儀器分析緒論及色譜基礎

1、儀 器 分 析Instrumental Analysis參考資料參考資料o 分析化學 RKellner編，李克安譯 北京大學出版社o 儀器分析朱世盛編 復旦大學出版社o 儀器分析原理（第二版） 方惠群編 南京大學出版社o 儀器分析導論（第二版） 日泉美治編 化工出版社o SciFinder Scholar (CA美國化學文摘數(shù)據(jù)庫）o Analytical Chemistryo 分析化學為為 什什 么么 學學 習習 儀儀 器器 分分 析析？環(huán)境分析中的種種問題？o 環(huán)境介質(zhì)中有什么潛在有毒物質(zhì)？來自何方？進入環(huán)境后有什么變化？【污染物的存在形態(tài)、污染水平、遷移及轉(zhuǎn)化規(guī)律和對人體接觸量】o 民用

2、化學品中有害化學物質(zhì)的存在形態(tài)、含量、與人體的接觸途徑和總接觸量？o 異構(gòu)體、對映體在環(huán)境中的累積遷移？o 第一章 引 言 （Preface）o 一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生o 二、儀器分析的分類二、儀器分析的分類o 三、儀器分析的特點三、儀器分析的特點o 四、儀器分析的發(fā)展趨勢四、儀器分析的發(fā)展趨勢o 五、五、課程的任務和要求課程的任務和要求o 六、如何學習儀器分析六、如何學習儀器分析一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生o 分析化學定義分析化學定義：是一門發(fā)展并運用各種方法、儀器及策略以在時空的維度里獲得有關物質(zhì)組成及性

3、質(zhì)的信息的一門科學。o 儀器分析定義儀器分析定義 是指那些采用比較復雜或特殊的儀器，通過測量表征物質(zhì)的某些物理的或物理化學的性質(zhì)參數(shù)及其變化規(guī)律來確定物質(zhì)的化學組成、狀態(tài)及結(jié)構(gòu)的方法。o 儀器分析與化學分析的聯(lián)系儀器分析與化學分析的聯(lián)系 1. 儀器分析是在化學分析的基礎上發(fā)展起來的，其不少原理都涉及到化學分析的基本理論；2. 儀器分析離不開化學分析，其不少過程需應用到分析化學的理論。3. 化學分析以常量分析為主，儀器分析以微量分析為主。一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生一、分析化學的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生u 確定物質(zhì)的化學組成定性分析u 測量各組成的含量定量分析u 表征物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、形態(tài)

4、、能態(tài)結(jié)構(gòu)分析、 構(gòu)象分析，形態(tài)分析、能態(tài)分析u 表征物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)的動力學特征 動態(tài)分析例如：茶葉中有哪些微量元素？茶葉中咖啡堿的含量？咖啡堿的化學結(jié)構(gòu)？微量元素的形態(tài)？化學成分的空間分布？在不同的生長階段，茶葉中的營養(yǎng)成分的變化？例如：生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的關系？分析化學的任務分析化學的任務分析化學作用分析化學作用-比喻比喻“眼睛眼睛”人類認識世界改造世界的眼睛人類認識世界改造世界的眼睛二、儀器分析的分類二、儀器分析的分類分分析析化化學學化學分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學分析光化學分析色譜分析波譜分析重量分析重量分析滴定分析滴定分析電導、電位、電解

5、、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紅外、核磁、質(zhì)譜三、儀器分析的特點三、儀器分析的特點o 靈敏度高靈敏度高:適于微量、痕量和超痕量分析o 選擇性好選擇性好o 分析速度快，自動化程度高分析速度快，自動化程度高o 應用范圍廣應用范圍廣:不但可以作組分及含量的分析，在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)分析上有廣泛的應用o 專用儀器，復雜，昂貴專用儀器，復雜，昂貴o 相對誤差較大相對誤差較大1%-5% RSD:不適于作常量和高含量組分的測定四、四、課程的任務和要求課程的任務和要求o 掌握基本的分析方法及其原理o 掌握各種分析方法的有關計算，初步具備數(shù)據(jù)評價能力o 初步具備查閱文獻

6、、選擇分析方法、擬訂實驗方案的能力o 掌握有機分子結(jié)構(gòu)解析的基本知識o 培養(yǎng)觀察、分析和解決問題的能力五、如何學習儀器分析五、如何學習儀器分析o 掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息o 了解儀器的結(jié)構(gòu)，方框圖o 掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法分分 數(shù)數(shù) 分分 布布o 課堂表現(xiàn)包括課堂回答問題和聽課狀態(tài)，占比例為25%，o 平時作業(yè)成績包括資料整理、作業(yè)、考勤等，占比例為25%，o 期末考試成績占到50%第二章 氣相色譜一、色譜發(fā)展歷史o 1850年龍格(F.F.Lunge)觀察到將一滴染料混合物溶液點滴到吸墨紙上時會擴散成一層層的圓形環(huán)。o 申拜恩（C.F.Schoenbein）在1861年注

