電壓對離子化電流沒有大的影響。正常操作時所用極化電壓一般 為 100-300V。22 簡單說明電子捕獲檢測器的作用原理和應(yīng)用特點。答：電子俘獲檢測器池體內(nèi)有一B射線放射源。當(dāng)載氣(一般采用高純氮)進入檢測器時，在放射源發(fā)射的 3射線作用下發(fā)生電離：N2 f N2 + e生成的正離子和慢速低能量電子，在恒定電場作用下分別向兩電極運動，形成恒定 的電流，即基流。當(dāng)具有電負(fù)性的組分隨載氣進入檢測器時，俘獲

28、了檢測器中的慢速低 能量的電子而產(chǎn)生帶負(fù)電荷的分子離子并放出能量：AB +e- = AB- + E隨即發(fā)生 AB- + N2+ f AB + N 2，復(fù)合成中性化合物，被載氣帶出檢測室外，結(jié)果使 基流降低，產(chǎn)生負(fù)信號，形成倒峰。載氣中組分濃度愈高，倒峰愈大。電子捕獲檢測器對強電負(fù)性的組分有很高的靈敏度。但不具有電負(fù)性的組分，就無 信號或信號很小，因而具有高選擇性。23簡單說明火焰光度檢測器的作用原理和應(yīng)用特點。 答：火焰光度檢測器是對含硫化合物、含磷化合物有高選擇性和高靈敏度的一種檢 測器，這種檢測器主要由火焰噴嘴、濾光片和光電倍增管三局部組成。當(dāng)含硫的有機物 在富氫 - 空氣焰中燃燒時，發(fā)生

29、如下反響有機硫化物 f SO2 2SO2 + 4 H2 f2S + 4 H 2O生成的S在適當(dāng)溫度下生成激發(fā)態(tài)的 S2*分子：S + S f S2S2 f S 2 + h V當(dāng)其回到基態(tài)時就發(fā)射出最強波長為294nm的特征光譜。有機磷化物那么首先被氧化燃燒生成磷的氧化物，然后被富氫焰中的H復(fù)原成HPO這個含磷裂片被火焰高溫激發(fā)后，發(fā)射出一系列特征波長的光，其最強波長為528nm。這些發(fā)射光通過相應(yīng)的濾光片照射到光電倍增管上，轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娏?，?jīng)放大后記錄 下硫或磷化合物的色譜圖。由于火焰光度檢測器對硫、磷化合物具有高選擇性和高靈敏度，因而主要用于農(nóng)副 產(chǎn)品、食品中農(nóng)藥殘留物分析，大氣及水的污染分析

30、。24“用純物質(zhì)對照進行定性鑒定時，未知物與純物質(zhì)的保存時間相同，那么未知物 就是該純物質(zhì)。這個結(jié)論是否可靠？應(yīng)如何處理這一問題 ?答：不可靠。因為不同組分在同一根色譜柱上可能具有相同的保存值。 為了防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)采用“雙柱定性法，即再用另一根裝填不同極性固 定液的色譜柱進樣分析， 如果仍獲得相同的保存值，那么上述定性結(jié)果一般就沒有問題了。因為兩種不同組分，在兩根不同極性固定液的柱子上，保存值相同的時機是極少的。25. 氣相色譜分析的定性能力是比擬差的，如何解決這個問題？答：氣相色譜定性分析的能力比擬差，但別離能力比擬強。質(zhì)譜、紅外光譜等儀器 對單一物質(zhì)的定性鑒定能力很強，但對于復(fù)雜混

31、合物的定性鑒定有困難。因此可把這兩 種分析方法結(jié)合起來，利用色譜分析的強別離能力和質(zhì)譜、紅外光譜的強鑒定能力，就 可以有效解決氣相色譜分析定性能力比擬差的問題。26. 為什么可以根據(jù)峰面積進行定量測定？峰面積如何測量？什么情況下可不用峰面 積而用峰高進行定量測定 ？答：在進行色譜分析時，當(dāng)操作條件一定時，檢測器的響應(yīng)信號峰面積或峰高與進入檢測器的組分量質(zhì)量或濃度成正比，據(jù)此可以根據(jù)峰面積進行定量測定。峰面積的測量一般采用以下三種方法：峰高乘半峰寬法：當(dāng)色譜峰形對稱且不太窄時可用此法。根據(jù)等腰三角形面積計算 法，可近似地認(rèn)為峰面積 A等于峰高h(yuǎn)乘以半峰寬Yi/2: A=hY/2 這樣測得的峰面積

