第六章 色譜分析方法導(dǎo)論

1、氣相色譜儀分析流程示意圖（氣相色譜儀分析流程示意圖（5-25-2） o1-載氣鋼瓶；載氣鋼瓶；2-減壓閥；減壓閥；3-凈化干燥管；凈化干燥管；4-針形閥；針形閥；5-流量計(jì)；流量計(jì)；6-壓力表；壓力表；7-進(jìn)樣器；進(jìn)樣器；8-色譜柱；色譜柱；9-檢測(cè)器；檢測(cè)器；10-放大器；放大器；11-溫溫度控制器；度控制器；12-記錄儀記錄儀第六章 色譜分析法概論6.1 概述6.2 色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.3 色譜分離的基本理論6.4 基本類型色譜法的分離機(jī)制6.5 色譜法的發(fā)展趨勢(shì)6.1概述6.1.1色譜法的起源和發(fā)展1906年，俄國(guó)植物學(xué)家 M.Tswett 發(fā)表了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：為了分離植物色素，他將含有植

2、物色素的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不同，隨著淋洗的進(jìn)行，不同色素向下移動(dòng)的速度不同，從而形成一圈圈不同顏色的色帶，使各色素成分得到了分離。他將這種分離方法命名為色譜色譜法(chromatography)。在此后的20多年里，幾乎無人問津這一技術(shù)。到了1931年，Kuhn 等用同樣的方法成功地分離了胡蘿卜素和葉黃素，從此色譜法開始為人們所重視，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法。俄國(guó)植物學(xué)家茨維特7.1概述7.1.1色譜法的起源和發(fā)展Tswett植物色素分離實(shí)驗(yàn)圖示：l樣 品：植物色素l固定相：CaCO3顆粒l流動(dòng)相：石油醚 流動(dòng)

3、相石油醚混合色素葉綠素葉黃素胡蘿卜素分離組分色譜柱固定相碳酸鈣表7-1 色譜法的發(fā)展簡(jiǎn)史年代發(fā)明者發(fā)明的色譜方法或重要應(yīng)用1906Tswett用碳酸鈣作吸附劑分離植物色素。最先提出色譜概念。1931Kuhn, Lederer用氧化鋁和碳酸鈣分離-,-,-胡蘿卜素。色譜法受重視。1938Izmailov, Shraiber最先使用薄層色譜法。Taylor, Uray用離子交換色譜法分離了鋰和鉀的同位素。1941Martin, Synge提出色譜塔板理論；發(fā)明液-液分配色譜；預(yù)言了氣相色譜。1944Consden等等發(fā)明了紙色譜。1949Macllean在氧化鋁中加入淀粉黏合劑制作薄層板使薄層色譜

4、進(jìn)入實(shí)用階段1952Martin, James從理論和實(shí)踐方面完善了氣-液分配色譜法。(1952諾貝爾獎(jiǎng))1956Van Deemter等等提出色譜速率理論，并應(yīng)用于氣相色譜。1957基于離子交換色譜的氨基酸分析專用儀器問世。1958Golay發(fā)明毛細(xì)管柱氣相色譜。1959Porath, Flodin發(fā)表凝膠過濾色譜的報(bào)告。1964Moore發(fā)明凝膠滲透色譜。1965Giddings發(fā)展了色譜理論，為色譜學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1975Small發(fā)明了以離子交換劑為固定相、強(qiáng)電解質(zhì)為流動(dòng)相，采用抑制型電導(dǎo)檢測(cè)的新型離子色譜法。1981Jorgenson等等創(chuàng)立了毛細(xì)管電泳法。表7-2 色譜法起

