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第二章色谱分析基础


第二章 色谱分析基础
解 莹

§2-1 色谱法及其分类
一、色谱法简介 ? 化学分析方法的基本要求是其选择性要高。即,在 分析过程中,待测物与潜在的干扰物的分离是最为 重要的步骤! ? 20 世纪中期,大量采用一些经典的分离方法:沉 淀、蒸馏和萃取 ? 现代分析中,大量采用色谱和电泳分离方法。 迄今为止,色谱方法是最为有效的分离手段!其应 用涉及每个科学领域。

色谱法是一种分离技术。 俄国植物学家茨维特在1903年使用 的色谱原型装置如图。 色谱 ( “chroma”=color; “graphein”=write) 固定相:使混合物中各组分在两相

间进行分配,其中不动的一相。
流动相:携带混合物流过此固定相 的流体相。

50年代,色谱发展最快(一些新型色谱技术的发展;复杂组分分析发展的要求。 1937-1972年,15年中有12个Nobel奖是有关色谱研究的!

分离原理
当流动相中携带的混合物流经固定相时,其与 固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性 质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力 的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物 在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分 被固定相保留的时间不同,从而按一定次序由固 定相中流出。与适当的柱后检测方法结合,实现 混合物中各组分的分离与检测,得色谱图。

二、色谱法分类
1、按两相状态: 按流动相的物态:气相色谱法,液相色谱法 按固定相的物态:气固色谱,气液色谱 液固色谱, 液液色谱 2、按固定相使用的形式: 柱色谱:填充柱色谱,毛细管色谱 平板色谱:纸色谱,薄层色谱。 3、色谱分离过程的机制 吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色 谱(凝胶色谱)

Ex 俄国植物学家茨维特用石油醚作 冲洗剂,分离植物叶子的色素时 是采用的() A.液液色谱法 B.液固色谱法 C.凝胶色谱法 D.离子交换色谱法

填充柱和毛细管柱哪个是空心柱?

色谱法的特点

(1)分离效率高 复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。 (2) 灵敏度高 可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。 (3) 分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 (4) 应用范围广 气相色谱:沸点低于400℃的各种有机或无机试样。 液相色谱:高沸点、热不稳定试样和生物试样。 不足之处: 被分离组分的定性较为困难。

§2-2 色谱图及有关术语

分配系数
组分在固定相和流动相间发生的

吸附、脱附,或溶解、挥发的过程叫
做分配过程。在一定温度下,组分在 两相间分配达到平衡时的浓度(单位: g / mL)比,称为分配系数,用K 表 示,即:

组分在固定相中的浓度 cs K? ? 组分在流动相中的浓度 cm

分配系数 K 的讨论
? ? ? ? ? ? ?

一定温度下,组分的分配系数K越大,流出越慢; 试样一定时,K主要取决于固定相性质; 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同; 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础; 选择适宜的固定相可改善分离效果; 某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。 若两组份K值相同,则无法进行分离。

Ex
? 今有五个组分a, b, c, d,和e,在气相色谱 柱上的分配系数分别为480,360,490, 496和473。试指出它们在色谱柱上的流出 顺序。

组分在固定相中的浓度 cs K? ? 组分在流动相中的浓度 cm
(beacd)

Ex
? 组分P和Q 在某色谱柱上的分配系数分别 是490和460,那么,哪一个组分先流出 色谱柱?

组分在固定相中的浓度 cs K? ? 组分在流动相中的浓度 cm

Q

一、色谱图

二、基本术语

(1)基线(base line)

当色谱柱中没有组分进入,仅有流动相通 过时,反应检测器系统噪声随时间变化的线称 为基线。基线漂移,基线噪声
(2)保留值(retention value)

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 需流动相的体积来表示。

死时间(dead time) tm 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时间。
保留时间(retention time)tR 指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所 需的时间。

调整保留时间(adjusted retention time) tR’ tR’ = tR- tm 某组分由于溶解或吸附于固定相,比不溶解或不被 吸附的组分在色谱柱中多滞溜的时间。

