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44.1色譜定性鑒定方法4.2色譜定量分析方法定性定量分析
2023/11/29色譜法別離效果好,定量準(zhǔn)確,定性效果差色譜分析三個(gè)階段儀器調(diào)試操作條件選擇---別離定性定量---保存值定性---峰高,峰面積定量2023/11/29樣品預(yù)處理GC分析對(duì)象:在氣化室溫度下能生成氣態(tài)的物質(zhì)。為保護(hù)色譜柱、降低噪聲、防止生成新物質(zhì)〔雜峰〕,需要在進(jìn)樣前,對(duì)樣品進(jìn)行處理。1〕樣品中含有水等可能被柱強(qiáng)烈吸附的極性雜質(zhì)——柱效下降,需除去2〕非揮發(fā)份——會(huì)產(chǎn)生噪聲,同時(shí)慢慢分解產(chǎn)生雜峰。3〕穩(wěn)定性差的組分——生成新物質(zhì)產(chǎn)生雜峰?!瞖.g煤氣分析〕2023/11/293.1色譜定性分析方法3.1.1利用純物質(zhì)定性的方法(絕對(duì)法)100℃時(shí)于鄰苯二甲酸二辛酯上對(duì)苯的同系物甲苯,乙苯,二甲苯進(jìn)行定性例:1、保存值定性法通過(guò)比照試樣中具有與某一純物質(zhì)相同保存值的色譜峰,來(lái)確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中位置。
qualitativeanalysisinchromatograph2023/11/29
步驟:4〕驗(yàn)證:換一個(gè)不同極性柱重復(fù)以上操作,看是否與上述結(jié)果相同3)比較tR、判斷,得出初步結(jié)論5〕得出最后結(jié)論1)試樣配制試樣:甲苯+乙苯+二甲苯樣品a:苯+甲苯樣品b:苯+2)分別進(jìn)樣,得色譜圖乙苯2023/11/292、參加定性法〔峰高增加法〕:步驟:
將純物質(zhì)參加到試樣中,觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。1)試樣配制試樣:甲苯+乙苯+二甲苯樣品c:甲苯+試樣2)觀察色譜圖:甲苯峰高增加2023/11/29適用范圍:試樣中某一個(gè)組分或某幾個(gè)組分需定性要求:有待測(cè)組分的純物質(zhì)優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單缺點(diǎn):要有純物質(zhì),適用于物操作條件要穩(wěn)定2023/11/293.1.2利用文獻(xiàn)保存值定性
要求:溫度、色譜柱一定1、相對(duì)保存值r21〔ri,s)相對(duì)保存值r21僅與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊(cè)中都列有各種物質(zhì)在不同固定液\溫度上的保存數(shù)據(jù),可以用來(lái)進(jìn)行定性鑒定。
具體步驟:在某一固定相及柱溫下,分別測(cè)出組分i和基準(zhǔn)物質(zhì)s的調(diào)整保存值,通常選容易得到純品的,而且與被分析組分相近的物質(zhì)作基準(zhǔn)物質(zhì),如正丁烷、環(huán)己烷、正戊烷、苯、對(duì)二甲苯、環(huán)己醇、環(huán)己酮等。再按下式計(jì)算即可。優(yōu)點(diǎn):比絕對(duì)法重現(xiàn)性好缺點(diǎn):也需要純樣,比絕對(duì)法麻煩2023/11/292、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式定性1〕碳數(shù)規(guī)律:
在一定溫度下,同系物的調(diào)整保存時(shí)間tR′的對(duì)數(shù)與分子中碳數(shù)n成正比lgtR'
