色譜分析法概論

Chromatography色譜概論08一月202493-2本章內(nèi)容概覽16.0

色譜概述16.1

色譜分離過(guò)程和基本原理16.2基本類(lèi)型色譜法及其分離機(jī)理16.3色譜法基本理論16.4

色譜法發(fā)展概況08一月202493-316.0色譜法概述08一月202493-4特點(diǎn)：高靈敏度：可實(shí)現(xiàn)ng級(jí)的檢測(cè)高選擇性：可實(shí)現(xiàn)同分異構(gòu)體、對(duì)映異構(gòu)體的構(gòu)象分離高效能：快速、微量、在線分析應(yīng)用廣泛：集分離、定性與定量于一體。地位與作用：十分關(guān)鍵，無(wú)法替代藥物分析：各國(guó)藥典收載了許多色譜分析方法。中國(guó)藥典2005版二部700多，一部600多。一、色譜方法的特點(diǎn)、地位和作用08一月202493-5主要分析方法各年代所占比例%194619551965197519851995儀器分析光譜法14.326.328.729.730.030色譜分析法1.42.312.026.735.036電化學(xué)法4.46.210.213.515.016放射分析法1.02.06.513.817.018經(jīng)典分析比色法23.020.015.29.22滴定法25.622.012.65.11重量法8.56.53.62.0？08一月202493-6Tesweet（1872～1919），俄國(guó)植物生理學(xué)家和化學(xué)家。1903年，他在波蘭華沙大學(xué)做了一個(gè)玻璃管分離植物色素的實(shí)驗(yàn)：三色六帶，該實(shí)驗(yàn)論文發(fā)表在華沙《生物學(xué)雜志》上。1906年，他將該實(shí)驗(yàn)更系統(tǒng)的研究論文發(fā)表在德國(guó)《植物學(xué)雜志》上，并首次提出Chromatography—色譜法。二、色譜技術(shù)的起源和發(fā)展08一月202493-719世紀(jì)40年代：瑞典科學(xué)家Tiselius，在吸附液相色譜、電泳技術(shù)等方面取得創(chuàng)造性成果，并藉此發(fā)現(xiàn)了血清蛋白，因此獲得了1948年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；英國(guó)生物化學(xué)家Martin和Synge，經(jīng)過(guò)11年的研究，創(chuàng)建了比較完整的分配色譜法，因而獲得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Martin1910-Synge1914-1994Tiselius1902-197108一月202493-81944年，Consden

等發(fā)展了紙色譜；1949年，Macllean等發(fā)展了薄層色譜法；1956年，Stahl開(kāi)發(fā)了薄層色譜板涂布器，推動(dòng)了TLC的應(yīng)用.20實(shí)際50年代：氣相色譜誕生；VanDeemter等發(fā)展了描述色譜過(guò)程的速率理論。Golay開(kāi)創(chuàng)了毛細(xì)管柱氣相色譜法。20世紀(jì)60年代：Giddings總結(jié)和擴(kuò)展了前人的色譜理論，為色譜的深入發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)；氣質(zhì)聯(lián)用、高效液相色譜、薄層掃描色譜等現(xiàn)代色譜儀器分析方法相繼誕生。08一月202493-920世紀(jì)80年代：色譜技術(shù)蓬勃發(fā)展、廣泛應(yīng)用。毛細(xì)管超臨界流體色譜（SFC）、毛細(xì)管電泳(CE)、多種聯(lián)用技術(shù)等現(xiàn)代色譜技術(shù)相繼出現(xiàn)。20世紀(jì)90年代，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)的發(fā)展，色譜專(zhuān)家系統(tǒng)和色譜聯(lián)用技術(shù)得到巨大發(fā)展，極大地提升了色譜儀器分析的性能，極大地促進(jìn)了色譜儀器的發(fā)展和應(yīng)用。1937-1972年間的12個(gè)Nobel獎(jiǎng)都有色譜技術(shù)的貢獻(xiàn)！21世紀(jì)，色譜科學(xué)將在理工農(nóng)林、醫(yī)藥生物、環(huán)保材料等諸多學(xué)科和領(lǐng)域發(fā)揮著不可代替的重要作用08一月202493-10一、色譜分離的基本原理和過(guò)程色譜分離體系的構(gòu)成三要素：流動(dòng)相：攜帶相應(yīng)組分進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)固定相：對(duì)不同組分產(chǎn)生不同的滯留作用載體：承載固定相、約束流動(dòng)相，并構(gòu)成一定形狀的運(yùn)行空間和體系色譜分離的基本原理：兩相對(duì)組分施加既對(duì)立又統(tǒng)一的作用組分不同，兩相對(duì)其施加的作用力的矢量和不同，因此其運(yùn)動(dòng)速度的矢量不同，而相同組分基本一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離與富集。16.1色譜過(guò)程和基本原理08一月202493-11色譜分離的一般過(guò)程：

