色譜分析法PPT課件

1、1色譜分析法色譜分析法2色譜分析法色譜分析法(1) (1) 色譜分析法導論色譜分析法導論(2) (2) 氣相色譜分析法氣相色譜分析法(3) (3) 高效液相色譜分析法高效液相色譜分析法kaishikaishi31、色譜法的產(chǎn)生、色譜法的產(chǎn)生 色譜法是一種分離技術，它是色譜法是一種分離技術，它是俄國植物學家茨維特俄國植物學家茨維特1906年創(chuàng)立的。年創(chuàng)立的。分離植物葉子中的色素時，將葉片分離植物葉子中的色素時，將葉片的石油醚（飽和烴混合物）提取液的石油醚（飽和烴混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充倒入玻璃管中，柱中填充CaCO3粉粉末末(CaCO3 有吸附能力有吸附能力)，用純石油，用純石油醚洗

2、脫（淋洗）。醚洗脫（淋洗）。 一、色譜分析法簡介一、色譜分析法簡介4（1）一種是）一種是CaCO3 吸附，使色吸附，使色素在柱中停滯下來素在柱中停滯下來（2）一種是被石油醚溶解，使）一種是被石油醚溶解，使色素向下移動色素向下移動 各種色素結構不同，受兩各種色素結構不同，受兩種作用力大小不同，經(jīng)過一段種作用力大小不同，經(jīng)過一段時間洗脫后，色素在柱子上分時間洗脫后，色素在柱子上分開，形成了各種顏色的譜帶，開，形成了各種顏色的譜帶，這種分離方法稱為色譜法。這種分離方法稱為色譜法。色素受兩種作用力影響色素受兩種作用力影響5概述色譜法中共使用兩相色譜法中共使用兩相 固定相固定相固定不動的相固定不動的相

3、CaCO3 流動相流動相推動混合物流動的液體推動混合物流動的液體 石油醚石油醚色譜法：色譜法：混合物在流動相的攜帶下通過色譜混合物在流動相的攜帶下通過色譜柱分離出幾種組分的方法。柱分離出幾種組分的方法。 流動相流動相液體液體 流的速度慢，加流的速度慢，加壓，使其流快，壓，使其流快，1969年年HPLC發(fā)展，高壓發(fā)展，高壓液相色譜。液相色譜。氣體氣體 1952 1952年產(chǎn)年產(chǎn)生氣相色譜，生氣相色譜，是色譜法一項是色譜法一項革命性進展。革命性進展。6概述固定相固定相：（1）固體吸附劑：）固體吸附劑：CaCO3、Al 2O3等等（2）液體固定相（載體）液體固定相（載體+固定液固定液高沸高沸點有機化

4、合物，涂在載體上）點有機化合物，涂在載體上）色譜分析法一定是先分離，后分析。色譜分析法一定是先分離，后分析。色譜分離法一定具有兩相；固定相和流動相色譜分離法一定具有兩相；固定相和流動相分離：利用組分在兩相中分配系數(shù)或吸附能力分離：利用組分在兩相中分配系數(shù)或吸附能力的差異進行分離。的差異進行分離。7 隨著被分離樣品種類的增多，該方法隨著被分離樣品種類的增多，該方法廣泛地用于無色物質(zhì)的分離，廣泛地用于無色物質(zhì)的分離，“色譜色譜”名名稱中的稱中的“色色”失去了原有的意義，但失去了原有的意義，但“色色譜譜”這一名稱沿用至今。這一名稱沿用至今。82. 色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展1930年代初：年代初：R.

5、Kuhn把把M.Tswett的方法用于的方法用于類胡蘿卜素的類胡蘿卜素的 分離，從此色譜法得以廣泛應用。分離，從此色譜法得以廣泛應用。1935年：科學家第一次用苯酚和甲醛合成了有年：科學家第一次用苯酚和甲醛合成了有機離子交換劑，能交換機離子交換劑，能交換陽離子和有機氫離子陽離子和有機氫離子。后后來又合成了陰離子交換劑，既可用于離子交換，來又合成了陰離子交換劑，既可用于離子交換，又用于色譜分離又用于色譜分離即現(xiàn)時流行的即現(xiàn)時流行的離子交換色譜離子交換色譜法法。至至1950年此方法已成型年此方法已成型。92. 色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展1938年：科學家將糊狀年：科學家將糊狀Al2O3漿液漿液在玻璃

6、板上在玻璃板上鋪成均勻薄層，用于分離植物中的藥用成分，鋪成均勻薄層，用于分離植物中的藥用成分，即今日用的即今日用的薄層色譜薄層色譜。（用于薄層的材料已。（用于薄層的材料已發(fā)展至多種：如硅膠、聚酰胺等）。發(fā)展至多種：如硅膠、聚酰胺等）。 1944年：科學家用纖維（濾紙）作固定載體，年：科學家用纖維（濾紙）作固定載體，以吸附在濾紙上的水作溶劑，根據(jù)組分在兩以吸附在濾紙上的水作溶劑，根據(jù)組分在兩相中溶解度不同，即滲透率（速率）不同而相中溶解度不同，即滲透率（速率）不同而使各組分彼此分離，稱之為使各組分彼此分離，稱之為紙色譜法紙色譜法。101952年：年：Martin和和Synge又研究成功了在又研究

