儀器分析第十章色譜法導論

儀器分析第十章色譜法導論第1頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三目的要求了解色譜法的分類及特點。熟悉色譜過程及常用術(shù)語。掌握色譜法的基本原理。第2頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)概述

色譜法也叫層析法，它是一種高效能的和應用最廣的物理或物理化學分離技術(shù)，將它用于分析化學并配合適當?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。第3頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三一、色譜法的起源和發(fā)展

俄國植物學家M.Tsweet于1906年首次提出色譜法：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的石油醚倒入管中。第4頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

此時，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動，并逐漸分開成幾個不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進行鑒定。色譜法也由此而得名。第5頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

胡蘿卜素葉黃素葉綠素

利用不同物質(zhì)在流動相與固定相相互作用時的行為差異得到分離(吸附)（2）石油醚

流動相→

相對運動

固定相（吸附劑）

CaCO3系統(tǒng)研究100多種吸附劑，數(shù)種淋洗液(1）粗葉綠素+石油醚

第6頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三柱色譜實驗裝置第7頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三20世紀30年代離子交換色譜建立1931年庫恩奧地利化學家胡蘿卜素植物色素分離40年代Tiselius吸附色譜與電泳Martin分配色譜、紙色譜和薄層色譜技術(shù)50年代MartinSynge氣-液色譜法提出塔板理論VanDeemter提出速率理論Golay發(fā)明高效毛細管柱氣相色譜60年代Horvathe高效液相色譜法建立80年代離子色譜、超臨界流體色譜、高效毛細管電泳、場流動分級分離第8頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

Tiselius,A.W.K.Martin,A.J.P.Synge,R.L.M.

1948年Nobel化學獎1952年Nobel化學獎吸附色譜與電泳分配色譜及塔板理論第9頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

現(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。第10頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

二、色譜分離基本原理

在色譜法中存在兩相，一相是固定不動的，我們把它叫做固定相；另一相則不斷流過固定相，我們把它叫做流動相。色譜法的分離原理就是利用待分離的各種組分在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力、親和能力等不同來進行分離的。使用外力使含有樣品的流動相（氣體、液體）通過一固定于柱中或平板上并與流動相互不相溶的固定相表面。當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。第11頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

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、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出。與適當?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。

第12頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

三、色譜法的分類

色譜分析法有很多種類，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。㈠按兩相狀態(tài)分類色譜法中，流動相可以是氣體，也可以是液體，由此可分為氣相色譜法（GC）和液相色譜法（LC）。固定相既可以是固體，也可以是涂在固體上的液體，由此又可將氣相色譜法和液相色譜法分為氣-液色譜、氣-固色譜、液-固色譜、液-液色譜。分類情況如下：第13頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第14頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三㈡按分離機理分類1.吸附色譜法:

利用吸附劑（固定相一般是固體）表面對不同組分吸附能力的差別進行分離的方法。2.分配色譜法:

利用不同組分在兩相間的分配系數(shù)(或溶解度)的差別進行分離的方法。3.離子交換色譜:

利用溶液中不同離子與離子交換劑間的交換能力的不同而進行分離的方法。4.尺寸排阻色譜法:利用多孔性物質(zhì)對不同大小的分子的排阻作用進行分離的方法。第15頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三㈢按操作形式分類1.柱色譜法固定相裝在色譜柱內(nèi)的色譜法。按色譜柱的特點可分為填充柱色譜和毛細管柱色譜。紙色譜法薄層色譜法薄膜色譜法2.平面色譜法第16頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(1)紙色譜法:

利用濾紙作載體，吸附在紙上的水作固定相，樣品點在濾紙一端，用流動相展開進行分離的色譜方法。(2)薄層色譜法:

將固體吸附劑在玻璃板或塑料板上制成薄層作固定相，采用與紙色譜類似的操作進行分離的色譜方法。(3)薄膜色譜法:

將分子固定相制成薄膜，采用與紙色譜類似的操作方法。第17頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三圖示色譜法簡單分類第19頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三色譜法氣相色譜法液相色譜法填充柱色譜法毛細管色譜法柱色譜法平面色譜法超臨界流體色譜法逆流分配色譜法經(jīng)典液相柱色譜法高效液相色譜法薄層色譜法紙色譜法第20頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三回憶1.分光光度法對多組分定量分析的方法分類（解線性方程組3種、雙波長分光光度法、導數(shù)光譜法）2.色譜的起源3.色譜的分離原理4.色譜法的分類①液相柱色譜的分類②氣相色譜的分類③平面色譜的分類第21頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)色譜流出曲線（色譜圖）及有關(guān)概念

