仪器分析3
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仪器分析试卷3及答案一、选择题( 共18题30分)1. 2 分(1725)下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是( )(1)凡极性分子的各种振动都是红外活性的, 非极性分子的各种振动都不是红外活性的(2) 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的(3) 分子的偶极矩在振动时周期地变化, 即为红外活性振动(4) 分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化, 必为红外活性振动, 反之则不是2. 2 分(1733)原子光谱(发射、吸收与荧光)三种分析方法中均很严重的干扰因素是( )(1)谱线干扰(2)背景干扰(3)杂散干扰(4)化学干扰3. 2 分(1134)电池,Ca(液膜电极)│Ca2+(a = 1.35×10-2mol/L) || SCE 的电动势为0.430V, 则未知液的pCa 是( )(1) -3.55(2) -0.84(3) 4.58(4) 7.294. 2 分(1202)为了提高溶出伏安法的灵敏度,在微电极上电积富集的时间( )(1) 越长越好(2) 越短越好(3) 一定时间(4) 根据实验来确定5. 2 分(1129)在CuSO4溶液中,用铂电极以0.100A 的电流通电10min,在阴极上沉积的铜的质量是多少毫克[A r(Cu) = 63.54] ( )(1) 60.0(2) 46.7(3) 39.8(4) 19.86. 2 分(1003)在(a),(b)两图中, 实线代表原子发射光谱法中有背景时的工作曲线, 虚线代表扣除了背景后的工作曲线,试说明:(1) 各属于什么情况下产生的光谱背景(判断光谱干扰是来自分析线还是来自内标线)?(2) 对测定结果有无影响?7. 2 分(1678)某化合物的相对分子质量M r=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为 ( )(1) C4H8O (2) C3H4O2(3) C3H6NO (4) (1)或(2)8. 2 分(1348)原子吸收光谱仪与原子发射光谱仪在结构上的不同之处是( )(1)透镜(2)单色器(3)光电倍增管(4)原子化器9. 2 分(1156)使pH 玻璃电极产生钠差现象是由于 ( )(1) 玻璃膜在强碱性溶液中被腐蚀(2) 强碱溶液中Na+浓度太高(3) 强碱溶液中OH-中和了玻璃膜上的H+(4) 大量的OH-占据了膜上的交换点位*. 2 分(1932)库仑分析与一般滴定分析相比()(1)需要标准物进行滴定剂的校准(2)很难使用不稳定的滴定剂(3)测量精度相近(4)不需要制备标准溶液,不稳定试剂可以就地产生11. 2 分(1700)试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰强度最大的是( )(1) C-H (2) N-H (3) O-H (4) F-H12. 2 分(1743)可以概述三种原子光谱(吸收、发射、荧光)产生机理的是( )(1) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱(2) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁(3) 能量与气态原子外层电子相互作用(4) 辐射能使原子内层电子产生跃迁13. 1 分(1559)在下面五个电磁辐射区域中, 波长最短的是( )(1)X射线区(2)红外区(3)无线电波区(4)可见光区14. 1 分(1782)某化合物在乙醇中的l max=240nm,e max=13000L/(moL·cm),则该UV-VIS吸收谱带的跃迁类型是()(1) n→s*(2) n→p*(3) p→p*(4) s→s*15. 1 分(1178)下述原子核中,自旋量子数不为零的是( )(1) F(2) C(3) O(4) He16. 1 分(1125)下列强电解质溶液在无限稀释时的摩尔电导l∞/S·m2·mol-1分别为:( )l∞(NH4Cl)=1.499×10-2,l∞(NaOH)=2.487×10-2,l∞(NaCl)=1.265×10-2。
第一章紫外-可见分光光度法习题答案1. (4)2. (3)3. (2)4. (1)5. (3)6. (3)7. (2)8. (4)9. 吸光度(透光率),波长(频率)10. 波长、狭缝宽度、吸光度值(有色物的形成)、溶液的pH 、显色剂用量、显色反应时间、温度、有色化合物的稳定性、掩蔽干扰11. A=kc (或吸光度与浓度呈正比)12. 石英13. 红移蓝移14. 答:分子具有不同的特征能级,当分子从外界吸收能量后,就会发生相应的能级跃迁。
