色譜分析法導(dǎo)論ppt課件

1、15-1 概概 述述15-2 色譜分別原理色譜分別原理15-3 色譜法根本實際色譜法根本實際15-4 分別度分別度15-5 氣相色譜定性分析氣相色譜定性分析15-6 氣相色譜定量分析氣相色譜定量分析一、一、 色譜法色譜法Chromatography 利用樣品在兩相間的分配來分別、分析利用樣品在兩相間的分配來分別、分析多組分混合物的技術(shù)。多組分混合物的技術(shù)。 色譜法是一種物理化學(xué)分析方法，它利色譜法是一種物理化學(xué)分析方法，它利用混合物中各物質(zhì)在兩相間分配系數(shù)的差用混合物中各物質(zhì)在兩相間分配系數(shù)的差別，當(dāng)溶質(zhì)在兩相間作相對挪動時，各物別，當(dāng)溶質(zhì)在兩相間作相對挪動時，各物質(zhì)在兩相間進展多次分配，從而

2、使各組分質(zhì)在兩相間進展多次分配，從而使各組分得到分別。得到分別。1. 色譜法的產(chǎn)生及開展色譜法的產(chǎn)生及開展 色譜法是一種分別技術(shù)，色譜法是一種分別技術(shù)，它是俄國植物學(xué)家茨維特它是俄國植物學(xué)家茨維特1906年創(chuàng)建的。分別植物葉年創(chuàng)建的。分別植物葉子中的色素時，將葉片的石子中的色素時，將葉片的石油醚飽和烴混合物提取油醚飽和烴混合物提取液倒入玻璃管中，柱中填充液倒入玻璃管中，柱中填充CaCO3粉末粉末CaCO3 有吸有吸附才干附才干)，用純石油醚洗脫，用純石油醚洗脫淋洗。色素受兩種作用淋洗。色素受兩種作用力影響。力影響。1一種是一種是CaCO3 吸附，使色素在吸附，使色素在柱中停滯下來柱中停滯下來2

3、一種是被石油醚溶解，使色素向一種是被石油醚溶解，使色素向下挪動下挪動 各種色素構(gòu)造不同，受兩種作用各種色素構(gòu)造不同，受兩種作用力大小不同，經(jīng)過一段時間洗脫后，力大小不同，經(jīng)過一段時間洗脫后，色素在柱子上分開，構(gòu)成了各種顏色素在柱子上分開，構(gòu)成了各種顏色的譜帶，這種分別方法稱為色譜色的譜帶，這種分別方法稱為色譜法。法。固定相固定相 (stationary phase ): CaCO3顆粒顆粒流動相流動相 (mobile phase): 石油醚石油醚 茨維特在當(dāng)時的實驗中察看到茨維特在當(dāng)時的實驗中察看到4 4個色帶，它們分別是胡蘿卜素、葉黃個色帶，它們分別是胡蘿卜素、葉黃素和葉綠素素和葉綠素A A

4、和和B B。 隨著被分別樣品種類的增多，隨著被分別樣品種類的增多，該方法廣泛地用于無色物質(zhì)的分別，該方法廣泛地用于無色物質(zhì)的分別，“色譜稱號中的色譜稱號中的“色失去了原有的色失去了原有的意義，但意義，但“色譜這一稱號沿用至今。色譜這一稱號沿用至今。 1906年茨維特在德國植物學(xué)雜志發(fā)表文章，初次命名上述分別后色帶為色譜圖，稱此方法為色譜法。 1952年Martin和Synge因色譜的實際與運用研討獲得諾貝爾化學(xué)獎。 1952年，年，Martin和和James發(fā)表第一篇氣液色譜論文，初次用發(fā)表第一篇氣液色譜論文，初次用氣體作流動相，配合微量酸堿滴定，發(fā)明了氣相色譜，它給揮氣體作流動相，配合微量酸

5、堿滴定，發(fā)明了氣相色譜，它給揮發(fā)性化合物的分別測定帶來了劃時代的革命。發(fā)性化合物的分別測定帶來了劃時代的革命。Van Deemter等等對色譜實際的研討極大地促使色譜技術(shù)的開展。對色譜實際的研討極大地促使色譜技術(shù)的開展。 1955年，第一臺商品氣相色譜問世，標(biāo)志著現(xiàn)代色譜分析的年，第一臺商品氣相色譜問世，標(biāo)志著現(xiàn)代色譜分析的建立。建立。 1956年，荷蘭的年，荷蘭的Van Deemter在總結(jié)前人在總結(jié)前人任務(wù)的根底上提出速率實際。任務(wù)的根底上提出速率實際。 1957年戈雷年戈雷(Golay)發(fā)表發(fā)表“涂壁毛細管氣涂壁毛細管氣液分配色譜實際和實際論文，實現(xiàn)了毛液分配色譜實際和實際論文，實現(xiàn)了毛

