仪器分析(第四版)朱明华

仪器分析(第四版)朱明华,第二章课后习题详解答案

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。 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、 实现分离。组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥 气液色谱),或吸附、解吸过程而相互分离， ),或吸附 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。 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、 气路系统.进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记 录系统. 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. 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， 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. 然后快速定量地转入到色谱柱中.

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3.当下列参数改变时:(1)柱长缩短,(2)固定相改变,(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? 固定相改变会引起分配系数的改变,因为分配系数只于组 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 固定相改变会引起分配系数的改变 分的性质及固定相与流动相的性质有关. 分的性质及固定相与流动相的性质有关. 所以( ) 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 )

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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? β,而 分配比除了与组分,两相的性质 答: k=K/β,而β= M/VS ,分配比除了与组分 两相的性质 柱 β, β=V 分配比除了与组分 两相的性质,柱 ,柱压有关外 还与相比有关,而与流动相流速 柱长无关. 柱压有关外,还与相比有关 而与流动相流速,柱长无关 温,柱压有关外,还与相比有关,而与流动相流速,柱长无关. 故:(1)不变化,(2)增加,(3)不改变,(4)减小 :(1)不变化,(2)增加,(3)不改变,(4)减小 不变化,(2)增加,(3)不改变,(4)

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5.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择.提示:主要从速率理论 来解释,同时考虑流速的影响 解:提示 主要从速率理论 提示 主要从速率理论(van Deemer equation)来解释 同时考虑流速的影响 来解释 同时考虑流速的影响, 选择最佳载气流速.P13-24。 选择最佳载气流速 。 (1)选择流动

相最佳流速。 )选择流动相最佳流速。 (2)当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气(如N2,Ar),而当流 )当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气( , 速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气( 速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气(如H2,He),同时还应该考虑载 同时还应该考虑载 气对不同检测器的适应性。 气对不同检测器的适应性。 (3)柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的挥发流失。 )柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的挥发流失。 在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采用较低的温度， 在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采用较低的温度，但 以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。 以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。 (4)固定液用量：担体表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量 )固定液用量：担体表面积越大，固定液用量可以越高， 也越多，但为了改善液相传质，应使固定液膜薄一些。 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、 )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) 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 )进样速度要快，进样量要少，一般液体试样0.1~5uL,气体试样 气体试样 0.1~10mL. (7)气化温度：气化温度要高于柱温 气化温度： 气化温度 气化温度要高于柱温30-70℃。 ℃

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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P14-16A 称为涡流扩散项 , B 为分子扩散项， C 为传质阻力项。 下面分别讨论各项的意义： (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 组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。由于 A=2λdp ,表明 A 与填充物的平均颗粒直径 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。

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(2) 分子扩散项 B/u 由于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 ( 弯曲因子 ) , D g 为组 分

在气相中的扩散系数。分子扩散项与 D g 的大小成正比，而 D g 与组分及载气 的性质有关：相对分子质量大的组分，其 D g 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， D g 随柱温增高而增加，但反比于柱压。弯曲因子 r 为与填充物有关 的因素。 (3) 传质项系数 Cu C 包括气相传质阻力系数 C g 和液相传质阻力系数 C 1 两项。 所谓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 将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。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，并发生质量交 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，组分的其它分子仍随载气不断地向柱口运动，这也造成峰形的扩 张。液相传质阻力系数 C 1 为： 对于填充柱，气相传质项数值小，可以忽略 。

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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、担体粒度、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 ) 。此时柱效最高。该点所对应的流速即为最佳流速 u 最 佳 ，即 H 最小 可由速率方程微分求得：

当流速较小时，分子扩散 (B 项 ) 就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分子 质量较大的载气 (N2 , Ar ) ,使组分在载气中有较小 的扩散系数。而当流速较大时， 传质项 (C 项 ) 为控制因素，宜采用相对分子质量较小的载气 (H2 ,He ) ,此时组分在 载气中有较大的扩散系数 …… 此处隐藏：3693字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……