同原子一样,分子吸收能量具有量子化特征。
记录分子对电磁辐射的吸收程度与波长的关系就可以得到吸收光谱。
15. 答:从化学键的性质考虑,与有机化合物分子的紫外-可见吸收光谱有关的电子为:形成单键的σ电子,形成双键的π电子以及未成键的n电子。
电子跃迁主要包括:σ→σ*,n→σ*,π→π*和n→π*等跃迁类型。
π→π*和n→π*所需能量较小,吸收波长大多落在紫外和可见光区,是紫外-可见吸收光谱的主要跃迁类型。
四种主要跃迁类型所需能量大小顺序为:n→π*<π→π*<n →σ*<σ→σ*。
16. 答:能够使化合物分子的吸收峰波长向长波长方向移动的杂原子基团称为助色团,例如CH4的吸收峰波长位于远紫外区,小于150nm,但是当分子中引入-OH后,甲醇的正己烷溶液吸收波长位移至177nm,-OH起到助色团的作用。
当在饱和碳氢化合物中引入含有π键的不饱和基团时,会使这些化合物的最大吸收波长位移至紫外及可见光区,这种不饱和基团称为生色团。
例如,CH2=CH2的最大吸收波长位于171nm处,而乙烷则位于远紫外区。
17. 答:摩尔吸光系数的显著差别,是区别π→π*跃迁和n →π*跃迁的方法之一。
n →π*跃迁的摩尔吸光系数比较小,一般为10~100 L ·mol -1·cm -1,比π→π*跃迁小2~3个数量级。
溶剂效应也可以区分区别π→π*跃迁和n →π*跃迁。
作业3一、选择题1、原子吸收光谱中的物理干扰可用于消除()。
A.稀释剂B.保护剂C.标准加入法D.扣除背景2、与火焰原子化吸收法相比,石墨原子化吸收法有()。
A.灵敏度高且重现性好B. 基体效应大但重现性好C.样品量大但检出限低D.原子化率高,因而绝对检出限低3、原子吸收光谱法中,背景吸收产生的干扰主要表现在()。
A.火焰中产生的分子吸收及固体微粒的光散射B.共存干扰元素发射的谱线C.火焰中待测元素产生的自吸现象D.基体元素产生的自吸4、原子吸收分光光度计中单色器置于(),作用()。
A.原子化器之后,将激发光源产生的光变成单色光B.原子化器之前,将待测元素的共振谱线与邻近线分离开来C.原子化器之后,将待测元素的共振谱线与邻近线分离开来D.原子化器之前,将激发光源发射的连续光变为单色光5、原子吸收测定中,以下叙述正确的是()。
A.一定选择待测元素的共振线作分析线,绝对不可选其他谱线作为分析线B.在维持一定的稳定和适宜的光强下,尽量选用较低的灯电流C.对于碱金属,一定选用富燃火焰进行测定D.消除物理干扰,可选择高温火焰6、原子吸收和原子荧光分光光度计在仪器结构上的主要区别在于()。
A.光源B.光路C.单色器D.原子化器7、原子吸收光谱与原子荧光光谱在产生原理上相同的是()。
A.辐射能与气态原子外层电子的相互作用B.辐射能与气态原子外层电子产生的辐射C.辐射能与原子内层电子产生的跃迁D.电、热能使气态原子内层电子产生的跃迁8、在原子吸收光谱分析中,组分较复杂且被测组分含量较时,为了简便准确测出结果,宜选用的方法()。
A.标准加入法B.内标法C.工作曲线法D.间接测定法9、在原子分子中,怀疑存在化学干扰,拟采用()方法进行补救不适宜。
A.加入稀释剂B. 改变光谱通带C.提高火焰温度D. 加入保护剂10、预测定血清中锌和镉(Zn 2μg/mL,Cd 0.03μg/mL),应选用的方法是()。
A.原子发射法B.原子吸收法C.原子荧光法D.没有合适的方法11、预测定矿石中Ha,Ce,Pr,Nd,Sm的含量(0.00x%-0.x%),选用的方法是()。
仪器分析第三版胡劲波课后答案1.以单聚焦质谱仪为例说明组成仪器各个主要部分的作用及原理解:(1)真空系统,质谱仪的离子源、质量分析器、检测器必须处于高真空状态。
(2)进样系统,将样品气化为蒸气送入质谱仪离子源中。
样品在进样系统中被适当加热后转化为即转化为气体。
(3)离子源,被分析的气体或蒸气进入离子源后通过电子轰击(电子轰击离子源)、化学电离(化学电离源)、场致电离(场致申离源)、场解析电离(场解吸电离源)或快离子轰击电离(快离子轰击电离源)等转化为碎片离子,然后进入。
(4)质量分析器,自离子源产生的离子束在加速电极电场作用下被加速获得一定的动能,再进入垂直于离子运动方向的均匀磁场中,由干受到磁场力的作用而改变运动方向作圆周运动,使不同质荷比的离子顺序到达检测器产生检测信号而得到质谱图。
(5)离子检测器,通常以电子倍增管检测离子流。