32、為實際峰面積的0.94倍，實際峰面積應(yīng)為：A=1.065hYi/2峰高乘平均峰寬法：對于不對稱峰，在峰高0.15和0.85處分別測出峰寬，取平均值得平均峰寬，由下式計算峰面積1A 二 h Y0.15 Y0.852此法測量雖麻煩，但結(jié)果較準(zhǔn)確。峰高乘保存時間法在一定操作條件下，同系物的半峰寬與保存時間成正比，即Yi/2=bt r因為 A=hY i/2所以 A = hbtR在作相對計算時，b可約去，這樣就可以用峰高與保存時間的乘積表示峰面積的大小。 在色譜條件嚴(yán)格控制不變，進樣量控制在一定范圍內(nèi)時，半峰寬不變，對于狹窄的 峰，可以直接應(yīng)用峰高進行定量測定。27. 什么是絕對校正因子、相對校正因子？

33、為什么一般總是應(yīng)用相對校正因子進行定量計算？在什么情況下可以不用校正因子進行定量計算？答：氣相色譜定量的依據(jù)是在一定條件下組分的峰面積與其進樣量成正比。但因檢 測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)值不同，故相同質(zhì)量的不同物質(zhì)通過檢測器時，產(chǎn)生的峰面積不 相等，因而不能直接用峰面積計算組分含量，而要采用“定量校正囚子校正所測的峰 面積，使之能真實地反映組分含量。絕對校正因子：與單位峰面積相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)量，即:fs相對校正因子：組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)內(nèi)標(biāo)物的絕對校正因子之比。即:因為絕對校正因子在實際工作中不易準(zhǔn)確測定，所以一般總是應(yīng)用相對校正因子進 行定量計算。當(dāng)采用外標(biāo)法進行定量時，可以不用校正因子。28. 相對校正因子

34、如何測定？答：準(zhǔn)確稱取一定量的待測組分的純物質(zhì)mJ和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)內(nèi)標(biāo)物的純物質(zhì) ms，混合后，取一定量在檢測器的線性范圍內(nèi)在實驗條件下注入色譜儀，出峰后分別測量 As mi峰面積A、A，由公式：f計算出相對校正因子。Ai ms29. 什么是內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、歸一化法 ？它們的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點各有什么不同？答：內(nèi)標(biāo)法： 在一定量的試樣中，參加一定量的選定的標(biāo)準(zhǔn)物稱內(nèi)標(biāo)物，根據(jù)內(nèi)標(biāo)物和試樣的質(zhì)量以及色譜圖上相應(yīng)的峰面積，計算待測組分含量的方法。內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是 試樣中不存在的純物質(zhì)，參加的量應(yīng)接近待測組分的量，其色譜峰也應(yīng)位于待測組分色 譜峰附近或幾個待測組分色譜峰的中間。內(nèi)標(biāo)法適用于試樣中所有組分不能全部出

35、峰，或者試樣中各組分含量懸殊，或某些 組分在檢測器上無信號響應(yīng)時的樣品測定。內(nèi)標(biāo)法的 優(yōu)點是 定量準(zhǔn) 確，進樣 量和操作條件不 要求嚴(yán)格 控制，試樣中含有不出 峰的組 分時亦能應(yīng)用，但每次 分析都 要稱取試樣和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，比擬費時，不適用于快速控制分析。外標(biāo)法又稱試樣校正法或標(biāo)準(zhǔn)曲線法。具體操作是：取被測組分的純物質(zhì)配成 一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別取一定體積，注入色譜儀，測出峰面積，作出峰面積或峰高和濃度的關(guān)系曲線，即標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在同樣操作條件下向色譜柱注入相同量一般為體積的未知試樣，從色譜圖上測出峰面積或峰高，由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得待測組分的濃度。外標(biāo)法的操作和計算都比擬簡便，并且不用校正因子

