子在色谱柱中产生沿着色谱柱方向的扩散运动,使色谱峰扩展,分离变差,塔板高度增加。该项取决于载气流速的大小及摩尔质量。
Cu为传质阻力项,包括气体传质阻力和液体传质阻力。该项与填充物的粒度、固定液的液膜厚度以及载气流速等因素有关。
范·弟姆特方程式指出了影响柱效能的因素,为色谱分离操作条件的选择提供了理论指导。由于影响柱效能的因素彼此以相反的效果存在着,如流速加大,分子扩散项的影响减小,传质阻力项的影响增大;温度升高,有利于传质,但又加剧了分子扩散的影响等等。因此必须全面考虑这些相互矛盾的影响因素,选择适当的色谱分离操作条件,才能提高柱效能。
13.分离度R和相对保留值r21这两个参数中哪一个更能全面地说明两种组分的分离情况?为什么?
答:分离度R更能全面地说明两种组分的分离情况。
相对保留值r21只表示色谱柱对这两种组分的选择性,它只与柱温及固定相的性质有关,与其他色谱操作条件无关。
分离度R等于相邻两色谱峰保留时间之差的两倍与两色谱峰峰基宽之和的比值。它既反映了相邻两组分保留时间的差值,即固定液对两组分的选择性r21的大小(由固定液的热力学性质所决定);又考虑到色谱峰的宽度对分离的影响,即柱效能n有效的高低(取决于色谱过程的动力学因素)。分离度概括了两方面的因素,并定量地描述了混合物中相邻两组分的实际分离程度,田此它能更全面地说明两种组分的分离情况。
14.在气相色谱分析中载气种类的选择应从哪几方面加以考虑?载气流速的选择又应如何考虑?
答:在气相色谱分析中载气种类的选择应从载气流速和检测器的种类两方面来考虑: 当载气流速小时,分子扩散项对柱效能的影响是主要的,此时应选用摩尔质量较大的气体(如N2、Ar)作载气,以抑制纵向扩散,获得较好的分离效果。当载气流速较大时,传质阻力项对柱效能的影响是主要的,此时应选用摩尔质量较小的气体(如H2、He)作载气,可减小传质阻力,提高柱效能。
载气的选择还应考虑检测器的种类,如热导池检测器应选择热导系数大的H2(或He)作载气;氢火焰离子化检测器一般用N2作载气;电子俘获检测器一般采用高纯氮(N2)作载气等。
载气流速的选择:在填充色谱柱中,当柱子固定以后,针对某一特定物质,用在不
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同流速下测得的塔板高度H对流速u作图,得H—u曲线,在曲线的最低点H最小,即柱效能最高,与该点相对应的流速为最佳流速。在实际工作中,为缩短分析时间,通常使流速稍高于最佳流速。具体选择应通过试验决定。
15.柱温和汽化温度的选择应如何考虑?
答:首先所选柱温应低于固定液的最高使用温度。否则固定液会随载气流失,不但影响柱子的寿命,而且固定液会随载气进入检测器,从而污染检测器。
柱温还影响分离效能和分析时间。柱温高,会使各组分的分配系数K值差也变小,分离变差,因此为使组分分离得好,一般应采用较低的柱温。但柱温也不能过低,否则,传质速率显著降低,柱效能下降,又会延长分析时间。合适的柱温的选择应使难分离的两组分达到预期的分离效果,峰形正常而又不太延长分析时间为宜。一般柱温应比试样中各组分的平均沸点低20-30℃,具体的柱温选择应通过试验来决定。对于沸点范围较宽的试样,应采用程序升温,使低沸点和高沸点组分都获得良好的分离。
气化温度的选择应以液体试样进入气化室后能被迅速气化为基准,适当提高气化室温度对分离和定量测定有利,气化温度一般应较柱温高30—70℃,与所测试样的平均沸点相近。但热稳定性较差的试样,气化温度不宜过高,以防试样分解。
16.为什么进样速度要快?试样量的选择应如何考虑?
答:进样速度必须很快,这样试样在进入色谱柱后仅占柱端的一小段,即以“塞子”形式进样,以利于分离。如进样慢,则试样的起始宽度增大,将使色谱峰严重扩展甚至改变峰形,从而影响分离。一般用注射器或气体进样阀进样时,应在l秒钟内完成。
进样量的选择应控制在峰面积或峰高与进样量的关系在其线性关系范围内。进样量太少,会使微量组分因检测器灵敏度不够而无法检出;而进样量太多,又会使色谱峰重叠而影响分离。具体进样量的多少应根据试样种类、检测器的灵敏度等通过实验确定。
17.什么是程序升温?什么情况下应采用程序升温?它有什么优点?