死体积(dead volume)Vm

指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所 剩留的空间,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。当后两项很小 忽略不计时, Vm= tm· F0
F0——载气体积流速,mL· min-1

保留体积(retention volume)VR 指将组分带出色谱柱所需流动相的体积 VR= tR· F0 流动相流速大,保留时间相应降低,两者乘积仍 为常数,因此VR与F0无关。 调整保留体积(adjusted retention volume)VR’ VR’= t R’· F0 或 VR’= VR- Vm VR’与载气流速无关

(3)相对保留值(relative retention volume)γ2,1 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。是衡量色谱柱选择性的指标。

r21 ?

t

t

' R ( 2) ' R (1)

?

v

v

' R ( 2) ' R (1)

?

t R ( 2) t R (1)

?

vR ( 2 ) vR (1)

相对保留值的优点是:
只要柱温,固定相不变,即使柱径,柱长,

填充情况及流动相流速有所变化,r2,1值仍保持不
变,(重要参数)相邻两组分的tR’相差越大,分 离的越好,γ2,1=1两组分不能分离。 Ex 下列哪些参数的改变会引起相对保留值变化? 柱长;固定相;柱温;流动相流速

Ex 衡量色谱柱选择性的指标是() A.分离度; B.容量因子;C相对保留值;D分配系数

(4)分配系数和分配比(容量因子)
分配系数: 一定温度与压力下两相达平衡后, 组分在固定相和流动相浓度的比值

CS K? Cm
分配比(容量因子): 一定温度与压力下两相 达平衡后, 组分在固定相和流动相中物质的量 的比值

ns k? nm

固定相中物质的量 流动相中物质的量

K与k的关系:

CS ns / Vs Vm K? ? ?k Cm nm / Vm Vs

(5)容量因子k与保留值的关系 ' tR t R ? tm k? ? tm tm

t k ? tR k ? 1

' R

复习
1、气固色谱的流动相是(),固定相为()。 俄国植物学家茨维特用石油醚作冲洗剂,分 离植物叶子的色素时是采用的是()色谱。 2、组分P和Q 在某色谱柱上的分配系数分别 是490和460,组分()先流出色谱柱。 3、填充柱色谱与毛细管色谱的区别()。

基本术语及相互关系
1 、 tm

Vm
2、 γ2,1 3、K; k

tR VR

t
v

' R ( 2)

' R

4、容量因子k与保留值的关系

t k ? tR k ? 1

' R

(6)区域宽度(peak width) i 峰高(h):峰顶点与基线之间的垂直距离。 ii 标准偏差(standadard deviation)σ
即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 iii 半峰宽度(peak width at half-height)Y1/2

峰高一半处的宽度。它与标准偏差的关系为:

Y1 / 2 ? 2? 2 ln 2 ? 2.35?

iv 峰底宽度(peak width at base)Y
自色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的截距。 与标准偏差的关系为: Y=4σ

利用色谱流出曲线可以解决以下问题:
a. 根据色谱峰的个数,可以判断样品中所含组分

的最少个数;
b.根据色谱峰位置(保留值)可以进行定性检测; c.根据色谱峰面积或峰高可以进行定量测定;

d.根据色谱峰位置及宽度可以对色谱柱分离情况进
行评价。 Ex 判断:某试样的色谱图上出现三个色谱峰,该试样中 最多有三个组分。

Ex
1、某气液色谱柱上组分A流出需15.0 min,组分B流出需 25.0 min,而不溶于固定相的物质C流出需2.0 min, 问: (1)B组分相对于A的保留值是多少? (2)A组分相对于B的保留值是多少? (3)组分A和B在柱中的容量因子是多少? 2、在某色谱分析中得到如下的数据:保留时间(tR)为 5.0 min,死时间(tM)为1.0 min,液相体积(Vs) 为2.0 mL,柱出口载气体积流速(F0)为50 mL/ min, 试计算: (1)分配比k (2)死体积Vm (3)分配系数K (4)保留体积VR

