色譜基本理論

色譜基本理論（二）基線（baseline）1、基線

（baseline）在正常操作條件下，僅有流動相通過時響應(yīng)信號－時間曲線。2、基線噪聲（baselinenoise）由各種因素所引起的基線波動。(一般計算峰前后1-2min內(nèi)的噪聲）3、基線漂移（baselinedrift）

基線隨時間定向的緩慢移動第2頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（三）色譜峰（chromatographicpeak）1、正常色譜峰：呈正態(tài)分布2.拖尾峰（tailingpeak）：前沿陡峭，后沿拖尾的不對稱色譜峰3、前伸峰（leadingpeak）:前沿平緩，后沿陡峭的不對稱色譜峰第3頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.不對稱度（As）或拖尾因子(T)（tailingfactor）

As(不對稱因子)=B/A（x=0.10h）

T(拖尾因子)=（A+B）/2A（x=0.05h）第4頁,共139頁，2024年2月25日，星期天AsymmetryAfactordescribingtheshapeofachromatographicpeak.TheoryassumesaGaussianshapepeakthatissymmetrical.Thepeakasymmetryfactoristheratio(at10percentofthepeakheight)ofthedistancebetweenthepeakapexandthebacksideofthechromatographiccurvetothedistancebetweenthepeakapexandthefrontsideofthechromatographiccurve.Avalue>1isatailingpeak,whileavalue<1isafrontingpeak第5頁,共139頁，2024年2月25日，星期天5.假峰（ghostpeak）又稱鬼峰：由于儀器條件的變化等原因而在譜圖上出現(xiàn)的色譜峰，即并非由試樣所產(chǎn)生的峰。第6頁,共139頁，2024年2月25日，星期天色譜峰：

1個樣品組分的色譜峰可用3個參數(shù)來描述，即峰高(或峰面積)、峰位和峰寬。峰高(或峰面積)用于定量；峰位用于定性；峰寬可用于衡量柱效。若描述一組色譜峰，還需用分離參數(shù)表述相鄰峰的重疊程度。第7頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二、保留值－定性參數(shù)（一）保留時間(retentiontime)（1）死時間(deadtime):tM（2）保留時間(retentiontime)（tR）（3）調(diào)整保留時間(adjustedretentiontime)（tR

＇）：tR＇=tR－tM（二）保留體積(retentionvolume)（1）死體積（VM）：

VM=tM×Fc（2）保留體積（VR）：VR=tR×Fc（3）調(diào)整保留體積(VR＇)：V

R＇=VR

－VM

Fc：載氣流速（mL/min)第8頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（1）死時間tM

一些不被固定相吸收或吸附的氣體通過色譜柱時，從進樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間（它正比于色譜柱的空隙體積）。如用熱導池作檢測器時，從注射空氣樣品到空氣峰頂出現(xiàn)時的時間。以s或min為單位表示。第9頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（2）保留時間(tR)

試樣（某一組分）從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)歷的時間為試樣中某一組分的保留時間。以s或min為單位表示。第10頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（3）調(diào)整保留時間

保留時間減去死時間即為調(diào)整保留時間:第11頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（4）死體積

指色譜柱中不被固定相占據(jù)的空間及進樣系統(tǒng)和到檢測系統(tǒng)的總體積.當色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測系統(tǒng)的空間的總體積很小而可忽略不計時，等于死時間乘以載氣的流速。第12頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（

5）保留體積

從注射樣品到經(jīng)過柱后色譜峰頂出現(xiàn)時，通過色譜系統(tǒng)流動相的體積，一般可用保留時間乘載氣流速求得，以mL為單位表示。

第13頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（6）調(diào)整保留體積

保留體積減去死體積即為調(diào)整保留體積(VR－VM)。

第14頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（三）相對保留值(r

21)