5、過關(guān)鍵作用的諾貝爾獎(jiǎng)研究工作年代獲獎(jiǎng)學(xué)科獲獎(jiǎng)研究工作1937化學(xué)胡蘿卜素化學(xué)，維生素A和B1938化學(xué)胡蘿卜素化學(xué)1939化學(xué)聚甲烯和高萜烯化學(xué)1950生理學(xué)醫(yī)學(xué)性激素化學(xué)及其分離、腎皮素化學(xué)及其分離1951化學(xué)超鈾元素的發(fā)現(xiàn)1955化學(xué)腦下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素1958化學(xué)胰島素的結(jié)構(gòu)1961化學(xué)光合作用時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的確認(rèn)1970生理學(xué)醫(yī)學(xué)關(guān)于神經(jīng)元觸處遷移物質(zhì)的研究化學(xué)發(fā)現(xiàn)糖核苷酸及其在生物合成碳水化合物中的作用1972化學(xué)核糖核酸化學(xué)酶結(jié)構(gòu)的研究生理學(xué)醫(yī)學(xué)抗體結(jié)構(gòu)的研究o1906，俄國(guó)植物學(xué)家 M.Tswett 發(fā)明色譜法，色譜之父o1931，對(duì)液固吸附色譜的杰出貢獻(xiàn)者庫(kù)恩

6、，分離出60多種胡蘿卜素，核黃素、維生素，獲1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)o蒂塞利烏斯(Tiselius)因電泳分析和分析方法的研究，發(fā)現(xiàn)血清蛋白組分，獲1948年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)o1941，馬丁(Martin)和辛格(Synge)創(chuàng)始分配色譜特別是紙色譜而共獲1952年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)o氨基酸自動(dòng)分析儀發(fā)明人S.穆爾(Stanford Moore)和W.H.斯坦(William Howard Stein),定量分析方法解決了有關(guān)氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的生物化學(xué)問題，獲1972年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1. 色譜法的定義 色譜法又稱色層法或?qū)游龇ǎ且环N物理化學(xué)分析方法，它利用不同溶質(zhì)(樣品)與固定相和流動(dòng)相之間的作

7、用力(分配、吸附、離子交換等)的差別，當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，各溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行多次“平衡”，使各溶質(zhì)達(dá)到相互分離。固定相：在色譜分離中固定不動(dòng)，對(duì)樣品產(chǎn)生保留的一相。流動(dòng)相：帶動(dòng)樣品向前移動(dòng)的另一相，與固定相處于平衡狀態(tài)。6.1概述 6.1.2色譜法的定義與分類2. 色譜法的分類 根據(jù)流動(dòng)相的狀態(tài)將色譜法分成四大類。表17-3 色譜法以流動(dòng)相種類的分類色譜類型流動(dòng)相主要分析對(duì)象氣相色譜法氣體揮發(fā)性有機(jī)化合物液相色譜法液體溶于水或有機(jī)溶劑的各種物質(zhì)超臨界色譜法超臨界流體各種有機(jī)化合物電色譜法緩沖溶液、電場(chǎng)離子和各種有機(jī)化合物6.1概述 6.1.2色譜法的定義與分類如粘度小、密度、擴(kuò)散系數(shù)、溶劑化能

8、力等性質(zhì)隨溫度和壓力變化十分敏感：粘度和擴(kuò)散系數(shù)接近氣體，而密度和溶劑化能力接近液體。 1.按兩相分子的聚集狀態(tài)分類2. 按固定相的固定方式分類平面色譜紙色譜薄層色譜高分子薄膜色譜柱 色 譜 填充柱色譜 毛細(xì)管柱色譜 分配色譜： 利用分配系數(shù)的不同吸附色譜： 利用物理吸附性能的差異離子交換色譜：利用離子交換原理空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同3. 按分離機(jī)制分類流動(dòng)相 固定相 類型液體 固體 液-固色譜液體 液體 液-液色譜氣體 固體 氣-固色譜氣體 液體 氣-液色譜液相色譜氣相色譜 6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.1色譜過程6.2.2基本術(shù)語(yǔ)6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.1色譜過程色譜過程是物質(zhì)