2.双聚焦质谱仪为什么能提高仪器的分辨率解:在双聚焦质谱仪中,同时采用电场和磁场组成的质量分析器,因而不仅可以实现方向聚焦,即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦,而且可以实现速度聚焦,即将质荷比相同,而速度(能量)不同的离子聚焦。
所以双聚焦质谱仪比单聚焦质谱仪(只能实现方向聚焦)具有更高的分辨率。
3、飞行时间质谱计的特点为:(1)工作原理简单。
质量分析器既不需要磁场,又不需要场,只需要直线漂移空间,因此,仪器的机械结构较简单,增长漂移路程L就可以提高分辨本领。
(2)快速。
在约20ms时间内,就可以记录质量为0-200a.m.u.的离子。
(3)要在短时间内快速记录微弱的离子流,只能采用高灵敏、低噪音的宽频带电子倍增管,因此仪器的电子部分要求高。
(4)质量分析系统需处于脉冲工作状态,否则就无法确定离子的起始和到达时间,无法区分到达接受器的不同质量。
一、选择题(18分)1. 色谱柱柱长增加,其他条件不变时,会发生变化的参数有()A. 选择性B. 分离度C. 塔板高度D. 分配系数2.其它条件相同,理论塔板数增加1倍,则相邻峰的分离度将()12A.减少为原来的 B.增加1倍C.增加到倍 D.不变23.反相键合相色谱是指 ( )A.固定相为极性,流动相为非极性B.固定相的极性远小于流动相的极性C.被键合的载体为极性,键合的官能团的极性小于载体极性D.被键合的载体为非极性,键合的官能团的极性大于载体极性4.速率理论常用于 ( )A.塔板数计算 B.色谱流出曲线形状的解释C.塔板高度计算 D.解释色谱流出曲线的宽度与哪些因素有关5.在直接电位法中的指示电极,其电位与被测离子的活度的关系为 ( )A.无关 B.成正比 C.与其对数成正比 D.符合能斯特公式6.关于离子选择电极的响应时间,不正确的说法是()A浓试样比稀试样长B光滑的电极表面和较薄的膜相会缩短响应时间C共存离子对响应时间有影响D一定范围内温度升高会缩短响应时间7.氨气敏电极是以0.01mol/L氯化铵中介溶液,指示电极可选用()A.银—氯化银电极 B.晶体膜氯电极C.氨电极 D.pH玻璃电极8.在下列极谱分析操作中哪一项是错误的?()A.通N2除溶液中的溶解氧B.加入表面活性剂消除极谱极大C.在搅拌下进行减小浓差极化的影响D.恒温消除由于温度变化产生的影响9.电解分析的理论基础是()A.电解方程式 B.法拉第电解定律C.Fick扩散定律 D.A、B、C都是其基础二. 填空题 (12 分)1.气相色谱柱中载气线速较大时,影响板高的主要因素是传质阻力项。
2.用非极性色谱柱分离非极性组分时, 分子间作用力主要是色散力。
3.pH 玻离电极在使用前必须用蒸馏水浸泡。
4.残余电流主要是由充电电流或电容电流_和试剂中杂质的电解电流组成。
5.原子发射光谱的产生是由于原子的外层电子在不同能态间跃迁。
三. 名词解释 (10分)1.死时间1.不被固定相吸附或溶解的组分,(2分)从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需要的时间。
01. 溶液有颜色是因为它吸收了可见光中特定波长范围的光。
若某溶液呈蓝色,它吸收的是什么颜色的光?若溶液无色透明,是否表示它不吸收光?答:溶液呈蓝色,表明其吸收了蓝光的互补光,即黄光(若答是吸收了黄光外的所有可见光,不能说错,但是这样的情况过于巧合,少见!)。
若溶液无色透明,仅能说明其不吸收可见波段的光。
2. 分别在己烷和水中测定某化合物UV-Vis 光谱,发现该化合物的某个吸收峰由285 nm (己烷)蓝移至275 nm (水),(1)判断产生该吸收峰的跃迁类型;(2)试估算该化合物与水生成氢键的强度。
答:(1)溶剂极性增大,λmax 蓝移,表明该吸收峰是由n →π*跃迁产生的。
(2)()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛λ-λ⋅⋅=己烷氢键max O H max A 11hc N E 2 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--99834-23102851-102751100.31063.61002.61mol J 28.15-⋅=3. 按从小到大顺序对下列化合物的λmax 排序,并简单说明理由(不要想得太复杂)A. NO 2B. NO 2t-C 4H 9t-C 4H 9 C.NO 2CH 3 D. NO 2C 2H 5答:B<D<C<A (空间位阻依次减小,共轭程度依次增加,λmax 红移)4. 某化合物分子式为C 10H 16,用其他仪器方法已经证明有双键和异丙基存在,其紫外光谱λmax =230 nm (ε=9000),1mol 该化合物只能吸收2 mol H 2,加氢后得到1-甲基-4异丙基环己烷,试确定该化合物的可能结构。
