色譜法的原理以及定量分析講課稿

1、色譜法的原理以及定量分析7.1.1 色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展7.1.2 什么是色譜法什么是色譜法7.1.3 色譜法分類色譜法分類色譜分析法簡介色譜分析法簡介1.色譜法的產(chǎn)生色譜法的產(chǎn)生色譜法是一種分離技術色譜法是一種分離技術俄國植物學家茨維特俄國植物學家茨維特1906年創(chuàng)立年創(chuàng)立7.1.1 色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展分離植物葉子中的色素時，將葉片的分離植物葉子中的色素時，將葉片的石油醚（飽和烴混合物）提取液倒入石油醚（飽和烴混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充玻璃管中，柱中填充CaCO3粉末（有粉末（有吸附能力吸附能力)，用純石油醚洗脫（淋洗）。，用純石油醚洗脫（淋洗）。

2、色素受兩種作用力影響色素受兩種作用力影響一種是一種是CaCO3 吸附，使色素在柱中吸附，使色素在柱中停滯下來停滯下來一種是被石油醚溶解，使色素向下一種是被石油醚溶解，使色素向下移動移動各種色素結構不同，受兩種作用力大各種色素結構不同，受兩種作用力大小不同，經(jīng)一段時間洗脫后，色素在小不同，經(jīng)一段時間洗脫后，色素在柱子上分開，形成了各種顏色的譜帶，柱子上分開，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。Tsweet的實驗2. 色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展1930年代初：年代初：R.Kuhn把把M.Tswett的方法用于類的方法用于類胡蘿卜素的胡蘿卜素的 分離，從此色譜法得以廣

3、泛應用。分離，從此色譜法得以廣泛應用。1935年：年：Adams和和Holmes第一次用苯酚和甲醛第一次用苯酚和甲醛合成了人工有機離子交換劑，能交換合成了人工有機離子交換劑，能交換陽離子和有陽離子和有機氫離子機氫離子。后來又合成了陰離子交換劑，既可用。后來又合成了陰離子交換劑，既可用于離子交換，又用于色譜分離于離子交換，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法離子交換色譜法。至。至1950年此方法已成型。年此方法已成型。7.1.1 色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展色譜法的產(chǎn)生和發(fā)展1938年：年：Izmailov等人將糊狀等人將糊狀Al2O3漿液在玻璃板漿液在玻璃板上鋪成均勻薄層，用于分離植物中

4、的藥用成分，上鋪成均勻薄層，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。（用于薄層的材料已發(fā)展。（用于薄層的材料已發(fā)展至多種：如硅酸、聚酰胺等）。至多種：如硅酸、聚酰胺等）。1941年：年：Martin和和Synge設計了兩套萃取儀器，將設計了兩套萃取儀器，將蛋白質水解產(chǎn)物的蛋白質水解產(chǎn)物的乙?；被嵋阴；被嵊伤芤褐刑崛∮伤芤褐刑崛〉接袡C相而進行色譜分離。不久又研究了顆粒硅到有機相而進行色譜分離。不久又研究了顆粒硅膠柱中三種衍生化氨基酸混合物在水相和有機相膠柱中三種衍生化氨基酸混合物在水相和有機相(氯仿氯仿)之間的不等分配，獲得成功，使三個組分得之間的不等分配，獲

5、得成功，使三個組分得到良好的分離到良好的分離,為為液液分配色譜液液分配色譜奠定了基礎。奠定了基礎。1944年：年：Consden，Gordon和和Martin將纖維（濾紙）將纖維（濾紙）作固定載體，以水吸附在濾紙上作溶劑，根據(jù)組分作固定載體，以水吸附在濾紙上作溶劑，根據(jù)組分在兩相中溶解度不同，即滲透率（速率）不同而使在兩相中溶解度不同，即滲透率（速率）不同而使各組分彼此分離，稱之為各組分彼此分離，稱之為紙色譜法紙色譜法。1952年：年：Martin和和Synge又研究成功了在惰性載體又研究成功了在惰性載體表面涂漬一層均勻的有機化合物膜作為固定相，并表面涂漬一層均勻的有機化合物膜作為固定相，并以

