色谱实验报告之色谱参数的测试及计算

学院 化 学 化 工 学 院 班 级 应 化 0904 学 号 *********

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实验日期 2012 年 4 月 28 日 指导教师 郭 方 遒

色谱参数的测试及计算 一、实验目的 1. 学习并掌握色谱柱柱温的对色谱曲线的影响以及选择的方法。 2. 学习并掌握载气流速对色谱曲线的影响以及最佳载气流速的选择方法。 3. 熟悉并掌握色谱分析中的塔板理论和速率理论。 二、实验原理 调整保留时间、分离因子、理论塔板高度、有效塔板高度与分离度计算公式与板高方程分别如下： tR'tRt KiM i,sKKi'tRi' sKs'tRs'2n16tRWtR 5.54Wh/2 2 , HLn 2n16tR'W 5.54tR'effWh/2 2 , HLeffn effR2tR1tR2W HAB1W2uCu 柱温是气相色谱的重要操作条件，柱温直接影响色谱柱使用寿命、柱的选择性、柱效和分析速度。柱温低有利于分配，有利于组分的分离；但柱温过低，被测组分可能在柱中冷凝，或者传质阻力增加，是色谱峰扩张，甚至拖尾。柱温高虽有利于传质，但分配系数小不利于分离，一般通过实验选择柱温。由范式方程（即板高方程）可以看出 ，分子扩散项与载气流速成反比，而传质阻力项与流速成反比。所以必然有一最佳流速是板高最小，柱效最高。 三、仪器与试剂 1.GC4001气相色谱仪；2．A4800色谱数据工作站；3．真空泵；4．漏斗；5．不锈钢色谱柱2m×3mm；6．氢气、空气、氮气高压钢瓶；7．皂膜流量计；8．微量注射器，10μL；9．固定液：邻苯二甲酸二壬酯(DNP)，色谱纯；10．担体：6201红色硅藻土，60～80目；11．甲醇，二氯甲烷，乙酸乙酯； 四、实验步骤 1．联结好仪器系统，检查并排除故障至正常工作状态 2. 色谱条件：色谱柱，DB-5（10m×0.05mm×0.05um）；汽化室温度 200℃；检 测器温度 200℃；分流比，20:1；检测器，氢火焰检测器；进样量 1uL。 3. 柱温的选择实验 设置流动相线速度为1.0mL/min，依次设置柱温为60℃、70℃、80℃和90℃进行色谱实验，观察各组分峰的保留时间及它们的分离情况。实验发现，在柱温为70℃时有各组分分离很好的色谱图。 4. 流动相线速度的选择实验 设置柱温为70℃，依次设置流动相线速度为0.7mL/min、0.8mL/min、0.9mL/min、1.0mL/min和1.2mL/min，观察各组分峰的保留时间及它们的分离情况。每次实验条件的改变，都是等待条件稳定和基线平稳后才进行进样走柱的。计算分别对二氯甲烷与乙酸乙酯而言的柱效，并计算它们的分离度。绘制理论塔板高度对流动相线速度的关系曲线，并拟合出理论塔板高度方程的A、B和C三个常数，计算最小的理论塔板高度和对应的流动相线速度。 五、数据处理 1 柱温对柱效的影响 柱温死时二氯甲烷 H 分离分离/℃ 间 保留时间峰底宽H乙酸乙酯 /min /min /mm 保留时间峰底宽/min /min /mm 因子 度 60 1.665 1.981 0.129 2.66 2.419 0.125 1.67 2.39 3.44 70 1.748 2.018 0.121 2.23 2.333 0.118 1.60 2.17 2.64 80 1.776 1.995 0.105 1.74 2.219 0.111 1.56 2.02 2.07 90 1.807 1.807 0.085 1.14 2.161 0.100 1.33 1.88 1.79 2. 载气线速度对柱效的影响 载气流二氯甲烷 速死时H乙酸乙酯 H 分离分离/mL/min 间 保留时间峰底宽/min /min /mm 保留时间 峰底宽 /min /min /mm 因子 度 0.7 2.309 2.664 0.095 0.79 3.069 0.115 0.88 2.14 3.86 0.8 2.086 2.405 0.095 1.19 2.767 0.105 0.90 2.13 3.62 0.9 1.910 2.197 0.096 1.18 2.527 0.098 0.94 2.15 3.41 1.0 1.748 2.018 0.105 1.70 2.333 0.110 1.39 2.17 2.93 1.2 1.538 1.771 0.096 1.82 2.309 0.096 1.89 2.15 2.58 3. 分离度对柱温、板高对载气流速和分离度对塔板数的关系曲线如下： 六、结果与讨论 1. 柱温选择原则 ① 进样口的温度要高于被分析物的沸点，确保所有分析物经过进样口进样 后能够完全气化。 ② 在其他条件都不变的情况下，柱箱温度越高，峰高越高，峰宽越窄，但 是峰与峰之间的间距会越小。反之温度越低，峰高越低，峰宽越宽，峰之间 的间距越大。所以不一定温度越低分离越好。他们之间有一个临界温度，将 会使峰宽与分离度达到一个个最合适的效果。 ③ 检测器温度一般等于或者高于进样器20℃左右。 ④ 假如被分析物质有很多成分而且沸点分布宽，采用程序升温。 2. 柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温升高，被测组分的挥发度增加，即被测组分在气相中的浓度增加，K减小，tR减小，低沸点组份峰易产生重叠。 3. 本实验结果不能得到最佳流速，因为实验设计的流速都比较大，超过了理论上的最佳流速。 4. 根据范迪姆方程，将数据进行拟合，以二氯甲烷为例，得到的结果是：H3.471.925/u0.01u，B和C为负值，与速率理论相违背。原因可能是数据不太准确，或者范迪姆方程模型，不是非常适合于本实验的色谱柱。 5. 从本实验结果来看，分离因子随温度升高而减小，而与载气流速无关。理论上，分离度、柱效率和容量因子有关系：Rn41k 1k七、思考题 1. 塔板理论的贡献与局限。 答：贡献，①有助于我们形象理解色谱的分离过程；②导出的色谱流出曲线方程，与实验现象相吻合；导出的理论塔板数的计算公式，作为柱效的评价指标。 局限：①塔板高度是个抽象物理量，对实验指导意义有限；②不能解释流速对理论塔板数的影响；③有些假设不合理，如没有考虑纵向扩散对色谱分离的影响。 2. 速率理论的范迪姆方程中A、B和C的意义。 答：A，涡流扩散项，有不等路径造成的色谱峰扩展；B，分子扩散项，由于分子的纵向扩散造成的色谱峰扩展；C，传质阻力项，是试样组分从气相移动到固定相表面和从固定相表面移动到固定相内部，由于质量交换过程需要一定的时间，使分子有滞留倾向。 3. 最佳流速是实验中流速的最佳选用条件吗： 答：不是，因为考虑到分析时间，实用最佳流速通常都比最佳流速大。