=An+C(n3)如果知道兩種或以上同系物的調(diào)整保存值,那么可求出常數(shù)A和C。未知物的碳數(shù)那么可從色譜圖查出tR'后,以上式求出。2023/11/292〕沸點(diǎn)規(guī)律:同族具相同碳數(shù)的異構(gòu)物,其調(diào)整保存時(shí)間tR'的對(duì)數(shù)與分子沸點(diǎn)Tb成正比:lgtR'=ATb+C如果知道兩種或以上同系物的沸點(diǎn),那么可求出常數(shù)A和C。未知物的沸點(diǎn)那么可從色譜圖查出tR‘后,以上式求出,查閱相關(guān)資料確定對(duì)應(yīng)同系物結(jié)構(gòu)。2023/11/293.1.3.保存指數(shù)定性保存指數(shù)Ⅰ:Kovats指數(shù),是一種重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)測(cè)定方法:非正構(gòu)烷烴物質(zhì)X的保存指數(shù)IX測(cè)定:選定兩個(gè)碳數(shù)相鄰的正構(gòu)烷烴,分別具有Z和Z+1個(gè)碳原子,使物質(zhì)X的調(diào)整保存值在這兩個(gè)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保存之間前提:規(guī)定正構(gòu)烷烴的保存指數(shù)Ⅰn=分子中碳原子個(gè)數(shù)×100如正己烷的保存指數(shù)I6=6002023/11/29保存指數(shù)計(jì)算方法2023/11/29X—與待測(cè)物質(zhì)相當(dāng)?shù)恼龢?gòu)烷烴的含C數(shù)Z,Z+1—正構(gòu)烷烴碳原子數(shù)t/R(Z)—含C數(shù)是Z的正構(gòu)烷烴的保存時(shí)間t/R(X)—含C數(shù)是X的待測(cè)物質(zhì)的保存時(shí)間t/R(Z+1)—含C數(shù)是Z+1的正構(gòu)烷烴的保存時(shí)間IX—含C數(shù)是X的待測(cè)物質(zhì)的保存指數(shù)2023/11/29(1)X=Z,IZ=100Z(該公式實(shí)際上定義了正構(gòu)烷烴的保存指數(shù)),I7=700,I8=800
(2)X≠Z
要求:t/R(Z)≤t/R(X)≤t/R(Z+1)
IX與固定液種類有關(guān).(3)用途:可以確定有機(jī)物的極性,用于定性分析
說(shuō)明:2023/11/29有一未知物需定性,其沸點(diǎn)為78℃。解〔1〕根據(jù)沸點(diǎn)確定測(cè)定用標(biāo)準(zhǔn)物正構(gòu)烷烴例1
b.p己烷=69℃b.p庚烷=98.4℃b.p辛烷=175.7℃〔2〕用角鯊?fù)樽龉潭ㄒ?非極性),那么己烷先出柱(3)配制兩個(gè)試樣,進(jìn)樣別離分析a己+庚+Xb己+庚
Z=6,Z+1=72023/11/29〔4〕測(cè)量,計(jì)算t/R(6)=174.0mm,t/R(7)=373.40mm,t/R(X)=310.6mm
=776〔5〕對(duì)照定性,確定待測(cè)物
查文獻(xiàn):在角鯊?fù)楣潭ㄒ荷螴X=776的物質(zhì)是己酸乙酯〔6〕驗(yàn)證:雙柱或多柱2023/11/29正構(gòu)烷烴碳數(shù)調(diào)整保留時(shí)間tr’,min2,2-二甲基丁烷苯甲苯Kovats指數(shù)的計(jì)算圖示(Squalane角鯊?fù)?60oC)2023/11/294.與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法小型化的臺(tái)式色質(zhì)譜聯(lián)用儀〔GC-MS;LC-MS〕色譜-紅外光譜儀聯(lián)用儀;SampleSample
58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA
ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD缺點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)譜圖太少,一般用計(jì)算機(jī)檢索2023/11/291、定量依據(jù):
3.2色譜定量分析方法在一定色譜條件下,進(jìn)入檢測(cè)器某組分的量〔質(zhì)量或濃度〕與檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)Ri成正比〔峰高或面積〕。TCDECD:Ri正比于CiFID:Ri正比于dmi/dt