7、成功了在惰性惰性載體表面涂漬一層均勻的有機化合物膜作為載體表面涂漬一層均勻的有機化合物膜作為固定相，固定相，并以氣體為流動相，用來分離脂肪并以氣體為流動相，用來分離脂肪酸混合物酸混合物即今日的即今日的氣液色譜氣液色譜。1952年年獲諾貝爾化學獎獲諾貝爾化學獎。2. 色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展1120世紀世紀6070年代年代GC-MS，GC-FTIR（傅立葉變換傅立葉變換紅外光譜）等聯(lián)用成功，使色譜聯(lián)用技術成為紅外光譜）等聯(lián)用成功，使色譜聯(lián)用技術成為分離、分離、鑒定、剖析復雜混合物的最有效工具。鑒定、剖析復雜混合物的最有效工具。20世紀世紀60年代末，在經(jīng)典液相色譜基礎上發(fā)展成高年代末，在經(jīng)典液相

8、色譜基礎上發(fā)展成高速、高效的現(xiàn)代液相色譜法。速、高效的現(xiàn)代液相色譜法。20世紀世紀5060年代是以氣相色譜為突破口的大發(fā)展年代是以氣相色譜為突破口的大發(fā)展時期，時期，70年代進入以高效液相色譜為代表的現(xiàn)代色年代進入以高效液相色譜為代表的現(xiàn)代色譜時代。譜時代。80年代以來，年代以來，HPLC的應用范圍、文獻數(shù)的應用范圍、文獻數(shù)量已超過量已超過GC。2. 色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展12在較長時期內(nèi)，色譜法主要應用在有機分在較長時期內(nèi)，色譜法主要應用在有機分析領域。析領域。1975年，離子色譜的出現(xiàn)和各種金屬螯合年，離子色譜的出現(xiàn)和各種金屬螯合物色譜的迅速發(fā)展，使色譜法已用于無機物色譜的迅速發(fā)展，使色

9、譜法已用于無機陰、陽離子和金屬元素的分析。陰、陽離子和金屬元素的分析。20世紀世紀70年代，計算機技術進入色譜領域，年代，計算機技術進入色譜領域，出現(xiàn)了計算機控制的全自動色譜儀。出現(xiàn)了計算機控制的全自動色譜儀。13 我國情況我國情況我國在色譜分析領域的研究起于我國在色譜分析領域的研究起于1954年，年，由由中國科學院大連化學物理研究所中國科學院大連化學物理研究所首先首先開發(fā)。經(jīng)過幾十年的努力，我國色譜基開發(fā)。經(jīng)過幾十年的努力，我國色譜基礎理論研究和應用技術研究方面具有特礎理論研究和應用技術研究方面具有特色。色。14國內(nèi)外主要色譜雜志1.色譜（色譜（Chinese Journal of Chro

10、matography）中文色譜雜志中文色譜雜志2. Journal of Chromatography（色譜雜志）色譜雜志）1958年創(chuàng)刊，主要以年創(chuàng)刊，主要以英文發(fā)表。英文發(fā)表。3. Journal of Chromatographic Science（色譜科學雜志）色譜科學雜志）1963年年創(chuàng)刊創(chuàng)刊4. Chromatographia（色譜法）色譜法）1968年創(chuàng)刊年創(chuàng)刊5. Journal of Liquid Chromatography（液相色譜雜志）液相色譜雜志）1978年年創(chuàng)刊，主要發(fā)表液相色譜研究報告創(chuàng)刊，主要發(fā)表液相色譜研究報告6. Journal of High Resolu

11、tion Chromatography and Communications（高分辨色譜和色譜通訊）高分辨色譜和色譜通訊） 分析化學、分析生物化學、醫(yī)藥、食品、環(huán)境科學、石油化工等分析化學、分析生物化學、醫(yī)藥、食品、環(huán)境科學、石油化工等專業(yè)雜志也常發(fā)表色譜研究報告。專業(yè)雜志也常發(fā)表色譜研究報告。15概述3、特點：、特點：（1）分離效能高）分離效能高（2）靈敏度高）靈敏度高（3）分析速度快）分析速度快（4 4）應用范圍廣）應用范圍廣16二、色譜分析法分類二、色譜分析法分類1 1、按兩相狀態(tài)分類、按兩相狀態(tài)分類氣相色譜氣相色譜氣體作流動相氣體作流動相 （1 1）氣固色譜）氣固色譜: :氣體作流動相

12、，固體吸附劑作固定相。氣體作流動相，固體吸附劑作固定相。（2 2）氣液色譜）氣液色譜: : 氣體作流動相，固定液作固定相。氣體作流動相，固定液作固定相。17液相色譜液相色譜液體作流動相液體作流動相（1 1）液固色譜：液體作流動相）液固色譜：液體作流動相, ,固體吸附劑作固體相。固體吸附劑作固體相。（2 2）液液色譜：液體作流動相，固定液作固定相）液液色譜：液體作流動相，固定液作固定相。超臨界液體色超臨界液體色譜譜超臨界超臨界流體作色譜流流體作色譜流動相。動相。182、按操作形式分類、按操作形式分類（1 1）柱色譜：）柱色譜： 填充柱色譜填充柱色譜固定相填充到柱管內(nèi)固定相填充到柱管內(nèi) 毛細管柱色

13、譜毛細管柱色譜把固定相涂在毛細管內(nèi)壁上，把固定相涂在毛細管內(nèi)壁上， 中間是空的。中間是空的。（2 2）紙色譜：）紙色譜：濾紙為載體，吸附在濾紙上的水濾紙為載體，吸附在濾紙上的水為固定相的色譜法，流動相是含為固定相的色譜法，流動相是含一定比例水的有一定比例水的有機溶劑機溶劑，樣品在濾紙上展開進行分離樣品在濾紙上展開進行分離。（3 3）薄層色譜：）薄層色譜：把固體固定相壓成或涂成薄膜把固體固定相壓成或涂成薄膜的色譜法。的色譜法。二、色譜分析法分類二、色譜分析法分類19 3、按分離原理分類、按分離原理分類 （1 1）吸附色譜：）吸附色譜：利用吸附劑表面對被分離利用吸附劑表面對被分離的各組分的各組分吸

