张新祥《仪器分析》色谱习题解1doc.docx
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张新祥《仪器分析》色谱习题解1doc
思考题和习题
8.1.在仪器分析技术中，色谱的独特优点是什么？
答案要点：
色谱可以用一次进样实现同时分离和分析。
82为什么说色谱对化学乃至整个科学技术的发展起了重要的作用？
答案要点：
因为各种色谱技术帮助科学家发现了很多自然界存在的化合物，色谱用于牛产过程监控对提高产品质量至关重要，色谱用于环境、药物分析和临床检验等领域,都推动了化学乃至整个科学的发展。
8.3.色谱主要有哪些分支？
答案要点：
根据不同的分类方法，色谱可以分为不同的分支，女2
（1）按照分离机理的物理化学性质可分为吸附色谱、分配色谱、离子色谱（IC）、排阻色谱（SEC）、络合色谱和亲和色谱等。
（2）按照分离介质的几何形状可分为柱色谱和平面色谱。
（3）按照流动相的物理状态可分为气相色谱（GC）、液相色谱（LC）和超临界流体色谱（SFC）o
8.4.试比较气相色谱和液相色谱的异同。
答案要点：
从下面5个方面进行比较
1流动相
2固定相
3分析对象
4检测技术
5制备分离
8.5.简述色谱与电泳的区别。
答案要点：
从下面3个方面进行比较
1分离机理
2流动相的驱动力
3检测方式
86什么是经典色谱法？
柱层析和现代柱色谱的主要区别是什么？
答案要点：
色谱法有经典色谱法和现代色谱法Z分，所谓经典色谱法是相对于现代色谱法而言的，主要是指高效液相色谱（HPLC）出现以前的常压液相色谱技术，包括经典柱色谱和常规薄层色谱以及纸色谱。
因为HPLC和GC也都是柱色谱，我们这里将经典柱色谱称为柱层析。
它与现代柱色谱（主要是指HPLC）的主要区别在于驱动流动相的压力高低以及固定相的粒度大小。
表现在分析结果上则是柱效的高低和分析时间的长短。
表现在仪器上则是自动化程度的高低。
8.7.平面色谱包括哪些方法？
各有什么特点？
答案要点：
平面色谱包括固定相的儿何形状为平面的薄层色谱（TLC）和纸色谱（PC）,前者采用涂布在惰性板（如玻璃）上的多孔I占I体吸附剂为I占I定相，后者则是采用纸为固定相。
平面色谱的规模可以是分析型，也可以是半制备和制备型。
平面形状的固定相有儿个优点，比如操作简单、应用灵活、同时可以平行分析多个样品、展开方式多种多样,述可以采用各种选择性检测方法。
而分析成本仅是一般柱色谱的三分之一。
缺点是分离效率有限，影响分析结果的因素很多，故需要有丰富的经验和高的操作技巧。
8.8.简述薄层色谱的分类方法。
答案要点：
按照流动相的驱动力可分为经典TLC和强制流薄层色谱（FFTLC）,后者还可分为。
超压薄层色谱（OTLC）、高速薄层色谱（HSTLC）、离心薄层色谱（CTLC）或旋转薄层色谱（RTLC）。
根据分离机理，TLC可以分为分配、吸附、离子交换和体积排阻几种类型。
根据固定相和流动相的相对极性，有正相薄层色谱（吸附剂的极性大于洗脱液的极性）和反相薄层色谱（吸附剂的极性小于洗脱液的极性）之分。
根据仪器操作的自动化程度又可分为在线分析和离线分析两类。
8.9.影响薄层色谱分离的主要因素是什么？
答案要点：
（1）固定相
（2）溶剂系统
（3）展开技术
&10.薄层色谱的常用检测技术有哪些？
答案要点：
（1）利用被分析物的发光特性进行检测
（2）蒸气显色方法
（3）试剂显色方法
（4）生物自显影方法
（5）放射显影方法
8.11.导致谱带展宽的因素有哪些？
答案要点：
从柱外因素和柱内因素分析，前者包括样品以及进样系统、进样器到检测器各部件之间的连接管线和接头死体积、检测器死体积和电子线路等因素，后者则包括多路径效应、纵向扩散、流动相传质阻力和固定相传质阻力等
&12.吸附等温线的形状与色谱峰的类型有什么关系？
参看教材219-220页
8.13.影响分离因子a的参数有哪些？
参看教材232-233页
8.14.如何控制和调节容量因子k?