9、分子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相間分配平衡的過程。在混合物中，若兩個(gè)組分的分配系數(shù)不等，則被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速率不等，即形成差速遷移而被分離。如圖所示。6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.1色譜過程o色譜過程的實(shí)質(zhì)(1)色譜過程是吸附與解析的過程；(2)不同組分極性的差異導(dǎo)致吸附與解析的差異；(3)不同組分向前移動(dòng)的過程是差異不斷累積過程，是在動(dòng)態(tài)中由量變到質(zhì)變的過程。BAABBABBABABct流動(dòng)相樣品液色譜柱固定相檢測(cè)器6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)1.色譜2.保留值3.分配系數(shù)(K)和容量因子(k)4.分離參數(shù)6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)1.色譜檢測(cè)色譜分離后組分的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間作圖得到

10、的曲線稱為色譜圖。圖7-2 色譜流出曲線AOAEGFH進(jìn)樣 空氣峰C I DJtBh21h.6670h221/WW0tRRtt信號(hào)O01. 1. 關(guān)于色譜峰的術(shù)語(yǔ)關(guān)于色譜峰的術(shù)語(yǔ)示意圖示意圖峰峰高基線峰寬半峰寬峰面積標(biāo)準(zhǔn)偏差 0ootMtRtRA2 CIJABEGFHDW Wh/2空氣峰空氣峰進(jìn)進(jìn)樣樣6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)1.色譜名詞術(shù)語(yǔ)：色譜峰、基線、峰高h(yuǎn)、標(biāo)準(zhǔn)偏差、峰寬W、半峰寬W1/2、峰面積A；包含信息：tR；h或A；,W1/2,W 。關(guān)系：W=4，W1/2=2.355，W=1.699W1/2，AOAEGFH進(jìn)樣 空氣峰C I DJtBh21h.6670h221/WW

11、0tRRtt信號(hào)O0色譜術(shù)語(yǔ)：色譜術(shù)語(yǔ)：1）基線：在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜）基線：在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線?；€時(shí)的流出曲線稱為基線。基線在穩(wěn)定的條件下應(yīng)是一條水平在穩(wěn)定的條件下應(yīng)是一條水平的直線。它的平直與否可反應(yīng)的直線。它的平直與否可反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定情況。出實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定情況。 2）峰高（）峰高（h）和峰面積）和峰面積 ：色譜峰頂點(diǎn)與：色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離叫峰高。色譜峰與峰底基線所基線的距離叫峰高。色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積。圍成區(qū)域的面積叫峰面積。6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)2.保留值保留值 a.

12、死時(shí)間(t0) ：不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)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(dòng)相的流速相近。據(jù) t0 可求出流動(dòng)相平均流速 0tLu 柱長(zhǎng)死時(shí)間u b. 保留時(shí)間保留時(shí)間tr：試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大：試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間。它包括組份隨流動(dòng)相通過柱值時(shí)的時(shí)間。它包括組份隨流動(dòng)相通過柱子的時(shí)間子的時(shí)間t0和組份在固定相中滯留的時(shí)間和組份在固定相中滯留的時(shí)間。c. 調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間tr ：某組份的保留：某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它是組份在固定相中的滯留時(shí)間。即是組份在固定相中

13、的滯留時(shí)間。即 由于保留時(shí)間為色譜定性依據(jù)。但由于保留時(shí)間為色譜定性依據(jù)。但同一組份的保留時(shí)間與流速有關(guān)，同一組份的保留時(shí)間與流速有關(guān)，因此有時(shí)需用保留體積來表示保留因此有時(shí)需用保留體積來表示保留值。值。 0rrttt d. 死體積V0：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(cè)器間隙的總和。忽略后兩項(xiàng)可得到：00coVt F000cwcorTppFFTpn其中，其中，F(xiàn)co為柱出口的載氣流為柱出口的載氣流速速（mL/min)，其值為：，其值為：nF0-檢測(cè)器出口流速；檢測(cè)器出口流速；Tr-室溫室溫；Tc-柱溫；柱溫；p0-大氣壓；大氣壓；pw-室溫室溫時(shí)水蒸汽壓。時(shí)水蒸汽壓。

