第02章、氣相色譜分析

1、第一節(jié)、概述第一節(jié)、概述 一一. . 色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展u19061906年，俄國植物學(xué)家年，俄國植物學(xué)家TswettTswett為了分離植物色素，為了分離植物色素，將植物綠葉的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣粉末的將植物綠葉的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不同，隨著淋洗的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不同，隨著淋洗的進(jìn)行，不同色素向下移動(dòng)的速度不同，形成一圈圈進(jìn)行，不同色素向下移動(dòng)的速度不同，形成一圈圈不同顏色的色帶，使各色素成分得到了分離。他將不同顏色的色帶，使各

2、色素成分得到了分離。他將這種分離方法命名為色譜法（這種分離方法命名為色譜法（chromatographychromatography）。）。u在此后的在此后的2020多年里，幾乎無人問津這一技術(shù)。多年里，幾乎無人問津這一技術(shù)。u到了到了19311931年，年，KuhnKuhn等用同樣的方法成功地分離了胡等用同樣的方法成功地分離了胡蘿卜素和葉黃素，從此，色譜法開始為人們所重視，蘿卜素和葉黃素，從此，色譜法開始為人們所重視，u此后，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法（見表此后，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法（見表2-12-1）。）。第二章、氣相色譜分析第二章、氣相色譜分析表表2-1 2-1 色譜法的發(fā)展歷史色譜法的發(fā)

3、展歷史 在分析化學(xué)領(lǐng)域在分析化學(xué)領(lǐng)域: : u色譜法是一個(gè)相對(duì)年輕的分支學(xué)科。色譜法是一個(gè)相對(duì)年輕的分支學(xué)科。u早期的色譜技術(shù)只是一種分離技術(shù)，與萃取、早期的色譜技術(shù)只是一種分離技術(shù)，與萃取、蒸餾等分離技術(shù)不同的是其分離效率高得多。蒸餾等分離技術(shù)不同的是其分離效率高得多。u當(dāng)這種高效的當(dāng)這種高效的分離技術(shù)分離技術(shù)與各種靈敏的與各種靈敏的檢測(cè)技檢測(cè)技術(shù)術(shù)結(jié)合在一起后，才使得色譜技術(shù)成為最重結(jié)合在一起后，才使得色譜技術(shù)成為最重要的一種分析方法，要的一種分析方法，u色譜技術(shù)幾乎可以分析所有已知物質(zhì)，在所色譜技術(shù)幾乎可以分析所有已知物質(zhì)，在所有學(xué)科領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。有學(xué)科領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

4、表表2-2 2-2 色譜法起過關(guān)鍵作用的諾貝爾獎(jiǎng)研究工作色譜法起過關(guān)鍵作用的諾貝爾獎(jiǎng)研究工作v二二. . 色譜法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)色譜法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1. 色譜法的優(yōu)點(diǎn)分離效率高分離效率高。幾十種甚至上百種性質(zhì)類似的化合物可在同一根色譜柱上得到分離，能解決許多其他分析方法無能為力的復(fù)雜樣品分析。分析速度快分析速度快。色譜法可在幾分鐘至幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)復(fù)雜樣品的分析。 檢測(cè)靈敏度高檢測(cè)靈敏度高。隨著信號(hào)處理和檢測(cè)器制作技術(shù)的進(jìn)步，不經(jīng)過預(yù)濃縮可以直接檢測(cè) 10-9g 級(jí)的微量物質(zhì)。如采用預(yù)濃縮技術(shù)，檢測(cè)下限可以達(dá)到 10-12g數(shù)量級(jí)。 樣品用量少樣品用量少。一次分析通常只需數(shù)納升至數(shù)微升的溶液

5、樣品。選擇性好選擇性好。通過選擇合適的分離模式和檢測(cè)方法，可以只分離或檢測(cè)感興趣的部分物質(zhì)。多組分同時(shí)分析多組分同時(shí)分析。在很短的時(shí)間內(nèi)（20min左右），可以實(shí)現(xiàn)幾十種成分的同時(shí)分離與定量。易于自動(dòng)化易于自動(dòng)化。現(xiàn)在的色譜儀器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)從進(jìn)樣到數(shù)據(jù)處理的全自動(dòng)化操作。2. 色譜法的缺點(diǎn)定性能力較差定性能力較差。為克服這一缺點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展起來了色譜法與其他多種具有定性能力的分析技術(shù)的聯(lián)用。三、色譜法的定義與分類三、色譜法的定義與分類固定相（stationary phase）： 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（mobile phase）： 與固定相處于平衡狀態(tài)、帶動(dòng)樣品向前移

6、動(dòng)的另一相。色譜法色譜法： 又稱色層法色層法或?qū)游龇▽游龇?，是一種物理化學(xué)分析方法，它利用不同溶質(zhì)（樣品）與固定相和流不同溶質(zhì)（樣品）與固定相和流動(dòng)相之間的作用力（分配、吸附、離子交換等）的差動(dòng)相之間的作用力（分配、吸附、離子交換等）的差別，當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，各溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行多次別，當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，各溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行多次平衡，使各溶質(zhì)達(dá)到相互分離平衡，使各溶質(zhì)達(dá)到相互分離。色譜法的分類方法很多，最常用的分類是根據(jù)流動(dòng)相的狀態(tài)將色譜法分成四大類（見表2-3）。表表2-3 2-3 色譜法按色譜法按流動(dòng)相流動(dòng)相種類的分類種類的分類固定相種類固定相種類：氣固色譜法氣固色譜法(固定相為固體吸附劑

7、固定相為固體吸附劑)氣液色譜法氣液色譜法(固定相為涂在固體擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上的液體固定相為涂在固體擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上的液體)液固色譜法液固色譜法和和液液色譜法液液色譜法等。等。v固定相使用的形式：固定相使用的形式：柱色譜法柱色譜法(固定相裝在色譜柱中固定相裝在色譜柱中)、紙色譜紙色譜法法(濾紙為固定相濾紙為固定相)薄層色譜法薄層色譜法(將吸附劑粉末制成薄層作固定相將吸附劑粉末制成薄層作固定相)等。等。v分離過程的機(jī)制：分離過程的機(jī)制：吸附色譜法吸附色譜法(利用吸附劑表面對(duì)不同組分的物理吸附性能利用吸附劑表面對(duì)不同組分的物理吸附性能的差異進(jìn)行分離的差異進(jìn)行分離)分配色譜法分配色譜法(利用不同組分

8、在兩相中有不同的分配系數(shù)來利用不同組分在兩相中有不同的分配系數(shù)來進(jìn)行分離進(jìn)行分離)離子交換色譜法離子交換色譜法(利用離子交換原理利用離子交換原理)排阻色譜法排阻色譜法(利用多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小分子的排阻作用利用多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小分子的排阻作用)等。等。v第二節(jié)、氣相色譜儀器第二節(jié)、氣相色譜儀器一、氣相色譜儀流程圖一、氣相色譜儀流程圖氣相色譜儀是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)行、氣密的氣相色譜儀是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)行、氣密的氣體流路系統(tǒng)。氣路系統(tǒng)的氣密性、載氣流氣體流路系統(tǒng)。氣路系統(tǒng)的氣密性、載氣流速的穩(wěn)定性及測(cè)量的準(zhǔn)確性，都影響色譜儀速的穩(wěn)定性及測(cè)量的準(zhǔn)確性，都影響色譜儀的穩(wěn)定性和分析結(jié)果。的穩(wěn)定性和分析結(jié)果。

