氣相液相色譜答案及解析

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1、4.1氣相色譜儀的核心部件是什么？ 色譜柱是氣相色譜儀的核心部件。多組分樣品能否完全分離，主要決定于色譜柱的效能和選擇性，色譜柱又可分為填充柱和空心毛細(xì)管柱。毛細(xì)管柱一般內(nèi)徑為0.1?0.5mm，長30?300m，空心管壁涂有固定液，主要用于復(fù)雜混合物的分析。其分離效能高，但柱容量較低。 4.2氣相色譜儀的檢測類型有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？各適合哪類物質(zhì)的分析？ 氣相色譜檢測器按其原理不同可分為濃度型和質(zhì)量型兩大類：濃度型檢測器的響應(yīng)信號由進(jìn)入檢測器的組分濃度所決定，如熱導(dǎo)池、電子捕獲檢測器等；而質(zhì)量型檢測器的響應(yīng)信號則上單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測器的組分質(zhì)量所決定，如氫焰、火焰光度檢測器等等。

2、 (1) 熱導(dǎo)池檢測器(TCD)是一種應(yīng)用很廣泛的通用型檢測器，它的結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度適宜，穩(wěn)定性較好，對所有物質(zhì)都有響應(yīng)。 (2) 氫焰離子化檢測器(FID)對大多數(shù)有機(jī)物有很高的靈敏度，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好，是目前應(yīng)用最廣的檢測器之一。 電子捕獲檢測器(ECD)是一種高靈敏度的選擇性檢測器，它只對具有電負(fù)性的物質(zhì)(如含鹵素，S,P,N,O的化合物)有響應(yīng)，電負(fù)性越強(qiáng)，靈敏度越高，響應(yīng)信號與進(jìn)入檢測器的電負(fù)性物質(zhì)濃度有關(guān)，ECD是濃度型檢測器。 (3) 火焰光度檢測器(FPD)對硫、磷化合物的高選擇性、高靈敏度的檢測器，亦稱硫磷檢測器。 4.3氫火焰離子化檢測器不能檢測哪些物質(zhì)？

3、 氫火焰離子化檢測器對無機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不 響應(yīng)。 4.4可作為固定液使用的化合物必須滿足哪些條件？化合物極性是如何規(guī)定的？ 固定液通常是高沸點(diǎn)、難揮發(fā)的有機(jī)化合物或聚合物。固定液使用的物質(zhì)需要滿足以下的要求： (1) 揮發(fā)性小，在操作溫度下具有較低的蒸氣壓，以免在長時(shí)間的載氣流動(dòng)下造成固定液流失。 (2) 熱穩(wěn)定性好，在工作溫度下不發(fā)生分解，故每種固定液應(yīng)給出最高使用溫度。 (3) 熔點(diǎn)不能太高，在室溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài)，以保持試樣在氣液兩相中的分配。故每種固定液也需要給出最低使用溫度。 (4) 對試樣中的各組分有

4、適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?，具有高的選擇性。 (5) 化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被測物質(zhì)發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)。 (6) 有合適溶劑溶解，使固定液能均勻涂敷在擔(dān)體表面，形成液膜。 色譜固定液的極性，通常采用相對極性(P)來表示。規(guī)定非極性固定相角鯊?fù)?異三十烷)的相對極性為零，強(qiáng)極性固定相3,3'^氧二丙睛的相對極性為100。其他固定液的相對極性(0-100之間)采用一對物質(zhì)(如苯與環(huán)己烷)由實(shí)驗(yàn)確定。 4.5氣相色譜固定液選擇的基本原則是什么？如何判斷化合物的出峰順序？ 答：對于固定液的選擇，要根據(jù)其相對極性，根據(jù)試樣的性質(zhì)，按照“相似相溶”的原則 來選擇，通常固定液的選擇大致可分為以下五種情況： (

5、1) 分離非極性組分時(shí)，通常選用非極性固定相。各組分按沸點(diǎn)順序出峰，低沸點(diǎn)組分先出峰。 (2) 分離極性組分時(shí)，一般選用極性固定液。各組分按極性大小順序流出色譜柱，極性小的先出峰。 （3）分離非極性和極性的（或易被極化的）混合物，一般選用極性固定液。此時(shí)，非極性組分先出峰，極性的（或易被極化的）組分后出峰。 （4）醇、胺、水等強(qiáng)極性和能形成氫鍵的化合物的分離，通常選擇極性或氫鍵性的固定液。 （5）組成復(fù)雜、較難分離的試樣，通常使用特殊固定液，或混合固定相，出峰順序需要實(shí)驗(yàn)確定。 4.6分離溫度與組分保留時(shí)間有什么關(guān)系？溫度升高，色譜峰形將發(fā)生什么改變？ 分離溫度直接影響分離度和組分

