第6 章 色譜分析導(dǎo)論

1、15:331第六章第六章第六章 色譜分析導(dǎo)論色譜分析導(dǎo)論色譜分析導(dǎo)論Introduction to chromatograph analysis 15:332 6-1 色譜法概述色譜法概述 Generalization of chromatograph analysis 6-2 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ) Fundamental of chromatograph theory15:333第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 色譜法概述色譜法概述色譜法概述色譜法概述色譜法概述色譜法概述一、一、 色譜法的特點(diǎn)、色譜法的特點(diǎn)、分類和作用分類和作用characteristic ,classificati

2、onactuation of chromatograph 二、氣相色譜分離過程二、氣相色譜分離過程separation process of gas chromatograph三三、色譜流出、色譜流出曲線與基曲線與基本術(shù)語本術(shù)語Chromatogram and name words generalization of chromatograph analysis 15:334一、一、一、 色譜法的特點(diǎn)、分類和作用色譜法的特點(diǎn)、分類和作用色譜法的特點(diǎn)、分類和作用 1.1.概述概述 混合物最有效的混合物最有效的分離、分析分離、分析方法。方法。 俄國植物學(xué)家俄國植物學(xué)家茨維特茨維特（Tswett)T

3、swett)在在19061906年使用年使用的裝置：色譜原型裝置，如圖。的裝置：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)。 試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的分在稱之為色譜分離柱中的兩相間兩相間不斷進(jìn)行著的不斷進(jìn)行著的分配過程。分配過程。 其中的一相固定不動(dòng)，稱為其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相固定相； 另一相是另一相是攜帶試樣攜帶試樣混合物流過此固定相的混合物流過此固定相的流流體（氣體或液體），體（氣體或液體），稱為稱為流動(dòng)相流動(dòng)相。15:335 當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的

4、混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中生相互作用。由于混合物中各組分各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的與固定相之間產(chǎn)生的作用力作用力的大小、強(qiáng)弱的大小、強(qiáng)弱不同不同，隨著流動(dòng)相，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相組分被固定相保留的時(shí)間不同保留的時(shí)間不同，從而，從而按一定次序按一定次序從色譜柱中從色譜柱中流出。流出。 與適當(dāng)?shù)呐c適當(dāng)?shù)闹髾z測柱后檢測方方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。組分的分離與檢測。 兩相及兩相的相對運(yùn)兩

5、相及兩相的相對運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)15:3362.2.2.色譜法分類色譜法分類色譜法分類 按按流動(dòng)相流動(dòng)相的的狀態(tài)不同狀態(tài)不同主要分為兩類：主要分為兩類： (1) (1)氣相色譜氣相色譜：流動(dòng)相為流動(dòng)相為氣體氣體（稱為載氣）。（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15:337(2)(2)液相色譜液相色譜：流動(dòng)相為流動(dòng)相為液體液體（也稱為淋洗液）。（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

6、：液固色譜和液液色譜。 離子色譜離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同為固定相，不同pHpH值的水溶液為流動(dòng)相。值的水溶液為流動(dòng)相。15:338(3)(3)(3)其他色譜方法其他色譜方法其他色譜方法薄層色譜和紙色譜薄層色譜和紙色譜： 比較簡單的色譜方法比較簡單的色譜方法凝膠色譜法凝膠色譜法：測聚合物分子量分布。超臨界色譜超臨界色譜: : CO2流動(dòng)相。流動(dòng)相。高效毛細(xì)管電泳高效毛細(xì)管電泳: : 九十年代快速發(fā)展、特九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的別適合生物試樣分析分離的高效分析儀器。高效分析儀器。15:3393.3.3.色譜

7、法的特點(diǎn)色譜法的特點(diǎn)色譜法的特點(diǎn)（1）分離效率分離效率高高 復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（2 2） 靈敏度靈敏度高高 可以檢測出g.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量。（3） 分析速度分析速度快快 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。（4 4） 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍廣廣 氣相色譜：沸點(diǎn)低于400的各種有機(jī)或無機(jī)試樣的分析。 液相色譜：高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。 不足之處不足之處： 被分離組分的定性較為困難。15:3310二、色譜分離過程二、色譜分離過程二、色譜分離過程 色譜分離過程是在色譜柱內(nèi)完成的。色譜分離過程是在色譜柱內(nèi)完成的。以