9、高壓鋼瓶中的載氣（氣源）經(jīng)減壓閥減低至高壓鋼瓶中的載氣（氣源）經(jīng)減壓閥減低至0.2-0.5MPa0.2-0.5MPa，通過，通過裝有吸附劑（分子篩）的凈化氣除去載氣中的水分和雜質(zhì)，到裝有吸附劑（分子篩）的凈化氣除去載氣中的水分和雜質(zhì)，到達(dá)穩(wěn)壓閥，維持氣體壓力穩(wěn)定。樣品在氣化室變成氣體后被載達(dá)穩(wěn)壓閥，維持氣體壓力穩(wěn)定。樣品在氣化室變成氣體后被載氣帶至色譜柱，各組分在柱中達(dá)到分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器。氣帶至色譜柱，各組分在柱中達(dá)到分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器。流量計(jì)流量計(jì)減壓閥減壓閥 結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中7 7是高壓氣瓶與減壓閥的連接口，氣體經(jīng)針是高壓氣瓶與減壓閥的連接口，氣體經(jīng)針閥閥4

10、4進(jìn)入裝有調(diào)節(jié)隔膜的出口腔進(jìn)入裝有調(diào)節(jié)隔膜的出口腔5 5，出口壓力是靠調(diào)節(jié)手柄，出口壓力是靠調(diào)節(jié)手柄1 1調(diào)節(jié)。順時(shí)調(diào)節(jié)。順時(shí)針擰緊，針閥逐漸打開，出口壓力升高；反時(shí)針旋松，出口壓力減小。針擰緊，針閥逐漸打開，出口壓力升高；反時(shí)針旋松，出口壓力減小。減壓閥減壓閥 穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓閥 穩(wěn)流閥穩(wěn)流閥 進(jìn)樣器進(jìn)樣器 檢測(cè)器檢測(cè)器減壓閥結(jié)構(gòu)圖減壓閥結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓閥 結(jié)構(gòu)如下圖所示。為后面的針形閥提供穩(wěn)定的氣壓，或?yàn)楹竺娴姆€(wěn)流閥提結(jié)構(gòu)如下圖所示。為后面的針形閥提供穩(wěn)定的氣壓，或?yàn)楹竺娴姆€(wěn)流閥提供恒定的參考?jí)毫ΑＰD(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，即可通過彈簧將針閥供恒定的參考?jí)毫?。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，即可通過彈簧將針閥2 2旋到一定的

11、開度，當(dāng)旋到一定的開度，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)就處于平衡狀態(tài)，當(dāng)氣體進(jìn)口壓力壓力達(dá)到一定值時(shí)就處于平衡狀態(tài)，當(dāng)氣體進(jìn)口壓力P P1 1 稍有增加時(shí)，稍有增加時(shí)，P P2 2 處的壓處的壓力也增加，波紋管就向右移動(dòng)，并帶動(dòng)三根連動(dòng)閥桿（圖中只畫出一根）也向力也增加，波紋管就向右移動(dòng)，并帶動(dòng)三根連動(dòng)閥桿（圖中只畫出一根）也向右移動(dòng)，使閥開度變小，使出口壓力右移動(dòng)，使閥開度變小，使出口壓力 P P3 3 維持不變，反之亦然。維持不變，反之亦然。 穩(wěn)壓閥的結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)流閥穩(wěn)流閥 結(jié)構(gòu)如下圖所示。程序升溫用氣相色譜儀通常還配有穩(wěn)流閥，以維結(jié)構(gòu)如下圖所示。程序升溫用氣相色譜儀通常還配有穩(wěn)流閥，以維持柱持柱升降溫升

12、降溫時(shí)氣流的穩(wěn)定。其工作原理是針閥在輸入壓力保持不變的情時(shí)氣流的穩(wěn)定。其工作原理是針閥在輸入壓力保持不變的情況下旋到一定的開度，使流量維持不變。當(dāng)進(jìn)口壓力況下旋到一定的開度，使流量維持不變。當(dāng)進(jìn)口壓力P P1 1 穩(wěn)定，針閥兩端穩(wěn)定，針閥兩端的壓力差的壓力差P=PP=P3 3-P-P2 2 ，當(dāng)，當(dāng)PP等于彈簧壓力時(shí)，膜片兩邊達(dá)到平衡。當(dāng)柱等于彈簧壓力時(shí)，膜片兩邊達(dá)到平衡。當(dāng)柱溫升高時(shí)，氣體阻力增加，出口壓力溫升高時(shí)，氣體阻力增加，出口壓力P P4 4 增加，流量降低。因?yàn)樵黾?，流量降低。因?yàn)?P P1 1是恒是恒定的，所以定的，所以P P1 1-P-P2 2 小于彈簧壓力，這時(shí)彈簧向上壓動(dòng)膜

13、片，球閥開度增小于彈簧壓力，這時(shí)彈簧向上壓動(dòng)膜片，球閥開度增大，出口壓力大，出口壓力 P P4 4增大，流量增加，增大，流量增加， P P2 2也相應(yīng)下降，直至也相應(yīng)下降，直至P P1 1-P-P2 2 等于彈簧等于彈簧壓力時(shí)，膜片又處于平衡，使氣體流量維持不變。壓力時(shí)，膜片又處于平衡，使氣體流量維持不變。二、進(jìn)樣器二、進(jìn)樣器1. 1. 閥進(jìn)樣器閥進(jìn)樣器- -氣體樣品的進(jìn)樣氣體樣品的進(jìn)樣2. 2. 隔膜進(jìn)樣器隔膜進(jìn)樣器- -填充柱液體樣品的進(jìn)樣填充柱液體樣品的進(jìn)樣3. 3. 分流進(jìn)樣器分流進(jìn)樣器- -毛細(xì)管柱液體樣品的進(jìn)樣毛細(xì)管柱液體樣品的進(jìn)樣1. 1. 閥進(jìn)樣器閥進(jìn)樣器-氣體樣品的進(jìn)樣氣體樣

14、品的進(jìn)樣通常用六通閥進(jìn)樣器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。在采樣位置通常用六通閥進(jìn)樣器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。在采樣位置時(shí)，載氣經(jīng)時(shí)，載氣經(jīng)1 1流入，直接從流入，直接從2 2流出，到達(dá)色譜柱，氣體樣品從流出，到達(dá)色譜柱，氣體樣品從進(jìn)樣口進(jìn)樣口5 5流入到接在通道流入到接在通道3 3和和6 6上的定量管上的定量管7 7中，并從通道中，并從通道4 4流流出。當(dāng)六通閥從采樣位置旋轉(zhuǎn)出。當(dāng)六通閥從采樣位置旋轉(zhuǎn)6060o o 至進(jìn)樣位置時(shí)，載氣經(jīng)至進(jìn)樣位置時(shí)，載氣經(jīng)1 1和和6 6通道與定量管通道與定量管7 7連通，將定量管中的樣品從通道連通，將定量管中的樣品從通道3 3和和2 2帶至帶至色譜柱中。色譜柱中。v2.

