第十二章色譜分析法

第十二章色譜分析法第1頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1色譜法簡(jiǎn)介第2頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二茨維特(1872～1919)俄羅斯植物學(xué)家。1900年，在樹(shù)葉中發(fā)現(xiàn)兩種葉綠素：葉綠素a和葉綠素b，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)葉綠素c，并分離出純的葉綠素。最重大的貢獻(xiàn)：發(fā)明分析化學(xué)中極其重要的分析方法-色譜法。偉大的化學(xué)家?！吧V學(xué)之父”，以他的名字命名的Tswett獎(jiǎng)成為色譜界最高榮譽(yù)獎(jiǎng)。1.1.1色譜法起源第3頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1903年，茨維特?zé)o意中做了一個(gè)影響深遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)：葉綠素提取液在分離以后形成一條具有不同顏色的譜帶，這就是“色譜”一詞的由來(lái)。這套實(shí)驗(yàn)裝置就是現(xiàn)代色譜裝置的原型。1.1.1色譜法起源第4頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二茨維特的第一篇關(guān)于色譜法的論文“一種新型吸附現(xiàn)象及其在生化分析上的應(yīng)用”發(fā)表在1903年的《生物學(xué)雜志》。1906～1910年的論文發(fā)表在《植物學(xué)雜志》。1931年，R.庫(kù)恩發(fā)現(xiàn)茨維特所發(fā)明色譜法的重要性，此法才得到普遍的推廣和應(yīng)用。1.1.1色譜法起源第5頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1930s，離子交換色譜法建立。1940年，吸附色譜與電泳相結(jié)合。1941年，分配色譜創(chuàng)立。1952年，氣相色譜法建立。1968年，高效液相色譜法建立。1975年之后，離子色譜、超臨界流體色譜、高效毛細(xì)管電泳等新型色譜方法逐漸發(fā)展起來(lái)。1.1.2色譜法發(fā)展第6頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1948年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)吸附色譜與電泳TiseliusMartinSynge1952年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)分配色譜法1.1.2色譜法發(fā)展第7頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二盧佩章院士1.1.2色譜法發(fā)展中國(guó)色譜分析的先驅(qū)者。設(shè)計(jì)出我國(guó)第一臺(tái)體積色譜儀。完成我國(guó)第一艘核潛艇密封艙氣體分析任務(wù)，研制出當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的船用色譜儀。研制成功細(xì)管徑的高效液相色譜柱，當(dāng)時(shí)獨(dú)步世界。1990年，獲得蘇聯(lián)色譜學(xué)會(huì)頒發(fā)的茨維特獎(jiǎng)；1992年，獲得美國(guó)傳記研究所“世界終身成就獎(jiǎng)”。第8頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二色譜法是一種混合物分離技術(shù)。分離的關(guān)鍵在于色譜柱存在著兩相。固定相：固定在色譜柱中不動(dòng)的固體或液體。流動(dòng)相：流動(dòng)的、攜帶混合物流過(guò)固定相的流體。色譜分離：混合物中各組分在色譜分離柱中的固定相和流動(dòng)相間不斷的交換過(guò)程。固定相流動(dòng)相1.2.1色譜分離機(jī)理第9頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二當(dāng)流動(dòng)相攜帶混合物流經(jīng)固定相時(shí)，混合物中各組分與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(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)弱不同，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，各種組分按一定次序由固定相中先后流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方法結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測(cè)。色譜法的基礎(chǔ)：固定相、流動(dòng)相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及組分與固定相的相互作用！1.2.1色譜分離機(jī)理第10頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.1色譜分離機(jī)理第11頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.1色譜分離機(jī)理第12頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二組分在固定相和流動(dòng)相兩相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過(guò)程稱為分配。

在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度比，稱為分配系數(shù)，用K表示：如何衡量組分與固定相相互作用力的大??？1.2.2分配系數(shù)K第13頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二某組分的K=0時(shí)組分的分配系數(shù)K越大，代表組分與固定相作用力越強(qiáng)，越傾向于保留在固定相中。混合物中不同組分具有不同的分配系數(shù)K，是實(shí)現(xiàn)混合物中各組分分離的基礎(chǔ)。，不被固定相保留，最先流出。1.2.2分配系數(shù)K第14頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二思考題一：在相同固定相條件下，具有不同分配系數(shù)K值的組分是按照什么順序先后出峰的？按分配系數(shù)K