7、意到如果把一滴無機鹽混合溶液點滿在一張濾紙上，那么各種鹽分會以不同的速度向四周擴散成層。o 德伊(D.T Day)在1897年和克利特卡(S.K.Kritka)在1900年出發(fā)現(xiàn)把石油簡單地通過碳酸鈣的細粉柱時，它就會被分成不同部分。o 但是首先認識到這種色譜分離現(xiàn)象和分離方法大有可為的是俄國的植物學家茨維特色譜奠基人-茨維特 1872年5月14日生于意大利阿斯蒂; 1896年獲日內(nèi)瓦大學哲學博士學位后，全家移居俄國; 1901年獲喀山大學植物學學士學位; 1902年任華沙大學講師; 1907年任獸醫(yī)學院教授; 1908年任華沙理工大學教授。o 茨維特應用化學方法研究細胞生理學。1900年他在

8、樹葉中發(fā)現(xiàn)了兩種類型的葉綠素：葉綠素a和葉綠素b，后來又發(fā)現(xiàn)了葉綠素c,并分離出純的葉綠素。他最他最重大的貢獻是發(fā)明分析化學和有機化學中極重要的實重大的貢獻是發(fā)明分析化學和有機化學中極重要的實驗方法驗方法色譜法。色譜法。o 他的第一篇關于色譜法的論文發(fā)表在1903年華沙的生物學雜志上。19061910年的論文都發(fā)表在德國的植物學雜志上。o 在這幾篇論文中，他詳細地敘述了利用自己設計的色譜分析儀器，分離出胡蘿卜素、葉綠素和葉黃素。色譜奠基人-茨維特茨維特研究植物色素的過程中，在一根玻璃管的底部塞上一團棉花，在管中填入粉末的吸附劑，例如碳酸鈣等，然后把該吸附柱與吸濾瓶連接，把有色植物葉子的石油醚萃

9、取液傾注到柱內(nèi)的吸附劑上面，然后用純凈的石油醚洗脫。 1931年，R.庫恩才發(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用分配色譜創(chuàng)始人馬丁和辛格o 馬丁1910年3月1日生于倫敦，1932年獲劍橋大學學士學位，1936年獲博士學位；o 辛格1914年10月28日出生于利物浦， 1933年進入劍橋大學三位一體學院（學習物理、化學和生理學），1936-1939年間在該校生物化學實驗室做研究生。o 1938年，馬丁與辛格在研究乙酰氨基酸時觀察到，這些氨基酸在氯仿和水之間的分配系數(shù)明顯不同，他們嘗試在兩種逆向流動的溶劑間分配氨基酸以便分離它們，但沒有成功，后來發(fā)現(xiàn)如果使水吸附在硅膠上保持

10、水相不動，只許氯仿相流動，分配過程就可以順利進行。分配色譜創(chuàng)始人馬丁和辛格o 馬丁和辛格因在1941年發(fā)明了分配色譜法特別是紙上色譜分析法而共享了1952年諾貝爾化學獎。用這種方法辛格弄清了簡單的蛋白質(zhì)短桿菌肽的結(jié)構(gòu)，找出了幾種氨基酸在這種分子中的次序。很快就證明，這項工作對于F桑格闡明在胰島素分子中氨基酸的排列次序有巨大作用。o James和Martin 1952年所作的氣液色層分析在化學上開辟了一個新的園地，無論在研究和工業(yè)上它都有廣泛應用的前途。并在色譜法的理論作出了卓越的貢獻氣液色譜的問世o Martin 和 Synge 在 1941 年研究液-液分配色譜時就提出可以使用氣體作流動相，

11、即氣-液分配色譜。o 一直到 1950 年 Martin 最后證實自己預言的正確。Martin 于 1950 到國家醫(yī)學研究所，他邀請年青科學家 A.T. James 參加他的研究，用氣體做流動相的氣-液分配色譜，對脂肪酸進行精細分離，他們使用硅藻土助濾劑做載體，用硅油固定相，用氣體流動相,這就是氣-液分配色譜了，把色譜柱末端浸入有指示劑的溶液中，分離出來脂肪酸的量用滴定法測定。但是不久 Martin 就研究出一種自動滴定的儀器來。后來知道對高沸點化合物，必須把色譜柱加熱才行，于是就在色譜柱外面加一個蒸汽套。氣液色譜的問世o 他們的這一研究在1950年的生物化學學會上以“氣-液色譜“為題作了報