15、2. 隔膜進(jìn)樣器隔膜進(jìn)樣器-填充柱液體樣品的進(jìn)樣填充柱液體樣品的進(jìn)樣液體樣品通過氣化室轉(zhuǎn)化為氣體后被載氣帶入色譜柱。色譜柱的一液體樣品通過氣化室轉(zhuǎn)化為氣體后被載氣帶入色譜柱。色譜柱的一端插入氣化室中，氣化室的另一端有一個(gè)硅橡膠隔膜，注射器穿透隔膜端插入氣化室中，氣化室的另一端有一個(gè)硅橡膠隔膜，注射器穿透隔膜將樣品注入氣化室。這種隔膜進(jìn)樣器的結(jié)構(gòu)如圖所示。將樣品注入氣化室。這種隔膜進(jìn)樣器的結(jié)構(gòu)如圖所示。隔膜進(jìn)樣器3. 3. 分流進(jìn)樣器分流進(jìn)樣器-毛細(xì)管柱液體樣品的進(jìn)樣毛細(xì)管柱液體樣品的進(jìn)樣由于毛細(xì)管柱樣品容量在納升級(jí)，直接導(dǎo)入如此微量樣品很困難，由于毛細(xì)管柱樣品容量在納升級(jí)，直接導(dǎo)入如此微量樣品

16、很困難，通常采用分流進(jìn)樣器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。進(jìn)入氣化室的載氣與樣品混合通常采用分流進(jìn)樣器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。進(jìn)入氣化室的載氣與樣品混合后只有一小部分進(jìn)入毛細(xì)管柱，大部分從分流氣出口排出，分流比可通后只有一小部分進(jìn)入毛細(xì)管柱，大部分從分流氣出口排出，分流比可通過調(diào)節(jié)分流氣出口流量來確定，常規(guī)毛細(xì)管柱的分流比在過調(diào)節(jié)分流氣出口流量來確定，常規(guī)毛細(xì)管柱的分流比在1:50-1:500 1:50-1:500 。分流進(jìn)樣器三、檢測(cè)器三、檢測(cè)器1. 1. 熱導(dǎo)檢測(cè)器熱導(dǎo)檢測(cè)器(thermal conductivity (thermal conductivity detector,TCD)detector,TC

17、D)2. 2. 氫火焰離子化檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器(flame ionization (flame ionization detector,FID)detector,FID)3. 3. 電子捕獲檢測(cè)器電子捕獲檢測(cè)器(electron capture (electron capture detector,ECD)detector,ECD)4. 火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器 (flame photometric detector，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱FPD)v1. 1. 熱導(dǎo)檢測(cè)器熱導(dǎo)檢測(cè)器(thermal conductivity detector,TCD)(thermal conductivity de

18、tector,TCD)原理： 基于載氣和樣品的導(dǎo)熱系數(shù)的差異，基于載氣和樣品的導(dǎo)熱系數(shù)的差異，并用惠斯登電橋檢測(cè)。v檢測(cè)器結(jié)構(gòu)： 如圖所示。它由一個(gè)金屬塊和裝在通氣室中的熱敏元件組成，熱敏元件是具有較大溫度系數(shù)的金屬絲（如鉑絲、錸鎢絲），TCD一般有四個(gè)通氣室（只畫出兩個(gè)），各通氣室中的金屬絲的電阻完全相同。熱導(dǎo)檢測(cè)器惠斯登電橋： 如圖所示，將四支熱絲組成一個(gè)惠斯登電橋，往A室通純載氣，往B室通含樣品的載氣。由于A室和B室的電阻變化造成惠斯登電橋的不平衡，從而有輸出電壓，電壓（或電流）的大小與樣品的濃度成正比?；菟沟请姌騰影響熱導(dǎo)池檢測(cè)器靈敏度的因素影響熱導(dǎo)池檢測(cè)器靈敏度的因素v橋路工作電流橋

19、路工作電流的影響的影響 一般工作電流與響應(yīng)值之間有三次方的關(guān)系，即一般工作電流與響應(yīng)值之間有三次方的關(guān)系，即增加電流能使靈敏度迅速增加；一般橋路電流控制在增加電流能使靈敏度迅速增加；一般橋路電流控制在100200 mA左左右右(N2作載氣時(shí)為作載氣時(shí)為100150 mA，H2作載氣時(shí)為作載氣時(shí)為150200 mA)。v熱導(dǎo)池體溫度熱導(dǎo)池體溫度的影響的影響 池體溫度低，池體和鎢絲的溫差就大，能使靈敏池體溫度低，池體和鎢絲的溫差就大，能使靈敏度提高。冷凝。一般池體溫度不應(yīng)低于柱溫。度提高。冷凝。一般池體溫度不應(yīng)低于柱溫。v載氣的影響載氣的影響 載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差愈大，則靈敏度愈高。故選擇熱載

20、氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差愈大，則靈敏度愈高。故選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的氣體導(dǎo)系數(shù)大的氣體(例如例如H2或或He)作載氣，靈敏度就比較高。通常采用氫作作載氣，靈敏度就比較高。通常采用氫作載氣。氮作載氣，靈敏度低。載氣流速要穩(wěn)定。載氣。氮作載氣，靈敏度低。載氣流速要穩(wěn)定。v熱敏元件阻值熱敏元件阻值的影響的影響 選擇阻值高，電阻溫度系數(shù)較大的熱敏元件選擇阻值高，電阻溫度系數(shù)較大的熱敏元件(鎢絲鎢絲) v一般熱導(dǎo)袍的一般熱導(dǎo)袍的死體積死體積較大，且靈敏度較低，這是其主要缺點(diǎn)，微型池體較大，且靈敏度較低，這是其主要缺點(diǎn)，微型池體(25mL)的熱導(dǎo)池。的熱導(dǎo)池。v2. 2. 氫火焰離子化檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器(f

21、lame ionization detector,FID)(flame ionization detector,FID) 原理： 含碳有機(jī)物含碳有機(jī)物在氫火焰中燃燒時(shí)，產(chǎn)生化學(xué)電離，在氫火焰中燃燒時(shí)，產(chǎn)生化學(xué)電離，發(fā)生下列反應(yīng)：發(fā)生下列反應(yīng)： CH + O - CHOCH + O - CHO+ + + e + e CHO CHO+ + + H + H2 2O - HO - H3 3O O+ + + CO + CO在電場(chǎng)作用下，正離子被收集到負(fù)極，產(chǎn)生電流。在電場(chǎng)作用下，正離子被收集到負(fù)極，產(chǎn)生電流。檢測(cè)器結(jié)構(gòu)： 如圖所示，在噴嘴上加一極化電壓，氫氣從管道7進(jìn)入噴嘴，與載氣混合后由噴嘴逸出進(jìn)行燃

22、燒，助燃空氣由管道6進(jìn)入，通過空氣擴(kuò)散器5均勻分布在火焰周圍進(jìn)行助燃，補(bǔ)充氣從噴嘴管道底部8通入。v操作條件的選擇操作條件的選擇v (1)氣體流量氣體流量v 載氣流量載氣流量：一般用：一般用N2作載氣，載氣流量的選擇主要考慮分離效能。對(duì)一作載氣，載氣流量的選擇主要考慮分離效能。對(duì)一定的色譜柱和試樣，要找到一個(gè)最佳的載氣流速，使柱的分離效果最好。定的色譜柱和試樣，要找到一個(gè)最佳的載氣流速，使柱的分離效果最好。v氫氣氫氣與氮?dú)饬髁恐仁桥c氮?dú)饬髁恐仁?:1l:1.5。在最佳氫氮比時(shí)，不但靈敏度高，而。在最佳氫氮比時(shí)，不但靈敏度高，而且穩(wěn)定性好。且穩(wěn)定性好。v 空氣流量空氣流量：空氣是助燃?xì)猓?/p>