14、附能力吸附能力不同進行分離。不同進行分離。 （2 2）分配色譜：）分配色譜：利用不同組分在兩相利用不同組分在兩相分配分配系數(shù)或溶解度系數(shù)或溶解度不同進行分離。不同進行分離。 （3 3）離子交換色譜：）離子交換色譜：利用不同組分對利用不同組分對離子離子交換劑親和力交換劑親和力不同進行分離。不同進行分離。 （4 4）凝膠色譜：）凝膠色譜：利用凝膠對利用凝膠對分子的大小和分子的大小和形狀不同形狀不同的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同而進行的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同而進行分離的色譜法。分離的色譜法。 二、色譜分析法分類二、色譜分析法分類20 12(1)-2 色譜圖及色譜常用術語色譜圖及色譜常用術語一、色譜圖一

15、、色譜圖 混合物樣品（混合物樣品（A+BA+B）色譜柱中分離色譜柱中分離檢測器檢測器記錄下來。組分從色譜柱流出時，記錄下來。組分從色譜柱流出時，各個組分在檢測器上所產(chǎn)生的信號隨時間變各個組分在檢測器上所產(chǎn)生的信號隨時間變化，所形成的曲線叫色譜圖。化，所形成的曲線叫色譜圖。 記錄了各個組分流出色譜柱的情況，又記錄了各個組分流出色譜柱的情況，又叫色譜流出曲線。叫色譜流出曲線。21概述 22二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 231、基線、基線在實驗在實驗操作條件下，色操作條件下，色譜柱后沒有組分譜柱后沒有組分流出的曲線叫基流出的曲線叫基線。線。 穩(wěn)定情況下，穩(wěn)定情況下，一條直線。一條直線

16、。 基線上下波動基線上下波動稱為噪音。稱為噪音。二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 242、色譜峰的高度、色譜峰的高度h（1）峰高）峰高h 色譜峰最高點與基線之間的色譜峰最高點與基線之間的距離距離，可用，可用mm ,mV， mA表示。峰高低表示。峰高低與組分濃度有關，峰越高越窄越好。與組分濃度有關，峰越高越窄越好。 二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 h253. 色譜峰的寬度色譜峰的寬度標準偏差標準偏差 峰高峰高0.607倍處的色譜峰寬的一半倍處的色譜峰寬的一半。二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 26q峰底寬峰底寬Wb色譜峰兩側拐點所作切線在基線色譜峰兩側拐點所

17、作切線在基線上的距離上的距離 Wb =4 q 半峰寬半峰寬W1/2峰高一半處色譜峰的寬度峰高一半處色譜峰的寬度 W1/2 =2 .354 W1/2 =0.589Wb Wb27 4. 色譜峰面積色譜峰面積A 色譜峰與峰底所圍的面積。色譜峰與峰底所圍的面積。 對于對稱的色譜峰對于對稱的色譜峰 A=1.065h W1/2 對于非對稱的色譜峰對于非對稱的色譜峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 285. 色譜保留值色譜保留值定性的依據(jù)定性的依據(jù) 組分在色譜柱中停留的數(shù)值，組分在色譜柱中停留的數(shù)值，可用時間可用時間t 和所消耗流動相的體積來表

18、示。和所消耗流動相的體積來表示。組分在固定組分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越強，相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越強，在柱中滯留的時間越長，消耗的流動相體積在柱中滯留的時間越長，消耗的流動相體積越大，越大，固定相、流動相固定，條件一定時，固定相、流動相固定，條件一定時，組分的保留值是個定值。組分的保留值是個定值。二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 295. 色譜保留值色譜保留值定性的依據(jù)定性的依據(jù)t0（1）死時間）死時間t0不被固定相吸附或溶解的組分流經(jīng)不被固定相吸附或溶解的組分流經(jīng)色譜柱所需的時間。色譜柱所需的時間。 從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰最大值所需的時間。從進樣開始

19、到柱后出現(xiàn)峰最大值所需的時間。 氣相色譜氣相色譜惰性氣體（空氣、甲烷等）流出色譜柱惰性氣體（空氣、甲烷等）流出色譜柱所需的時間。所需的時間。1730 組分流經(jīng)色譜組分流經(jīng)色譜柱時所需時間。柱時所需時間。 進樣開始到柱進樣開始到柱后出現(xiàn)最大值時后出現(xiàn)最大值時所需的時間。操所需的時間。操作條件不變時，作條件不變時，一種組分有一個一種組分有一個tR定值，定性參數(shù)。定值，定性參數(shù)。(2)保留時間保留時間tRtR31（3）調(diào)整保留時間）調(diào)整保留時間tR扣除了死時扣除了死時間的保留時間。間的保留時間。tR=tR-t0又稱校正又稱校正保留時間，實際保留時間，實際保留時間。保留時間。 tR體現(xiàn)的是組體現(xiàn)的是組

