儀器分析 第13章 色譜分析法導(dǎo)論

1、13-1 色譜法概述一一. . 色譜法的起源色譜法的起源 俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在19061906年使用的分離植年使用的分離植物的色譜原型裝置，如圖。物的色譜原型裝置，如圖。 色譜法是一種分離技術(shù)色譜法是一種分離技術(shù)。 固定相：固定相：色譜柱中填充的固體的物質(zhì)；色譜柱中填充的固體的物質(zhì)； 流動(dòng)相：流動(dòng)相：攜帶著試樣混合物流過(guò)固定相表攜帶著試樣混合物流過(guò)固定相表面的流體（液體或氣體）。面的流體（液體或氣體）。 試樣混合物的分離過(guò)程，實(shí)質(zhì)是試樣中各試樣混合物的分離過(guò)程，實(shí)質(zhì)是試樣中各組分在色譜分離柱中的兩相之間不斷進(jìn)行著的分組分在色譜分離柱中的兩相之間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程。配過(guò)程。

2、二、色譜法分類二、色譜法分類1 1、按流動(dòng)相的狀態(tài)分類、按流動(dòng)相的狀態(tài)分類 （1 1）氣相色譜：）氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。 按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜； 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜（2 2）液相色譜）液相色譜液相色譜液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。離子色譜離子色譜：以離子交換樹脂為固定相，不同以離子交換樹脂為固定相，不同pH

3、pH值的水溶液值的水溶液為流動(dòng)相。為流動(dòng)相。親和色譜法：親和色譜法：固定相對(duì)蛋白質(zhì)有特殊親和力固定相對(duì)蛋白質(zhì)有特殊親和力尺寸排阻色譜法：尺寸排阻色譜法：固定相是分子篩固定相是分子篩凝膠色譜法：凝膠色譜法：固定相是凝膠固定相是凝膠（3 3）超臨界色譜超臨界色譜流動(dòng)相為超臨界流體。流動(dòng)相為超臨界流體。2.2.按固定相特點(diǎn)分類按固定相特點(diǎn)分類(1)(1)平面色譜平面色譜* * 薄層色譜薄層色譜* * 紙色譜紙色譜（2 2）柱色譜）柱色譜* * 凝膠色譜法凝膠色譜法* * 高效毛細(xì)管電泳（高效毛細(xì)管電泳（9090年代快速發(fā)展、特別適年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的合生物試樣分析分離的高效分析儀

4、器）高效分析儀器）3、按分離機(jī)制分類 吸附色譜法：吸附色譜法：固體相是固體，分離作用是固體相是固體，分離作用是吸附性的差異。吸附性的差異。 分配色譜法：分配色譜法：固定相是液體，分離作用是固定相是液體，分離作用是溶解性的差異。溶解性的差異。 離子交換色譜法：離子交換色譜法：固定相是離子交換劑，固定相是離子交換劑，分離作用是離子交換。分離作用是離子交換。 尺寸排阻色譜法：尺寸排阻色譜法：固定相是多孔性物質(zhì)，固定相是多孔性物質(zhì)，分離作用是孔徑對(duì)組分的陷阱作用差異。分離作用是孔徑對(duì)組分的陷阱作用差異。三. 色譜法的特點(diǎn)（1 1）分離效率高）分離效率高： 復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體、手性異構(gòu)體。復(fù)

5、雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體、手性異構(gòu)體。（2 2） 靈敏度高靈敏度高： 可以檢測(cè)出可以檢測(cè)出g.gg.g-1-1(10(10-6-6) )級(jí)甚至級(jí)甚至ng.gng.g-1-1(10(10-9-9) )級(jí)的物質(zhì)量級(jí)的物質(zhì)量. .（3 3） 分析速度快分析速度快： 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。（4 4） 應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣： 能分析幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)。能分析幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)。 不足之處：分離易、定量易，不足之處：分離易、定量易，定性難定性難。13-2、色譜法的基本原理、色譜法的基本原理 當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，當(dāng)