23、生成：空氣是助燃?xì)猓樯蒀HO提供提供02。空氣流量在一定范?？諝饬髁吭谝欢ǚ秶鷥?nèi)對(duì)響應(yīng)值有影響。當(dāng)空氣流量較小時(shí)，對(duì)響應(yīng)值影響較大，流量很圍內(nèi)對(duì)響應(yīng)值有影響。當(dāng)空氣流量較小時(shí)，對(duì)響應(yīng)值影響較大，流量很小時(shí)，靈敏度較低?？諝饬髁扛哂谀骋粩?shù)值小時(shí)，靈敏度較低?？諝饬髁扛哂谀骋粩?shù)值(例如例如400 ml min-1)，此時(shí)對(duì)，此時(shí)對(duì)響應(yīng)值幾乎沒有影響。一般氫氣與空氣流量之比為響應(yīng)值幾乎沒有影響。一般氫氣與空氣流量之比為1:10。v 氣體中的氣體中的機(jī)械雜質(zhì)或載氣中含有微量有機(jī)雜質(zhì)機(jī)械雜質(zhì)或載氣中含有微量有機(jī)雜質(zhì)。v (2)極化電壓極化電壓 在極化電壓較低時(shí)，響應(yīng)值隨極化電壓的增加成正比增加，在

24、極化電壓較低時(shí)，響應(yīng)值隨極化電壓的增加成正比增加，然后趨于一個(gè)飽和值，極化電壓高于飽和值時(shí)與檢測(cè)器的響應(yīng)值幾乎無然后趨于一個(gè)飽和值，極化電壓高于飽和值時(shí)與檢測(cè)器的響應(yīng)值幾乎無關(guān)。一般選關(guān)。一般選100 V到到300 V之間。之間。v (3)使用溫度使用溫度 與熱導(dǎo)池檢測(cè)器不同，氫焰檢測(cè)器的溫度不是主要影響因與熱導(dǎo)池檢測(cè)器不同，氫焰檢測(cè)器的溫度不是主要影響因素，從素，從80200，靈敏度幾乎相同。，靈敏度幾乎相同。80以下，靈敏度顯著下降，這是以下，靈敏度顯著下降，這是由于水蒸氣冷凝造成的影響。由于水蒸氣冷凝造成的影響。v3. 3. 電子捕獲檢測(cè)器電子捕獲檢測(cè)器(electron capture

25、 (electron capture detector,ECD)detector,ECD)原理：以原理：以6363NiNi或或3 3H H作放射源，當(dāng)載氣（如作放射源，當(dāng)載氣（如N N2 2）通）通過檢測(cè)器時(shí)，受放射源發(fā)射的過檢測(cè)器時(shí)，受放射源發(fā)射的BetaBeta射線的激發(fā)與電射線的激發(fā)與電離，產(chǎn)生一定數(shù)量的電子和正離子，在一定強(qiáng)度電離，產(chǎn)生一定數(shù)量的電子和正離子，在一定強(qiáng)度電場(chǎng)作用下形成一個(gè)背景電流（基流）。在此情況下，場(chǎng)作用下形成一個(gè)背景電流（基流）。在此情況下，如載氣中含有如載氣中含有電負(fù)性強(qiáng)的樣品電負(fù)性強(qiáng)的樣品，則電負(fù)性物質(zhì)就會(huì)，則電負(fù)性物質(zhì)就會(huì)捕捉電子，從而使檢測(cè)室中的基流減小，基

26、流的減捕捉電子，從而使檢測(cè)室中的基流減小，基流的減小與樣品的濃度成正比。小與樣品的濃度成正比。檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：如圖所示，檢測(cè)器的池體用作陰極，圓筒內(nèi)如圖所示，檢測(cè)器的池體用作陰極，圓筒內(nèi)側(cè)裝有放射源，陽極側(cè)裝有放射源，陽極2 2與陰極之間用陶瓷或聚四氟乙烯絕緣與陰極之間用陶瓷或聚四氟乙烯絕緣。在陰陽極之間施加恒流或脈沖電壓。在陰陽極之間施加恒流或脈沖電壓。v4. 火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器v 火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器(flame photometric detector，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱FPD)是是對(duì)含磷、對(duì)含磷、含硫的化合物含硫的化合物有高選擇性和高靈敏度的一種色譜檢測(cè)器。有高選擇性

27、和高靈敏度的一種色譜檢測(cè)器。v 這種檢測(cè)器主要由火焰噴嘴、濾光片、光電倍增管三部分組成，v含含S：350-430nmv含含P：526nmv含碳有機(jī)物，在氫焰高溫下進(jìn)行電離而產(chǎn)生微電流，經(jīng)收含碳有機(jī)物，在氫焰高溫下進(jìn)行電離而產(chǎn)生微電流，經(jīng)收集極收集，放大后可同時(shí)記錄下來。集極收集，放大后可同時(shí)記錄下來。v因此火焰光度檢測(cè)器可以同時(shí)測(cè)定硫、磷和含碳有機(jī)物，因此火焰光度檢測(cè)器可以同時(shí)測(cè)定硫、磷和含碳有機(jī)物，即火焰光度檢測(cè)器、氫焰檢測(cè)器聯(lián)用。即火焰光度檢測(cè)器、氫焰檢測(cè)器聯(lián)用。四種檢測(cè)器的比較檢測(cè)器特點(diǎn)注意事項(xiàng)及應(yīng)用熱導(dǎo)熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)器(TCD)(TCD)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度適宜，穩(wěn)定性較好，對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈

28、敏度適宜，穩(wěn)定性較好，對(duì)所有所有物質(zhì)物質(zhì)都有響應(yīng)都有響應(yīng)應(yīng)用最廣、最成熟應(yīng)用最廣、最成熟氫火焰離子化氫火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)器(FID)(FID)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，死結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，死體積小、線性范圍寬，對(duì)體積小、線性范圍寬，對(duì)含碳有機(jī)化合物含碳有機(jī)化合物有很有很高的靈敏度，一般比熱導(dǎo)池檢測(cè)器的靈敏度高高的靈敏度，一般比熱導(dǎo)池檢測(cè)器的靈敏度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，能檢測(cè)至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，能檢測(cè)至10-12 g/s的痕量物質(zhì)。的痕量物質(zhì)。故適宜于痕量有機(jī)物的分析。故適宜于痕量有機(jī)物的分析。電子捕獲電子捕獲檢測(cè)檢測(cè)器器(ECD)(ECD)具有選擇性、靈敏度高，只對(duì)具有具有