6、氣體為流動相，用來分離脂肪酸混合物以氣體為流動相，用來分離脂肪酸混合物即今即今日的日的氣液色譜氣液色譜。1954年：年：Ray提出以提出以熱導池熱導池作為氣相色譜的檢測器，作為氣相色譜的檢測器，使使氣相色譜應用更加廣泛氣相色譜應用更加廣泛。1957年：年：Golay首先應用小口徑毛細管柱進行色首先應用小口徑毛細管柱進行色譜分離實驗，結果證明了它具有高分辨率和高效譜分離實驗，結果證明了它具有高分辨率和高效能能 即為今日的即為今日的高效氣相色譜法。高效氣相色譜法。1959年：年：Porath和和Flodin提出了使用具有化學惰提出了使用具有化學惰性的多孔凝膠作固定相的性的多孔凝膠作固定相的空間排阻

7、色譜法空間排阻色譜法，根據(jù)，根據(jù)固定相孔隙尺寸不同而具有不同的選擇性滲透能固定相孔隙尺寸不同而具有不同的選擇性滲透能力，從而對分子量分布不同的樣品實現(xiàn)了分離。力，從而對分子量分布不同的樣品實現(xiàn)了分離?？捎糜跍y定聚合物的相對分子質量的的分布?？捎糜跍y定聚合物的相對分子質量的的分布。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年年中國科學院大連化學物理研究所首先開發(fā)中國科學院大連化學物理研究所首先開發(fā)經(jīng)過幾十年的努力，我國色譜基礎理論研經(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色，居世界究和應用技術研究方面具有特色，居世界領先行列。領先行列。

8、 隨著被分離樣品種類的增多，該方法廣隨著被分離樣品種類的增多，該方法廣泛地用于無色物質的分離，泛地用于無色物質的分離，“色譜色譜”名稱名稱中的中的“色色”失去了原有的意義，但失去了原有的意義，但“色譜色譜”這一名稱沿用至今。這一名稱沿用至今。1. 色譜法色譜法混合物在流動相的攜帶下通過色譜柱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。分離出幾種組分的方法。7.1.2 什么是色譜法什么是色譜法2. 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 （如：（如： CaCO3 ）固體吸附劑：固體吸附劑：CaCO3、Al 2O3等等液體固定相（載體液體固定相（載體+固

9、定液固定液高沸點有機化合高沸點有機化合物，涂在載體上）物，涂在載體上）流動相流動相推動混合物流動的相推動混合物流動的相 （如：石油醚）（如：石油醚）氣體氣體 1952年產(chǎn)生年產(chǎn)生GC，是色譜法一項革命性進展，是色譜法一項革命性進展液體液體流的速度慢，加壓，使其流快，流的速度慢，加壓，使其流快，1969年年HPLC7.1.2 什么是色譜法什么是色譜法3. 色譜分離法特征色譜分離法特征n一定是先分離、后分析一定是先分離、后分析n一定具有兩相：固定相和流動相一定具有兩相：固定相和流動相n分離：利用組分在兩相中分配系數(shù)或吸分離：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附能力的差異進行分離7.1

10、.2 什么是色譜法什么是色譜法4. 色譜法特點：色譜法特點：（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）應用范圍廣）應用范圍廣7.1.2 什么是色譜法什么是色譜法1 1、按兩相狀態(tài)分類、按兩相狀態(tài)分類2 2、按操作形式分類、按操作形式分類3 3、按分離原理分類、按分離原理分類7.1.3 色譜法分類色譜法分類（1 1）氣相色譜）氣相色譜（2 2）液相色譜）液相色譜（3 3）超臨界液體色譜）超臨界液體色譜（1 1）柱色）柱色（2 2）紙色譜）紙色譜（3 3）薄層色譜）薄層色譜（1 1）吸附色譜）吸附色譜（2 2）分配色譜）分配色譜（3 3）離子交換色譜）離