6、細管氣相色譜分別。細管氣相色譜分別。 1979年彈性石英毛細管運用于氣相色譜。年彈性石英毛細管運用于氣相色譜。80年代將固定液固載化是毛細管色譜技術(shù)年代將固定液固載化是毛細管色譜技術(shù)的又一個重要開展。它大大提高了色譜柱的又一個重要開展。它大大提高了色譜柱的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性, 延伸了柱壽命延伸了柱壽命, 提高了色譜性能提高了色譜性能 。二二. 色譜法的分類色譜法的分類1. 按兩相所處的形狀分類按兩相所處的形狀分類氣相色譜氣相色譜 (GC)液相色譜液相色譜 (LC)按流動相的形狀分類按流動相的形狀分類 適用于氣體和低沸點有機化合物的適用于氣體和低沸點有機化合物的分析，儀器簡單，操作方便，運用廣泛。分

7、析，儀器簡單，操作方便，運用廣泛?？稍诓煌僮鳒囟葪l件下運用?？稍诓煌僮鳒囟葪l件下運用。按固定相不同又分為按固定相不同又分為氣固色譜氣固色譜 (GSC)氣液色譜氣液色譜 (GLC)液相色譜液相色譜液固色譜液固色譜 (LSC)液液色譜液液色譜 (LLC) 適用于高沸點、不易氣化的、熱不穩(wěn)適用于高沸點、不易氣化的、熱不穩(wěn)定及生物活性物質(zhì)的分析，通常在室溫定及生物活性物質(zhì)的分析，通常在室溫條件下任務(wù)。條件下任務(wù)。色譜法色譜法液相色譜法液相色譜法氣相色譜法氣相色譜法氣氣- -液色譜法液色譜法氣氣- -固色譜法固色譜法液液- -固色譜法固色譜法液液- -液色譜法液色譜法 2. 按固定相所處的外形分類按

8、固定相所處的外形分類平板色譜平板色譜填充柱色譜填充柱色譜毛細管柱色譜毛細管柱色譜薄層色譜和紙色譜薄層色譜和紙色譜柱色譜柱色譜3. 按組分在兩相間的分別機理分類按組分在兩相間的分別機理分類 吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、空吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、空間排阻色譜、毛細管電泳間排阻色譜、毛細管電泳 三、色譜法的特點三、色譜法的特點1. 分別效率高分別效率高 復(fù)雜混合物、性質(zhì)相近的有機同系物復(fù)雜混合物、性質(zhì)相近的有機同系物及旋光異構(gòu)體等。及旋光異構(gòu)體等。 對于那些性質(zhì)極為類似的組分對于那些性質(zhì)極為類似的組分, 好像好像位素、同分異構(gòu)體位素、同分異構(gòu)體, 采用高選擇性固定采用高選擇性固定相，

9、使它們之間的分配系數(shù)產(chǎn)生足夠大相，使它們之間的分配系數(shù)產(chǎn)生足夠大的差別的差別, 從而實現(xiàn)良好分別。從而實現(xiàn)良好分別。 多種高靈敏檢測器，痕量雜質(zhì)分析多種高靈敏檢測器，痕量雜質(zhì)分析的有力工具?？梢詸z測出的有力工具。可以檢測出ppt(10-9)級級甚至甚至ppb(10-12)級。級。2. 靈敏度高靈敏度高4. 運用范圍廣運用范圍廣可分析有機或無機的氣、液、固體試樣可分析有機或無機的氣、液、固體試樣組分的定性較為困難組分的定性較為困難缺陷：缺陷：3.分析速度快分析速度快處理方法：開展聯(lián)用技術(shù)處理方法：開展聯(lián)用技術(shù)四四. 氣相色譜分析法與其它方法比較氣相色譜分析法與其它方法比較1. 氣相色譜法與分餾法

10、的比較氣相色譜法與分餾法的比較 色譜分別比分餾快，得到的物質(zhì)純度比色譜分別比分餾快，得到的物質(zhì)純度比分餾法高。石油化學(xué)家采用分餾法花了分餾法高。石油化學(xué)家采用分餾法花了20多年才鑒別出石油中的多年才鑒別出石油中的200余種組分，余種組分，而當(dāng)今采用毛細管而當(dāng)今采用毛細管GC僅需數(shù)小時即可完僅需數(shù)小時即可完成。成。 苯和環(huán)己烷的沸點僅差苯和環(huán)己烷的沸點僅差0.60.6，如，如用精餾分別柱進展分別是不能夠的。用精餾分別柱進展分別是不能夠的。環(huán)己烷苯2.2.氣相色譜法與經(jīng)典化學(xué)分析的比較氣相色譜法與經(jīng)典化學(xué)分析的比較 化學(xué)分析根據(jù)物質(zhì)具有某種獨特的化學(xué)化學(xué)分析根據(jù)物質(zhì)具有某種獨特的化學(xué)性質(zhì)來進展測定