答: 1mol 该化合物只能吸收2 mol H 2,且其紫外光谱λmax =230 nm (ε=9000)可知该化合物含两个共轭但非同环双键(同环共轭双键基值为253 nm );该化合物含异丙基(双键不会出现在异丙基上),根据加氢后产物结构可推出该化合物可能结构如下:根据Woodward 规则可计算出该化合物的λmax =214+5(环外双键)+5⨯2(烷基取代)=229 nm ,与所测值相符。
第二章气相色谱分析习题答案1.简要说明气相色谱分析的基本原理借助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、挥发(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。
2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?载气系统:包括气源、气化净化和气体流速控制部件。
除去水、氧等有害物质,使流量按设定值恒定输出。
进样系统:包括进样器、气化室。
作用时将液体或固体试样,在进入色谱柱前瞬间气化。
色谱柱和柱箱:包括温度控制装置。
作用是分离样品中的各组分。
检测系统:包括检测器、放大器、检测器的电源控温装置。
从色谱柱流出的各组分,通过检测器把浓度信号转变为电信号,经过放大器放大后送到数据处理装置得到色谱图。
记录及数据处理系统:将检测到的电信号经处理后,并显示。
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?答:固定相改变会引起分配系数的改变,因为分配系数只与组分的性质及固定相与流动相的性质有关。
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?答:k=K/β,而β=V M/V S,分配比除了与组分,两相的性质,柱温,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5.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择解:提示:主要从速率理论(vanDeemerequation)来解释,同时考虑流速的影响,选择最佳载气流速.P13-24。
(1)选择流动相最佳流速。
第二章气相色谱分析(Gas Chromatography)本章地位:本章是仪器分析传统分类中的色谱分析部分,主要分析对象是有机化合物,该方法的使用范围广,实用价值强。
本章内容:本章主要讲述色谱分析基本原理、相关术语及色谱的基本理论。
重点介绍气相色谱仪组成、分析条件选择和定性定量分析。
讲解思路:首先介绍色谱法的分类及色谱分离的基本原理、色谱术语、色谱分离方程、塔板理论(塔板数及塔板高度)、速率理论、分离度,并通过对各种基本理论的介绍,详细讨论影响柱效的各种因素。
重点介绍气相色谱仪器组成,固定相及其选择、各种气相色谱检测器及其检测对象、检测特点等;定性定量分析方法。
简要介绍程序升温、毛细管柱的特点及相应的毛细管色谱仪器及应用。
课时分配:5学时第一节概述第二节气相色谱分析理论基础一、教学目的1.了解色谱法的分类;2.掌握色谱分析的基本原理及分离过程;3.理解柱效率的物理意义及其计算方法;4.理解速率理论方程对色谱分离的指导意义。
二、重点:气相色谱分离原理及分离过程、塔板理论、速率理论三、难点:色谱分离过程四、教学方法与手段:讲授,通过形象比喻、提问式、启发式、举例式和动画放映等方式化解难点。
五、教学进程第一节概述一、经典色谱实例俄国植物学家Tsweet创建色谱法实验。
(※此处给学生放映创建色谱的实验过程的动画并讲解)色谱法是最早俄国植物学家于1906年首先提出来的。
他在研究植物叶子的色素成分时,将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内,然后加入石油醚,使其自由流下,结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。
这种方法因此得名为色谱法。
二、色谱法发展概况1.经典液相色谱时期2.气相色谱时期3.高效液相色谱时期三、色谱法分类色谱法有多种类型,从不同的角度可以有不同的分类法。
1.按流动相和固定相的物理状态分类按流动相的物态,色谱法可分为气相色谱法(流动相为气体)和液相色谱法(流动相为液体);再按固定相的物态,又可分为气固色谱法(固定相为固体吸附剂)、气液色谱法(固定相为涂在固体担体上或毛细管壁上的液体)、液固色谱法和液液色谱法等。
2.按固定相使用的形式类法a.柱色谱法(固定相装在色谱柱中);b.纸色谱法(滤纸为固定相);c.薄层色谱法(将吸附剂粉末制成薄层作固定相)等。