29、選擇性、靈敏度高，只對(duì)具有電負(fù)性電負(fù)性的物的物質(zhì)質(zhì)(如含有鹵素、硫、磷、氮、氧的物質(zhì)如含有鹵素、硫、磷、氮、氧的物質(zhì))有響有響應(yīng)，電負(fù)性愈強(qiáng)，靈敏度愈高。高靈敏度表現(xiàn)應(yīng)，電負(fù)性愈強(qiáng)，靈敏度愈高。高靈敏度表現(xiàn)在能測(cè)出在能測(cè)出10-14gmL-1的電負(fù)性物質(zhì)。的電負(fù)性物質(zhì)。用于痕量的具有特殊官能團(tuán)的組分的用于痕量的具有特殊官能團(tuán)的組分的分析，如食品、農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留分析，如食品、農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量的分析，大氣、水中痕量污染物的量的分析，大氣、水中痕量污染物的分析等分析等火焰光度檢測(cè)火焰光度檢測(cè)器器(FPD)對(duì)對(duì)含磷、含硫含磷、含硫的化合物有高選擇性和高靈敏度的化合物有高選擇性和高靈敏度操作時(shí)應(yīng)

30、注意載氣的純度操作時(shí)應(yīng)注意載氣的純度(應(yīng)在四個(gè)應(yīng)在四個(gè)9以上以上)和流速對(duì)信號(hào)值和穩(wěn)定性有很和流速對(duì)信號(hào)值和穩(wěn)定性有很大的影響。檢測(cè)器的溫度對(duì)響應(yīng)值也大的影響。檢測(cè)器的溫度對(duì)響應(yīng)值也有較大的影響。由于線性范圍較狹，有較大的影響。由于線性范圍較狹，只有只有103左右，進(jìn)樣量不可超載。左右，進(jìn)樣量不可超載。儀器組成小結(jié)v儀器由五部分組成。1. 載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)，包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測(cè)量：2. 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)，包括進(jìn)樣器、氣化室；3. 色譜柱和柱箱色譜柱和柱箱，包括溫度控制裝置；4. 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括檢測(cè)器、檢測(cè)器的電源及控溫裝置；5. 記錄系統(tǒng)記錄系統(tǒng)，包括放大器、記錄儀，數(shù)

31、據(jù)處理裝置。v第三節(jié)、氣相色譜分析的理論基礎(chǔ)v一、色譜圖及相關(guān)術(shù)語v基線基線(baseline)v基線漂移(baseline drift)v基線噪聲(baseline noise)v死時(shí)間死時(shí)間(dead time) tMv保留時(shí)間保留時(shí)間(retention time) tRv調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間(adjusted retention time) tRv區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?peak width) 越窄越好。越窄越好。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation) , 0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。倍峰高處色譜峰寬度的一半。(2) 半蜂寬度半蜂寬度(peak wid

32、th at half-height)Yl/2 又稱半寬度或區(qū)域?qū)挾扔址Q半寬度或區(qū)域?qū)挾?3) 峰底寬度峰底寬度(peak width at peak base) YY=4 Yl/2=2.35 v色譜峰的對(duì)稱性色譜峰的對(duì)稱性高斯（高斯（GaussianGaussian）曲線）曲線不對(duì)稱因子（不對(duì)稱因子（asymmetryasymmetry）拖尾峰（拖尾峰（tailing peaktailing peak）伸舌峰（伸舌峰（leading peakleading peak或或fronting peakfronting peak）v高斯（高斯（GaussianGaussian）曲線：）曲線： v 在理

33、想情況下，色譜峰的形狀可以近似地用高斯曲線描述。圖中為在理想情況下，色譜峰的形狀可以近似地用高斯曲線描述。圖中為標(biāo)準(zhǔn)偏差（拐點(diǎn)處的半峰寬），標(biāo)準(zhǔn)偏差（拐點(diǎn)處的半峰寬），h h為最大峰高，為最大峰高，w w為峰寬。為峰寬。不對(duì)稱因子（不對(duì)稱因子（asymmetryasymmetry）：）： 在實(shí)際的色譜過程中，溶質(zhì)從色譜柱中流出時(shí)，很少符在實(shí)際的色譜過程中，溶質(zhì)從色譜柱中流出時(shí)，很少符合高斯分布，而是具有一定的不對(duì)稱性。我們可以定義一個(gè)合高斯分布，而是具有一定的不對(duì)稱性。我們可以定義一個(gè)不對(duì)稱因子不對(duì)稱因子AsAs來定量地表示色譜峰的不對(duì)稱程度，如圖所示，來定量地表示色譜峰的不對(duì)稱程度，如圖所示

34、，將將1010峰高處前半峰的寬度設(shè)為峰高處前半峰的寬度設(shè)為a, a, 同高度處后半峰的寬度設(shè)同高度處后半峰的寬度設(shè)為為b b，將，將b b與與a a的比值定義為不對(duì)稱因子的比值定義為不對(duì)稱因子AsAs，即，即v拖尾峰（拖尾峰（tailing peaktailing peak）：）： v 當(dāng)當(dāng)AsAs大于大于1 1時(shí)，色譜峰的形狀是前半部分信號(hào)增時(shí)，色譜峰的形狀是前半部分信號(hào)增加快，后半部分信號(hào)減少慢。引起峰拖尾的主要原加快，后半部分信號(hào)減少慢。引起峰拖尾的主要原因是溶質(zhì)在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰因是溶質(zhì)在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰也稱為吸附峰。也稱為吸附峰。 伸舌峰（伸舌峰（

35、leading peakleading peak或或fronting peakfronting peak）：）： 當(dāng)當(dāng)AsAs小于小于1 1時(shí)，色譜峰是前半部分信號(hào)增加時(shí)，色譜峰是前半部分信號(hào)增加慢，后半部分信號(hào)減小快。因?yàn)樯焐喾逯饕枪搪蟀氩糠中盘?hào)減小快。因?yàn)樯焐喾逯饕枪潭ㄏ嗖荒芙o溶質(zhì)提供足夠數(shù)量合適的作用位置，定相不能給溶質(zhì)提供足夠數(shù)量合適的作用位置，使一部分溶質(zhì)超過了峰的中心，即產(chǎn)生了超載，使一部分溶質(zhì)超過了峰的中心，即產(chǎn)生了超載，所以也稱超載峰。所以也稱超載峰。分離度分離度色譜分析的目標(biāo)就是要將混合物中的各組分分離，兩個(gè)色譜分析的目標(biāo)就是要將混合物中的各組分分離，兩個(gè)相鄰色譜峰的

36、分離度相鄰色譜峰的分離度R R（resolutionresolution）定義為）定義為兩峰保留時(shí)間兩峰保留時(shí)間差與兩峰峰底寬平均值之商差與兩峰峰底寬平均值之商，即式中tR1和tR2分別為峰1和峰2的保留時(shí)間；w1和w2分別為峰1和峰2在峰底（基線）的峰寬，即通過色譜峰的變曲點(diǎn)（拐點(diǎn)）所作三角形的底邊長度。色譜峰呈高斯分布：色譜峰呈高斯分布：分離度分離度R=1.5(99.7%)R=1.5(99.7%)即可認(rèn)為完全分開即可認(rèn)為完全分開，滿足定量分析的需要。，滿足定量分析的需要。R=2R=2時(shí)，兩個(gè)峰完全達(dá)到了基線分離。通過調(diào)節(jié)色譜條件還可獲時(shí)，兩個(gè)峰完全達(dá)到了基線分離。通過調(diào)節(jié)色譜條件還可獲得更