习 题
3、若一个溶质的分配比为0.2,计算它在色谱柱流动 相中的质量分数 4、在一根色谱柱上分离苯和甲苯,保留时间分别为 2.5和5.5min,死时间为1min,问: 甲苯停留在固定相中的时间是苯的几倍? 甲苯的分配系数是苯的几倍? 5、某色谱条件下,组分A的分配比为4,死时间为 30s,求组分A的保留时间 6、下列哪些参数的改变会引起相对保留值变化? 柱长;固定相;柱温;流动相流速

§2-3 色谱法的基本原理
一、塔板理论 半经验理论。将色谱柱看成精

馏塔,一定的柱长看作一个塔
板,以精馏理论进行解释。

塔板理论的假设
(1)在一小段间隔内,气相平均组成与液相平均组 成可以瞬间达到分配平衡,达到分配平衡的一小段 柱长称为塔板理论高度H,柱长为L, 塔板数 n=L / H
(2)载气进入色谱柱,不是连续的而是脉冲式的, 每次进入为一个板体积; (3)试样开始时都加在0号塔板上,且试样沿色谱柱 方向的扩散可略而不计;

(4)分配系数在各塔板上是常数。

在气相色谱中,n值是很大的,约为 103~106 ,流出曲线可趋近于正态分布曲线。
由塔板理论可导出n与色谱峰半峰宽或峰 低宽度的关系: 式中L为色谱柱长度,

tR 2 tR 2 n ? 5.54( ) ? 16( ) Y1/ 2 Y L 而H ? n

tR及Y1/2或Y用同一 物理量单位(时间

或距离)。n,H可
作为描述柱效能的 一个指标。

tR一定时,n越大,Y越小,即所得色谱峰宽越窄。

Ex
? 某色谱峰峰底宽为50 s,峰的保留时 间为50 min,在此情况下,该柱子有 多少块理论塔板?

为使塔板数和塔板高度真实反应色谱柱分离

的好坏,将tM外的有效塔板数n有效和有效塔板
高度H有效作为柱效能指标。计算公式为:

n 有效

' ' tR t 2 R 2 ? 5 . 54 ( ? ) 16 ( ) Y1 / 2 Y

H 有效 ?

L n 有效

有效塔板数和有效塔板高度较为真实的反应了 柱效能的好坏。

neff 与 n 的关系:
t t 2 R ? ? n 5 .54 ( ) 16 ( R ) 2 Y1 / 2 Y
n eff t t 2 2 ? 5 . 54 ( ) ? 16 ( ) Y1 / 2 Y
' R 2
' R ' R

neff

t tm k 2 ? ( ) ?[ ] n tR tm (k ? 1)

neff

k 2 ?( ) n k ?1

Ex
1、已知某组分峰的底宽为40 s,保留时间为 400 s, – 计算此色谱柱的理论塔板数 – 若柱长为1.00 m,求此理论塔板高度 2、已知一根1米长的色谱柱的有效塔板数为 1600块,组分A在该柱上的调整保留时间为 100秒,试求A峰的半峰宽及有效塔板高度。

塔板理论的特点和不足

? 当色谱柱长度一定时,塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小), 被测组分在柱内被分配的次数越多,柱效能则越高,所 得色谱峰越窄。 ? 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同,用有效塔板 数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时,应指明测 定物质。 ? 柱效不能表示被分离组分的实际分离效果,当两组分的 分配系数K相同时,无论该色谱柱的塔板数多大,都无 法分离。 ? 塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效 不同的实验结果,也无法指出影响柱效的因素及提高柱 效的途径。

二、速率理论(rate theory)

1956年荷兰学者范第姆特提出 :

B H ? A ? ? Cu u
式中:A,B,C为三个常数, A为涡流扩散项系数, B为分子扩散项系数, C为传质阻力项系数 u一定时,只有A,B,C较小时,H才能较小, 柱效能才能较高。

