仪器分析复习题128教材.docx
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仪器分析复习题128教材
1.什么是色谱法？
色谱法的原理？
色谱分离的本质？
答：
①色谱法又称色谱分析、色谱分析法、层析法，是一种分离和分析方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。
色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。
②色谱法的原理：
利用样品混合物中各组分理、化性质的差异，各组分程度不同的分配到互不相溶的两相中。
当两相相对运动时，各组分在两相中反复多次重新分配，结果使混合物得到分离。
③色谱过程的本质：
分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因。
分配系数是在一定温度下，溶质在互不混溶的两相间浓度之比。
色谱的分配系数是被分离组分在固定相和流动相之间浓度之比，以K表示如下式：
式中：
Cs----每1mL固定相中溶解溶质的质量；Cm----每1mL流动相中含有溶质的质量。
2.色谱法按分离过程的物理化学原理分类可分为哪些色谱？
答：
①吸附色谱法：
吸附色谱利用固定相吸附中西对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。
②分配色谱法：
分配色谱利用固定相与流动相之间对待分离组分溶解度的差异来实现分离。
分配色谱的固定相一般为液相的溶剂，依靠图布、键合、吸附等手段分布于色谱柱或者担体表面。
分配色谱过程本质上是组分分子在固定想和流动相之间不断达到溶解平衡的过程。
③离子交换色谱：
利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力诧异来实现分离。
离子交换色谱的固定相一般为离子交换树脂，树脂分子结构中存在许多可以电离的活性中心，待分离组分中的离子会与这些活性中心发生离子交换，形成离子交换平衡，从而在流动相与固定相之间形成分配。
固定相的固有离子与待分离组分中的离子之间相互争夺固定相中的离子交换中心，并随着流动相的运动而运动，最终实现分离。
④凝胶色谱（空间排斥色谱、排代色谱、排阻色谱）：
凝胶色谱的原理比较特殊，类似于分子筛。
待分离组分在进入凝胶色谱后，会依据分子量的不同，进入或者不进入固定相凝胶的孔隙中，不能进入凝胶孔隙的分子会很快随流动相洗脱，而能够进入凝胶孔隙的分子则需要更长时间的冲洗才能够流出固定相，从而实现了根据分子量差异对各组分的分离。
调整固定相使用的凝胶的交联度可以调整凝胶孔隙的大小；改变流动相的溶剂组成会改变固定相凝胶的溶涨状态，进而改变孔隙的大小，获得不同的分离效果。
3.什么是正向色谱？
什么是反向色谱？
为什么在HPLC中常用反相色谱？
答：
①正向色谱（NPC）：
固定相的极性大于流动相的极性，分离水溶性和极性较大的化合物。
反相色谱（RPC）：
流动相的极性大于固定相的极性。
②反相液相色谱由非极性固定相和极性流动相所组成的液相色谱体系，分离脂溶性化合物。
RP-HPLC是当今液相色谱的最主要的分离模式，几乎可用于所有能溶于极性或弱极性溶剂中的有机物的分离。
反相色谱法适于分离非极性,极性或离子型化合物,大部分的分析任务皆由反相色谱法完成。
不同色谱分离起主导作用的是？
答：
4.液相色谱中的等比洗脱操作与梯度洗脱有什么不同？
答：
等度洗脱是指在分离过程中，流动相的组分构成一直不变包括比例以及浓度等；
梯度洗脱多针对比较复杂的样品，因为等度洗脱的分离效果不加，通过调节流动相的组分构成来达到样品分离的目的。
5.气象色谱中的等温操作与程序升温操作的区别？
（没搜到等温操作）
答：
程序升温，是指色谱柱的温度按设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。