8、氣相色譜為例。以氣相色譜為例。 氣固氣固(液固液固)色譜和氣液色譜和氣液(液液液液)色譜，兩者的分離機(jī)理不同。色譜，兩者的分離機(jī)理不同。 氣固氣固(液固液固)色譜的固定相色譜的固定相: 多孔性的固體吸附劑顆粒。多孔性的固體吸附劑顆粒。 固體吸附劑對試樣中各組分的固體吸附劑對試樣中各組分的吸附能力吸附能力的不同。的不同。 氣液氣液(液液液液)色譜的固定相色譜的固定相: 由由 擔(dān)體和固定液所組成。擔(dān)體和固定液所組成。 固定液對試樣中各組分的固定液對試樣中各組分的溶解能力溶解能力的不同。的不同。 氣固色譜的分離機(jī)理氣固色譜的分離機(jī)理: 吸附與脫附吸附與脫附的不斷重復(fù)過程；的不斷重復(fù)過程； 氣液色譜的

9、分離機(jī)理：氣液色譜的分離機(jī)理： 溶解與揮發(fā)溶解與揮發(fā)的反復(fù)多次分配過程。的反復(fù)多次分配過程。15:3311 氣相色譜分離過程氣相色譜分離過程氣相色譜分離過程 當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附相溶解或吸附; ; 隨著載氣的不斷通入，被隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附中揮發(fā)或脫附; ; 揮發(fā)或脫附下的組分隨著揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附相溶解或吸附; ; 隨著載氣的流動(dòng)，溶解、隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、

10、脫附的過程反揮發(fā)，或吸附、脫附的過程反復(fù)地進(jìn)行。復(fù)地進(jìn)行。15:3312三、三、三、三、三、三、色譜流出曲線與術(shù)語色譜流出曲線與術(shù)語色譜流出曲線與術(shù)語1.1.基線基線 無試樣無試樣通過檢測器時(shí)，通過檢測器時(shí)，檢測到的信號(hào)即為基線。檢測到的信號(hào)即為基線。2.2.色譜峰色譜峰 當(dāng)某組分從色譜柱流出時(shí)，當(dāng)某組分從色譜柱流出時(shí)，檢測器對該組分的檢測器對該組分的響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào)隨時(shí)間變化所形成的峰形曲隨時(shí)間變化所形成的峰形曲線線稱為該組分的色譜峰。稱為該組分的色譜峰。3.3.峰高峰高( (h h) ) 色譜峰頂?shù)交€的垂直距色譜峰頂?shù)交€的垂直距離。離。15:33134.4.保留值保留值 表示試樣中各組

11、分在色譜表示試樣中各組分在色譜柱中滯留時(shí)間的數(shù)值柱中滯留時(shí)間的數(shù)值 （1）時(shí)間表示的保留值）時(shí)間表示的保留值 保留時(shí)間（保留時(shí)間（tR）：）：組組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值（即色譜峰頂值）極大值（即色譜峰頂值）時(shí)所需的時(shí)間；時(shí)所需的時(shí)間；（動(dòng)畫）（動(dòng)畫）調(diào)整保留時(shí)間（調(diào)整保留時(shí)間（tR ）：tR= tRt0 死時(shí)間（死時(shí)間（t0）：）：不與不與固定相作用的氣體（如固定相作用的氣體（如空氣）的保留時(shí)間；空氣）的保留時(shí)間；15:3314 （2 2 2）用體積表示的保留值）用體積表示的保留值）用體積表示的保留值 保留體積（保留體積（VR）：）： VR = tRF0F0為柱出口

12、處的載氣流量，為柱出口處的載氣流量，單位：單位：m L / min。 死體積（死體積（V0）：）： V0 = t0 F0 調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積(VR)： V R = VR V0 （動(dòng)畫）（動(dòng)畫）15:33155. 5. 5. 相對保留值相對保留值相對保留值r r r2 2 2，1 1 1 組分組分2與組分與組分1調(diào)整保留值之比：調(diào)整保留值之比： r2，1 = t R2 / t R1= V R2 / V R1 相對保留值只與相對保留值只與柱溫柱溫和固定相和固定相性質(zhì)性質(zhì)有關(guān)有關(guān)，與其，與其他色譜操作條件無關(guān)，它他色譜操作條件無關(guān)，它表示了表示了固定相對這兩種組固定相對這兩種組分的分的選擇性選