(1)涡流扩散项A
气体碰到填充物颗粒时,形成类似“涡流”的

流动,引起色谱峰扩张。

A=2λdp 填充物颗粒直径dp(单位为cm) 填充的不均匀性λ 使用适当粒度和颗粒均匀的担体,尽量 填充均匀,可减少涡流扩散。 空心毛细管柱中,A项为零。

(2)分子扩散项B/u(纵向扩散)

当样品以“塞子” 形式进入色谱柱后, 便在色谱柱的纵向 上形成浓度梯度, 使组分分子产生浓 差扩散,其方向是 沿着纵向扩散

B=2γDg

γ—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) Dg—组分在气相中的扩散系数(单位为 m2· s-1) Dg反比于载气相对分子质量的平方根 减小B:采用较高载气流速,使用相对分子量 较大的载气,控制较低的柱温
Ex:当载气线速较小时,范式方程中分子扩散项起控制 作用,采用哪种气体做载气对提高柱效有利? A、氮气; B、氢气 ;C、氦气

(3)传质阻力项Cu 系数C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻

力系数Cl。气相传质阻力指试样从流动相移动到固
定相表面的过程,对填充柱:
Cg 组分分子

d 0.01k Cg ? ? 2 (1 ? k ) Dg
2

2 p

流动相

采用粒度小的填充 物和分子量小的气体 (H2)作载气可使Cg 减小,提高柱效率。

固液界面

固定液

Cl

液相传质阻力系数:
液相传质过程指试样从固定相的两相界 面移动到液相内部,并发生质量交换,达到 分配平衡,又返回两相界面的过程。

d 2 k CL ? ? ? 2 3 (1 ? k ) DL
2 f

2 f

减小CL: 减小液膜厚度df, 增大组分在液相中 的扩散系数DL
2 2 p

d d 2 k 0.01k C ? CL ? Cg ? ? ? ? ? 2 2 3 (1 ? k ) DL (1 ? k ) Dg

则范第姆特方程:
2?Dg u

H ? 2?d p ?

0.01k 2 k ?[ ? ? ? ? ]u 2 2 (1 ? k ) Dg 3 (1 ? k ) D1

2

2 dp

d2 f

Ex 在采用低固定液含量柱,高流速进行快速色谱分析 时,采用下列哪一种气体作为载气,可以改善气相 传质阻力? A、氮气; B、氢气 ;C、氦气;D、二氧化碳

Ex:当载气线速较小时,范式方程中分子扩散项起控制 作用,采用哪种气体做载气对提高柱效有利? A、氮气; B、氢气 ;C、氦气

载气流速与柱效——最佳流速
载气流速高时: 传质阻力项是影响 柱效的主要因素,随 着流速的提高,柱效 下降。 载气流速低时: 分子扩散项成为影 响柱效的主要因素, 随着流速的增加,柱 效提高。

B H ? A ? ? Cu u

u 在上述方程各项中存在矛盾,因此,应求出最佳值:

B dH ? dA ? d ? dCu u dH B ? ? 2 ?C ? 0 du u

uopt

B ? C

Hmin

B H ? A ? ? Cu u
H min ? A ? 2 BC

uopt

u

速率理论的要点
? 被分离组分分子在色谱柱内运行的多路径、浓度梯度 所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平 衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的 主要原因。 ? 通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及 载气流速可提高柱效。 ? 速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指 导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。 ? 各种因素相互制约,如载气流速增大,分子扩散项的 影响减小,使柱效提高,但同时传质阻力项的影响增 大,又使柱效下降;柱温升高,有利于传质,但又加 剧了分子扩散的影响,选择最佳条件,才能使柱效达 到最高。

Ex
1、根据范第姆特方程,分别写出A, B和C的表 示的意义,并推导出最小塔板高度和最佳流 速。 2、长度相等的二根色谱柱,其范第姆特常数如 下: – 如果载气流速是0.50 cm· s-1,那么,这两 根柱子给出的理论塔板数哪一个大? – 柱1的最佳流速是多少?
A 柱1 柱2 0.18cm 0.05cm B 0.40cm2· s-1 0.50cm2· s-2 C 0.24s 0.10s

