高教第五版分析化学课后习题及思考题答案第12章(2)

2019-04-09 12:58

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。

114

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,

115

4

6

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

116

-6

-14

器时,在放射源发射的β射线作用下发生电离: N2 → N2+ e

生成的正离子和慢速低能量电子,在恒定电场作用下分别向两电极运动,形成恒定的电流,即基流。当具有电负性的组分随载气进入检测器时,俘获了检测器中的慢速低能量的电子而产生带负电荷的分子离子并放出能量: AB +e= AB+ E

随即发生 AB+ N2→ AB + N2,复合成中性化合物,被载气带出检测室外,结果使基流降低,产生负信号,形成倒峰。载气中组分浓度愈高,倒峰愈大。

电子捕获检测器对强电负性的组分有很高的灵敏度。但不具有电负性的组分,就无信号或信号很小,因而具有高选择性。

23.简单说明火焰光度检测器的作用原理和应用特点。

答:火焰光度检测器是对含硫化合物、含磷化合物有高选择性和高灵敏度的一种检测器,这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片和光电倍增管三部分组成。当含硫的有机物在富氢-空气焰中燃烧时,发生如下反应

有机硫化物 → SO2

2SO2 + 4 H2 →2S + 4 H2O

生成的S在适当温度下生成激发态的S2分子:

S + S → S2

*

* *

-

+

-

-

+

S2→ S2 + hν

当其回到基态时就发射出最强波长为294nm的特征光谱。

有机磷化物则首先被氧化燃烧生成磷的氧化物,然后被富氢焰中的H还原成HPO。这个含磷裂片被火焰高温激发后,发射出一系列特征波长的光,其最强波长为528nm。 这些发射光通过相应的滤光片照射到光电倍增管上,转变为光电流,经放大后记录下硫或磷化合物的色谱图。

由于火焰光度检测器对硫、磷化合物具有高选择性和高灵敏度,因而主要用于农副产品、食品中农药残留物分析,大气及水的污染分析。

24.“用纯物质对照进行定性鉴定时,未知物与纯物质的保留时间相同,则未知物就是该纯物质”。这个结论是否可靠?应如何处理这一问题?

答:不可靠。因为不同组分在同一根色谱柱上可能具有相同的保留值。

为了防止这种情况的发生,应采用“双柱定性法”,即再用另一根装填不同极性固定液的色谱柱进样分析,如果仍获得相同的保留值,则上述定性结果一般就没有问题了。

117

因为两种不同组分,在两根不同极性固定液的柱子上,保留值相同的机会是极少的。

25.气相色谱分析的定性能力是比较差的,如何解决这个问题?

答:气相色谱定性分析的能力比较差,但分离能力比较强。质谱、红外光谱等仪器对单一物质的定性鉴定能力很强,但对于复杂混合物的定性鉴定有困难。因此可把这两种分析方法结合起来,利用色谱分析的强分离能力和质谱、红外光谱的强鉴定能力,就可以有效解决气相色谱分析定性能力比较差的问题。

26.为什么可以根据峰面积进行定量测定?峰面积如何测量?什么情况下可不用峰面积而用峰高进行定量测定?

答:在进行色谱分析时,当操作条件一定时,检测器的响应信号(峰面积或峰高)与进入检测器的组分量(质量或浓度)成正比,据此可以根据峰面积进行定量测定。

峰面积的测量一般采用以下三种方法:

峰高乘半峰宽法:当色谱峰形对称且不太窄时可用此法。根据等腰三角形面积计算法,可近似地认为峰面积(A)等于峰高(h)乘以半峰宽(Y1/2):A=hY1/2

这样测得的峰面积为实际峰面积的0.94倍,实际峰面积应为: A=1.065hY1/2

峰高乘平均峰宽法:对于不对称峰,在峰高0.15和0.85处分别测出峰宽,取平均值得平均峰宽,由下式计算峰面积

1A?h(Y0.15?Y0.85)

2此法测量虽麻烦,但结果较准确。

峰高乘保留时间法 在一定操作条件下,同系物的半峰宽与保留时间成正比,即

Y1/2=btR 因为 A=hY1/2 所以 A?hbtR

在作相对计算时,b可约去,这样就可以用峰高与保留时间的乘积表示峰面积的大小。 在色谱条件严格控制不变,进样量控制在一定范围内时,半峰宽不变,对于狭窄的峰,可以直接应用峰高进行定量测定。

27.什么是绝对校正因子、相对校正因子?为什么一般总是应用相对校正因子进行定量计算?在什么情况下可以不用校正因子进行定量计算?

答:气相色谱定量的依据是在一定条件下组分的峰面积与其进样量成正比。但因检测器对不同物质的响应值不同,故相同质量的不同物质通过检测器时,产生的峰面积不相等,因而不能直接用峰面积计算组分含量,而要采用“定量校正囚子”校正所测的峰面积,使之能真实地反映组分含量。

绝对校正因子:与单位峰面积相当的物质量,即:fi?

118

miAi


高教第五版分析化学课后习题及思考题答案第12章(2).doc 将本文的Word文档下载到电脑 下载失败或者文档不完整,请联系客服人员解决!

下一篇:2017年白兰地行业现状及发展趋势分析 (目录)

相关阅读
本类排行
× 注册会员免费下载(下载后可以自由复制和排版)

马上注册会员

注:下载文档有可能“只有目录或者内容不全”等情况,请下载之前注意辨别,如果您已付费且无法下载或内容有问题,请联系我们协助你处理。
微信: QQ: