张新祥《仪器分析》色谱习题解1doc.docx

1、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）

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）o8.4.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

3、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

4、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

5、。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

6、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30 cm长的色谱柱上分 离，测得不保留组分A的出峰时间为1.3 min,组分B和C的保留时间分别为16.40 min 和17.36 min,峰(底)宽分别为1.11 min和1.21 min。请计算：(1)组分B

7、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30 cm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(17.3616.40)/(1.11 + 1.21) = 0.83(2)nB=16(16.4/l.ll尸=3493 nc=16(17.36/1.21 )3293n(平均)=(3493+3293) /2 = 3393H(平均)=30/3393 = 0.0088 (cm)(3)根据

8、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= 11082X 0.0088 = 98 (cm) 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)据所得：H = L/n = 30/11082 = 0.0027 (cm)8.19.气相色谱分析屮，用2 m长的色谱柱分离二氯代甲苯，测得死时间为1.0 min, 各组分的保留吋间(tR)和峰(底)宽(W

9、)如下所列：出峰顺序 组分 tR/min W/min12,6 二氯甲苯2,4 二氯甲苯 3,4 二氯甲苯 6.33 0.67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，组分的保留时间将为多少？ 解答：(1)k = 4.00/1.00 = 4.00k = 4.41/1.00 = 4.41k = 5.33/1.00 = 5.33 tf =

10、5.00-1.00 = 4.00 (min)2tRr = 5.41-1.00 = 4.41 (min)3tR = 6.331.00 = 5.33 (min)(2)8,2 = 4.41/4.00= 1.10 R1j2 = 2(5.41-5.00)/(0.30+0.37) = 1.20(2,3 =5.33/4.41 = 1.21 R2,3 = 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(810),当n和L改变时，(X和k不变，贝IJ：&

11、 77n2=n 1 (R2/Ri )2=(4444+3421 )/2)( 1.5/1.22)2=5945据教材式(8.42)：L = nH = 5945 x (0.045+0.058)/2 = 306 (cm) 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 2 7 7tR(B)2 = tR(B)i(R2/Ri) = 5.41(1.5/1.22) =8.18 (min)&20.在LC分析中采用25 cm长的色谱柱，流动相的流速为0.5 mL/min,色谱柱内 的固定相体积为0.16 mL,流动相体积为1.37 mLo测定不保留组分和样品中4个组分的保留时间(tR)和半峰

12、宽(W1 /2)如下所列：岀峰顺序组分tR/minwl/2/min不保留组分3.10-组分A5.400.20组分B13.300.50组分C14.100.53组分D15.600.85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 = k3 = 6.33K3 = kp =28.2K4

13、 = kp = 30.4 色谱柱的相比为1.37/0.16 = 8.562k2= (5.40-3.10) /3.10 = 0.743k3= (13.30-3.10) /3.10 = 3.294k4= (14.10-3.10) /3.10 = 3.555K5 = kp = 34.5k5= (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 = 0.91ocb,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

14、.0/2.35 = 1.3(Xc.d = (15.6-3”(14.131)= 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= 10651 x 0.0064 = 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2 J兀2n2=ni(R2/Ri)2= (3921+1866)/2)(1.5/1.28)2=3974据教材式(8.42)：L = nH = 3974 x (0

15、.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68 emo8.21.在GC分析中采用40 cm长的色谱柱，流动相的流速为35 mL/min,色谱柱内 的固定相体积为19.6 mL,流动相体积为62.6 mLo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/minwl/2/min空气1.90甲基环己烷10.000.76甲基环己烯10.900.82甲苯13.401.06试计算:(1)3个样晶组分的平均理论塔板数和标准差;(2

16、)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=959113=5.54(10.90/0.82)2=979n4 =5.54(13.40/1.06)2=885叫 0.76 c “ .、 (J. = = = 0-32(min)-2.354 2.354W% 0.82 , (J.= =0.35(min)3 2.354 2.354n(平均)=(959+979+885 ) /3 = 941 =亍祜=亍丙=0.45(min)w% 1.06(2)R2,3 = 2( 10.90-10.00)/1.

17、70(0.76+0.82) = 1.8/2.69 = 0.67R3,4 = 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.9 0=4.263k3= (10.9-1.90) /1.90 = 4.744= (13.4-1.90) /1.90 = 6.05(4) a2,a = (10.9-1.9)/(10.0-1.9)= 1.11a3,4 = (13.4-1.9)/(10.9-1.9)= 1.28K2 = kp = 13.6K3 = kp=15K4

18、 = 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0.022 mm,则所需柱长为多少？(4)如果流动相的线性流速为7.10 em min1,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 = 2.37kM = K /p =

19、6.01/2.37 = 2.54 kN = K /p = 6.20/2.37 = 2.62ocm,n = 2.62/2.54 = 1.03(zy、2( l + y(2)根据式(8.109) n = 16R2 竺cx J I k(B)kN 不变，有:n= 16 x 1.5 2( 1.03/(1.03-1)2 (l+2.62)/2.62)2= 36 x 1178.8x 1.90 = 80630(3)L = nH = 80630 x 0.022 = 1773.86 (mm) - 1.8m根据式(8.114)伽=些当宀2地EtK(l = 16x (1.5)2 x 0.022 x 0.1/7.10 x (1.03/( 1.03-1 )2( 1 +2.62)3/2.62)2 = 91.82 (min)