20、分在柱中被吸附分在柱中被吸附或溶解的時間。或溶解的時間。 二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 tR32（4）死體積）死體積V0不被固定相滯留的組分流不被固定相滯留的組分流經(jīng)色譜柱所消耗的流動相體積稱死體積，經(jīng)色譜柱所消耗的流動相體積稱死體積，色譜柱中載氣所占的體積。色譜柱中載氣所占的體積。 V0=t 0F0 F0柱 后 出 口 處 流 動 相 的 體 積 流 速柱 后 出 口 處 流 動 相 的 體 積 流 速mL/min 保留值用體積表示：保留值用體積表示：33（5）保留體積）保留體積VR 組分從進樣開始到色譜柱后組分從進樣開始到色譜柱后出現(xiàn)最大值時所需流動相體積，組分通過色譜出現(xiàn)

21、最大值時所需流動相體積，組分通過色譜柱時所需流動相體積柱時所需流動相體積 VR =t RF 0（6）調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積VR扣除了死體積的保留體扣除了死體積的保留體積，真實的將待測組分從固定相中攜帶出柱子積，真實的將待測組分從固定相中攜帶出柱子所需的流動相體積。所需的流動相體積。 VR= tRF 0二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 t0、V0與被測組分無關，因而與被測組分無關，因而tR、VR 更更合理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。合理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。34（7）相對保留值）相對保留值2，1或或i ,s 在相同操作條在相同操作條件下，組分件下，組分2或組分或組分i對另

22、一參比組分對另一參比組分1或或s調(diào)調(diào)整保留值之比整保留值之比二、色譜圖中的基本術語二、色譜圖中的基本術語 12121.2RRRRVVttsisiRRRRsiVVtt. 相對保留值只與相對保留值只與柱溫及固定相的性質(zhì)柱溫及固定相的性質(zhì)有關，有關，而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關。廣泛使用的定性數(shù)據(jù)。關。廣泛使用的定性數(shù)據(jù)。35三、分配平衡三、分配平衡 在一定溫度下，組分在流動相和固定相之間所在一定溫度下，組分在流動相和固定相之間所達到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配達到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配行為常采用行為常采用分配系數(shù)分配系數(shù)K和分

23、配比和分配比k來表示。來表示。 K隨隨T變化，與固定相、流動相的體積無關變化，與固定相、流動相的體積無關=cs/cm組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在流動相中的濃度組分在流動相中的濃度K=1、分配系數(shù)、分配系數(shù) K(濃度分配系數(shù)濃度分配系數(shù))362、分配比、分配比k (又叫容量因子，容量比又叫容量因子，容量比) 組分在固定相中的質(zhì)量組分在固定相中的質(zhì)量 組分在流動相中的質(zhì)量組分在流動相中的質(zhì)量 = ms/ mm =csvs/ cmvm =K vs/vm k =k 隨隨T、固定相、流動相的體積變化而變化、固定相、流動相的體積變化而變化k 越大，組分在固定相中質(zhì)量越多，越大，組分在固定

24、相中質(zhì)量越多， tR越長越長組分與固定相的組分與固定相的熱力學性質(zhì)熱力學性質(zhì)柱溫、柱柱溫、柱壓壓兩相體積兩相體積tR越長越長K有關有關有關有關無關無關越大越大k有關有關有關有關有關有關越大越大1737經(jīng)實驗測得經(jīng)實驗測得k 與與tR之間的關系之間的關系：*000)(tttttkRR000)(VVVVVkRRtR= t0(1+k)12121R21.2KKkkttR38總結：總結：（1）由色譜峰的數(shù)目，可判斷試樣中所含組）由色譜峰的數(shù)目，可判斷試樣中所含組分的分的最少個數(shù)。最少個數(shù)。（2）根據(jù)色譜峰的保留值）根據(jù)色譜峰的保留值進行進行定性分析。定性分析。（3）根據(jù)色譜峰的根據(jù)色譜峰的h .A 進行

25、進行定量分析。定量分析。（4 4）根據(jù)根據(jù)色譜峰的色譜峰的間距間距及峰的寬度及峰的寬度可評價可評價色譜的色譜的柱效及分離情況。柱效及分離情況。39 3 色譜法的基本理論色譜法的基本理論 在在50年代，色譜技術年代，色譜技術發(fā)展的初期，發(fā)展的初期，Martin等人等人把色譜分離過程比作分餾把色譜分離過程比作分餾過程，并把分餾中的半經(jīng)過程，并把分餾中的半經(jīng)驗理論驗理論塔板理論塔板理論用于色用于色譜分析法。譜分析法。 40 塔板理論把色譜柱比作一個分餾塔，假塔板理論把色譜柱比作一個分餾塔，假設柱內(nèi)有設柱內(nèi)有n塊塔板，每塊塔板高度稱為理論塊塔板，每塊塔板高度稱為理論塔板高度，塔板高度，用用H表示，表示

26、，在每塊塔板內(nèi)，試樣在每塊塔板內(nèi)，試樣各組分在兩相中分配并達到平衡，最后，各組分在兩相中分配并達到平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分離，揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸離，揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。盡管這個理論并不完全符合色譜柱的出。盡管這個理論并不完全符合色譜柱的分離過程，色譜分離和一般的分餾塔分離分離過程，色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差別，但是因為這個比喻形象有著重大的差別，但是因為這個比喻形象簡明，因此幾十年來一直沿用。簡明，因此幾十年來一直沿用。一、塔板理論一、塔板理論41一、塔板理論一、塔板理論 對一個色譜柱來說，若

