仪器分析课后答案：第十九章 气相色谱法

第十九章 气相色谱法
习题 P511～P512
1．实验条件 柱温：80℃；气化室与氢焰检测室温度：120℃；载气：N 2，30~40mL/min ；H 2:N 2=1:1；H 2:空气=1/5~1/10；样品：0.05%（体积分数）苯的二硫化碳溶液（浓度需准确配制）；进样量：0.5μL ，进样3次。

已知苯的密度为0.88mg/μL 。

数据：噪声N=±0.01mV ；峰高平均值10.10cm ；半峰宽平均值0.202cm ；记录器灵敏度C 1=0.40mV/cm ；记录纸倒数C 2=0.50min/cm ；衰减K=16（所测峰高为真实高的1/16）。

求检测器的灵敏度S m 及检测限D m 。

解：)/(6021g s mV W
C C A S m ⋅⋅⋅⋅= 其中：记录器灵敏度C 1=0.40mV/cm ；记录纸倒数C 2=0.50min/cm
22/176.34202.01610.10065.1065.1cm W K h A =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= g g W 732102.21088.05.01005.0---⨯=⨯⨯⨯⨯=
g s mV S m /1090.1102.26050.040.076.3497⋅⨯=⨯⨯⨯⨯=
- s g g
s mV mV s g S N D m m /1005.1/1090.101.02)/(2119-⨯=⋅⨯⨯==
2． 在一根甲苯硅橡胶（OV-1）色谱柱上，柱温120℃。

测得一些纯物质的保留时间（s ）：甲烷4.9、正己烷84.9、正庚烷145.0、正辛烷250.3、正壬烷436.9、苯128.8、3-正己酮230.5、正丁酸乙酯248.9、正己醇413.2及某正构饱和烷烃50.6。

（1）求出这些化合物的保留指数。

说明应如何正确选择正构烷烃物质对，以减小计算误差；
（2）解释上述5个六碳化合物的保留指数为何不同；（3）未知正构饱和烷烃是什么物质？ 解：（1）∵t R （甲烷）=t 0=4.9 s,
∴ t ’R （正己烷）= 84.9 – 4.9 = 80.0 s, t ’R （正庚烷）=145.0 – 4.9 = 140.1 s
t ’R （正辛烷）=250.3 – 4.9 = 245.4 s, t ’R （正壬烷）=436.9 – 4.9 = 432.0 s
t ’R （苯）=128.8 – 4.9 = 123.9 s, t ’R （3-正己酮）=230.5 – 4.9 = 225.6 s
t ’R （正丁酸乙酯）=248.9 – 4.9 = 244.0 s, t ’R （正己醇）=413.2 – 4.9 = 408.3 s
t ’R （正构烷烃）=50.6 – 4.9 = 45.7 s
∵ I x = 100[z + n ˙(㏒t ’R （x ）-㏒t ’R （z ）)/(㏒t ’R （z+n ）-㏒t ’R （z ）)]
∴ I 苯= 100[6 + 1˙(㏒123.9-㏒80.0)/(㏒140.1-㏒80.0)]=678.1
I 3-正己酮=100[7 +1˙(㏒225.6- ㏒140.1)/(㏒245.4-㏒140.1)]=785.0, I 正丁酸乙酯=100[7 +1˙(㏒244.0-㏒140.1)/(㏒245.4- ㏒140.1)]=799.0, I 正己醇=100[8 +1˙(㏒408.3-㏒245.4)/(㏒432.0-㏒245.4)]=890.1, I 未知物=100[6 +1˙(㏒45.7-㏒80.0)/(㏒140.1-㏒80.0)]=500.1
在选择正构烷烃物质对时，应使待测物质的t ’R 位于两个正构烷烃物质之间。

（2） OV-1为甲基硅氧烷类固定液，属于弱极性固定液。

被分离组分为极性和弱极性物，它们和固定液之间的作用力主要为诱导力，被分离组分的极性越强，诱导力越强，出峰顺序按极性从弱到强出峰。

正戊烷、苯、3-正己酮、正丁酸乙酯和正己醇的极性依次增大，故在OV-1柱上的保留指数也是依次增大的，分别为500.1、678.1、785.0、799.0、890.0
（3）未知正构烷烃为正戊烷。

3．有一含有4种组分的样品，用气相色谱法FID 检测器测定含量，实验步骤如下：
（1）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，它们的质量分别为0.435g 、0.653g 、0.864g 、0.864g 及1.760g 。