12、告。這一報告在1951年6月遞交到生物化學雜志。以后的幾個月他們連續(xù)有兩篇論文發(fā)表，用GLC分離氨和脂肪胺，和吡啶同系物，GLC立即對分析化學產(chǎn)生了極大的影響。當時在石油和石油化工的分析中，傳統(tǒng)的分析方法無能為力時，GLC就像及時雨一樣，成為無與倫比的得力助手，一直到現(xiàn)在，GC仍然是最為有效的方法之一。氣液色譜的問世o 1955年PerkinElmer(珀金埃爾默珀金埃爾默)公司推出世界上第一臺商用氣相色譜儀-154型；o 1958年世界上第一根商品化毛細管氣相色譜柱在PerkinElmer公司誕生；o 1956年我國開展研究，1965年上分投入試制；o 1976年HP推出世界第一臺臺式氣質(zhì)聯(lián)

13、用儀 5992。毛細管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展o 毛細管柱的創(chuàng)始人高雷從1955年開始在當時的Perkin-Elmer公司從事提高色譜柱的柱效方面的研究。在1957年，發(fā)表了第一篇有關毛細管氣相色譜的報告 。在1958年,提出了著名的高雷方程，闡述了各種參數(shù)對柱性能的影響。還發(fā)表了兩幅色譜圖其中一幅是在一支45m長內(nèi)徑為0.25mm 的不銹鋼毛細管柱中涂以鄰苯二甲酸二(十八酯)，柱效達50000多塊理論塔板數(shù)，檢測器是用高雷自己設計的微型熱導池。在58 min 內(nèi)可以把間-二甲苯相對-二甲苯分離開。o 柱溫70，載氣為氦，流速為0.48mL/mL，間-、對-二甲苯的相對保留值只有1.023。毛細管

14、氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展o 第一支色譜柱是用聚乙烯制成的，之后多用不銹鋼毛細管柱。但不銹鋼柱的活性高、柱效差，因而玻璃毛細管柱成為60-70年代的主要柱型。但是玻璃毛細管柱有幾個主要缺點：難以涂漬固定液；柱壽命短；易碎。o 在1960研制出第一臺玻璃毛細管柱的拉制機。當時在玻璃毛細管柱上涂漬角鯊烷，只可使用兩三天，固定液液膜就破壞了。經(jīng)過幾年的研究，對玻璃毛細管內(nèi)壁進行改性，致使固定液可以涂漬在毛細管壁上。毛細管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展o 70 年代初有一批色譜工作者，研究了各種處理玻璃表面的方法,和涂漬固定液的方法，并把毛細管色譜的應用范圍進一步擴大。70 年代末，當毛細管色譜柱使用玻璃做材料的時代

15、結(jié)束時，對玻璃毛細管柱進行去活及涂漬的工藝已相當成熟，它的應用也滲透到許多領域。o 現(xiàn)在玻璃毛細管柱已經(jīng)完全退出了毛細管氣相色譜的領域，完全為彈性石英毛細管柱所取代。毛細管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展o 1979年，Dandeneau和Zerenner 首次報告了用熔融二氧化硅做毛細管柱的研究，開始了熔融二氧化硅做毛細管柱材料的時代。o 彈性石英柱有幾個顯著的優(yōu)點:柔韌性好，易于連接安裝;內(nèi)表面惰性好，金屬離子雜質(zhì)少，對固定液的催化分解作用小,對一些極性和氫鍵型化合物吸附性弱，拖尾小;與玻璃相比，石英表面易于通過硅烷化處理,使各種極性的固定液形成均勻的液膜因而柱效很高。反相色譜的出現(xiàn)o 1948 年，

16、馬丁想使用液相色譜分離長鏈脂肪酸，但是現(xiàn)有的方法是使用極性固定相，并以非極性的劑作洗脫劑 ( 即現(xiàn)在所說的正相色譜 )，得不到好的結(jié)果。所以 Martin 就開始研究不同的兩相系統(tǒng)，例如使用弱極性的固定相，實驗了各種可能性，但是還是不滿意：也就是要找到一種理想的疏水性載體做固定相。最后找到用二氯二甲基硅烷蒸汽來處理硅藻土的產(chǎn)物，這一物質(zhì)不會被極性溶劑所濕潤。利用這種固定相作色譜柱及相應分離體系，可以分離脂肪酸。于是在 1949 年就產(chǎn)生了所謂“反相液相色譜并首先用這種方法分離了月桂酸 ( C12 ) 到 硬脂酸 ( C18 ) 的脂肪酸系列。反相色譜的出現(xiàn)o 但在后來的 20 多年里這種廣泛使

17、用的反相液相色由于缺少適當?shù)墓潭ㄏ?，并對這一物理化學現(xiàn)象理解不深阻礙了這一方法的發(fā)展。但是在 70 年代上半段情況發(fā)生了很大的變化，即解決了反相液相色譜固定相的制備，使反相液相色譜成為液相色譜中主導的方法。二、色譜分析基礎二、色譜分析基礎應知應會應知應會:o 了解色譜流出曲線和術語o 理解柱效率的物理意義及其計算方法o 理解速率理論方程對實際分離的指導意義o 掌握分離度的計算方法，及影響分離度的重要色譜參數(shù)o 定量方法色譜法的定義色譜法的定義o 色譜法或色譜分析色譜法或色譜分析(chromatography)色譜分離技術是借助色譜分離原理而使混合物中各組分分離的技術；將色譜分離技術應用于分析化