的大小先后出峰：分配系數(shù)K小的組分在色譜柱中保留時(shí)間短，先出峰；分配系數(shù)K大的組分在色譜柱中保留時(shí)間長(zhǎng)，后出峰！1.2.2分配系數(shù)K第15頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.2分配系數(shù)K每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K是不同的，當(dāng)兩種組分在某一固定相中無(wú)法分離時(shí)，改用其它適宜的固定相可改善分離效果。

固體固定相只有少數(shù)幾種，選擇較少；而液體固定相可供選擇的有四五百種之多！思考題二：試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)，如果兩種組分K值完全相同，能否分離？怎么辦？第16頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二吸附：固體吸附劑為固定相，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。分配：液體為固定相，利用不同組分在固定相和流動(dòng)相之間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。離子交換：離子交換樹(shù)脂為固定相，利用組分離子對(duì)交換樹(shù)脂具有不同的親和力進(jìn)行分離。凝膠滲透：凝膠作為固定相，利用尺寸大小不同的組分在具有不同大小孔穴的凝膠中具有不同的滲透能力進(jìn)行分離。1.2.3作用力類型第17頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二氣-固色譜：固定相為多孔固體吸附劑顆粒；利用固體吸附劑對(duì)試樣中各組分的吸附能力的不同。氣-液色譜：固定相由擔(dān)體顆粒和固定液所組成；利用固定液對(duì)試樣中各組分的溶解能力的不同。氣-固色譜分離：吸附與脫附的不斷重復(fù)過(guò)程氣-液色譜分離：氣液兩相間的反復(fù)多次分配過(guò)程1.2.4色譜分離過(guò)程氣相色譜：第18頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二氣相色譜分離過(guò)程:試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附。隨新鮮載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附。揮發(fā)或脫附下的組分隨載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過(guò)程反復(fù)地進(jìn)行。動(dòng)畫(huà)1.2.3色譜分離過(guò)程第19頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3色譜法分類第20頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3色譜法分類1.3.1按兩相物理狀態(tài)分類氣相色譜：流動(dòng)相為氣體，按固定相不同可細(xì)分為氣-固色譜法和氣-液色譜法液相色譜：流動(dòng)相為液體，按固定相不同可細(xì)分為液-固色譜法和液-液色譜法超臨界流體色譜：流動(dòng)相為超臨界流體第21頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3.2按固定相形式分類柱色譜：分為兩類，一類將固定相裝入玻璃或金屬管內(nèi)，稱為填充柱色譜；另一類將固定液涂漬在毛細(xì)管內(nèi)壁，或通過(guò)交聯(lián)劑在高溫下鍵合到毛細(xì)管內(nèi)壁，稱為毛細(xì)管色譜第22頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二紙色譜：以多孔濾紙為載體，以吸附在濾紙上的水為流動(dòng)相薄層色譜：以涂漬在玻璃或塑料板上的吸附劑薄層為固定相，以展開(kāi)溶劑為流動(dòng)相進(jìn)行分離第23頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.3.3按分離過(guò)程物理化學(xué)原理分類吸附色譜：用固體吸附劑作為固定相，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，如氣-固吸附色譜、液-固吸附色譜分配色譜：用液體作為固定相，利用不同組分在固定相和流動(dòng)相之間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離，如氣-液分配色譜、液-液分配色譜其它作用原理：分為離子色譜、凝膠滲透色譜、絡(luò)合色譜、親和色譜、毛細(xì)管電泳色譜等第24頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4色譜法應(yīng)用第25頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一根香煙中，可發(fā)現(xiàn)5000多種化學(xué)成分一瓶茅臺(tái)酒里，可發(fā)現(xiàn)900多種化學(xué)成分一瓶香水中，可發(fā)現(xiàn)600多種化學(xué)成分一瓶礦泉水中，可發(fā)現(xiàn)上百種化學(xué)成分1.4.1復(fù)雜混合物分離第26頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二煙葉揮發(fā)油成分分析色譜圖1.4.1復(fù)雜混合物分離第27頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.1復(fù)雜混合物分離三聚氰胺第28頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二七種三嗪類除草劑1.4.2結(jié)構(gòu)類似物分離第29頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4.3同分異構(gòu)體分離二甲苯第30頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二9-hydroxyrisperidone帕潘立酮1.4.4手性異構(gòu)體分離第31頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二章節(jié)重點(diǎn)：色譜分析法的分離機(jī)理及其分離過(guò)程。分配系數(shù)K的定義、意義及其應(yīng)用。色譜出峰順序的判定。色譜分析法的分類。第32頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第十二章