在一定色譜條件下被測組份2和組份1調(diào)整保留值之比。

r

21=α＝t’R2/t’R1

=V′R2/V′R1式中t’R2

——組份2的調(diào)整保留時間;t‘R1

——組份1的調(diào)整保留時間。它與流動相的流速和色譜柱的物理指標無關(guān)；僅與柱溫和固定相的性質(zhì)有關(guān)第15頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（四）保留指數(shù)(retentionindex）t’R(x)---待測物X的調(diào)整保留時間t’R(z)---碳原子數(shù)為Z的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時間t’R(z+n)---碳原子數(shù)為z+n的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時間t’R(z)≤t’R(x)≤t’R(z+n)（通常n=1）規(guī)定正構(gòu)烷烴的I值是其原子數(shù)的100倍，如：正庚烷I=700－第16頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共139頁，2024年2月25日，星期天保留指數(shù)差化合物x在某一固定液s上測得的保留指數(shù)減去在角鯊烷（異三十烷）固定液上得到的保留指數(shù)。第19頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（一）.區(qū)域?qū)挾扔脕砗饬可V峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法：（1）標準偏差(

)：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(W1/2)：色譜峰高一半處的寬度W1/2=2.354

（3）峰底寬(W)：W=4

三、柱效參數(shù)第20頁,共139頁，2024年2月25日，星期天從色譜圖中，可得許多信息：

(i)根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)；(ii)根據(jù)色譜峰的保留值，可以進行定性分析；(iii)根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進行定量分析；(iv)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，是評價色譜柱分離效能的依據(jù)；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相（或流動相）選擇是否合適的依據(jù)。第21頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第2節(jié)色譜學基礎(chǔ)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)。但是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22頁,共139頁，2024年2月25日，星期天它包括三個基本理論問題：①色譜過程熱力學：色譜分離的第一個條件是兩相鄰組分保留值存在一定差別，洗出兩個色譜峰具有足夠遠的距離。溶質(zhì)、流動相、固定相的分子結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)與固定相、流動相之間的分子作用力及分布平衡常數(shù)與色譜保留值的關(guān)系，即分子結(jié)構(gòu)與保留值關(guān)系及溶質(zhì)在各種色譜條件下保留值的變化規(guī)律是色譜熱力學研究的主要課題；它是發(fā)展高選擇性色譜體系，探討色譜分離機理、評價色譜固定相、流動相，建立色譜定性方法的理論基礎(chǔ)。第23頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

2色譜過程動力學：色譜分離的第二個條件是色譜峰區(qū)域?qū)挾纫?。色譜峰的寬窄與溶質(zhì)在流動相和固定相的連續(xù)重復分配過程中流體分子擴散、傳質(zhì)等有關(guān)，色譜分離過程流體分子運動規(guī)律是色譜動力學的研究課題。它是發(fā)展高效色譜柱和色譜方法的理論基礎(chǔ)。第24頁,共139頁，2024年2月25日，星期天③色譜分離理論：色譜實際分離既要求各組分保留值差別足夠大，也要求色譜峰窄；而改變色譜條件兩者均發(fā)生變化，即分離度隨色譜條件變化．在解決多元混合物分離問題時，不僅要求各組分間達到一定分離度，還要求分離速度快，分離的組分多。這是一個與色譜熱力學和動力學有關(guān)的綜合性理論問題。它是研制和設(shè)計高效、高速、高選擇性、高峰容量色譜柱材料、色譜體系和選擇分離操作條件的理論基礎(chǔ)。第25頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3-1分布平衡(distributionequilibrium)第26頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共139頁，2024年2月25日，星期天Ka稱為吸附平衡常數(shù)(adsoptionequilibriumconstant)第28頁,共139頁，2024年2月25日，星期天描述溶質(zhì)在固定相和流動相中分布的另一個重要參數(shù)是分配容量k(partitioncapacity),也稱為容量因子capacityfactor)或容量比(capacityratio),定義為溶質(zhì)在固定相和流動相中分配量(重量、摩爾數(shù))之比，用下式表示：第29頁,共139頁，2024年2月25日，星期天分配容量是描述溶質(zhì)在兩相中分布的簡便形式。它將溶質(zhì)在色譜系統(tǒng)中的分布與其熱力學性質(zhì)聯(lián)系起來，是選擇控制色譜條件的一個最重要的參數(shù).k不僅與固定相、流動相性質(zhì)及溫度有關(guān)，還與色譜柱床的結(jié)構(gòu)有關(guān)，但與流動相流速及柱長無關(guān)。第30頁,共139頁，2024年2月25日，星期天分配系數(shù)是由組分和固定相的熱力學性質(zhì)決定的，它是每一個溶質(zhì)的特征值，與固定相和溫度有關(guān)。它與兩相體積、柱管的特性以及所使用的儀器無關(guān)。

