1、第二章 习题解答1.简要说明气相色谱分析的基本原理2.借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。3.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。4.2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分 ?各有什么作用 ?5.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6.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 7.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，8.然后快速定量地转入到色谱柱中3.当下列参数改变时 :(1)柱长缩短 ,
2、(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 ,因为分配系数只于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/b,而 b=VM/VS ,分配比除了与组分 ,两相的性质 ,柱温 ,柱压有关外 ,还与相比
3、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 (van Deemer equation)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。（ 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。在使最难分离组分能尽可
4、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。（ 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、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 0.15uL,气体试样0.110mL.(7)气化温度：气化温度要高于柱温 30-70 。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 P14-166. A 称为涡流扩散项 ,
5、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=2dp ， 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 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。 (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
6、产生纵向扩散。而 B=2rDgr 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
7、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 。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
8、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，可减小气相传质阻力，提高柱效。7. 当下述参数改变时 : (1)增大分配比 ,(2) 流动相速度增加 , (3)减小相比 , (4) 提高柱温 ,是否会使色谱峰变窄 ?为什么 ?答 :(1)保留时间延长 ,峰形变宽(2)保留时间缩短 ,峰形变窄(3)保留时间延长 ,峰形变宽(4)保留时间缩短 ,峰形变窄答 :分离度同时体现了选择性与柱效能 ,即热力学因素和动力学因素 ,将实现分离的可能性与现实性结合了起来 .8.为什么可用分离度 R作为色谱柱的总分离效能指标 ?答 : 不能 ,有效 塔板数仅表示柱效能的高低 ,柱分离能力发挥程度的标志 ,而分离的可能性取决于组分在固定相和流动相之间分配系数的差异 .9.能否根据理论塔板数来判断分离的可能性 ?为什么 ?
