气相液相色谱答案及解析

4.1气相色谱仪的核心部件是什么？

色谱柱是气相色谱仪的核心部件。多组分样品能否完全分离，主要决定于色谱柱的效能和选择性，色谱柱又可分为填充柱和空心毛细管柱。毛细管柱一般内径为0.1～0.5mm，长30～300m，空心管壁涂有固定液，主要用于复杂混合物的分析。其分离效能高，但柱容量较低。

4.2气相色谱仪的检测类型有哪几种？各有什么特点？各适合哪类物质的分析？

气相色谱检测器按其原理不同可分为浓度型和质量型两大类：浓度型检测器的响应信号由进入检测器的组分浓度所决定，如热导池、电子捕获检测器等；而质量型检测器的响应信号则上单位时间内进入检测器的组分质量所决定，如氢焰、火焰光度检测器等等。

（1）热导池检测器（TCD）是一种应用很广泛的通用型检测器，它的结构简单，灵敏度适宜，稳定性较好，对所有物质都有响应。

（2）氢焰离子化检测器（FID）对大多数有机物有很高的灵敏度，结构简单、响应快、稳定性好，是目前应用最广的检测器之一。

（3）电子捕获检测器（ECD）是一种高灵敏度的选择性检测器，它只对具有电负性的物质（如含卤素，S，P，N，O的化合物）有响应，电负性越强，灵敏度越高，响应信号与进入检测器的电负性物质浓度有关，ECD是浓度型检测器。

（4）火焰光度检测器（FPD）对硫、磷化合物的高选择性、高灵敏度的检测器，亦称硫磷检测器。

4.3氢火焰离子化检测器不能检测哪些物质？

氢火焰离子化检测器对无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。

4.4可作为固定液使用的化合物必须满足哪些条件？化合物极性是如何规定的？

固定液通常是高沸点、难挥发的有机化合物或聚合物。固定液使用的物质需要满足以下的要求：

（1）挥发性小，在操作温度下具有较低的蒸气压，以免在长时间的载气流动下造成固定液流失。

（2）热稳定性好，在工作温度下不发生分解，故每种固定液应给出最高使用温度。

（3）熔点不能太高，在室温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态，以保持试样在气液两相中的分配。故每种固定液也需要给出最低使用温度。

（4）对试样中的各组分有适当的溶解能力，具有高的选择性。

（5）化学稳定性好，不与被测物质发生不可逆化学反应。

（6）有合适溶剂溶解，使固定液能均匀涂敷在担体表面，形成液膜。

色谱固定液的极性，通常采用相对极性（P）来表示。规定非极性固定相角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，强极性固定相β，β’—氧二丙睛的相对极性为100。其他固定液的相对极性（0-100之间）采用一对物质（如苯与环己烷）由实验确定。

4.5气相色谱固定液选择的基本原则是什么？如何判断化合物的出峰顺序？

答：对于固定液的选择，要根据其相对极性，根据试样的性质，按照“相似相溶”的原则来选择，通常固定液的选择大致可分为以下五种情况：

（1）分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。

（2）分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。

（3）分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。

（4）醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液。

（5）组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相，出峰顺序需要实验确定。

4.6分离温度与组分保留时间有什么关系？温度升高，色谱峰形将发生什么改变？

分离温度直接影响分离度和组分的保留时间。首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围

之内。温度升高，被测组分在气相中的浓度增加，K变小，t R缩短，色谱峰变窄变高,分离

度增加；但对于低沸点组份峰易产生重叠，使分离度下降。

4.7降低载气流速，分离度是否一定增加？

答：不一定。增加柱效是提高分离度的一个直接有效手段，一般来说降低载气流速，可以使柱效提高；但降低载气流速又会使色谱峰变宽，使分离度下降。因此要看色谱峰型来改变条件。最终目的是达到分离好，出峰时间快。