第四节 分离度
? 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实 际分离程度。即柱效为多大时,相邻两组份能够被 完全分离。 ? 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素 的综合影响: ? 保留值之差──色谱过程的热力学因素 ? 区域宽度──色谱过程的动力学因素 Ex 衡量色谱柱柱效能的指标是() 衡量色谱柱选择性的指标是()

色谱分离中的四种情况如图所示:
① 柱效较高,选择性较 高,完全分离; ②选择性不是很大,柱 效较高,峰较窄,基本 上完全分离; ③柱效较低,选择性较 高,但分离的不好; ④选择性不是很大,柱 效低,分离效果更差。

分离度:指相邻两色谱峰保留值之差与两 峰底宽平均值之比。(分辨率、分辨度) t R ( 2 ) ? t R (1) R? (Y(1) ? Y( 2 )) /2

?

2(t R ( 2 ) ? t R (1) ) Y(1) ? Y( 2 )

R<1:两峰不完全分离 R=1:两峰明显分离 R=1.5:两峰完全分离 R更大时:两峰分离更好

基本色谱分离方程式
令Y (1) = Y (2)(相邻两峰的峰底宽近似相等), 引入相对保留值和塔板数,可导出下式:
2(t R ( 2 ) ? t R (1) ) Y(1) ? Y( 2 ) t 'R ( 2 ) ? t 'R (1) Y( 2 ) (t 'R ( 2 ) t 'R (1) ? 1) ? t 'R (1) Y( 2 )

R?

?

?

' t (r21 ? 1) R ( 2 ) (r21 ? 1) n有效 ? ' ? ? ' t R ( 2 ) t R (1) Y( 2 ) r21 16

R:衡量色谱柱的总分离效能指标

则:

n有效

r21 2 ? 16 R ( ) r21 ? 1
2 2

若用n代替n有效:

r21 2 L ? 16 R ( ) ? H 有效 r21 ? 1
k ?1 2 n?( ) n有效 k

则:

1? k 2 2 n ? 16 R ? ( ) ?( ) ? 2,1 ? 1 k2
2 2

? 2,1

分离度与塔板数和柱长的关系
? 固定相确定后,k和r21确定,被分离两组分的相 对保留值和分配比不随n、L变化,则:

1? k 2 2 n ? 16 R ? ( ) ?( ) ? 2,1 ? 1 k2
2 2

? 2,1

R1 2 n1 L1 ( ) ? ? R2 n2 L2

Ex 若在一个 1m 长的色谱柱上测得两组分的分离度为 0.68,若要使它们完全分离,则柱长 (m) 至少应为 (1) 0.5 (2) 2 (3) 5 (4) 9

Ex 色谱分析中,柱长从1m增加到4m,其它条件不变, 分离度是原来的()倍,塔板数是原来的()倍。

R1 2 n1 L1 ( ) ? ? R2 n2 L2

例题:
? 在一定条件下,两个组分的调整保留时间分别为85秒 和100秒,要达到完全分离,计算需要多少块有效塔 板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm,柱长是多少? ? 解: γ2,1= 100 / 85 = 1.18 ? 要达到完全分离,即R=1.5 ? n有效 = 16R2 [γ 2,1 / (γ 2,1 —1) ]2 ? = 16×1.52 ×(1.18 / 0.18 ) 2 ? = 1547(块) ? L有效 = n有效· H有效 = 1547×0.1 = 155 cm ? 即柱长为1.55米时,两组分可以得到完全分离。

Ex
? 已知组分A和B的分配系数之比为0.909.若 使两者的分离度Rs=1.5,柱长应为多少? 设有效塔板高度为0.88m。

Ex
1、假设两组份的调整保留时间分别为19及 20min,死时间为1min,计算: (1)较晚流出的第二组分的分配比k2 (2)欲达到分离度0.75时所需的理论塔板数 2、分配系数分别为100和110的两组份,在相 比(Vs/Vm)为0.2的柱上分离。若使分离度 Rs=1.2,需多长的色谱柱?设理论塔板高度 为0.2mm

