第一章色譜分析法儀器分析教案

1、第二章 色譜分析法第一節(jié)色譜分析法及其分類1.1 什么是色譜法借助于在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。又稱色層法、層析法。固定相：在色譜分離中固定不動(dòng)，對(duì)樣品產(chǎn)生保留的一相。流動(dòng)相：帶動(dòng)樣品向前移動(dòng)的另一相，與固定相處于平衡狀態(tài)。實(shí)質(zhì)：分離目的：定性分析或定量分析1.2 、色譜法是如何起源的？ 1906年由俄國植物學(xué)家米哈伊爾茨維特創(chuàng)立。植物色素分離，見圖示。1.3 、色譜法的發(fā)展現(xiàn)在：一種重要的分離、分析技術(shù)分離混合物中的各組分并加以分析固定相除了固體，還可以是液體流動(dòng)相液體或氣體色譜柱各種材質(zhì)和尺寸被分離組分不再僅局限于有色物質(zhì)1.4 、色譜法分類1.

2、4.1 根據(jù)流動(dòng)相的狀態(tài)將色譜法分成四大類。：?基本類型色譜法的分離機(jī)制-結(jié)論?四種色譜的分離機(jī)制各不相同，分別形成：吸附平衡、分配平衡、離子交換平衡和滲透平衡。?k分別為吸附系數(shù)，狹義分配系數(shù)，選擇性系數(shù)和滲透系數(shù)。?除了凝膠色譜法中的k僅與待測(cè)分子大小尺寸、凝膠孔徑大小有關(guān)外，其他三種k值都受組分的性質(zhì)、流動(dòng)相的性質(zhì)、固定相的性質(zhì)以及柱溫的影響。第二節(jié)色譜圖及相關(guān)術(shù)語2.1.1定義：檢測(cè)色譜分離后組分的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間作圖得到的曲線稱為色譜圖。2.1.2 色譜圖的作用（或色譜圖信息的內(nèi)容）：1、根據(jù)色譜峰的位置 （保留值） 可以進(jìn)行定性檢測(cè)；2、根據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進(jìn)行定量檢測(cè)；3、根

3、據(jù)色譜峰的位置及其寬度，可以對(duì)色譜柱分離情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.2 相關(guān)術(shù)語1、基線：基線：當(dāng)色譜柱中沒有組分進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，在實(shí)驗(yàn)操作條件下，反映檢測(cè)器系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變化的線稱為基線。穩(wěn)定的基線是一條直線?；€漂移 : 指基線隨時(shí)間定向的緩慢變化?；€噪聲：指由各種因素所引起的基線起伏?；€噪音是指空白時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)上下波動(dòng)的大小，噪音太大會(huì)影響檢測(cè)精度?；€噪音又分為空池和帶流動(dòng)相時(shí)的噪音。一些進(jìn)口儀器用空池噪音數(shù)值，這是只能代表儀器的電子噪音，不能代表檢測(cè)噪音，因?yàn)樽龇治鰰r(shí)是離不開流動(dòng)相的。并不是基線噪聲小就說明儀器好, 而是要看儀器的信噪比,信噪比大的儀器才是好的儀器. 在做定量時(shí)是可以通過數(shù)據(jù)處

4、理里面的功能來算信噪比的。這時(shí)的噪聲選擇一般選在目標(biāo)峰的前面，這只是一般原則。2、保留值保留值表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時(shí)間的數(shù)值。通常用時(shí)間或?qū)⒔M分帶出色譜柱所需載氣體積來表示。被分離組分在色譜柱中的滯留時(shí)間，主要取決于它在兩相間的分配過程，故保留值是由色譜過程中的熱力學(xué)因素所控制的，在一定的固定相和操作條件下，任一物質(zhì)都有一確定的保留值，這樣就可用作定性參數(shù)。 (1) 保留時(shí)間 （ tr）：指被測(cè)組分從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需要的時(shí)間。如色譜圖中 o b所示。 (2)死 時(shí) 間（ tm）：指不被固定相吸附或溶解的氣體（如：空氣、甲烷）從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需要的

5、時(shí)間。如色譜圖中oa所示。死時(shí)間正比于色譜柱的空隙體積。 (3)調(diào)整保留時(shí)間（tr）：指扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，即： tr = tr tm如色譜圖中 ab所示。此參數(shù)可理解為，某組分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的組分在色譜柱中多滯留的時(shí)間。 (4)相對(duì)保留值（或r21）：指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留值之比。這是一個(gè)在實(shí)際應(yīng)用中非常重要的參數(shù)，因有如下優(yōu)點(diǎn)：只要柱溫、固定相性質(zhì)不變，即使柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速有所變化， r21 值仍保持不變，因此它是色譜定性分析的重要參數(shù)。 r21亦可用來表示固定相（色譜柱）的選擇性。r21 數(shù)值越大，相鄰兩組分的tr相差

6、越大，分離的越好，此數(shù)值等于 1時(shí)，兩組分不能被分離。關(guān)于體積參數(shù)自學(xué)3、區(qū)域?qū)挾龋荷V峰區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線中一個(gè)重要參數(shù)。從色譜分離角度著眼，希望區(qū)域?qū)挾仍秸胶?。通常度量色譜峰區(qū)域?qū)挾扔袃煞N方法：半峰寬度（yh/2 或 wh/2） ：又稱半寬度或區(qū)域?qū)挾?，即峰高一半處的寬度，如圖中g(shù)h所示，由于它易于測(cè)量，使用方便，所以常用它表示區(qū)域?qū)挾?。峰底寬度（y或 w ） ：自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所作的切線在基線上的截距，如圖中ij 所示。第三節(jié)色譜法的基本理論3.1 色譜分離基本過程（ 填充柱）3.1.1分離基本過程吸附劑（固定液）吸附劑（固定液）吸附劑（固定液）吸附、脫附 試樣 +載氣吸附（溶

7、解）洗脫（脫附）、揮發(fā)溶解、揮發(fā) 柱子載氣載氣不斷流動(dòng)各組分性質(zhì)不同分離各組分先后流出色譜柱吸附能力不同、溶解揮發(fā)能力不同3.1.2色譜分離過程的實(shí)質(zhì)(1) 色譜過程是吸附與解析的過程；(2) 不同組分極性的差異導(dǎo)致吸附與解析的差異；(3) 不同組分向前移動(dòng)的過程是差異不斷累積過程，是在動(dòng)態(tài)中由量變到質(zhì)變的過程。3.1.3與色譜分離過程相關(guān)的概念分配過程：物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間發(fā)生的吸附、脫附和溶解、揮發(fā)的過程。分配系數(shù) (k) ：在一定溫度下， 色譜過程中， 在流動(dòng)相和固定相中的溶質(zhì)分子處于動(dòng)態(tài)平衡。平衡時(shí)組分在固定相(s)與流動(dòng)相 (m) 中的濃度 (c) 之比，稱為分配系數(shù)。分配系數(shù)的

8、物理意義：表示平衡態(tài)下，組分在固定相和流動(dòng)相的濃度之比，也叫做分配平衡常數(shù)。其中，在吸附色譜中稱為吸附系數(shù)(ka) ；在離子交換色譜中稱為選擇性系數(shù)(ks) ；在凝膠色譜中稱為滲透系數(shù)(kp) 。分配系數(shù)的差異是所有色譜分離的實(shí)質(zhì)性的原因。分配比（ k） ：亦稱容量因子或容量比，是指在一定溫度、壓力下，在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在固定相(s) 與流動(dòng)相 (m)中的質(zhì)量之比。)()1(-bamsmmsskkttktttttttkvvkvcvckmrmrmrmmr，分離因子 ( ) ：即相鄰兩個(gè)組分調(diào)整保留值之比，又稱為分配系數(shù)比或選擇性系數(shù)比。;12121212kkkkvvttrrrr3.2

9、基本理論：樣品在色譜柱中分離過程的基本理論包括兩方面。1、樣品中各組分在兩相間的分配情況。與分配系數(shù)，各物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。各個(gè)色譜峰在柱后出現(xiàn)的時(shí)間反映了各組分在兩相間的分配情況，它由色譜過程中的熱力學(xué)因素所控制。?分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系氣固色譜氣液色譜?在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，保留時(shí)間tr 取決于分配系數(shù)k，也就是取決于組分的性質(zhì)，所以，保留時(shí)間是對(duì)組分進(jìn)行色譜定性的指標(biāo)。?等溫線：在一定溫度條件下，組分在固定相和流動(dòng)相的分配達(dá)到平衡時(shí)，在兩相中的濃度之比值k為常數(shù)，由此繪制出的cs 與 cm的關(guān)系曲線稱為等溫線。2、各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)情況與傳質(zhì)阻力有關(guān)，各個(gè)色譜峰的半峰寬就反映了各組

10、分在色譜柱中運(yùn)動(dòng)的情況。此為動(dòng)力學(xué)因素。討論色譜柱的分離效能時(shí)，必須全面考慮這兩個(gè)因素。3.3 塔板理論在色譜分離技術(shù)發(fā)展的初期，人們將色譜分離過程比作蒸餾過程，得到塔板理論（半經(jīng)驗(yàn)理論）。3.3.1 塔板理論 4個(gè)基本假設(shè)：試樣在一小段間迅速在兩相間達(dá)到平衡。這樣達(dá)到分配平衡的一小段柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度；載氣進(jìn)入色譜柱，不是連續(xù)的而是脈沖式的，每次進(jìn)氣為一個(gè)板體積；試樣開始時(shí)都加在第零號(hào)塔板上，且試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散（縱向擴(kuò)散）可忽略不計(jì)；分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。?塔板理論的這些假設(shè)，實(shí)際上是把組分在兩相間的連續(xù)轉(zhuǎn)移過程，分解為間歇地在單個(gè)塔板中的分配平衡過程，經(jīng)過多次分配平衡后，分配系

11、數(shù)小的組分先達(dá)到塔頂( 即揮發(fā)性大的組分先流出色譜柱) 。?色譜柱的塔板數(shù)可高達(dá)幾千甚至幾萬，使被測(cè)組分在分配系數(shù)間有微小的差別時(shí)就可以得到分離。3.3.2塔板理論相關(guān)公式?式中 h為理論塔板高度，l為色譜柱的長(zhǎng)度， n 為理論塔板數(shù)。?n越多， h就越小，此時(shí)柱效能越高，因而n作為描述柱效能的一個(gè)指標(biāo)。a k=cs/cm b c cs cm tr cb前 延峰a正 常峰h a l 由于死時(shí)間 t m 的存在，它包含在t r 中，而 t m 不參加柱內(nèi)的分配，所以往往計(jì)算出來的n盡管很大， h很小，但色譜柱表現(xiàn)出來的實(shí)際分離效能卻并不好，特別是對(duì)流出色譜柱較早的組分更為突出。因此，提出了將t

12、m 除外的有效塔板數(shù)n有效和有效塔板高度h有效作為柱效能指標(biāo)。有效塔板數(shù)和有效塔板高度消除了死時(shí)間的影響，因而能較為真實(shí)地反映柱效能的好壞。應(yīng)該注意，同一色譜柱對(duì)不同物質(zhì)的柱效能是不一樣的，當(dāng)用這些指標(biāo)表示柱效能時(shí)，必須說明這是對(duì)什么物質(zhì)而言的。理解：在tr 一定時(shí)， w 或w1/2越小 ( 即峰越窄 ) ，理論板數(shù) n越大，理論板高越小，柱的分離效率越高。有效理論塔板neff 也同此理。因此，理論塔板數(shù)是評(píng)價(jià)柱效能的指標(biāo)。色譜柱的理論塔板數(shù)越大，表示組分在色譜柱中達(dá)到分配平衡的次數(shù)越多，固定相的作用越顯著，因而對(duì)分離越有利。但分離的可能性決定于試樣混合物在固定相中分配系數(shù)的差別，而不是決定于

13、分配次數(shù)的多少。故理論塔板數(shù)不是有無實(shí)現(xiàn)分離可能的依據(jù)，而是在一定條件下柱分離能力發(fā)揮程度的標(biāo)志。3.3.3 塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和局限優(yōu)點(diǎn)：塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置、評(píng)價(jià)柱效高低等方面是成功的。局限：塔板理論的基本假設(shè)與事實(shí)不完全相符，它無法解釋譜帶擴(kuò)展的原因，也無法解釋色譜過程與流動(dòng)相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過程以及色譜操作參數(shù)等動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系?？v向擴(kuò)散不能忽略；分配系數(shù)與濃度無關(guān)只在有限的濃度范圍內(nèi)成立；且色譜體系幾乎沒有真正的平衡狀態(tài)。這些問題，在速率理論中得到了圓滿的解決。但塔板理論簡(jiǎn)單直觀，容易理解，至今仍被色譜工作者所接受將n作為描述柱效能的一個(gè)指