6、的保留時(shí)間。首先應(yīng)使柱溫控制在固定液的最高使用溫度（超過該溫度固定液易流失）和最低使用溫度（低于此溫度固定液以固體形式存在）范圍之內(nèi)。溫度升高，被測組分在氣相中的濃度增加，K變小，tR縮短，色譜峰變窄變高，分離度增加；但對于低沸點(diǎn)組份峰易產(chǎn)生重疊，使分離度下降。 4.7降低載氣流速，分離度是否一定增加？ 答：不一定。增加柱效是提高分離度的一個(gè)直接有效手段，一般來說降低載氣流速，可以使柱效提高；但降低載氣流速又會(huì)使色譜峰變寬，使分離度下降。因此要看色譜峰型來改變條件。最終目的是達(dá)到分離好，出峰時(shí)間快。 4.8毛細(xì)管色譜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？為什么具有很高的分離效率？ 答：毛細(xì)管柱的特點(diǎn)是：分

7、離效能高，分析速度快，適合于分析十分復(fù)雜的試樣。 毛細(xì)管色譜柱為開管柱，它采用交聯(lián)技術(shù)使固定液附著于管內(nèi)壁，使固定液分子相互交聯(lián)起來，形成一層不流動(dòng)、不被溶解的薄膜。由于毛細(xì)管色譜柱內(nèi)不存在填充物，氣流可以直接通過，所以柱阻力很小，柱長可以大大增加，一般為20-100m。由于沒有填充物，氣流是單途徑的，不存在渦流擴(kuò)散；分析速度較快，縱向擴(kuò)散較??；而柱內(nèi)徑很細(xì)（mm）固定液涂層又較薄，傳質(zhì)阻力也大為減小，因而柱效能很高。 4.9為什么毛細(xì)管色譜多使用氫火焰離子化檢測器而不使用熱導(dǎo)檢測器？ 毛細(xì)管色譜由于毛細(xì)管內(nèi)徑很小，柱容量很小，允許的進(jìn)樣量小。這可以通過采用分流技術(shù)來解決。而且毛細(xì)管柱后

8、流出的試樣組分量少、流速慢，易產(chǎn)生擴(kuò)散而影響分離效果，在毛細(xì)管色譜柱中采取的解決方法是采用尾吹技術(shù)，即用氣流將柱后流出物快速吹至檢測器。因此毛細(xì)管色譜需要高靈敏度檢測器。氫火焰離子化檢測器結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，響應(yīng)迅速，線性范圍寬，對有機(jī)化合物具有很高的靈敏度，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高出近3個(gè)數(shù)量級，檢出限可達(dá)10-9mg/s。因此毛細(xì)管色譜通常采用高靈敏的氫焰檢測器，而不使用熱導(dǎo)檢測器。 5.1現(xiàn)代高效液相色譜的顯著特征是什么？ 高效液相色譜法的特點(diǎn)是高壓、高效、高速、高靈敏度。適用于高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定及生化試樣的分析。 （1）高壓：在高效液相色譜中，為了獲得高柱效而使用粒度很小的固定相（<

9、10卩m）,液體流動(dòng)相高速通過時(shí)，將產(chǎn)生很高的壓力，其工作壓力范圍為150?350x105pa。 （2）高速。高效液相色譜由于釆用了高壓，流動(dòng)相流速快，因而所需的分析時(shí)間較經(jīng)典的柱色譜少得多。 （3）高效。高效液相色譜分析的柱效能約可達(dá)3萬塔板/米以上，氣相色譜的柱效能只有約2000塔板/米。 （4）高靈敏度。由于采用了高靈敏度的檢測器，最小檢測量可達(dá)10-9g，甚至10-11g。而所需試樣量很少，微升數(shù)量級的試樣就可以進(jìn)行全分析。 （5）可用于高沸點(diǎn)的、不能氣化的、熱不穩(wěn)定的以及具有生理活性物質(zhì)的分析。一般來說，沸點(diǎn)在450C以下，相對分子質(zhì)量小于450的有機(jī)物可用氣相色譜分析，但這