2.分配比k

分配比又稱容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比。即

k=組分在固定相中的質(zhì)量/組分在流動相中的質(zhì)量=

ms/mm第31頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

k值越大，說明組分在固定相中的量越多，相當于柱的容量大。它是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)。k值也決定于組分及固定相熱力學性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動相及固定相的體積有關(guān)。

k=ms/mm=CsVS/CmVm

式中cs,cm分別為組分在固定相和流動相的濃度；Vm為柱中流動相的體積，近似等于死體積。Vs為柱中固定相的體積，在各種不同的類型的色譜中有不同的含義。第32頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

例如：在分配色譜中，Vs表示固定液的體積；在尺寸排阻色譜中，則表示固定相的孔體積。分配比k值可直接從色譜圖中測得

k=(tr–t0)/t0=t

r/t0=V

r/V0

3.分配系數(shù)K與分配比k的關(guān)系

K=k.

其中β稱為相比率，它是反映各種色譜柱柱型第33頁,共139頁，2024年2月25日，星期天特點的又一個參數(shù)。例如，對填充氣相柱，其β值一般為5~35；對毛細管氣相柱，其β值為50~200。4.分配系數(shù)K及分配比k

與選擇因子α的關(guān)系

對A、B兩組分的選擇因子，用下式表示：

α=t

r

(A)/t

r

(B)=k（A）

/k（B）

=K（A）

/K（B）

通過選擇因子α把實驗測量值k與熱力學性質(zhì)的分配系數(shù)K直接聯(lián)系起來，α對固定相的選擇具有實際意義。如果兩組分的K或k值相等，則α=1，兩個組分的色譜峰必將重合，說明分不第34頁,共139頁，2024年2月25日，星期天開。兩組分的K或k值相差越大，則分離得越好。因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。下圖是A、B兩組分沿色譜柱移動時，不同位置處的濃度輪廓。

溶質(zhì)A和B在沿柱移動時不同位置處的濃度輪廓濃度沿柱移動距離LABABKA>KB第35頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

圖中KA>KB

，因此，A組分在移動過程中滯后。隨著兩組分在色譜柱中移動距離的增加，兩峰間的距離逐漸變大，同時，每一組分的濃度輪廓（即區(qū)域?qū)挾龋┮猜儗?。顯然，區(qū)域擴寬對分離是不利的，但又是不可避免的。若要使A、B組分完全分離，必須滿足以下三點：第一，兩組分的分配系數(shù)必須有差異；第二，區(qū)域擴寬的速率應(yīng)小于區(qū)域分離的速度；第三，在保證快速分離的前提下，提供足夠長的色譜柱。第36頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

第一、二點是完全分離的必要條件。作為一個色譜理論，它不僅應(yīng)說明組分在色譜柱中移動的速率，而且應(yīng)說明組分在移動過程中引起區(qū)域擴寬的各種因素。塔板理論和速率理論均以色譜過程中分配系數(shù)恒定為前提，故稱為線性色譜理論。第37頁,共139頁，2024年2月25日，星期天討論：如何使A、B組分完全分離ABAB組分A、B在沿柱移動時不同位置的濃度輪廓濃度1.兩組分的分配系數(shù)必須有差異2.區(qū)域?qū)挾鹊臄U展速度應(yīng)小于區(qū)域分離的速度3.在保證快速分離的前提下，提供足夠長的色譜柱第38頁,共139頁，2024年2月25日，星期天練習題1.混合樣品a,b,c,d,e在柱上的分配系數(shù)分別為105，85，310，50，205，則各個組分流出柱的先后順序為（）A

d，b，a，e，cB.c，d，a，b，eC.c，e，a，b，dD.a，b，c，d，e第39頁,共139頁，2024年2月25日，星期天下列參數(shù)改變時，會引起分配系數(shù)變化的是…………（）A柱長增加