14、 e. 保留體積保留體積Vr：指從進(jìn)樣到待測(cè)：指從進(jìn)樣到待測(cè)物在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過物在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過的流動(dòng)相的體積。的流動(dòng)相的體積。 0rcoVtF of. 調(diào)整保留體積 ：某組份的保留體積扣除死體積后的體積。rV0rrrcoVVVtFg. 相對(duì)保留值相對(duì)保留值r2,1：組份：組份2的調(diào)整保留值與組份的調(diào)整保留值與組份1的的調(diào)整保留值之比。調(diào)整保留值之比。222,111rrrrtVrtVn注意：注意：r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)L、填充情況及流、填充情況及流動(dòng)相流速無關(guān)，因此，在色譜分析中，動(dòng)相流速無關(guān)，因此，

15、在色譜分析中，尤其是尤其是GC中廣泛用于定性的依據(jù)！中廣泛用于定性的依據(jù)！具體做法：固定一個(gè)色譜峰為標(biāo)準(zhǔn)具體做法：固定一個(gè)色譜峰為標(biāo)準(zhǔn)s，然，然后再求其它峰后再求其它峰 i 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)峰的相對(duì)保留值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)以，此時(shí)以 表示：表示：( )( )rst it sn 1, 又稱選擇因子。又稱選擇因子。 h.h. 區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的區(qū)域區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之寬度是色譜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一，可用于衡量色譜柱的柱效及反映色譜操作條件下的動(dòng)力學(xué)因素。映色譜操作條件下的動(dòng)力學(xué)因素。寬度越窄，其效率越高，分離的效寬度越窄，其效率越高，分

16、離的效果也越好。果也越好。o區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N表示方法：o標(biāo)準(zhǔn)偏差：峰高0.607 倍處峰寬處的一半。o半峰寬W1/2：峰高一半處的峰寬。W1/2=2.354 o峰底寬W：色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上切線與基線的交點(diǎn)間的距離。W= 46.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)3.分配系數(shù)(K)和容量因子(k) 分配系數(shù)(K)：色譜過程中，在流動(dòng)相和固定相中的溶質(zhì)分子處于動(dòng)態(tài)平衡。平衡時(shí)組分在固定相(s)與流動(dòng)相(m)中的濃度(c)之比，稱為分配系數(shù)(K)。msccK 分配系數(shù)的物理意義：表示平衡態(tài)下，組分在固定相和流動(dòng)相的濃度之比，也叫做分配平衡常數(shù)。其中，在吸附色譜中稱為吸附系數(shù)(Ka)；在離子交換色譜中稱

17、為選擇性系數(shù)(Ks)；在凝膠色譜中稱為滲透系數(shù)(Kp)。分配系數(shù)的差異是所有色譜分離的實(shí)質(zhì)性的原因。 6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)3.分配系數(shù)(K)和容量因子(k) 容量因子(k) ：在平衡狀態(tài)下，組分在固定相(s)與流動(dòng)相(m)中的質(zhì)量之比，稱為容量因子。色譜柱的容量因子是溶質(zhì)分子與色譜柱填料相互作用強(qiáng)度的直接量度，由下式定義： )()1 (-BA00000msmmsskkttktttttttkVVKVcVckRRRR，6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)4.分離參數(shù) 分離因子()：即相鄰兩個(gè)組分調(diào)整保留值之比，又稱為分配系數(shù)比或選擇性系數(shù)比。 分離度 (Rs)：相鄰兩個(gè)組分的色