11、性質(zhì)來進展測定, , 而色譜分析能使許多化而色譜分析能使許多化學(xué)性質(zhì)一樣學(xué)性質(zhì)一樣/ /類似的復(fù)雜組分相互分別后測類似的復(fù)雜組分相互分別后測定。定。3.3.氣相色譜法與光譜、質(zhì)譜分析法的比較氣相色譜法與光譜、質(zhì)譜分析法的比較 光譜、質(zhì)譜主要是定性分析工具光譜、質(zhì)譜主要是定性分析工具, , 色色譜是分別分析的工具。色譜法的最大優(yōu)越譜是分別分析的工具。色譜法的最大優(yōu)越性在于它最擅長分別分析多組分的復(fù)雜體性在于它最擅長分別分析多組分的復(fù)雜體系。系。熱力學(xué)要素：熱力學(xué)要素： 分配系數(shù)分配系數(shù)動力學(xué)要素：組分在色譜柱的分散和傳質(zhì)動力學(xué)要素：組分在色譜柱的分散和傳質(zhì)色譜分別過程簡述色譜分別過程簡述 在色譜

12、分析中，當(dāng)流動相攜帶樣品經(jīng)過在色譜分析中，當(dāng)流動相攜帶樣品經(jīng)過固定相時，樣品分子與固定相分子之間發(fā)生固定相時，樣品分子與固定相分子之間發(fā)生相互作用，使樣品分子在流動相和固定相之相互作用，使樣品分子在流動相和固定相之間進展分配。與固定相分子作用越大的組分間進展分配。與固定相分子作用越大的組分向前挪動越慢，與固定相分子作用越小的分向前挪動越慢，與固定相分子作用越小的分子向前挪動速度越快，經(jīng)過一定間隔后，由子向前挪動速度越快，經(jīng)過一定間隔后，由于反復(fù)多次的分配柱色譜為于反復(fù)多次的分配柱色譜為103106次，次，使本來性質(zhì)沸點、極性等差別很小的組使本來性質(zhì)沸點、極性等差別很小的組分之間也可得到很好的分

13、別。分之間也可得到很好的分別。分配系數(shù)的微小差別分配系數(shù)的微小差別吸附才干的微小差別吸附才干的微小差別微小差別積累微小差別積累較大差別較大差別作用才干弱的組分先流出；作用才干弱的組分先流出； 作用才干強的組分后流出作用才干強的組分后流出 一、分別原理一、分別原理 固定相是多孔性的固體吸附劑顆粒，固定相是多孔性的固體吸附劑顆粒，其分別是基于固體吸附劑對試樣中各組其分別是基于固體吸附劑對試樣中各組分的吸附才干的不同；分的吸附才干的不同；1. 氣固色譜氣固色譜: 固定相由擔(dān)體和固定液所組成，固定固定相由擔(dān)體和固定液所組成，固定液涂敷在擔(dān)體外表，其分別混合物是基液涂敷在擔(dān)體外表，其分別混合物是基于固定

14、液對試樣中各組分的溶解才干的于固定液對試樣中各組分的溶解才干的不同。不同。 2. 氣液色譜氣液色譜:試樣中的各組分試樣中的各組分K值不同是分別的根底值不同是分別的根底二、分配系數(shù)和分配比二、分配系數(shù)和分配比 1. 分配系數(shù)分配系數(shù)K (distribution coefficient) 在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配到達平衡時的濃度比，稱為分配系數(shù)。配到達平衡時的濃度比，稱為分配系數(shù)。一定溫度和壓力下，一定溫度和壓力下，K越大，出峰越慢越大，出峰越慢MSCCK 2. 分配比分配比 k (distribution ratio) 在一定溫度和壓力下，組分在兩

15、相間在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配到達平衡時，分配在固定相和流動分配到達平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量之比。相中的質(zhì)量之比。MSmmk l k值越大，闡明組分在固定相中的值越大，闡明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又稱分配容量。它是衡量色譜柱對被分稱分配容量。它是衡量色譜柱對被分別組分保管才干的重要參數(shù)。別組分保管才干的重要參數(shù)。k值也值也取決于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它取決于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動相及固定相的體積有關(guān)。還與流動相及固定相的體積有關(guān)。l3 3、分

16、配系數(shù)和分配比之間的關(guān)系、分配系數(shù)和分配比之間的關(guān)系l 分配系數(shù)分配系數(shù)K K與柱中固定相和流動與柱中固定相和流動相的體積無關(guān)，而取決于組分及兩相的相的體積無關(guān)，而取決于組分及兩相的性質(zhì)，并隨柱溫、柱壓變化而變化。性質(zhì)，并隨柱溫、柱壓變化而變化。l 容量因子容量因子k k決議于組分及固定決議于組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)，隨柱溫、柱壓的變化相的熱力學(xué)性質(zhì)，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動相及固定相的體積有而變化，還與流動相及固定相的體積有關(guān)。關(guān)。l實際上可以推導(dǎo)出：實際上可以推導(dǎo)出： Phase ratio(相比，相比，b): 反映各種色譜柱柱型及反映各種色譜柱柱型及其構(gòu)造特征其構(gòu)造特征填充柱填

