仪器分析第四版答案完整版PPT文档格式.ppt
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气路系统进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录气路系统进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统系统气相色谱仪具有一个让载气连续运行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管路密闭的气路系统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,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3.当下列参数改变时当下列参数改变时:
(1)柱长缩短柱长缩短,
(2)固定相改变固定相改变,(3)流动流动相流速增加相流速增加,(4)相比减少相比减少,是否会引起分配系数的改变是否会引起分配系数的改变?
为为什么什么?
答答:
固定相改变会引起分配系数的改变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)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)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)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)相比减少不会引起分配系数改变4.当下列参数改变时当下列参数改变时:
(1)柱长增加柱长增加,
(2)固定相量增加固定相量增加,(3)流动流动相流速减小相流速减小,(4)相比增大相比增大,是否会引起分配比的变化是否会引起分配比的变化?
为什么为什么?
k=K/b,b,而而b=b=VM/VS,分配比除了与组分分配比除了与组分,两相的性质两相的性质,柱柱温温,柱压有关外柱压有关外,还与相比有关还与相比有关,而与流动相流速而与流动相流速,柱长无关柱长无关.故故:
(1):
(1)不变化不变化,
(2),
(2)增加增加,(3),(3)不改变不改变,(4),(4)减小减小5.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择.解解:
提示提示:
主要从速率理论主要从速率理论(vanDeemerequation)来解释来解释,同时考虑同时考虑流速的影响流速的影响,选择最佳载气流速选择最佳载气流速.P13-24。
(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)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,而当流速较大时,应该选择相对分子质量较小的载气(如(如H2,He),同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。
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)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,但以保留时间适宜,峰形不拖尾为度。
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)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。
些。
(5)对担体的要求:
担体表面积要大,表面和孔径均匀。
粒度)对担体的要求:
粒度要求均匀、细小(但不宜过小以免使传质阻力过大)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)进样速度要快,进样量要少,一般液体试样0.15uL,气体气体试样试样0.110mL.(7)气化温度:
气化温度要高于柱温气化温度:
气化温度要高于柱温30-70。
6.试述速率方程中试述速率方程中A,B,C三项的物理意义三项的物理意义.H-u曲线曲线有何用途有何用途?
曲线的形状主要受那些因素的影响曲线的形状主要受那些因素的影响?
解解:
参见教材参见教材P14-16A称为涡流扩散项称为涡流扩散项,B为分子扩散项,为分子扩散项,C为传质阻力项。
为传质阻力项。
下面分别讨论各项的意义:
(1)涡流扩散项涡流扩散项A气体碰到填充物颗粒时,不断地改变流动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方向,使试样组分在气相中形成类似“涡流涡流”的流动,因而的流动,因而引起色谱的扩张。
由于引起色谱的扩张。
由于A=2dp,表明,表明A与填充物的平均颗与填充物的平均颗粒直径粒直径dp的大小和填充的不均匀性的大小和填充的不均匀性有关,而与载气性质、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,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。
并尽量填充均匀,是减少涡流扩散,提高柱效的有效途径。
(2)分子扩散项分子扩散项B/u由于试样组分被载气带入色谱柱后,是以由于试样组分被载气带入色谱柱后,是以“塞子塞子”的的形式存在于柱的很小一段空间中,在形式存在于柱的很小一段空间中,在“塞子塞子”的前后的前后(纵向纵向)存在着浓差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。