08一月202493-12二、色譜流出曲線和相關(guān)概念（一）色譜流出曲線——色譜圖檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖基線、色譜峰08一月202493-13色譜峰數(shù)—

樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)；色譜保留值—

定性與色譜評(píng)價(jià)；色譜峰高或面積—

定量；峰寬—

評(píng)價(jià)色譜柱分離效能；峰間距—

評(píng)價(jià)固定相或流動(dòng)相選擇性。色譜流出曲線及其意義08一月202493-14基線：實(shí)驗(yàn)條件下僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線。意義：反映儀器的S?N和穩(wěn)定性08一月202493-15色譜峰正態(tài)峰：正態(tài)分布偏態(tài)峰：拖尾峰、前延峰不對(duì)稱因子：

f

s=W0.05h/2A=(A+B)/2A0.95≤fs≤1.05對(duì)稱峰fs＜0.95的是前延峰fs＞1.05的是拖尾峰為何會(huì)產(chǎn)生偏態(tài)峰？若產(chǎn)生正態(tài)峰需要什么條件？08一月202493-16（二）保留值1、定性參數(shù)一：時(shí)間參數(shù)保留時(shí)間（retentiontime,tR）：某組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度（峰）極大值時(shí)的時(shí)間間隔。保留時(shí)間是色譜法的基本定性參數(shù)，主要用于定距洗脫或展開(kāi)。定距洗脫或展開(kāi)：記錄組分通過(guò)一定長(zhǎng)度的色譜空間所經(jīng)歷的時(shí)間；定時(shí)洗脫或展開(kāi)：記錄組分在同一展開(kāi)時(shí)間的遷移距離。08一月202493-17死時(shí)間（Deadtime,t0）與固定相無(wú)滯留作用的物質(zhì)的保留時(shí)間。它與色譜柱的空隙體積（死體積）成正比；其流速與流動(dòng)相流速

u

相近：08一月202493-18調(diào)整保留時(shí)間（adjustedretentiontime,tR’）：扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，即組分在固定相中的滯留時(shí)間：

tR'=tR－t0實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，調(diào)整保留時(shí)間僅決定于組分的性質(zhì)，因此調(diào)整保留時(shí)間是定性分析的基本參數(shù)。同一組分的保留時(shí)間會(huì)受流速的影響，因此常用保留體積來(lái)表示保留值。08一月202493-19保留指數(shù)（IX）：又稱Kavats指數(shù)以基準(zhǔn)物質(zhì)正構(gòu)烷的保留值為標(biāo)準(zhǔn)，將待測(cè)組分的保留值換算成基準(zhǔn)物質(zhì)的保留值。z

與z+n為一對(duì)正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)，n=1,2,…，常為1。一般人為規(guī)定：正己烷、正庚烷、正辛烷保留指數(shù)分別為600、700，余類(lèi)推。多數(shù)同系物每增加一個(gè)CH2保留指數(shù)約增加100。08一月202493-202、定性參數(shù)二：體積參數(shù)保留體積VR：從進(jìn)樣到柱后濃度極大值時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積：VR=tR?Fc死體積V0