6、流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其組分與固定相發(fā)生相互作用。其組分與固定相發(fā)生相互作用。 由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同。不同。 隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相之間經(jīng)隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相之間經(jīng)過(guò)反復(fù)多達(dá)過(guò)反復(fù)多達(dá)103106次次的分配平衡，使得各組的分配平衡，使得各組分中作用力大的移動(dòng)慢、作用力小的移動(dòng)快，分中作用力大的移動(dòng)慢、作用力小的移動(dòng)快，被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中流出，結(jié)合適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方

7、法，實(shí)固定相中流出，結(jié)合適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與分析。現(xiàn)混合物中各組分的分離與分析。色譜法基礎(chǔ)：兩相色譜法基礎(chǔ)：兩相；組分在兩相間相組分在兩相間相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)。(1)流動(dòng)相流動(dòng)相+試樣試樣(2)流動(dòng)相流動(dòng)相(3)流動(dòng)相流動(dòng)相(4)流動(dòng)相流動(dòng)相(5)流動(dòng)相流動(dòng)相A+BA+B 色譜柱色譜柱 B AA+BB ABAB檢測(cè)器檢測(cè)器記錄儀記錄儀一、分配系數(shù)一、分配系數(shù) K K 組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡

8、時(shí)的濃度（單位：分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：g / mL）比，稱為分配系數(shù)，）比，稱為分配系數(shù)，用用K 表示，即：表示，即： 組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度K分配系數(shù)分配系數(shù) K K的討論的討論 一定溫度下，組分的分配系數(shù)一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；試樣一定時(shí)，試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)；主要取決于固定相性質(zhì)；每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；不同；選擇適宜的固定相可改善分離效果；選擇適宜的固定相可改善分離效果；試樣中的各組分具有不同的試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；值是分離的基礎(chǔ)；某組分的某組分

9、的K = 0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。 組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度K二、容量因子二、容量因子k k與分配系數(shù)與分配系數(shù)K K 分配系數(shù)K：組分在兩相間的濃度比；組分在兩相間的濃度比；容量因子容量因子k：平衡時(shí)，組分在各相中總的質(zhì)量比平衡時(shí)，組分在各相中總的質(zhì)量比； k =MS / MmMS為組分在固定相中的質(zhì)量，為組分在固定相中的質(zhì)量，Mm為組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量。為組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量。容量因子容量因子k與分配系數(shù)與分配系數(shù)K的關(guān)系為：的關(guān)系為： 式中式中為相比。為相比。 填充柱相比：填充柱相比：635；毛細(xì)管柱的相比：毛細(xì)管柱的相比：501

10、500MRMMRtttttkKVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS容量因子越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。容量因子越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)?？捎杀Ａ魰r(shí)間計(jì)算出容量因子，兩者有以下關(guān)系：可由保留時(shí)間計(jì)算出容量因子，兩者有以下關(guān)系：13-313-3、氣相色譜圖及有關(guān)術(shù)語(yǔ)、氣相色譜圖及有關(guān)術(shù)語(yǔ)（一）色譜圖中的基本參數(shù)（一）色譜圖中的基本參數(shù)一差二一差二K K三高三寬四保三高三寬四保（二）氣相色譜常用術(shù)語(yǔ)（二）氣相色譜常用術(shù)語(yǔ) 1 1流出曲線和色譜峰流出曲線和色譜峰 由檢測(cè)器輸出的電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖，所得曲由檢測(cè)器輸出的電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰線稱為色譜流

11、出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。 如果進(jìn)樣量很小，濃度很低，在吸附等溫線（氣如果進(jìn)樣量很小，濃度很低，在吸附等溫線（氣固吸附色譜）或分配等溫線（氣液分配色譜）的線性固吸附色譜）或分配等溫線（氣液分配色譜）的線性范圍內(nèi)，則色譜峰是對(duì)稱的。范圍內(nèi)，則色譜峰是對(duì)稱的。 鬼峰鬼峰(怪峰怪峰)：沒(méi)有進(jìn)樣的情況下突然出峰。沒(méi)有進(jìn)樣的情況下突然出峰。2. 基線基線 在實(shí)驗(yàn)操作條件下，色譜柱后沒(méi)有樣品組分流出時(shí)的流在實(shí)驗(yàn)操作條件下，色譜柱后沒(méi)有樣品組分流出時(shí)的流出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線 噪音：噪音：基線上下微小波動(dòng)?；€上下微小波動(dòng)。 基線漂移