14、標(biāo)。3.4 速率理論3.4.1 概述為了克服塔板理論的缺陷，1956年， van deemter 等在 martin 等人的工作基礎(chǔ)上，比較完整地解釋了速率理論。后來，giddings 等又作了進(jìn)一步的完善。速率理論充分考慮了溶質(zhì)在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，更接近溶質(zhì)在兩相間的實(shí)際分配過程。當(dāng)溶質(zhì)譜帶向柱出口遷移時(shí)，必然會(huì)發(fā)生譜帶展寬。譜帶的遷移速率的大小決定于流動(dòng)相線速度和溶質(zhì)在固定相中的保留值。同一溶質(zhì)的不同分子在經(jīng)過固定相時(shí)，它們的遷移速率是不同的，正是這種差異造成了譜帶的展寬。譜帶展寬的直接后果是影響分離效率、降低檢測(cè)靈敏度，所以抑制譜帶展寬就成了高效分離追求的目標(biāo)。3.4.2 引起譜帶

15、展寬的主要因素：渦流擴(kuò)散；縱向擴(kuò)散；傳質(zhì)阻力。；22/1222/1254.51654.516wtwtnwtwtnnlhhlnrreffrreffeff推導(dǎo)有效理論塔板數(shù)：推導(dǎo)理論塔板數(shù)：有效理論板高：理論塔板數(shù)：h a l 這些因素都統(tǒng)一于van deemter 方程中。3.4.2 引起譜帶展寬的主要因素(1) 渦流擴(kuò)散：引起渦流擴(kuò)散的原因是色譜柱內(nèi)的多路徑。溶質(zhì)分子在前進(jìn)過程中形成的這種紊亂類似于渦流的流動(dòng)，所以稱之為渦流擴(kuò)散。 a=2dp 空心毛細(xì)管柱無多徑相：a0 (2)縱向擴(kuò)散：引起縱向擴(kuò)散的原因是濃度梯度?？v向擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在移動(dòng)方向上向前和向后的擴(kuò)散，引起譜帶展寬。它是由濃度梯度所

16、引起?？v向擴(kuò)散引起的峰展寬由下式?jīng)Q定：式中 b2dg，為縱向擴(kuò)散系數(shù)；為彎曲因子或阻礙因子，填充柱0.5 0.7 ，毛細(xì)管 1；dg為溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)；u 為流動(dòng)相線速度。隨著樣品帶在固定相中的移動(dòng)，因縱向擴(kuò)散使樣品帶寬逐漸增加，相應(yīng)得到的色譜峰就越來越寬而矮。 (3) 傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散: 傳質(zhì)阻力系數(shù) c，是溶質(zhì)在固定相中傳質(zhì)阻力系數(shù)(cl) 與流動(dòng)相 ( 氣相 ) 傳質(zhì)阻力系數(shù) (cg) 之和： cclcg ?流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子要從流動(dòng)相轉(zhuǎn)移到固定相中，就要從流動(dòng)相主體擴(kuò)散到氣液、氣固、液液或液固界面，阻礙這一擴(kuò)散過程的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力。流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的譜帶

17、展寬程度由下式?jīng)Q定：?固定相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子到達(dá)兩相界面后，將繼續(xù)擴(kuò)散到固定相內(nèi)部達(dá)到分配平衡，然后又返回到兩相界面。溶質(zhì)在這一移動(dòng)過程中的阻力稱固定相傳質(zhì)阻力。固定相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬由下式?jīng)Q定：渦流擴(kuò)散項(xiàng) a a = 2dpa 與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分的性質(zhì)無關(guān)；與填料的粒度、均勻性及色譜柱的均勻填充程度有關(guān). 分子擴(kuò)散項(xiàng) b/u 大流速、低柱溫、相對(duì)分子質(zhì)量大的載氣可使分子擴(kuò)散項(xiàng)降低。u為載氣線速度b = 2 dg 與前述 a中的雖然都是與填充物有關(guān)的因素，但兩者是有區(qū)別的。是指因填充物的存在，造成擴(kuò)散阻力而引起的校正系數(shù)；則是指填充物的不均勻性造成路徑的不同?？梢栽O(shè)想