27、色譜柱長度固定對一個色譜柱來說，若色譜柱長度固定L，每塊每塊塔板高度塔板高度H越小，塔板數(shù)目越多，分離的效果越好，越小，塔板數(shù)目越多，分離的效果越好，柱效越高。塔板數(shù)用柱效越高。塔板數(shù)用n 表示表示。 n =L/H 或或 H=L/n H越小，越小，n越多，分離效果越好，用越多，分離效果越好，用 H,n 評價柱效。評價柱效。 由塔板理論導出由塔板理論導出n與與Wb ， W 1/2 的關系的關系。*)Wt()Wt(.nbR/R22211654542 有時有時n 大，分離效果也不好，因用大，分離效果也不好，因用tR 內(nèi)內(nèi)含含t0 ，后來改用有效塔板數(shù)。后來改用有效塔板數(shù)。一、塔板理論一、塔板理論 塔

28、板理論的成功之處，提出了塔板理論的成功之處，提出了計算理論計算理論塔板高度、塔板數(shù)的公式及評價柱效的方法，塔板高度、塔板數(shù)的公式及評價柱效的方法，具有開創(chuàng)性，但有一定局限性具有開創(chuàng)性，但有一定局限性。222116545)Wt()Wt(.nbR/R理論222116545)Wt()Wt(.nbR/R有效H理理n 理理H有效有效n 有效有效43 前面已知，用塔板理論來說明色譜柱內(nèi)各前面已知，用塔板理論來說明色譜柱內(nèi)各組分的分離過程并不合理，因為色譜柱內(nèi)并沒有組分的分離過程并不合理，因為色譜柱內(nèi)并沒有塔板。當同一試樣進入同一色譜柱，當流動相速塔板。當同一試樣進入同一色譜柱，當流動相速度變化時，得到不同

29、的色譜圖。測得的度變化時，得到不同的色譜圖。測得的 n 和和 H 也不同也不同，充分說明塔板理論不足以說明色譜柱的，充分說明塔板理論不足以說明色譜柱的分離過程。分離過程。、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 44 1956年，速率理論是荷蘭學者范第姆特年，速率理論是荷蘭學者范第姆特（VanDeomter）提出的。提出的。 速率理論吸收和保留了塔板理論的有益成果，速率理論吸收和保留了塔板理論的有益成果，n、H的概念。提出了影響板高的各種因素。此方程經(jīng)的概念。提出了影響板高的各種因素。此方程經(jīng)簡化后寫為簡化后寫為:該式稱為速率方程（范氏方程）。該式稱為速率方程（范氏方程）。 下面我們將對公

30、式中的各項進行討論下面我們將對公式中的各項進行討論 CuuBAHu為流動相線速為流動相線速度度cm.s-1，線速線速度度=柱長柱長/死時間死時間、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 45、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 （1）提出了影響的三項因素：）提出了影響的三項因素：渦流擴散項，分子渦流擴散項，分子擴散項，擴散項， 傳質(zhì)阻力項。傳質(zhì)阻力項。（2）在流動相流速一定時，）在流動相流速一定時，當、最小時，才小，當、最小時，才小，n 才最高，柱效高。才最高，柱效高。當、最大時，才大，當、最大時，才大，n 才最小，柱效低。才最小，柱效低。CuuBAH1746（1）渦流擴散項）渦流

31、擴散項A 在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移時，流動相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流時，流動相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似“渦渦流流”的流動，故稱渦流擴散。的流動，故稱渦流擴散。 47（1）渦流擴散項）渦流擴散項A A與填充物的與填充物的平均直徑平均直徑dp的大小和填充的大小和填充不規(guī)不規(guī)則因子則因子有關有關。 減?。簻p?。汗潭ㄏ囝w粒應適當細小、均勻；固定相顆粒應適當細小、均勻； 填充要均勻。填充要均勻。 48（2）分子擴散項）分子擴散項B/u（縱向擴散項

32、）縱向擴散項） 待測組分是以待測組分是以“塞子塞子”的形式被流動相帶入的形式被流動相帶入色譜柱的，在色譜柱的，在“塞子塞子”前后存在前后存在濃度梯度濃度梯度，由濃，由濃稀方向擴散，產(chǎn)生了縱向擴散，使色譜峰展寬。稀方向擴散，產(chǎn)生了縱向擴散，使色譜峰展寬。49 是填充柱內(nèi)流動相擴散路徑彎曲的因素，是填充柱內(nèi)流動相擴散路徑彎曲的因素，也稱也稱彎曲因子彎曲因子，它反映了填充物對分子擴散的阻礙，它反映了填充物對分子擴散的阻礙程度。通常小于程度。通常小于1的常數(shù)。的常數(shù)。 D為組分在流動相中擴散系數(shù)為組分在流動相中擴散系數(shù)(cm2s-1)。 Dg氣相擴散系數(shù)比液相擴散系數(shù)氣相擴散系數(shù)比液相擴散系數(shù)Dm大的

33、多（約大的多（約105倍），在液相中分子縱向擴散引起峰變寬很小，倍），在液相中分子縱向擴散引起峰變寬很小，可忽略不計，在氣相中，當載氣流速小時分子擴散可忽略不計，在氣相中，當載氣流速小時分子擴散較大。較大。（2）分子擴散項）分子擴散項B/u（縱向擴散項）縱向擴散項） 50 減小縱向擴散項減小縱向擴散項u u 采取措施：采取措施： 適當提高流動相流速適當提高流動相流速u u，減小保留時間減小保留時間 用相對分子質(zhì)量較大的氣體作流動相。用相對分子質(zhì)量較大的氣體作流動相。 D Dg g g g 適當降低柱溫適當降低柱溫c c（2）分子擴散項）分子擴散項B/u（縱向擴散項）縱向擴散項） Mr151（3