12、：基線漂移：基線持續(xù)向上，或持續(xù)向下偏移?；€持續(xù)向上，或持續(xù)向下偏移。3. 峰高峰高h(yuǎn) 色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離4. 保留值保留值 (1) 死時(shí)間死時(shí)間 t0 或或TM 不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)(如空氣、甲烷如空氣、甲烷)進(jìn)入色譜進(jìn)入色譜柱時(shí)，從進(jìn)樣到出現(xiàn)色譜峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，柱時(shí)，從進(jìn)樣到出現(xiàn)色譜峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，它正比于色譜柱的空隙體積。它正比于色譜柱的空隙體積。 因?yàn)檫@種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流動(dòng)速度將因?yàn)檫@種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流動(dòng)速度將與流動(dòng)相流動(dòng)速度相近。測(cè)定流動(dòng)相平均線速與

13、流動(dòng)相流動(dòng)速度相近。測(cè)定流動(dòng)相平均線速時(shí)，可用柱長(zhǎng)時(shí)，可用柱長(zhǎng)L與與t0的比值計(jì)算，即的比值計(jì)算，即 = L/tW (2). 保留時(shí)間保留時(shí)間tR 試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，稱為試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，稱為保留時(shí)間。保留時(shí)間。 tR包含組分的過(guò)柱時(shí)間和組分被固定相作用而滯留的時(shí)間包含組分的過(guò)柱時(shí)間和組分被固定相作用而滯留的時(shí)間 (3). 調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間tR 某組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后，稱為該組分的某組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后，稱為該組分的調(diào)整保留時(shí)間，即調(diào)整保留時(shí)間，即 tR = tR tW * 保留時(shí)間是色譜法定性的基本依據(jù)。保留時(shí)間是色譜法

14、定性的基本依據(jù)。(4) 死體積死體積V0 死時(shí)間內(nèi)所需消耗流動(dòng)相的體積。死時(shí)間內(nèi)所需消耗流動(dòng)相的體積。 指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和。當(dāng)后兩相很小可忽略不計(jì)時(shí)，測(cè)器的空間的總和。當(dāng)后兩相很小可忽略不計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與色譜柱出口的載氣流速死體積可由死時(shí)間與色譜柱出口的載氣流速F Fcoco（cmcm3 3minmin-1-1）計(jì)算。）計(jì)算。V0 = t0Fco式中式中 Fco為扣除飽和水蒸氣壓并經(jīng)溫度校正的流為扣除飽和水蒸氣壓并經(jīng)溫度校

15、正的流速。僅適用于氣相色譜，不適用于液相色譜。速。僅適用于氣相色譜，不適用于液相色譜。(5). 保留體積保留體積Vr 指從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極指從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積。保留時(shí)間與保大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積。保留時(shí)間與保留體積關(guān)系：留體積關(guān)系： Vr= tr Fo(6). 調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積Vr 某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組分的調(diào)整保留體積。分的調(diào)整保留體積。 Vr = Vr V0 = tr Fo (7). 相對(duì)保留值相對(duì)保留值r2,1 或或 某組分某組分2 2的調(diào)整保留值與組分的調(diào)整保

16、留值與組分1 1的調(diào)整保留值之比，稱為的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值。相對(duì)保留值。 r r2,12,1= t= tr2 r2 / t / tr1r1 = V= Vr2r2 / V / Vr1r1 由于相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、由于相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，被廣泛用作定性的依據(jù)。柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，被廣泛用作定性的依據(jù)。 在定性分析中，通常固定一個(gè)色譜峰作為標(biāo)準(zhǔn)（在定性分析中，通常固定一個(gè)色譜峰作為標(biāo)準(zhǔn)（s），然），然后再求其它峰（后再求其它峰（i）對(duì)這個(gè)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)可用符號(hào)）對(duì)這個(gè)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)