18、，填充物填充得很均勻時(shí)，可顯著降低而擴(kuò)散阻力并不會(huì)顯著減少。傳質(zhì)阻力項(xiàng)兩相對(duì)分離的影響對(duì)填充柱來說，其速率方程為：對(duì)毛細(xì)管柱來說，其速率方程為：式中 r0為空心毛細(xì)管柱內(nèi)徑。速率方程對(duì)于分離條件的選擇具有很重要的指導(dǎo)意義。它可以說明，填充均勻程度、擔(dān)體粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫、固定相液膜厚度等對(duì)柱效及峰擴(kuò)張的影響。第四節(jié)分離度4.1 、分離度概述4.1.1引入分離度兩組分達(dá)到完全分離的判斷：1、兩組分的色譜峰之間的距離必須相差足夠大。2、色譜峰必須窄。4.1.2什么是分離度？1、分離度 (r) ：相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值。udubg2gpgdkdk

19、c222101.0lflddkkc222)1(8 r = tr1和 tr2 為兩組分的保留時(shí)間; w1 和 w2為兩組分色譜峰的峰底寬度。r 與 r 的物理意義是一致的，但數(shù)值不同，r=0.59r ,應(yīng)用時(shí)要注意所采用分離度的計(jì)算方法。若峰形對(duì)稱且滿足于正態(tài)分布：當(dāng) r=1 時(shí)，分離程度可達(dá)98%；當(dāng)r=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%。因此，可用 r=1.5來表示相鄰兩峰已完全分開的標(biāo)志。2、分離度的作用：判斷相鄰兩組分色譜峰在色譜柱中的分離情況。 r 值越大，意味著相鄰兩組分分離的越好。兩組分保留值的差別，主要決定于固定液的熱力學(xué)性質(zhì)。色譜峰的寬窄反應(yīng)了色譜過程動(dòng)力學(xué)因素，柱效能高低。因此

20、，分離度是柱效能、選擇性影響因素的綜合，可用其作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)。4.2.1 色譜分離基本方程式較少組分的樣品，可用r 和 r 兩個(gè)公式計(jì)算。多組分混合物樣品的計(jì)算方法：式中， a柱效項(xiàng)，影響峰形；b柱選擇項(xiàng)，影響峰間距；c柱容量項(xiàng)，影響峰位。分離方程式是將分離度 r 、柱效 n、分配系數(shù)比及容量因子 k統(tǒng)一起來的方程式，從而可知n、 、k對(duì)分離度 r的影響：增n大使峰變窄，保留時(shí)間不變；增k大能改善分離，但峰寬也增加；提 高則使峰間距增大，能改善分離。選擇適宜的固定相、流動(dòng)相、柱溫、流速等條件，使混合物各組分能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)得到良好的分離，分離度 r1.5。4.2.2 影響分離度

21、的因素在保持色譜條件不變的情況下，從分離度方程式可以推導(dǎo)出柱長(zhǎng)與分離度的關(guān)系式柱效 n、分配系數(shù)比及容量因子k 對(duì)分離度r的影響1、柱效 n 分離度與n 的平方根成正比。當(dāng)固定液確定，即被分離物質(zhì)對(duì)的確定后，欲達(dá)到一定的分離度，將取決于n（使 n 增大） 。 a、增加柱子長(zhǎng)度可改進(jìn)分離度。但增加柱子長(zhǎng)度會(huì)使各組分的保留時(shí)間增大，延長(zhǎng)分析時(shí)間并使峰產(chǎn)生擴(kuò)展， 因此在達(dá)到一定的分離度條件下應(yīng)使用短一些的色譜柱。n 或 h或作為描述柱效能的一個(gè)指標(biāo)b、減小柱子的h值。 b、減小柱子的h值。即制備一根優(yōu)良的柱子，并在最優(yōu)化條件下進(jìn)行操作。2、柱選擇因子：是柱選擇性的量度，越大，柱選擇性越好，分離效果也