2023/11/29Wi=fiAi進(jìn)入檢測(cè)器某組分的量〔Ci或dmi/dt〕與組分進(jìn)樣量Wi成正比f(wàn)i—絕對(duì)定量校正因子,fi=1/
Si
Si—檢測(cè)器響應(yīng)系數(shù),單位量組分的響應(yīng)值Wi—組分進(jìn)樣量,mg,μg,μl_Ai—組分的色譜峰面積,cm2
Ri
∝
Ai
∝
Ci或dmi/dt
∝
WiWi∝
AiAi=SiWi2023/11/292.峰面積的測(cè)量
W0.15
—峰高0.15倍處峰寬W0.85
—峰高0.85倍處峰寬〔1〕峰高〔h〕乘半峰寬〔W1/2〕法:三角形法近似將色譜峰當(dāng)作等腰三角形。此法算出的面積是實(shí)際峰面積的0.94倍:〔2〕峰高乘平均峰寬法:
A=1.065
h
W1/2當(dāng)峰形不對(duì)稱時(shí),可在峰高0.15和0.85處分別測(cè)定峰寬,由下式計(jì)算峰面積:A=0.5h(W0.15+W0..85)2023/11/29〔3〕峰高乘保存時(shí)間法:在一定操作條件下,同系物的半峰寬與保存時(shí)間成正比,對(duì)于難于測(cè)量半峰寬的窄峰、重疊峰〔未完全重疊〕,可用此法測(cè)定峰面積:
A=h
b
tR〔4〕自動(dòng)積分和微機(jī)處理法〔5〕剪紙稱重法適應(yīng):不規(guī)那么峰、不對(duì)稱峰、別離不完全峰,寄生蜂適用:難于測(cè)量半峰寬的窄峰、重疊峰〔未完全重疊〕2023/11/29e.g1:用TCD,N2作載氣測(cè)H2、O2混合物的百分含量,假設(shè)H2、O2峰面積相同,二者百分含量是否相同?為什么?〔λH2=22.410-4J/cm·S·℃,λO2=3.1810-4J/cm·S·℃〕答案:不相同。因?yàn)镠2的熱導(dǎo)系數(shù)大,單位濃度H2產(chǎn)生的電信號(hào)大,D對(duì)H2的靈敏度高,即H2的響應(yīng)大,所以假設(shè)H2、O2峰面積相同說(shuō)明H2實(shí)際含量小。2023/11/29由于檢測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)的響應(yīng)不同,因而兩個(gè)相同的峰面積并不一定說(shuō)明兩個(gè)物質(zhì)的量相等!因此,在計(jì)算組分的量時(shí),必須將峰面積A進(jìn)行“校正〞。wi=fi
·Ai
2023/11/293.定量校正因子定量依據(jù):試樣中各組分量與其色譜峰面積成正比,即:
wi=fi·Ai
1)絕對(duì)校正因子fi
:?jiǎn)挝环迕娣e對(duì)應(yīng)的該物質(zhì)的量
fi=wi/Ai
定量校正因子與檢測(cè)器響應(yīng)值成倒數(shù)關(guān)系:
fi=1/Si
fi2023/11/29通過(guò)此式可得到待測(cè)物單位峰面積對(duì)應(yīng)的該物質(zhì)的量。*組分不同,fi不同
fi=wi/Ai說(shuō)明:*可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得fi受實(shí)驗(yàn)條件影響大,與檢測(cè)器靈敏度有關(guān),與進(jìn)樣量和面積測(cè)量是否準(zhǔn)確有關(guān)定量不準(zhǔn)確*單位:g·cm-22023/11/29由于絕對(duì)校正因子fi與檢測(cè)器靈敏度、載氣種類、進(jìn)樣量和面積測(cè)量有關(guān),不易準(zhǔn)確測(cè)得,而相對(duì)校正因子表示組分的絕對(duì)校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子之比,僅與檢測(cè)器型號(hào)有關(guān),與其他條件無(wú)關(guān),可以準(zhǔn)確測(cè)得,因此定量準(zhǔn)確。采用的標(biāo)準(zhǔn)物因檢測(cè)器不同而不同:TCD——苯;FID——正庚烷。2〕相對(duì)校正因子fi':即組分的絕對(duì)校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子之比。