一、色譜法分離的過程分離過程（以分離A、B兩組分為例）為：

第22頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三混合組分的分離過程及檢測器對各組分在不同階段的響應第23頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三二、色譜流出曲線

從流動相帶著組分進入色譜柱起就用檢測器檢測流出柱后的流出物,并用記錄器記錄信號隨時間變化的曲線，此曲線就叫色譜流出曲線，當待測組分流出色譜柱時，檢測器就可檢測到其組分的濃度，在流出曲線上表現(xiàn)為峰狀，叫色譜峰。第25頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

如圖所示為一色譜流出曲線：第26頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三三、基本概念1.基線:在實驗條件下，色譜柱后僅有純流動相進入檢測器時的流出曲線稱為基線?；€在穩(wěn)定的條件下應是一條水平的直線。它的平直與否可反應出實驗條件的穩(wěn)定情況。2.峰高（h）和峰面積(A):色譜峰頂點與基線的距離叫峰高。色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積。第27頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

3.保留值死時間保留時間保留時間調(diào)整保留時間

保留值死體積保留體積保留體積調(diào)整保留體積相對保留值第28頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(1)保留時間a.

死時間(TM)：不與固定相作用的物質(zhì)從進樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間，它與色譜柱的空隙體積成正比。由于該物質(zhì)不與固定相作用，因此，其流速與流動相的流速相近。根據(jù)tM可求出流動相平均流速u。

u＝柱長/死時間＝L/tM

b.

保留時間tR：試樣從進樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間。它包括組分隨流動相通過柱子的時間tM

和組分在固定相中滯留的時間。第29頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三c.

調(diào)整保留時間tR′

：某組分的保留時間扣除死時間后的保留時間，它是組分在固定相中的滯留時間。即

tR′

＝tR－tM

保留時間為色譜定性依據(jù)。但同一組分的保留時間與流速有關(guān)，因此有時需用保留體積來表示保留值。

第30頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

(2)保留體積

a.

死體積VM：色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間空隙、色譜儀管路和連接頭間空隙和檢測器間隙的總和。忽略后兩項可得到：

VM＝tM·FCFC—流動相流速第31頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三其中，F(xiàn)c為柱出口的流動相流速（mL/min)，其值為：FCO-檢測器出口流速；Tr-室溫；Tc-柱溫；p0-大氣壓；pw-室溫時水蒸汽壓。第32頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

b.

保留體積VR：指從進樣到待測物在柱后出現(xiàn)濃度極大點時所通過的流動相的體積。VR′＝VR－VM＝tR′·FCVR＝tR·FCc.調(diào)整保留體積VR′：某組分的保留體積扣除死體積后的體積。第33頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(3)相對保留值

相對保留值r2,1：組分2的調(diào)整保留值與組分1的調(diào)整保留值之比。r2,1

僅隨溫度及固定相變化。第34頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三注意：r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長L、填充情況及流動相流速無關(guān)，因此，在色譜分析中，尤其是GC中廣泛用于定性的依據(jù)！具體做法：固定一個色譜峰為標準s，然后再求其它峰i

對標準峰的相對保留值，此時以

表示：>1,又稱選擇因子。第35頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三4.

色譜峰區(qū)域?qū)挾壬V峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之一，可用于衡量色譜柱的柱效及反映色譜操作條件下的動力學因素。寬度越窄，其效率越高，分離的效果也越好。第36頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N表示方法：(1)標準偏差：峰高0.607倍處峰寬的一半。(2)半峰寬W1/2：峰高一半處的峰寬。

W1/2

=2.355(3)基線寬度W：色譜峰兩側(cè)拐點上切線與基線的交點間的距離。

W=4＝1.699W1/2第37頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三5.拖尾因子:

又稱對稱因子，用于衡量色譜峰的對稱性。計算公式:

T＝W0.05h

/2AT應在0.95～1.05之間。第38頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三續(xù)前對稱因子:T＝W0.05h/2A正常峰（對稱）非正常峰

前沿峰

拖尾峰色譜峰——T在0.95~1.05之間——T小于0.95——T大于1.05第39頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