18、學，稱為色譜分析。 色譜分析屬于化學分析，還是物理分析？為色譜分析屬于化學分析，還是物理分析？為什么？什么？ 當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)相發(fā)生相互作用。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、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)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流出。與的時間

19、不同，從而按一定次序由固定相中流出。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。分離與檢測。色譜分離原理 兩相及兩相的相對運動構(gòu)成了色譜法的基礎兩相及兩相的相對運動構(gòu)成了色譜法的基礎色譜分離過程色譜法的分類色譜法的分類按物理狀態(tài)分類(1)流動相的物態(tài)：氣相色譜法和液相色譜法；(2)固定相的物態(tài)：氣-固色譜法、氣-液色譜法、液-固色譜法、液-液色譜法；按使用的形式分類(1)柱色譜：填充柱色譜、毛細管色譜；(2)平板色譜：紙色譜、薄層色譜；色譜法的分類色譜法的分類 按分離機理分類(1)吸附色譜:根據(jù)不同組分在吸附劑上的吸附和解吸能力的大小而

20、分離;(2)分配色譜:根據(jù)不同組分在固定液中溶解度的大小而分離;(3)離子交換色譜:不同組分對離子交換樹脂的親和力不同;(4)凝膠色譜:依據(jù)分子幾何尺寸大小不同進行分離色譜法的基本概念色譜法的基本概念o 色譜流出曲線在色譜法中，當樣品加入后，樣品中各組分隨著流動相的不斷向前而在兩相間反復進行溶解、揮發(fā)，或吸附、解吸，如果各組分在固定相中的分配系數(shù)不同，它們就有可能達到分離。色譜法的基本概念色譜法的基本概念色譜峰的高度、寬度、半峰寬度峰高(h)：峰高h指色譜峰最高點到基線的距離，一般用cm為單位。1色譜常用術語峰寬(Y)與半峰寬Y1/2)從色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(拐點)作切線，在基線上的截距叫峰底寬

21、(Y)；簡稱峰寬；峰高一半處色譜峰的寬度叫半峰寬(Y1/2)。由于色譜峰頂呈圓孤形，色譜峰的半峰寬并不等于峰底寬的一半。色譜法的基本概念色譜法的基本概念 2.分配系數(shù)與分配比定義：組分在固定相和流動相之間發(fā)生的吸附與脫附或者溶解與揮發(fā)的過程叫分配過程。分配系數(shù)(K):當組分在流動相和固定相兩相中達到分配平衡時，組分在兩相中的濃度之比，稱為分配系數(shù)(K)：smmkm/smKCC組分在固定相中的質(zhì)量濃度(gmL-1)組分在流動相中的質(zhì)量濃度(gmL-1)2.分配系數(shù)與分配比 分配比(k)定義：分配比是在一定溫度、壓力下，組分在兩相間達到分配平衡時，兩相間組分的質(zhì)量比：分配比又稱為容量因子或容量比分

22、配比k的大小由下式計算：通過實驗來測定分配比k的數(shù)值k值越大，保留時間越長。k =0的組分，其保留時間即為死時間。0Rtkt色譜法的基本概念色譜法的基本概念分配系數(shù)與分配比的關系/sssmmmmsCmVVKkkCmVVsmVV / 相比：表示流動相體積與固定相體積之比一定溫度下，組分的分配系數(shù)一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，流出越慢；越大，流出越慢；試樣一定時，試樣一定時，K主要取決于固定相性質(zhì)；主要取決于固定相性質(zhì)；每個組份在各種固定相上的分配系數(shù)每個組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；不同；試樣中的各組分具有不同的試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎；值是分離的基礎；選擇適宜的固定相

23、可改善分離效果；選擇適宜的固定相可改善分離效果；某組分的某組分的K = 0時，即不被固定相保留，最先流出。時，即不被固定相保留，最先流出。若兩組份若兩組份K值相同，則無法進行分離。值相同，則無法進行分離。分配系數(shù)分配系數(shù) K 的討論的討論相對保留值（相對保留值（relative retention volume）r2,1 指某組分指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留的調(diào)整保留值之比。是衡量色譜柱選擇性的指標。值之比。是衡量色譜柱選擇性的指標。)1()2()1()2()1()2()1()2(21RRRRRRRRvvttvvttr相對保留值的優(yōu)點是：相對保留值的優(yōu)點是