3.按分离过程的机制分类法a.吸附色谱法(利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离);b.分配色谱法(利用不同组分在两相中有不同的分配来进行分离);c.离子交换色谱法(利用离子交换原理);d.排阻色谱法(利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用)等。
本章我们学习气相色谱法。
四、气相色谱仪基本流程(如P5流程图图2-1)由高压钢瓶由高压钢瓶1供给的流动相载气。
经减压阀2、净化器3、流量调节器4和转子流速计5后,以稳定的压力恒定的流速连续流过气化室6、色谱柱7、检测器8,最后放空。
气化室与进样口相接,它的作用是把从进样口注入的液体试样瞬间气化为蒸汽,以便随载气带入色谱柱中进行分离,分离后的样品随载气依次带入检测器,检测器将组分的浓度(或质量)变化转化为电信号,电信号经放大后,由记录仪记录下来,即得色谱图。
五、色谱术语色谱流出曲线(如P5图2-2)对照此图给出色谱术语的概念。
1.基线——当色谱柱后没有组分进入检测器时,在实验操作条件下,反映检测器系统噪声随时间变化的线称为基线,稳定的基线是一条直线。
a.基线漂移——指基线随时间定向的缓慢变化。
b.基线噪声——指由各种因素所引起的基线起伏。
2.保留值——表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。
通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。
在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都有一确定的保留值,这样就可用作定性参数。
a.死时间t M——指不被固定相吸附或溶解的气体(如空气、甲烷)从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。
显然,死时间正比于色谱柱的空隙体积。
b.保留时间t R——指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。
c.调整保留时间t R'——指扣除死时间后的保留时间,即t Rˊ=t R-t Md.死体积V M——指色谱柱在填充后固定相颗粒间所留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。
V M=t M F Oe.保留体积V R——指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积,即VR=tRFOf.调整保留体积V R'——指扣除死体积后的保留体积,即V R'=t R'.F O或V R'=V R-V M同样,V'R与载气流速无关。
死体积反映了柱和仪器系统的几何特性,它与被测物的性质无关,故保留体积值中扣除死体积后将更合理地反映被测组分的保留特性。
j.相对保留值r21——指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比:r21表示色谱柱的选择性,即固定相(色谱柱)的选择性。
值越大,相邻两组分的t Rˊ相差越大,分离得越好,r21=1时,两组分不能被分离。
当组分2和1为两难分离物质对时,r21用α2`1。
3.区域宽度——色谱峰区域宽度是色谱流出曲线中一个重要的参数。
从色谱分离角度着眼,希望区域宽度越窄越好。
通常度量色谱峰区域宽度有三种方法:a.标准偏差σ:即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。
b.半峰宽度Y1/2,又称半宽度或区域宽度,即峰高为一半处的宽度,它与标准偏差的关系为:c.峰底宽度Y:自色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的。
Y=4σ。
介绍色谱术语概念后给学生交代色谱流出曲线的用途:※从色谱流出曲线中,可得许多重要信息:(i)根据色谱峰的个数,可以判断样品中所含组分的最少个数;(ii)根据色谱峰的保留值,可以进行定性分析;(iii)根据色谱峰的面积或峰高,可以进行定量分析;(iv)色谱峰的保留值及其区域宽度,是评价色谱柱分离效能的依据;(v)色谱峰两峰间的距离,是评价固定相(或流动相)选择是否合适的依据。