17、可用符號(hào) 表示，即表示，即 = tr (i) / tr (s) 式中式中tr (i)為后出峰的調(diào)整保留時(shí)間，所以為后出峰的調(diào)整保留時(shí)間，所以 總是大于總是大于1的。的。相對(duì)保留值往往可作為衡量固定相選擇性的指標(biāo)，又稱選擇相對(duì)保留值往往可作為衡量固定相選擇性的指標(biāo)，又稱選擇因子。因子。5.5.色譜峰區(qū)域?qū)挾壬V峰區(qū)域?qū)挾?色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)，色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)，用于衡量柱效率及反映色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素。用于衡量柱效率及反映色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素。 表示色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法。表示色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法。(1).(1).標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差

18、 即即0.6070.607倍峰高處色譜峰寬的一半。倍峰高處色譜峰寬的一半。(2).(2).半峰寬半峰寬W W1/21/2 即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：為： W W1/21/2=2.354=2.354 (3).(3).峰底寬度峰底寬度W W 即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上截距間的距即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上截距間的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差 的關(guān)系是：的關(guān)系是： W = 4 W = 4 色譜曲線的含義色譜曲線的含義： (i) 根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的 最最 少個(gè)

19、數(shù)；少個(gè)數(shù)； (ii) 根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析；根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析； (iii) 根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析；根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析； (iv)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，是評(píng)價(jià)色譜柱分離色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，是評(píng)價(jià)色譜柱分離效能的依據(jù)；效能的依據(jù)； (v) 色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相（或流動(dòng)相）色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相（或流動(dòng)相）選擇是否合適的依據(jù)。選擇是否合適的依據(jù)。 色譜分析之目的：將樣品中各組分完全分離。色譜分析之目的：將樣品中各組分完全分離。 完全分離之前提：兩峰間距足夠遠(yuǎn)。完全分離之前提：兩峰間距足

20、夠遠(yuǎn)。 什么因素決定兩峰間距？組分在兩相間的分配系數(shù)差異，什么因素決定兩峰間距？組分在兩相間的分配系數(shù)差異，即色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)。即色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)。 兩峰有一定間距就能分開(kāi)嗎？窄峰可能，寬峰或不能。兩峰有一定間距就能分開(kāi)嗎？窄峰可能，寬峰或不能。 什么因素影響峰的寬窄？組分在色譜柱中傳質(zhì)過(guò)程和擴(kuò)散什么因素影響峰的寬窄？組分在色譜柱中傳質(zhì)過(guò)程和擴(kuò)散現(xiàn)象，即色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)?，F(xiàn)象，即色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。 色譜理論即從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來(lái)研究色譜行為。色譜理論即從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來(lái)研究色譜行為。13-4 13-4 色譜法理論基礎(chǔ)色譜法理論基礎(chǔ)1 1、塔板理論要點(diǎn)：、塔板理論要點(diǎn)：

21、(1) (1) 將色譜分離過(guò)程比擬為蒸餾塔將色譜分離過(guò)程比擬為蒸餾塔(2) (2) 將色譜柱劃分為許多小段，每段相當(dāng)于一塊塔板將色譜柱劃分為許多小段，每段相當(dāng)于一塊塔板(3) (3) 流動(dòng)相脈沖式推進(jìn)，每一次通過(guò)一塊塔板流動(dòng)相脈沖式推進(jìn)，每一次通過(guò)一塊塔板(4) (4) 組分在塔板內(nèi)的組分在塔板內(nèi)的兩相之間兩相之間相瞬間達(dá)成分配平衡相瞬間達(dá)成分配平衡(5) (5) 樣品組分除隨流動(dòng)相運(yùn)動(dòng)之外，不會(huì)擴(kuò)散樣品組分除隨流動(dòng)相運(yùn)動(dòng)之外，不會(huì)擴(kuò)散一、色譜的熱力學(xué)原理一、色譜的熱力學(xué)原理-塔板理論塔板理論2 2、柱效指標(biāo)：塔板數(shù)、柱效指標(biāo)：塔板數(shù)n n、塔板高度、塔板高度H H 單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明