：指由進(jìn)樣器至檢測(cè)器的流路中未被固定相占有的空間容積。若忽略柱外體積，則為柱內(nèi)流動(dòng)相的體積：V0=t0

·Fc調(diào)整保留體積VR'：

VR'=VR－V0=tR'?Fc

08一月202493-213、定量參數(shù)：峰高和峰面積峰高h(yuǎn)：色譜峰頂至基線的距離峰面積A：曲線與基線間包圍的面積08一月202493-224、柱效參數(shù)：峰寬表示組分被帶出色譜柱的分散程度，越小組分越集中，柱效越高，有三種表示：標(biāo)準(zhǔn)偏差

：正態(tài)曲線兩拐點(diǎn)間距離的一半，即正常峰0.607倍峰高處的半峰寬。（在tR＋

與tR－

間的面積為峰面積的68.3％）半峰寬W1/2：峰高一半處的峰寬W1/2＝2.355

峰寬W：由色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)作切線，在基線上截得的距離：

W

＝4

＝1.699W1/2

08一月202493-23峰寬與柱效關(guān)系示意圖08一月202493-245、分離參數(shù)相對(duì)保留值

r2,1：也稱選擇因子α。用來(lái)描述相鄰組分之間的分離狀態(tài)，是衡量色譜系統(tǒng)分離選擇性的指標(biāo)。顯然：α＝r2,1≠1是色譜分離的必要條件08一月202493-25分離度，R：又稱分辨率，是相鄰兩色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰峰寬均值之比。可見(jiàn)，總體分離效果取決于：峰間距&峰寬此為特別重要的結(jié)論！08一月202493-26完全分離的指標(biāo)：6σ分離正常峰，W1≈W2=4σ

，則R=1.5時(shí)，99.7%面積(tR±3σ)被分開(kāi)，?

tR=6σ，稱6σ分離定量分析時(shí)，要求R≥1.508一月202493-27不同分離度總分離效果示意圖08一月202493-28探索色譜分離機(jī)制：熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)三、分配系數(shù)與色譜分離峰間距峰寬被分離組分在兩相間的分配與平衡被分離組分在兩相間的傳質(zhì)與擴(kuò)散熱力學(xué)因素動(dòng)力學(xué)因素08一月202493-29分配系數(shù)（Distributioncoefficient，K）（一）分配系數(shù)和保留因子K值特性：描述色譜過(guò)程的熱力學(xué)參數(shù)。K

值與組分、固定相（s）和流動(dòng)相（m）的性質(zhì)及溫度有關(guān)。在這些條件一定時(shí)，組分在兩相間達(dá)到平衡時(shí)，K為一特征常數(shù)。K值表現(xiàn)：吸附色譜為吸附系數(shù)Ka，離子交換色譜為選擇系數(shù)Ks，凝膠色譜為滲透系數(shù)Kp等。按其物理意義應(yīng)稱之為平衡常數(shù)。08一月202493-30保留因子（Capacityfactor）：也稱容量因子、質(zhì)量分配系數(shù)、分配比。Vs／Vm＝β稱為相比

k

不僅與溫度、壓力有關(guān)，還與兩相體積有關(guān)。Vm為色譜柱中流動(dòng)相的體積，Vm≈V0；

Vs為柱中固定相的體積，在不同類(lèi)型的色譜法中有不同含義。08一月202493-31設(shè)流動(dòng)相的線速度為u，組分的移行速度為v3、K、k

和保留時(shí)間的關(guān)系色譜過(guò)程方程式：08一月202493-32保留因子：表示組分在色譜體系中多停留的時(shí)間（或在固定相中的時(shí)間）與死時(shí)間的比值;當(dāng)色譜體系一定時(shí)，Vs、Vm一定，則k