吸取混合溶液0.2μL 。

进样3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。

（2）测定样品 在相同的实验条件下，取样品0.5μL ，进样3次，测得A 、B 、C 及D 的峰面积分别为3.50、4.50、4.00及2.00面积单位。

已知它们的相对分子质量分别为32.0、60.0、74.0及88.0。

（3）求算 各种组分的相对质量校正因子，相对物质的量校正因子，各组分的质量分数，各组分的摩尔分数。

解：（1）相对质量校正因子及各组分的质量分数
s i i s s s i i s m i m m m A m A A m A m f f f ===
//')(')( 924.050
.6435.000.4653.0=⨯⨯=∴mA f 04.160.7435.000.4864.0=⨯⨯=mB f
981.010.8435.000.4864.0=⨯⨯=mC f 08.10
.15435.000.4760.1=⨯⨯=mD f %100)((%)')(')(⨯=
∑i i m i i m i A f A f ω %1.23%10000
.208.100.4981.050.404.150.3924.050.3924.0%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=A ω %4.33%10000.208.100.4981.050.404.150.3924.050.404.1%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=
B ω%0.28%10000.208.100.4981.050.404.150.3924.000.4981.0%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=
C ω %4.15%10000
.208.100.4981.050.404.150.3924.000.208.1%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=D ω （2）相对物质的量校正因子及各组分的摩尔分数
i s m i s i s i s s s
s i i i s M i M M M M f M m A M m A A M m A M m f f f ====/)(/)(')(')
( 25.20
.3206.78924.0=⨯==A s mA MA M M f f 35.10
.6006.7804.1=⨯==B s mB MB M M f f 03.10
.7406.78981.0=⨯==C s mC MC M M f f 96.00.8806.7808.1=⨯==D s mD
MD M M f f %100)
((%)⨯=∑i M i M A f A f i %4.39%10000
.296.000.403.150.435.150.325.250.325.2%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=A
%4.30%10000
.296.000.403.150.435.150.325.250.435.1%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=B %6.20%10000
.296.000.403.150.435.150.325.200.403.1%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=C %6.9%10000.296.000.403.150.435.150.325.200.296.0%=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=
D
4．化学纯二甲苯为邻、间及对位二甲苯3种异构体的混合物，用气相色谱法分析如下：
（1）实验条件 色谱柱：有机皂土-34+DNP/101载体（4+4/100，质量比），柱长2m ；柱温70℃；检测器为热导池，100℃；载气为H 2，流速36mL/min 。

（2）测得数据 对二甲苯：h=4.95cm ，W 1/2=0.92cm ；间二甲苯：h=14.40cm ，W 1/2=0.98cm ；邻二甲苯：h=3.22cm ，W 1/2=1.10cm 。

（3）用归一化法计算它们的含量。

解：%100)((%)')(')(⨯=∑i i m i
i m i A f A f ω
04.104.108
.1:,'''===对间邻相对质量校正因子为查附录f f f %46.16%10098.040.1404.192.095.404.110.122.308.110.122.308.1(%)=⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=
邻ω%38.20%10098.040.1404.192.095.404.110.122.308.192.095.404.1(%)=⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=
对ω%16.63%10098
.040.1404.192.095.404.110.122.308.198.040.1404.1(%)=⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=间ω 5．冰醋酸的含水量测定。

内标物为甲醇0.4896g ，冰醋酸52.16g ，H 2O 的峰高为16.30cm ，半峰宽为0.159cm ，甲醇峰高14.40cm ，半峰宽为0.239cm ，用内标法计算该冰醋酸中的含水量。

解： %100(%)''⨯⨯=m
m f A f A is is is i i i ω 以峰高校正因子计算，f H2O =0.224 f 甲=0.340
%70.0%10016.524896.0340.040.14224.030.16%100(%)''2=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=m
m f h f h is is is i i O H ω以峰面积校正因子计算，f H2O =0.55 f 甲=0.58
%67.0%10016.524896.058.0239.040.14065.155.0159.030.16065.1%100(%)''2=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=m
m f A f A is is is i i O H ω 第二十章 高效液相色谱法
习题 P555～P556
1．某YWG-C 18H 37 4.6mm ⨯25cm 柱，分析苯与萘，以甲醇-水（80:20）为流动相，记录纸速为5mm/min 。