13、擇性。 所以又稱為選擇因子。所以又稱為選擇因子。15:33166. 6. 6. 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?用來衡量色譜峰寬度的參用來衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有數(shù)，有三種表示方法三種表示方法：（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差( )：即即0.607倍倍峰高處色譜峰寬度的一半。峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬半峰寬(W1/2)：色譜峰高色譜峰高一半處的寬度一半處的寬度 W1/2 =2.354 （3）峰底寬峰底寬(Wb)：Wb=4 15:33177 7 7. . . 色譜色譜色譜流出曲線的數(shù)學(xué)描述流出曲線的數(shù)學(xué)描述流出曲線的數(shù)學(xué)描述222)(02ttRecc 色譜峰為色譜峰為正態(tài)分布時(shí)，色譜流出曲線上的濃度與

14、時(shí)間的正態(tài)分布時(shí)，色譜流出曲線上的濃度與時(shí)間的關(guān)系為：關(guān)系為： 當(dāng)色譜峰為非當(dāng)色譜峰為非正態(tài)分布時(shí)，可按正態(tài)分布函數(shù)加指數(shù)衰正態(tài)分布時(shí)，可按正態(tài)分布函數(shù)加指數(shù)衰減函數(shù)構(gòu)建關(guān)系式。減函數(shù)構(gòu)建關(guān)系式。15:3318 由色譜流出曲線可以實(shí)現(xiàn)以下目的：由色譜流出曲線可以實(shí)現(xiàn)以下目的：（1）根據(jù)色譜峰的數(shù)目，可以判斷試樣中所含組分的最）根據(jù)色譜峰的數(shù)目，可以判斷試樣中所含組分的最少個(gè)數(shù)。少個(gè)數(shù)。（2）根據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行）根據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行定性定性分析分析。（3）依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行）依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量定量分析分析。（4）依據(jù)色譜峰的保留值以及峰寬評價(jià)色譜柱的）依據(jù)色譜峰的保留值

15、以及峰寬評價(jià)色譜柱的分離效分離效能能。15:3319選擇內(nèi)容選擇內(nèi)容選擇內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 色譜法概述色譜法概述generalization of chromatograph analysis第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)fundamental of chromatograph theory結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束15:3320第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)一、塔板理論一、塔板理論plate theory二、二、速率理論速率理論rate theory三、三、分離度分離度resolution fundamen

16、tal of chromatograph theory 15:33211. 1. 1. 分配系數(shù)分配系數(shù)分配系數(shù)（ partion factorpartion factorpartion factor） K K K 組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附吸附、脫附，或，或溶解、溶解、揮發(fā)揮發(fā)的過程叫做的過程叫做分配過程分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到分配達(dá)到平衡平衡時(shí)的時(shí)的濃度濃度（單位：（單位：g / mL）比比，稱為分配系數(shù)，稱為分配系數(shù)，用用K 表示，即：表示，即：Ms ccK 組組分分在在流流動(dòng)動(dòng)相相中中的的濃濃度度組

17、組分分在在固固定定相相中中的的濃濃度度分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。15:3322分配系數(shù)分配系數(shù)分配系數(shù) K K K 的討論的討論的討論 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越越大大，出峰越，出峰越慢慢；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)；同一個(gè)組份同一個(gè)組份在不同的固定相上的分配系數(shù)在不同的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值值是分離的基礎(chǔ)是分離的基礎(chǔ)；某組分的某組分的K = 0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出

18、。時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。 組分在流動(dòng)相中的濃度組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度 K15:33232.2.2.分配比分配比分配比 （partion radiopartion radiopartion radio）k k k 在實(shí)際工作中，也常用分配比來表征色譜分配在實(shí)際工作中，也常用分配比來表征色譜分配平衡過程。分配比是指，在一定溫度下，組分在兩平衡過程。分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到相間分配達(dá)到平衡平衡時(shí)的時(shí)的質(zhì)量比質(zhì)量比：Ms mmk 組組分分在在流流動(dòng)動(dòng)相相中中的的質(zhì)質(zhì)量量組組分分在在固固定定相相中中的的質(zhì)質(zhì)量量 1. 分配系數(shù)與分配比