37、高的得更高的R R值，不過這時(shí)的代價(jià)將是分析時(shí)間增加。如果兩組值，不過這時(shí)的代價(jià)將是分析時(shí)間增加。如果兩組分濃度相差不是太大，分濃度相差不是太大，分離度分離度R=0.5R=0.5時(shí)，仍然可以看得出兩個(gè)峰的峰頂是分開的。時(shí)，仍然可以看得出兩個(gè)峰的峰頂是分開的。選擇性系數(shù)選擇性系數(shù)兩個(gè)組分達(dá)到分離的一個(gè)決定性參數(shù)就是兩組分的相對(duì)保留值(relative retention value) ，兩兩個(gè)色譜峰真實(shí)保留時(shí)間之比個(gè)色譜峰真實(shí)保留時(shí)間之比，稱作選擇性系數(shù) ，即計(jì)算選擇性系數(shù)所需參數(shù)也可以從色譜圖中獲得。選擇性系數(shù)主要由柱溫、固定相的性質(zhì)所決定，不隨柱徑、柱長，填充情況及流動(dòng)相流速而變，可用來表示

38、固定相(色譜柱)的選擇性。當(dāng)選擇性系數(shù)=1時(shí)，則說明在給定的色譜條件下，兩組分不存在熱力學(xué)上的差異，無法實(shí)現(xiàn)相互分離。 二、氣一固、氣一液色譜分析的基本原理二、氣一固、氣一液色譜分析的基本原理色譜柱：填充柱和毛細(xì)管柱。色譜柱：填充柱和毛細(xì)管柱。氣一固色譜分析：吸附氣一固色譜分析：吸附 脫附脫附氣一液色譜分析：溶解氣一液色譜分析：溶解 揮發(fā)揮發(fā)分配系數(shù)分配系數(shù)K：氣相色譜分析的分離原理：氣相色譜分析的分離原理：是基于不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)。是基于不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)。分配比分配比k（容量因子或容量比容量因子或容量比,capacity factor or capacity

39、 ratio)式中：ms為組分分配在固定相中的質(zhì)量, mM為組分分配在流動(dòng)相中的質(zhì)量v ：相比：相比(phase ratio)，v填充柱的值約為635，毛細(xì)管柱)的值為501 500v(1)分配系數(shù)是組分在兩相中濃度之比，分配比則是組分在兩相中分配總量之比。分配系數(shù)是組分在兩相中濃度之比，分配比則是組分在兩相中分配總量之比。它們都與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并隨柱溫、柱壓的變化而變化。它們都與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并隨柱溫、柱壓的變化而變化。v(2)分配系數(shù)只決定于組分和兩相性質(zhì)，與兩相體積無關(guān)。分配比不僅決定于組分配系數(shù)只決定于組分和兩相性質(zhì)，與兩相體積無關(guān)。分配比不僅決定于組分

40、和兩相性質(zhì)，且與相比有關(guān)，亦即組分的分配比隨固定相的量而改變。分和兩相性質(zhì)，且與相比有關(guān)，亦即組分的分配比隨固定相的量而改變。v(3)對(duì)于一給定色譜體系對(duì)于一給定色譜體系(分配體系分配體系)，組分的分離最終決定于組分在每相中的相，組分的分離最終決定于組分在每相中的相對(duì)量，而不是相對(duì)濃度，因此分配比是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)。對(duì)量，而不是相對(duì)濃度，因此分配比是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)。k值越大，保留時(shí)間越長，值越大，保留時(shí)間越長， k值為零的組分，其保留時(shí)間即為死時(shí)間值為零的組分，其保留時(shí)間即為死時(shí)間tM。v(4) 滯留因子滯留因子(retardation factor) R

41、s=us/uv三、色譜分離的三、色譜分離的基本理論基本理論v包括兩方面：包括兩方面：v一一 是試樣中各組分在兩相間的是試樣中各組分在兩相間的分配情況分配情況。這與各組分在。這與各組分在兩相間的分配系數(shù)，各物質(zhì)兩相間的分配系數(shù)，各物質(zhì)(包括試樣中組分，固定相，包括試樣中組分，固定相，流動(dòng)相流動(dòng)相)的分子結(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)問的時(shí)問(即保留值即保留值)反映了各組分在兩相間的分配情況，它反映了各組分在兩相間的分配情況，它由色譜過程中的由色譜過程中的熱力學(xué)因素?zé)崃W(xué)因素所控制。所控制。v二二 是各組分在色譜柱中的是各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)情況

42、運(yùn)動(dòng)情況。這與各組分在流動(dòng)。這與各組分在流動(dòng)相和固定相兩相之間的傳質(zhì)阻力有關(guān)，各個(gè)色譜峰的半峰相和固定相兩相之間的傳質(zhì)阻力有關(guān)，各個(gè)色譜峰的半峰寬度就反映了各組分在色譜柱中運(yùn)動(dòng)的情況。這是一個(gè)寬度就反映了各組分在色譜柱中運(yùn)動(dòng)的情況。這是一個(gè)動(dòng)動(dòng)力學(xué)因素力學(xué)因素。1. 1. 塔板理論塔板理論2. 2. 速率理論速率理論 色譜過程動(dòng)力學(xué)色譜過程動(dòng)力學(xué)色譜過程動(dòng)力學(xué)研究物質(zhì)在色譜過程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如色譜過程動(dòng)力學(xué)研究物質(zhì)在色譜過程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如解釋色譜流出曲線的形狀、譜帶展寬的機(jī)理，從而為選擇色解釋色譜流出曲線的形狀、譜帶展寬的機(jī)理，從而為選擇色譜分離條件提供理論指導(dǎo)。用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)公式表述色譜理論

43、譜分離條件提供理論指導(dǎo)。用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)公式表述色譜理論需要根據(jù)溶質(zhì)在柱內(nèi)的遷移過程及影響這一過程的各種因素，需要根據(jù)溶質(zhì)在柱內(nèi)的遷移過程及影響這一過程的各種因素，列出相應(yīng)的偏微分方程組，求出描述色譜譜帶運(yùn)動(dòng)的方程式。列出相應(yīng)的偏微分方程組，求出描述色譜譜帶運(yùn)動(dòng)的方程式。其數(shù)學(xué)處理相當(dāng)復(fù)雜，方程組的求解也非常困難。在實(shí)際研其數(shù)學(xué)處理相當(dāng)復(fù)雜，方程組的求解也非常困難。在實(shí)際研究中，通常要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臈l件假設(shè)并作簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)處理。究中，通常要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臈l件假設(shè)并作簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)處理。v1. 1. 塔板理論塔板理論色譜分離過程比擬作蒸餾過程，因而直接引用了色譜分離過程比擬作蒸餾過程，因而直接引用了處理蒸餾過程的

44、概念、理論和方法來處理色譜過處理蒸餾過程的概念、理論和方法來處理色譜過程，塔板理論程，塔板理論假定假定：(1)在這樣一小段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組在這樣一小段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成可以很快地達(dá)到分配平衡。這樣成可以很快地達(dá)到分配平衡。這樣達(dá)到分配平衡的一小達(dá)到分配平衡的一小段柱長稱為理論塔板高度段柱長稱為理論塔板高度H；(2)載氣進(jìn)人色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動(dòng)式的，每次載氣進(jìn)人色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動(dòng)式的，每次進(jìn)氣為一個(gè)板體積；進(jìn)氣為一個(gè)板體積；(3)試樣開始時(shí)都加在第試樣開始時(shí)都加在第0號(hào)塔板上，且試樣沿色譜柱方號(hào)塔板上，且試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散向的擴(kuò)散(縱向擴(kuò)散縱向擴(kuò)