22、越好，增大值是提高分離度的有效辦法。在實(shí)際工作中，一旦確定了固定相和柱溫，其值也就確定了。由一定的值和所要求的分離度，可以計(jì)算出柱子所需的有效理論塔板數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出所需色譜柱的最短長(zhǎng)度。改變值的方法： 1、選擇合適的固定相，被分離的相鄰兩組分分子與固定相分子之間的作用力差別要盡可能大； 2、改變色譜柱溫度，通常柱溫提高值降低。)(211212wwttrr)(21)1(2/)2(2/12hhrrwwttr)1()1(4kknr21221llrr3、容量比（容量因子）亦稱容量因子或分配比，以k 表示，是指在一定溫度、壓力下，在兩相見間達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在兩相中的質(zhì)量比（組分在固定相中的質(zhì)量 /

23、組分在流動(dòng)相的質(zhì)量）。k 值的最佳范圍：1 k 10 在此范圍內(nèi)，既可得到大的r值，亦可使分析時(shí)間不至過長(zhǎng)。使峰的擴(kuò)展程度達(dá)到最小，而不影響檢測(cè)。因此，在色譜分析中，合理地選擇k 值很重要。使 k 值改變的方法： 1、改變柱溫，一般柱溫提高， k 值減小。柱溫降低， k 值增大； 2、改變相比，包括改變固定液用量及減少流動(dòng)相的死體積。4.2.2簡(jiǎn)單計(jì)算分離度、柱效和選擇因子關(guān)系式如下：故只要已知兩個(gè)指標(biāo)，就能計(jì)算出第三個(gè)指標(biāo)。例：假設(shè)有一物質(zhì)對(duì)，其=1.15 要在填充柱上得到完全分離（r1.5 ），所需要的有效理論塔板數(shù)為：對(duì)于普通的填充柱來說，一般的有效理論塔板高度為0.1cm，所需柱子長(zhǎng)度

24、應(yīng)為：習(xí)題1、什么是分離度？分離度的作用是什么？表示相鄰兩色譜峰完全分開的標(biāo)志是什么？為什么用分離度r作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)？2、在一根色譜柱上，欲將含 a、b、 c、d、e 五個(gè)組分的混合試樣分離。查得各組分的分配系數(shù)大小為: kb ka kc kd,ke=ka,試定性地畫出它們的色譜流出曲線圖，并說明其理由。3、在氣相色譜中，某人采用了粒度比原有柱更細(xì)的載體，而其它一切條件均不變時(shí)，速率方程中各項(xiàng)有何變化？5.1 定性分析5.2.1 定量分析理論依據(jù)5.2.2 定量計(jì)算方法5.1.1 用已知物直接對(duì)照法定性各種物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定不變的保留值，因此保留值可以作為一種定性指標(biāo)。

25、用已知物直接對(duì)照法定性的兩種方法1、用相對(duì)保留時(shí)間定性最常用的色譜定性方法。只要控制柱溫、固定相性質(zhì)不變，即使柱長(zhǎng)、柱內(nèi)徑、載氣流速及填充情況有所變化，均不影響相對(duì)保留時(shí)間。（1）已知純物質(zhì)的和未知樣品的相對(duì)保留時(shí)間以進(jìn)行比較定性。（2）利用文獻(xiàn)上經(jīng)常報(bào)導(dǎo)的相對(duì)保留時(shí)間，與在規(guī)定的柱性質(zhì)、柱溫條件下測(cè)出的樣品相對(duì)保留時(shí)間對(duì)比定性。2、加入已知物增加峰高的辦法定性：如果樣品較復(fù)雜，餾出峰間的距離太近，或操作條件不易控制穩(wěn)定，要準(zhǔn)確確定保留值有一定困難，這時(shí)候最好用增加峰高的辦法定性。將已知物加到未知樣品中混合進(jìn)樣, 若待定性組分的峰比不加已知物時(shí)的峰高增大了，則表示原樣品中可能含有該已知物的成分