*為什麼引用相對(duì)校正因子?2023/11/29*與檢測(cè)器類型、載氣種類有關(guān):TCD/苯,F(xiàn)ID/正庚烷——質(zhì)量校正因子——摩爾校正因子——體積校正因子當(dāng)w分別為質(zhì)量m、物質(zhì)的量M和氣體體積V時(shí),上式分別表示為說(shuō)明:可以準(zhǔn)確測(cè)量〔為什麼?〕*與其他色譜操作條件無(wú)關(guān),可以查表得到。*無(wú)單位2023/11/29以苯為標(biāo)準(zhǔn)物,測(cè)定環(huán)己烷的相對(duì)校正因子f環(huán)?解〔1〕準(zhǔn)確稱取色譜純的環(huán)己烷W環(huán)=2.719g,苯W苯=2.385g,〔2〕將環(huán)己烷和苯混合均勻,進(jìn)試樣2~3μL〔3〕測(cè)量峰面積分別為A環(huán)=7.2cm2,A苯=6.00cm2f環(huán)?=f環(huán)/f苯
=(W環(huán)/A環(huán))/(W苯/A苯)=(A苯/
A環(huán))·(W環(huán)/W苯)=(2.719/2.385)·(6.00/7.20)
=0.95〔4〕計(jì)算
思考:f苯ˊ=?2023/11/29測(cè)量某物質(zhì)的相對(duì)校正因子fi?的通式是:fi?=fi/fs=(Wi/Ai)/(Ws/As)=(As/Ai)·(Wi/Ws)W——物質(zhì)的量〔g,ml,mol〕準(zhǔn)確定量分析時(shí),一般應(yīng)該用自己測(cè)定的校正因子,而不用文獻(xiàn)值∵校正因子隨檢測(cè)器類別,使用載氣的不同而不同,不易查到注意2023/11/294.常用的幾種定量方法
〔1〕歸一化法:
特點(diǎn)及要求:
歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確;進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大;僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。2023/11/29例題1某化合物只含有乙醇、正庚烷、苯和醋酸乙酯,用TCD進(jìn)行色譜分析,數(shù)據(jù)如表,計(jì)算個(gè)組分的百分含量。分析:混合物中只有四種組分,所有組分全部出峰-----歸一化法。化合物峰面積(cm2)校正因子衰減乙醇5.00.641正庚烷9.00.701苯4.00.782醋酸乙酯7.00.7942023/11/29第二節(jié)定量分析解:采用歸一化法。乙醇百分含量例題2色譜法分析某含有A,B,C三組分的混合樣品,按如下步驟操作。配置一正庚烷〔標(biāo)準(zhǔn)〕與A,B,C純樣的混合液,參加重量分別為0.250,0.320,0.280,0.750g,取混合標(biāo)準(zhǔn)液0.1微升分析,峰面積分別為2.5,3.1,4.2,4.5cm2,后取0.3微升樣品分析,測(cè)的峰面積分別為1.6,3.5,2.8cm2,計(jì)算樣品中A,B,C的百分含量。2023/11/29第二節(jié)定量分析分析:所有組分全部出峰-----歸一化法解:采用歸一化法。計(jì)算各物質(zhì)的校正因子:2023/11/29第二節(jié)定量分析計(jì)算各組分含量:2023/11/29?內(nèi)標(biāo)物要滿足以下要求:〔1〕試樣中不含有該物質(zhì);〔2〕與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近;〔3〕不與試樣發(fā)生化學(xué)反響;〔4〕出峰位置應(yīng)位于被測(cè)組分附近,且無(wú)組分峰影響。〔2〕內(nèi)標(biāo)法以試樣中不存在的某物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)〔內(nèi)標(biāo)物〕而進(jìn)行含量計(jì)算的方法方法:準(zhǔn)確稱取樣品,參加一定量?jī)?nèi)標(biāo)物,根據(jù)重量及峰面積求出某組分的含量2023/11/29?