色譜分析法第二節(jié)氣相色譜理論基礎(chǔ)1.氣相色譜常用術(shù)語(yǔ)2.分配平衡3.塔板理論4.速率理論5.色譜基本分離方程

第33頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.氣相色譜常用術(shù)語(yǔ)

色譜圖：試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨載氣依次進(jìn)入檢測(cè)器，將各組分濃度變化轉(zhuǎn)為電信號(hào)，在記錄儀上記錄為檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)隨時(shí)間變化的曲線，即色譜流出曲線。第34頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二檢測(cè)器對(duì)色譜柱流出組分的響應(yīng)信號(hào)隨時(shí)間變化所形成的峰形曲線。1.1色譜峰1.2基線無(wú)試樣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)到的信號(hào)即為基線。1.3色譜峰高色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示。第35頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.4色譜峰區(qū)域?qū)挾葮?biāo)準(zhǔn)偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度Y1/2

=2.354。峰底寬(Wb)：Wb=4。

區(qū)域?qū)挾扔靡院饬可V柱的分離效能，通常區(qū)域?qū)挾仍秸胶茫腥N表示方法：第36頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.5保留值各組分在色譜柱中保留行為的量度，反映組分與固定相作用力的大小。通常用保留時(shí)間、保留體積來(lái)表示。保留值能揭示色譜過(guò)程作用機(jī)理及分子結(jié)構(gòu)特征，是色譜定性分析和色譜過(guò)程熱力學(xué)特性的重要參數(shù)。第37頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二死時(shí)間(t0)：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間(tR’)：tR’=tR-tM

，反映組分在色譜過(guò)程中與固定相相互作用所消耗的真實(shí)時(shí)間。(1)用時(shí)間表示的保留值保留時(shí)間(tR)：組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需的時(shí)間，取決于色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素，在一定的色譜體系和操作條件下，保留時(shí)間確定，是定性分析依據(jù)第38頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(2)用體積表示的保留值保留體積(VR)：VR=tR×F0（F0為色譜柱出口處的載氣流量，單位：mL/min）。死體積(V0)：V0=t0×F0，死體積實(shí)際上就是色譜柱內(nèi)載氣所占的體積。調(diào)整保留體積(VR’)：VR’=VR–V0

。第39頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)

相對(duì)保留值r2,1定義：組分2與組分1調(diào)整保留值之比。相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與載氣流量等其他色譜操作條件無(wú)關(guān)，是色譜定性分析的重要參數(shù)之一?？捎糜诒硎旧V柱的選擇性：r2,1越大，表明兩組分的調(diào)整保留時(shí)間t’R相差越大，越容易實(shí)現(xiàn)分離。第40頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二色譜流出曲線提供的重要信息：根據(jù)色譜峰數(shù)目，可判斷試樣中所含組分的最少個(gè)數(shù)。根據(jù)色譜峰保留值，可以進(jìn)行定性分析。根據(jù)色譜峰高或峰面積，可以進(jìn)行定量分析。根據(jù)色譜峰間距及其寬度，可以對(duì)色譜柱的分離效能進(jìn)行評(píng)價(jià)。第41頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二色譜分離的條件：色譜分析的基本要求：實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離。首要條件：相鄰兩組分的保留值存在一定差別，兩組分的色譜峰間距足夠遠(yuǎn)。保留值的變化規(guī)律是色譜熱力學(xué)研究的主要課題。第二條件：色譜峰區(qū)域?qū)挾纫^(qū)域?qū)挾扰c組分在流動(dòng)相和固定相中連續(xù)分配過(guò)程的分子擴(kuò)散、傳質(zhì)等因素有關(guān)，是色譜動(dòng)力學(xué)的研究課題。第42頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.分配平衡