11、子交換色譜（4 4）凝膠色譜）凝膠色譜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：氣體作流動相，固體吸附劑作固定相）氣固色譜：氣體作流動相，固體吸附劑作固定相（2 2）氣液色譜：氣體作流動相，固定液作固定相。）氣液色譜：氣體作流動相，固定液作固定相。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，固體吸附劑作固體相）液固色譜：液體作流動相，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。超臨界液體色譜超臨界液體色譜超臨界流體作色譜流動相。超臨界流體作色

12、譜流動相。7.1.3 色譜法分類色譜法分類2、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固定相填充到柱管內 毛細管柱色譜毛細管柱色譜把固定相涂在毛細管內壁上，把固定相涂在毛細管內壁上， 中間是空的。中間是空的。（2 2）紙色譜：）紙色譜：濾紙為固定相的色譜法，流動相是含濾紙為固定相的色譜法，流動相是含一定比例水的有機溶劑，樣品在濾紙上展開進行一定比例水的有機溶劑，樣品在濾紙上展開進行分離。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的色把固體固定相壓成或涂成薄膜的色譜法。譜法。7.1.3 色譜法分類色譜法分類 3、按分

13、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的各利用吸附劑表面對被分離的各組分吸附能力不同進行分離。組分吸附能力不同進行分離。 （2 2）分配色譜：）分配色譜：利用不同組分在兩相分配系數(shù)利用不同組分在兩相分配系數(shù)或溶解度不同進行分離?；蛉芙舛炔煌M行分離。 （3 3）離子交換色譜：）離子交換色譜：利用不同組分對離子交換利用不同組分對離子交換劑親和力不同進行分離。劑親和力不同進行分離。 （4 4）凝膠色譜：）凝膠色譜：利用凝膠對分子的大小和形狀利用凝膠對分子的大小和形狀不同的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同而進行分離的不同的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同而進行分離的色譜法

14、。色譜法。 7.1.3 色譜法分類色譜法分類第七章第七章 色譜法色譜法 7.1 色譜分析法簡介色譜分析法簡介 7.2 色譜圖及色譜常用術語色譜圖及色譜常用術語 7.3 色譜法的基本理論色譜法的基本理論 7.4 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析 7.5 氣相色譜法氣相色譜法 7.6 高效液相色譜法高效液相色譜法7.2.1 色譜圖色譜圖7.2.2 色譜常用術語色譜常用術語7.2.3 根據(jù)色譜圖可得到的重要信根據(jù)色譜圖可得到的重要信息息7.2.1 色譜圖n混合物樣品（混合物樣品（A+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，各個組分記錄下來。組分從色譜柱流出時，各個組

15、分在檢測器上所產(chǎn)生的信號隨時間變化，所形成在檢測器上所產(chǎn)生的信號隨時間變化，所形成的曲線叫色譜圖。的曲線叫色譜圖。n記錄了各個組分流出色譜柱的情況，又叫色譜記錄了各個組分流出色譜柱的情況，又叫色譜流出曲線流出曲線1. 基線基線在實驗操作條件下，色譜柱后沒有組分流出的在實驗操作條件下，色譜柱后沒有組分流出的曲線叫基線。曲線叫基線。穩(wěn)定情況下是一條直線穩(wěn)定情況下是一條直線基線上下波動稱為噪音基線上下波動稱為噪音7.2.1 色譜常用術語2. 色譜峰的高度（色譜峰的高度（峰高，峰高，h ）色譜峰最高點與基線之間的距離色譜峰最高點與基線之間的距離可用可用mm、mV、 mA表示表示峰高低與組分濃度有關，峰

16、越高越窄越好峰高低與組分濃度有關，峰越高越窄越好 h3. 色譜峰的寬度色譜峰的寬度(區(qū)域寬度區(qū)域寬度)q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。q峰底寬峰底寬Wb色譜峰兩側拐點所作切線在基線上的距離色譜峰兩側拐點所作切線在基線上的距離 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 Wb =4 W1/2 =0.589Wb WbW1/2 4. 色譜峰面積（色譜峰面積（A） n色譜峰與峰底所圍的面積。色譜峰與峰底所圍的面積。n對于對稱的色譜峰對于對稱的色譜峰 A=1.065h W1/2n對于非對稱的色