参看教材232页
&15.色谱柱的柱效n由哪些因素决定？
如何提高柱效？
参看教材230-231页
8.16.导致色谱峰不对称的因素是什么？
参看教材220页
&17.什么是程序升温和梯度洗脱？
参看教材233页
8.18.在液相色谱分析中，含A、B和C三种组分的混合物在30cm长的色谱柱上分离，测得不保留组分A的出峰时间为1.3min,组分B和C的保留时间分别为16.40min和17.36min,峰（底）宽分别为1.11min和1.21min。
请计算：
（1）组分B和C的分离度；
（2）色谱柱的平均理论塔板数和理论塔板高度；
（3）若使组分B和C的分离度达到1.5,假设理论塔板高度不变，需要多长的色谱
（4）使用较长色谱柱后，组分B的保留吋间为多少（流动相线流速不变）？
（5）如果仍使用30cm长的色谱柱，要使分离度达到1.5,需要多少理论塔板数？
理论塔板高度为多少？
解答：
（1）R=2（17.36—16.40）/（1.11+1.21）=0.83
（2）nB=16（16.4/l.ll尸=3493nc=16（17.36/1.21）—3293
n（平均）=（3493+3293）/2=3393
H（平均）=30/3393=0.0088（cm）
（3）根据教材式（8.110）,当n和L改变时，oc和k不变，贝归
&丘
n2=ni（R2/Ri）2=3393（1.5/0.83）2=11082
据教材式（8.42）：
L=nH=11082X0.0088=98（cm）
⑷又据教材式（8.114）,不同的分离度对应不同的保留时间，故:
tR（B）2=tR（B）i（R2/Ri）2=16.40（1.5/0.83）2=53.56（min）
（5）据⑶所得：
H=L/n=30/11082=0.0027（cm）
8.19.气相色谱分析屮，用2m长的色谱柱分离二氯代甲苯，测得死时间为1.0min,各组分的保留吋间（tR）和峰（底）宽（W）如下所列：
出峰顺序组分tR/minW/min
1
2,6■二氯甲苯
2,4■二氯甲苯
③3,4■二氯甲苯6.330.67
试计算：
（1）各组分的调整保留时间tf和容量因子k;
（2）相邻两组分的选择性因子oc和分离度R,哪两个组分为难分离物质对？
（3）各组分的理论塔板高度和色谱柱平均理论塔板高度；
（4）欲使难分离物质对的分离度达到1.5,假设理论塔板高度不变，应采用多长的色谱柱？
（5）使用较长色谱柱后，假设流动相线流速不变，组分②的保留时间将为多少？
解答：
（1）
k=4.00/1.00=4.00
k=4.41/1.00=4.41
k=5.33/1.00=5.33
①tf=5.00-1.00=4.00（min）
2tRr=5.41-1.00=4.41（min）
3tR‘=6.33・1.00=5.33（min）
（2）8,2=4.41/4.00=1.10R1j2=2（5.41-5.00）/（0.30+0.37）=1.2
0（2,3=5.33/4.41=1.21R2,3=2（6.33-5.41）/（0.37+0.67）=1.8
可见，2,6■二氯甲苯和2,4■二氯甲苯为难分离物质对。
H（平均）=（0.045+0.058+0.14）/3=0.081（cm）
（4）根据教材式（8」10）,当n和L改变时，（X和k不变，贝IJ：
&7^7
n2=n1（R2/Ri）2=（（4444+3421）/2）（1.5/1.22）2=5945
据教材式（8.42）：
L=nH=5945x（0.045+0.058）/2=306（cm）
⑸据教材式（8.114）,不同的分离度对应不同的保留时间，故:
4（3）2^277
tR（B）2=tR（B）i（R2/Ri）=5.41（1.5/1.22）=8.18（min）
&20.在LC分析中采用25cm长的色谱柱，流动相的流速为0.5mL/min,色谱柱内的固定相体积为0.16mL,流动相体积为1.37mLo测定不保留组分和样品中4个组分的
保留时间（tR）和半峰宽（W1/2）如下所列：
岀峰顺序
组分
tR/min
wl/2/min
①
不保留组分
3.10
--
②
组分A
5.40
0.20
③
组分B
13.30
0.50
④
组分C
14.10
0.53
⑤
组分D
15.60
0.85
试计算:
（1）各组分的理论塔板数以及理论塔板高度；
（2）各组分的容量因子和分配系数；
（3）组分B和C的分离度和选择性因子；
（4）组分C和D的分离度和选择性因子；
（5）欲使组分B和C的分离度达到1.5,需要多长的色谱柱？
（6）欲使组分C和D的分离度达到1.5,需要多长的色谱柱？
（7）欲完全分离4个组分（相邻两峰的分离度大于或等于1.5）,需要多长的色谱柱?