24、： 只要柱溫，固定相不變，即使柱徑，柱長，填充情只要柱溫，固定相不變，即使柱徑，柱長，填充情況及流動相流速有所變化，況及流動相流速有所變化， r 2,1值仍保持不變，（重要參值仍保持不變，（重要參數(shù)）相鄰兩組分的數(shù)）相鄰兩組分的tR相差越大，分離的越好，相差越大，分離的越好，r2,11兩組兩組分不能分離。分不能分離。Ex下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？ 柱長；柱長；固定相；柱溫固定相；柱溫；流動相流速；流動相流速 Ex衡量色譜柱選擇性的指標是（衡量色譜柱選擇性的指標是（C）A.分離度；分離度； B.容量因子；容量因子；C相對保留值；相對保留值；D

25、分配系數(shù)分配系數(shù)容量因子k與保留值的關系mmmtttttkRR1kkttRREx1.某氣液色譜柱上組分某氣液色譜柱上組分A流出需流出需15.0 min，組分，組分B流出需流出需25.0 min，而不溶于固定相的物質(zhì)，而不溶于固定相的物質(zhì)C流出需流出需2.0 min，問，問： （1）B組分相對于組分相對于A的保留值是多少？的保留值是多少？ （2）A組分相對于組分相對于B的保留值是多少？的保留值是多少？ （3）組分）組分A和和B在柱中的容量因子是多少？在柱中的容量因子是多少？（1.77；0.57；6.5，11.5 ）Ex2.在某色譜分析中得到如下的數(shù)據(jù)：保留時間（在某色譜分析中得到如下的數(shù)據(jù)：保留

26、時間（tR）為）為5.0 min，死時間（，死時間（tM）為）為1.0 min，液相體積（，液相體積（Vs）為）為2.0 mL，柱出口載氣體積流速（，柱出口載氣體積流速（F0）為）為50 mL/ min，試計算：，試計算： （1）分配比）分配比k （2）死體積）死體積Vm （3）分配系數(shù)）分配系數(shù)K （4）保留體積）保留體積VR（4.0；50 mL；100；250 mL）習習 題題3.若一個溶質(zhì)的分配比為若一個溶質(zhì)的分配比為0.2，計算它在色譜柱流動相中的質(zhì)，計算它在色譜柱流動相中的質(zhì)量分數(shù)量分數(shù)4.在一根色譜柱上分離苯和甲苯，保留時間分別為在一根色譜柱上分離苯和甲苯，保留時間分別為2.5和和

27、5.5min，死時間為，死時間為1min，問：，問： 甲苯停留在固定相中的時間是苯的幾倍？甲苯停留在固定相中的時間是苯的幾倍？ 甲苯的分配系數(shù)是苯的幾倍？甲苯的分配系數(shù)是苯的幾倍？ 5.某色譜條件下，組分某色譜條件下，組分A的分配比為的分配比為4，死時間為，死時間為30s，求組分，求組分A的保留時間的保留時間6.下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？ 柱長；固定相；柱溫；流動相流速柱長；固定相；柱溫；流動相流速區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾龋╬eak width） i 峰高峰高（h）：峰頂點與基線之間的垂直距離）：峰頂點與基線之間的垂直距離。 ii 標準偏差（標準偏

28、差（standadard deviation） 即即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半倍峰高處色譜峰寬度的一半 iii 半峰寬度（半峰寬度（peak width at half-height）Y1/2 峰高一半處的寬度峰高一半處的寬度。它與標準偏差的關系為它與標準偏差的關系為：35. 22ln222/1Y峰底寬度峰底寬度（peak width at base）Y 自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點所作切線在基線上的截距自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點所作切線在基線上的截距。與標準偏差的關系為：。與標準偏差的關系為： Y=4利用色譜流出曲線可以解決以下問題：利用色譜流出曲線可以解決以下問題： a. 根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以

29、判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)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)； b.根據(jù)色譜峰位置（保留值）可以進行定性檢測；根據(jù)色譜峰位置（保留值）可以進行定性檢測； c.根據(jù)色譜峰面積或峰高可以進行定量測定；根據(jù)色譜峰面積或峰高可以進行定量測定； d.根據(jù)色譜峰位置及寬度可以對色譜柱分離情況進行評價。根據(jù)色譜峰位置及寬度可以對色譜柱分離情況進行評價。Ex判斷：某試樣的色譜圖上出現(xiàn)三個色譜峰，該試樣中最多有三判斷：某試樣的色譜圖上出現(xiàn)三個色譜峰，該試樣中最多有三個組分。個組分。 色譜分析基本原理o 色譜分離是色譜體系熱力學過程和動力學過程的綜合表現(xiàn)。熱力學過程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關

