第18章 色谱法导论部分习题解答
18-1、答：
利用待分离的各种组分在两相间的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同而进行分离的方法（也叫层析法或色层法）
速差迁移是因为不同组分在两相间的分配系数不同而引起的。按照t R =t m (1+K V s ) 可见，V m
速差迁移取决于色谱热力学因素，包括固定相与流动相的性质与组成，组分性质以及固定相与流动相的体积比。
分子离散是因为分子在色谱分离过程中存在涡流扩散、纵向扩散和传质阻力造成的，按照速率方程可知，分子离散取决色谱动力学因素，包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度、以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。
18-5．解：
（1）由题可知，各组分保留时间和色谱体系死时间分别为：
t A = 18.0 min, t B = 25.0 min, t M = 2.0 min
所以，组分A 和B 的调整保留时间分别为：
t A ΄= t A – t M = 16.0 min；t B ΄ = t B - tM =23.0 min
所以，B 组分相对于A 的相对保留值为：αB , A
' t R t R （2）因为t R =t M (1+k ) ，所以k = -1=t M t M
' t A 16. 0所以，A 组分的保留因子为：k A ===8. 0 t M 2. 0
' t B 23. 0B 组分的保留因子为：k B ===11. 5 t M 2. 0/t B 23=/==1. 438 t A 16
（3）因为组分在流动相中的停留时间等于流动相在柱中的停留时间，分子在固定相的平均时间等于组分的调整保留时间，所以B 组分在流动相和固定相的停留时间分别为：
/t B , m =t M =2. 0min ； t B , s =t B =23. 0min
2. 0=8. 0% 25. 0
23. 0=92. 0% B 组分在固定相的停留时间占保留时间的分数为：25. 0B 组分在流动相的停留时间占保留时间的分数为：
18-9答：
影响色谱峰区域扩张的因素包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。
18-12、答．
（1）因为最佳流速u opt 为：u opt =(C m +C s ) ，而当流动相的分子量增加时，组分在流动相中的扩散系数D m 下降，因此分子扩散相B 下降，流动相传质阻力项C s 增加，所以最佳流速u opt 减小。因为N 2比H 2分子量大，所以用N 2作载气比用H 2作载气更小的最佳流速u opt 。
（2）因为最小板高H min 为：
H min 2d p d 22γD m k 2k f =A B (C s +C m ) =A +⨯(0. 01⋅u +q ⋅u ) 22u (1+k ) D m (1+k ) D s
可见，用N 2作为载气时，因为组分在流动相中的扩散系数D m 小，所以最小板高H min 小。
（3）当流速大于u opt 时，控制柱效的因素为传质阻力。因此，随着流速增加，传质阻力大幅增加，板高增加。同时，用N 2作载气时，组分在流动相中的扩散系数D m 小，传质阻力大，因此板高增加幅度大。
（4）当流速小于u opt 时，控制柱效的因素为分子扩散。因此，随着流速下降，分子扩散增大，板高增加。同时，用N 2作载气时，组分在流动相中的扩散系数D m 大，分子扩散小，因此板高增加幅度小。
（5）快速分析需要采用比较高的流动相流速，为了保证高流速下的高柱效，应采用H 2作为载气。
18-14、解：
由题目可知：L =18cm；t R(A)=16.40min，t R(B)=17.63min；W A =1.11min，W B =1.21min；t M =1.30min。
（1）按照理论塔板数的计算公式N =16(t R 2) ，所以： W
t R 216. 402) =16() =3492. 7 W 1. 11
t R 217. 632) =16() =3. 396. 7 W 1. 21
3 对于A 组分分离的理论塔板数为：N A =16( 对于B 组分分离的理论塔板数为：N B =16( 因此，该色谱柱的平均理论塔板数为： N =(N A +N B ) 2=3. 44⨯10
（2）平均理论塔板高度为：H =L 18==5. 23⨯10-3(cm) 3N 3. 44⨯10
（3）按照分辨率的定义式，分离度为R =2(t RB -t RA ) 2⨯(17. 63-16. 40) ==1. 06 W A +W B 1. 11+1. 21
色谱分离需要的时间取决于最后一个组分的出峰时间，因此本色谱体系分离需要的时间为组分B 的保留时间，即17.63min 。