10、些物質(zhì)只占有機(jī)物總數(shù)的15%?20%，而其余的80%?85%，原則上都可采用高效液相色譜分析。5.2為什么高效液相色譜分離柱的柱壓比較高？ 在高效液相色譜中，為了獲得高柱效而使用粒度很小的固定相（<10卩m）,液體流動(dòng)相高速通過時(shí)，將產(chǎn)生很高的壓力，其工作壓力范圍為150?350x105p&5.3高效液相色譜中常用哪些檢測器？各有什么特點(diǎn)？哪些適合梯度淋洗？ 答：高效液相色譜要求檢測器具有靈敏度高、重現(xiàn)性好，響應(yīng)快、檢測限低、線性范圍寬、應(yīng)用范圍廣等特性。目前應(yīng)用較廣的有紫外光度檢測器，差示折光檢測器，熒光檢測器等數(shù)種。 （1）紫外光度檢測器：紫外光度檢測器的作用原理是基于待測組分在流出

11、色譜柱后對特定波長紫外光的選擇性吸收的大小，待測組分的濃度與吸光度的關(guān)系遵從比爾定律。這91種檢測器的靈敏度很高，其最小檢測濃度可達(dá)10-g?mL。對溫度和流速都不敏感，可用于梯度洗提，結(jié)構(gòu)也較簡單。其缺點(diǎn)是不適用于對紫外光完全不吸收的試樣，也不能使用對紫外光不透過的溶劑如苯等。 （2）熒光檢測器：熒光檢測器是利用許多物質(zhì)在受到紫外光激發(fā)后能發(fā)射熒光的性質(zhì)而制成的檢測器。被測物受強(qiáng)激發(fā)光照射后，輻射出比紫外光波長更長的熒光，熒光強(qiáng)度與被測物濃度成正比，通過熒光檢測器采用光電倍增管使光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枡z測出來。熒光檢測器的靈敏度一般要比紫外光度檢測器高2個(gè)數(shù)量級，選擇性也好.但其線性范圍較差。

12、 （3）差示折光檢測器：差示折光檢測器是利用連續(xù)測定工作池中試液折射率的變化，來測定試液濃度的檢測器。溶有被測組分的載液和單純載液之間折射率之差，和被側(cè)組分在試液中的濃度直接有關(guān)，因此可以根據(jù)折射率的改變，測定被測組分。 5.4用甲苯為流動(dòng)相時(shí)，不能使用哪種檢測器？ 用甲苯為流動(dòng)相時(shí)，由于甲苯有紫外吸收，不能使紫外光透過，不能使用UV檢測器。 5.5哪種液相色譜檢測器可獲得三維不停留掃描譜圖？原理是什么？ 紫外陣列檢測器中的光電二極管陣列，可由多達(dá)1024個(gè)二極管組成，各接受一定波長的光譜。由光源發(fā)射的光通過測量池時(shí)被組分吸收，包含了組分對各波長吸收的信息，分光后投射到二極管陣列上，

13、因而不需要停流掃描即可獲得色譜流出物各個(gè)瞬間的動(dòng)態(tài)光譜吸收圖。結(jié)合了計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，可獲得組分的三維色譜-光譜圖。 5.6對比填充柱氣相色譜、毛細(xì)管氣相色譜、高效液相色譜速率方程中三項(xiàng)的變化。 速率方程（也稱范?弟姆特方程式）：H=A+B/u+cu它說明了影響柱效能的幾個(gè)因素，它們包括：（1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)（A）;2）分子擴(kuò)散項(xiàng)（B/u）;（3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)（C?u）o （2）充柱氣相色譜：由于影響柱效能的因素彼此以相反的效果存在著，如流速加大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大；溫度升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響等等。因此必須全面考慮這些相互矛盾的影響因素，選擇適當(dāng)?shù)纳V

14、分離操作條件，才能提高柱效能。 （2）氣相色譜：當(dāng)采用毛細(xì)管作為氣相色譜分離柱時(shí)，柱內(nèi)不裝填料，空心柱（管徑0.2mm）阻力小，長度可達(dá)百米的毛細(xì)管柱。載氣氣流以單途徑通過柱子，消除了組分在柱中的渦流擴(kuò)散現(xiàn)象，即：H=B/u+Cu。另外，將固定液直接涂在管壁上，總柱內(nèi)壁面積較大，涂層很薄，則氣相和液相傳質(zhì)阻力Cu大大降低。 （3）相色譜：在高效液相色譜中，液體的擴(kuò)散系數(shù)僅為氣體的萬分之一，則速率方程中的分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U較小，可以忽略不計(jì)，即：H=A+Cu。而液體的粘度比氣體大一百倍，密度為氣體的一千倍，故降低傳質(zhì)阻力是提高液相色譜中提高柱效的主要途徑。由速率方程，降低固定相粒度和液膜厚度可