30、的過程；動力學過程是指組分在該體系兩相間擴散和傳質(zhì)的過程。塔板理論（熱力學）塔板理論假定:o 塔板和塔板之間不連續(xù)；o 塔板之間無分子擴散；o 組分在每塊塔板的兩相間的分配平衡瞬時達到，達到一次分配平衡所需的最小柱長稱為理論塔板高度；o 一個組分在每塊塔板上的分配系數(shù)相同；o 流動相以不連續(xù)的形式加入，即以一個一個塔板體積加入。塔板理論（熱力學）理論塔板數(shù)n越大，理論塔板高度H越小，色譜峰越窄，表明柱效越高；理論塔板高度H與柱長無關。塔板理論（熱力學）Ex 1.已知已知某組分峰的底寬為某組分峰的底寬為40 s，保留時間為，保留時間為400 s，n計算此色譜柱的計算此色譜柱的理論塔板數(shù)（理論塔板

31、數(shù)（1600）n若柱長為若柱長為1.00 m，求此理論塔板高，求此理論塔板高度（度（0.0625cm）2.已知已知一根一根1米長的色譜柱的有效塔板數(shù)為米長的色譜柱的有效塔板數(shù)為1600塊，組分塊，組分A在該柱上的調(diào)整保留時間為在該柱上的調(diào)整保留時間為100秒，試求秒，試求A峰的半峰寬及峰的半峰寬及有效塔板高度。有效塔板高度。 （13.85s，0.0625cm）塔板理論的特點和不足塔板理論的特點和不足o 當色譜柱長度一定時，塔板當色譜柱長度一定時，塔板數(shù)數(shù) n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越越小小)，被，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效

32、能則越高，所得色譜峰越窄。峰越窄。o 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)。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)。o 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)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。相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。o 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

33、及提高柱效的途徑的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。速率理論（動力學）減小減小B：采用較高載氣流速，采用較高載氣流速，使用相對分子量較大的載氣，使用相對分子量較大的載氣，控制較低的柱溫控制較低的柱溫使用適當粒度和顆粒均勻的擔體使用適當粒度和顆粒均勻的擔體，盡量填充均勻，可減少渦流擴，盡量填充均勻，可減少渦流擴散?？招拿毠苤校??？招拿毠苤校珹項項為零為零。采用粒度小的填充物和分子采用粒度小的填充物和分子量小的氣體量小的氣體（H2）作載氣可作載氣可使使Cg減小，提高柱效率。減小，提高柱效率。減小減小CL:減小液膜厚度減小液膜厚度df，增大組分在液相中的擴散系數(shù)增大組分在

34、液相中的擴散系數(shù)DL速率理論（動力學）速率理論（動力學）速率理論（動力學）總結(jié)：范第姆特方程A，B/U，CU越小，色譜柱的塔板高度H 越小，柱效率越高。改善柱效率的因素：選擇顆粒較小的均勻填料選用較低的柱溫操作降低擔體表面液層的厚度選用合適的載氣及載氣流速：流速較小時，分子擴散項成為色譜峰擴張的主要因素，宜用相對分子質(zhì)量較大的載氣；流速較大時，傳質(zhì)項為控制因素，宜用相對分子質(zhì)量較小的載氣。H=A+B/U+CUEx：在采用低固定液含量柱，高流速進行快速色譜分析時，采用在采用低固定液含量柱，高流速進行快速色譜分析時，采用下列哪一種氣體作為載氣，可以改善氣相傳質(zhì)阻力？下列哪一種氣體作為載氣，可以改善

35、氣相傳質(zhì)阻力？A、氮氣；、氮氣； B、氫氣、氫氣 ；C、氦氣；、氦氣；D、二氧化碳、二氧化碳 （B）Ex:當載氣線速較小時，范式方程中分子擴散項起控制作用，采用當載氣線速較小時，范式方程中分子擴散項起控制作用，采用哪種氣體做載氣對提高柱效有利？哪種氣體做載氣對提高柱效有利？A、氮氣；、氮氣； B、氫氣、氫氣 ；C、氦氣、氦氣 （A）載氣流速與柱效載氣流速與柱效最佳流速最佳流速載氣流速高時：載氣流速高時： 傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力項是影響柱是影響柱效的主要因素，隨著流速效的主要因素，隨著流速的提高，柱效下降。的提高，柱效下降。載氣流速低時：載氣流速低時： 分子擴散項分子擴散項成為影響成為影響柱效的主要

36、因素，隨著流柱效的主要因素，隨著流速的增加，柱效提高。速的增加，柱效提高。CuuBAHdCuuBddAdH02CuBdudHu 在上述方程各項中存在矛盾，因此，應求出最佳值：CBuoptBCAH2minuHminuoptCuuBAH速率理論的要點速率理論的要點o 被分離組分分子在色譜柱內(nèi)運行的多路徑、濃度梯度所造成的被分離組分分子在色譜柱內(nèi)運行的多路徑、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。因素是造成色譜峰擴展柱效下降的主要原因。o 通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、