第五节 色谱定性定量分析方法
一、定性分析: 单独利用色谱进行定性分析还不能取得满意结 果,将其与质谱、光谱等联用,为未知物的定性分 析打开一个广阔的前景。 1、根据色谱保留值进行定性分析 (1)用标准物对照进行定性: 单柱比较法 ,双柱比较法 ,峰高加入法 (2)利用文献值进行定性分析 : 相对保留值法 、利用文献保留指数定性

2、与其他方法结合的定性分析方法 与质谱、红外等仪器联用;与化学方法配 合进行定性分析。

二、定量分析方法
在一定操作条件下,分析组分i的质量(mi)或 其在流动相中的浓度与检测器的响应信号(色谱图 上表现为峰面积Ai或峰高hi)成正比。 可写作: mi=fi· Ai (色谱定量分析的依据) 在定量分析中需要: (1)准确测量峰面积; (2)准确求出比例常数(定量校正因子) (3)根据上式正确选用定量计算方法,将待测组分 的峰面积换算为质量分数。

1、峰面积测量法
(1)对称的峰----峰高乘以半峰宽法 (2)不对称的峰----峰高乘以平均峰宽法 对于不对称色谱峰使用此法可得较准确的结果,平 均峰宽是指在峰高0.15和0.85处分别测峰宽,然后取其 平均值:

A=1. 065h· Y1/2

Y0.15 ? Y0.85 A ? h? 2

(3)积分仪 积分仪或称数据处理机是测量峰面积最方便的工 具,速度快,线性范围宽,精度一般可达0.2%~2%。 数字电子积分仪能以数字的形式把峰面积和保留时间 打印出来。

2、定量校正因子
色谱定量分析是基于被测物质的量与其峰面积的 正比关系。但由于同一检测器对不同的物质具有不同 的响应值,所以两个相等量的物质出的峰面积往往不 相等。 因此引入“定量校正因子”。分绝对校正因子和相对 校正因子。

mi ? fi ? Ai

式中fi为绝对校正因子 按被测组分使用的计量单位的不同,可分为质量校正 因子fm、摩尔校正因子fM和体积校正因子fv。

相对校正因子(fis):指某组分i与基准组分S的绝对 校正因子之比值。 这是一种最常用的定量校正因子,即:

f i (m) As mi fis ? / ? f s (m) Ai ms
式中下标i,s分别代表被测物和标准物质。

'

mi= fi· Ai ms= fs· As

Ex
将纯苯与某组分A配成混合液,进行气相 色谱分析,苯的样品量为0.400ug时,峰 面积为3.60cm2,组分A的样品量为 0.650ug时的峰面积为 6.50cm2,求组分A 以苯为标准时的相对校正因子。
As mi 3.60 ? 0.650 f is ? ? ? 0.9 Ai ms 6.50 ? 0.400

3、几种常用的定量计算方法
(1)归一化法: 混合物各组分都可流出色谱柱,且在色谱图上 显示色谱峰 。 假设试样中有n个组分,每个组分的质量分别为 m1m2……mn,各组分含量的总和m为100%, 其中组分i的质量ωi分数可按下式计算:
?i ?
mi mi Ai f is ?100% ? ?100% ? ?100% m m1 ? m2 ? ? ? mn Ai f1s ? A2 f 2 s ? ? ? An f ns

例题 测得石油裂解气的气相色谱图(前面四个组分为经 过衰减1/4而得到),经测定各组分的f 值并从色谱图量 出各组分峰面积为:
出峰次序 空气
34 峰面积 校正因子f 0.84

甲烷 二氧化碳 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷
214 0.74 4.5 1.00 278 1.00 77 1.05 250 47.3 1.28 1.36

用归一法定量,求各组分的质量分数各为多少?