定義：在一定溫度、壓力下，組分在液相和氣相兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)，組分在兩相間的濃度比。2.1分配系數(shù)K第43頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

式中為相比，β=Vm/Vs

（填充柱：6-35；毛細(xì)管柱：50-1500）。分配比k與分配系數(shù)K的關(guān)系為：2.2分配比k

定義：在一定溫度、壓力下，組分在液相和氣相兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)，組分在兩相間的質(zhì)量比。第44頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二保留時(shí)間越長(zhǎng)，分配比越大！k越大，組分分配在固定液中的量越多，相當(dāng)于柱的容量越大，因此分配比又稱為容量因子。容量因子k

是衡量色譜柱對(duì)被分離組分保留能力的重要參數(shù)，某組分的k

值可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定：第45頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.3色譜基本保留方程色譜柱確定后，Vg和Vl即為定值，由此可見(jiàn)，分配系數(shù)K不同的各組分具有不同的保留值，在色譜圖上具有不同位置的色譜峰！第46頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.塔板理論（平衡理論）假想：色譜柱為一個(gè)精餾塔，塔內(nèi)有一系列連續(xù)的、相等體積的塔板，每一塔板的理論高度為H。假設(shè)：在每一塊塔板上，被分離組分在氣液兩相間瞬時(shí)達(dá)到一次分配平衡，然后隨載氣從一塊塔板向下一塊塔板以脈動(dòng)式遷移。經(jīng)多次分配平衡后，分配系數(shù)K小的組分先離開(kāi)精餾塔，K大的組分后離開(kāi)精餾塔，從而使不同K值組分彼此分離。第47頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二色譜柱的理論塔板數(shù)：n理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：n=L/H組分保留時(shí)間越長(zhǎng)、峰寬度越小，則理論塔板數(shù)n越多，色譜柱效能越高。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。第48頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二有效塔板數(shù)和有效塔板高度：組分在tM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：第49頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二塔板理論的特點(diǎn)和不足：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(cè)定物質(zhì)。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)K

相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。塔板理論無(wú)法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，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第50頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.速率理論（色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論）H=A+B/u+C·u

H-理論塔板高度；u-載氣的線速度(cm/s)減小A、B、C三項(xiàng)均可提高柱效存在最佳流速A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？荷蘭學(xué)者范第姆特等吸收了塔板理論中塔板高度概念，將色譜分配過(guò)程與組分在兩相中的擴(kuò)散和傳質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，完善地解釋了影響塔板高度的各種因素：第51頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.1渦流擴(kuò)散項(xiàng)-AA=2λdp

固定相顆粒越小dp↓，填充得越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。dp-固定相的平均顆粒直徑；λ-固定相的填充不均勻因子組分隨載氣遷徙時(shí)，碰到填充物顆粒阻礙會(huì)不斷改變流動(dòng)方向，使組分在氣相中形成紊亂的類似“渦流”的流動(dòng)，引起色譜峰變寬。第52頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.2分子擴(kuò)散項(xiàng)-B/u

γ-彎曲因子，反映柱填充物對(duì)分子擴(kuò)散的阻礙程度，填充柱色譜，γ

≤1，毛細(xì)管柱色譜，γ=1；Dg-試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）。分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時(shí)間↑，擴(kuò)散↑擴(kuò)散系數(shù)：Dg∝(M載氣)-1/2

；M載氣↑，B↓由于樣品進(jìn)入色譜柱后存在縱向濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散，從而使色譜峰變寬。B=2γDg第53頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.3傳質(zhì)阻力項(xiàng)-Cu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，導(dǎo)致色譜峰變寬。傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL，液相傳質(zhì)阻力要大于氣相傳質(zhì)阻力。

C=（Cg+Cl）第54頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二以塔板高度H對(duì)應(yīng)載氣流速u(mài)作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速，實(shí)際工作中，為加快速度，縮小分析時(shí)間，往往選擇稍大于u最佳的流速。4.4載氣流速對(duì)塔板高度的影響第55頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，此時(shí)應(yīng)選用相對(duì)分子質(zhì)量較小的載氣如H2、He，以使組分氣相擴(kuò)散系數(shù)增大。