或K值越大，tR、t'R越長(zhǎng)。色譜過(guò)程方程式：表示了保留時(shí)間與K值的關(guān)系;08一月202493-33設(shè)A、B混合物組分能被色譜柱分離，則有：tR（A）＝t0（1＋KAVs/Vm）tR（B）＝t0（1＋KBVs/Vm）兩式相減，得

ΔtR＝tR（A）－tR（B）＝t0（KA－KB）Vs/Vm色譜分離的前提是：KA≠KB，或kA≠kB4、色譜分離的前提亦即：70%CH3OH+30%H2O60%CH3OH+40%H2O50%CH3OH+50%H2O40%CH3OH+60%H2O1：9,10-蒽醌；2：2-甲基-9,10-蒽醌；3：2-乙基-9,10-蒽醌4：1,4-二甲基-9,10-蒽醌；5：2-特丁基甲基-9,10-蒽醌；調(diào)整k、K使分離最佳的有效途徑之一：改變流動(dòng)相組成調(diào)整k、K使分離最佳的有效途徑之二：程序升溫(GC)和梯度洗脫(LC)。由于分析物組成復(fù)雜，某種流動(dòng)相有時(shí)難以使所有組分獲得滿意分離08一月202493-36一、色譜法的分類(lèi)1、按兩相的狀態(tài)分類(lèi)氣相色譜：GSC、GLC；液相色譜：LSC、LLC；超臨界流體色譜：SFC2、按色譜運(yùn)行操作的形式分類(lèi)柱色譜：填充柱色譜、微填充柱色譜毛細(xì)管柱色譜、開(kāi)管柱色譜等平面色譜：薄層色譜、紙色譜、薄膜色譜16.2基本類(lèi)型色譜方法及其分離機(jī)制08一月202493-373、按用途分類(lèi)分析型色譜：制備型色譜：流程色譜：

4、按組份在固定相上的分離機(jī)制分類(lèi)：吸附色譜：分配色譜：離子交換色譜：體積排阻色譜：親和色譜：電泳色譜、電色譜：08一月202493-38色譜分離機(jī)制不同，其體系構(gòu)成也不同08一月202493-3908一月202493-40二、分配色譜法（PartitionC）1、PC分離機(jī)制分配平衡原理：利用組分在流動(dòng)相和固定相間溶解度的動(dòng)態(tài)差別實(shí)現(xiàn)分離。問(wèn)題思考：與萃取原理和過(guò)程有何異同？K值與哪些因素有關(guān)？08一月202493-412、PC固定相和流動(dòng)相固定相

液體固定相如何固定？涂漬：將其涂漬在惰性載體上，即固定液鍵合：將相應(yīng)具有分配作用的基團(tuán)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)鍵合到載體上，形成化學(xué)鍵合相固定相載體要求：惰性，性質(zhì)穩(wěn)定，不與固定相和流動(dòng)相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；流動(dòng)相