34、）傳質(zhì)阻力項）傳質(zhì)阻力項Cu傳質(zhì)阻力系數(shù)包括兩部分傳質(zhì)阻力系數(shù)包括兩部分 m +Cs兩項組成兩項組成 Cm 流動相傳質(zhì)阻流動相傳質(zhì)阻力系數(shù)力系數(shù) 組分從流動相組分從流動相移動到固定相表面進行移動到固定相表面進行兩相之間的質(zhì)量交換兩相之間的質(zhì)量交換時時所受到的阻力，質(zhì)量交所受到的阻力，質(zhì)量交換慢，引起色譜峰變寬。換慢，引起色譜峰變寬。gpmDd)k(k.C222101052Cs -固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)固定相傳質(zhì)阻力系數(shù) 即組分從即組分從兩相兩相界面移動到固定相內(nèi)部，界面移動到固定相內(nèi)部，達分配平衡后，達分配平衡后，又返回到兩相界面，在這過程中所受到又返回到兩相界面，在這過程中所受到的阻力為固定相傳

35、質(zhì)阻力。的阻力為固定相傳質(zhì)阻力。（3）傳質(zhì)阻力項）傳質(zhì)阻力項CuSfSDd)k(kC22132組分在固定相中擴散系數(shù)組分在固定相中擴散系數(shù)固定液膜厚度固定液膜厚度53 采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cmdp2 相對分子質(zhì)量小的載氣，相對分子質(zhì)量小的載氣，Dg大。大。 Cm1/Dg 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度(Csdf2)并且液膜要均勻；并且液膜要均勻；若膜厚，擴散，費時；但不能太薄，否則包不住若膜厚，擴散，費時；但不能太薄，否則包不住載體。載體。 Ds越大越好，增加柱溫是提高越大越好，增加柱溫是提高Ds的方法之一。的方法之一。 （3）傳質(zhì)阻力項）傳質(zhì)阻力項Cu減小采取措施減小

36、采取措施：gpmDd)k(k.C2221010SfSDd)k(kC2213254* * * *為提高柱效，小，應注意以下幾點：為提高柱效，小，應注意以下幾點：）采用適當小而均勻的載體，柱填充應均勻。）采用適當小而均勻的載體，柱填充應均勻。）固定液液膜薄而均勻，并且不宜流失。）固定液液膜薄而均勻，并且不宜流失。）載氣流速小的時候，）載氣流速小的時候，u u是影響的主要是影響的主要因素，選因素，選r r大的載氣，大的載氣，； 載氣流速大的時候，載氣流速大的時候，C uC u是影響的主要因是影響的主要因素，選素，選r r小的載氣，小的載氣，H H2 2，NeNe）采用適當?shù)闹鶞?。）采用適當?shù)闹鶞亍?

37、氣相色譜 uDd)k(kDd)k(k.uDdHsfgpgp2222213210102255 液相色譜液相色譜 uDduDduDdpHsfmpm2222D Dm m比比D Dg g小小4-54-5個數(shù)量級，分子擴散項可以忽略不計個數(shù)量級，分子擴散項可以忽略不計為提高柱效，小，應注意以下幾點：為提高柱效，小，應注意以下幾點：）減小填料粒度）減小填料粒度d dp p。）在一定范圍內(nèi)采用低流速流動相）在一定范圍內(nèi)采用低流速流動相）用低黏度溶劑做流動相）用低黏度溶劑做流動相 4 4）適當提高柱溫）適當提高柱溫56HuGC（a）LC（b）GC（a）u有一最低點有一最低點u最佳最佳；u小小或或u大大，H都大

38、都大LC（b）u沒有最低點；沒有最低點； u大大，H增大不多，因增大不多，因此可用較高的流速，提高分析速度。此可用較高的流速，提高分析速度。57 可測三種流速對應的板高可測三種流速對應的板高H，解三元一次方程，解三元一次方程，求出求出A、B、C即可求出即可求出u最佳最佳和和H最小最小。 實際工作中，為縮小分析時間，可選略高實際工作中，為縮小分析時間，可選略高u最佳最佳的流速，的流速，常用常用u最佳最佳。GC中最佳流速可通過中最佳流速可通過實驗和計算方法實驗和計算方法求得求得 將將 微分后求得微分后求得 C/Bu最佳Cuu/BAHC/BAC/BCC/B/BACuu/BAH2最佳最佳最小58二、色

39、譜基本分離方程二、色譜基本分離方程、分離度、分離度色譜柱的總分離效能指標色譜柱的總分離效能指標 定義：相鄰兩個峰的保留值之差與兩峰寬度平均定義：相鄰兩個峰的保留值之差與兩峰寬度平均值之比值之比2/ )(1212bbRRWWttRv式中：分子反映了溶質(zhì)在兩相中分配行為對分離的式中：分子反映了溶質(zhì)在兩相中分配行為對分離的影響，是色譜分離的影響，是色譜分離的熱力學因素熱力學因素。v分母反映了動態(tài)過程溶質(zhì)區(qū)帶的擴寬對分離的影響，分母反映了動態(tài)過程溶質(zhì)區(qū)帶的擴寬對分離的影響，是色譜分離的是色譜分離的動力學因素動力學因素。v從中得到：兩溶質(zhì)保留時間相差越大，色譜峰越窄，從中得到：兩溶質(zhì)保留時間相差越大，色

40、譜峰越窄，分離越好。分離越好。59討論：討論： 色譜分離中的四種情況的討論：色譜分離中的四種情況的討論： 柱效較高，柱效較高，K K( (分配系數(shù)分配系數(shù)) )較大較大, ,完全分離；完全分離； K K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離； 柱效較低，柱效較低，K K較大較大, ,但分離的不好；但分離的不好； K K小，小，柱效低，分離效果更差。柱效低，分離效果更差。60兩個峰兩個峰tR相差越大，相差越大，W越窄，值越大，越窄，值越大，說明柱分離較能高。說明柱分離較能高。 .5 兩個組分能完全分開。兩個組分能完全分開。 .0 兩組分能分開，滿足