分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，此時(shí)應(yīng)選用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣如N2、Ar，以使組分氣相擴(kuò)散系數(shù)減小。載氣流速高時(shí)：載氣流速低時(shí)：第56頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.5速率理論的要點(diǎn)通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。速率理論為色譜分離和操作條件的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。各種因素相互制約：如載氣流速增大，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。第57頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二5.色譜基本分離方程

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。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響：保留值之差：色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；區(qū)域?qū)挾龋荷V過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素。5.1分離度第58頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二色譜分離中的四種情況如圖所示：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大，峰較窄，完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，△K較大，峰較寬，且分離不好；④△K小，柱效低，峰較寬，分離效果最差。第59頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二分離度的定義式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1.0：分離程度98%；R=1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。第60頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對(duì)保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：5.2色譜基本分離方程式第61頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二例題1：在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85秒和100秒，要達(dá)到完全分離，即R=1.5。計(jì)算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1cm，柱長(zhǎng)是多少？L有效=n有效·H有效

=1547×0.1=155cm

即柱長(zhǎng)為1.55米時(shí)，兩組分可以得到完全分離。解：r21=100/85=1.18

n有效=16R2[r2,1/(r2,1-1)]2

=16×1.52×(1.18/0.18)2

=1547（塊）第62頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二例題2：某色譜柱長(zhǎng)1米，有效特板數(shù)為3600，兩個(gè)組分的保留時(shí)間分別為12.2s和12.8s，計(jì)算分離度。如果兩組分要實(shí)現(xiàn)完全分離，色譜柱柱長(zhǎng)需要增加到多少？分離度：解：第63頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二章節(jié)重點(diǎn)：色譜常用術(shù)語(yǔ)及保留值計(jì)算。分配系數(shù)K、分配比k定義及計(jì)算。塔板理論特點(diǎn)及其不足。速率理論特點(diǎn)及各項(xiàng)影響因素塔板高度、塔板數(shù)、分離度、保留時(shí)間的相互計(jì)算。第64頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第十二章

色譜分析法第三節(jié)氣相色譜法1.氣相色譜法的特點(diǎn)2.氣相色譜儀3.氣相色譜檢測(cè)器4.氣相色譜固定相5.定性與定量分析

第65頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.氣相色譜法的特點(diǎn)分離效率高：適用于復(fù)雜混合物、有機(jī)同系物、異構(gòu)體、手性異構(gòu)體的分離。靈敏度高：可以檢測(cè)出g.g-1(ppm)級(jí)甚至ng.g-1(ppb)級(jí)的物質(zhì)量。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。應(yīng)用范圍廣：適用于沸點(diǎn)低于400℃的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣的分析。不足之處：不適用于高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析；被分離組分的定性較為困難。第66頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.氣相色譜儀氣路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)記錄系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)第67頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1-減壓閥；2-凈化干燥管；3-壓力表；4-針形閥；5-氣化室；6-色譜柱；7-熱導(dǎo)檢測(cè)器；8-氫火焰檢測(cè)器；9-數(shù)據(jù)采集機(jī)（動(dòng)畫(huà)：氣相色譜儀工作流程）氣路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)溫控系統(tǒng)檢測(cè)記錄系統(tǒng)第68頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.1氣路系統(tǒng)組成：包括氣源、凈化干燥管及載氣流速控制部分常用載氣：氫氣、氮?dú)狻⒑鈨艋稍锕埽喝コd氣中的水、有機(jī)物等雜質(zhì)（依次通過(guò)分子篩、活性炭等）載氣流速控制：壓力表、流量計(jì)及針形閥，控制載氣流速恒定思考題：為何氣體鋼瓶具有不同顏色？氫氣、氮?dú)狻⒀鯕猓?/p>

第69頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二氣路系統(tǒng)要求：密封性好、流速穩(wěn)定、流速控制方便和測(cè)量準(zhǔn)確載氣流量大小及其穩(wěn)定性對(duì)色譜峰影響很大，流量通?？刂圃?0-100mL/min柱前流量采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示，柱后流量用皂膜流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量第70頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二載氣流量校正：采用皂膜流量計(jì)測(cè)定的柱后載氣流量F0