B.固定相改變

C.相比減少

D.流動相流速增加

下列參數(shù)改變時，會引起分配比變大的是…………（）A柱長增加

B.固定相改變

C.相比減少

D.流動相流速增加

第40頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的熱力學和動力學問題。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指標及其關(guān)系。組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間：色譜過程的熱力學因素控制；（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬：色譜過程的動力學因素控制；（兩相中的運動阻力，擴散）兩種色譜理論：塔板理論和速率理論；第41頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

塔板理論的假設(shè)：(1)在每一個平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達到；(2)將載氣看作成脈動（間歇）過程；(3)試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；(4)每次分配的分配系數(shù)相同。（5）所有物質(zhì)在開始時全部進入零號塔板二、

塔板理論

（1）.塔板理論（platetheory）半經(jīng)驗理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）；第42頁,共139頁，2024年2月25日，星期天組分在n=5,k,=1,m=1柱內(nèi)任一板上分配表載氣體積01234柱出口N=010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.1250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.03260.0160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1160.2750.2750.11880.0040.0320.0860.1960.2750.13890.0020.0180.0590.1410.2460.138100.0010.1010.0380.1000.1890.118第43頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

色譜柱長：L，

虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，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：保留時間包含死時間，在死時間內(nèi)不參與分配!第44頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（2）.有效塔板數(shù)和有效塔板高度

單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在tM時間內(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45頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（二）塔板數(shù)和塔板高度柱效：也叫柱效能理論塔板數(shù)n有效塔板數(shù)neff理論塔板高度HH=L/n有效塔板高度HeffHeff=L/neff第46頁,共139頁，2024年2月25日，星期天得出色譜流出曲線方程：

C0:進樣的濃度tR:保留時間σ:標準偏差第47頁,共139頁，2024年2月25日，星期天較好地解析了色譜曲線形狀2濃度極大點Cmax的位置是tR(即VR)3計算評價柱效塔板理論成功之處:第48頁,共139頁，2024年2月25日，星期天塔板理論不足之處

不能解析載氣流速u對N影響

不能指出板高H受那些因素影響第49頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（3）.塔板理論的理解(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(yīng)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)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第50頁,共139頁，2024年2月25日，星期天三.

速率理論-影響柱效的因素（一）.范.弟姆特（VanDeemter）方程式－氣相色譜速率理論

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三項可提高柱效；存在著最佳流速；

A、B、C三項各與哪些因素有關(guān)？第51頁,共139頁，2024年2月25日，星期天A─渦流擴散項（eddydiffusion）

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。（動畫）第52頁,共139頁，2024年2月25日，星期天B/u—分子擴散項

moleculardiffusion）

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散;(2)擴散導致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴散項與流速有關(guān)，流速↓，滯留時間↑，擴散↑;(4)擴散系數(shù)：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。（動畫）第53頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

k為容量因子；Dg、DL為擴散系數(shù);dp：固定相的平均顆粒直徑;df

液膜的厚度。

減小擔體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，降低固定相液膜厚度，可降低傳質(zhì)阻力。C·u—傳質(zhì)阻力項

傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）（動畫）第54頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（二）范氏方程討論