4.8毛细管色谱的结构特点是什么？为什么具有很高的分离效率？

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。

4.9为什么毛细管色谱多使用氢火焰离子化检测器而不使用热导检测器？

毛细管色谱由于毛细管内径很小，柱容量很小，允许的进样量小。这可以通过采用分流技术来解决。而且毛细管柱后流出的试样组分量少、流速慢，易产生扩散而影响分离效果，在毛细管色谱柱中采取的解决方法是采用尾吹技术，即用气流将柱后流出物快速吹至检测器。因此毛细管色谱需要高灵敏度检测器。氢火焰离子化检测器结构简单，稳定性好，响应迅速，线性范围宽，对有机化合物具有很高的灵敏度，比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检出限可达10-9mg/s。因此毛细管色谱通常采用高灵敏的氢焰检测器，而不使用热导检测器。

5.1现代高效液相色谱的显著特征是什么？

高效液相色谱法的特点是高压、高效、高速、高灵敏度。适用于高沸点、热不稳定及生化试样的分析。

（1）高压:在高效液相色谱中，为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（<10μm），液体流动相高速通过时，将产生很高的压力，其工作压力范围为150～350×105 Pa。

（2）高速。高效液相色谱由于釆用了高压，流动相流速快，因而所需的分析时间较经典的柱色谱少得多。

（3）高效。高效液相色谱分析的柱效能约可达3万塔板/米以上，气相色谱的柱效能只有约2 000塔板／米。

（4）高灵敏度。由于采用了高灵敏度的检测器，最小检测量可达10-9g，甚至10-11g。而所

需试样量很少，微升数量级的试样就可以进行全分析。

（5）可用于高沸点的、不能气化的、热不稳定的以及具有生理活性物质的分析。一般来说，沸点在450℃以下，相对分子质量小于450的有机物可用气相色谱分析，但这些物质只占有机物总数的15％～20％，而其余的80％～85％，原则上都可采用高效液相色谱分析。

5.2为什么高效液相色谱分离柱的柱压比较高？

在高效液相色谱中，为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（<10μm），液体流动相高速通过时，将产生很高的压力，其工作压力范围为150～350×105 Pa。

5.3高效液相色谱中常用哪些检测器？各有什么特点？哪些适合梯度淋洗？

答：高效液相色谱要求检测器具有灵敏度高、重现性好，响应快、检测限低、线性范围宽、应用范围广等特性。目前应用较广的有紫外光度检测器，差示折光检测器，荧光检测器等数种。

(1)紫外光度检测器：紫外光度检测器的作用原理是基于待测组分在流出色谱柱后对特定波长紫外光的选择性吸收的大小，待测组分的浓度与吸光度的关系遵从比尔定律。这种检测器的灵敏度很高，其最小检测浓度可达10-9g·mL-1。对温度和流速都不敏感，可用于梯度洗提，结构也较简单。其缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样，也不能使用对紫外光不透过的溶剂如苯等。

(2)荧光检测器：荧光检测器是利用许多物质在受到紫外光激发后能发射荧光的性质而制成的检测器。被测物受强激发光照射后，辐射出比紫外光波长更长的荧光，荧光强度与被测物浓度成正比，通过荧光检测器采用光电倍增管使光信号转变为电信号检测出来。荧光检测器的灵敏度一般要比紫外光度检测器高2个数量级，选择性也好．但其线性范围较差。

(3)差示折光检测器：差示折光检测器是利用连续测定工作池中试液折射率的变化，来测定试液浓度的检测器。溶有被测组分的载液和单纯载液之间折射率之差，和被侧组分在试液中的浓度直接有关，因此可以根据折射率的改变，测定被测组分。

5.4用甲苯为流动相时，不能使用哪种检测器？

用甲苯为流动相时，由于甲苯有紫外吸收，不能使紫外光透过，不能使用UV检测器。

5.5哪种液相色谱检测器可获得三维不停留扫描谱图？原理是什么？

紫外阵列检测器中的光电二极管阵列，可由多达1024个二极管组成，各接受一定波长的光谱。由光源发射的光通过测量池时被组分吸收，包含了组分对各波长吸收的信息，分光后投射到二极管阵列上，因而不需要停流扫描即可获得色谱流出物各个瞬间的动态光谱吸收图。结合了计算机处理技术，可获得组分的三维色谱-光谱图。