受水蒸氣、柱內(nèi)壓力梯度及柱溫的影響，需進(jìn)行校正：柱溫柱壓下通過(guò)色譜柱的平均載氣流量柱出口壓力室溫下水飽和蒸汽壓色譜柱溫度室溫壓力校正因子第71頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.2進(jìn)樣系統(tǒng)作用：把試樣快速、定量地加到色譜柱上端組成：微量進(jìn)樣器及氣化室試樣進(jìn)樣量、進(jìn)樣速度及試樣的氣化速度均對(duì)色譜分離效率、分析結(jié)果精密度、準(zhǔn)確度有影響氣化室：電加熱金屬塊，使樣品瞬間氣化，保證色譜峰有較小的寬度第72頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.3分離系統(tǒng)填充柱：由柱管和固定相組成，外形為U型或螺旋型，材料為玻璃或不銹鋼，內(nèi)徑2-4mm，柱長(zhǎng)1-6m。氣-固色譜固定相為固體吸附劑；氣-液色譜固定相由擔(dān)體+固定液組成毛細(xì)管柱：通常將固定液均勻涂漬或交聯(lián)到內(nèi)徑0.1-0.5mm的毛細(xì)管內(nèi)壁制得，材料為不銹鋼、玻璃或石英色譜儀分離系統(tǒng)即色譜柱，核心部件！第73頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二毛細(xì)管氣相色譜的優(yōu)缺點(diǎn)：毛細(xì)管柱不存在渦流擴(kuò)散固定液液膜厚度?。ńM分在固定液中傳質(zhì)快）空心柱流動(dòng)阻力小，柱管可以做得很長(zhǎng)缺點(diǎn)：固定相體積小，分配比較低，因而最大允許進(jìn)樣量受到限制，柱容量較低優(yōu)點(diǎn)：思考題：毛細(xì)管柱比填充柱有更高的柱效能？

第74頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.4溫度控制系統(tǒng)

柱溫改變會(huì)引起分配系數(shù)變化，對(duì)色譜分離的選擇性和柱效能產(chǎn)生影響；而檢測(cè)器溫度影響檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性，色譜儀溫度必須嚴(yán)格控制！氣化室溫度控制色譜柱溫度控制檢測(cè)器溫度控制恒溫法程序升溫法思考題：氣化室、色譜柱、檢測(cè)器溫控的標(biāo)準(zhǔn)及相互關(guān)系？

第75頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二樣品組成復(fù)雜、沸程較寬時(shí)，應(yīng)采用程序升溫法！第76頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.5檢測(cè)記錄系統(tǒng)色譜儀的關(guān)鍵部件之一，種類較多，原理和結(jié)構(gòu)各異。有的具有廣泛的適用性，如熱導(dǎo)檢測(cè)器；有的具有高選擇性，僅對(duì)某類物質(zhì)有高響應(yīng)，如氮磷檢測(cè)器。熱導(dǎo)池檢測(cè)器(TCD)氫火焰檢測(cè)器(FID)電子捕獲檢測(cè)器(ECD)氮磷檢測(cè)器（火焰光度檢測(cè)器，F(xiàn)PD）第77頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.氣相色譜檢測(cè)器3.1信號(hào)響應(yīng)特性濃度型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中通過(guò)檢測(cè)器組分濃度瞬間的變化，檢測(cè)信號(hào)與組分濃度成正比。質(zhì)量型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，檢測(cè)信號(hào)與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量或數(shù)量成正比。第78頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二檢測(cè)器性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：在一定范圍內(nèi)，信號(hào)E與進(jìn)入檢測(cè)器的物質(zhì)質(zhì)量m呈線性關(guān)系：

E=Sm

S=E/m

靈敏度S

：

S

表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的大小。氣相色譜檢測(cè)信號(hào)通常顯示為色譜峰，靈敏度由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得：S=A/m第79頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二檢出限：檢測(cè)器響應(yīng)值為2倍或3倍噪聲水平時(shí)的試樣濃度（或質(zhì)量），被定義為檢出限（或該物質(zhì)的最小檢測(cè)量）檢測(cè)器在線性工作時(shí)，被測(cè)物質(zhì)的最大濃度（或質(zhì)量）與最低濃度（或質(zhì)量）之間的濃度范圍。線性范圍：第80頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.2熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)池體：一般用不銹鋼制成熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價(jià)廉易加工的鎢絲制成參考池：僅允許純載氣通過(guò)，通常連接在進(jìn)樣裝置之前測(cè)量池：攜帶被分離組分的載氣流過(guò)，連接在緊靠近分離柱出口(1)熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)第81頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(2)檢測(cè)原理平衡電橋原理（惠更斯平衡電橋）（不同的氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù)）第82頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)影響熱導(dǎo)檢測(cè)器靈敏度的因素