18、譜峰，其保留時(shí)間差與兩峰峰底寬平均值之商。;12121212KKkkVVttRRRR。122112WWttRRRs6.2色譜過程與術(shù)語(yǔ)6.2.2基本術(shù)語(yǔ)4.分離參數(shù)o色譜分析的目的就是要將混合物中的各組分分離，為了獲得較好的準(zhǔn)確度，一般規(guī)定兩相鄰峰的分離度 Rs1.5時(shí)，可認(rèn)為兩組分完全分離。6.3色譜分離的基本理論6.3.1 分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系6.3.2 等溫線6.3.3 塔板理論6.3.4 速率理論6.3.5 影響分離度的因素6.3色譜分離的基本理論6.3.1分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系推導(dǎo)色譜過程方程：在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，保留時(shí)間tR取決于分配系數(shù)K，也就是取決于組分的性質(zhì)，所以，保留時(shí)

19、間是對(duì)組分進(jìn)行色譜定性的指標(biāo)。msRRmsmmssVVKttkttVVKVcVck1100色譜過程方程：，保留時(shí)間：，容量因子：Vs固定相的體積Vm流動(dòng)相的體積K,tR,組分后出柱K0， 組分不保留K,組分完全保留6.3色譜分離的基本理論6.3.2等溫線等溫線： 在一定溫度條件下，組分在固定相和流動(dòng)相的分配達(dá)到平衡時(shí)，在兩相中的濃度之比值K為常數(shù)，由此繪制出的cs與cm的關(guān)系曲線稱為等溫線。aK=cs/cmbccscmtRcb前延峰a正常峰c拖尾峰6.3色譜分離的基本理論6.3.2等溫線對(duì)稱因子：u完全對(duì)稱：fs=1.00u對(duì)稱峰：fs=0.951.05u前沿峰：fs0.95u拖尾峰：fs1.

20、05圖7-5 對(duì)稱因子的計(jì)算ABAAWfhs2205. 0Wh/2h0.05hW0.05hAB1.塔板理論的基本假設(shè)2.塔板理論的計(jì)算公式3.塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和局限6.3色譜分離的基本理論6.3.3塔板理論6.3色譜分離的基本理論6.3.3塔板理論1.塔板理論的基本假設(shè)o色譜柱是由一系列連續(xù)、等距的水平塔組成，在柱內(nèi)每層塔板內(nèi)部，組分能夠在流動(dòng)相和固定相兩相中達(dá)到平衡。o流動(dòng)相通過色譜柱呈間歇式前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，每次前進(jìn)為一個(gè)塔板體積。o樣品和流動(dòng)相同時(shí)加在第一個(gè)塔板上，且樣品垂直于前進(jìn)方向的擴(kuò)散(即縱向擴(kuò)散)可以忽略。o分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。6.3色譜分離的基本理論6.3.3塔板理論1.塔板理論的

21、基本假設(shè)塔板理論的這些假設(shè)，實(shí)際上是把組分在兩相間的連續(xù)轉(zhuǎn)移過程，分解為間歇地在單個(gè)塔板中的分配平衡過程，經(jīng)過多次分配平衡后，分配系數(shù)小的組分先達(dá)到塔頂(即揮發(fā)性大的組分先流出色譜柱)。色譜柱的塔板數(shù)可高達(dá)幾千甚至幾萬(wàn)，使被測(cè)組分在分配系數(shù)間有微小的差別時(shí)就可以得到分離。6.3色譜分離的基本理論6.3.3塔板理論1.塔板理論的計(jì)算公式 理解：在tR一定時(shí)，W或W1/2越小(即峰越窄)，理論板數(shù)n越大， 理論板高越小，柱的分離效率越高。有效理論塔板neff也同此理。因此，理論塔板數(shù)是評(píng)價(jià)柱效能的指標(biāo)。；22/12222/122254. 51654. 516WtWttnWtWttnnLHHLnLH