解:根据公式:
mi mi wi ? ?100% ? ?100% m ? mi ? Ai f i ?100% ? Ai fi

?A f

i i

? 214 ? 0.74 ? 4 ? 4.5 ?1.00 ? 4 ? 278 ?1.00 ? 4 ? 77 ?1.05 ? 4 ? 250 ?1.28 ? 47.3 ?1.36

? 2471.168

故:CH4, CO2, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8的质量分数分别为: wCH4 =(214×0.74 ×4/2471.168 )×100%=25.63% wCO2 =(4.5 ×1.00 ×4/2471.168 )×100% =0.73% wC2H4 =(278 ×4 ×1.00/2471.168) ×100% =45.00% wC2H6 =(77 × 4 ×1.05/2471.168 )×100% =13.09% wC3H6 = (250 ×1.28 /2471.168)× 100%=12.95% wC3H8 =(47.3 ×1.36/2471.68 )×100%=2.60%

(2)内标法
当只需测定试样中某几个组分,或试样中所有组分 不能全都出峰时,可采用此法。

所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标物,加
入到准确称取的试样中,根据被测物和内标物的重量 及其在色谱图上相应的峰面积比,求出某组分的含量。 例如要测定试样中组分i(质量为mi)的质量分数ωi, 可于试样中加入质量为ms的内标物,试样质量为m,

则:

mi= fi· Ai ms= fs· As

mi Ai f i ? As f s ms
Ai f i mi ? ? ms As f s mi Ai f i m s ?i ? ? 100% ? ? ? 100% m As f s m

内标法主要优点:由于操作条件变化而引起的误 差,都将同时反映在内标物及欲测组分上而得到抵消, 所以可以得到较准确的结果。 内标物的选择原则:
(1)试样中不存在的纯物质;

(2)加入量应接近于被测组分;
(3)内标物色谱峰位于被测组分色谱峰附近或几个被 测组分峰中间;

(4)注意内标物与欲测组分的物理及物理化学性质相 近。

例 有一试样含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物 质,称取此试样1.055g。以环己酮作内标,称取环己 酮0.1907g,加到试样中,混合均匀后,吸取此试液 3mL进样,得到色谱图。从色谱图上测得各组分峰面 积及已知的校正因子如下表所示:
甲酸 14.8 峰面积 校正因子 3.831 乙酸 72.6 1.779 环己酮 133 1.00 丙酸 42.4 1.07

求甲酸、乙酸、丙酸的质量分数。

解:根据公式:

Ai f i ms wi ? ? ? 100% As f s m 及f ' ? 1 / s '

代入质量分数的表达式中得到各组分的质量分数分 别为:
w甲酸=(14.8/133)×(0.1907/1.055) ×3.831 ×100% = 7.71% w乙酸 = (72.6/133) ×(0.1907/1.055) ×1.779 ×100% = 17.55%

w丙酸=(42.4/133) ×(0.1907/1.055) ×1.07 ×100% = 6.17%

4、外标法(又称标准曲线法)
所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标 准曲线,这与在分光光度分析中的标准曲线法是相同 的。优点:操作简单,计算方便;但结果的准确度主 要取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。

1、测定苯二甲酸混合物中间苯二甲酸含量,称取样 品0.3578g,内标物癸二酸0.1029g,将样品及内标物 甲酯化后进行气相色谱分析,测得间苯二甲酸二甲酯 的峰面积为23.7单位,癸二酸二甲酯的峰面积为24.5 单位,已知这两种酯的质量校正因子分别为0.77和 1.00,求间苯二甲酸的含量。 (癸二酸相对分子量为202,癸二酸二甲酯相对分子 量为230,间苯二甲酸相对分子量为166,间苯二甲 酸二甲酯相对分子量为194。)
2、将纯苯与某组分A配成混合液,进行气相色谱分析, 苯的样品量为0.435ug时,峰面积为4.00cm2,组分A 的样品量为0.653ug时的峰面积为 6.50cm2,求组分A 以苯为标准时的相对校正因子。