19、都是與組分及分配系數(shù)與分配比都是與組分及固定相固定相的熱力學(xué)性質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。有關(guān)的常數(shù)，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。 2.分配系數(shù)與分配比分配系數(shù)與分配比都是都是衡量色譜柱對組分衡量色譜柱對組分保留能力保留能力的的參數(shù)參數(shù)，數(shù)值越大，該組分的保留時(shí)間越長。，數(shù)值越大，該組分的保留時(shí)間越長。 3. 分配比可以由實(shí)驗(yàn)測得。分配比可以由實(shí)驗(yàn)測得。分配比分配比也稱也稱： 容量因子容量因子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；15:3324（1 1 1）容量因子與分配系數(shù)的關(guān)系）容量因子與分配系數(shù)的關(guān)系）容量因

20、子與分配系數(shù)的關(guān)系 式中式中為為相比相比，即，即=Vm/Vs。 填充柱填充柱相比相比：635；毛細(xì)管柱的相比：；毛細(xì)管柱的相比：501500。 容量因子越大，保留時(shí)間越長。容量因子越大，保留時(shí)間越長。 VM為為流動(dòng)相流動(dòng)相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的空隙體積空隙體積； VS為為固定相固定相體積，對不同類型色譜柱，體積，對不同類型色譜柱， VS的含義不同的含義不同: 氣氣-液色譜柱：液色譜柱： VS為固定液體積；為固定液體積； 氣氣-固色譜柱：固色譜柱： VS為吸附劑表面容量；為吸附劑表面容量；KVVccmmkmSmsmS15:3325（2 2 2） 分配比與保留時(shí)間的關(guān)

21、系分配比與保留時(shí)間的關(guān)系分配比與保留時(shí)間的關(guān)系 0R00Rtttttk 某組分的某組分的k值可由實(shí)驗(yàn)測得，等于該組分的值可由實(shí)驗(yàn)測得，等于該組分的調(diào)整調(diào)整保留時(shí)間保留時(shí)間與與死死時(shí)間的時(shí)間的比值比值：（3）分配系數(shù)）分配系數(shù)K及分配比及分配比k與選擇因子與選擇因子r2,1的關(guān)系的關(guān)系1212121 , 2kkKKttrRR 如果兩組分的如果兩組分的K或或k值相等，則值相等，則r2,1=1，兩組分的色譜峰必，兩組分的色譜峰必將重合，說明分不開。兩組分的將重合，說明分不開。兩組分的K或或k值值相差相差越大，則分離得越大，則分離得越好越好。因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條。因此兩組分具

22、有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。件。15:3326基本保留方程可表示為：基本保留方程可表示為： tR = t0(1+k)若載氣流量若載氣流量F0恒定，也可用保留體積表示，則恒定，也可用保留體積表示，則 VR=Vm+KVs這就是色譜基本保留方程。這就是色譜基本保留方程。 上式說明，色譜柱確定后，上式說明，色譜柱確定后，Vm和和Vs即為定值。由此可見即為定值。由此可見，分配系數(shù)不同的各組分具有不同的保留值，因而在色譜圖，分配系數(shù)不同的各組分具有不同的保留值，因而在色譜圖上有上有不同位置不同位置的色譜峰。的色譜峰。（4）基本保留方程）基本保留方程15:3327例：例：例：用一根固定相的體積為用

23、一根固定相的體積為用一根固定相的體積為0.148mL0.148mL0.148mL，流動(dòng)相的體積為，流動(dòng)相的體積為，流動(dòng)相的體積為1.26mL1.26mL1.26mL的的的色譜柱分離色譜柱分離色譜柱分離A,BA,BA,B兩個(gè)組分，它們的保留時(shí)間分別為兩個(gè)組分，它們的保留時(shí)間分別為兩個(gè)組分，它們的保留時(shí)間分別為14.4min14.4min14.4min，15.4min15.4min15.4min，不被保留組分的保留時(shí)間為，不被保留組分的保留時(shí)間為，不被保留組分的保留時(shí)間為4.2min4.2min4.2min，試計(jì)算：，試計(jì)算：，試計(jì)算：（1 1 1）各組分的容量因子）各組分的容量因子）各組分的容量

24、因子（2 2 2）各組分的分配系數(shù)）各組分的分配系數(shù)）各組分的分配系數(shù)（3 3 3）ABABAB兩組分的選擇因子兩組分的選擇因子兩組分的選擇因子r r rB,AB,AB,A解：解：（1）kA=(14.4min-4.2min)/4.2min=2.43 kB=(15.4min-4.2min)/4.2min=2.67(2) K=k=kVm/VsKA=kAVm/Vs=2.431.26mL/0.148mL=20.7KB=kBVm/Vs=2.671.26mL/0.148mL=22.7(3) rB,A=KB/KA=22.7/20.7=1.1015:3328色譜理論色譜理論色譜理論 色譜理論需要解決的問題：色