試樣配制:準(zhǔn)確稱取一定量的試樣W,參加一定量?jī)?nèi)標(biāo)物mS?計(jì)算式:mi-試樣中i組分的質(zhì)量f/i:待測(cè)組分的校正因子Ai:待測(cè)組分的峰面積f/s:參加的內(nèi)標(biāo)物組分的校正因子AS:內(nèi)標(biāo)物的峰面積ms:內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量W:待測(cè)試樣質(zhì)量2023/11/29步驟:a.選內(nèi)標(biāo)物b.測(cè)〔查〕f'sf'ic.稱〔量〕取未知樣W,內(nèi)標(biāo)物Ws,均勻混合d.取一定量進(jìn)樣,得色譜圖,測(cè)Ai,Ase.計(jì)算2023/11/29?測(cè)定手續(xù)〔舉例說(shuō)明〕e.G1用GDX—103測(cè)定工業(yè)乙醇中含水量第一步:選S,可選甲醇第二步:配制試樣,準(zhǔn)確稱取m甲=0.306gm乙=5.78g混合,得混合樣品第三步:進(jìn)樣1--3μlA甲=9.64cm2A水=11.50cm22023/11/29%水=m水/m乙×100=100[〔f/水,m/f/甲,m)×(A水/A甲)]×〔m甲/m乙〕=100×[〔0.55/0.58〕×〔11.5/9.64〕]×〔0.306/5.78〕=5.99第四步:查文獻(xiàn)
f‘/甲,m=0.58,f'/水,m=0.552023/11/29e.g.2:測(cè)甲苯,乙苯,正丙苯的混合物中各組分含量,以苯作內(nèi)標(biāo)物。組分面積cm2
校正因子fw苯4.001.00甲苯3.840.96乙苯1.950.92正丙苯0.820.90以求甲苯為例2023/11/29*內(nèi)標(biāo)法適用范圍
不能全出峰或只需測(cè)某幾個(gè)組分時(shí)采用*優(yōu)點(diǎn)
準(zhǔn)確度較高操作條件和進(jìn)樣量稍許變動(dòng)對(duì)定量結(jié)果的影響不大。*缺點(diǎn):
內(nèi)標(biāo)物有時(shí)不好找每個(gè)試樣的分析,都要進(jìn)行兩次稱量,不適合大批量試樣的快速分析。2023/11/29假設(shè)將內(nèi)標(biāo)法中的試樣的取樣量W和內(nèi)標(biāo)物參加量ms固定2023/11/29假設(shè)ms,W試是固定值,有%i∝Ai/AS(進(jìn)樣量及內(nèi)標(biāo)物量始終不變)〔3〕內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法2023/11/29項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)系列(10ml容量瓶)試樣序號(hào)12345加純水/ml0.20.40.60.8
加甲醇/ml1.01.01.01.01.0加無(wú)水乙醇/ml8.88.68.48.29.0試樣A水1.011.993.113.933.23A甲醇3.363.263.453.303.40Ai/AS0.300.610.901.190.95E.g3用內(nèi)標(biāo)曲線法求酒精中水的百分含量1.選S甲醇2.配制標(biāo)準(zhǔn)系列,分別取2μL(準(zhǔn)確)進(jìn)樣2023/11/29適合大批量試樣的快速分析。需要找到適宜內(nèi)標(biāo)物2023/11/29(4〕外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法〔定量進(jìn)樣法〕
外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定工業(yè)乙醇中水含量見(jiàn)下表……
%i∝AiAS
一定即進(jìn)樣量一定,無(wú)需參加內(nèi)標(biāo)物2023/11/29標(biāo)準(zhǔn)系列1234561~5個(gè)容量瓶(10ml),分別加入H2OH2O(ml)0.20.40.60.81.0