17、充柱Packing column: 635 毛細管柱毛細管柱Capillary column: 501500kVVkVmVmCCKSMMMSSMS三、氣相色譜流出曲線三、氣相色譜流出曲線1.基線基線 (baseline) 色譜柱中僅有流動相經(jīng)過檢測器時，色譜柱中僅有流動相經(jīng)過檢測器時，所檢測到的信號。所檢測到的信號。 2.峰高峰高從色譜峰頂點到基線之間的垂直間隔。從色譜峰頂點到基線之間的垂直間隔。3. 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?半峰寬半峰寬Y1/2：2峰底寬峰底寬Wb色譜峰高一半處的寬度色譜峰高一半處的寬度 色譜峰兩側(cè)拐點上的切線在基線色譜峰兩側(cè)拐點上的切線在基線上截距之間的間隔。上截距之間的間隔。氣

18、相色譜流出曲線氣相色譜流出曲線4.保管值保管值 (retention value)1用時間表示的保管值用時間表示的保管值保管時間保管時間(tR)：組分從進樣到柱后出現(xiàn)：組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間。濃度極大值時所需的時間。不與固定相作用的氣體的保管時間。不與固定相作用的氣體的保管時間。調(diào)整保管時間調(diào)整保管時間(tR )： tR = tRtM死時間死時間( dead time, tM)：2用體積表示的保管值用體積表示的保管值組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所經(jīng)過的流動相體積經(jīng)過的流動相體積VR = tRF0色譜柱內(nèi)未被固定相占據(jù)的空隙體積色譜柱內(nèi)未

19、被固定相占據(jù)的空隙體積調(diào)整保管體積調(diào)整保管體積(VR)： VR = VR VM 死體積死體積(VM)： VM = tM F0保管體積保管體積(VR)：1212RRRR21VVttrsRKVVtR = tM (1+k )3相對保管值相對保管值 r21又稱選擇因子，只與柱溫暖固定相性質(zhì)有關(guān)又稱選擇因子，只與柱溫暖固定相性質(zhì)有關(guān)表示了固定相對這兩種組分的選擇性表示了固定相對這兩種組分的選擇性6.保管值與分配比保管值與分配比 k 的關(guān)系的關(guān)系5.保管值與分配系數(shù)保管值與分配系數(shù)K的關(guān)系的關(guān)系色譜峰反映的信息：色譜峰反映的信息：1根據(jù)峰的個數(shù)，判別樣品中所含最根據(jù)峰的個數(shù)，判別樣品中所含最少的組分?jǐn)?shù)少的

20、組分?jǐn)?shù)2根據(jù)保管值對色譜峰進展定性分析根據(jù)保管值對色譜峰進展定性分析3根據(jù)峰高或面積進展定量分析根據(jù)峰高或面積進展定量分析 塔板實際塔板實際 (plate theory) 速率實際速率實際 (rate theory)一、塔板實際一、塔板實際 塔板實際把色譜柱比作一個分餾塔塔板實際把色譜柱比作一個分餾塔，假設(shè)柱內(nèi)有，假設(shè)柱內(nèi)有n個塔板，每個塔板高度個塔板，每個塔板高度稱為實際塔板高度，用稱為實際塔板高度，用H表示，在每個表示，在每個塔板內(nèi)，試樣各組分在兩相中分配并到塔板內(nèi)，試樣各組分在兩相中分配并到達平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)達平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分別，揮發(fā)度大的

21、最先度小的組分彼此分別，揮發(fā)度大的最先從塔頂即柱后逸出。雖然這個實際從塔頂即柱后逸出。雖然這個實際并不完全符合色譜柱的分別過程，色譜并不完全符合色譜柱的分別過程，色譜分別和普通的分餾塔分別有著艱苦的差分別和普通的分餾塔分別有著艱苦的差別，但是由于這個比喻籠統(tǒng)簡明，因此別，但是由于這個比喻籠統(tǒng)簡明，因此幾十年來不斷沿用。幾十年來不斷沿用。實際假設(shè)：實際假設(shè)：1色譜柱由一塊一塊的虛擬塔板組成，色譜柱由一塊一塊的虛擬塔板組成，在一個塔板內(nèi)組分在氣液兩相間可以很在一個塔板內(nèi)組分在氣液兩相間可以很快到達平衡；快到達平衡；2塔板內(nèi)一部分空間由固定相占據(jù)，塔板內(nèi)一部分空間由固定相占據(jù)，另一部分由流動相占據(jù)，