25、譜分離過程的熱力學(xué)和動(dòng)色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。與分離度的評價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時(shí)間組分保留時(shí)間：色譜過程的：色譜過程的熱力學(xué)熱力學(xué)因素控制；因素控制；（組分和固定相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（組分和固定相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),如分配系數(shù)）如分配系數(shù)）色譜峰變寬色譜峰變寬：色譜過程的：色譜過程的動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)因素控制；因素控制； （兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）（兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）兩種色

26、譜理論：兩種色譜理論：塔板理論和速率理論塔板理論和速率理論；15:3329 塔板理論的假設(shè)：塔板理論的假設(shè)： (1) 在每一個(gè)平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)在每一個(gè)平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；這一小段間隔的柱長稱為到；這一小段間隔的柱長稱為理論塔板高度理論塔板高度。 (2) (2) 將載氣看作成將載氣看作成脈動(dòng)脈動(dòng)（間歇）過程；（間歇）過程； (3) (3) 試樣沿色譜柱方向的試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散擴(kuò)散可可忽略忽略； (4) (4) 每次每次分配的分配的分配系數(shù)相同分配系數(shù)相同。 1.1.塔板理論塔板理論（plate theory）半經(jīng)驗(yàn)理論；半經(jīng)驗(yàn)理論； 將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，

27、將將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)連續(xù)的色譜分離過程的色譜分離過程分割成多次分割成多次的平衡過程的重復(fù)的平衡過程的重復(fù) （類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）；（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）；在每一在每一個(gè)塔板上，被分離組分達(dá)到一次分配平衡。個(gè)塔板上，被分離組分達(dá)到一次分配平衡。（動(dòng)畫）（動(dòng)畫）15:3330 色譜柱長：色譜柱長：L， 虛擬的塔板間距離（虛擬的塔板間距離（理論塔板高度理論塔板高度）：）：H， 色譜柱的色譜柱的理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：則三者的關(guān)系為： n = L / H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：222/1)(16)(54

28、. 5bRRWtWtn保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配! ! 單位柱長的單位柱長的塔板數(shù)越多塔板數(shù)越多，表明，表明柱效越高柱效越高。 用用不同物質(zhì)不同物質(zhì)計(jì)算可得到計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)不同的理論塔板數(shù)。15:33312.2.2.有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度 組分在組分在t0時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效時(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：塔板數(shù)和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn理有效有效有效nLHWtWtnbRR222/1)(16)(54. 515

29、:3332例：例：例：用一根柱長為用一根柱長為用一根柱長為1m1m1m的色譜柱分離含有的色譜柱分離含有的色譜柱分離含有A A A，B B B，C C C，D D D四個(gè)組分的混合物，它們的保留時(shí)間四個(gè)組分的混合物，它們的保留時(shí)間四個(gè)組分的混合物，它們的保留時(shí)間t t tR R R分別為分別為分別為6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,其峰底寬其峰底寬其峰底寬WWWb b b分別為分別為分別為0.45min,1.07min,1.16min,1.45m

30、in0.45min,1.07min,1.16min,1.45min0.45min,1.07min,1.16min,1.45min。試計(jì)算：各譜峰的理論塔板數(shù)。試計(jì)算：各譜峰的理論塔板數(shù)。試計(jì)算：各譜峰的理論塔板數(shù)。 解：解：3261)min45. 1min7 .20(162820)min16. 1min4 .15(162898)min07. 1min4 .14(163236)min45. 0min4 . 6(16)(1622222DCBAbRnnnnWtn理論15:33333.3.3.塔板理論的特點(diǎn)和不足塔板理論的特點(diǎn)和不足塔板理論的特點(diǎn)和不足 (1)當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長度一定

31、時(shí)，塔板數(shù) n 越越大大(塔板高度塔板高度 H 越越小小)，被測組分在柱內(nèi)，被測組分在柱內(nèi)被分配被分配的的次數(shù)越多次數(shù)越多，柱效能柱效能則則越高越高，即，即使分配系數(shù)使分配系數(shù)只有微小只有微小的差別，的差別，仍仍可獲得可獲得好好的分離效果。的分離效果。所得所得色譜峰越窄。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，用有效塔不同物質(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)指明測定板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測定物質(zhì)。物質(zhì)。 (3) (3)柱效不能表示被分離組分的柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組