氣液色譜：惰性氣體液液色譜：與固定相不相混溶，極性大小，可單一，可混合。08一月202493-42正相和反相分配色譜正相分配色譜：固定相極性＞流動(dòng)相極性反相分配色譜：固定相極性＜流動(dòng)相極性PC的洗脫順序：氣液分配：與固定相極性，組分沸點(diǎn)與極性相關(guān)液液分配：正相色譜—按極性先弱后強(qiáng)順序反相色譜—按極性先強(qiáng)后弱順序08一月202493-43三、吸附色譜法（AdsorptionC）1、AC分離機(jī)制吸附平衡原理：利用被分離組分對(duì)固定相表面吸附中心的吸附能力的差別實(shí)現(xiàn)分離。競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程：試樣中組分的分子(X)與流動(dòng)相分子(Y)爭(zhēng)奪吸附劑表面活性中心的過(guò)程。08一月202493-44三、吸附色譜法Ka與組分的性質(zhì)、吸附劑活性、流動(dòng)相性質(zhì)及溫度有關(guān)。Sa為吸附劑的表面積。因流動(dòng)相量很大，該項(xiàng)近為常數(shù)吸附柱色譜的過(guò)程方程式為：08一月202493-452、AC固定相和流動(dòng)相固定相：吸附劑——具較大比表面積，表面有許多吸附中心（多少及吸附能力決定分離性能）。如硅膠、氧化鋁等08一月202493-462、固定相和流動(dòng)相流動(dòng)相：選擇一定極性的溶劑系統(tǒng)洗脫能力取決于極性。極性強(qiáng)占據(jù)吸附中心能力強(qiáng)，洗脫能力強(qiáng)，使組分k值變小，保留時(shí)間短。溶劑洗脫能力常用Snyder提出的溶劑強(qiáng)度ε°定量表示。在液固吸附色譜中，常采用二元以上的混合溶劑系統(tǒng)作為流動(dòng)相。為什么？08一月202493-47表16-1

一些溶劑在硅膠上的

o值溶劑溶劑強(qiáng)度

o溶劑溶劑強(qiáng)度

o正戊烷0.00甲基特丁基醚0.48正己烷0.00醋酸乙酯0.48氯仿0.26乙腈0.52二氯甲烷0.40異丙醇0.60乙醚0.43甲醇0.7008一月202493-48For礬土08一月202493-493、AC的洗脫順序液固吸附，組分保留和分離選擇性決定于：組分分子與流動(dòng)相分子對(duì)吸附劑表面活性中心的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；組分分子的基團(tuán)與吸附劑表面活性中心的氫鍵、偶極和誘導(dǎo)等分子之間的作用力；組分在流動(dòng)相中的溶解度。由k＝KaSa/Vm可知：色譜柱一定時(shí)，Ka大的組分在吸附劑上保留時(shí)間長(zhǎng)，后被洗脫。Ka大小與組分極性、取代基類(lèi)型\數(shù)目\構(gòu)型有關(guān)。08一月202493-50以硅膠為吸附劑：分子極性強(qiáng)的組分吸附力強(qiáng);分子的空間構(gòu)象不同吸附力不同。一般規(guī)律為：烷烴＜烯烴＜鹵代烴＜醚＜硝基化合物＜叔胺＜酯＜酮＜醛＜酰胺＜醇＜酚＜伯胺＜羧酸硅膠有利于分離不同類(lèi)型的化合物，而對(duì)同系物的選擇性則較差；硅膠對(duì)不同異構(gòu)體的吸附作用具有明顯差別，分離異構(gòu)體的選擇性較其他色譜好。08一月202493-51四、離子交換色譜法（IEC）1、IEC分理機(jī)制利用被分離組分離子交換能力的差別實(shí)現(xiàn)分離：陽(yáng)離子交換色譜法和陰離子交換色譜法。08一月202493-52離子交換色譜法（IEC）KA/B稱為選擇性系數(shù)（Ks），衡量離子對(duì)樹(shù)脂交換能力的大小，Ks值越大，說(shuō)明A的交換能力越大，A越易被保留。KA/B與離子的電荷數(shù)、水合離子半徑、流動(dòng)相性質(zhì)、離子交換樹(shù)脂性質(zhì)以及溫度有關(guān)。08一月202493-53離子交換色譜法（IEC）2、IEC的固定相與流動(dòng)相固定相