26、。22212222)1(16)(16)16rttrtwtnrrrr（有效有效hrl22)1(162112)115.115.1(5. 11622有效nmcml21 .02112）（有效14nr用已知物直接對(duì)照法定性局限性： 1、其應(yīng)用僅限于當(dāng)未知物通過其它方面的考慮已被確定可能為某幾個(gè)化合物或?qū)儆谀撤N類型時(shí)作最后的確證；2、其可靠性不足以鑒定完全未知的物質(zhì)。5.1.2 雙柱（多柱）定性：有時(shí)幾種物質(zhì)在同一色譜柱上恰有相同保留值，無法定性，則可用性質(zhì)差別較大的雙柱定性。5.1.3 用不同類型檢測(cè)器定性有些檢定器對(duì)某些類化合物敏感而對(duì)另一些類物質(zhì)不敏感甚至沒有信號(hào)，檢定器的這種選擇性可用以作定性檢定

27、。例： 1、要檢別某氣體樣品中有無有機(jī)物，則可在氫焰離子化檢定器上分析，如有信號(hào)就說明有有機(jī)物。 2、電子捕獲檢定器對(duì)含鹵、o、s、n、p等電負(fù)性很強(qiáng)的物質(zhì)有較大的信號(hào)，而對(duì)烴類信號(hào)甚小，則可以檢定烴中某些鹵化物等。5.1.4 利用保留值隨分子結(jié)構(gòu)或性質(zhì)變化的規(guī)律性定性當(dāng)缺乏純物質(zhì)又無保留數(shù)值時(shí)，有機(jī)物可用碳數(shù)規(guī)律定性。碳數(shù)規(guī)律：有機(jī)同系物保留值( ) 的對(duì)數(shù)與其分子中的碳原子數(shù)n呈線性關(guān)系 (n=1 、2時(shí)可能有偏差) ： lg =a1n+c1 式中 a1、c1是與固定液和被分析物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。因此，只要測(cè)出同系物中幾個(gè)組分的保留值，根據(jù)上式可推知同系物中其他組分的保留值，再與未

28、知樣品對(duì)照定性。注意：碳數(shù)規(guī)律只適用于同系物( 具有相同的碳鏈結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，但有不等數(shù)目的ch2基團(tuán) ) ，而不適用于同族化合物 ( 如具有直碳鏈的正構(gòu)物和帶有支鏈的同碳數(shù)異構(gòu)物屬于同一族) 。5.1.5 轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性衍生物定性在分析之前對(duì)樣品進(jìn)行一些了解和判斷，看它是否符合進(jìn)樣要求。對(duì)于沸點(diǎn)較高，極性較大，或是揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性不好不適于直接進(jìn)樣分析的樣品，通常在分析之前用化學(xué)法處理，使其定量地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的適合于進(jìn)行氣相色譜分析的衍生物。5.1.6 結(jié)合物理或化學(xué)反應(yīng)定性帶有某些官能團(tuán)的化合物經(jīng)與一些特殊試劑起物理或化學(xué)反應(yīng)處理后，其色譜峰將會(huì)消失或提前或移后，比較處理前后色譜圖的差異，便可初

29、步辨認(rèn)樣品含有哪些官能團(tuán), 利于作族組成分析。5.1.7 結(jié)合其它儀器定性是指把氣相色譜儀與紅外光譜或質(zhì)譜等聯(lián)用的方法，主要是對(duì)于復(fù)雜樣品而言的。5.2 定量分析5.2.1 、定量分析理論依據(jù)1、理論依據(jù)在一定的操作條件下，被分離物質(zhì)i 的質(zhì)量 mi 與檢測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)（色譜圖上表現(xiàn)為峰面積ai 或峰高 hi ）成正比。可用公式表述為：這兩式就是色譜定量分析的依據(jù)。一般都用峰面積，在以后的表述中使用峰面積ai。由公式可知，在定量分析中需要完成以下三步工作：準(zhǔn)確測(cè)定峰面積；準(zhǔn)確求出定量校正因子fi ；根據(jù)以上兩式正確選用定量計(jì)算方法，把測(cè)得組分的峰面積換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2、峰面積的測(cè)量方法 a、