17、譜峰對于非對稱的色譜峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 5. 死時間死時間t0不被固定相吸附或溶解的組分流經(jīng)色譜柱所需時間不被固定相吸附或溶解的組分流經(jīng)色譜柱所需時間從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰最大值所需時間從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰最大值所需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）流出色譜柱所需時間所需時間t06. 保留時間保留時間tR 組分流經(jīng)色譜柱組分流經(jīng)色譜柱時所需時間。時所需時間。進樣開始到柱后進樣開始到柱后出現(xiàn)最大值時所出現(xiàn)最大值時所需的時間需的時間操作條件不變時，操作條件不變時，一種組分有一個一種組分有一個tR定值定值定性參數(shù)定性參

18、數(shù)7. 調整保留時間調整保留時間tR扣除了死時間的?？鄢怂罆r間的保留時間，又稱校正留時間，又稱校正保留時間，實際保保留時間，實際保留時間。留時間。tR=tR-t0體現(xiàn)的是組分在柱體現(xiàn)的是組分在柱中被吸附或溶解的中被吸附或溶解的時間。時間。 tR8. 死體積死體積V0不被固定相滯留的組分流經(jīng)色譜柱所消耗的流動相體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，色譜柱中載氣所占的體積。積稱死體積，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 9. 保留體積保留體積VR 組分從進樣開始到色譜柱后出現(xiàn)最大值時所需流動相

19、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，組分通過色譜柱時所需流動相體積體積，組分通過色譜柱時所需流動相體積VR =t RF 010. 調整保留體積調整保留體積VR扣除了死體積的保留體積，真實的將待測組分從固定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所需的流動相體積。相中攜帶出柱子所需的流動相體積。VR= tRF 011. 相對保留值相對保留值i ,s 在相同操作條件下，組分在相同操作條件下，組分i對參比組分對參比組分s調整保留值之比調整保留值之比色譜保留值定性的依據(jù)6. 保留時間保留時間tR 7. 調整保留時間調整保留時間tR 9. 保留體積保留體積VR 10.

20、 調整保留體積調整保留體積VR 11. 相對保留值相對保留值i ,s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 和所消耗流動和所消耗流動相的體積來表示。相的體積來表示。組分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越組分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越強，在柱中滯留的時間越長，消耗的流動相體積越大強，在柱中滯留的時間越長，消耗的流動相體積越大固定相、流動相固定，條件一定時，組分的保留值是固定相、流動相固定，條件一定時，組分的保留值是個定值。個定值。 V0、t0與被測組分無關，因而與被測組分無關，因而VR . tR更合理地反映了更合理地反映了物質在柱中的保留情

21、況。物質在柱中的保留情況。7.2.3 根據(jù)色譜圖可得到的重要信息根據(jù)色譜圖可得到的重要信息（1）色譜峰個數(shù)色譜峰個數(shù)判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)（2）色譜峰的位置即保留值色譜峰的位置即保留值進行定性分析進行定性分析（3）色譜峰的色譜峰的h 、A 進行定量分析進行定量分析（4）色譜峰的位置及峰的寬度色譜峰的位置及峰的寬度可評價色譜柱效（分離效能）可評價色譜柱效（分離效能）（5）色譜峰兩峰間的距離色譜峰兩峰間的距離可評價固定相或流動相選擇是否合適可評價固定相或流動相選擇是否合適第七章第七章 色譜法色譜法 7.1 色譜分析法簡介色譜分析法簡介 7.2 色譜圖及色譜常用術語