41、分析要求。兩組分能分開，滿足分析要求。 .0 兩峰有部分重疊。兩峰有部分重疊。2/ )(1212bbRRWWttR6162例 題 已知物質(zhì)已知物質(zhì)A和和B在一根在一根30.00 cm長的柱上的長的柱上的保留時間分別為保留時間分別為16.40 min和和17.63 min。不被不被保留組分通過該柱的時間為保留組分通過該柱的時間為1.30 min。峰底寬峰底寬度分別為度分別為1.11 min和和1.21 min，計算：計算：（1）柱的分離度；）柱的分離度；（2）柱的平均塔板數(shù)；）柱的平均塔板數(shù)；63題 解（2）柱的平均塔板數(shù)柱的平均塔板數(shù) n = 16 (tR/Wb )2 =16 (16.40 /

42、1.11)2 = 3493 n = 16 (tR/Wb )2 =16 (17.63 /1.21)2 = 3397 n平均平均 = （3493 + 3397）/ 2 = 3445 解解 ：（：（1）柱的分離度）柱的分離度06122111114016631721212./ ).(./ )(bbRRWWttR64、分離度與柱效能，選擇性的關系、分離度與柱效能，選擇性的關系 柱效能柱效能指色譜柱在分離過程中的分離效能，常用指色譜柱在分離過程中的分離效能，常用n n，來描述，來描述，n n 越大，越小，柱效越高，對越大，越小，柱效越高，對單個組分而言。單個組分而言。 對多個組分的分離來說，無法用對多個組

43、分的分離來說，無法用n ,H n ,H 來描述，來描述，n n 大，小，幾個峰未必分的開。大，小，幾個峰未必分的開。121 , 2RRttr選擇性選擇性描述兩個相鄰組分在同一固定相中熱力學分描述兩個相鄰組分在同一固定相中熱力學分布行為的重要參數(shù)，用布行為的重要參數(shù)，用r r2,12,1相對保留值表示相對保留值表示. . r r2,12,1越大，越大，保留時間相差大，分離越好（但未考慮峰寬因素）保留時間相差大，分離越好（但未考慮峰寬因素）65、分離度與柱效能，選擇性的關系、分離度與柱效能，選擇性的關系 121 , 2RRttr22/1)(54. 5WtnR2/ )(1212bbRRWWttR66

44、 n = 5.54 (tR /W1/2)2=16 (tR/Wb )2 、分離度與柱效能，選擇性的關系、分離度與柱效能，選擇性的關系 22121221116)kk()rr(Rn,1141212kkrrnR,67r2,1 ，k，N 如何控制分辨率?1141212kkrrnR,r2,1681141212kkrrnR,a:a:柱效項：柱效項：塔板數(shù)決定，塔板數(shù)決定，n n 越大，柱效越高分離的越大，柱效越高分離的越好。若通過增加柱長來增加越好。若通過增加柱長來增加 n,tn,tR R會增大，會增大，降低降低板高才是增大板高才是增大R R最好的辦法最好的辦法、分離度與柱效能，選擇性的關系、分離度與柱效能

45、，選擇性的關系 b b：選擇性項：選擇性項：r r2,12,1的微小變化，使分離度有較大改的微小變化，使分離度有較大改善，善， r r2,12,1越大，越大，t tR R（）（）與與t tR R（1 1）相差越大，分的越相差越大，分的越好。好。 r r2,12,1=1=1的兩組分無法分離。的兩組分無法分離。C C：柱容量項柱容量項：k k大一些對分析有利大一些對分析有利; ; 太大，太大，t tR R長，長，柱容量合適柱容量合適, ,分的才好。一般分的才好。一般k k（2-7)2-7)69以以n有效有效表示，則有：表示，則有：21 , 21 , 22)1(16rrRn有效121214,rrnR

46、有效70例 題： 在一定條件下在一定條件下,兩個組分的調(diào)整保留時間分別為兩個組分的調(diào)整保留時間分別為85秒秒和和100秒秒,要達到完全分離，要達到完全分離，即即R=1.5。計算需要多少塊計算需要多少塊有效塔板有效塔板?若填充柱的塔板高度為若填充柱的塔板高度為0.1 cm, 柱長是多少柱長是多少?塊有效1547)18. 018. 1(5 . 116)1(162221 , 21 , 22rrRnL有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cm 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。解：解： r2,1= 100 / 85 = 1

47、.18714 4 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析一、定性分析一、定性分析 定性分析的任務是確定色譜圖上各個峰代定性分析的任務是確定色譜圖上各個峰代表什么物質(zhì)。表什么物質(zhì)。 1. 1.利用保留值與已知物對照定性利用保留值與已知物對照定性（1 1）利用保留時間定性）利用保留時間定性 在相同色譜條件下，將標準物和樣品分別在相同色譜條件下，將標準物和樣品分別進樣，兩者保留值相同，可能為同一物質(zhì)。進樣，兩者保留值相同，可能為同一物質(zhì)。 此方法要求操作條件穩(wěn)定、一致，必須嚴此方法要求操作條件穩(wěn)定、一致，必須嚴格控制操作條件，尤其是流速。格控制操作條件，尤其是流速。7273 （2 2）利用峰高增量定性

