简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论

1、简述色谱基础理论中的塔板理论与速率理论(10分)

塔板理论就是由以下四个假设构成的:1、在柱内一小段长度H 内,组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H 。2、流动相(如载气)进入色谱柱不就是连续进行的,而就是脉动式,每次进气为一个塔板体积(ΔVm )。3、所有组分开始时存在于第0号塔板上,而且试样沿轴(纵)向扩散可忽略。4、分配系数在所有塔板上就是常数,与组分在某一塔板上的量无关。(3分)

速率理论:就是由荷兰学者范弟姆特等提出的。结合塔板理论的概念,把影响塔板高度的动力学因素结合进去,导出的塔板高度H 与载气线速度u 的关系:

Cu u B A H ++=

其中:A 称为涡流扩散项,B 为分子扩散项, C 为传质阻力项

涡流扩散项 A 气体碰到填充物颗粒时,不断地改变流动方向,使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动,因而引起色谱的扩张。由于 A=2λd p ,表明 A 与填充物的平均颗粒直径 dp 的大小与填充的不均匀性 λ 有关,而与载气性质、线速度与组分无关,因此使用适当细粒度与颗粒均匀的担体,并尽量填充均匀,就是减少涡流扩散,提高柱效的有效途径。

分子扩散项 B/u 由于试样组分被载气带入色谱柱后,就是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中,在“塞子”的前后 ( 纵向 ) 存在着浓差而形成浓度梯度,因此使运动着的分子产生纵向扩散。而 B=2rD g r 就是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数 ( 弯曲因子 ) , D g 为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与 D g 的大小成正比,而 D g 与组分及载气的性质有关:相对分子质量大的组分,其 D g 小 , 反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根,所以采用相对分子质量较大的载气 ( 如氮气 ) ,可使 B 项降低, D g 随柱温增高而增加,但反比于柱压。弯曲因子 r 为与填充物有关的因素。

传质项系数 Cu C 包括气相传质阻力系数 C g 与液相传质阻力系数 C 1 两项。所谓气相传质过程就是指试样组分从移动到相表面的过程,在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换,即进行浓度分配。这种过程若进行缓慢,表示气相传质阻力大,就引起色谱峰扩张。 (7分)

2、简述HPLC 仪器的基本构成及常用的一些分离类型。(10分)

HPLC 仪器一般可分为梯度淋洗系统,高压输液泵与流量控制系统,进样系统,分离柱及检测系统等5个主要部分(5分);液相色谱有多种分离类型,根据使用的固定相不同,主要有如下分离类型:液-固吸附色谱,液-液分配色谱、离子交换色谱,排阻色谱、亲与色谱等。(5分)

3、色谱分析法区别于其她分析方法的主要特点就是什么？(5分)

1、 分离效率高,可以分离分析复杂混合物、有机同系物、异构体、手性异构体等;

2、灵敏度

高,可以检测出μg/g 级甚至就是ng/g 级的物质量;3、分析速度快,一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析;4、应用范围广,气相色谱适用物沸点低于400℃的各种有机化合物或无机气体的分离分析。液相色谱适用于高沸点、热不稳定及生物试样的分离分析。离子色谱适用于无机离子及有机酸碱的分离分析。

4、色谱分离过程中的热力学与动力学因素分别由哪两个参数表现出来？两个色

谱峰的保留时间较大就一定能够分离完全不？(5分)

色谱分离过程中的热力学因数就是就是保留值之差,而区域宽度就是色谱分离过程中的动力学因数,她们分别就是通过分离度与分配系数这两个参数表现出来的。

不一定能分离完全,判断两个峰能否分离完全就是用分离度来表现的,当分离度R=1、5时,分离程度达到99、7%,为相邻两峰完全分离的标准。

5、选择气相色谱固定液的基本原则就是什么？如何判断化合物的出峰顺序？(5

分)

固定液通常中高沸点、难挥发的有机化合物或聚合物。选择固定液的基本原则就是“相似相溶”原理。即根据试样的性质来选择与其相近或相似的固定液。

根据组分与固定液的极性来判断出峰顺序。如果组分与固定液的极性相似,固定液与被测组分两种分子间的作用力就强,被测组分在固定液中的溶解度就大,分配系数就磊,就不能先出峰,即组分与固定液的极性相差较大的、分配系数小的先出峰,而分配系数大的后出峰。6、HPLC分析法中为什么采用梯度洗脱？如果组分保留时间太长,可以采取什么

措施调节？(5分)

在气相色谱中,可以通过控制柱温来改善分离、调节出峰时间。而在液相色谱中,分离温度必须保持在相对较低与恒定状态。改善分离、调节出峰时间的目的,需通过改变流动相组成与极性的方法即梯度洗脱的方法改变,从而可以使一个复杂样品中的性质差异较大的组分能按各自适宜的容量因子k达到良好的分离目的。

如果组分保留时间太长,可以通过改变柱长,增加流速,改变流动相的极性来调节。

7、简述光分析仪器的基本流程,并举例说明各基本单元所用的器件。(10分)

光分析仪器种类很多,原理各异,但均涉及以下过程:提供能量的能源及辐射控制、辐射能与待测物质之间的相互作用,信号发生、信号检测、信息处理与显示等。(首先就是被测物质与辐射能作用后,通过信号发生部分产生包含物质某些物理或化学性质信息的分析信号,再由信号检测部分将分析信号转变为易于测量处理的电信号,最后由信息处理与显示部分将信号与结果以展现出来,变成人们可以观瞧的形式。)

光分析仪器通常包括五个基本单元:光源、单色器、试样室、检测器、信息处理与显示装置。(5分)

光源:在光谱分析中通常根据方法特征采用不同的光源,如:可见光谱分析法中通常使用钨灯,而紫外光谱分析法中通常使用氢灯与氘灯,红外光谱分析法中经常使用能斯特灯。

单色器:作用就是将多色光色散成光谱带,提供光谱带或单色光。就是光分析仪器的核心部件之一,其性能决定了光分析仪器的分辨率。包括色散元件(光栅与棱镜),狭缝、准直镜等元件。

检测器有光检测器与热检测器两种,光检测器可分为单道型检测器与阵列型(多道型)检测器,单道型检测顺有光电池检测器、光电管检测器与光电倍增管检测器等,阵列型检测器有光电二极管阵列检测器与电荷转移元件阵列检测器等。热检测器有真空热电偶检测器与热电检测器。

信息处理与显示装置主要就是计算机,配合专用的工作站进行数据处理并显示在计算机屏幕上。(5分)

8、光分析法与其她分析方法相比有什么突出优点？(5分)

光分析法在分析过程不涉及混合物分离,某些方法可进行混合物选择性测量,仪器涉及大量光学器件,与其她分析方法相比,具有灵敏度高、选择性好、用途广泛等特点。它涉及辐射能与待测物质间的相互作用及原子或分子内的能级跃迁,能提供化合物的大量结构信息,在研究待测物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其她分析方法难以取代的地位。

9、为什么原子光谱通常为线状光谱而分子光谱通常为带状光谱？(5分)

原子光谱就是由原子所产生的吸收,包括原子发射,原子吸收与原子荧光三种,都经过原子化的过程以后,利用原子能级之间跃迁实现检测的,根据量子力学基本原理,能级跃迁均就是量子化的,且满足一定条件时才能有效发生,所以原子光谱就是线状光谱,谱线宽度很窄,其半宽度约为10-3nm。(同时由于原子内部不存在振动与转动能级,所发生的仅仅就是单一的电子能级跃进迁的缘故。)

分子光谱包括紫外-可见、红外与荧光三种,就是通过分子价层电子能级跃迁而产生的,