22、色譜圖及色譜常用術語 7.3 色譜法的基本理論色譜法的基本理論 7.4 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析 7.5 氣相色譜法氣相色譜法 7.6 高效液相色譜法高效液相色譜法色譜分析色譜分析目的目的是將樣品中各組分彼此分離是將樣品中各組分彼此分離對樣品中的組分進行定性、定量分析對樣品中的組分進行定性、定量分析組分達到完全分離，兩峰間的距離須足組分達到完全分離，兩峰間的距離須足夠遠夠遠兩峰間的距離是由組兩峰間的距離是由組分由在兩相間的分配系分由在兩相間的分配系數(shù)數(shù)K決定，即與色譜過程的熱力學性質有關。決定，即與色譜過程的熱力學性質有關。兩兩峰間雖有一定距離，但若每個峰都很寬，峰間雖有一定距離，

23、但若每個峰都很寬，彼彼此此重疊，則峰不能分開重疊，則峰不能分開峰的寬或峰的寬或窄是由組分在色譜住中傳質窄是由組分在色譜住中傳質和擴散和擴散行為決定，即與色譜過程的動力學性質有關行為決定，即與色譜過程的動力學性質有關7.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比7.3.2 塔板理論塔板理論7.3.3 速率理論速率理論范第姆特方程范第姆特方程7.3.4 分離度分離度7.3.5 基本分離方程基本分離方程 在一定溫度下，組分在流動相和在一定溫度下，組分在流動相和固定相之間所達到的平衡叫分配平衡，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行為常采用組分在兩相中的分配行為常采用分配分配系數(shù)系數(shù)K

24、K和和分配比分配比k k來表示。來表示。 7.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比K僅與兩個變量相關：固定相、溫度僅與兩個變量相關：固定相、溫度TK與兩相體積、管柱特性、使用儀器無關與兩相體積、管柱特性、使用儀器無關=c cs/c 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 1. .分配系數(shù)分配系數(shù) K (K (濃度分配系數(shù)濃度分配系數(shù)) )7.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比C Cs和和c cm-組分在固定相和流動相中的濃度組分在固定相和流動相中的濃度2. 分配比分配比 k (容量因子，容量比容量因子，容量比) 組分在固定相中的質量

25、組分在固定相中的質量 組分在流動相中的質量組分在流動相中的質量 = K Vs/Vm k = =ms/ mm 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，組分在固定相中質量越多，越大，組分在固定相中質量越多， tR越長越長K、k越大，組分在固定相中越大，組分在固定相中tR就越長就越長7.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比ms 和和 mm -組分在固定相和流動相中的質量組分在固定相和流動相中的質量Vs 和和 Vm -柱中固定相和流動相中的體積柱中固定相和流動相中的體積3. k與與tR之間的關系之間的關系k = tR / t0 = (tR-t0) / t0

26、k = VR / V0 = (VR-V0) / V07.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比4. K及及k與選擇因子與選擇因子之間的關系之間的關系7.3.1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比實際意義：實際意義： =1K（B）=K（A）, tR(B)= tR(A)A、B兩組分色譜峰重合兩組分色譜峰重合K或或k相差越大，分離越好，相差越大，分離越好，色譜分離先決條件：兩組分具有不同的色譜分離先決條件：兩組分具有不同的K或或k 1 （1或或 1）)()(AtBtRR)()()()(AKBKAkBk在在50年代，色譜技術發(fā)展的年代，色譜技術發(fā)展的初期，初期，Martin等人把色譜分等人把色譜分離過

27、程比作分餾過程，并把離過程比作分餾過程，并把分餾中的半經(jīng)驗理論塔板分餾中的半經(jīng)驗理論塔板理論用于色譜分析法理論用于色譜分析法用精餾塔中塔板的概念來描用精餾塔中塔板的概念來描述組分在兩相間的分配行為述組分在兩相間的分配行為入埋論塔板數(shù)作為衡量柱效入埋論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標率的指標7.3.2 塔板理論塔板理論 塔板理論把色譜柱比作一個分餾塔，假設柱塔板理論把色譜柱比作一個分餾塔，假設柱內有內有n個塔板，每個塔板高度稱為理論塔板高度，個塔板，每個塔板高度稱為理論塔板高度，用用H表示表示，在每個塔板內，試樣各組分在兩相，在每個塔板內，試樣各組分在兩相中分配并達到平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和中分配