1、顆粒大小與粒度范圍

（1）顆粒太大，填充均勻性越差λ,（2）dP

太小氣阻大，固定相顆粒直徑一般40—60，60—80，80—100目。

A=2λdp

第55頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時：

傳質(zhì)阻力項是影響柱效的主要因素，流速

，柱效

。載氣流速低時：

分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速

,柱效

。H-u曲線與最佳流速：

由于流速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導數(shù)有一極小值。第56頁,共139頁，2024年2月25日，星期天(三）影響譜帶變寬的其它因素1、非線性分配色譜2、載體表面活性吸附中心造成的拖尾峰3、柱外效應(yīng)第57頁,共139頁，2024年2月25日，星期天當溶質(zhì)濃度較低時，K為常數(shù)，Cs與Cm成線性關(guān)系，其相應(yīng)的色譜過程稱為線性色譜。CSCM1、非線性分配色譜第58頁,共139頁，2024年2月25日，星期天CMCSCSCM非線性色譜。其具有以下幾個特點：a、溶質(zhì)洗脫峰不再是對稱的正態(tài)分布，而是有“拖尾”或“伸舌”現(xiàn)象；b、樣品的保留值可變。線性色譜中同一樣品的保留值是常數(shù)，只隨樣品不同而變化；c、色譜峰的峰高與濃度不是線性關(guān)系。在線性色譜中峰高與組分是線性關(guān)系。峰高是定量分析的重要數(shù)據(jù)。在非線性色譜中，峰高增加的速率隨濃度的增加而逐漸降低，因而峰高不能作為定量分析的指標。第59頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（3）.氣相色譜速率理論的要點(1)組分分子在柱內(nèi)運行的多路徑與渦流擴散、濃度梯度所造成的分子擴散及傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達到等因素是造成色譜峰擴展柱效下降的主要原因。(2)通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質(zhì)阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。第60頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（二）.Giddings方程式－液相色譜速率理論液相色譜與氣相色譜的的主要區(qū)別在于液體和氣體性質(zhì)的差異參數(shù)氣體液體擴散系數(shù)Dm/cm2.s-1密度ρ/g.cm-3粘度η/g(cm.s)-110-110-510-3110-410-2第61頁,共139頁，2024年2月25日，星期天1.渦流擴散項HeHe＝2λdp1958年，Giddings和Snyder等提出液相色譜速率方程式：第62頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.縱向擴散項Hd第63頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3.傳質(zhì)阻力項(1)固定相傳質(zhì)阻力項(2)流動相傳質(zhì)阻力項(i)流動的流動相中的傳質(zhì)阻力項Hm(ii)滯留的流動相中的傳質(zhì)阻力項Hsm第64頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共139頁，2024年2月25日，星期天在高效液相色譜中,液體的擴散系數(shù)僅為氣體的萬分之一，則速率方程中的分子擴散項B/U較小，可以忽略不計，即：

H=A+B/u+Cu故液相色譜H-u曲線與氣相色譜的形狀不同，如圖所示。提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性和降低粒度選用低粘度的流動相或適當提高柱溫

第69頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.柱外展寬(超柱效應(yīng))柱前展寬:主要是由進樣引起的柱后展寬：主要是由連接管、檢測器流通池體積所引起的第70頁,共139頁，2024年2月25日，星期天色譜峰越窄，理論塔板數(shù)就越_________，理論塔板高度就越______，柱效能就越_____。

第71頁,共139頁，2024年2月25日，星期天一、分離度:評價分離情況的綜合指標

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差──色譜過程的熱力學因素；

區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過程的動力學因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：第四節(jié)分離度與基本色譜分離方程式第72頁,共139頁，2024年2月25日，星期天討論：色譜分離中的四種情況的討論：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,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,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。第73頁,共139頁，2024年2月25日，星期天分離度的表達式：R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。第74頁,共139頁，2024年2月25日，星期天令W2=W1=W（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導出下式：二.色譜分離基本方程式色譜分離基本方程式柱效項柱容量項柱選擇項第75頁,共139頁，2024年2月25日，星期天1.分離度與柱效的關(guān)系提高分離度的方法:增加柱長,或降低理論板高注：對于一定理論板高的柱子第76頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）