37、液膜厚度及載氣流速通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６取⑤d氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效?？商岣咧А 速率理論為色譜分離和操作條件的選擇提供了理論指導。闡明速率理論為色譜分離和操作條件的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。了流速和柱溫對柱效及分離的影響。o 各種因素相互制約，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，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，；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影響，選擇選擇

38、最佳條件，才能使柱效達到最高。最佳條件，才能使柱效達到最高。Ex1.根據(jù)范第姆特方程，分別寫出根據(jù)范第姆特方程，分別寫出A, B和和C的表示的意義，并推的表示的意義，并推導出最小塔板高度和最佳流速。導出最小塔板高度和最佳流速。2.長度相等的二根色譜柱，其范第姆特常數(shù)如下：長度相等的二根色譜柱，其范第姆特常數(shù)如下： n如果載氣流速是如果載氣流速是0.50 cms-1，那么，這兩根柱子給出，那么，這兩根柱子給出的理論塔板數(shù)哪一個大？的理論塔板數(shù)哪一個大？n柱柱1的最佳流速是多少？的最佳流速是多少？ABC柱柱10.18cm0.40cm2s-10.24s柱柱20.05cm0.50cm2s-20.10s

39、分離度分離度o 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。度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。o 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：響：o 保留值之差保留值之差色譜過程的熱力學因素色譜過程的熱力學因素o 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾壬V過程的動力學因素色譜過程的動力學因素Ex衡量色譜柱柱效能的指標是（塔板數(shù)）衡量色譜柱柱效能的指標是（塔板數(shù)）衡量色譜柱選擇性的指標是（衡量色譜柱選擇性的指標是（r2.1）色譜分離中的四

40、種情況如圖所示：色譜分離中的四種情況如圖所示： 柱效較高，選擇性較高柱效較高，選擇性較高,完完全分離；全分離；選擇性不是很大，柱效較選擇性不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分高，峰較窄，基本上完全分離；離；柱效較低，選擇性較高柱效較低，選擇性較高,但但分離的不好；分離的不好；選擇性不是很大選擇性不是很大，柱效低柱效低，分離效果更差。，分離效果更差。分離度分離度：指相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰底寬平均指相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰底寬平均值之比。（分辨率、分辨度）值之比。（分辨率、分辨度）)2()(1)1()2()2()1()1()2(YY)(22/YRRRRttYttR）（R1：兩峰不完全

41、分離：兩峰不完全分離R=1：兩峰明顯分離：兩峰明顯分離R=1.5：兩峰完全分離：兩峰完全分離R更大時：兩峰分離更好更大時：兩峰分離更好基本色譜分離方程式基本色譜分離方程式 令令Y (1) = Y (2)（相鄰兩（相鄰兩峰的峰底寬近似相等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：引入相對保留值和塔板數(shù)，可導出下式：16) 1() 1() 1()(22121)2(21)2()2()2()1()1()2()2()1()2()1()1()2()1()2(有效nrrYtttrYtttYttYYttRRRRRRRRRRRR:衡量色譜柱的總分離效能指標衡量色譜柱的總分離效能指標則：有效有效H

42、rrRLrrRn221212221212)1(16)1(16有效nkkn2)1(若用若用n代替代替n有效有效：則：則：22221 , 21 , 22)1()1(16kkRn分離度與塔板數(shù)和柱長的關系分離度與塔板數(shù)和柱長的關系o 固定相確定后，固定相確定后，k和和r21確定，被分離兩組分的相對保留確定，被分離兩組分的相對保留值和分配比不隨值和分配比不隨n、L變化，則：變化，則：2121221)(LLnnRR22221 , 21 , 22)1()1(16kkRnEx若在一個若在一個 1m 長的色譜柱上測得兩組分的分離度為長的色譜柱上測得兩組分的分離度為 0.68，若，若要使它們完全分離，則柱長要使

43、它們完全分離，則柱長 (m) 至少應為至少應為 (1) 0.5 (2) 2 (3) 5 (4) 9Ex色譜分析中，柱長從色譜分析中，柱長從1m增加到增加到4m，其它條件不變，分離度，其它條件不變，分離度是原來的（是原來的（2）倍，塔板數(shù)是原來的（）倍，塔板數(shù)是原來的（2）倍。）倍。2121221)(LLnnRR例題例題：o 在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時間分別為在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時間分別為85秒和秒和100秒秒，要達到完全分離，計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的，要達到完全分離，計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為塔板高度為0.1 cm，柱長是多少？，柱長是多少？o

44、解：解： 2,1= 100 / 85 = 1.18o 要達到完全分離，即要達到完全分離，即R=1.5o n有效有效 = 16R2 2,1 / ( 2,1 1) 2 o = 162.25 (1.18 / 0.18 ) 2o = 1547（塊）（塊）o L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cmo 即柱長為即柱長為1.55米時，兩組分可以得到完全分離米時，兩組分可以得到完全分離。o 已知組分已知組分A和和B的分配系數(shù)之比為的分配系數(shù)之比為0.909.若使兩者的若使兩者的分離度分離度Rs=1.5，柱長應為多少？設有效塔板高度為，柱長應為多少？設有效塔板高度為0.88c