15、顯著提高柱效，故在液相色譜中，擔(dān)體粒度由早期的100卩m的大顆粒降低為5-10卩m?；瘜W(xué)鍵合使固定相表面有機(jī)層的傳質(zhì)阻力大大降低。液相色譜中，不可能通過增加柱溫來改善傳質(zhì)。改變淋洗液組成、極性是改善分離的最直接的因素。 5.7解釋氣相色譜和高效液相色譜的柱效與流速關(guān)系曲線的不同。 液相色譜H-u曲線與其氣相色譜不同，是一段斜率不大的直線，是因?yàn)榉肿訑U(kuò)散相對H值的影響可以忽略不計(jì)。在液相色譜中，使用較高流速，柱效不會(huì)明顯下降，有利于實(shí)現(xiàn)快速分離。 5.8正相色譜柱與反相色譜柱是如何界定的？各適合哪類物質(zhì)的分離？ 答：親水性固定液常采用疏水性流動(dòng)相，即流動(dòng)相的極性小于固定相的極性，稱為正相

16、液液色譜法，極性柱也稱正相柱。適合極性化合物的分離，極性小的組分先流出，極性大的組分后流出。若流動(dòng)相的極性大于固定液的極性，則稱為反相液液色譜，非極性柱也稱為反相柱。 適用于非極性化合物的分離，出峰順序與正相分配色譜相反。 5.9高效液相色譜中為什么要采用梯度淋洗？如果組分保留時(shí)間太長，可采取什么措施調(diào) 節(jié)？ 在一個(gè)分析周期內(nèi)，按一定程序不斷改變流動(dòng)相的組成或濃度配比，稱為梯度淋洗?梯度淋洗通過連續(xù)改變的是流動(dòng)相的極性、pH或離子強(qiáng)度借以改變被分離組分的分配系數(shù)，以提高分離效果和加快分離速度。 在反相高校色譜中，如果保留時(shí)間過長，可以增加流動(dòng)相體系中弱極性組成的比例，使保留時(shí)間縮短。

17、 5.10液相色譜中可否采用毛細(xì)管柱來提高分離效果？為什么？ 可以。高效液相色譜用毛細(xì)管柱又稱微填充毛細(xì)管柱，通常采用較細(xì)的填料，填料越細(xì)柱效越高。 5.11離子色譜與離子交換色譜有什么差別？ 離子交換色譜采用專門制備的離子交換色譜分離柱填料，則可以使液相色譜能夠用于各種無機(jī)離子、有機(jī)酸堿及各種生物大分子的快速分析。離子色譜是在20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種技術(shù)，與離子交換色譜的區(qū)別是其采用了特制的、具有極低交換容量的離子交換樹脂作為柱填料，并采用淋洗液本底電導(dǎo)抑制技術(shù)和電導(dǎo)檢測器，是測定混合陰離子的有效方法。 5.12連續(xù)抑制型離子色譜的抑制原理是什么。 在離子色譜中檢測器為

18、電導(dǎo)檢測器，以電解質(zhì)溶液作為流動(dòng)相，為了消除強(qiáng)電解質(zhì)背景對電導(dǎo)檢測器的干擾，通常除了分析柱外，還增加一根抑制柱，這種雙柱型離子色譜法稱為化學(xué)抑制型離子色譜法?5.13分離陽離子時(shí)，采用的是陽離子交換樹脂分離柱。為什么分析有機(jī)酸時(shí)，也可以使用 陽離子交換樹脂？原理是什么？ 在離子排斥色譜中，可以用高容量的陽離子交換樹脂分析有機(jī)酸。純水通過分離柱時(shí)，會(huì)圍繞鍵合在樹脂上面的磺酸基形成一水合殼層，這個(gè)殼層只允許未解離的化合物通過，完全解離的鹽酸淋洗液不能通過。中性的水分子可以進(jìn)入樹脂的孔穴并回到流動(dòng)相。有機(jī)酸進(jìn)入柱子后，根據(jù)淋洗液的pH值，可以部分處于未解離狀態(tài)。所以可以通過調(diào)整溶液pH值控制有機(jī)

19、酸的解離。有機(jī)酸的保留主要取決于分析物的pKa值，酸性越弱，保留時(shí)間越長。 5.14分離下列物質(zhì)，宜采用何種分離模式？ （1）稠環(huán)芳烴混合物：液-液分配與化學(xué)鍵合相色譜 （2）脂肪醇混合物：液-液分配與化學(xué)鍵合相色譜 （3）有機(jī)酸：離子交換色譜或離子色譜 （4）聚合物：凝膠色譜 （5）過渡金屬離子：離子色譜5.15在硅膠分離柱上，用甲苯為流動(dòng)相，某組分的保留時(shí)間為25min。若改用四氯化碳或 三氯甲烷為流動(dòng)相，分析哪種溶劑能縮短該組分的保留時(shí)間？答：三氯甲烷5.16指出下列物質(zhì)分別在正相色譜柱和反相色譜柱上的流出順序： （1）酯，乙醚，硝基丁烷；（2）正己烷，正己醇，苯。 正

20、相柱：（1）乙醚，乙酸已酯，硝基丁烷；（2）正己烷，苯，正己醇反相柱：與正相柱流出順序相反。 5.17毛細(xì)管電泳中，電滲流是如何產(chǎn)生的？朝何方向移動(dòng)？對陰離子分離是否有利？ 當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，固體表面由于某種原因帶一種電荷，則因靜電引力使其周圍液體帶有相反電荷，在液-固界面形成雙電層，二者之間存在電位差。當(dāng)液體兩端施加電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生液體相對于固體表面的移動(dòng)。這種液體相對于固體表面的移動(dòng)現(xiàn)象叫做電滲現(xiàn)象，整體移動(dòng)著的液體叫電滲流。 電滲流的方向取決于毛細(xì)管內(nèi)表面電荷的性質(zhì)：內(nèi)表面帶負(fù)電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；內(nèi)表面帶正負(fù)電荷，溶液帶負(fù)電荷，電滲流流向陽極。 對于石英毛細(xì)管柱

21、，當(dāng)內(nèi)充液pH>3時(shí)，表面電離成-SiO-,管內(nèi)壁帶負(fù)電荷，形成雙電層。在高電場的作用下，帶正電荷的溶液表面及擴(kuò)散層向陰極移動(dòng)，陰離子受電泳和電滲流兩種效應(yīng)影響的運(yùn)動(dòng)方向相反，由于電滲流速度大于電泳遷移速度，陰離子在陰極最后流出。5.18與傳統(tǒng)電泳相比，高效毛細(xì)管電泳有哪些改進(jìn)？ 高效毛細(xì)管電泳在技術(shù)上采取了兩項(xiàng)重要改進(jìn)：（1）采用了0.05mm內(nèi)徑的毛細(xì)管，（2）采用了高達(dá)數(shù)千伏的電壓。 5.19為什么毛細(xì)管電泳具有非常高的分離效率？ 毛細(xì)管的采用使產(chǎn)生的熱量能夠較快的散發(fā)，大大減小溫度效應(yīng)，使電場電壓可以提高；電壓升高，電場推動(dòng)力大，又可以進(jìn)一步使柱徑變小，柱長增加，所以高效毛細(xì)管電

22、泳的柱效遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高效液相色譜，理論塔板數(shù)高達(dá)幾十萬塊/米，特殊柱子可以達(dá)到數(shù)百萬。 5.20什么是電滲淌度？電滲淌度與電泳淌度有什么不同？ 電滲淌度，即電滲遷移率取決于電泳介質(zhì)及雙電層的Zeta電勢；電泳淌度指的是帶電離子在單位電場強(qiáng)度下的電泳遷移速度，取決于離子所帶的有效電荷和平動(dòng)摩擦阻力系數(shù)。 5.21影響毛細(xì)管電泳分離的關(guān)鍵因素有哪些？ 縱向擴(kuò)散的影響；進(jìn)樣的影響；焦耳熱與溫度梯度的影響；溶質(zhì)與管壁間存在吸附與疏水作用；電分散作用和層流現(xiàn)象對譜帶展寬的影響。 5.22膠束電動(dòng)毛細(xì)管電泳為什么能夠分離中性組分，其分離原理與色譜有哪些異同點(diǎn)？ 膠束電動(dòng)毛細(xì)管電泳是以膠束為固定相的

23、一種色譜，是電泳技術(shù)與色譜技術(shù)的結(jié)合。 MEKC是在電泳緩沖液中加入表面活性劑，當(dāng)溶液中表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時(shí)，表面活性劑分子之間的疏水基因聚集在一起形成膠束，溶質(zhì)不僅可以由于淌度差異而分離，同時(shí)又可基于在水相和膠束相之間的分配系數(shù)不同而得到分離，這樣一般毛細(xì)管電泳中不能分離的中性化合物.在MEKC中也可以分離。所以MEKC能夠像色譜分離一樣，在電解質(zhì)溶液和膠束兩相間進(jìn)行多次分配。 5.23為什么毛細(xì)管電泳在生命科學(xué)領(lǐng)域有較多應(yīng)用？ 由于毛細(xì)管電泳分離的柱效與溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)成反比，所以在分離大分子時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)小，可以得到高柱效，擴(kuò)散系數(shù)越小，柱效越高，因此毛細(xì)管電泳能高效分離生物大分子，在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。