22、稱為板體積；另一部分由流動相占據(jù)，稱為板體積；1941 Martin5分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。3載氣進入色譜柱不是延續(xù)而是載氣進入色譜柱不是延續(xù)而是脈動的，每次進氣為一個板體積；脈動的，每次進氣為一個板體積；4試樣沿色譜柱方向的分散可以忽試樣沿色譜柱方向的分散可以忽略不計；略不計；設(shè)色譜往由設(shè)色譜往由5塊塔板塊塔板n5，n為色譜柱的塔板數(shù)組成，并為色譜柱的塔板數(shù)組成，并以以r表示塔板編號，表示塔板編號，r0，1，2，nl；某組分的分配比；某組分的分配比k=1，根據(jù)上述假定，在色譜分別過程中，該組分的分布可計算如根據(jù)上述假定，在色譜分別過程中，該組分的分布可計算如下：

23、開場時，假設(shè)有單位質(zhì)量的，即下：開場時，假設(shè)有單位質(zhì)量的，即m1的組分加到的組分加到0號塔板號塔板上，分配平衡，即上，分配平衡，即mSmM0.5。色譜流出曲線色譜流出曲線 將分開色譜柱物質(zhì)的量作縱坐標(biāo)，載氣塔板將分開色譜柱物質(zhì)的量作縱坐標(biāo)，載氣塔板體積做橫坐標(biāo)得到色譜圖體積做橫坐標(biāo)得到色譜圖 l 隨著脈沖載氣的參與，組分從色譜柱出隨著脈沖載氣的參與，組分從色譜柱出口流出進入檢測器。實踐上，組分在柱內(nèi)的口流出進入檢測器。實踐上，組分在柱內(nèi)的分布就是二項式的展開式：分布就是二項式的展開式：4322344464)(qpqqpqppqp P為組分分配在液相中的質(zhì)量，為組分分配在液相中的質(zhì)量，q為組為組

24、分分配在氣相中的質(zhì)量。當(dāng)分分配在氣相中的質(zhì)量。當(dāng)n100，流，流出曲線的外形就呈高斯分布，普通氣相出曲線的外形就呈高斯分布，普通氣相色譜柱的色譜柱的n 約為約為103106。)(2exp22RRRVVVnVnmC 對于色譜過程而言，n很大，采用數(shù)學(xué)上近似處置方法，可推導(dǎo)色譜流出曲線上恣意一點樣品的濃度值：C色譜流出曲線上恣意一點樣品的濃度；色譜流出曲線上恣意一點樣品的濃度；n實際塔板數(shù)；實際塔板數(shù)； m溶質(zhì)的質(zhì)量；溶質(zhì)的質(zhì)量；VR溶質(zhì)的保管體積；溶質(zhì)的保管體積；V色譜流出曲線上恣意一點的保管體積色譜流出曲線上恣意一點的保管體積ll 進樣量越大，峰高越大；進樣量越大，峰高越大；ll 一樣保管時間

25、，塔板數(shù)越大，峰高越一樣保管時間，塔板數(shù)越大，峰高越大；大；l l固定進樣量和塔板數(shù)，保管時間越小，固定進樣量和塔板數(shù)，保管時間越小，色譜峰高且窄；反之，保管時間長的組色譜峰高且窄；反之，保管時間長的組分色譜峰低且寬。分色譜峰低且寬。RVmnC2max而實際塔板高度而實際塔板高度H即：即：222/1)(16)(54.5WtWtnrrnLH2bR22/1R)(16)(54.5WtYtn有效有效有效nLH留意：同一色譜柱用不同物質(zhì)計算可得留意：同一色譜柱用不同物質(zhì)計算可得到不同的塔板數(shù)。到不同的塔板數(shù)。 有效塔板數(shù)有效塔板數(shù)有效塔板高度有效塔板高度塔板實際的優(yōu)點塔板實際的優(yōu)點: 塔板實際是一種半閱

26、歷實際，它初步塔板實際是一種半閱歷實際，它初步提示了色譜分別過程。塔板實際在色譜提示了色譜分別過程。塔板實際在色譜中的意義在于：中的意義在于： 色譜流出曲線符合高斯峰分布；色譜流出曲線符合高斯峰分布； 塔板數(shù)作為衡量柱效目的是有效的；塔板數(shù)作為衡量柱效目的是有效的； 濃度極大點的位置濃度極大點的位置Cmax符合實驗結(jié)果符合實驗結(jié)果。2.用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的目的時，應(yīng)指明測定物衡量柱效能的目的時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。質(zhì)。 1. 柱長一定，有效塔板數(shù)柱長一定，有效塔板數(shù) n 越大，被越大，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多