程序升温具有改进分离、使峰变窄、检测限下降及节约省时间等优点。
相比恒温来说，程序升温能够使后面出峰的高沸点物质加快出峰，减小扩散，而对于前面组分也会有更大的保留，利于分离。
6.什么是VanDeemter方程？
有一毛细管色谱柱长5m，B=0.0012，C=0.002，μ=3cm/秒，计算该柱的理论塔板高度H和理论塔板数。
答：
速率理论H=A+B／ū+Cū0.0064cm78125块
7.气相色谱仪与液相色谱仪由哪几个主要部件组成？
它们之间有什么异同点？
答：
气相：
载气、净化器、流量计、色谱柱、检测器、记录器；
液相：
流动相贮罐、泵、进样系统、色谱柱、检测器。
气相色谱
高效液相色谱
1.只能分析挥发性的物质，只能分析20%的化合物
几乎可以分析各种物质
2.不能用于热不稳定物质的分析
可用于热不稳定物质的分析
3.用毛细管柱色谱可得到很高的柱效
色谱柱不能很长柱效不会很高
4.有很灵敏的ECD和较灵敏的FID和TCD
没有很高灵敏度的检测器
5.流动相无毒，易于处理
流动相有毒，费用较高
6.运动操作容易
比GC难
7.仪器制造难度较小
制造难度较大
8.温度梯度
溶剂梯度
9.不参加分离。
参加分离
8.为什么说在液相色谱法用示差检测器测定时不能用梯度洗脱？
答：
示差折光检测器的通用性在于如果选择合适的溶剂，几乎所有的物质都可以进行检测，是少有的通用型检测器之一。
这种检测器不能采用梯度洗脱。
9.为什么在气相色谱法中用热导检测器（TCD）检测无机气体试样时用He（氦气）作载气？
热导池检测器（TCD）是一种结构简单、性能稳定、线性范围宽、对无机、有机物质都有响应、灵敏度适宜的检测器。
它是根据各种物质和载气的导热系数不同，采用热敏元件进行检测的。
根据热导池检测器的检测原理，载气与待测组分的导热系数相差愈大，则灵敏度愈高，一般组分的导热系数都比较小，而氢气、氦气导热系数最大 ,选用热导系数大的氢气和氦气作载气，而氢气较氦气危险，故选择使用氦气作为载气。
10.TLC与GC及HPLC有什么不同和类同之处？
TLC薄层色谱法流动相是液体，为平板色谱，固定相只能一次性使用，样品预处理较简单，可以同时测定多个样品。
GC气相色谱法流动相是气体，为柱色谱，只能分析挥发性物质，20%的化合物，不能用于热不稳定物质的分析，用毛细管柱色谱可得到很高的柱效，有很灵敏的ECD和较灵敏的FID和TCD检测器，流动相无毒，易于处理，运动操作容易，仪器制造难度较小
HPLC高效液相色谱法流动相是液体，为柱色谱，固定相可多次使用，样品预处理较复杂，一次只能测定一个样品，几乎可以分析各种物质，可用于热不稳定物质的分析，色谱柱不能很长，柱效不会很高，没有很高灵敏度的检测器，流动相有毒，费用较高，比气相色谱操作困难，仪器制造难度大
11.在分配色谱中，A、B、C三种组分的分配系数KA>KB>KC，试问三种组分的洗脱顺序？
为什么？
分配系数=组分在固定相的浓度/组分在流动相的浓度，分配系数越小，洗脱得越早，出峰越早，因此三种组分的洗脱顺序为：
C，B，A。
12.在GC中毛细管柱与填充柱有什么不同？
为什么毛细管柱柱效很高？
填充柱中有承载固定液的载体,口径较大，柱子较短，载气的流量很大，分离的效果不是很好。
毛细管柱是将固定液直接涂在毛细管管壁上的，内径小，载气的流量也小，一般来说，毛细管柱的分离度比填充柱的好，填充柱的承载量比毛细管柱大
填充柱可看作是一束长毛细管的组合，其内径约等于粒子粒度，因其弯曲，多径扩散严重，故理论板数少。
毛细管柱完全没有这些缺陷，故理论板数可高大106数量级。
因此说毛细管柱柱效很高。
13.为什么在色谱法中作定量计算时要引入定量校正因子？
有哪几种主要的定量方法？
特点？
如何正确选用？
同一种物质在不同种类检测器上的响应（值）大小不同。
不同的物质在同一检测器上的响应（值）也不同。
为了使检测器的相应值能真实的反映出物质的含量，就要对响应值进行校正，这样在定量计算就引入了定量校正因子。
面积百分比法（xi=Ai/Ai100%）简单，定量准确度低，要求样品中所有组分均出峰；
归一化法（xi=fi·Ai/fiAi100%）定量准确度高，但复杂，要求所有样品组分均出峰,且有所有组分的标准品；
外标法（xi=Ai/AEEi）简单，定量准确度较低，只要样品待测组分出峰且完全分离即可；
内标法（xi=ms·Ai·fs,i/m·As100%）定量准确度高，只要样品待测组分出峰且完全分离即可,但样品制备过程稍复杂，需选择合适的标物；
标准加入法（叠加法）xi=mi·Ai·Aj´/m（Ai´Aj-AiAj´）100%定量精度介于内标法和外标法之间。
（23题有表格）
计算公式中的符号:
xi—待测样品中组分i的含量（浓度）;
Ai—组分i的峰面积;
fi—组分i的校正因子,用标准样品测定fi=Ei/Ai;
Ei—标准样品中组分i的含量（浓度）;
AE—标准样品中组分i的峰面积;
m—样品的质量;
ms—待测样品中加入内标物的量;
As—待测样品中内标物的峰面积;
fs,i—组分i与内标物的校正因子之比,称为相对校正因子;
Ai´—待测物中加入mi的组分i后组分i的峰面积;
Aj—待测物中与组分i相邻的组分j的峰面积;
Aj´—待测物中加入mi的组分后相邻组分j的峰面积;
mi—待测物中加入组分i的量。
14.在HPLC分析中，用C18柱为固定相，乙腈（CH3CN）水溶液为流动相，判断下列组分的流出顺序，并述出为什么？
此题不确定
（1）苯甲酸、苯甲酸甲酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸乙酯。
苯甲酸＞苯甲酸丁酯＞苯甲酸乙酯＞苯甲酸甲酯（极性）
极性大的后流出
（2）丙醇、异丁醇、醋酸丁酯。
丙醇＞醋酸丁酯＞异丁醇（极性）
极性大的后流出
15.在GLC中选择固定液的基本原则？
GLC对固定液的基本要求
1.在工作温度下为液体，具有很低的蒸汽压（0.75KPa即0.1mmHg）；
2.在工作温度下有较高的热稳定性和化学稳定性；
3.在工作温度下对载体有好的浸渍能力，形成均匀液膜；
4.固定液对所分离的混合物有选择性分离能力。
选择固定液的基本原则
（1）“相似相溶”原则：
极性混合物用极性固定液进行分离，非极性混合物用非极性固定液进行分离的规律
条件：
一般来说，在同系物或相同官能团的混合物各组分在沸点上有差别时，使用“相似相溶”原则有效。
（2）固定液和被分离物分子之间的特殊作用力
利用固定液的诱导力
利用固定液的氢键力
利用固定液的受质子力
利用固定液给质子力
利用形成超分子的固定液
16.在HPLC中柱的保护要注意哪些问题？
1.用后先用过滤溶液清洗，最后用甲醇—H2O或乙腈—H2O流动相彻底洗脱；
2.勿将柱跌落地上；
3.不能用酸、碱洗脱（特别是HCl，腐蚀不锈钢管边，柱的使用说明有pH的使用范围）；
4.柱保存时的两头必须用相应螺栓塞妥，并标以日期及柱内用什么流动相；
5.取用时柱的方向不能装错，螺栓要用手拧再用扳手拧半圈；
6.使用时注意系统压力，防止柱内填料压碎柱效下降。
17.什么是麦克瑞诺常数？
有什么用处？
答：
用五种典型化合物（苯、正丁醇、2-戊酮、1-硝基丙烷、吡啶……）保留指数差（Ⅰ）
之和的大小表示固定液极性。
18.TCD、FID、ECD的工作原理？
选用？
答：
*TCD热导检测器（ThermalConductivityDetector）原理
是基于不同的气体或蒸汽具有不同的热导系数。
在未进样时，通过参比池和测量池的都是载气，由于载气的热导作用，使钨丝温度下降，电阻减小，但此时参比池和测量池中钨丝温度下降和电阻值的减小的数值是相同的，当有试样进入检测器时，载气流经渗比池，同时载气携带着组分流经测量池。
由于载气和待测组分混合气体的热导系数和纯载气的热导系数不同，使参比池和测量池的钨丝温度和电阻值产生了差异，通过测量此差值，即可确定载气中组分的浓度。