①橋路電流I：

I，鎢絲的溫度，鎢絲與池體之間的溫差，有利于熱傳導(dǎo)，檢測(cè)器的響應(yīng)值S∝I3，檢測(cè)器靈敏度提高。但I(xiàn)，穩(wěn)定性下降，基線不穩(wěn)。橋路電流太高時(shí)，還可能造成鎢絲燒毀。

②池體溫度：池體溫度與鎢絲溫度相差越大，越有利于熱傳導(dǎo)，檢測(cè)器的靈敏度也就越高，但池體溫度不能低于分離柱溫度，以防止試樣組分在檢測(cè)器中冷凝。第83頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)(λ)，單位：J/cm·℃·s

③載氣種類：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，在檢測(cè)器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也就越大，檢測(cè)靈敏度越高。載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大，傳熱好，通過(guò)的橋路電流也可適當(dāng)加大，則檢測(cè)靈敏度進(jìn)一步提高。第84頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.3氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)(1)特點(diǎn)典型的質(zhì)量型檢測(cè)器對(duì)大多數(shù)有機(jī)化合物具有很高的靈敏度，而對(duì)無(wú)機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng)靈敏度比熱導(dǎo)檢測(cè)器高出近2-4個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)下限可達(dá)10-12g·g-1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速第85頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(2)氫焰檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)第86頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)氫焰檢測(cè)器的原理①.有機(jī)物CnHm在C層火焰中發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基：CnHm→·CH②.自由基在D層火焰中與激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)：·CH+O→CHO++e③.正離子CHO+與水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：CHO++H2O→H3O++COA區(qū)：預(yù)熱區(qū)B層：點(diǎn)燃火焰C層：熱裂解區(qū)，溫度最高D層：反應(yīng)區(qū)原理：含碳有機(jī)物在氫火焰中發(fā)生電離第87頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(4)影響氫焰檢測(cè)器靈敏度的因素①各種氣體流速和配比的選擇

N2流速的選擇：主要考慮分離效能

N2H2=11～11.5

氫氣空氣=110②極化電壓正常極化電壓選擇100～300V范圍內(nèi)。第88頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.4電子捕獲檢測(cè)器(ECD)高選擇性、質(zhì)量型檢測(cè)器僅對(duì)含有鹵素、磷、硫、氧等電負(fù)性元素的化合物有很高的靈敏度，檢測(cè)下限可達(dá)10-14

g/g對(duì)大多數(shù)烴類沒(méi)有響應(yīng)第89頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ECD的原理:載氣進(jìn)入電離室，被β射線電離，產(chǎn)生正離子N2+和自由電子，在電場(chǎng)作用下，自由電子向陽(yáng)極移動(dòng)，形成檢測(cè)器基始電流當(dāng)電負(fù)性組分AB隨載氣進(jìn)入ECD電離室，捕獲低能量自由電子，形成負(fù)離子AB-，并與載氣中正離子N2+復(fù)合成中性分子，基始電流下降，下降幅度與進(jìn)入檢測(cè)器的電負(fù)性組分的量成正比ECD核心部件：電離室（兩個(gè)電極+β放射源）第90頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ECD的特點(diǎn)及應(yīng)用：優(yōu)點(diǎn)：高選擇性、高靈敏度缺點(diǎn)：線性范圍窄；受操作條件影響比較大，穩(wěn)定性差；電離源具有放射性，受管制應(yīng)用：廣泛用于農(nóng)藥殘留量、大氣和水質(zhì)污染分析，以及生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)第91頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.5火焰光度檢測(cè)器(FPD)根據(jù)硫、磷化合物在富氫火焰中燃燒時(shí)，發(fā)射出波長(zhǎng)分別為394nm和526nm的特征光的原理而進(jìn)行檢測(cè)的對(duì)含硫、磷化合物具有高選擇性和高靈敏度思考題：FPD是濃度型或者質(zhì)量型檢測(cè)器？