22、柱效越高。單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。 用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。 組分在組分在t tM M時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：板數(shù)和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn有效有效有效nLHWtWtnbRR222/1)(16)(54. 53 3、塔板理論的特點(diǎn)和不足：、塔板理論的特點(diǎn)和不足： (1) (1)當(dāng)柱長(zhǎng)一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)柱長(zhǎng)一定時(shí)，塔板數(shù)n n越大，塔板高度越大，塔板高度H H 就越小就越小，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所，被測(cè)組分在柱

23、內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。得色譜峰越窄。 (2)(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。測(cè)定物質(zhì)。 (3)(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)分的分配系數(shù) K K 相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。無(wú)法分離。 (4)(4)塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在

24、不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。柱效的途徑。 1、速率方程（也稱范、速率方程（也稱范.弟姆特方程式）弟姆特方程式）:H = A + B/u + Cu H-理論塔板高度（理論塔板高度（H越小，塔板數(shù)越小，塔板數(shù)n越多）越多） u-載氣的線速度載氣的線速度(cm/s) 減小減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；三項(xiàng)可提高柱效； 存在著最佳流速存在著最佳流速u； A、B、C 三項(xiàng)，各與哪些因素有關(guān)？三項(xiàng)，各與哪些因素有關(guān)？1.1.渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)A（也稱多徑項(xiàng)，固定相的影響）（也稱多徑項(xiàng)，固定相的影響） 固定

25、相的平均顆粒直徑固定相的平均顆粒直徑固定相的填充不均勻因子固定相的填充不均勻因子 固定相顆粒越小固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，填充的越均勻，A，H，柱效，柱效n。當(dāng)渦流擴(kuò)散現(xiàn)象減輕時(shí)，色譜峰較窄。當(dāng)渦流擴(kuò)散現(xiàn)象減輕時(shí)，色譜峰較窄。固定相的縫隙越大，渦流擴(kuò)散越嚴(yán)重，延長(zhǎng)滯留時(shí)間，峰變寬。2.2.分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)B（也稱縱向擴(kuò)散項(xiàng)，組分在兩相間擴(kuò)散）（也稱縱向擴(kuò)散項(xiàng)，組分在兩相間擴(kuò)散） B = 2 Dg : 彎曲因子，固定相的阻礙。填充柱彎曲因子，固定相的阻礙。填充柱1；毛細(xì)柱；毛細(xì)柱1 Dg: 試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2s-1）。由于）。由于分

26、子在柱內(nèi)擴(kuò)散，產(chǎn)生縱向濃度差：分子在柱內(nèi)擴(kuò)散，產(chǎn)生縱向濃度差：a. 分子擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，分子擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分離變差。，分離變差。b. 分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速，滯留時(shí)間，滯留時(shí)間，擴(kuò)散，擴(kuò)散c. 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)Dg與分子量的平方根成反比；與分子量的平方根成反比；M載氣載氣，B值值影響因素有：填充物、分子量、溫度、流速影響因素有：填充物、分子量、溫度、流速3.3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng) C（組分在兩相間分配阻力）（組分在兩相間分配阻力） 組分在氣相和液相兩相間進(jìn)行反復(fù)分配時(shí)，遇到阻力。組分在氣相和液相兩相間進(jìn)行反復(fù)分配時(shí)，遇到阻力。 傳質(zhì)阻力包括氣