（4）按照分辨率的理论式R =k N α-1⨯⨯2，当固定相和流动相的性质、相比和流4α1+k 2
N =L ，即：R ∝L H 动相流速等都保持不变时，k 、α 和H 均保持不变，所以有R ∝所以，1. 06；所以L =36.0cm。 =1. 5L
当柱子的其它性质和分离条件不变时，组分在柱上的k 不变，即组分在柱子上的迁移速度不变。按照t R =L ，有t R ∝L 。所以组分B 在长柱上的保留时间t R 为： u x
17. 6318，t R =35.3min。 =t R 36
所以在长色谱柱中，分离时间为35.3min 。
18-20、解： 因为：ωi =A i f i ⨯100% A f i i
所以，对于乙苯有：
ωi =A i f i 180⨯0. 97⨯100%=⨯100%=32. 48% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于对二甲苯有：
ωi =A i f i 92⨯1. 0⨯100%=⨯100%=17. 11% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于间二甲苯有：
ωi =A i f i 170⨯0. 96⨯100%=⨯100%=30. 36% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于邻二甲苯有：
ωi =
A i f i 110⨯0. 98⨯100%=⨯100%=20. 05% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
18-22、解：
（1）因为：m i =f i A i ，m s =f s A s ，所以f is =f i m i A i =f s m s A s
所以，f As =f A m A A A 188. 640784===1. 255 f s m s A s 180. 48964
f B m B A B 234. 42784===1. 490 f s m s A s 180. 48964
m A m f i m i A i ，所以：ωi =i ⨯100%=f is ⨯i ⨯s ⨯100% =f s m s A s m A s m f Bs =（2）按照f is =
对于A 组分，有：
ωA =m A A m 4619634. 00⨯100%=f As ⨯A ⨯s ⨯100%=1. 255⨯⨯⨯100%=9. 82% m A s m 32246622. 6
对于B 组分，有：
ωB =m B A m 6530034. 00⨯100%=f Bs ⨯B ⨯s ⨯100%=1. 490⨯⨯⨯100%=16. 48% m A s m 32246622. 6
第19章 气相色谱法部分习题解答
19-1、答：
与填充柱气相色谱相比，毛细管气相色谱仪的柱前增加了一个分流进样器，柱后增加了尾吹气路。样品经过气化后可以选择全部或部分进入色谱柱中，从柱后流出的样品则在尾吹气作用下得到富集并加速进入检测器，以减少峰展宽和提高检测灵敏度。
19-8、答
在GC 中，色谱柱的上限温度取决于固定液的沸点。
19-10、答：
气相色谱中的程序升温则是指在气相色谱分离过程中由低到高改变色谱柱炉温的操作方法。 使用程序生温的目的是为了提高分离的分辨率和加快分析速度，实现沸点相差很大的组分的混合物的有效和快速分离。
19-13
（1）乙醇中微量水：采用填充柱气相色谱，用高分子多孔微球为固定相，H 2或He 为流动相，采用热导池检测器检测。
（2）超纯N 2中的O 2：采用填充柱气相色谱，用固体吸收剂为固定相，Ar 为流动相，采用电子捕获检测器检测。
（3）蔬菜中有机磷农药：采用毛细管气相色谱，用强极性固体液为固定相，H 2为流动相，采用氮磷检测器检测。
（4）微量苯、甲苯和二甲苯：采用毛细管气相色谱，用非极性固定液为固定相，H 2为流动相，采用氢火焰离子检测器检测。
第20章 液相色谱法部分习题解答
20-1、答：
与经典液相色谱相比，HPLC 柱更短、更细，填料粒径更小，填充更均匀，分离在高压下进行，并且具有在线检测的功能，因此具有高柱效、高灵敏度和快速分离的特点，可用于准确的定性和定量分析；经典液相色谱一般用于制备分离。
与气相色谱相比，HPLC 的流动相种类多，对分离的作用大；此外，HPLC 一般在常温、高压和较低流速下，其柱效、灵敏度和分离速度都不如开管气相色谱好，但HPLC 种类很多，可以用于热不稳定和沸点高的化合物的分离，适用面更广；而GC 只能用于热稳定和500o C 可以气化的化合物的分离。
20-2、答：
HPLC 仪器的主要组成部件有：流动相储器和溶剂处理系统、高压泵系统、进样系统、色谱柱、检测器；