32、分效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)的分配系數(shù)K K相同時(shí)，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分相同時(shí)，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。離。 (4) (4)塔板理論塔板理論無法無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法無法指出影響柱效（如塔板高度指出影響柱效（如塔板高度H H）的）的因素及提高柱效的途徑。因素及提高柱效的途徑。15:3334二、二、二、 速率理論速率理論速率理論- - -影響柱效的因素影響柱效的因素影響柱效的因素 1956 1956年荷蘭學(xué)者范弟姆特（年荷蘭學(xué)者范弟姆特（Van Deemter)Van Deem

33、ter)等提出等提出了色譜過程的動(dòng)力學(xué)理論，他們了色譜過程的動(dòng)力學(xué)理論，他們吸收了塔板理論的概念吸收了塔板理論的概念，并把影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素結(jié)合進(jìn)去，導(dǎo)出了塔，并把影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素結(jié)合進(jìn)去，導(dǎo)出了塔板高度板高度H H與載氣線速度與載氣線速度u u的關(guān)系。的關(guān)系。1. 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; 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； A、B、C三項(xiàng)常數(shù)各與哪些因素有關(guān)？三項(xiàng)常數(shù)各與哪

34、些因素有關(guān)？15:3335A A A 渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng) A = 2dp dp：固定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。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜，色譜峰較峰較窄窄。對于空心毛細(xì)管柱，。對于空心毛細(xì)管柱，A項(xiàng)為零。項(xiàng)為零。（動(dòng)畫）（動(dòng)畫）15:3336B B B/ / /u u u 分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng) B = 2 Dg ：彎曲因子，空心毛細(xì)管彎曲因子，空心毛細(xì)管, , 1；填充柱

35、色譜填充柱色譜, , 110，則，則R的增加的增加不明顯。通常不明顯。通常k在在210之間。之間。 改變改變 k 的方法有：適當(dāng)增加柱溫的方法有：適當(dāng)增加柱溫(GC)、改變流動(dòng)、改變流動(dòng)相性質(zhì)和組成相性質(zhì)和組成(LC)以及固定相含量。以及固定相含量。15:3350色譜分離中的問題色譜分離中的問題 由于分析物組成復(fù)雜，以某一組成的流動(dòng)相可能使部分待測物得到由于分析物組成復(fù)雜，以某一組成的流動(dòng)相可能使部分待測物得到好的分離，但同時(shí)又使其它待測物的分離不令人滿意！實(shí)際工作中采用好的分離，但同時(shí)又使其它待測物的分離不令人滿意！實(shí)際工作中采用程序升溫程序升溫（GC）和梯度淋洗和梯度淋洗（LC）來解決這個(gè)

36、問題。來解決這個(gè)問題。15:3451分析時(shí)間分析時(shí)間分析時(shí)間 t t t 分析時(shí)間通常指最后一個(gè)組分出峰的時(shí)間。其分析時(shí)間通常指最后一個(gè)組分出峰的時(shí)間。其值為值為232216(1)()1rR Hktuk可見，分析時(shí)間與可見，分析時(shí)間與R R， ，k k、H/uH/u等參數(shù)有關(guān)。等參數(shù)有關(guān)。R R 增加增加1 1 倍，分析時(shí)間則是原來的倍，分析時(shí)間則是原來的 4 4 倍。倍。 實(shí)際工作中，即要能獲得有效的分離，又要實(shí)際工作中，即要能獲得有效的分離，又要在較短時(shí)間內(nèi)完成分析。在較短時(shí)間內(nèi)完成分析。15:3452 色譜的定性分析色譜的定性分析色譜的定性分析色譜的定色譜的定性分析性分析（1 1）將已知

37、物直接和未知物對照進(jìn)行定性）將已知物直接和未知物對照進(jìn)行定性（2 2）利用文獻(xiàn)的保留數(shù)據(jù)進(jìn)行定性）利用文獻(xiàn)的保留數(shù)據(jù)進(jìn)行定性（3 3）利用經(jīng)驗(yàn)規(guī)律定性）利用經(jīng)驗(yàn)規(guī)律定性（4 4）與化學(xué)方法結(jié)合定性）與化學(xué)方法結(jié)合定性（5 5）與其它儀器連用進(jìn)行定性）與其它儀器連用進(jìn)行定性色譜的定性分析：是指確定試樣的組成，即確定色譜的定性分析：是指確定試樣的組成，即確定每個(gè)色譜峰代表什么組分。每個(gè)色譜峰代表什么組分。15:3453色譜的定量分析色譜的定量分析色譜的定量分析 色譜的響應(yīng)信號(hào)：色譜的響應(yīng)信號(hào)： 色譜的響應(yīng)信號(hào)是峰高或峰面積。色譜的響應(yīng)信號(hào)是峰高或峰面積。 一般來說，峰面積的大小不受操作條件如柱溫、

