一、             实验目的

1．  学习测定并绘制色谱柱柱效与载气流速的关系曲线，确定最佳流速。

2．  掌握计算板高方程中A、B、C三常数的方法。

二、             方法原理

气相色谱法能否很好地完成所给定物质对的分离，主要取决于色谱峰间的相对距离及色谱峰的扩宽程度，前者与固定相的选择有关，后者是柱子的设计情况及其操作条件的结果，与柱效有关。柱效能指标用理论塔板数n表示，而将每一塔板数对应的柱长用H表示，称为理论塔板高度，它们之间有如下关系：

H=          （13—1）

显然，柱效越高，n值越大，H则越小。理论塔板数n仅仅是一个估算柱效能的理论概念，并不能用来作为柱分离能力的绝对量度。因此，只能够将它用来比较类型（或标准）的柱子，衡量它们的装填情况。n可用下式从色谱图上求得：

n（理）=5.54×（）²            （13—2）

这里t_R是样品的保留时间，Y_1/2是色谱峰的半宽度。

在色谱系统中，下列因素将影响理论塔板数：

（1）       进样系统，包括气化室的体积、温度、以及进样时的速度和进样量；

（2）       检测器的池体积；

（3）       柱子的性能。

柱子的性能对柱效的影响，可以用板高方程表示：

H=A++Cu          (13—3)

式中u是流动相的平均线速度；A，B，C为常数，分别代表涡流扩散项系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。

从该式可以看出，涡流扩散项A与载气流速无关，它取决于柱子的装填等因素。然而纵向扩散项和传质阻力项与流速u有关，若采用合适的载气流速可以提高柱效，减小谱带的扩宽。测定不同流速时对应的理论塔板高度，以H对u做图，可得到如图13—1所示曲线。从图中可以看出，塔板高度最小（H（最小））时，所对应的流速为最佳流速（u（最佳））。当已知A，B，C三常数时，u（最佳）和H（最小）可通过微分板高方程求得，即：

    （13—4）

u（最佳）=     （13—5）

H（最小）=A+2     （13—6）

三、             仪器和试剂

1．  有记录仪的气相色谱仪，热导池检测器。

2．  有减压阀的氢气钢瓶。

3．  秒表。

4．  皂膜流速计。

5．  色谱柱：柱长2m，内径2~4mm，6201担体上涂渍邻苯二甲酸二壬酯（100：（10~15））固定液。

6．  注射器：10μL，100μL。

7．  正己烷（A.R）

四、             实验步骤

1．  在开启仪器之前，对照仪器读懂气相色谱仪的操作说明。

2．  在教师指导下，开启仪器：

（1）       打开氢气钢瓶，调节减压阀，使出口压力为0.5MPa；

（2）       打开转子流速计，调节载气流速为25~35mL/min；

（3）       接通柱炉、气化室和检测器的电流，用温控旋钮，使它们的温度分别为85~90℃，120~140℃，100~120℃。

（4）       打开记录仪，纸速为6cm/min。

3．  在气相色谱仪气体出口处连接皂膜流速计。

4．  学习柱后流速的测定：

挤压皂膜流速计下端的橡皮泡，使形成皂膜被入口的气流携带沿管移动，用秒表记下皂膜从刻度0到10时所花的时间，按下式计算载气的体积流速F₀：

F₀（mL/min）=×      （13—7）

5．  在30mL/min，35mL/min，40mL/min，45mL/min，60mL/min，75mL/min6种不同载气流速下，分别注入20μL~50μL空气和0.2μL正己烷，各两次，记录它们对应的死时间t_M和保留时间t_R。（注意：为了让气体的流速稳定，每次改变流速后，需等几分钟，再进行测定。）

五、             结果处理

1．  用下式计算6种不同条件下的线性流速：

u=      （13—8）

2．  用式（13—2）计算6种条件下的理论塔板数n，并求得对应的理论塔板高度H。

3．  以H对u做图，确定最佳流速u（最佳），作为后面实验的参考数据。

4．  选择3对H~u数据，根据式（13—3）计算板高方程中的A，B，C三个常数。

5．  用式（13—5）和式（13—6）计算u（最佳）和H（最小），将其与实验值比较。

六、             问题讨论

1．  某烃获得Y_1/2=0.609，t_R=0.92min的色谱峰。

（1）       试计算该柱的理论塔板数n；

（2）       当柱长L=10m时，计算理论塔板高度H。

2．  当增加溶质在载气中的扩散系数时，将对H~u图中的纵向扩散曲线有何影响？

3．  在分离A，B，C和D4种烃的混合物时，采用根据A组分测得的最佳流速操作，试问这个流速对其它3种组分也能获得H（最小）吗？说明理由。

4．  如果增加柱温，u（最佳）将增加还是降低？试解释之。