27、，柱效能越高。效能越高。3. 柱效不能表示被分別組分的實踐分別柱效不能表示被分別組分的實踐分別效果。效果。l塔板實際假設(shè)的缺陷：塔板實際假設(shè)的缺陷：l在氣相色譜中，忽略分子縱向分散；在氣相色譜中，忽略分子縱向分散；l流動相的運動是騰躍式的、不延續(xù)的流動相的運動是騰躍式的、不延續(xù)的假設(shè)顯然違背了實踐色譜過程；假設(shè)顯然違背了實踐色譜過程；l實踐色譜過程難于到達真正的平衡形實踐色譜過程難于到達真正的平衡形狀；狀；l分配系數(shù)與濃度無關(guān)只在一定的范圍分配系數(shù)與濃度無關(guān)只在一定的范圍內(nèi)成立。內(nèi)成立。 l塔板實際的最大缺陷：塔板實際的最大缺陷：l闡明不了色譜流出曲線峰展寬的本質(zhì)及闡明不了色譜流出曲線峰展寬的

28、本質(zhì)及曲線外形變化的影響要素；曲線外形變化的影響要素；l闡明不了各種實驗操作條件變化所引起闡明不了各種實驗操作條件變化所引起的色譜峰峰寬變化的緣由；的色譜峰峰寬變化的緣由；l無法把各種色譜參數(shù)與塔板高度定量地?zé)o法把各種色譜參數(shù)與塔板高度定量地關(guān)聯(lián)起來，特別是不能解釋流速對柱效關(guān)聯(lián)起來，特別是不能解釋流速對柱效率的影響。率的影響。 綜上所述：塔板實際雖為半閱歷實際，但綜上所述：塔板實際雖為半閱歷實際，但在色譜學(xué)開展中起到了率先作用和對實踐任務(wù)在色譜學(xué)開展中起到了率先作用和對實踐任務(wù)的指點作用。的指點作用。 前面知，用塔板實際來闡明色譜前面知，用塔板實際來闡明色譜柱內(nèi)各組分的分別過程并不合理，由柱

29、內(nèi)各組分的分別過程并不合理，由于色譜柱內(nèi)并沒有塔板。當(dāng)同一試樣于色譜柱內(nèi)并沒有塔板。當(dāng)同一試樣進入同一色譜柱，當(dāng)流動相速度變化進入同一色譜柱，當(dāng)流動相速度變化時，得到不同的色譜圖。測得的時，得到不同的色譜圖。測得的 n 和和 H 也不同，充分闡明塔板實際缺乏以也不同，充分闡明塔板實際缺乏以闡明色譜柱的分別過程。闡明色譜柱的分別過程。二、速率實際二、速率實際影響柱效的要素影響柱效的要素H = A + B/u + Cu H：實際塔板高度：實際塔板高度u：載氣的線速度：載氣的線速度(cms-1)A：渦流分散項：渦流分散項：B：分子分散項系數(shù)：分子分散項系數(shù)C ：傳質(zhì)阻力項系數(shù)：傳質(zhì)阻力項系數(shù) 荷蘭荷

30、蘭 Van Deemter1. 渦流分散項渦流分散項 (eddy diffusion) 氣體碰到填充物顆粒時，不斷改動流氣體碰到填充物顆粒時，不斷改動流動方向，使試樣在氣相中構(gòu)成類似動方向，使試樣在氣相中構(gòu)成類似“渦流渦流的流動，引起色譜峰的擴張。的流動，引起色譜峰的擴張。A = 2dp：固定相的填充不均勻因子：固定相的填充不均勻因子dp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的平均顆粒直徑固定相顆粒越小固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，填充的越均勻，A，H，柱效，柱效n對于毛細管柱，對于毛細管柱，A = 0渦流分散項系數(shù)渦流分散項系數(shù)2. 分子分散項分子分散項 (molecular diffusion

31、)B = 2 Dg ：組分分子在柱內(nèi)分散途徑的彎曲程度：組分分子在柱內(nèi)分散途徑的彎曲程度 有關(guān)的因子有關(guān)的因子Dg：試樣組分在氣相中的分散系數(shù)：試樣組分在氣相中的分散系數(shù)(cm2s-1)填充柱色譜填充柱色譜: = 0.5 0.7毛細管柱毛細管柱: = 1流速流速，滯留時間，滯留時間，分散因子，分散因子分散系數(shù)：分散系數(shù)：Dg M載氣載氣-1/2 ； M載氣載氣，B值值分子分散項系數(shù)分子分散項系數(shù) 減小縱向分散項減小縱向分散項u u 采取措施：采取措施： 適當(dāng)提高流動相流速適當(dāng)提高流動相流速u u，減小保管時間，減小保管時間 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。