TCD为什么用He作载气？
载气与试样的热导系数相差愈大，灵敏度就愈高，一般物质蒸汽的热导系数较小，所以应选择热导系数大的H2（或He）作载气。
综合评价：
结构简单，灵敏度适中，稳定性好，线性范围宽。
对可挥发的无机物及有机物均有响应，是应用最广泛的检测器之一。
属浓度型，通用型检测器。
*FID氢火焰离子化检测器（FlameIonizationDetector）原理
微量有机物组分被载气带入检测器，在氢火焰（2100℃）能源作用下离子化。
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）。
所产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子质量成正比。
综合评价：
（1）对大多数有机物有很高的灵敏度，比TCD高出3个数量级能检测10-12g·g¯¹级的痕量有机物质。
（2）结构简单，灵敏度高，响应快，稳定性好，属质量型、准通用型检测器，是目前应用广泛的一种较理想的检测器。
特别适合于毛细管气相色谱使用。
（3）缺点是不能检测惰性气体、空气、水、CO、CO2、NO、SO2及H2S等。
*ECD电子捕获检测器（ElectronCaptureDetector）原理
在电子捕获检测器内一端有一个放射源作为负极，另一端有一个正极，两极间加适当电压。
当载气（N2）进入检测器时，受射线的辐射发生电离：
N2+¯→N2++e¯
生成的正离子和电子分别向负极和正极移动，形成恒定的基流。
当含有电负性元素的样品AB进入检测器后，就会捕获电子而生成稳定的负离子。
AB+e¯AB¯
生成的负离子又与载气正离子复合：
N2++AB¯=N2+AB
结果导致基流下降。
因此；样品经过检测器，会产生一系列的倒峰。
综合评价：
这是一种高选择性、高灵敏度的浓度型检测器。
它只对具有电负性的物质（如卤素、硫、磷、氧的物质）有响应。
是一种用63Ni或氚做放射源的离子化检测器。
主要缺点是线性范围较窄。
19.UV-Vis、PDA、RI、FLd的工作原理？
选用？
答：
*UV-Vis紫外-可见光检测器（ultraviolet-visibledetector）原理
紫外—可见光检测器是通过测定样品待测组分在检测池中对特定波长紫外光的选择性吸收的大小来确定样品含量的，待测组分的浓度与吸光度的关系服从郎伯—比耳定律：
A=abc=lg
=lg
其中：
a—吸光系数，
b—光在溶液中的距离，
c—浓度
A=bc[为摩尔消光系数L/（mol·cm）]
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UV-Vis又称紫外可见吸收检测器、紫外吸收检测器、紫外光波检测器，或直接称紫外检测器，是HPLC应用最广泛的检测器，其使用率占70%左右。
对占物质总数约80%的有紫外吸收的物质均有响应。
即可测190nm~350nm范围（紫外）的光吸收变化，也可向可见光范围350~700nm延伸。
特点及优点：
a.灵敏度高且噪声低,对于具有中等强度紫外吸收的溶质，最小检测量可达10-12g的数量级；
b.最低检测浓度可达10-10g/mL，因此对紫外吸收不强的样品也可检测，线性范围宽，应用广泛；
c.对流动相基本无响应，属于溶质性检测器，受操作条件和外界环境影响很小，一般对流速和温度变化不太敏感，适于梯度洗脱；
d.属于选择性检测器，对无紫外吸收的物质如饱和烃及有关衍生物无响应；
e.需选用无紫外吸收特性的溶剂作流动相；
f.属浓度敏感型检测器；
g.属于非破坏型检测器，能用于制备色谱，或与其它检测器串联使用；
h.结构简单，使用维修方便。
*PDA光电二极管阵列检测器（photo-diodearray,PDA）原理
在结构上的主要特点是用光电二极管阵列同时接受来自源通池的全光谱透过光。
然后由一系列分光技术，使所有波长的光在接收器同时被检测。