它与GC 仪器的相同点是：都有流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器；不同点是：
（1）流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器在HPLC 和GC 中各不相同；（2）GC 中的有一个温控系统，控制进样系统、色谱柱和检测器的温度；而HPLC 中只有一个柱温箱，用于恒定色谱柱温度。（3）HPLC 有一个高压泵系统，而GC 中不需要。
20-4、答：
采用极性固定相，非极性或弱极性流动相的HPLC 方法称为正相色谱；采用非极性固定相，
极性流动相的HPLC 方法称为反相色谱。在正相色谱中，色谱固定相极性增加，流动相极性减弱，导致极性溶质保留能力增强，出峰时间延长；在反相色谱中，色谱固定相非极性增加，流动相极性增强，导致非极性溶质保留能力增强，出峰时间延长。
20-5、答：
在正相色谱中，组分的极性越大，保留时间越长，即非极性组分先出峰；而在反相色谱中，组分的极性越大，保留时间越短，即极性组分先出峰。因此：
（a ）对于正己烷、正己醇、苯，极性从大到小依次为正己醇、苯和正己烷。所以，在正相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：正己烷、苯和正己醇；在反相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：正己醇、苯和正己烷；
（b ）对于乙酸乙酯、乙醚和硝基丁烷，极性从大到小依次为：硝基丁烷、乙酸乙酯和乙醚。所以，在正相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：乙醚、乙酸乙酯和硝基丁烷；在反相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：硝基丁烷、乙酸乙酯和乙醚。
20-12、答：
硅胶色谱属于正相色谱，对于正相色谱，流动相极性减弱会导致组分保留能力增强，出峰时间延长。因为甲苯、四氯化碳及三氯甲烷的极性指数分别是2.4、1.6、4.1，即CCl 4的极性小于甲苯小于CHCl 3，所以，CHCl 3能更有效缩短保留时间。
20-20、答：
（a ）两组分为同分异构体，用液固吸附色谱分离；
（b ）两组分为强极性化合物，可以采用正相色谱分离；
（c ）两组分为离子，采用离子交换色谱分离
（d ）两组分为有机弱酸，可以采用反相色谱分离；
（e ）分离组分为大分子化合物，使用凝胶色谱。
第18章 色谱法导论部分习题解答
18-1、答：
利用待分离的各种组分在两相间的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同而进行分离的方法（也叫层析法或色层法）
速差迁移是因为不同组分在两相间的分配系数不同而引起的。按照t R =t m (1+K V s ) 可见，V m
速差迁移取决于色谱热力学因素，包括固定相与流动相的性质与组成，组分性质以及固定相与流动相的体积比。
分子离散是因为分子在色谱分离过程中存在涡流扩散、纵向扩散和传质阻力造成的，按照速率方程可知，分子离散取决色谱动力学因素，包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度、以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。
18-5．解：
（1）由题可知，各组分保留时间和色谱体系死时间分别为：
t A = 18.0 min, t B = 25.0 min, t M = 2.0 min
所以，组分A 和B 的调整保留时间分别为：
t A ΄= t A – t M = 16.0 min；t B ΄ = t B - tM =23.0 min
所以，B 组分相对于A 的相对保留值为：αB , A
' t R t R （2）因为t R =t M (1+k ) ，所以k = -1=t M t M
' t A 16. 0所以，A 组分的保留因子为：k A ===8. 0 t M 2. 0
' t B 23. 0B 组分的保留因子为：k B ===11. 5 t M 2. 0/t B 23=/==1. 438 t A 16
（3）因为组分在流动相中的停留时间等于流动相在柱中的停留时间，分子在固定相的平均时间等于组分的调整保留时间，所以B 组分在流动相和固定相的停留时间分别为：
/t B , m =t M =2. 0min ； t B , s =t B =23. 0min
2. 0=8. 0% 25. 0
23. 0=92. 0% B 组分在固定相的停留时间占保留时间的分数为：25. 0B 组分在流动相的停留时间占保留时间的分数为：
18-9答：
影响色谱峰区域扩张的因素包括填料颗粒大小、填充均匀程度、流动相流速、柱温、分子扩散系数、固定液膜厚度以及色谱柱长度、形状和色谱系统死体积等因素。