32、適當(dāng)降低柱溫適當(dāng)降低柱溫c c 。rGMD1GDB23. 傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力項 傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)C等于氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)等于氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl之和：之和： C = Cg+ C = Cg+ ClCl 氣相傳質(zhì)阻力：是指組分分子由氣相氣相傳質(zhì)阻力：是指組分分子由氣相挪動到氣液兩相界面進展交換，這一傳挪動到氣液兩相界面進展交換，這一傳質(zhì)過程中所遭到的阻力。質(zhì)過程中所遭到的阻力。gpDdkkC222g)1 (01.0固定相顆粒越小固定相顆粒越小 dp，Cg；Dg， CglDdkkC2f2l)1 (32Dl為組分在液相中的分散系數(shù)，為組分在液相中的分散系數(shù)

33、， Dl， Cl 液相傳質(zhì)阻力：組分分子由氣液兩相液相傳質(zhì)阻力：組分分子由氣液兩相界面分散至固定液內(nèi)部，進展質(zhì)量交換界面分散至固定液內(nèi)部，進展質(zhì)量交換到達分配平衡后，再前往氣液兩相界面到達分配平衡后，再前往氣液兩相界面的傳質(zhì)過程中所遭到的阻力。的傳質(zhì)過程中所遭到的阻力。df為固定相液膜厚度，為固定相液膜厚度， df，Cl減小采取措施：減小采取措施： 采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cgdp2 Cgdp2 相對分子質(zhì)量小的載氣，相對分子質(zhì)量小的載氣，DGDG大。大。 Cg1/DG Cg1/DG 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度(Cldf2)(Cldf2)并且液膜要并且液膜要均勻；假設(shè)膜

34、厚，分散，費時；但不能太薄，均勻；假設(shè)膜厚，分散，費時；但不能太薄，否那么包不住載體。否那么包不住載體。 DL DL越大越好，添加柱溫是提高越大越好，添加柱溫是提高DLDL的方法之的方法之一。一。 范氏方程討論：范氏方程討論：H=A+B/u+Cu 作作Hu圖圖討論1.曲線有一最低點 uopt (即Hmin) 將方程微分:2.對開管柱(毛細柱) A=0 得Golay方程 H=B/u+Cu 對填充柱A項與u無關(guān),決議于柱的填充情況02CuBdudHCBAH/2minCBuopt/3. u很小時：很小時：Cu項可忽略項可忽略,方程簡化為方程簡化為: H = A + B/u 作作H1/u直線直線,斜率

35、為斜率為B分子分散項對分子分散項對H影響大影響大4. u很大時很大時: B/u項可忽略項可忽略,方程簡化為方程簡化為: H = A + Cu 作作Hu直線直線,斜率為斜率為C，截距，截距A傳質(zhì)阻力項對傳質(zhì)阻力項對H影響大影響大5. k 對板高對板高H的影響的影響(比較復(fù)雜比較復(fù)雜): n隨隨k的變化而變化的變化而變化綜合思索綜合思索: u實踐稍高于實踐稍高于uopt 由于由于:1.右側(cè)曲線斜率小右側(cè)曲線斜率小,u稍變稍變 不會引起不會引起H的大變化的大變化 2. 為提高分析速度為提高分析速度 由于由于u 那么那么tR uDkkdDdkkuDdHlfgpgp)1 (32)1 (01.022222

36、22討論：影響柱效的要素討論：影響柱效的要素1被分別組分在色譜柱內(nèi)的渦流分散、被分別組分在色譜柱內(nèi)的渦流分散、分子分散及傳質(zhì)阻力是呵斥色譜峰擴展，分子分散及傳質(zhì)阻力是呵斥色譜峰擴展，柱效下降的主要緣由。柱效下降的主要緣由。4各種要素相互制約，選擇最正確條件，各種要素相互制約，選擇最正確條件，才干使柱效到達最高。才干使柱效到達最高。3經(jīng)過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、經(jīng)過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。液膜厚度及載氣流速可提高柱效。2速率實際為色譜的速率實際為色譜的 分別和操作條件的分別和操作條件的選擇提供了實際指點。選擇提供了實際指點。單獨用柱效能或單獨用選擇性

37、都不能反映組分的單獨用柱效能或單獨用選擇性都不能反映組分的實踐分別效果實踐分別效果,因此引入綜合性目的分別度因此引入綜合性目的分別度21)(212WWttRRRs影響要素：影響要素：一、分別度的定義一、分別度的定義區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾壬V過程的動力學(xué)要素決議色譜過程的動力學(xué)要素決議保管值之差保管值之差色譜過程的熱力學(xué)要素決議色譜過程的熱力學(xué)要素決議色譜分別關(guān)系式色譜分別關(guān)系式設(shè)兩相鄰峰的峰寬相等，即設(shè)兩相鄰峰的峰寬相等，即w1 = w2w1 = w2，k1= k1= k2 k2 2)1()2(21)1()2()(2WttWWttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又根據(jù)