36、，適用于操作條件穩(wěn)定，進樣 量重復(fù)性好，無法找到適宜的內(nèi)標(biāo)的樣品測定。歸一化法可用下面的公式計算各組分含量：fi aW 二亍一10000 fiAi =1當(dāng)測量參數(shù)為峰高時，也可用峰高歸一化法計算組分含量。歸一化法簡便，準(zhǔn)確。即使進樣量不準(zhǔn)確，對結(jié)果亦無影響，操作條件的變動對結(jié) 果影響也較小。適用于試樣中所有組分都能流出色譜柱，并且在色譜圖上都顯示色譜峰 的樣品測定。但假設(shè)試樣中的組分不能全部出峰，那么不能應(yīng)用此方法。30. 高效液相色譜法的特點是什么 ?它和氣相色譜法相比擬，主要的不同點是什么?答：高效液相色譜法和氣相色譜法相比具有以下特點：1. 高壓。高效液相色譜以液體作為流動相，用高壓使流

37、動相迅速通過色譜柱，柱壓55一般高達(dá) 150X 10 350X 10 Pa。2. 高速。高效液相色譜由于釆用了高壓，流動相流速快，因而所需的分析時間較經(jīng) 典的柱色譜少得多，般少于 1 h 。3. 高效。高效液相色譜分析的柱效能約可達(dá)3萬塔板 / 米以上，氣相色譜的柱效能只有約2 000塔板米。4. 高靈敏度。由于采用了高靈敏度的檢測器，最小檢測量可達(dá)10-9 g ，甚至1 0-11 g。而所需試樣量很少，微升數(shù)量級的試樣就可以進行全分析。5. 可用于高沸點的、不能氣化的、熱不穩(wěn)定的以及具有生理活性物質(zhì)的分析。一般來 說，沸點在450C以下，相對分子質(zhì)量小于 450的有機物可用氣相色譜分析，但這

38、些物質(zhì) 只占有機物總數(shù)的 15 20，而其余的 80 85，原那么上都可采用高效液相色譜分 析。31簡單說明高效液相色譜分析的流程 ?答：高效液相色譜儀一般由貯液器、高壓泵、梯度洗提裝置、進樣器、色譜柱、檢 測器、記錄儀等部件組成。試液由進樣器定量注入后，隨流動相由高壓泵送入色譜柱進 行別離，別離后的各個組分進入檢測器，轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，由計算機處理后輸出濃 度或含量數(shù)據(jù)。32 什么是梯度洗提 ?它能起什么作用 ? 答：梯度洗提：又稱梯度洗脫、梯度淋洗。在高效液相色譜分析中梯度洗提的作用 與氣相色譜分析中的程序升溫相似。梯度洗提是按一定程序連續(xù)改變載液中不同極性溶 劑的配比，以連續(xù)改變載液的

39、極性，或連續(xù)改變載液的濃度、離子強度及pH,借以改變被別離組分的分配系數(shù)，以提高別離效果和加快別離速度。33高效液相色譜法可分為哪幾種類型 ?簡述其別離原理。 答：高效液相色譜法根據(jù)別離機理的不同, 可分為以下幾種類型： 液-固吸附色譜法、 液 - 液分配色譜法、離子交換色譜法和空間排阻色譜法。液- 固吸附色譜： 以固體吸附劑為固定相, 以兩種或兩種以上的不同極性的溶劑配成流動相作為載液，試樣進入色譜柱后，隨著載液的流動，試樣在固定相上不斷被吸附及 脫附，根據(jù)各種物質(zhì)在固定相上吸附能力強弱的不同而別離。-液分液- 液分配色譜： 固定相是由擔(dān)體與其外表涂覆的一層固定液所組成，試樣隨載液流 動時，

40、在載液與固定液之間進行分配，從而使分配系數(shù)不同的各組分得到別離。液 配色譜除了可選用不同極性的固定液之外，還可通過改變載液的極性以到達(dá)良好的別離 效果，這是和氣相色譜法的不同之處。在液液分配色譜中，假設(shè)載液的極性弱于固定液， 稱為正相液 - 液色譜；反之，假設(shè)載液的極性強于固定液，那么稱為反相液液色譜，二者的 出峰順序恰好相反。離子交換色譜法：固定相為離子交換樹脂，其上可離解的離子與流動相中具有相同 電荷的離子可以進行交換，各種離子根據(jù)它們對交換樹脂親和力的不同得以別離?？臻g排阻色譜法：以凝膠為固定相，凝膠是一種經(jīng)過交聯(lián)，而有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多 聚體，具有數(shù)納米到數(shù)百納米大小的孔徑。當(dāng)試樣隨流動

41、相進入色譜柱，在凝膠間隙及 孔穴旁流過時，試樣中的大分子、中等大小的分子和小分子或直接通過色譜柱，或進入 某些稍大的孔穴，有的那么能滲透到所有孔穴，因而它們在柱上的保存時間各不相同，最 后使大小不同的分子可以分別被別離、洗脫。對同系物來說，洗脫體積是相對分子質(zhì)量 的函數(shù)，所以相對分子質(zhì)量大小不同的組分將得到別離。34. 什么是化學(xué)鍵合固定相 ?有什么優(yōu)點？ 答：化學(xué)鍵合固定相，是通過化學(xué)反響把有機分子鍵合到擔(dān)體硅膠外表游離的羥基 上，以代替機械涂漬的液體固定相，它很好地解決了固定相的流失問題。采用化學(xué)鍵合 固定相的色譜柱具有穩(wěn)定性好，壽命長；外表無液坑，比般液體固定相傳質(zhì)快；可以 鍵合不同的官

42、能團，能靈活改變選擇性等優(yōu)點?；瘜W(xué)鍵合固定相還可應(yīng)用于離了交換色 譜法中。35什么是正相色譜和反相色譜 ?答：流動相的極性弱于固定液，稱為正相色譜；反之，假設(shè)流動相的極性強于固定液， 那么稱為反相色譜。36高效液相色譜法常用哪幾種檢測器 ?簡單說明它們的作用原理。 答：高效液相色譜要求檢測器具有靈敏度高、重現(xiàn)性好，響應(yīng)快、檢測限低、線性 范圍寬、應(yīng)用范圍廣等特性。目前應(yīng)用較廣的有紫外光度檢測器，差示折光檢測器，熒 光檢測器等數(shù)種。(1) 紫外光度檢測器： 紫外光度檢測器的作用原理是基于待測組分在流出色譜柱后對 特定波長紫外光的選擇性吸收的大小，待測組分的濃度與吸光度的關(guān)系遵從比爾定律。這種檢測

43、器的靈敏度很高，其最小檢測濃度可達(dá)10-9g mL1。對溫度和流速都不敏感，可用于梯度洗提，結(jié)構(gòu)也較簡單。其缺點是不適用于對紫外光完全不吸收的試樣，也不能 使用對紫外光不透過的溶劑如苯等。(2) 熒光檢測器： 熒光檢測器是利用許多物質(zhì)在受到紫外光激發(fā)后能發(fā)射熒光的性質(zhì)而制成的檢測器。被測物受強激發(fā)光照射后，輻射出比紫外光波長更長的熒光，熒光強 度與被測物濃度成正比，通過熒光檢測器采用光電倍增管使光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枡z測出 來。熒光檢測器的靈敏度一般要比紫外光度檢測器高2個數(shù)量級，選擇性也好但其線性范圍較差。(3) 差示折光檢測器：差示折光檢測器是利用連續(xù)測定工作池中試液折射率的變化， 來測定試液

44、濃度的檢測器。溶有被測組分的載液和單純載液之間折射率之差，和被側(cè)組 分在試液中的濃度直接有關(guān)，因此可以根據(jù)折射率的改變，測定被測組分。t ri=3 min20s , t r2=3解：兩個色譜峰的相對保存時間為:/t R1 = t R1 t M = 200 - 20 = 180S1.色譜圖上有兩個色譜峰，它們的保存時間和峰底寬度分別為min50s， W 1=2.9mm, W2=3.2mm t mf20s。紙速為 1 cm min-1 求這兩個色譜峰的相對保存值21和別離度Ro20 = 210s由公式：r21JR2 J10 亠 17 tR1180因為紙速為1 cm-min -1,所以：Wb 1)=

45、2.9mm =0.29 min :=17.4 sWb 1=3.2mm =0.32 min =:19.2 stR2 tR1210180 , 一由公式：R=2-21.64Wb(2)Wb(1)19.217.4t R2 = t R2 t MF 230答：這兩個色譜峰的相對保存值21為1.17，別離度R為1.64。2.分析某試樣時，兩種組分的相對保存值r21 = 1.16，柱的有效塔板高度 H = 1mm,需要多長的色譜性才能將兩組分完全別離即R =1.5?r 21116解：由公式：L =16R22H 有效=16 1.52 2 1 =1890mm =1.89mr21 二1.16 _1答：需要 約2 m長