18-12、答．
（1）因为最佳流速u opt 为：u opt =(C m +C s ) ，而当流动相的分子量增加时，组分在流动相中的扩散系数D m 下降，因此分子扩散相B 下降，流动相传质阻力项C s 增加，所以最佳流速u opt 减小。因为N 2比H 2分子量大，所以用N 2作载气比用H 2作载气更小的最佳流速u opt 。
（2）因为最小板高H min 为：
H min 2d p d 22γD m k 2k f =A B (C s +C m ) =A +⨯(0. 01⋅u +q ⋅u ) 22u (1+k ) D m (1+k ) D s
可见，用N 2作为载气时，因为组分在流动相中的扩散系数D m 小，所以最小板高H min 小。
（3）当流速大于u opt 时，控制柱效的因素为传质阻力。因此，随着流速增加，传质阻力大幅增加，板高增加。同时，用N 2作载气时，组分在流动相中的扩散系数D m 小，传质阻力大，因此板高增加幅度大。
（4）当流速小于u opt 时，控制柱效的因素为分子扩散。因此，随着流速下降，分子扩散增大，板高增加。同时，用N 2作载气时，组分在流动相中的扩散系数D m 大，分子扩散小，因此板高增加幅度小。
（5）快速分析需要采用比较高的流动相流速，为了保证高流速下的高柱效，应采用H 2作为载气。
18-14、解：
由题目可知：L =18cm；t R(A)=16.40min，t R(B)=17.63min；W A =1.11min，W B =1.21min；t M =1.30min。
（1）按照理论塔板数的计算公式N =16(t R 2) ，所以： W
t R 216. 402) =16() =3492. 7 W 1. 11
t R 217. 632) =16() =3. 396. 7 W 1. 21
3 对于A 组分分离的理论塔板数为：N A =16( 对于B 组分分离的理论塔板数为：N B =16( 因此，该色谱柱的平均理论塔板数为： N =(N A +N B ) 2=3. 44⨯10
（2）平均理论塔板高度为：H =L 18==5. 23⨯10-3(cm) 3N 3. 44⨯10
（3）按照分辨率的定义式，分离度为R =2(t RB -t RA ) 2⨯(17. 63-16. 40) ==1. 06 W A +W B 1. 11+1. 21
色谱分离需要的时间取决于最后一个组分的出峰时间，因此本色谱体系分离需要的时间为组分B 的保留时间，即17.63min 。
（4）按照分辨率的理论式R =k N α-1⨯⨯2，当固定相和流动相的性质、相比和流4α1+k 2
N =L ，即：R ∝L H 动相流速等都保持不变时，k 、α 和H 均保持不变，所以有R ∝所以，1. 06；所以L =36.0cm。 =1. 5L
当柱子的其它性质和分离条件不变时，组分在柱上的k 不变，即组分在柱子上的迁移速度不变。按照t R =L ，有t R ∝L 。所以组分B 在长柱上的保留时间t R 为： u x
17. 6318，t R =35.3min。 =t R 36
所以在长色谱柱中，分离时间为35.3min 。
18-20、解： 因为：ωi =A i f i ⨯100% A f i i
所以，对于乙苯有：
ωi =A i f i 180⨯0. 97⨯100%=⨯100%=32. 48% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于对二甲苯有：
ωi =A i f i 92⨯1. 0⨯100%=⨯100%=17. 11% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于间二甲苯有：
ωi =A i f i 170⨯0. 96⨯100%=⨯100%=30. 36% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
对于邻二甲苯有：
ωi =
A i f i 110⨯0. 98⨯100%=⨯100%=20. 05% 180⨯0. 97+92⨯1. 0+170⨯0. 96+110⨯0. 98A i f i
18-22、解：
（1）因为：m i =f i A i ，m s =f s A s ，所以f is =f i m i A i =f s m s A s
所以，f As =f A m A A A 188. 640784===1. 255 f s m s A s 180. 48964
f B m B A B 234. 42784===1. 490 f s m s A s 180. 48964
m A m f i m i A i ，所以：ωi =i ⨯100%=f is ⨯i ⨯s ⨯100% =f s m s A s m A s m f Bs =（2）按照f is =