22、RRReffRRReffeff推導(dǎo)有效理論塔板數(shù)：推導(dǎo)理論塔板數(shù)：有效理論板高：理論塔板數(shù)：理論板高：6.3色譜分離的基本理論6.3.3塔板理論3.塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和局限優(yōu)點(diǎn)：塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置、評(píng)價(jià)柱效高低等方面是成功的。局限：塔板理論的基本假設(shè)與事實(shí)不完全相符，它無法解釋譜帶擴(kuò)展的原因，也無法解釋色譜過程與流動(dòng)相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過程以及色譜操作參數(shù)等動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系。這些問題，在速率理論中得到了圓滿的解決。為了克服塔板理論的缺陷，Van Deemter等在Martin等人的工作基礎(chǔ)上，比較完整地解釋了速率理論。后來，Giddings等又作了進(jìn)

23、一步的完善。速率理論充分考慮了溶質(zhì)在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，更接近溶質(zhì)在兩相間的實(shí)際分配過程。 當(dāng)溶質(zhì)譜帶向柱出口遷移時(shí)，必然會(huì)發(fā)生譜帶展寬。譜帶的遷移速率的大小決定于流動(dòng)相線速度和溶質(zhì)在固定相中的保留值。同一溶質(zhì)的不同分子在經(jīng)過固定相時(shí)，它們的遷移速率是不同的，正是這種差異造成了譜帶的展寬。譜帶展寬的直接后果是影響分離效率、降低檢測(cè)靈敏度，所以，抑制譜帶展寬就成了高效分離追求的目標(biāo)。 引起譜帶展寬的主要因素有：渦流擴(kuò)散；縱向擴(kuò)散；傳質(zhì)阻力。這些因素都統(tǒng)一于Van Deemter方程中。6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論Van Deemter方

24、程BCAHCuuBAH2最小符號(hào)名 稱單位H塔板高度cmA渦流擴(kuò)散項(xiàng)cmB縱向擴(kuò)散系數(shù)cm2s-1C傳質(zhì)阻力系數(shù) s u載氣線流速cms-1圖17-6 范氏方程中各項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)0tLu Van Deemter方程方程中各項(xiàng)的意義符號(hào)名稱關(guān)系式備 注A渦流擴(kuò)散項(xiàng)(多路徑項(xiàng))A=2dpdp：固定相顆粒平均直徑；：渦流擴(kuò)散因子，與填充的均勻性有關(guān)B/u縱向擴(kuò)散項(xiàng)(分子擴(kuò)散項(xiàng))B=2rDgr ：曲折因子，反映固定相顆粒的空間結(jié)構(gòu)。填充柱r0.5-0.7,空心柱r1；Dg ：組分分子在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)Cgu氣 相傳質(zhì)阻力項(xiàng)k：容量因子Clu液 相傳質(zhì)阻力項(xiàng)df ：固定液液膜厚度，Cl： 組分在固定液中

25、的擴(kuò)散系數(shù)gpgDkdkC222101. 0()lflDdkkC222+18=6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素引起譜帶展寬的主要因素(1)渦流擴(kuò)散(2)縱向擴(kuò)散(3)傳質(zhì)阻力6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素(1)渦流擴(kuò)散：引起渦流擴(kuò)散的原因是色譜柱內(nèi)的多路徑。溶質(zhì)分子在前進(jìn)過程中形成的這種紊亂類似于渦流的流動(dòng)，所以稱之為渦流擴(kuò)散。A=2dpo空心毛細(xì)管柱無多徑相：A0 ABC柱管壁 固定相 組分移行軌跡初始帶寬譜帶展寬流動(dòng)相方向6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素(2)縱向擴(kuò)散：引起縱向擴(kuò)散的原因是濃度