46、的色 譜性才能 將兩組 分完全 別離。3 測得石油裂解氣的色譜圖前面四個組分為經(jīng)過衰減I /4而得到，經(jīng)測定各組分 的f /值和從色譜圖量出各組分的峰面積分別如下：出峰次序空氣甲烷二氧化碳乙烯乙烷丙烯丙烷峰面積342144.52787725047.3校正因子f0.840.741.001.001.051.281.36用歸一化法求各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。fi Ai解：由公式：Wi = - 1000丈 fi Aii w空氣= 4 X 0.84 X 34/4 X( 0.84 X 34+0.74 X 214+1.00 X 4.5+1.00 X 278 )+1.05 X 77+1.28 X 250+1.36 X

47、 47.3 X 100%=114.24/2350.508X 100% = 4.86%同理：w甲烷=(4 X 0.74 X 214/2350.508 )X 100%=26.95%w二氧化碳=(4 X 1.00 X 4.5/2350.508) X 100%=0.76%4.86%;甲烷26.95%;二氧化碳0.76%; 乙烯w乙烯=(4 X 1.00 X 278/2350.508) X 100%w乙烷=(1.05=3.44%X 77/2350.508)X 100%w丙烯=(1.28X 250/2350.508)X 100%=13.61%w丙烷=(1.36X 47.3/2350.508)X 100%=

48、2.74%=47.31%答：各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：空氣47.31%; 乙烷 3.44%； 丙烯 13.61%； 丙烷2.74%。4 有一試樣含有甲酸，乙酸、丙酸及不少水、苯等物質(zhì)。稱取試樣1.055 g，以環(huán)己酮作內(nèi)標(biāo)，稱取0.1907g環(huán)己酮加到試樣中，混合均勻后，吸取此試液3卩L進樣，得到色譜圖，從色譜圖上測量出各組分峰面積。S，值:甲酸乙酸環(huán)己酮丙酸峰面積14.872.613342.4響應(yīng)值S /0.2610.5621.000.938求甲酸，乙酸、丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為多少解：由響應(yīng)值S，可求得各組分相對于環(huán)己酮的校正因子fi,即: fi=1/ S i /貝各組分相對于環(huán)己酮的校正因子分別

49、為：甲酸：3.83 ;乙酸：1.78 ;丙酸：1.07由公式：Wi竺H 100 00mAs/0w甲酸=0.1907=7.7%X 3.83X14.8/(1.055X 133)X 100%w乙酸=0.1907X 1.78X72.6/(1.055X 133)X 100%=17.56%w丙酸=0.1907X 1.07X42.4/(1.055X 133)X 100%=6.16%答：甲酸，乙酸、丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為：7.7%; 17.56%; 6.16%。5 .在測定苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯的峰高校正因子時，稱取如下表所列質(zhì)量的各 組分的純物質(zhì)，在一定色譜條件下，所得色譜圖上各種組分色譜峰的峰高分別如下：苯

50、甲苯乙苯鄰二甲苯質(zhì)量/ g0.59670.54780.61200.6680峰高/ mm180.184.445.249.0以苯為標(biāo)準(zhǔn)，求各組分的峰高校正因子。解：由公式： f =f = A，m因為A=hY/2fs Ai mshsmi所以：fhims那么：f /苯=180.1 X 0.5967/( 180.1 X 0.5967 ) X 100%=1.00f /甲苯=180.1 X 0.5478/( 84.4 X 0.5967 ) X 100%=1.96f / 乙苯=180.1 X 0.6120/( 45.2 X 0.5967 ) X 100%=4.09f /鄰二甲苯=180.1 X 0.6680/( 49.0 X 0.5967 ) X 100%=4.11答：各組分的峰高校正因子分別為：f /苯=1.00 ; f / 甲苯 =1.96 ; f / 乙苯 =4.09 ; f / 鄰二甲苯 =4.11 。6 測定氯苯中的微量雜質(zhì)苯，對二氯苯、鄰二氯苯時，以甲苯為內(nèi)標(biāo)，先用純物質(zhì) 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得如下數(shù)據(jù)。試根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制峰高比與質(zhì)量比之間的關(guān)系曲線。編號甲苯苯對二氯苯