第92頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.6定性功能檢測(cè)器質(zhì)譜、紅外等作為檢測(cè)器，通過(guò)聯(lián)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)。質(zhì)譜作為色譜的檢測(cè)器使用需要解決四個(gè)問(wèn)題：色譜柱出口壓力與質(zhì)譜儀高真空之間的匹配試樣組分與載氣的分離質(zhì)譜對(duì)色譜流出峰的快速測(cè)定（電子計(jì)算機(jī)解決）質(zhì)譜儀的小型化（小型化的質(zhì)量分析器）思考題：氣相色譜定性功能檢測(cè)器可能有哪些？

第93頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二質(zhì)譜作為色譜檢測(cè)器所存在問(wèn)題的解決：采用分子分離器，解決第一和第二個(gè)問(wèn)題分子分離器類型：微孔玻璃式、半透膜式和噴射式三種噴射式分子分離器：由一對(duì)同軸收縮型噴嘴構(gòu)成，噴嘴被封在一真空室中，如圖所示?？勺龀啥嗉?jí)。第94頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.氣相色譜固定相活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強(qiáng)活性氧化鋁：有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強(qiáng)烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析硅膠：與活性氧化鋁分離性能大致相同，除能分析上述物質(zhì)外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，能夠分離臭氧4.1氣固色譜固定相第95頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二分子篩：堿及堿土金屬的多孔性硅鋁酸鹽。常用5A和13A（常溫下分離O2與N2）。除了廣泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分離外，還能夠測(cè)定He、Ne、Ar、NO、N2O等高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有機(jī)合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。適用于水、氣體及低級(jí)醇的分析第96頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二氣固色譜固定相的特點(diǎn):分析對(duì)象：H2、O2、N2、CO、CO2、惰性氣體及C1-C4低碳烴類氣體優(yōu)點(diǎn)：對(duì)低碳烴類異構(gòu)體的分離具有很好的選擇性和較高的分離效率缺點(diǎn)：吸附等溫線常常為非線性，所得色譜峰往往不對(duì)稱；在高溫下具有一定催化活性，不宜分離高沸點(diǎn)和含活性組分的有機(jī)化合物；性能與制備和活化條件有很大關(guān)系，同一種固定相，不同廠家或不同活化條件，分離效果差異較大；第97頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.2氣液色譜固定相固定液：常溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài)；種類繁多，選擇余地大；應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大載體：化學(xué)惰性多孔固體顆粒氣液色譜固定相：固定液+載體(支持體)組成，固定液均勻地涂敷在載體表面第98頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比表面積大，孔徑分布均勻；化學(xué)惰性，表面無(wú)吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng)；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度，一般常用60-80目或80-100目載體的要求：硅藻土型載體非硅藻土型載體第99頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二硅藻土型載體：①.紅色載體孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機(jī)械強(qiáng)度好。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。

缺點(diǎn)是表面存有活性吸附中心點(diǎn)。②.白色載體煅燒前原料中加入了少量助溶劑(碳酸鈉)。顆粒疏松，孔徑較大。表面積較小，機(jī)械強(qiáng)度較差。但吸附性顯著減小，適宜分離極性組分的試樣。第100頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二填充柱氣液色譜擔(dān)體一覽表：第101頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二固定液:固定液：高沸點(diǎn)、難揮發(fā)有機(jī)化合物①.固定液的要求有適當(dāng)?shù)娜芙庑阅埽簩?duì)易揮發(fā)的組分有足夠的溶解能力選擇性好：對(duì)試樣各組分分離能力強(qiáng)，即各組分的分配系數(shù)差別要大揮發(fā)性?。涸谑褂脺囟认抡魵鈮狠^低，避免固定液流失熱穩(wěn)定性好：在較高柱溫下不易分解化學(xué)穩(wěn)定性好：不與被分析物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)第102頁(yè)，共114頁(yè)，2023年，2月20日，星期二②.固定液的分類可根據(jù)固定液的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)性質(zhì)、極性及分析對(duì)象進(jìn)行分類各種色譜手冊(cè)中，一般按有機(jī)化合物分類方法分為：脂肪烴、芳烴、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等常用的分類方法：相對(duì)極性分類法規(guī)定：β,β‘-氧二丙腈的極性為100，角鯊?fù)闃O