28、并達到平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分離，揮發(fā)度大的最先從揮發(fā)度小的組分彼此分離，揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。盡管這個理論并不完全塔頂（即柱后）逸出。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符合色譜柱的分離過程，色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差別，但是因為這個比喻餾塔分離有著重大的差別，但是因為這個比喻形象簡明，因此幾十年來一直沿用。形象簡明，因此幾十年來一直沿用。1. 基本假設7.3.2 塔板理論塔板理論n =L/H 或或 H=L/n L-色譜柱長度色譜柱長度 H-塔板高度塔板高度 n-塔板數(shù)目塔板數(shù)目L固定固定， H越小，越小，n越多，分離

29、效果越好，越多，分離效果越好， H、n 評價柱效評價柱效n與與Wb ， W 1/2 的關系的關系 n = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 2.塔板理論方程式塔板理論方程式7.3.2 塔板理論塔板理論 有時計算的有時計算的n 大且大且H小，但分離效果卻不好小，但分離效果卻不好原因：原因：tR 內含內含t0 后來改用有效塔板數(shù)和有效塔板高度后來改用有效塔板數(shù)和有效塔板高度n 有效有效= 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 H有效有效n 有效有效n理理 = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 H理理n 理理塔板理

30、論的優(yōu)勢塔板理論的優(yōu)勢用熱力學觀點形象地描述了溶質在色譜柱中的分用熱力學觀點形象地描述了溶質在色譜柱中的分配平衡和分離過程，導出流出曲線的數(shù)學模型，并配平衡和分離過程，導出流出曲線的數(shù)學模型，并成功解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置成功解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置提出了計算理論塔板高度、塔板數(shù)的公式及評價提出了計算理論塔板高度、塔板數(shù)的公式及評價柱效的方法，具有開創(chuàng)性柱效的方法，具有開創(chuàng)性塔板理論的缺點塔板理論的缺點基本假設不完全符合柱內實際發(fā)生的分離過程，基本假設不完全符合柱內實際發(fā)生的分離過程，未考慮各種動力學因素對色譜柱內傳質過程的影響未考慮各種動力學因素對色譜柱內傳質過程

31、的影響同一試樣進入同一色譜柱，當流動相速度變化時，同一試樣進入同一色譜柱，當流動相速度變化時，得到不同的色譜圖；測得的得到不同的色譜圖；測得的 n 和和 H 也不同。也不同。 1956年，荷蘭學者范第姆特年，荷蘭學者范第姆特(VanDeomter)提出提出色譜柱分離過程中復雜因素使色譜峰變寬而致柱效色譜柱分離過程中復雜因素使色譜峰變寬而致柱效降低（降低（H 增大）的影響進行描述增大）的影響進行描述方程方程:u為流動相線速度cm.s-1，線速度=L(柱長)/t01. 理論模型-范第姆特方程 7.3.3 速率理論n提出了影響的三項因素提出了影響的三項因素l渦流擴散項渦流擴散項A, 分子擴散項分子擴

32、散項B/u, 傳質阻力項傳質阻力項Cun流動相流速一定，流動相流速一定，l當、最小時，才小，當、最小時，才小，n 最高，柱效高最高，柱效高l當、最大時，才大，當、最大時，才大，n 最小，柱效低最小，柱效低（1）渦流擴散項A 在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷在填充色譜柱中，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，不斷改變移時，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流動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似“渦流渦流”的流動，故稱渦流擴散。的流動，故稱渦流擴散。 渦流擴散項系數(shù)渦流擴散項系數(shù)A l - 填充不規(guī)則因子填充不規(guī)則因