離子交換樹(shù)脂（分陰離子型、陽(yáng)離子型）

鍵合離子交換劑；流動(dòng)相

具一定pH值和離子強(qiáng)度的緩沖溶液

有時(shí)也加少量有機(jī)溶劑提高選擇性適合分離的組分

離子型有機(jī)物或無(wú)機(jī)物08一月202493-54陽(yáng)離子交換樹(shù)脂H+與M+交換08一月202493-55陰離子交換樹(shù)脂——季銨鹽與被分離陰離子交換08一月202493-563、影響IEC保留行為的因素：三個(gè)溶質(zhì)離子的電荷和水合半徑一般價(jià)態(tài)高的離子選擇性系數(shù)大；同價(jià)陽(yáng)離子在酸性陽(yáng)離子交換劑上選擇性系數(shù)隨其水合離子半徑的增大而變小。離子交換劑的交聯(lián)度和交換容量交聯(lián)度：離子交換樹(shù)脂中交聯(lián)劑的含量。交聯(lián)度大，選擇性高；交換容量：?jiǎn)挝涣繕?shù)脂能參加交換反應(yīng)的活性基團(tuán)數(shù)。一定范圍內(nèi)，交聯(lián)度越大，交換容量越大，組分保留時(shí)間越長(zhǎng)。08一月202493-57流動(dòng)相的組成和pH由交換能力強(qiáng)的離子組成的流動(dòng)相具有較強(qiáng)的洗脫能力。pH值主要對(duì)弱離子交換樹(shù)脂影響較大，一般在某一pH有極大值。08一月202493-58五、分子排阻色譜法（MEC或SEC）1、MEC分理機(jī)制：利用被測(cè)組分分子大小不同、在固定相上選擇性滲透實(shí)現(xiàn)分離。滲透系數(shù)：Kp僅取決于待測(cè)分子尺寸和凝膠孔徑大小，與流動(dòng)相的性質(zhì)無(wú)關(guān)。08一月202493-59分子排阻色譜法分離過(guò)程示意圖08一月202493-60空間排阻色譜法2、固定相與流動(dòng)相固定相：多孔性凝膠，也稱凝膠色譜法（GC）性能參數(shù)：平均孔徑、排斥極限和分子量范圍。排斥極限：不能進(jìn)入凝膠孔隙的分子量限度（Kp＝0）。分子量范圍：排斥極限與全滲透點(diǎn)（Kp＝1）之間的分子量范圍。流動(dòng)相：水

凝膠過(guò)濾色譜（GFC）有機(jī)溶劑

凝膠滲透色譜（GPC）08一月202493-613、保留體積與滲透系數(shù)的關(guān)系凝膠色譜的保留值常用保留(淋洗)體積表示：說(shuō)明：分子尺寸（分子量）大的組分，其滲透系數(shù)小，保留體積小，先被洗脫出來(lái)。Vm≈V008一月202493-62四種色譜分離機(jī)制各不相同，分別為吸附、分配、離子交換、滲透等動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。雖機(jī)制不同，但均可用色譜過(guò)程方程式表示：小結(jié)：機(jī)制雖不同，但色譜過(guò)程方程式相似某種色譜的分離機(jī)制有時(shí)并非是單一機(jī)制，也有尚待深入研究的理論問(wèn)題。西北大學(xué)分離科學(xué)研究所教授耿信篤《計(jì)量置換理論及應(yīng)用》08一月202493-63色譜過(guò)程方程式能說(shuō)明什么問(wèn)題？K、Vs在各種色譜中的含義是什么？凝膠色譜法中的K與其他機(jī)制色譜的K有何不同？凝膠色譜K僅與待測(cè)分子大小尺寸、凝膠孔徑大小有關(guān)；而其他三種K值都受組分、流動(dòng)相和固定相的性質(zhì)以及柱溫的影響。08一月202493-64由分離度公式可看出，弱將二組分有效分離:足夠的保留時(shí)間差，與熱力學(xué)K值有關(guān)色譜峰寬足夠小，與色譜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)色譜理論主要包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面：塔板理論：platetheory速率理論：ratetheory計(jì)量置換理論：耿信篤《計(jì)量置換理論及應(yīng)用》，科學(xué)出版社，2004.