1<k<10改變k的方法:改變柱溫和相比第77頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）

增大α的最有效方法是選擇合適的固定液。第78頁,共139頁，2024年2月25日，星期天α太小，兩組分未分開應(yīng)改變固定相極性，降低柱溫k太小，n也太小，應(yīng)增大固定液用量，降低柱溫n太小，許多組分未分開應(yīng)設(shè)法降低板高，提高柱效如何根據(jù)具體情況優(yōu)化分離第79頁,共139頁，2024年2月25日，星期天已知任何兩項，可求第三項4.分離度、柱效和選擇性參數(shù)關(guān)系第80頁,共139頁，2024年2月25日，星期天有效塔板表示的色譜基本方程：n與n有效關(guān)系：第81頁,共139頁，2024年2月25日，星期天

R=1

分離程度達98%

R>=1.5

完全分離,達>=99.7

也叫基線分離

R<1

二峰明顯重疊第82頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)分離條件的選擇要求1.兩峰間有一定距離—tR不同要求2.峰寬要窄—W1/2要小第83頁,共139頁，2024年2月25日，星期天提問:怎樣制備一根好的色譜柱?怎樣評價?怎樣選色譜條件?一般:1.選擇性(相對保留值α或保留指數(shù)I)－－評價固定液對物質(zhì)的保留作用2.柱效能(n，neff)－－評價柱效能3.分離度R(總分離效能指標參數(shù))分離度是將以上二者綜合考慮既反映柱效能,又反映選擇性

第84頁,共139頁，2024年2月25日，星期天三、分離條件的優(yōu)化改變n和Hn=L/HLn但分析時間也增加最好是在不增加柱長的條件下,減少H,以達到增加n根據(jù)范氏方程選擇操作條件,使H(1).Uopt

選U實稍高于Uopt,一般30ml/min∵右側(cè)平坦U稍變化不會引起H大的變化

U大使tR小,分析速度加快B/UCU第85頁,共139頁，2024年2月25日，星期天(2).固定液及配比降低Cs項(液相阻力),dl(膜厚)要小即配比要低

dl太小有兩個缺點:

a.進樣量小(肚子小)

b.載體表面被固定液覆蓋小,使載體出現(xiàn)極性,因吸附作用會產(chǎn)生拖尾峰第86頁,共139頁，2024年2月25日，星期天(3).載體粒徑影響A項Cm項要求惰性,顆粒小而均勻一般80~100目(178-150mm)篩分范圍窄好(4).采用小內(nèi)徑的色譜柱柱徑4mmHUH柱徑2.2mmU40~50目100~150目20~30目第87頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.改變k如圖k>5,R變化就很小了GC分析:最好k=2~5

一般不超過10否則大大延長分析時間如何改變k.降低柱溫Tc,使k上升；改變固定相

第88頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3.改變

α1.2

α1.2是準熱力學常數(shù),在流動相,固定相一定時,只與Tc相關(guān)當α1.2=1時,改變H,k

都無法使1和2兩個組分分離∴應(yīng)當保持k=2~10的前提下,設(shè)法改變α1.2

方法是:a.改變柱溫Tcb.更換色譜柱

c.衍生化法(即利用化學反應(yīng)改變待測物結(jié)構(gòu))4.程序升溫程序升溫可使待測物在適當溫度下流出,以保證每個組分有合適的K/值,同時改變分離度程序升溫是分離復雜多組分沸程寬的混合物的有效方法第89頁,共139頁，2024年2月25日，星期天5.進樣

δi<0.204δδi進樣峰標準偏差

δ實際峰標準偏差進樣快防止縱向擴散進樣量小使峰對稱,一般進樣0.1~10μL

固定液含量低時(毛細柱)進樣量要少進樣技術(shù)之優(yōu)劣,可以從空氣峰,甲烷峰形寬度反映出來柱溫Tc如何選擇?最佳柱溫:最難分離物質(zhì)對所需柱溫恒溫Tc低