45、散)可略而不計(jì)；可略而不計(jì)；(4)分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。塔板理論把氣液色譜柱當(dāng)作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔板理論把氣液色譜柱當(dāng)作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念描述溶質(zhì)在兩相間的分配行為，并引入塔中塔板的概念描述溶質(zhì)在兩相間的分配行為，并引入理論理論塔板數(shù)（塔板數(shù)（the number of theoretical platesthe number of theoretical plates）N N和理論塔和理論塔板高度（板高度（theoretical plate heighttheoretical plate height）H H作為衡量柱效的指作為衡量柱效的指標(biāo)

46、。標(biāo)。根據(jù)塔板理論，溶質(zhì)進(jìn)入柱入口后，即在兩相間進(jìn)行分根據(jù)塔板理論，溶質(zhì)進(jìn)入柱入口后，即在兩相間進(jìn)行分配。對(duì)于正常的色譜柱，溶質(zhì)在兩相間達(dá)到分配平衡的次數(shù)配。對(duì)于正常的色譜柱，溶質(zhì)在兩相間達(dá)到分配平衡的次數(shù)在數(shù)千次以上在數(shù)千次以上( (約為約為10103 310106 6) )，最后，最后， 揮發(fā)度揮發(fā)度 最大（保留最大（保留最弱）的溶質(zhì)最先從最弱）的溶質(zhì)最先從 塔頂塔頂 （色譜柱出口）逸出（流出），（色譜柱出口）逸出（流出），從而使不同從而使不同 揮發(fā)度揮發(fā)度 （保留值）的溶質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互分離。（保留值）的溶質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互分離。理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)N N可以從色譜圖中溶質(zhì)色譜峰的有關(guān)參數(shù)計(jì)算，可以從

47、色譜圖中溶質(zhì)色譜峰的有關(guān)參數(shù)計(jì)算，常用的計(jì)算公式有以下兩式：常用的計(jì)算公式有以下兩式：式中：b1/2為半峰寬；w為峰底寬（經(jīng)過色譜峰的拐點(diǎn)所作三角形的底邊寬）。理論塔高度理論塔高度H H與理論塔板數(shù)與理論塔板數(shù)N N和柱長和柱長的關(guān)系如下： 塔板理論的優(yōu)缺點(diǎn)v塔板理論可解釋：塔板理論可解釋：流出曲線的形狀流出曲線的形狀(呈正態(tài)分布呈正態(tài)分布)濃度極大點(diǎn)的位置濃度極大點(diǎn)的位置計(jì)算評(píng)價(jià)柱效能計(jì)算評(píng)價(jià)柱效能v不當(dāng)?shù)幕炯僭O(shè)：不當(dāng)?shù)幕炯僭O(shè)：縱向擴(kuò)散是不能忽略的，縱向擴(kuò)散是不能忽略的，分配系數(shù)與濃度無關(guān)只在有限的濃度范圍內(nèi)成立，分配系數(shù)與濃度無關(guān)只在有限的濃度范圍內(nèi)成立，色譜體系幾乎沒有真正的平衡狀態(tài)

48、。色譜體系幾乎沒有真正的平衡狀態(tài)。v不能解釋：不能解釋：塔板高度是受哪些因素影響塔板高度是受哪些因素影響在不同流速下可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)在不同流速下可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)流速對(duì)塔板數(shù)的影響2. 2. 速率理論速率理論 為了克服塔板理論的缺陷，為了克服塔板理論的缺陷，Van DeemterVan Deemter等在等在MartinMartin等人工作的基礎(chǔ)等人工作的基礎(chǔ)上，比較完整地解釋了速率理論。后來，上，比較完整地解釋了速率理論。后來，GiddingsGiddings等又作了進(jìn)一步的完善。等又作了進(jìn)一步的完善。速率理論充分考慮了速率理論充分考慮了溶質(zhì)在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程溶質(zhì)在兩相間

49、的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，更接近溶質(zhì)在兩相，更接近溶質(zhì)在兩相間的實(shí)際分配過程。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和降低檢測(cè)靈敏度，所以，帶的展寬。譜帶展寬的直接后果是影響分離效率和降低檢測(cè)靈敏度，所以，抑

50、制譜帶展寬抑制譜帶展寬就成了高效分離追求的目標(biāo)。就成了高效分離追求的目標(biāo)。 引起譜帶展寬的引起譜帶展寬的主要因素有主要因素有渦流擴(kuò)散（渦流擴(kuò)散（eddy diffusioneddy diffusion）、）、縱向擴(kuò)散（縱向擴(kuò)散（longitudinal diffusionlongitudinal diffusion）兩相中傳質(zhì)阻力（兩相中傳質(zhì)阻力（resistance to mass transfer)resistance to mass transfer)引起的擴(kuò)引起的擴(kuò)散。散。色譜柱中溶質(zhì)譜帶展寬的幾種主要因素的圖示。 v（一）渦流擴(kuò)散（一）渦流擴(kuò)散v（二）縱向擴(kuò)散（二）縱向擴(kuò)散v（三）流

51、動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散（三）流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散v（四）固定相中傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散（四）固定相中傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散v（五）（五）Van DeemterVan Deemter速率方程式速率方程式( (一一) ) 渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散當(dāng)溶質(zhì)隨流動(dòng)相流向色譜柱出口時(shí)，溶質(zhì)和流動(dòng)相受到填料顆粒的當(dāng)溶質(zhì)隨流動(dòng)相流向色譜柱出口時(shí)，溶質(zhì)和流動(dòng)相受到填料顆粒的阻力，不斷改變流動(dòng)方向，致使同一溶質(zhì)的不同分子在通過填料的過程阻力，不斷改變流動(dòng)方向，致使同一溶質(zhì)的不同分子在通過填料的過程中所走的路徑不一樣，所取路徑最長和最短的溶質(zhì)分子（離子）流出色中所走的路徑不一樣，所取路徑最長和最短的溶質(zhì)分子（離子）流出色譜柱的

52、時(shí)間相差越大，則峰的展寬越嚴(yán)重。溶質(zhì)分子在前進(jìn)過程中形成譜柱的時(shí)間相差越大，則峰的展寬越嚴(yán)重。溶質(zhì)分子在前進(jìn)過程中形成的這種紊亂類似于的這種紊亂類似于“渦流渦流”的流動(dòng)，所以稱之為渦流擴(kuò)散。下圖表示渦的流動(dòng)，所以稱之為渦流擴(kuò)散。下圖表示渦流擴(kuò)散引起的色譜峰展寬。流擴(kuò)散引起的色譜峰展寬。渦流擴(kuò)散引起的峰展寬的大小由下式?jīng)Q定：渦流擴(kuò)散引起的峰展寬的大小由下式?jīng)Q定：式中：式中：l l為填充不規(guī)則因子，它由填料顆粒直徑為填充不規(guī)則因子，它由填料顆粒直徑dp、粒度范圍和柱填充、粒度范圍和柱填充狀況決定；狀況決定；L為柱長。由上式可知，采用顆粒細(xì)且粒徑分布窄的球形填為柱長。由上式可知，采用顆粒細(xì)且粒徑分布