38、流動(dòng)一般來說，峰面積的大小不受操作條件如柱溫、流動(dòng)相的流速、進(jìn)樣速度等條件的影響，從這一點(diǎn)來說，相的流速、進(jìn)樣速度等條件的影響，從這一點(diǎn)來說，峰面積更適合于定量分析。峰面積更適合于定量分析。 標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法15:3454請選擇內(nèi)容：請選擇內(nèi)容：請選擇內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 色譜法概述色譜法概述generalization of chromatograph analysis第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)fundamental of chromatograph theory結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束15:3455色譜法色譜法液相色譜法液相色譜法氣相色譜法氣相色譜法氣氣

39、- -液色譜法液色譜法氣氣- -固色譜法固色譜法液液- -固色譜法固色譜法液液- -液色譜法液色譜法15:3456色譜流出曲線的意義： 色譜峰數(shù)=樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)； 色譜保留值定性依據(jù)； 色譜峰高或面積定量依據(jù)； 色譜保留值或區(qū)域?qū)挾壬V柱分離效能評價(jià)指標(biāo)； 色譜峰間距固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的依據(jù)。15:3457參數(shù)參數(shù) 符號(hào)符號(hào) 測定或計(jì)算測定或計(jì)算 死時(shí)間死時(shí)間(遷移時(shí)間遷移時(shí)間)，不參，不參與分配組分與分配組分 0t 色色譜譜圖圖 保留時(shí)間，組分保留時(shí)間，組分 1 和和 2 21rrt，t 色色譜譜圖圖 調(diào)整保留時(shí)間，組分調(diào)整保留時(shí)間，組分 1 r1t 0rrttt11 峰寬，

40、組分峰寬，組分 1 和和 2 W1，W2 色色譜譜圖圖 柱長柱長 L 直接直接測測量量 流速流速 Fco 直接直接測測量量 流流(固固)定相體積定相體積 Vm，Vs 填填充充制制備備記錄記錄 流流(固固)定相濃度定相濃度 cm，cs 分析分析和和制制備備記錄記錄 表表-1 -1 概念、表示方法及計(jì)算公式匯總概念、表示方法及計(jì)算公式匯總15:3458參數(shù)參數(shù) 符號(hào)符號(hào) 測定或計(jì)算測定或計(jì)算 線速線速 0t /Lu 流動(dòng)相體積流動(dòng)相體積 co0mFtV 保留因子保留因子 00rt/)tt(k msVKVk 分配系數(shù)分配系數(shù) smVkVK msccK 選擇因子選擇因子 0r0rtttt12 1212

41、KKkk 分離度分離度 211r2rWW)tt(2R )k1k)(1(4nR 塔板數(shù)塔板數(shù) 2r)Wt(16n 222)kk1()1(R16n 板高板高 NLH 保留保留(分析分析)時(shí)間時(shí)間 2322rk)k1()1(uHR16t 表表-215:3459 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秒秒和和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)算需要多少塊有計(jì)算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長是多少？柱長是多少？解：解： r21= 100 / 85 = 1.18 n有效

42、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 即柱長為即柱長為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。15:3460在在在3.0m3.0m3.0m色譜柱上，分離色譜柱上，分離色譜柱上，分離A A A、B B B組分，其保留時(shí)間分組分，其保留時(shí)間分組分，其保留時(shí)間分別為別為別為14.0min14.0min14.0min、17.0min17.0min17.0min，不被保留的組分的保留時(shí)間為，不被保留的組分的保留時(shí)間為，不被保留的組分的保留時(shí)間為1.0min1.0min1.0min，B B B 組分的峰底寬度組分的峰底寬度組分的峰底寬度WWWb b b為為為1.0min1.0min1.0min。 計(jì)算計(jì)算計(jì)算A A A和和和B B B達(dá)到基線分離時(shí)（達(dá)到基線分離時(shí)（達(dá)到基線分離時(shí)（R=1.5R=1.5R=1.5）的柱長為多少？）的柱長