对于A 组分，有：
ωA =m A A m 4619634. 00⨯100%=f As ⨯A ⨯s ⨯100%=1. 255⨯⨯⨯100%=9. 82% m A s m 32246622. 6
对于B 组分，有：
ωB =m B A m 6530034. 00⨯100%=f Bs ⨯B ⨯s ⨯100%=1. 490⨯⨯⨯100%=16. 48% m A s m 32246622. 6
第19章 气相色谱法部分习题解答
19-1、答：
与填充柱气相色谱相比，毛细管气相色谱仪的柱前增加了一个分流进样器，柱后增加了尾吹气路。样品经过气化后可以选择全部或部分进入色谱柱中，从柱后流出的样品则在尾吹气作用下得到富集并加速进入检测器，以减少峰展宽和提高检测灵敏度。
19-8、答
在GC 中，色谱柱的上限温度取决于固定液的沸点。
19-10、答：
气相色谱中的程序升温则是指在气相色谱分离过程中由低到高改变色谱柱炉温的操作方法。 使用程序生温的目的是为了提高分离的分辨率和加快分析速度，实现沸点相差很大的组分的混合物的有效和快速分离。
19-13
（1）乙醇中微量水：采用填充柱气相色谱，用高分子多孔微球为固定相，H 2或He 为流动相，采用热导池检测器检测。
（2）超纯N 2中的O 2：采用填充柱气相色谱，用固体吸收剂为固定相，Ar 为流动相，采用电子捕获检测器检测。
（3）蔬菜中有机磷农药：采用毛细管气相色谱，用强极性固体液为固定相，H 2为流动相，采用氮磷检测器检测。
（4）微量苯、甲苯和二甲苯：采用毛细管气相色谱，用非极性固定液为固定相，H 2为流动相，采用氢火焰离子检测器检测。
第20章 液相色谱法部分习题解答
20-1、答：
与经典液相色谱相比，HPLC 柱更短、更细，填料粒径更小，填充更均匀，分离在高压下进行，并且具有在线检测的功能，因此具有高柱效、高灵敏度和快速分离的特点，可用于准确的定性和定量分析；经典液相色谱一般用于制备分离。
与气相色谱相比，HPLC 的流动相种类多，对分离的作用大；此外，HPLC 一般在常温、高压和较低流速下，其柱效、灵敏度和分离速度都不如开管气相色谱好，但HPLC 种类很多，可以用于热不稳定和沸点高的化合物的分离，适用面更广；而GC 只能用于热稳定和500o C 可以气化的化合物的分离。
20-2、答：
HPLC 仪器的主要组成部件有：流动相储器和溶剂处理系统、高压泵系统、进样系统、色谱柱、检测器；
它与GC 仪器的相同点是：都有流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器；不同点是：
（1）流动相输入系统、进样系统、色谱柱和检测器在HPLC 和GC 中各不相同；（2）GC 中的有一个温控系统，控制进样系统、色谱柱和检测器的温度；而HPLC 中只有一个柱温箱，用于恒定色谱柱温度。（3）HPLC 有一个高压泵系统，而GC 中不需要。
20-4、答：
采用极性固定相，非极性或弱极性流动相的HPLC 方法称为正相色谱；采用非极性固定相，
极性流动相的HPLC 方法称为反相色谱。在正相色谱中，色谱固定相极性增加，流动相极性减弱，导致极性溶质保留能力增强，出峰时间延长；在反相色谱中，色谱固定相非极性增加，流动相极性增强，导致非极性溶质保留能力增强，出峰时间延长。
20-5、答：
在正相色谱中，组分的极性越大，保留时间越长，即非极性组分先出峰；而在反相色谱中，组分的极性越大，保留时间越短，即极性组分先出峰。因此：
（a ）对于正己烷、正己醇、苯，极性从大到小依次为正己醇、苯和正己烷。所以，在正相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：正己烷、苯和正己醇；在反相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：正己醇、苯和正己烷；
（b ）对于乙酸乙酯、乙醚和硝基丁烷，极性从大到小依次为：硝基丁烷、乙酸乙酯和乙醚。所以，在正相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：乙醚、乙酸乙酯和硝基丁烷；在反相色谱中的出峰顺序从先到后依次为：硝基丁烷、乙酸乙酯和乙醚。
20-12、答：
硅胶色谱属于正相色谱，对于正相色谱，流动相极性减弱会导致组分保留能力增强，出峰时间延长。因为甲苯、四氯化碳及三氯甲烷的极性指数分别是2.4、1.6、4.1，即CCl 4的极性小于甲苯小于CHCl 3，所以，CHCl 3能更有效缩短保留时间。
20-20、答：
（a ）两组分为同分异构体，用液固吸附色谱分离；
（b ）两组分为强极性化合物，可以采用正相色谱分离；
（c ）两组分为离子，采用离子交换色谱分离
（d ）两组分为有机弱酸，可以采用反相色谱分离；
（e ）分离组分为大分子化合物，使用凝胶色谱。