53、窄的球形填料，并仔細(xì)填充避免顆粒破碎，就可以減小渦流擴(kuò)散引起的峰展寬。但料，并仔細(xì)填充避免顆粒破碎，就可以減小渦流擴(kuò)散引起的峰展寬。但是，顆粒過細(xì)又會(huì)使柱壓升高。是，顆粒過細(xì)又會(huì)使柱壓升高。( (二二) ) 縱向擴(kuò)散縱向擴(kuò)散縱向擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在移動(dòng)方向上向前和向后的擴(kuò)散，縱向擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在移動(dòng)方向上向前和向后的擴(kuò)散，即即x x軸方向的擴(kuò)散。軸方向的擴(kuò)散。它是由濃度梯度所引起。樣品從柱入它是由濃度梯度所引起。樣品從柱入口加入，樣品帶像一個(gè)塞子隨流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在口加入，樣品帶像一個(gè)塞子隨流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，塞子必然會(huì)自發(fā)地向前和向后擴(kuò)散，引起譜帶濃度梯度，塞子必然會(huì)自發(fā)地向

54、前和向后擴(kuò)散，引起譜帶展寬?？v向擴(kuò)散引起的峰展寬的大小由下式?jīng)Q定：展寬?？v向擴(kuò)散引起的峰展寬的大小由下式?jīng)Q定：式中：式中：g gm為彎曲因子或阻礙因子，它反映固定相顆粒的幾何形為彎曲因子或阻礙因子，它反映固定相顆粒的幾何形狀對(duì)溶質(zhì)分子擴(kuò)散的阻礙情況，狀對(duì)溶質(zhì)分子擴(kuò)散的阻礙情況，g gm通常小于通常小于1；v為流動(dòng)相線速為流動(dòng)相線速度；度；Dm為溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)為溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù),Dm與溶質(zhì)性質(zhì)、柱溫、與溶質(zhì)性質(zhì)、柱溫、壓力和流動(dòng)相性質(zhì)等許多因素有關(guān)。溶質(zhì)分子在溶液中的擴(kuò)散壓力和流動(dòng)相性質(zhì)等許多因素有關(guān)。溶質(zhì)分子在溶液中的擴(kuò)散系數(shù)只有在氣體中的約十萬分之一，所以氣相色譜中的縱向擴(kuò)

55、系數(shù)只有在氣體中的約十萬分之一，所以氣相色譜中的縱向擴(kuò)散要比液相色譜中大得多。散要比液相色譜中大得多。 下圖是下圖是縱向擴(kuò)散縱向擴(kuò)散引起峰展寬的示意圖。隨著樣品帶在固引起峰展寬的示意圖。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)地，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)地，得到的色譜峰就越來越寬而矮。得到的色譜峰就越來越寬而矮。縱向擴(kuò)散引起峰展寬的示意圖縱向擴(kuò)散引起峰展寬的示意圖v( (三三) ) 流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散流動(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)散到氣主體擴(kuò)散到氣-

56、-液、氣液、氣- -固、液固、液- -液或液液或液- -固界面，阻礙這一固界面，阻礙這一擴(kuò)散過程的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力，如圖所示。擴(kuò)散過程的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力，如圖所示。v流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬程度由下式?jīng)Q定：流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬程度由下式?jīng)Q定：式中柱系數(shù)v由柱填料性質(zhì)和柱填充過程所決定。v( (四四) ) 固定相中傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散固定相中傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散如圖所示，溶質(zhì)分子到達(dá)兩相界面后，將繼如圖所示，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)過程中的阻力稱固到兩相界面。溶質(zhì)在這

57、一移動(dòng)過程中的阻力稱固定相傳質(zhì)阻力。定相傳質(zhì)阻力。v固定相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬由下式?jīng)Q定： 式中：f為固定相因子，與固定相性質(zhì)有關(guān)；df為固定相厚度；Ds為溶質(zhì)在固定相中的擴(kuò)散系數(shù)；ke為容量因子。v( (五五) ) Van DeemterVan Deemter速率方程式速率方程式色譜峰的總展寬 是各種因素引起的展寬的總和，即：色譜柱的總理論塔板高度H可以表示如下：v如果色譜條件已經(jīng)確定，只有流速是變量時(shí)，表示如果色譜條件已經(jīng)確定，只有流速是變量時(shí)，表示H H與與v v關(guān)系的上述關(guān)系的上述van Deemtervan Deemter方程式可以簡(jiǎn)寫方程式可以簡(jiǎn)寫如下：如下：式中第一項(xiàng)第一項(xiàng) A

58、 A 與流速無關(guān)，表征渦流擴(kuò)散引起的譜帶展寬與流速無關(guān)，表征渦流擴(kuò)散引起的譜帶展寬。 第二項(xiàng)第二項(xiàng) B/v B/v 表示溶質(zhì)分子縱向擴(kuò)散引起的譜帶展寬表示溶質(zhì)分子縱向擴(kuò)散引起的譜帶展寬。流速越快，縱向擴(kuò)散引起的譜帶展寬越小。 第三項(xiàng)第三項(xiàng) Cv Cv 為流動(dòng)相和固定相中傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬為流動(dòng)相和固定相中傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬。第四節(jié)、色譜分離條件及固定相的選擇第四節(jié)、色譜分離條件及固定相的選擇v一、柱效一、柱效(柱效因子柱效因子)、容量比、容量比(容量因子容量因子)、柱選擇性、柱選擇性(選擇因子選擇因子)對(duì)分離度對(duì)分離度的影響的影響v容量比容量比(容量因子容量因子)v柱選擇性柱選擇性(選

59、擇因子選擇因子)v理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)v色譜分離基本方程式色譜分離基本方程式ov1柱效柱效 對(duì)分離度的影響對(duì)分離度的影響(柱效因子柱效因子)分離度與分離度與 n 的平方根成正比。的平方根成正比。增加柱長可改進(jìn)分離度，但增加柱長使各組分增加柱長可改進(jìn)分離度，但增加柱長使各組分的保留時(shí)間增長，延長了分析時(shí)間并使峰產(chǎn)生的保留時(shí)間增長，延長了分析時(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。短一些的色譜柱。除增加柱長外，增加除增加柱長外，增加n值的另一辦法是減小柱值的另一辦法是減小柱的的H值。值。v2分離度與容量比的關(guān)系分離度與容量比的關(guān)

60、系(容量因子容量因子)k 值的最佳范圍是值的最佳范圍是1 k 10，在此范圍內(nèi)，既可得，在此范圍內(nèi)，既可得到大的到大的R值，亦可使分析時(shí)間不至過長。使峰的擴(kuò)值，亦可使分析時(shí)間不至過長。使峰的擴(kuò)展不會(huì)太嚴(yán)重而對(duì)檢測(cè)發(fā)生影響。展不會(huì)太嚴(yán)重而對(duì)檢測(cè)發(fā)生影響。v3分離度與柱選擇性的關(guān)系分離度與柱選擇性的關(guān)系(選擇因子選擇因子)v 是柱選擇性的量度，是柱選擇性的量度， 越大，柱選擇性越好，分離效果越大，柱選擇性越好，分離效果越好。在實(shí)際工作中，可由一定的越好。在實(shí)際工作中，可由一定的值和所要求的分離度，值和所要求的分離度，計(jì)算柱子所需的有效理論塔板數(shù)下表列出了一些計(jì)算結(jié)果。計(jì)算柱子所需的有效理論塔板數(shù)下