26、梯度?？v向擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在移動(dòng)方向上向前和向后的擴(kuò)散，引起譜帶展寬。它是由濃度梯度所引起?？v向擴(kuò)散引起的峰展寬由下式?jīng)Q定：縱向擴(kuò)散引起的色譜峰展寬示意圖uDuBg2o式中B2Dg，為縱向擴(kuò)散系數(shù)；為彎曲因子或阻礙因子，填充柱0.50.7，毛細(xì)管1；Dg為溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)；u 為流動(dòng)相線速度。隨著樣品帶在固定相中的移動(dòng)，因縱向擴(kuò)散使樣品帶寬逐漸增加，相應(yīng)得到的色譜峰就越來越寬而矮。6.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素(3) 傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散 傳質(zhì)阻力系數(shù)C，是溶質(zhì)在固定相中傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cl)與流動(dòng)相(氣相)傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cg)之和：CClCg流動(dòng)相傳質(zhì)阻力

27、引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子要從流動(dòng)相轉(zhuǎn)移到固定相中，就要從流動(dòng)相主體擴(kuò)散到氣液、氣固、液液或液固界面，阻礙這一擴(kuò)散過程的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力。流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬程度由下式?jīng)Q定：gpgDkdkC222101. 06.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素(3) 傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散固定相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子到達(dá)兩相界面后，將繼續(xù)擴(kuò)散到固定相內(nèi)部達(dá)到分配平衡，然后又返回到兩相界面。溶質(zhì)在這一移動(dòng)過程中的阻力稱固定相傳質(zhì)阻力。固定相傳質(zhì)阻力引起的譜帶展寬由下式?jīng)Q定：lflDdkkC222)1 (86.3色譜分離的基本理論6.3.4速率理論結(jié)論： Van Deemter方程

28、說明了色譜柱填充均勻程度、載體的性質(zhì)與粒度、載氣種類與流速、固定液層厚、柱溫等對(duì)柱效的影響，對(duì)分離條件具有指導(dǎo)意義。ggDrkkkC2022)1 (241161lflDdkkC22)1 (32uDdCDdCDdCuDCdHmpsmsfsmpmmdp2222Giddings方程(液相色譜) Golay方程(空心柱氣相色譜) uCuCuBHlg6.3色譜分離的基本理論6.3.5影響分離度的因素c b a 11422skknRABBABBAA原始狀態(tài)增加 k增加 n增加6.3色譜分離的基本理論6.3.5影響分離度的因素 在保持色譜條件不變的情況下，從分離度方程式可以推導(dǎo)出柱長(zhǎng)與分離度的關(guān)系式2122

29、1LLRR6.4基本類型色譜法的分離機(jī)制6.4.1吸附色譜法6.4.2分配色譜法6.4.3離子交換色譜法6.4.4空間排阻色譜法6.4基本類型色譜法的分離機(jī)制6.4.1吸附色譜法吸附色譜法利用固體吸附劑作為固定相，最常用的固定相是硅膠。它利用被分離組分對(duì)固定相表面活性中心吸附能力的差別而實(shí)現(xiàn)分離。吸附平衡：Xm + nYa Xa + nYmmXaXnamnmaaVnSnYXYXKma吸附系數(shù)：常數(shù)分離機(jī)制：各組分與流動(dòng)相分子爭(zhēng)奪吸附劑表面活性中心，利用吸附劑對(duì)不同組分的吸附能力差異而實(shí)現(xiàn)分離。過程：吸附解吸再吸附再解吸無數(shù)次洗脫分離mXmYmaaX圖710吸附色譜示意圖 X.溶質(zhì)分子溶質(zhì)分子 Y.流動(dòng)相分子流動(dòng)相分子 a. 吸附劑吸附劑 m.流動(dòng)相流動(dòng)相6.4基本類型色譜法的分離機(jī)制6.4.1吸附色譜法要求：固定相機(jī)械吸附在惰性載體上的液體；流動(dòng)相必須與固定相不為互溶；載體惰性，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)。分離機(jī)制：見圖示 狹義分配系數(shù)狹義分配系數(shù)mXsXmsVnVnCCKmsn 注：K與組分的性質(zhì)、