Tc高第90頁,共139頁，2024年2月25日，星期天如何選Tc恒溫分析:柱溫大概是等于樣品沸點的平均溫度

如有兩個組分混合樣,沸點為70°C,90°C

則選Tc=80°C

汽化室溫度要高于80°C,高20~50°C

檢測器溫度要高于80°C,高20~50°C

程序升溫用與:多組分,寬沸程樣品的毛細柱分析,一般配FID第91頁,共139頁，2024年2月25日，星期天綜上所述:GC的分離優(yōu)化就是要在保證分離度和靈敏度的條件下實現(xiàn)快速分析實際:提高分離度,往往犧牲分析速度提高靈敏度,有時要制備分離樣品就降低分離效率

一般:先滿足分離度要求,再提高分析靈敏度,最后考慮縮短時間.分離度靈敏度分析速度GC第92頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)色譜的定性與定量分析色譜法分離好,定性難色譜分析分三個階段儀器調(diào)試操作條件選擇定性定量---保留值定性

---峰高,峰面積定量第93頁,共139頁，2024年2月25日，星期天定性方法一.保留值定性（一）氣相色譜法的保留值定性1.利用純物質(zhì)對照定性該法是基于在一定操作條件下，各組分保留時間是一定值的原理。優(yōu)點：簡單缺點：要有純樣，適用于已知物，操作條件要穩(wěn)定:流速、溫度等第94頁,共139頁，2024年2月25日，星期天具體做法：1）分別以試樣和標準物進樣分析——各自的色譜圖；2）對照：如果試樣中某峰的保留時間和標樣中某峰重合，則可初步確定試樣中含有該物質(zhì)。3）也可通過在樣品中加入標準物，看試樣中哪個峰增加來確定。第95頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第96頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.相對保留值定性用保留值定性要求兩次進樣條件完全一致，這是比較困難的。而用αi,s定性，則只要溫度一定即可。優(yōu)點：比絕對法重現(xiàn)性好(流速不影響）缺點：也需要純樣，比絕對法麻煩第97頁,共139頁，2024年2月25日，星期天具體做法：在樣品和標準中分別加入同一種基準物

s，將樣品的αi,s和標準物的αi,s相比較來確定樣品中是否含有i組分。第98頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3.加入已知物增加峰高法

在未知樣品加入純樣看哪個峰高增加的組分即可能為這種已知物。第99頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.保留指數(shù)定性法該指數(shù)定性的重現(xiàn)性最佳。當固定液和柱溫一定時，定性可不需要標準物。NISTChemistryWebBook第100頁,共139頁，2024年2月25日，星期天設(shè)正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為碳數(shù)

100。測定時，將碳數(shù)為n和n+1的正構(gòu)烷烴加入到樣品x中進行色譜分析，此時測得這三個物質(zhì)的調(diào)整保留值有如下關(guān)系：第101頁,共139頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點：測得Ix值與文獻值對照就可定性。缺點：1.要有正構(gòu)烷烴純樣。2.可供查閱的文獻值太少。3．柱子與柱溫要與文獻規(guī)定相同第102頁,共139頁，2024年2月25日，星期天［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上進行分析（柱溫100℃）。由圖中測得調(diào)整保留時間為：乙酸正丁酯310.0mm，正庚烷174.Omm，正辛烷373.4mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)第103頁,共139頁，2024年2月25日，星期天解：已知n=7即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為775.6。在與文獻值對照時，一定要重視文獻值的實驗條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個已知組分進行驗證。第104頁,共139頁，2024年2月25日，星期天5、其它方法定性1.用比保留體積Vg定性

優(yōu)點：不用純樣缺點：如果固定液流失，則定性不準。2.利用保留值規(guī)律定性

a.碳數(shù)規(guī)律logVg=A1n+B1b.沸點規(guī)律logVg=A2Tb+B2c.柱溫規(guī)律I=A3Tc+B3比保留體積（Vg）:每克固定液校正到273K的凈保留體積第105頁,共139頁，2024年2月25日，星期天(二）液相色譜中的保留值定性直接比較法增加峰高法第106頁,共139頁，2024年2月25日，星期天（三）平板色譜中保留值定性比移值第107頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二.選擇檢測器定性