17.3色譜法的基本理論08一月202493-651952年由Martin和synge提出。“塔板”是從精餾中借用的，是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，但它成功地解釋了色譜流出曲線呈正態(tài)分布，并引入塔板數(shù)作為衡量柱效的指標(biāo)。

一、塔板理論（Platetheory）此科研技巧：移植和轉(zhuǎn)移08一月202493-66組分在一小段色譜柱長(zhǎng)度H內(nèi)可以在兩相中瞬間達(dá)到分配平衡，H稱為理論塔板高度（HETP）流動(dòng)相進(jìn)入色譜柱是間歇式，每次進(jìn)入一個(gè)塔板體積；試樣和新鮮流動(dòng)相都加在第0號(hào)塔板上，且試樣縱向擴(kuò)散可忽略；分配系數(shù)在各塔板均為同一常數(shù)。1、塔板理論的假定條件08一月202493-67塔板理論的假設(shè)實(shí)際上是把組分在兩相之間的連續(xù)轉(zhuǎn)移過(guò)程分解為間歇在單個(gè)塔板中的分配平衡過(guò)程。經(jīng)N

次轉(zhuǎn)移后，第

r

號(hào)塔板中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：2、質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移說(shuō)明：經(jīng)過(guò)多次塔板轉(zhuǎn)移可以實(shí)現(xiàn)富集分離。實(shí)際上色譜柱的塔板數(shù)為103～106以上，組分在分配系數(shù)上的微小差別，也可獲得良好的分離效果。08一月202493-68流出曲線：以組分A在柱出口處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)m對(duì)N作圖，得流出曲線。3、流出曲線及其方程式僅當(dāng)塔板數(shù)N很大時(shí)，曲線才趨于正態(tài)08一月202493-69色譜流出曲線方程式：用正態(tài)分布方程表示組分流出色譜柱濃度變化的方程式。σ為標(biāo)準(zhǔn)差，tR為保留時(shí)間，C為任意時(shí)間t時(shí)的組分流出柱的濃度，C0對(duì)應(yīng)峰面積A，即相當(dāng)于某組分的總量。08一月202493-70當(dāng)t=tR時(shí)，流出濃度最大：Cmax即對(duì)應(yīng)流出曲線的峰高h(yuǎn)σ一定時(shí)，峰高h(yuǎn)取決于C0C0一定時(shí)，峰高h(yuǎn)取決于σ08一月202493-71不論t＞tR或t＜tR時(shí)，濃度C恒小于CmaxC隨時(shí)間t向峰兩側(cè)對(duì)稱下降σ越小，峰越尖銳。σ是柱效的標(biāo)志色譜流出曲線方程的常用形式：可見(jiàn)：08一月202493-72Cmax相當(dāng)于峰高h(yuǎn)，C0相當(dāng)于峰面積A，W1/2=2.355σ，于是：色譜峰面積：08一月202493-73根據(jù)呈正態(tài)分布的色譜流出曲線可以導(dǎo)出計(jì)算塔板數(shù)n的公式，用以評(píng)價(jià)柱效。因色譜柱并無(wú)真正塔板，故塔板數(shù)又稱理論塔板數(shù)：4、塔板高度和理論塔板數(shù)理論塔板高度為：H＝L/n計(jì)算時(shí)需注意：①計(jì)算n時(shí)，使標(biāo)準(zhǔn)差（峰寬或半峰寬）和保留時(shí)間單位一致；②n的單位。08一月202493-744、塔板高度和理論塔板數(shù)：考慮到死時(shí)間與K無(wú)關(guān)：t’R代替tR有效理論塔板數(shù)neff有效理論塔板高度Heff