33、子ldp - 填充物的平均直徑填充物的平均直徑 減小減?。汗潭ㄏ囝w粒應適當細小、要均勻填充固定相顆粒應適當細小、要均勻填充 待測組分是以待測組分是以“塞子塞子”的形式被的形式被流動相帶入色譜柱的，在流動相帶入色譜柱的，在“塞子塞子”前前后存在濃度梯度，由濃后存在濃度梯度，由濃稀方向擴散，稀方向擴散，產(chǎn)生了縱向擴散，使色譜峰展寬。產(chǎn)生了縱向擴散，使色譜峰展寬。（2）分子擴散項B/u（縱向擴散項） 分子擴散項系數(shù)分子擴散項系數(shù)Bl 是填充柱內流動相擴散路徑彎曲的因素，是填充柱內流動相擴散路徑彎曲的因素，也稱也稱彎曲因子彎曲因子，它反映了固定相的幾何形狀對分，它反映了固定相的幾何形狀對分子擴散的阻礙

34、情況。子擴散的阻礙情況。l 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)（c m2s-1）。）。 l 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大的多（約大的多（約105倍）倍） 減小縱向擴散項減小縱向擴散項u u 采取措施：采取措施：l 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l 用相對分子質量較大的氣體作流動相用相對分子質量較大的氣體作流動相 D Dgl 適當降低柱溫適當降低柱溫Mr1（3）傳質阻力項Cu傳質阻力系數(shù)傳質阻力系數(shù) C C m m+ C+ Cs sgpnDdkkC222) 1(01.0mCs Cs -固定項傳質阻力系數(shù)固定

35、項傳質阻力系數(shù), ,即組分從即組分從兩相界面移動到兩相界面移動到固定相內部固定相內部，達分配平衡，達分配平衡后，又返回到兩相界面，后，又返回到兩相界面，在這過程中所受到的阻力在這過程中所受到的阻力為固定相傳質阻力。為固定相傳質阻力。SSDfdkkC2) 1 (322固定液膜厚度固定液膜厚度C Cm m 流動相傳質阻力系數(shù)流動相傳質阻力系數(shù), ,組分從流動相移動到固組分從流動相移動到固定相表面進行定相表面進行兩相之間兩相之間的質量交換的質量交換時所受到的時所受到的阻力，質量交換慢，引阻力，質量交換慢，引起色譜峰變寬。起色譜峰變寬。組分在固定相中擴散系數(shù)組分在固定相中擴散系數(shù)減小的措施減小的措施：

36、 采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cmdp2 相對分子質量小的載氣，相對分子質量小的載氣，Dg大大 Cm1/Dg 降低固定液液膜厚度并且液膜要均勻；膜太厚，降低固定液液膜厚度并且液膜要均勻；膜太厚，擴散費時；臘太薄，包不住載體。擴散費時；臘太薄，包不住載體。 Csdf2 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 C C m m+ C+ Cs sgpnDdkkC222) 1(01.0mSSDfdkkC2) 1 (322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

37、。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。載氣流速載氣流速l流速小時，流速小時，u u是影響的主要因素，選是影響的主要因素，選r r大大的載氣，的載氣，；l流速大時，流速大時，C uC u是影響的主要因素，選是影響的主要因素，選r r小的小的載氣，載氣，H H2 2，NeNe采用適當?shù)闹鶞?。采用適當?shù)闹鶞?。氣相色譜氣相色譜 uDskkdDdkkuDdHfgpgp)1 (32)1 (01. 02222222gl 液相色譜液相色譜 uDfduDpduDdpHsmm2222glHuGC（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都大都大

38、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（4）流動相線速度u對H的影響可測三種流速對應的板高可測三種流速對應的板高H H，解三元一次方程，求解三元一次方程，求出出A A、B B、C C即可求出即可求出u u最佳最佳和和H 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 u最佳最佳的的流速，常用流速，常用u u最佳最佳。BCACBCCBBAC u最佳u最佳BAH2/最小CBu最佳GC中最佳流速可通過實驗和計算方法求得7.3.4 分離度分離度R定義：相鄰兩個峰的保留值