色譜流出曲線的意義：（1）色譜峰數(shù)=樣品中單組分的最少個數(shù)；（2）色譜保留值——定性依據(jù)；（3）色譜峰高或面積—定量依據(jù)；（4）色譜保留值或區(qū)域?qū)挾取V柱分離效能評價指標；（5）色譜峰間距——固定相或流動相選擇是否合適的依據(jù)。第40頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

第三節(jié)色譜法基本理論

色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離,組分要達到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠,兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過程的熱力學性質(zhì)有關(guān)。但當兩峰間雖有一定距離，如果每個峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴散行為決定的，即與色譜過程的動力學性質(zhì)有關(guān)。因此，要從熱力學和動力學兩方面來研究色譜行為。

第41頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

一、分配系數(shù)和保留因子與保留時間的關(guān)系(1)分配系數(shù)(K)：分配色譜的分離過程經(jīng)常用樣品分子在兩相間的分配來描述，而描述這種分配的參數(shù)稱為分配系數(shù)。它是描述分配過程的重要參數(shù)。第42頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三分配系數(shù)是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達平衡時的濃度之比值，即

K只與固定相和溫度有關(guān)，與兩相體積、柱管特性和所用儀器無關(guān)。第43頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三分配系數(shù)K的討論

樣品一定時，K主要取決于固定相性質(zhì)，一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；而組分的K=0時，即不被固定相保留，最先流出。每個組分在各種固定相上的分配系數(shù)K是不同的；選擇適宜的固定相可改善分離效果；第44頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

當分配次數(shù)足夠多時，就能將具有不同K的組分分開。所以，我們可以認為，色譜法是利用不同的物質(zhì)具有不同的K而進行分離的。而K的不同則是由于各組分在固定相中的溶解度（對氣-液色譜）或吸附能力（對氣-固色譜）不同而造成的。

第45頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(2)保留因子(容量因子）（k)：在一定溫度和壓力下，組分在兩相間的分配達平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比，稱為容量因子。它反映了組分在柱中的遷移速率。又稱保留因子。也叫分配比或容量比。其中Vm

為流動相體積，Vs為固定相體積第46頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

保留因子k的求算：

K也等于組分在固定相中停留的時間與在流動相中停留時間之比，即

k＝(tR－tM)/tM＝tR′/tMtR

＝tM(1＋k)因此，k可通過實驗測得。k可表示出組分在柱中停留時間的長短。K越大，停留時間也就越長。

第47頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三稱為相比率,它也是反映色譜柱柱型特點的參數(shù)。對填充柱:=6～

35；對毛細管柱:=60～600。(3)K與k的關(guān)系：第48頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(4)選擇因子：色譜柱對A、B兩組分的選擇因子定義如下：A為先流出的組分，B為后流出的組分。第49頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

注意：K或k反映的是某一組分在兩相間的分配；而是反映兩組分間的分離情況！當兩組分K或k

相同時，=1

時，兩組分不能分開；當兩組分K或k相差越大時，越大，分離得越好。也就是說，兩組分在兩相間的分配系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。和k

是計算色譜柱分離效能的重要參數(shù)！第50頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三二、保留因子與保留比(R′)的關(guān)系樣品分子在流動相中停留的時間分數(shù)，以R′表示:R′＝1,溶質(zhì)不能進入固定相，全部隨流動相前移；R′＝0,溶質(zhì)全部在固定相，不隨流動相前移。R′在0~1之間，它可以衡量溶質(zhì)被保留的情況。第51頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

第52頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三三、色譜分離的前提條件第53頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三回憶1.基線2.保留值的分類3.色譜的分離原理（就是利用待分離的各種組分在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進行分離的。）4.選擇因子α、拖尾因子T、保留因子k、分離度R5.色譜流出曲線的意義6.分配系數(shù)、保留因子及它們之間的關(guān)系7.選擇因子與調(diào)整保留時間、分配系數(shù)、保留因子之間的關(guān)系8.保留因子k與保留比R’、保留時間之間的關(guān)系第54頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

一、塔板理論塔板理論是描述色譜柱中組分在兩相間的分配狀況及評價色譜柱的分離效能的一種半經(jīng)驗式的理論。它成功地解釋了色譜流出曲線呈正態(tài)分布。

第55頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三1.塔板理論假定：（1）塔板之間不連續(xù)；（2）塔板之間無分子擴散；（3）組分在各塔板內(nèi)兩相間的分配瞬間達至平衡，達一次平衡所需柱長為理論塔板高度H；（4）某組分在所有塔板上的分配系數(shù)相同；（5）流動相以不連續(xù)方式加入，即以一個一個的塔板體積加入。