5.6对比填充柱气相色谱、毛细管气相色谱、高效液相色谱速率方程中三项的变化。

速率方程（也称范.弟姆特方程式）：H = A + B/u + c·u它说明了影响柱效能的几个因素，它们包括：（1）涡流扩散项（A）；2）分子扩散项（B/u）；（3）传质阻力项（C·u）。

（2）充柱气相色谱：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。

（2）气相色谱：当采用毛细管作为气相色谱分离柱时，柱内不装填料，空心柱（管径0.2mm）阻力小，长度可达百米的毛细管柱。载气气流以单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流

扩散现象，即：H = B/u + C u。另外，将固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂层很薄，则气相和液相传质阻力C u大大降低。

（3）相色谱：在高效液相色谱中, 液体的扩散系数仅为气体的万分之一，则速率方程中的分子扩散项B/U较小，可以忽略不计，即：H = A + C u。而液体的粘度比气体大一百倍，密度为气体的一千倍，故降低传质阻力是提高液相色谱中提高柱效的主要途径。由速率方程，降低固定相粒度和液膜厚度可显著提高柱效，故在液相色谱中，担体粒度由早期的100μm 的大颗粒降低为5-10μm。化学键合使固定相表面有机层的传质阻力大大降低。液相色谱中，不可能通过增加柱温来改善传质。改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接的因素。

5.7解释气相色谱和高效液相色谱的柱效与流速关系曲线的不同。

液相色谱H-u曲线与其气相色谱不同，是一段斜率不大的直线，是因为分子扩散相对H 值的影响可以忽略不计。在液相色谱中，使用较高流速，柱效不会明显下降，有利于实现快速分离。

5.8正相色谱柱与反相色谱柱是如何界定的？各适合哪类物质的分离？

答：亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。适合极性化合物的分离，极性小的组分先流出，极性大的组分后流出。若流动相的极性大于固定液的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。适用于非极性化合物的分离，出峰顺序与正相分配色谱相反。

5.9高效液相色谱中为什么要采用梯度淋洗？如果组分保留时间太长，可采取什么措施调

节？

在一个分析周期内，按一定程序不断改变流动相的组成或浓度配比，称为梯度淋洗．梯度淋洗通过连续改变的是流动相的极性、pH或离子强度借以改变被分离组分的分配系数，以提高分离效果和加快分离速度。

在反相高校色谱中，如果保留时间过长，可以增加流动相体系中弱极性组成的比例，使保留时间缩短。

5.10液相色谱中可否采用毛细管柱来提高分离效果？为什么？

可以。高效液相色谱用毛细管柱又称微填充毛细管柱，通常采用较细的填料，填料越细柱效越高。

5.11离子色谱与离子交换色谱有什么差别？

离子交换色谱采用专门制备的离子交换色谱分离柱填料，则可以使液相色谱能够用于各种无机离子、有机酸碱及各种生物大分子的快速分析。离子色谱是在20世纪70年代中期发展起来的一种技术，与离子交换色谱的区别是其采用了特制的、具有极低交换容量的离子交换树脂作为柱填料，并采用淋洗液本底电导抑制技术和电导检测器，是测定混合阴离子的有效方法。

5.12连续抑制型离子色谱的抑制原理是什么。

在离子色谱中检测器为电导检测器,以电解质溶液作为流动相,为了消除强电解质背景对电导检测器的干扰,通常除了分析柱外,还增加一根抑制柱,这种双柱型离子色谱法称为化学

抑制型离子色谱法.