39、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色譜柱的總分離效能指標色譜柱的總分離效能指標 2/ )(1212bbRRWWttRv分子反映溶質在兩相中分配行為對分離的影響，分子反映溶質在兩相中分配行為對分離的影響，v 是色譜分離的是色譜分離的熱力學因素熱力學因素。v分母反映動態(tài)過程溶質區(qū)帶的擴寬對分離的影響，分母反映動態(tài)過程溶質區(qū)帶的擴寬對分離的影響，v是色譜分離的是色譜分離的動力學因素動力學因素。v兩溶質保留時間相差越大，色譜峰越窄，分離越好兩溶質保留時間相差越大，色譜峰越窄，分離越好兩個峰兩個峰t tR R 相差越大，相差越大，W W越窄，值越大，越窄，值越大，說

40、明柱分離較能高。說明柱分離較能高。 .5 .5 兩個組分能完全分開。兩個組分能完全分開。 .0 .0 兩組分能分開，滿足分析要求。兩組分能分開，滿足分析要求。 .0 .0 兩峰有部分重疊。兩峰有部分重疊。2/ )(1212bbRRWWttR1.分離度與柱效能，選擇性的關系 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

41、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布行為的重要參數(shù)，用r2,1相對保留值表示. r2,1越大，保留時間相差大，分離越好（但未考慮峰寬因素）7.3.5 色譜基本分離方程色譜基本分離方程、分離度與柱效能，選擇性的關系 121 , 2RRttr22/1)(54. 5WtnR2/ )(1212bbRRWWttR n = 5.54 (tR /W1/2)2=16 (tR/Wb )2 、分離度與柱效能，選擇性的關系 221 , 21 , 22)1()1(16kkrrRn1141 , 21 , 2kkrrnRa:柱效項：塔板數(shù)決定，n 越大，柱效越高分離的

42、越好。、分離度與柱效能，選擇性的關系 1141 , 21 , 2kkrrnRb b：選擇性項：選擇性項：r r2,12,1越大，越大，t tR R（）（）與與t tR R（1 1） 相相差越大，分的越好。差越大，分的越好。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，柱容量合適長，柱容量合適, ,分的才好。分的才好。 一般一般k k 以以n有效有效表示，則有：表示，則有：21 , 21 , 22)1(16rrRn有效1 , 21 , 214rrnR有效例題：例題： 在一定條件下，兩個組分的調整保留時間分別為在一定條件下，兩個組分的調整保留時

43、間分別為85秒和秒和100秒秒，要達到完全分離，即要達到完全分離，即R=1.5 。計算計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長是多少？柱長是多少？解解： r21= 100 / 85 = 1.18 n有效有效 = 16R2 r21 / (r21 1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（塊）塊） L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，米時，兩組分可以得到完全分離兩組分可以得到完全分離。第七章第七章 色譜法色譜法 7.1 色譜分析法簡介

44、色譜分析法簡介 7.2 色譜圖及色譜常用術語色譜圖及色譜常用術語 7.3 色譜法的基本理論色譜法的基本理論 7.4 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析 7.5 氣相色譜法氣相色譜法 7.6 高效液相色譜法高效液相色譜法7.4.1 定性分析定性分析7.4.2 定量分析定量分析124 色譜定性和定量分析一、定性分析 定性分析的任務是確定色譜圖上各個峰代表什么物質。 1.利用保留值與已知物對照定性（1）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進樣，兩者保留值相同，可能為同一物質。 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。（2）利用峰高增量定性 若樣品復雜，流出

45、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，若被測組分峰高增加了，則可能含該已知物。（3）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，使不同物質顯示不同保留值。例：選用極性差別較大的兩種不同固定液來制備色譜柱，不同物質具有不同保留值2.與其它分析儀器聯(lián)用的定性方法小型化的臺式色質譜聯(lián)用儀（小型化的臺式色質譜聯(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二、定量分析 氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測器對溶質產(chǎn)生的響應信號與溶質的量成正比的原理，通過色譜圖上的峰面積或峰高，計算樣品中溶質的含

46、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的質量，的質量，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）/21、定量校正因子 色譜定量分析是基于峰面積與組分的量成正比關系。 但由于同一檢測器對不同物質具有不同的響應值，即不同物質檢測器的靈敏度不同，相同的峰面積并不意味著有相等的量。 定量校正因子：單位峰面積對應組分的質量。 fi=mi/Ai fi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，