第56頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三精餾塔第57頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

(一）色譜分離過程：塔板理論是把色譜柱假想為一個精餾塔，塔內(nèi)存在許多塔板，組分在每個塔板的氣相和液相間進行分配，達成一次分配平衡。然后隨著流動相按一個塔板、一個塔板的方式向前移動。經(jīng)過多次分配平衡后，分配系數(shù)小的組分，先離開精餾塔（色譜柱），分配系數(shù)大的組分后離開精餾塔（色譜柱），從而使分配系數(shù)不同的組分彼此得到分離。

第58頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三分離過程如下圖所示第59頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第60頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

(二)二項式分布先用液-液萃取過程來說明塔板理論。假設:取11個漏斗，編號從0,1,2…,固定相→VmL水流動相→VmL氯仿溶質(zhì)→1.0gI2

分配系數(shù)K=1

第61頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

n=0n=1

N為0時碘的分配情況Sm第62頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

n=0n=1n=2

N為1時碘的分配情況SSSmm第63頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

n=0n=1n=2n=3

N為2時碘的分配情況SSSSmmm第64頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三n012345678910…...I211/21/41/81/161/321/641/1281/2561/5121/1024……萃取次數(shù)與分液漏斗中碘的含量:K=1第65頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

上述步驟重復11次，轉(zhuǎn)換10次(N=10)每個漏斗中的I2含量見下表:n0（10）1（9）2（8）3（7）4（6）5（5）678910I2%0.1141221252112410.1第66頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

因此可知，該萃取過程相當于下層(流動相)向右流動，上層(固定相)雖然不動，但相當于相對地向左移動，溶質(zhì)在逆向流動的兩相中分配，故稱為逆流分配或反流分布。在逆流分配中若用:q→流動相中溶質(zhì)含量(百分數(shù)表示)p→固定相中溶質(zhì)含量(百分數(shù)表示)N→轉(zhuǎn)移次數(shù)在各漏斗中溶質(zhì)含量的分布符合二項式的展開式:第67頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三例:求I2經(jīng)3次轉(zhuǎn)移后，各漏斗中溶質(zhì)含量(K=1):解:根據(jù)二項式分布公式:漏斗號0123以上計算出是四項數(shù)，正好是第0、1、2、3號漏斗中上下二層溶質(zhì)的百分數(shù)之和。第68頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

當塔板數(shù)為5時的情況，出現(xiàn)的峰形不對稱，這是由于塔板數(shù)太少的原因。當塔板數(shù)大于50時，峰形就是對稱的。在實際色譜柱中，n值很大（約為106～109

）。所以色譜峰一般為正態(tài)分布。第69頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

Cmax即流出曲線上的峰高，也可用hmax表示。將hmax及W1/2

=2.355σ代入上式得第70頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三（三）柱效能指標：對于一個色譜柱來說，其分離能力（叫柱效能）的大小主要與塔板的數(shù)目有關(guān)，塔板數(shù)越多，柱效能越高。色譜柱的塔板數(shù)可以用理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù)來表示。第71頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三式中：tR為某組分的保留時間；

W1/2為某組分色譜峰的半寬度；

W為色譜峰的峰底寬度。柱的理論塔板數(shù)與峰寬和保留時間有關(guān)。保留時間越大，峰越窄，理論塔板數(shù)就越多。柱效能也就越高。1．理論塔板數(shù)n：對于一個柱子來說，其理論塔板數(shù)可由下式計算：第72頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

對于一個柱長固定為L的柱子，其理論塔板高度H為:

每一個塔板的高度，即組分在柱內(nèi)每達成一次分配平衡所需要的柱長叫理論塔板高度。它越小，也表示柱效能越高。第73頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三2．有效塔板數(shù)n有效：在計算理論塔板數(shù)的式子中使用的是保留時間，它包括了死時間，它與組分在柱內(nèi)的分配無關(guān)，因此不能真正反映色譜柱的柱效。為此，引入了有效塔板數(shù)的概念。同理有效塔板高度為：第74頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三例:在2m5%阿皮松紅色硅烷化擔體柱上，柱溫100℃，記錄紙速為2cm/min，測得苯的保留時間為1.5min，W1/2=0.2cm，求理論塔板數(shù)及塔板高度。第75頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三3.塔板理論的特點：(1)當色譜柱長度一定時，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標時，應指明測定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當兩組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。(4)塔板理論無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第76頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三回憶1.色譜的分離原理2.基線；保留值的分類3.色譜的分離原理（就是利用待分離的各種組分在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進行分離的。）4.選擇因子α、拖尾因子T、保留因子k、分離度R5.色譜流出曲線的意義6.分配系數(shù)、保留因子及它們之間的關(guān)系7.選擇因子與調(diào)整保留時間、分配系數(shù)、保留因子之間的關(guān)系8.保留因子k與保留比R’、保留時間之間的關(guān)系第77頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三9.踏板理論的假設10.踏板理論的優(yōu)點與缺點11.踏板理論中組分轉(zhuǎn)移過程符合的規(guī)律12.色譜流出曲線方程中峰面積與半峰寬及峰高的關(guān)系13.塔板數(shù)、踏板高度與標準偏差、峰面積、半峰寬及保留時間的關(guān)系14.有效塔板數(shù)、有效踏板高度與標準偏差、峰面積、半峰寬及調(diào)整保留時間的關(guān)系第78頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三三．速率理論——范娣姆特方程式：

塔板理論是一個半經(jīng)驗性的理論。它定性的給出了板高的概念，但不能指出影響板高的因素。速率理論就是在塔板理論的基礎(chǔ)上，給出了影響塔板高度的因素：

第79頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

u為流動相線速度；A，B，C為常數(shù)，其中:A—分別表示渦流擴散系數(shù)；

B—分子擴散系數(shù)；

C—傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括氣相和液相傳質(zhì)阻力系數(shù))即:C=Cg＋Cl

該式從動力學角度很好地解釋了影響板高（柱效）的各種因素！任何減少方程右邊三項數(shù)值的方法，都可降低H，從而提高柱效。第80頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三1.渦流擴散項(A)

在填充柱中，由于受到固定相顆粒的阻礙，組分在遷移過程中隨流動相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”：從圖中可見，因填充物顆粒大小及填充的不均勻性——同一組分運行路線長短不同——流出時間不同——峰形展寬。展寬程度以A表示：A=2dp其中dp—填充物平均直徑；—填充不規(guī)則因子。

可見，使用細粒的固定相并填充均勻可減小A，提高柱效。對于空心毛細管柱，無渦流擴散，即A=0。流動方向第81頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三第82頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三2.分子擴散項(B/u)

分子縱向擴散是由于濃度梯度引起的。當樣品被注入色譜柱時，它呈“塞子”狀分布。隨著流動相的推進,“塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地擴散,使譜峰展寬。其大小為B=2D—稱為彎曲因子，它表示固定相幾何形狀對自由分子擴散的阻礙情況;=1(空心柱)；＜1(填充柱)；硅藻土柱:=0.5~0.7D—組分在流動相中的擴散系數(shù)。流動相為氣體或液體時，分別以Dg或Dm表示；第83頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

討論：分子量大的組分，Dg小，即B小；Dg

隨柱溫升高而增加；即B增大；流動相分子量大，Dg小，即B?。?/p>

u增加，組分停留時間短，縱向擴散??；（B/u）

對于液相色譜，因Dm

較小(Mm較大)，B項可勿略。減小分子擴散措施:球狀顆粒;大分子量流動相；適當增加流速；短柱；低溫。第84頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三3.傳質(zhì)阻力項(Cu)

物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生的物質(zhì)遷移過程，稱為傳質(zhì)。影響這個過程進行速度的阻力，叫傳質(zhì)阻力。

因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。氣相色譜和液相色譜二者傳質(zhì)過程不完全相同。分別作討論。（1）氣液色譜：傳質(zhì)阻力項C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl。第85頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三流動相固液界面固定液組分分子ClCg第86頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三討論：

減小填充顆粒直徑dp；采用分子量小的流動相，會使Dg增加；減小液膜厚度df，Cl下降。但此時k又減小。因此，當保持固定液含量不變時，可通過增加固定液載體的比表面來降低df。但比表面過大又會因吸附過強使峰拖尾。增加柱溫，可增加Dl，但k值也減小，為保持合適Cl值，應控制柱溫。第87頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三（2）液-液色譜：C=Cm＋Csm＋Cs式中:Cm