它在结构和光路安排上与普通的紫外检测器有重要区别，样品与光栅的相对位置正好相反，经常称为“倒光学”系统。
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又称光电二极管列阵检测器或光电二极管矩阵检测器，也有称之为多通道快速紫外—可见光检测器。
一般认为是液相色谱最有发展、最好的检测器，技术发展已较成熟。
特点：
a.可以同时得到多个波长的色谱图，并计算不同波长的相对吸收比；
b.可以在色谱分离期间，对每个色谱峰的指定位置实时记录吸收光谱图，并计算最大吸收波长；
c.可以逐点进行光谱扫描，得到时间-波长-吸收值为坐标的三维图形；
d.可以选择整个波长范围，几百纳米的宽谱带检测，仅需一次进样，将所有组分检测出来。
主要应用：
a.在药物学和毒物学中的应用—生物体液中未知药物代谢产物的研究；
b.在生物学中的应用—分离肽和蛋白质；
c.在环境学中的应用—对热不稳定的农药（苯脲类除草剂、三嗪类农药等）；
d.在其它方面的应用—饮料中合成色素。
*RI示差检测器（refractiveindexRI）原理
通过测定纯流动相和含有被分析组分的流动相之间折光率的差别而对样品浓度进行检测的。
R=Z（n–n0）
Z为仪器常数，n为溶液折射率，n0为溶剂折射率。
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示差折光检测器的通用性在于：
如果选择合适的溶剂，几乎所有的物质都可以进行检测，是少有的通用型检测器之一。
这种检测器不能采用梯度洗脱。
特点：
a.属于总体性能检测器；
b.属于浓度敏感型检测器；
c.属于中等灵敏度检测器，检测限：
10-6g/mL~10-7g/mL，线性范围小于105；
d.对压力和温度的变化很敏感；
e.最常用的溶剂是水，但所有的透明溶剂原则上都可以使用。
缺点：
a.灵敏度不高是它最大的缺点；
b.不能用于梯度洗脱；
c.糖类化合物的测定只能用示差检测器。
*FLD荧光检测器（fluorescencedetectorFLD）原理
液相色谱中的荧光检测器仅使用吸收紫外光或可见光而发射的荧光，利用测量化合物荧光强度对化合物进行检测。
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荧光检测器是一种很灵敏的，有选择的，测量溶液荧光强度的装置。
所谓荧光是指某些物质吸收了与它本身特征频率相同的光线以后，原子中的某些电子从基态中的最低振动能级跃迁到较高的某些振动能级。
电子在同类分子或其它分子中撞击，消耗了相当的能量，从而降到第一激发态中的最低振动能波，同时发生比原来吸收的频率低、波长长的一种光，就是荧光。
优点：
a.灵敏度极高，最小检测量可达10﹣13g，特别适合于痕量分析；
b.良好的选择性；
c.线性范围宽（104~105）；
d.受外界条件的影响小；
e.只要选作流动相的溶剂不会发射荧光，就能用于梯度洗脱。
缺点：
a.它的高选择性优点在一些情况下，也是该检测器的缺点；
b.因为不是所有化合物在选择的条件下都能发生荧光；
c.所以它不属于通用型检测器，应用范围较窄。
荧光化合物：
具有对称共轭体系的分子能发射荧光；
具有芳香环并带有给电子取代基的化合物或具有共轭不饱和体系的化合物
（-OH,-NH2,-OCH3,-NR2等）；
pH值对某些化合物影响很大；
（例：
苯酚pH=1时产生荧光，pH=13溶液无荧光）。
在环境及生物科学方面的应用：
多核芳烃（如：
苯并芘）；
霉菌毒素（如：
黄曲霉素）；
色素和蛋白质；
其它物质（生物碱、维生素、心得安、潘生丁、雌性激素等）。
主要检测器联用技术：
与红外光谱仪联用；
与核磁共振的联用；
与质谱仪的联用（LC-MS）。
20.如何验证所得数据的可靠性？
如何评价分析方法？
答：
方法的验证：
所谓方法验证，就是要证明此开发方法的实用性和可靠性，即使应用他人的方法，也应验证所得数据的可靠性。
a.方法的线性范围
b.方法的检测限
c.方法回收率（准确度）
d.方法重复性和重现性（精密度）
方法的验证
方法重复性和重现性（精密度）
重现性——同一方法在不同时间、地点、不同型号的仪器、不同操作人员使用时所的结果的一致性。
重复性——同一个人在同一台仪器上重复进行所得结果的一致性。
重现性和重复性都用多次（5~10次）分析所得结果的相对标准偏差（RSD）来表示
一般要求保留时间的（RSD）不大于1%，峰面积的（RSD）不大于5%。
以上是老师ppt里的，以下是网上找来的（具体列举的几种指标里有很多错误不知道如何修正，所以我没放上来，麻烦大家自行了解一下）。
一个好的分析方法应具有良好的检测能力，易获得可靠的测定结果，有广泛的适用性。
此外，操作应尽可能简便。
检测能力用检出限表示，测定结果的可靠性用不确定度表示，适用性用校正曲线的线性范围和抗干扰能力来衡量。
因此，在评价分析方法时，应给出方法的检出限、用该法测定某一或某些特定成分的不确定度、校正曲线的线性范围、抗干扰能力等特征参数。
一个好的分析结果应该是随机误差小，又没有系统误差。
随机误差影响测定结果的精密度，用标准偏差或相对标准偏差表征。
系统误差影响测定结果的准确度，用误差或相对误差表征。
获得一个同等精密度和准确度的分析结果，对不同的分析人员所花费的劳动是有差异的，所花费的代价用测定次数表征。
因此，为了科学地评价一个分析结果，在报告分析结果时，应该给出测定平均值、标准偏差、误差（在不存在系统误差时不给出）和测定次数等基本参数。
21.薄层色谱的特点。
1.固定相是一次性使用，样品的预处理比较简单;
2.对被分离物质的性质没有限制，应用范围广；
3.可同时平行分离多个样品；
4.展开剂用量极少，即可节约溶剂又减少了污染；
5.固定相,流动相选择范围宽，利于不同性质化合物的分离；
6.应用不同的展开方式有利于难分离物质对的分离；
7.在同一色谱上可选择不同显色剂或检测方法进行定性和定量；
8.斑点均贮存在薄板上,可随时对谱图在相同或不同参数下重复扫描检测，得出最佳结果；
9.唯有TLC技术可以提供原始彩色图象，便于保存，直观性，可比性极强；
10.TLC为开放式的离线操作，有别于柱色谱法的封闭式的在线操作。
22.实际流速与最佳流速的关系如何，两者哪一个大些？
由此可见当载气流速u很低时，纵向扩散项B/u是引起谱带变宽的主要因素，
随着u的增加，B/u迅速减少，传质阻力相则逐渐增大。
而当u大于一定值后，传质阻力项就变成影响谱带展宽的主要因素。
所以，总的H曲线上有一个最小值。
它所对应的u就是最佳载气流速uopt，
通过对VanDeemter方程求导，就可得出uopt：
uopt=√（B/（Cm+Cs））
Hmin=A+2√（B（Cm+Cs））
然而，uopt值都比较小，如用氮气作载气时，uopt大约为15cm/s,使得分析速度很慢，故不实用。
在实际工作中，往往使用高于uopt的流速，如图中H曲线由曲线过渡到直线的转变点所对应的流速，这称为实用最佳流速u´opt。
实际流速远大于最佳流速，但不能太大。
*23.色谱有那些定量方法？
特点？
如何正确选用？
24.色谱的定性方法？
可靠性问题？
对复杂样品：
通过保留指数定性（Ⅰ）
用GC/MS来定性
用GC/IRD来定性
对简单样品：
可通过标准物质对照定性（根据保留时间、加入纯物质增加峰高）
双柱或多柱定性（因为同一柱不同的化合物可能有相同的tR）
25．色谱的两个理论及实际应用
两个理论为塔板理论及速率理论
（1）塔板理论
马丁等人将色谱过程比拟作蒸馏过程，因而直接引用蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱过程。
即连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程的反复，
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