27、相傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力CL ，液，液相傳質(zhì)阻力大于氣相傳質(zhì)阻力。相傳質(zhì)阻力大于氣相傳質(zhì)阻力。 C =（Cg + CL） 影響因素有：流動(dòng)相粘度、固定液厚度、流速影響因素有：流動(dòng)相粘度、固定液厚度、流速4. 4. 載氣流速與柱效載氣流速與柱效- -最佳流速最佳流速 載氣流速高時(shí)：載氣流速高時(shí)： 傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，的主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 , ,右圖曲線的右邊。右圖曲線的右邊。 載氣流速低時(shí)：載氣流速低時(shí)： H - u曲線與最佳流速：曲線與最佳流速： 由于流速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影由于流速對(duì)這

28、兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影響使得存在著一個(gè)響使得存在著一個(gè)最佳流速最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對(duì)值，即速率方程式中塔板高度對(duì)流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。 以塔板高度以塔板高度H H對(duì)應(yīng)載氣流速對(duì)應(yīng)載氣流速u u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為為最佳流速最佳流速。 分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 ，右圖曲線的坐邊。右圖曲線的坐邊。5. 速率理論的要點(diǎn)速率理論的要點(diǎn) (1) (1)組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所、濃度梯度所造成的

29、造成的分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散及及傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展柱效下降的主要原因。間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展柱效下降的主要原因。 (2)通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６取⑤d氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。氣流速可提高柱效。 (3) (3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響。闡明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響。 (4) 各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影各種因素相互制約，如載氣

30、流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。13-5 13-5 分離度分離度（R 或或 Rs） 塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度離程度。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組分能夠被完全分離。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組分能夠被完全分離。 難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種

31、因素的綜難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響：保留值之差合影響：保留值之差色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素； 峰的寬度峰的寬度色譜過(guò)程的色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)因素。因素。 色譜分離中的四種基本情況如圖所示：色譜分離中的四種基本情況如圖所示： K分配系數(shù)差值大，柱效較高，完全分離分配系數(shù)差值大，柱效較高，完全分離; K小小，柱效較高，峰較窄，基本上分離；，柱效較高，峰較窄，基本上分離； K較大，但柱效較低，分離效果不佳；較大，但柱效較低，分離效果不佳； K小，小，柱效也低，分離效果更差。柱效也低，分離效果更差。分離度的表達(dá)式：分離度的表達(dá)式：R =0.8：兩峰的分離程

32、度可達(dá)：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R =1.0：分離程度：分離程度98%；R =1.5：達(dá)：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。）。)2WW( )(21b)1(2/1)2(2/1)1()2()1()2(21)1()2(若WWttWWttRRRbbRR分離度與塔板數(shù)的關(guān)系16) 1(2121有效nrrR有效有效HrrRLrrRn221212221212116116)()(例題例題1： 在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85秒和秒和100秒，要達(dá)到完全分離，即秒，要達(dá)到完全分離，即R=1.5。計(jì)算需要多少塊有效塔。計(jì)算需要

33、多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長(zhǎng)是多少？，柱長(zhǎng)是多少？解：解： r21= 100 / 85 = 1.18 n有效有效 = 16R2 r21 / (r21 -1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（塊）（塊）L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cm即柱長(zhǎng)為即柱長(zhǎng)為1.55米時(shí)，米時(shí)，兩組分可以得到完全分離。兩組分可以得到完全分離。例題例題2： 在一定條件下，兩個(gè)組分的保留時(shí)間分別為在一定條件下，兩個(gè)組分的保留時(shí)間分別為12.2s和和12.8s，如果理論塔板數(shù)為，如果理論塔板數(shù)為36

34、00，計(jì)算其分離度。要達(dá)到完全，計(jì)算其分離度。要達(dá)到完全分離，即分離，即R=1.5，所需要的柱長(zhǎng)。，所需要的柱長(zhǎng)。解：8533. 036008 .12448133. 036002 .12442211ntWntWRbRb分離度：分離度：72. 08133. 08533. 0)2 .128 .12(2RmLRRL34. 4172. 05 . 121212213-6 13-6 色譜的定性分析、定量分析色譜的定性分析、定量分析一、定性分析一、定性分析定性分析：判定組分的化學(xué)成分是什么物質(zhì)。定性分析：判定組分的化學(xué)成分是什么物質(zhì)。定性的原理：利用物理常數(shù)的一致性來(lái)佐證。定性的原理：利用物理常數(shù)的一致性來(lái)