→組分在流動相中的傳質(zhì)阻抗系數(shù)

Csm

→組分在靜態(tài)流動相中的傳質(zhì)阻抗系數(shù)

Cs→組分在固定相中的傳質(zhì)阻抗系數(shù)所謂靜態(tài)傳質(zhì)阻抗是分子進入固定相深孔中的靜態(tài)流動相中，相對晚回到流動相，而引起的峰擴張。流動相Csm第88頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

討論：流動相傳質(zhì)阻力包括兩方面:（1）流動相中的傳質(zhì)阻力Cm。與填充物大小dp、擴散系數(shù)(Dm)、微孔大小及其數(shù)量等有關(guān)。

降低流動相傳質(zhì)阻力的方法有：細顆粒固定相、增加組分在固定相和流動相中的擴散系數(shù)D、適當降低線速度、短柱。（2）固定相傳質(zhì)阻力Cs。與液膜厚度df、保留因子k和擴散系數(shù)Ds等有關(guān)。

降低固定相傳質(zhì)阻力的方法有：與氣-液色譜中液相傳質(zhì)阻力的表述相同。第89頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)1.影響渦流擴散系數(shù)大小的因素（細或無）2.影響分子擴散項系數(shù)大小的因素（球狀顆粒、大分子量、適當增加流速、短柱、低溫）3.影響傳質(zhì)阻力項系數(shù)大小的因素（a:氣液色譜:小顆粒、小分子量、增加柱溫;b:液液色譜）總而言之：小顆粒、適當大小分子量的流動相、適宜的柱溫第90頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(4)流速u

由方程H=A+B/u+Cu知道：當u一定時，僅在A、B、C較小時，H較小，柱效較高；反之則柱效較低，色譜峰將展寬。以u對H作圖，可得H-u曲線（如圖），從該曲線得到：第91頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三板高，H(cm)HminA+B/u+CuCuCsuAB/u第92頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三

渦流擴散項A與流速u無關(guān)；低流速區(qū)(u小)，B/u大，分子擴散項占主導，此時選擇分子量大的氣體如N2和Ar為載氣，可減小擴散，提高柱效；高流速區(qū)(u大)，Cu大，傳質(zhì)阻力項占主導，此時選擇分子量小的氣體如H2和He為載氣，可增加擴散系數(shù)，提高柱效；

LC的Hmin和uopt均比GC的小一個數(shù)量級，即在LC中，較低流速可獲得較大的柱效。

曲線的最低點對應最佳線速(

)下的最小板高()；第93頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三(5)固定相顆粒大小對板高的影響

實驗表明，顆粒越細，板高越小，受線速影響越小。這是在HPLC分析中采用細顆粒作固定相的理論根據(jù)！但顆粒細導致柱流速慢，當采用高壓技術(shù)，才能實現(xiàn)HPLC的分析要求。第94頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三板高,H(cm)第95頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三三、分離度(Resolution,R)同時反映色譜柱效能和選擇性的一個綜合指標。也稱總分離效能指標或分辨率。指相鄰兩組分保留時間之差與兩組分基線寬度平均值的比值，即:用此式可直接從色譜流出曲線上求出分離度R。注意單位統(tǒng)一.tR2－tR1w2w1第96頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三色譜分離中的四種典型情況:①分離效果差，柱效低，選擇性（）低②完全分離，柱效高，峰窄，選擇性（）低；③完全分離，選擇性（）增加，柱效低，峰寬④完全分離，柱效高，選擇性（）好第97頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三R=1.5R=0.75R=1.0響應信號保留時間t,min第98頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三四、色譜分離方程

R的定義未與影響其大小的因素：柱效n、選擇因子和保留因子k聯(lián)系起來。對于相鄰的難分離組分,由于它們的分配系數(shù)K相差小，可合理假設k1k2=k，W1W2=W。因此可導出R與n、和

k

的關(guān)系：(a)→柱效項(b)→柱選擇項(c)→容量因子項第99頁，共112頁，2023年，2月20日，星期三有關(guān)色譜方程的討論：(1)分離度R與柱效的關(guān)系分離度R與理論塔板數(shù)n有關(guān)，即R受熱力學性質(zhì)的影響。對具一定相對保留值