解答:
K2=k[3=6.33
K3=kp=28.2
K4=kp=30.4
⑵色谱柱的相比为1.37/0.16=8.56
2k2=（5.40-3.10）/3.10=0.74
3k3=（13.30-3.10）/3.10=3.29
4k4=（14.10-3.10）/3.10=3.55
5
K5=kp=34.5
k5=（15.60-3.10）/3.10=4.03
（3）Rb,c=2（14.1-13.3）/1.70（0.50+0.53）=1.6/1.75=0.91
ocb,c=（14.1-3.1）/（13.3-3.1）=1.08
（4）Rc,d=2（15.6-14.1）/1.70（0.53+0.85）=3.0/2.35=1.3
（Xc.d=（15.6-3」”（14.1・3・1）=L14
（5）根据教材式（&110）,当n和L改变时，a和k不变，贝归
Ri二花
R2応
n2=ni（R2/Ri）2=3920（1.5/0.91）2=10651
据教材式（8.42）：
L=nH=10651x0.0064=68（cm）
（6）欲使组分C和D的分离度达到1.5,需要多长的色谱柱？
根据教材式（8.110）,当n和L改变时，a和k不变，贝h
&二曲
尺2J兀2
n2=ni（R2/Ri）2=（（3921+1866）/2）（1.5/1.28）2=3974
据教材式（8.42）：
L=nH=3974x（0.0064+0.013）/2=38（cm）
（7）欲完全分离4个组分（相邻两峰的分离度大于或等于1.5）,必须保证难分离物质对B和C达到完全分离，故需要色谱柱长度为68emo
8.21.在GC分析中采用40cm长的色谱柱，流动相的流速为35mL/min,色谱柱内的固定相体积为19.6mL,流动相体积为62.6mLo测定不保留组分（空气）和样品中3个组分的保留时间仆）和半峰宽（W“2）如下所列：
岀峰顺序
组分
tR/min
wl/2/min
①
空气
1.90
—
②
甲基环己烷
10.00
0.76
③
甲基环己烯
10.90
0.82
④
甲苯
13.40
1.06
试计算:
（1）3个样晶组分的平均理论塔板数和标准差;
（2）3个样品组分相邻两峰的分离度；
（3）3个样品组分的容量因子和分配系数；
（4）3个样品组分相邻两峰的选择性因子。
解答:
（1）112=5.54（10.0/0.76）2=959
113=5.54（10.90/0.82）2=979
n4=5.54（13.40/1.06）2=885
叫0.76c“.、（J.=——==0-32（min）
-2.3542.354
W%0.82",•\
（J.=———==0.35（min）
32.3542.354
n（平均）=（959+979+885）/3=941①=亍祜=亍丙=0.45（min）
w%1.06
（2）R2,3=2（10.90-10.00）/1.70（0.76+0.82）=1.8/2.69=0.67
R3,4=2（13.40-10.90）/l.70（0.82+1.06）=5.0/3.20=1.6
（3）色谱柱的相比为p=62.6/19.16=3.19
®k2=（10.0-1.90）/l.90=4.26
3k3=（10.9-1.90）/1.90=4.74
4％=（13.4-1.90）/1.90=6.05
（4）a2,a=（10.9-1.9）/（10.0-1.9）=1.11
a3,4=（13.4-1.9）/（10.9-1.9）=1.28
K2=kp=13.6
K3=kp=15」
K4=kp=19.3
&22.已知M和N两个化合物在水和正己烷之间的分配系数（K珂在水相中的浓度］/［在正己烷中的浓度］）分别为6.01和6.20,现在用含有吸附水的硅胶色谱柱分离，以正己烷为流动相。
已知色谱柱内的固定相体积与流动相体积之比为0.422,请计算：
（1）组分M和N的容量因子和两组分的选择性因子；
（2）若使两组分的分离度达到1.5,需要多少理论塔板数？
（3）如果色谱柱的理论塔板高度为0.022mm,则所需柱长为多少？
（4）如果流动相的线性流速为7.10emmin1,那么，多长时间可以将两组分从该色谱柱上洗脱？
解答:
（1）卩=1/0.422=2.37
kM=K/p=6.01/2.37=2.54kN=K/p=6.20/2.37=2.62
ocm,n=2.62/2.54=1.03
（zy、2（l+£y
（2）根据式（8.109）n=16R2——竺
\cx—\JIk（B）
kN不变，有:
n=16x1.52（1.03/（1.03-1））2（（l+2.62）/2.62）2=36x1178.8x1.90=80630
（3）L=nH=80630x0.022=1773.86（mm）-1.8m
⑷根据式（8.114）伽=些当宀］2地E
tK（l}}=16x（1.5）2x0.022x0.1/7.10x（1.03/（1.03-1））2（（1+2.62）3/2.62）2=91.82（min）
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