%H2O2.004.006.008.0010.00X進(jìn)樣量(ml)1.001.001.001.001.001.00A水1.011.993.113.934.123.232023/11/292023/11/29多組分測(cè)定2023/11/29優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單,速度快,不需查f缺點(diǎn):準(zhǔn)確度低,進(jìn)樣量不變不易控制。適用范圍:常規(guī)分析,大批量試樣快速分析。
特點(diǎn)及要求:
外標(biāo)法不使用校正因子,準(zhǔn)確性較高;操作條件變化對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大,儀器穩(wěn)定性要好對(duì)進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高,應(yīng)準(zhǔn)確進(jìn)樣適用于的快速分析。2023/11/29〔5〕外標(biāo)單點(diǎn)校正法〔計(jì)算法〕
%iS=KAi
%iX=KAX
%iS/%iX=Ai/AX要求●必須有待測(cè)組分的純?cè)噭┗驑?biāo)準(zhǔn)試樣●試樣或所配的標(biāo)液中待測(cè)組分的含量應(yīng)與待測(cè)試樣中組分含量接近?!駵?zhǔn)確進(jìn)樣,每次進(jìn)樣量一定%i∝Ai2023/11/29〔6〕內(nèi)外標(biāo)結(jié)合法%iS/%iX=Ai/AX利用標(biāo)樣先求出試樣中某組分含量外標(biāo)以先求出試樣中某組分含量為內(nèi)標(biāo)物,求其它組分含量?jī)?nèi)標(biāo)2023/11/29例3.在某色譜條件下,取脫高炔塔出口氣體和含二丁烯為73.8ppm的標(biāo)準(zhǔn)氣體各1.00ml,分別進(jìn)樣,得如下數(shù)據(jù),試計(jì)算塔出口混合氣體中各組分含量。2023/11/29解:〔1〕外標(biāo)法求丁二烯含量%i丁二烯(試〕%i丁二烯(試〕=A丁二烯(試)/A丁二烯(標(biāo))×〔%i丁二烯〔標(biāo)〕〕A=1.0625W1/2h%i丁二烯(試〕=8.05/9.33×73.8ppm=64.6ppm(2)內(nèi)標(biāo)法求其它組分
%i丙炔(試〕=0.75×1.20×0.7/〔12.6×0.6〕×〔%i丁二烯〔標(biāo)〕〕=5.37ppm%i乙烯(試〕=1.0×0.6×1.4/〔12.6×0.6〕×〔%i丁二烯〔標(biāo)〕〕=7.18ppm2023/11/295定量分析誤差來(lái)源
1.樣品取樣代表性2.進(jìn)樣重復(fù)性3.柱系統(tǒng)4.操作條件2023/11/29課堂練習(xí)
1、取一標(biāo)準(zhǔn)乙醇試樣,含水6.22%,進(jìn)樣1μl,得A水=3.11cm2,相同條件下,進(jìn)同樣量待測(cè)酒精,得A′水=3.23cm2,求該樣品H2O的含量〔16.46%〕2023/11/292.50℃時(shí),用5埃分子篩分析煤氣中CH4,N2,O2,CO的百分含量,并說(shuō)明出峰順序。設(shè)已由外標(biāo)法求出煤氣中%N2=13.9,求其余組分含量:進(jìn)樣1μl,AN2=1.87cm2,ACH4=4.46cm2,ACO=1.24cm2,AO2=2.32cm2,fˋN2=2.38,fˋCH4=2.80,fˋO2=1.23,fˋCO=0.30,解:出峰順序:O2>N2>CH4>CO2023/11/29第二節(jié)定量分析2023/11/29課堂練習(xí)21、在氣-液色譜法中,為了改變色譜柱的選擇性,可進(jìn)行如下哪種操作〔〕A改變載氣的種類B改變載氣的速度C改變柱長(zhǎng)D改變固定液的種類2、色譜柱長(zhǎng)2m,總理論塔板數(shù)為1600,假設(shè)將色譜柱增加到4m,理論塔板數(shù)〔/米〕應(yīng)當(dāng)為〔〕A、3200B、1600C、800D、4003、Van-Deemter方程主要闡述了〔〕A、色譜流出曲線的形狀B、組分在兩相
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