第二节气相色谱分析理论基础一、气相色谱分析的基本原理混合物的各组分在互不相溶的两相(固定相和流动相)中吸附能力、溶解度、蒸汽压、立体结构、分配系数或其它亲和作用的差异而建立的分离、测定方法,称为色谱分析法(※此处可根据书上内容按照气-固色谱和气-液色谱分别说明气相色谱的分离原理)3.分配系数定义及表达式分配系数:在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数K。
一定温度下,各物质在两相之间的分配系数是不同的。
气相色谱分析的分离原理是基于不同物质在两相间具有不同的分配系数,两相作相对运动时,试样中的各组分就在两相中进行反复多次的分配,使原来分配系数只有微小差异的各组分产生很大的分离效果,从而各组分彼此分离开来。
(K与流出顺序的关系)4、分配比(Partition)定义及表达式(容量因子Capacity factor):以κ表示,是指在一定温度、压力下,在两相间达到分配平衡时,组分在两相中的质量比:k值越大,说明组分在固定相中的量越多,相当于柱的容量大,因此又称分配容量或容量因子。
它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。
k值也决定于组分及固定相热力学性质。
它不仅随柱温、柱压变化而变化,而且还与流动相及固定相的体积有关。
5.分配比к与分配系数K的关系:式中c S,c M分别为组分在固定相和流动相的浓度;V M为柱中流动相的体积,即柱中固定相颗粒间的空隙体积。
V S为柱中固定相的体积,在各种不同的类型的色谱中有不同的含义,例如在GLC中它为固定液的体积,再GSC中则为吸附剂表面容量。
V M/V S成为相比(phase ratio),用β表示。
由式可见:a.分配系数是组分在两相中浓度之比,分配比则是组分在两相中分配总量之比。
它们都与组分及固定相的热力学性质有关,并随柱温、柱压的变化而变化。
b.分配系数只决定于组分和两相性质,与两相体积无关。
分配比不仅决定于组分和两相性质,且与相比有关,亦即组分的分配比随固定相的量而改变。
c.对于一给定色谱体系(分配体系),组分的分离最终决定于组分在每相中的相对量,而不是相对浓度,因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的参数。
(注:解释k与保留时间的关系)d.组分在柱内的线速度U S将小于流动相(载气)在柱中的线速度u(注:固定相对组分有保留作用),则两速度之比称为滞留因子R S:因U S=L/t R及u=L/t M,所以有:R S=t M/t R=T M/(t R'+t M)=1/(1+k)k=t R'/t M可见,k可以由实验测得。
二、色谱分离基本理论前讲,色谱法是一种分离分析技术。
那么,在什么条件下,能将试样中各组能彼此分离?影响分离效果的因素有哪些?如何选择合适的分离条件等等?这些都是分析工作者必须搞清楚的问题,也是色谱基本理论必须要回答的。
要是两组分A、B实现分离,必须满足两个条件:a.色谱峰之间的距离足够大;b.色谱峰宽度要窄。
色谱峰之间的距离取决于组分在固定相和流动相之间的分配系数,即与色谱过程的热力学因素有关,可以用塔板理论来描述;色谱峰的宽度则与组分在柱中的扩散和运行速度有关,即所谓的动力学因素有关,需要用速率理论来描述。
(※此处引出色谱分离的理论塔板理论和速率理论,讲解过程中要交代塔板理论的提出,理论成立的假设条件和理论的优缺点;速率理论的提出及速率理论的优缺点;及塔板理论与速率理论之间的联系。
)1.塔板理论塔板理论把色谱柱比作一个精馏塔,沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为,即把色谱柱看作是有许多假想的塔板组成(即色谱柱可分为许多个小段)。
在每一小段(塔板)内,组分在两相之间达成一次分配平衡,然后随流动相向前转移,遇到新的固定相重新再次达成分配平衡,依此类推。
由于流动相在不停的移动,组分在这些塔板间就不断达成分配平衡,最后K大的组分与K小的组分彼此分离。
(※以k=1,n=5为例讲解此过程P12)塔板理论假定:a.在一小段间隔内,气相组成与液相组成很快达到分配平衡。
用塔板高度H 表示;b.载气进入色谱柱,不是连续的而是脉动式的,每次进气为一个板体积;c.试样开始时都因在第0号塔板上,且试样沿柱方向的扩散可略而不计;d.分配系数在各塔板上是常数。
由塔板理论可导出n与色谱峰半峰宽度或峰底宽度的关系:而H=L/n由上式可见,色谱峰越窄,塔板数n越多,理论塔板高度H就越小,此时柱效能越高,因而n或H可作为描述柱效能的一个指标。
由于死时间t M(或死体积V M)的存在,理论塔板n,理论塔板高度H并不能真实反映色谱分离的好坏。
因此提出了将t M除外的有效塔板数(effective plate number)n有效和有效塔板高度(effective plate height)H有效作为柱效能指标。