Heff=L/neff08一月202493-75說(shuō)明柱效時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類(lèi)及其含量、流動(dòng)相種類(lèi)及流速、操作條件等；柱效應(yīng)定期評(píng)價(jià)，以防下降，延長(zhǎng)柱壽。塔板理論描述了組分在柱內(nèi)的分配平衡和分離過(guò)程、導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型、解釋了流出曲線形狀和位置、提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。該理論是在理想情況下導(dǎo)出的，未考慮分子擴(kuò)散因素以及其它動(dòng)力學(xué)因素對(duì)柱內(nèi)傳質(zhì)的影響。因此它不能解釋峰形為什么會(huì)擴(kuò)張？5、有關(guān)塔板理論的說(shuō)明：08一月202493-76（一）范第姆特速率方程色譜峰展寬的產(chǎn)生原因：組分分子在色譜柱內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致分子離散，其離散的狀態(tài)在色譜柱內(nèi)呈正態(tài)分布（中間緊兩邊松）。展寬的離散程度用標(biāo)準(zhǔn)偏差σ或平方差σ2度量?？傠x散程度σ2是單位柱長(zhǎng)內(nèi)分子離散的累積，與柱長(zhǎng)成正比：σ2＝HL，或H＝σ2/LH代表單位柱長(zhǎng)引起的分子離散度，稱為速度理論塔板高度，是離散度的統(tǒng)計(jì)概念，是展寬的指標(biāo)。二、速率理論（Ratetheory）08一月202493-771956年，荷蘭化學(xué)工程師vanDeemter提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)速率理論。吸收了塔板理論中的板高H概念，考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而給出了vanDeemter方程：

A—渦流擴(kuò)散系數(shù)；B—分子擴(kuò)散系數(shù)；C—傳質(zhì)阻力系數(shù)（液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）u—為流動(dòng)相線速度08一月202493-781、渦流擴(kuò)散項(xiàng)，A受固定相顆粒的阻礙，組份在遷移過(guò)程中隨流動(dòng)相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”可見(jiàn)：顆粒大小與填充不均勻

同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同

流出時(shí)間不同

峰形變寬（二）影響柱效的動(dòng)力學(xué)因素08一月202493-79渦流擴(kuò)散A表達(dá)式：A=2dpdp—固定相顆粒平均直徑

—填充不規(guī)則因子可見(jiàn)，若降低渦流擴(kuò)散提高柱效：固定相應(yīng)粒細(xì)一致、填充均勻08一月202493-80①空心毛細(xì)管柱：無(wú)渦流擴(kuò)散，A=0。②

dp與λ相互制約：顆粒不能過(guò)小，否則不易填裝均勻，一般采用100～120目；小直徑色譜柱，顆粒大小為主要矛盾；大直徑色譜柱，均勻性為主要矛盾；關(guān)于渦流擴(kuò)散的討論：③固定相顆粒大小會(huì)對(duì)塔板高度和線速度的影響：顆粒越細(xì)，板高越小，受線速影響越小。HPLC采用細(xì)粒作固定相的理論根據(jù)。顆粒越細(xì)，柱流速慢，需采用高壓技術(shù)即HPLC08一月202493-81固定相載體顆粒不同對(duì)線速度的影響08一月202493-822、縱向擴(kuò)散項(xiàng)，B/u即分子擴(kuò)散，由濃度梯度引起。樣品被注入色譜柱時(shí)呈“塞子”狀分布。隨著流動(dòng)相的推進(jìn)，“塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地?cái)U(kuò)散，使譜峰展寬。B表達(dá)式：B=2D

—彎曲因子，表示固定相幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況；D—組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)。氣體Dg，液體Dm。08一月202493-83對(duì)于氣相色譜：分子量大的組分，Dg小，即B小；

Dg

隨柱溫升高而增加；流動(dòng)相分子量大，Dg

小，即B?。?/p>

u增加，組份停留時(shí)間短，縱向擴(kuò)散?。粚?duì)于液相色譜：因Dm

較小，B項(xiàng)可忽略。為減小縱向擴(kuò)散可采?。孩偾驙铑w粒；②大分子量流動(dòng)相；③適當(dāng)增加流速；④短柱；⑤低溫關(guān)于縱向擴(kuò)散項(xiàng)的討論：08一月