解:1、查出癸二酸相对分子量为202,癸二酸二甲酯相对分
子量为230,间苯二甲酸相对分子量为166,间苯二甲酸二甲 酯相对分子量为194。 计算间苯二甲酸二甲酯的量为
Ai f i ms ? (230 / 202) m1 ? As f s ' 23.7 ? 0.77 ? 0.1029 ? (230 / 202) ? 24.5 ?1.00 ? 0.0873 g

间苯二甲酸质量分数为: ?i ?

m1 ? (166 / 194) ?100% m 0.0873 ? (166 / 194) ? ?100% ? 20.9% 0.3578

本章小结
1、色谱分离的原理 2、色谱基本术语及相互关系 3、2个色谱理论:塔板数理论、速率理论 4、分离度及其应用 5、定性定量计算fis的计算,内标法计算含 量

公式
1、死时间,保留时间,调整保留时间关系
2、 K; k的表示式及其相互关系

3、容量因子k与保留值的关系
4、 γ2,1及其与保留值K、k的关系

5、 neff 与 n 公式
6、分离度

7、fis的计算公式

1、 tR’ = t R- tm

CS 2、 K ? Cm
3、
4、

ns k? nm

CS ns / Vs Vm K? ? ?k Cm nm / Vm Vs

' tR t R ? tm k? ? tm tm

5、 n

eff

' ' tR t 2 R 2 ? 5 . 54 ( ? ) 16 ( ) Y1 / 2 Y

neff

k 2 ?( ) n k ?1

6、

1? k 2 2 n ? 16 R ? ( ) ?( ) ? 2,1 ? 1 k2
2 2

? 2,1

7、

f i (m) As mi fis ? / ? f s (m) Ai ms

'

填空 1.在一定操作条件下,组分在固定相和流动相之间的 分配达到平衡时的浓度比,称为_______。 2.为了描述色谱柱效能的指标,人们采用了 _________理论。 3.速率理论中,在线速度较低时,______项是引起色 谱峰扩展的主要因素,此时宜采用相对分子量___的气 体作载气,以提高柱效。 4.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所需的时间称为____。 5. 组分P和Q 在某色谱柱上的分配系数分别是490和460, 那么,组分____先流出色谱柱。

判断 1、塔板理论给出了影响柱效的因素及提高柱效的途 径。 ( ) 2、在载气流速比较高时,分子扩散成为影响柱效的 主要因素。 ( ) 3、某试样的色谱图上出现三个色谱峰,该试样中最 多有三个组分。 ( ) 4、采用色谱归一化法定量的前提条件是试样中所有 组分全部出峰。 ( ) 5、色谱内标法对进样量和进样重复性没有要求,但 要求选择合适的内标物和准确配制试样。( )

选择
1、衡量色谱柱柱效能的指标是() 2、衡量色谱柱选择性的指标是() 3、衡量色谱柱的总分离效能指标() A.分离度 B.容量因子;C塔板数;D分配系数

3、柱效率用理论塔板数n或理论塔板高度H表示, 柱效率越高,则: ( ) A.、n越大, H越小; B、n越小, H越大; C、n越大, H越大; D、n越小, H越小
4、根据范第姆特方程,色谱峰扩张、板高增加的 主要原因是: ( ) A. 当u较小时,分子扩散项; B. 当u较小时,涡流扩散项; C. 当u比较小时,传质阻力项; D. 当u较大时,分子扩散项

5、在气-液色谱分析中, 当两组分的保留值很 接近, 且峰很窄, 其原因是 ( ) (1) 柱效能太低 (2) 容量因子太大 (3) 柱子太长 (4) 固定相选择性不好 6、载体填充的均匀程度主要影响: A、涡流扩散; B、分子扩散; C、气相传质阻力;D、液相传质阻力

7、当载气线速较小时,范式方程中分子扩散项 起控制作用,采用哪种气体做载气对提高柱效 有利? A、氮气; B、氢气 ;C、氦气;D、二氧化碳 8、在采用低固定液含量柱,高流速进行快速色 谱分析时,采用下列哪一种气体作为载气,可 以改善气相传质阻力? A、氮气; B、氢气 ;C、氦气;D、二氧化碳


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