进样5次，测得数据如下表：
求柱效、分离度及定性重复性。

苯 t R /min 4.65 4.65 4.65 4.64 4.65
W 1/2/mm 0.79 0.76 0.74 0.78 0.78
萘 t R /min 7.39 7.38 7.37 7.36 7.35
W 1/2/mm 1.14 1.16 1.13 1.19 1.13
解：①柱效
苯:77.0)(65
.4(min)2/1==mm W t R 萘: 15.1)(37.7(min)2/1==mm W t R
22
/1)(54.5W t n R = )(/1002.2)25(/5050)77
.0565.4(
54.542m cm n ⨯==⨯=苯 )(/1028.2)25(/5688)15.1537.7(54.542m cm n ⨯==⨯=萘 ②分离度
34.8)
15.177.0(699.15)65.437.7(2)(699.1)(2)
(2)1(2/1)2(2/1121212=+⨯-=+-=+-=W W t t W W t t R R R R R ③定性重复性
苯t R 的精密度%096.0%100/1)(2
=⨯--=∑R R R t n t t RSD i
萘t R 的精密度%21.0%100/1)(2
=⨯--=∑R R R t n t t RSD i
2．用15cm 长的ODS 柱分离两个组分。

已知在实验条件下，柱效n=2.84⨯104/m 。

用苯磺酸
钠溶液测得死时间t 0=1.31min ；测得组分的t R1=4.10及t R2=4.38min 。

（1） 求k 1、k 2、α及R 值；
（2） 若增加柱长至30cm ，分离度R 可否达1.5？
解:(1)0
't t k R = min 79.231.110.40'11=-=-=t t t R R min 07.331.138.40'22
=-=-=t t t R R 34.231.1/07.313.231.1/79.221====k k
10.113
.234.212===k k α 04.1)34.2134.2)(10.1110.1(4
100151084.2)1)(1(4422=+-⨯⨯=+-=k k n R αα (2)5.147.130
15)04.1()(22221
221<=⇒==R R L L R R
3．在30.0cm 柱上分离AB 混合物，A 物质保留时间16.40min ，峰底宽1.11min ，B 物质保留时间17.63min ，峰底宽1.21min ，不保留物1.30min 流出色谱柱，
计算：（1）AB 两峰的分离度；（2）平均理论塔板数及理论塔板高度；（3）达到1.5分离度所需柱长；（4）在长柱上洗脱出B 物质所需的时间？
解:min 11.1min 40.16==A R W t A
min 30.1min 21.1min
63.170===t W t B R B (1) 06.121.111.1)40.1663.17(2)
(21
2=+-=+-=W W t t R A B R R (2) 2)(
16W t n R = )30(/3396)21.163.17(16)30(/3492)11
.140.16(1622cm n cm n B A ==== mm n L H mm n L H B A 088.03396
1030086.034921030=⨯===⨯==
(3) cm L L L L R R 6030)5.106.1()(222
2
1
221=⇒== (4)假设塔板高度不变, min 3530
6063.17≈⨯=B R t
5．在ODS 柱上分离乙酰水杨酸和水杨酸混合物，结果乙酰水杨酸保留时间7.42min ，水杨酸保留时间8.92min ，两峰的峰宽分别为0.87min 和0.91min ，问：此分离度是否适于定量分析？
解: 5.168.191
.087.0)42.792.8(2)
(21212>=+-=+-=W W t t R R R ∴此分离度是适于定量分析
6．一个不对称的色谱峰（拖尾峰）的保留时间为15.27min ，保留时间后边（右边）的峰宽为0.58min ，与其相邻的是一个正态峰，保留时间为16.43min ，保留时间前边（左边）的峰宽为0.37min ，计算两峰分离度。

解: 22.12
)37.058.0()27.1543.16(2)
(21212=⨯+-=+-=W W t t R R R
7．用外标法测黄芩药材中有效成分黄芩苷的含量。

先配制标准溶液：精确称量黄芩苷标准品25.0mg 置于100mL 容量瓶，以50%乙醇溶液溶解，定容为标准储备液。

精确量取标准储备液2.00mL 、4.00mL 、6.00mL 、8.00mL 和10.00mL ，分别置于100mL 容量瓶，定容为系列标准溶液。

其次，配制样品溶液：药材经干燥，粉碎，过筛。

精确称量25.6mg 置于碘瓶中，精确加入100.00mL50%乙醇溶液，密塞，超声振荡30min 提取，过滤得供试品溶液。

各溶液进样20μL ，3次进样取平均值。

标准溶液的峰面积分别为31582、69355、106311、142196和177714面积单位。

样品溶液的峰中对应为黄芩苷的峰面积为70214面积单位，计算药材中黄芩苷的含量。

解: V(mL) 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 C(mg/100mL) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
A 31582 69355 106311 142196 177714
经线性回归,可得回归方程:
A = 73021C - 4099.9
当A = 70214时,C = 1.02mg/100mL
∴药材中黄芩苷的含量为: %98.3%1006
.2502.1=⨯。