30、早期的峰面積測(cè)量方法有：峰高乘以半峰寬法；峰高乘以平均峰寬法；峰高乘以保留時(shí)間法；煎紙稱重法；求積儀法；等等 b、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)來處理色譜信號(hào)，如色譜工作站。3、定量校正因子問題 1：為何引入定量校正因子？色譜的定量分析基于檢測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量與其峰面積的正比關(guān)系。但是，由于同一檢測(cè)器對(duì)不同的物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值，所以兩個(gè)相等質(zhì)量的物質(zhì)得出的峰面積往往不相等，也就是說在混合物中物質(zhì)的含量并不等于該物質(zhì)的峰面積的百分率。為了解決這個(gè)問題，我們選定一個(gè)物質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)，用校正因子把其他物質(zhì)的峰面積校正成相當(dāng)于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積，然后用這種經(jīng)過校正的峰面積來計(jì)算物質(zhì)的含量。問題 2：如何計(jì)算定量校正因子？ f

31、i 為絕對(duì)校正因子，也就是單位面積所代表的物質(zhì)量。測(cè)定絕對(duì)校正因子需要準(zhǔn)確知道進(jìn)樣量，這是比較困難的，而且也無法直接應(yīng)用。在定量工作中都是用相對(duì)校正因子fi ，即物質(zhì) i 和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s 的絕對(duì)校正因子之比。平常所指的校正因子都是相對(duì)校正因子，常把相對(duì)二字略去，稱校正因子。最常用的校正因子是質(zhì)量校正因子，即：式中 ai、as、mi、ms ，分別代表物質(zhì)i 和準(zhǔn)物質(zhì) s的峰面積和質(zhì)量，用重量校正因子校正峰面積。5.2.2 定量計(jì)算方法 1、歸一化法適用情況：當(dāng)試樣中各組分都能流出色譜柱，并在色譜圖上顯示色譜峰時(shí)，可用此法進(jìn)行定量計(jì)算。計(jì)算方法：假設(shè)試樣中有n個(gè)組分，每個(gè)組分的質(zhì)量分別為m1 、m2

32、 、 mn ，各組分含量的總和m 為100，其中組分 i 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可按下式計(jì)算：對(duì)于狹窄的色譜峰，也有用峰高代替峰面積來進(jìn)行定量測(cè)定。當(dāng)各種操作條件保持嚴(yán)格不變時(shí)，在一定的進(jìn)樣量范圍內(nèi)，峰的半寬度是不變的，因此峰高就直接代表某一組分的量。此時(shí)公式為： fhi為峰高校正因子，此值需自行測(cè)定，測(cè)定方法同峰面積校正因子，不同的是用峰高來代替峰面積。歸一化法的顯著優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、若儀器與操作條件稍有變動(dòng)、如進(jìn)樣量、流速等變化時(shí)，對(duì)結(jié)果影響較小。最適合于工廠和一些具有固定分析任務(wù)的化驗(yàn)室使用。歸一化法的局限性：在實(shí)際使用上有較多的限制，如：樣品中的全部組分都必須餾出并可測(cè)出其峰面積，不可有未餾出或不

33、產(chǎn)生信號(hào)的。某些不需要定量的組分也必須測(cè)出其峰面積及校正因子。2、內(nèi)標(biāo)法適用情況：當(dāng)樣品組分不能全部流出，如不汽化、易分解等；檢測(cè)器對(duì)各組分不能都產(chǎn)生信號(hào)，如氫焰離子化檢測(cè)器對(duì)無機(jī)物；只需測(cè)定其中幾個(gè)組分時(shí)。計(jì)算方法：例如要測(cè)定試樣中組分i( 質(zhì)量為 mi) 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可于試樣中加人質(zhì)量為的內(nèi)標(biāo)物，試樣質(zhì)量為，則：一般常以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，則fi = 1，此時(shí)計(jì)算可簡(jiǎn)化為%100%100%100221121nniiiiniiiifafafafafammmmmmmw%1002211hnnhiihhhiiifhfhfhfhfhw%100%100mamaffmmwssisiii%100mamafwssiiisiiswswiwmamafff)()(操作方法：將一定量的純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，加到準(zhǔn)確稱取的試樣中，根據(jù)被測(cè)物和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量及其在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比，求出某組分的含量。內(nèi)標(biāo)法的特