第108頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第109頁,共139頁，2024年2月25日，星期天三.聯(lián)用GC-MSGC-FTIR(傅立葉變換紅外光譜)GC-NMR缺點：標準譜圖太少，一般用計算機檢索第110頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第111頁,共139頁，2024年2月25日，星期天四．雙柱定性：可克服在一根柱上，不同物質(zhì)可能出現(xiàn)相同的保留時間的情況。一根極性柱，一根非極性柱。若二根柱上tR未知與tR已知都吻合，則定性可靠性就增一倍。

例：1－丁烯和異丁烯第112頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第113頁,共139頁，2024年2月25日，星期天五利用化學反應(yīng)配合色譜定性柱后流出物做官能團分析柱前反應(yīng)配合氣相色譜定性第114頁,共139頁，2024年2月25日，星期天第115頁,共139頁，2024年2月25日，星期天定量分析分析是根據(jù)檢測器對待測物的響應(yīng)（峰高或峰面積）與待測物的量成正比的原理進行定量的。因此必須準確測定峰高h或峰面積A。

1.求峰面積定量準確度決定于2.求相對校正因子

3.選準確定量方法第116頁,共139頁，2024年2月25日，星期天峰面積A和峰高h的測量：hh第117頁,共139頁，2024年2月25日，星期天一.峰面積1.對稱峰：A=1.065W1/2h2．不對稱峰

A=1/2

h（W0.15+W0.85）

式中W0.15和

W0.85

分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬

第118頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二.定量校正因子由于檢測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)不同，所以兩個相等量的物質(zhì)得不出相等峰面積?；蛘哒f，相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。第119頁,共139頁，2024年2月25日，星期天例如用TCD，N2作載氣測O2，H2的百分含量若H2、O2峰面積相同,百分含量相同就不對。不能用下式計算：

第120頁,共139頁，2024年2月25日，星期天∵H2的熱導系數(shù)大,TCD響應(yīng)大,但實際含量小∴必須用校正因子.

ACfH250050%0.1O25050%1第121頁,共139頁，2024年2月25日，星期天1）絕對校正因子f叫絕對校正因子,決定于檢測器的靈敏度，f不易測定。∴常用相對校正因子f’

通常所指的校正因子都是指相對校正因子。第122頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.

相對校正因子相對校正因子定義為即某組分i的相對校正因子f’為組分i與標準物質(zhì)s的絕對校正因子之比。

相對校正因子的表示方法

質(zhì)量校正因子與摩爾校正因子

第123頁,共139頁，2024年2月25日，星期天）質(zhì)量校正因子m--質(zhì)量A--峰面積）摩爾校正因子M--分子量

準確定量分析時,應(yīng)該用自己測定的校正因子,而不用文獻值∵校正因子隨檢測器類別,使用載氣的不同而不同第124頁,共139頁，2024年2月25日，星期天相對校正因子的測定方法

f’值可引用文獻值，也可以自己測定。標準物質(zhì)，TCD是苯，F(xiàn)ID是正庚烷。準確稱量被測組分mi和標準組分ms的質(zhì)量在線線范圍內(nèi)進樣測Ai和As

求f’

m或f’

M

多次測定，求平均值。第125頁,共139頁，2024年2月25日，星期天3.相對響應(yīng)值s’（相對靈敏度）s’=1/f第126頁,共139頁，2024年2月25日，星期天三.定量方法歸一法,內(nèi)標法,外標法。各有其優(yōu)缺點,1歸一化法（normallizationmethod）優(yōu)點:是相對法∴與進樣量無關(guān),定量較準確缺點:要求全出峰(樣品所有組分都要出峰)

全知峰(有所有組分的標準品)

第127頁,共139頁，2024年2月25日，星期天2.外標法(externalstandardmethod）標準曲線法)用待測組分的純樣制標準曲線優(yōu)點：快速簡單,只要待測組分出峰且完全分離即可缺點：進樣量,操作條件要不變