5.13分离阳离子时，采用的是阳离子交换树脂分离柱。为什么分析有机酸时，也可以使用

阳离子交换树脂？原理是什么？

在离子排斥色谱中，可以用高容量的阳离子交换树脂分析有机酸。纯水通过分离柱时，会围绕键合在树脂上面的磺酸基形成一水合壳层，这个壳层只允许未解离的化合物通过，完全解离的盐酸淋洗液不能通过。中性的水分子可以进入树脂的孔穴并回到流动相。有机酸进入柱子后，根据淋洗液的pH值，可以部分处于未解离状态。所以可以通过调整溶液pH值控制有机酸的解离。有机酸的保留主要取决于分析物的pK a值，酸性越弱，保留时间越长。

5.14分离下列物质，宜采用何种分离模式？

（1）稠环芳烃混合物：液-液分配与化学键合相色谱

（2）脂肪醇混合物：液-液分配与化学键合相色谱

（3）有机酸：离子交换色谱或离子色谱

（4）聚合物：凝胶色谱

（5）过渡金属离子：离子色谱

5.15在硅胶分离柱上，用甲苯为流动相，某组分的保留时间为25min。若改用四氯化碳或

三氯甲烷为流动相，分析哪种溶剂能缩短该组分的保留时间？

答：三氯甲烷

5.16指出下列物质分别在正相色谱柱和反相色谱柱上的流出顺序：

（1）酯，乙醚，硝基丁烷；（2）正己烷，正己醇，苯。

正相柱：（1）乙醚，乙酸已酯，硝基丁烷；（2）正己烷，苯，正己醇

反相柱：与正相柱流出顺序相反。

5.17毛细管电泳中，电渗流是如何产生的？朝何方向移动？对阴离子分离是否有利？

当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界面形成双电层，二者之间存在电位差。当液体两端施加电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动。这种液体相对于固体表面的移动现象叫做电渗现象，整体移动着的液体叫电渗流。

电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质：内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极；内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极。

对于石英毛细管柱，当内充液pH>3时，表面电离成-SiO-，管内壁带负电荷，形成双电层。在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层向阴极移动，阴离子受电泳和电渗流两种效应影响的运动方向相反，由于电渗流速度大于电泳迁移速度，阴离子在阴极最后流出。

5.18与传统电泳相比，高效毛细管电泳有哪些改进？

高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：（1）采用了0.05 mm内径的毛细管，（2）采用了高达数千伏的电压。

5.19为什么毛细管电泳具有非常高的分离效率？

毛细管的采用使产生的热量能够较快的散发，大大减小温度效应，使电场电压可以提高；电压升高，电场推动力大，又可以进一步使柱径变小，柱长增加，所以高效毛细管电泳的柱效远远高于高效液相色谱，理论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。

5.20什么是电渗淌度？电渗淌度与电泳淌度有什么不同？

电渗淌度，即电渗迁移率取决于电泳介质及双电层的Zeta电势；电泳淌度指的是带电离子在单位电场强度下的电泳迁移速度，取决于离子所带的有效电荷和平动摩擦阻力系数。

5.21影响毛细管电泳分离的关键因素有哪些？

纵向扩散的影响；进样的影响；焦耳热与温度梯度的影响；溶质与管壁间存在吸附与疏水作用；电分散作用和层流现象对谱带展宽的影响。

5.22胶束电动毛细管电泳为什么能够分离中性组分，其分离原理与色谱有哪些异同点？

胶束电动毛细管电泳是以胶束为固定相的一种色谱，是电泳技术与色谱技术的结合。MEKC是在电泳缓冲液中加入表面活性剂，当溶液中表面活性剂浓度超过临界胶束浓度时，

表面活性剂分子之间的疏水基因聚集在一起形成胶束，溶质不仅可以由于淌度差异而分离，同时又可基于在水相和胶束相之间的分配系数不同而得到分离，这样一般毛细管电泳中不能分离的中性化合物．在MEKC中也可以分离。所以MEKC能够像色谱分离一样，在电解质溶液和胶束两相间进行多次分配。

5.23为什么毛细管电泳在生命科学领域有较多应用？

由于毛细管电泳分离的柱效与溶质的扩散系数成反比，所以在分离大分子时，扩散系数小，可以得到高柱效，扩散系数越小，柱效越高，因此毛细管电泳能高效分离生物大分子，在生命科学领域应用广泛。