而而形成浓度梯度,因此使运动着的分子产生纵向扩散。
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(弯曲因子弯曲因子),Dg为组分在气相中的扩散系数。
分子扩散项与为组分在气相中的扩散系数。
分子扩散项与Dg的大小成正比,而的大小成正比,而Dg与组分及载气的性质有关:
相对分子质量大的组分,其与组分及载气的性质有关:
相对分子质量大的组分,其Dg小小,反比于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量较大的载气(如氮气如氮气),可使,可使B项降低,项降低,Dg随柱温增高而增加,但随柱温增高而增加,但反比于柱压。
弯曲因子反比于柱压。
弯曲因子r为与填充物有关的因素。
为与填充物有关的因素。
(3)传质项系数传质项系数CuC包括气相传质阻力系数包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数和液相传质阻力系数C1两项。
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:
缓慢,表示气相传质阻力大,就引起色谱峰扩张。
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。
液相传质阻力系数运动,这也造成峰形的扩张。
液相传质阻力系数C1为:
为:
对于填充柱,气相传质项数值小,可以忽略对于填充柱,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、,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。
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用在不同流速下的塔板高度H对流速对流速u作图,得作图,得H-u曲线图。
在曲线的曲线图。
在曲线的最低点,塔板高度最低点,塔板高度H最小最小(H最小最小)。
此时柱效最高。
该点所对应的流速。
该点所对应的流速即为最佳流速即为最佳流速u最佳最佳,即,即H最小最小可由速率方程微分求得:
可由速率方程微分求得:
当流速较小时,分子扩散当流速较小时,分子扩散(B项项)就成为色谱峰扩张的主要因素,此时应采用相对分子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质量较大的载气(N2,Ar),使组分在载气中有较小,使组分在载气中有较小的扩散系数。
而当流速较大时,的扩散系数。
而当流速较大时,传质项传质项(C项项)为控制因素,宜采用相对分子质量较小的载气为控制因素,宜采用相对分子质量较小的载气(H2,He),此时组分在,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。
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.当下述参数改变时当下述参数改变时:
(1)增大分配比增大分配比,
(2)流动相速度流动相速度增加增加,(3)减小相比减小相比,(4)提高柱温提高柱温,是否会使色谱峰变是否会使色谱峰变窄窄?
(1)保留时间延长保留时间延长,峰形变宽峰形变宽
(2)保留时间缩短保留时间缩短,峰形变窄峰形变窄(3)保留时间延长保留时间延长,峰形变宽峰形变宽(4)保留时间缩短保留时间缩短,峰形变窄峰形变窄答答:
分离度同时体现了选择性与柱效能分离度同时体现了选择性与柱效能,即热力学因素和动即热力学因素和动力学因素力学因素,将实现分离的可能性与现实性结合了起来将实现分离的可能性与现实性结合了起来.8.为什么可用分离度为什么可用分离度R作为色谱柱的总分离效能指标作为色谱柱的总分离效能指标?
不能不能,有效有效塔板数仅表示柱效能的高低塔板数仅表示柱效能的高低,柱分离柱分离能力发挥程度的标志能力发挥程度的标志,而分离的可能性取决于组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能否根据理论塔板数来判断分离的可能性?
色谱分离基本方程式如下色谱分离基本方程式如下:
它表明分离度随体系的热力学性质它表明分离度随体系的热力学性质(aa和和k)k)的变化而变化的变化而变化,同时同时与色谱柱条件与色谱柱条件(n(n改变改变)有关有关
(1)
(1)当体系的热力学性质一定时当体系的热力学性质一定时(即组分和两相性质确定即组分和两相性质确定),),分分离度与离度与nn的平方根成正比的平方根成正比,对于选择柱长有一定的指导意义对于选择柱长有一定的指导意义,增增加柱长可改进分离度加柱长可改进分离度,但过分增加柱长会显著增长保留时间但过分增加柱长会显著增长保留时间,引起色谱峰扩张引起色谱峰扩张.同时选择性能优良的色谱柱并对色谱条件进同时选择性能优良的色谱柱并对色谱条件进行优化也可以增加行优化也可以增加n,n,提高分离度提高分离度.10.试述色谱分离基本方程式的含义试述色谱分离基本方程式的含义,它对色谱分离有什它对色谱分离有什么指导意义么指导意义?
(2)方程式说明方程式说明,k值增大也对分离有利值增大也对分离有利,但但k值太大会延长分离时间值太大会延长分离时间,增加分析成增加分析成本本.(3)提高柱选择性提高柱选
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