45、m。o L=161.52（1.1/1.1-1）20.88=1437（cm） ExEx1.假設兩組份的調(diào)整保留時間分別為假設兩組份的調(diào)整保留時間分別為19及及20min，死時間為，死時間為1min，計算：，計算：（1）較晚流出的第二組分的分配比）較晚流出的第二組分的分配比k2 （20）（2）欲達到分離度）欲達到分離度0.75時所需的理論塔板數(shù)時所需的理論塔板數(shù) （3974）2.分配系數(shù)分別為分配系數(shù)分別為100和和110的兩組份，在相比（的兩組份，在相比（Vs/Vm）為）為0.2的柱上分離。若使分離度的柱上分離。若使分離度Rs=1.2，需多長的色譜柱？，需多長的色譜柱？設理論塔板高度為設理論塔板

46、高度為0.2mmn=16n=161.21.22 2（1+1101+1100.2/1100.2/1100.20.2）2 2（1.1/1.1-11.1/1.1-1）2 2=3047=3047L=3047L=30470.2=609mm0.2=609mm習題習題習題定性和定量分析 定性分析o 利用純物質(zhì)定性的方法：保留值定性、加入法定性；o 利用文獻保留值定性；o 保留指數(shù)定性；o 與其它分析儀器聯(lián)用定性。定性和定量分析p 定量分析 峰高(h)乘半峰寬(Y1/2)法 峰高乘平均峰寬法 峰高乘保留時間法 自動積分和微機處理法定性和定量分析o 定量校正因子 試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比即 定量校正

47、因子與檢測器響應值成倒數(shù)關系： 相對校正因子定性和定量分析o 歸一化法o 特點及要求：簡便、準確；進樣量的準確性和操作條件的變動對測定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況定性和定量分析o 外標法(也稱標準曲線法)o 特點及要求：外標法不使用校正因子，準確性較高；操作條件變化對結(jié)果準確性影響較大；對進樣量的準確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快速分析定性和定量分析o 內(nèi)標法 要求：試樣中不含有該物質(zhì)；與被測組分性質(zhì)比較接近；不與試樣發(fā)生化學反應；出峰位置應位于被測組分附近，且無組分峰影響。 試樣配制：準確稱取一定量的試樣W，加入一定量內(nèi)標物ms。定性和定量分析o 內(nèi)標法特點：準確性

48、較高，操作條件和進樣量的稍許變動對定量結(jié)果的影響不大；每個試樣的分析，都要進行兩次稱量(試樣W，內(nèi)標物ms)，不適合大批量試樣的快速分析；若將內(nèi)標法中的試樣取樣量和內(nèi)標物加入量固定，則：定性和定量分析小結(jié)小結(jié)1.色譜分離的原理色譜分離的原理2.色譜基本術語及相互關系色譜基本術語及相互關系3.2個色譜理論：塔板數(shù)理論、速率理論個色譜理論：塔板數(shù)理論、速率理論4.分離度及其應用分離度及其應用5.定性定量計算定性定量計算fis的計算，內(nèi)標法計算含量的計算，內(nèi)標法計算含量公式公式1.死時間，保留時間，調(diào)整保留時間關系死時間，保留時間，調(diào)整保留時間關系 2. K; k的表示式及其相互關系的表示式及其相互

49、關系3.容量因子容量因子k與保留值的關系與保留值的關系4. 2,1及其與保留值及其與保留值K、k的關系的關系5. neff 與與 n 公式公式6.分離度分離度7.fis的計算公式的計算公式 1.tR = tR- tmmSCCK msnnksmmmssmSVVkVnVnCCK/23mmmtttttkRR42)1(kknneff622221 , 21 , 22)1()1(16kkRn7siissimAmAmfmff)()(/is5填空填空1在一定操作條件下，組分在固定相和流動相之間的分配達到在一定操作條件下，組分在固定相和流動相之間的分配達到平衡時的濃度比，稱為平衡時的濃度比，稱為_。2為了描述色譜柱效能的指標，人們采用了為了描述色譜柱效能的指標，人們采用了_理論理論。3速率理論中，在線速度較低時，速率理論中，在線速度較低時，_項是引起色譜峰擴項是引起色譜峰擴展的主要因素，此時宜采用相對分子量展的主要因素，此時宜采用相對分子量_的氣體作載氣，以提的氣體作載氣，以提高柱效。高柱效。4不被固定相吸附或溶解的氣體不被固定相吸附或溶解的氣體(如空氣、甲烷如空氣、甲烷),從進樣開始到