38、塔板實際得知：又根據(jù)塔板實際得知：1144444222121)2()2()1()2()1()1()2()2()2()2()1()2()2()1()2()2()1()2(kkrrnRttttttttttnRttttttnRttttnRtttnRMMRMRRRRRRMRRRRRMRRRRRR 選擇性較差，柱效低，分別效果更差。選擇性較差，柱效低，分別效果更差。 柱 效 較 柱 效 較高 ， 選 擇高 ， 選 擇性較好性較好,完完全分別；全分別； 選擇性選擇性 較差，柱效較高，根本完全分別較差，柱效較高，根本完全分別選擇性選擇性 較好，但柱效較低，分別的不好；較好，但柱效較低，分別的不好；Rs=1，

39、分別程度，分別程度98%；Rs=1.5，達，達99.7%二、柱效能、選擇性與分別度的關(guān)系二、柱效能、選擇性與分別度的關(guān)系221212s)1rr(R16有效n有效HL221212s)1rr(R16柱效能柱效能n有效越大，越有利于分別；有效越大，越有利于分別；選擇性選擇性r21是兩種組分能否分別的根據(jù)；是兩種組分能否分別的根據(jù)；分別度分別度Rs是色譜柱的總分別效能目的，可以判是色譜柱的總分別效能目的，可以判別物質(zhì)在色譜柱中的分別情況，反響了柱效能別物質(zhì)在色譜柱中的分別情況，反響了柱效能與選擇性影響的總和。與選擇性影響的總和。柱效能柱效能n有效很大，選擇因子有效很大，選擇因子r21接近于接近于1，能

40、夠分不開，能夠分不開柱效能柱效能n有效很大，選擇因子有效很大，選擇因子r21很大，分別得很好很大，分別得很好柱效能柱效能n有效很大，選擇因子有效很大，選擇因子r21等于等于1，一定分不開，一定分不開柱效能柱效能n有效很小，選擇因子有效很小，選擇因子r21接近于接近于1 ，一定分不，一定分不開開柱效能柱效能n有效很小，選擇因子有效很小，選擇因子r21很大，能夠分開很大，能夠分開例：在一定條件下，兩個組分的保管時間分例：在一定條件下，兩個組分的保管時間分別為別為90秒和秒和105秒，死時間為秒，死時間為5秒，要到達完秒，要到達完全分別，計算需求多少塊有效塔板。假設(shè)填全分別，計算需求多少塊有效塔板。

41、假設(shè)填充柱的塔板高度為充柱的塔板高度為0.1cm，柱長應(yīng)是多少？，柱長應(yīng)是多少？解：解：r21= (105-5) / (90-5) = 1.18= 161.52(1.18/0.18)2 n有效有效 = 16Rs2 r21/(r211)2 = 1547塊塊L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cm一、利用純物質(zhì)對照定性一、利用純物質(zhì)對照定性 比較試樣中具有與純物質(zhì)一樣保管值的比較試樣中具有與純物質(zhì)一樣保管值的色譜峰，來確定試樣中能否含有該物質(zhì)。色譜峰，來確定試樣中能否含有該物質(zhì)。二、利用參與純物質(zhì)峰高添加定性二、利用參與純物質(zhì)峰高添加定性 將純物質(zhì)參與到試樣中，察

42、看各組分將純物質(zhì)參與到試樣中，察看各組分色譜峰的相對變化，峰高添加的組分能色譜峰的相對變化，峰高添加的組分能夠為這種純物質(zhì)。夠為這種純物質(zhì)。三、利用相對保管值定性三、利用相對保管值定性相對保管值相對保管值r21僅與柱溫暖固定液性質(zhì)有關(guān)僅與柱溫暖固定液性質(zhì)有關(guān)四、利用保管指數(shù)定性四、利用保管指數(shù)定性保管指數(shù)又稱保管指數(shù)又稱Kovats指數(shù)，是一種重指數(shù)，是一種重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)。現(xiàn)性較好的定性參數(shù)。 將正構(gòu)烷烴作為規(guī)范，規(guī)定其保管指數(shù)為將正構(gòu)烷烴作為規(guī)范，規(guī)定其保管指數(shù)為分子中碳原子個數(shù)乘以分子中碳原子個數(shù)乘以100如正己烷的保如正己烷的保管指數(shù)為管指數(shù)為600。保管指數(shù)測定方法：保管指數(shù)測定方法：經(jīng)過選定兩個相鄰的正構(gòu)烷烴，其分別具經(jīng)過選定兩個相鄰的正構(gòu)烷烴，其分別具有有Z和和Z1個碳原子。被測物質(zhì)個碳原子。被測物質(zhì)X的保管的保管時間應(yīng)在相鄰兩個正構(gòu)烷烴的保管值之間時間應(yīng)在相鄰兩個正構(gòu)烷烴的保管值之間進樣進樣空氣峰空氣峰tR(Z)tR(x)tR(Z+