35、佐證。 保留時(shí)間保留時(shí)間 t tR R 相對(duì)保留值相對(duì)保留值 r r2,12,1 標(biāo)準(zhǔn)物與樣品對(duì)照法標(biāo)準(zhǔn)物與樣品對(duì)照法 化學(xué)方法化學(xué)方法 其它可定性的儀器其它可定性的儀器 一、定性分析一、定性分析1.1.利用純物質(zhì)定性的方法利用純物質(zhì)定性的方法 (1)(1)利用保留值定性：利用保留值定性：通過(guò)對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同通過(guò)對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來(lái)確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜保留值的色譜峰，來(lái)確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比。圖中位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比。 (2)(2)利用加入法定性：利用加入法定性：將純

36、物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。分色譜峰的相對(duì)變化。 2.2.利用文獻(xiàn)保留值定性利用文獻(xiàn)保留值定性 相對(duì)保留值相對(duì)保留值r r2121：相對(duì)保留值相對(duì)保留值r r2121僅與柱溫和固定液性質(zhì)僅與柱溫和固定液性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊(cè)中都列有各種物質(zhì)在不同固定液上的保有關(guān)。在色譜手冊(cè)中都列有各種物質(zhì)在不同固定液上的保留數(shù)據(jù)，可以用來(lái)進(jìn)行定性鑒定。留數(shù)據(jù)，可以用來(lái)進(jìn)行定性鑒定。一、定性分析一、定性分析3.3.保留指數(shù)保留指數(shù) 又稱又稱KovatsKovats指數(shù)（指數(shù)（），是一種重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)。），是一種重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)。測(cè)定方法：測(cè)定方法： 將正構(gòu)

37、烷烴作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其保留指數(shù)為分子中碳原子將正構(gòu)烷烴作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其保留指數(shù)為分子中碳原子個(gè)數(shù)乘以個(gè)數(shù)乘以100100（如正己烷的保留指數(shù)為（如正己烷的保留指數(shù)為600600）。）。 其它物質(zhì)的保留指數(shù)（其它物質(zhì)的保留指數(shù)（I IX X）是通過(guò)選定兩個(gè)相鄰的正構(gòu)）是通過(guò)選定兩個(gè)相鄰的正構(gòu)烷烴，其分別具有烷烴，其分別具有Z Z和和Z Z1 1個(gè)碳原子。被測(cè)物質(zhì)個(gè)碳原子。被測(cè)物質(zhì)X X的調(diào)整保留的調(diào)整保留時(shí)間應(yīng)在相鄰兩個(gè)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留值之間如圖所示：時(shí)間應(yīng)在相鄰兩個(gè)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留值之間如圖所示：保留指數(shù)的計(jì)算方法保留指數(shù)的計(jì)算方法)lglglglg()()()()()()()(ZttttI

38、tttZRZRZRXRXZRXRZR111003.3.與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法1. 1. 峰面積的測(cè)量峰面積的測(cè)量 （1）峰高）峰高（h）乘半峰寬乘半峰寬（Y 1/2）法：法：近似將色譜峰當(dāng)作等近似將色譜峰當(dāng)作等腰三角形。此法算出的面積是實(shí)際峰面積的腰三角形。此法算出的面積是實(shí)際峰面積的0.94倍：倍： A = 1.064 hY1/2 （2）峰高乘平均峰寬法：）峰高乘平均峰寬法：當(dāng)峰形不對(duì)稱時(shí)，可在峰高當(dāng)峰形不對(duì)稱時(shí)，可在峰高0.15和和0.85處分別測(cè)定峰寬，由下式計(jì)算峰面積：處分別測(cè)定峰寬，由下式計(jì)算峰面積： A = h（Y 0.15 + Y 0.85 ）/ 2 （3）峰高乘保留時(shí)間法：）峰高乘保留時(shí)間法：在一定操作條件下，同系物的半在一定操作條件下，