答:程序升温是指柱温按预定的加热速度,随时间呈线性或非线性地增加。 一般升温速度是呈线性的,即单位时间内温度上升的速度是恒定的,例如每分钟上升2℃,4℃,、6℃等。对于沸点范围较宽的试样,宜采用程序升温方式。若采用恒定柱温进行分析,则会造成低沸点组分峰形密集,分离不好,而高沸点组分出峰时间过长,造成峰形平坦,定量困难。采用程序升温时,开始时柱温较低,低沸点组分得到很好分离;随着柱温逐渐升高,高沸点组分也获得满意的峰形。低沸点和高沸点组分按照沸点高低的顺序,由低沸点到高沸点分别出峰,使低沸点和高沸点组分获得良好分离。 18.毛细管色谱柱的特点是什么?试讨论之。
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答:毛细管柱的特点是:分离效能高,分析速度快,适合于分析十分复杂的试样。 毛细管色谱柱为开管柱,它采用交联技术使固定液附着于管内壁,使固定液分子相互交联起来,形成一层不流动、不被溶解的薄膜。由于毛细管色谱柱内不存在填充物,气流可以直接通过,所以柱阻力很小,柱长可以大大增加,一般为20-100m。由于没有填充物,气流是单途径的,不存在涡流扩散;分析速度较快,纵向扩散较小;而柱内径很细(0.2-0.5 mm),固定液涂层又较薄,传质阻力也大为减小,因而柱效能很高,每米理论塔板数可达3000-4000。一根毛细管色谱柱的总的理论塔板数可达10-10,为填充柱的10-100倍。由于毛细管柱的分离效能很高,因而对固定液的选择要求不高,准备几根不同极性固定液的毛细管柱就可解决一般的分析问题,从而避免了选择固定液的麻烦。
19.什么是浓度型检测器?什么是质量型检测器?各举例说明之。 答:检测器按响应特性可分为浓度型检测器和质量型检测器两类。
浓度型检测器,检测的是载气中组分浓度的瞬间变化,其响应信号与进入检测器的组分浓度成正比。如热导池检测器和电子捕获检测器。
质量型检测器,检测的是载气中组分的质量流速的变化,其响应信号与单位时间内进入检测器的组分的质量成正比。如氢火焰离子化检测器。
20.简单说明热导池检测器的作用原理。如何提高它的灵敏度?
答:热导池检测器是基于不同气体或蒸气具有不同的热导系数来进行检测的。热导池由池体和热敏元件组成,池体多用不锈钢做成,其中有两个或四个大小相同、形状完全对称的孔道,孔内各固定一根长短、粗细和电阻值完全相同的金属丝作热敏元件。为提高检测器的灵敏度,热敏元件一般选用电阻率高、电阻度系数大的钨丝、铂丝或铼钨做成。用两根钨丝作热敏元件的称为双臂热导池,其中一臂为参比池,一臂为测量池。用四根钨丝作热敏元件的称为四臂热导池,其中两臂是参比池,两臂是测量池。当恒定电流通过热导池中的钨丝时,钨丝被加热到一定温度,其电阻值上升到一定值。在未进试样时,通过参比池和测量池的都是载气,由于载气的热传导作用,使钨丝的温度下降,电阻减小。但此时参比池和测量池中钨丝温度的下降和电阻值减小的数值是相同的。当有试样进入检测器时,载气流经参比池,载气携带着试样组分流经测量池。由于载气和待测组分混合气体的热导系数与纯载气的热导系数不同,因而测量池中散热情况发生变化,使参比池和测量池的钨丝电阻值之间产生了差异。通过测量此差值,即可确定载气中组分的浓度。
提高热导池检测器灵敏度的方法:
(1) 增加桥路电流。桥路电流增加,可使钨丝温度增高,钨丝和池体的温差增大,
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有利于气体的热传导,灵敏度就高。但是桥路电流也不可过高,否则将引起基线不稳,甚至烧坏钨丝。
(2) 降低池体温度。适当降低池体温度,可使钨丝和池壁的温差增大,从而可提高灵敏度。但池体温度不能低于柱温,否则待测组分会在检测器内冷凝。
(3) 选择H2(或He)作载气。载气与试样的热导系数相差愈大,灵敏度就愈高。一般物质蒸气的热导系数较小,所以应选择热导系数大的H2(或He)作载气。载气热导系数大,允许的桥路电流可适当提高,从而又可提高热导池的灵敏度。
21.简单说明氢火焰离子化检测器的作用原理。如何考虑其操作条件? 答:氢火焰离子化检测器是由离子室、离子头及气体供应三部分组成。
离子头是检测器的关键部件,由发射极(又叫极化极)、收集极和喷嘴组成。在收集极和发射极之间加有一定的直流电压(常用100-300V)。收集极作正极,发射极作负极,构成一外加电场。
微量有机组分被载气带入检测器,在氢火焰(2100℃)能源的作用下离子化,产生的离子在发射极和收集极的外电场作用下,定向运动而形成微弱的电流(10-10A)。离子化产生的离子数目,亦即由此而形成的微弱电流的大小,在一定范围内与单位时间内进入火焰组分的质量成正比。
操作条件的选择
(1)载气流速的选择:一般用N2作载气,载气流速主要影响分离效能。对一定的色谱柱和试样,要通过实践,找到一个最佳的载气流速,使色谱柱的分离效果最好. (2)氢气流速的选择:氢气流速主要影响检测器的灵敏度。氢气流速过低,不仅使火焰温度低,组分分子的离子化数目少,检测器的灵敏度低,而且容易熄火。而氢气流速过大,又会造成基线不稳。
当用N2作载气时,N2﹕H2 (流速)有一个最佳值。在此最佳比值下,检测器灵敏度高,稳定性好。最佳比值只能由实验确定。一般N2﹕H2 (流速)的最佳比在1﹕1-1﹕1.5之间。 (3)空气流速:在低流速时,离子化信号随空气流速的增加而增大,达一定值后,空气流速对离子化信号几乎没有影响。一般氢气和空气流速的比例是1﹕10。
(4)极化电压:在低电压时,离子化信号随所采用的极化电压的增加迅速增大,当电压超过一定值时,增加电压对离子化电流没有大的影响。正常操作时所用极化电压一般为100-300V。
22.简单说明电子捕获检测器的作用原理和应用特点。
答:电子俘获检测器池体内有一β射线放射源。当载气(一般采用高纯氮)进入检测
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