48、）利用峰高增量定性若樣品復雜，流出峰距離太近，或操作條件不易控制，若樣品復雜，流出峰距離太近，或操作條件不易控制，可將已知物加到樣品中，混合進樣，若被測組分峰高增可將已知物加到樣品中，混合進樣，若被測組分峰高增加了，則可能含該已知物。加了，則可能含該已知物。（3 3）利用雙色譜系統(tǒng)定性）利用雙色譜系統(tǒng)定性 通過改變色譜條件來改變分離選擇性，使不同通過改變色譜條件來改變分離選擇性，使不同物質(zhì)顯示不同保留值。例：物質(zhì)顯示不同保留值。例：選用極性差別較大的選用極性差別較大的兩種不同固定液來制備色譜柱，不同物質(zhì)具有不兩種不同固定液來制備色譜柱，不同物質(zhì)具有不同保留值。同保留值。2. 利用保留值經(jīng)驗規(guī)律

49、定性（氣相）利用保留值經(jīng)驗規(guī)律定性（氣相）3. 根據(jù)文獻保留值數(shù)據(jù)定性根據(jù)文獻保留值數(shù)據(jù)定性（氣相）（氣相）744.4.與其它分析儀器聯(lián)用的定性方法與其它分析儀器聯(lián)用的定性方法小型化的臺式色質(zhì)聯(lián)用儀（小型化的臺式色質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MSGC-MS；LC-MSLC-MS）色譜色譜- -紅外光譜儀聯(lián)用儀；紅外光譜儀聯(lián)用儀；組分的結構鑒定組分的結構鑒定75二、定量分析二、定量分析 氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測器對溶質(zhì)產(chǎn)生氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測器對溶質(zhì)產(chǎn)生的的響應信號與溶質(zhì)的量成正比的原理響應信號與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過色譜，通過色譜圖上的峰面積或峰高，計算樣品中溶質(zhì)的含量。圖上的峰面積或峰高，計

50、算樣品中溶質(zhì)的含量。 m mi i=f=fi i A Ai i m mi i=f=fi ih hi i m mi i被測組分被測組分i i的質(zhì)量，的質(zhì)量，f fi i比例系數(shù)比例系數(shù)A Ai i、h hi i被測組分的峰面積及峰高被測組分的峰面積及峰高A=1. 065hW12 A=1.065h （W0.15W0.85）/2761 1、定量校正因子、定量校正因子 色譜定量分析是基于色譜定量分析是基于峰面積與組分的量成正比關系峰面積與組分的量成正比關系。 但由于同一檢測器對但由于同一檢測器對不同物質(zhì)具有不同的響應值，不同物質(zhì)具有不同的響應值，即不同物質(zhì)檢測器的靈敏度不同即不同物質(zhì)檢測器的靈敏度不同

51、，相同的峰面積并不相同的峰面積并不意味著有相等的量意味著有相等的量。 定量校正因子：單位峰面積對應組分的質(zhì)量。定量校正因子：單位峰面積對應組分的質(zhì)量。 f fi i=m=mi i/A/Ai i f fi i絕對校正因子絕對校正因子(1)(1)絕對校正因子絕對校正因子 絕對校正因子受操作條件影響較大，要嚴格絕對校正因子受操作條件影響較大，要嚴格控制色譜條件，不易準確測定，沒有統(tǒng)一標準，控制色譜條件，不易準確測定，沒有統(tǒng)一標準，無法直接引用，定量分析中采用相對較正因子。無法直接引用，定量分析中采用相對較正因子。mi=fi Ai77（2 2）相對校正因子）相對校正因子* * * 用一個標準，把所有組

52、分的用一個標準，把所有組分的A A較正到標準較正到標準物的物的A A上，在同一標準上進行比較計算，熱導上，在同一標準上進行比較計算，熱導檢測器常用檢測器常用苯作標準。苯作標準。 相對定量校正因子相對定量校正因子fi定義：定義：樣品中某組分樣品中某組分的絕對校正因子與基準物的絕對校正因子之比。的絕對校正因子與基準物的絕對校正因子之比。 siisssiisiimAmAAmAmmfmfmf/)()()(fi (m)表示相對質(zhì)量校正因子表示相對質(zhì)量校正因子78也可用相對摩爾校正因子也可用相對摩爾校正因子fi(M)（2 2）相對校正因子）相對校正因子isiisisissssiiisiiMM)m(fMmA

53、MmAAM/mAM/m)M(f)M(f)M(f凡文獻查得的校正因子都是指凡文獻查得的校正因子都是指相對校正相對校正因子因子，可用，可用fM,fm分別表示摩爾校正因分別表示摩爾校正因子和質(zhì)量校正因子子和質(zhì)量校正因子792 2、定量方法、定量方法 （1 1）歸一化法）歸一化法 試樣各組分都出峰，可用歸一化法定量。試樣各組分都出峰，可用歸一化法定量。 把所有出峰組分的含量之和當作把所有出峰組分的含量之和當作100%的定的定量分析方法稱為歸一化法。量分析方法稱為歸一化法。 若樣品中有若樣品中有n個組分，每個組分的量分解個組分，每個組分的量分解為為m1 m2mn 各組分含量總和為各組分含量總和為m，則組分的則組分的質(zhì)量為質(zhì)量為mi,質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)Wi為為 niiimmmmmmw211880%1002211nniiifAfAfAfAwssnnssssssiiiiAmfAAmfAAmfAAmfAmmw2211ssiiissiisiiAmmfAmAmAmmfmfmf)(/)()()(優(yōu)點：優(yōu)點：簡便、準確、不需標準物，不必準確稱量和簡便、準確、不需標準物