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1、 第七章 色谱分析法 题目 1. 在一个3.0 m的色谱柱上,分离一个样品的结果如下图: 计算:(1) 两组分的调整保留时间 及 ; (2) 用组分2计算色谱柱的有效塔板数n有效及有效塔板高度H有 效; (3) 两组分的容量因子k1及k 2; (4) 它们的相对保留值和分离度; (5) 若使两组分的分离度为1.5所需要的最短柱长。(已知死时间和 两组分色谱峰的峰宽均为1.0min) 分析 解题思路:该题主要是要求掌握色谱理论中的一些基本概念以及塔板 理论。保留时间(tR)、 死时间(tM)与调整保留时间( tR )三者关系为 :tR tR tM ;容量因子可由实验数据测得,它和保留时间存在关系
2、式: ;塔板理论中,有效塔板数、有效塔板高度与区域宽度的存在关系: ;分离度与相邻两组分的保留时间、有效塔板数存在关系: 相应柱长与分离度有关系: 对同样组分、相同柱子,所需柱子长度L可根据与R之间的关系,即柱长之比 等于分离度平方之比求得。 解题过程 解: (1) (2) (3) (4) (5) L2 = 0.75m 题目 2. 二个色谱峰的调整保留时间分别为55s和83s,若所用柱的塔板高 度为1.1mm,两个峰具有相同的峰宽,完全分离两组分需要的色 谱柱为多长? 解题思路: 该题是通过对色谱柱长的计算,达到掌握分离度、塔板理 论的目的。 在分离度一节中基于两个峰具有相同的峰宽,曾导出了分
3、离度R、柱 长L与两组分保留值r21 三者之间的数学关系式,题中未直接给出保留 值r21 ,但由给出的两峰调整保留时间数据计算出r21后,将相应数据 代入公式即可计算出达到给定分离度下需要的色谱柱长。 题中“两个峰具有相同的峰宽”是公式推导过程的前提条件。完全分离 意味着给出了“R=1.5”。 解题过程 解: 两组分相对保留值: 已知塔板高度H,以及R,代入得: 所以完全分离需要色谱柱长为356.4mm。 题目 3. 在2m长的色谱柱上,以氦为载气,测得不同载气线速度下组分 的保留时间和峰底宽Wb如下表 u(cms-1) tR(s) Wb(s) 11 2020 223 25 888 99 40
4、 558 68 计算:1.Van Deemter 方程中A、B、C 值; 2.最佳线速度uopt及最小板高Hmin; 3.载气线速度u在什么范围内,仍能保持柱效率为原来的90% 。 解题思路: 首先求出不同线速度下的H, 根据对应的H 解三元一次方程求出 A、B、C的值。 解题过程 解: (1) 解题过程 由以上结果按列三元一次方程 0.1523 = A + B / 11 + 11C 0.1524 = A + B / 25 + 25C 0.1857 = A + B / 40 + 40C 解得: A = 0.0605(cm) ; B = 0.68(cm2s-1) ; C = 0.0027(s)
5、(2) (3) 90% 以上的柱效为: 解得: u1 = 8.7cms-1 u2 = 29cms-1 即线速度在8.729cms-1 范围内, 可保持柱效率在90%以上. 题目 4. 组分A和B在某毛细管柱上的保留时间分别为12.5min 和12.8min , 理论塔板数对A和B均为4300,计算: (1) 组分A和B能分离到什么程度? (2) 假定A和B的保留时间不变,而分离度要求达到1.5,则需多少 塔板数? 解题思路: 因为分离度和色谱参数存在下列关系: a. b. c. 根据题目给出的已知条件,首先求出A、B组分的半峰宽(或峰底宽Y), 再 根据(b)、(c)公式进行计算。 解题过程
6、解: (1)由公式 得, 同理: (2) 已知R1,R2,n1,得 题目 5. 气相色谱法测定某试样中水分的含量。称取0.0186g内标物加到 3.125g试样中进行色谱分析,测得水分和内标物的峰面积分别是 135mm2和162mm2。已知水和内标物的相对校正因子分别为0.55和 5. 0.58,计算试样中水分的含量。 解题思路: 因为用到内标物,所以属于色谱定量分析三种计算方法中的内 标法,其基本原理是在试样中准确加入一定量内标物,根据待测组分与内标 物的质量比进行计算: 解题过程 解: 试样中水分的含量为: 即试样中水分的含量为0.47% 。 题目 6. 有一含有四种组分的样品,用气相色谱
7、法FID检测器测定含量, 实验步骤如下: i.测定校正因子 准确配制苯(基准物、内标物)与组分A、B、C及D 的纯品混合溶液,它们的质量(g)分别为0.435、0.653、0.864、 0.864及1.760。吸取混合溶液0.2L。进样三次,测得平均峰面 积,分别为4.00、6.50、7.60、8.10及15.0面积单位。 ii. 测定样品在相同的实验条件下,取样品0.5L,进样三次,测得 A、B、C及D的相对峰面积分别为3.50、4.50、4.00及2.00。已知 它们的相对分子质量分别为32.0、60.0、74.0及88.0。 计算各种组分的:(1)相对质量校正因子和质量分数。 (2)相对
8、摩尔校正因子和摩尔分数。 分析 解题思路:由于各化合物的性质不同,对检测器的响应也不同,即使 它们质量相等,所得到的峰面积也可能不等,所以引入绝对定量校正 因子,公式定义为: 。 在定量分析中,通常使用相对校正因子,即组分的绝对校正因子与标 准物质的绝对校正因子之比: 若mi以摩尔为单位,所得的的校正因子称为摩尔校正因子,用fm表 示;若以质量为单位,则为质量校正因子,用fw表示。 解题过程 解: 由公式 ,将题中已知量代入即得: (1)各组分的相对质量校正因子 , , , 。 质量分数 , , , 。 (2)各组分的摩尔校正因子 , , , 。 摩尔分数 A %=39.4 , B %=30.
9、4% , C %=20.6% , D %=9.58% 。 题目 7.某试样中含对、邻、间甲基苯甲酸及苯甲酸并且全部在色谱图上出峰, 各组分相对质量校正因子和色谱图中测得各峰面积积分值列于下表: 用归一化法求出各组分的质量分数。 项目苯甲酸对甲苯甲酸邻甲苯甲酸间甲苯甲酸 f1.20 1.501.301.40 A37511060.075.0 解题思路:按归一化法,各组分占总量的百分含量的计算公式为: 由于试样中各组分在色谱图上全部出峰,并且给出了各峰的峰面积和相对质 量校正因子,直接代入公式即可。 解题过程 解: 归一化法各组分的百分含量计算公式: 题中已知f和A,代入上式即可得: 同理,得出: ; ; 。