第十五章色譜法導(dǎo)論

1、1周口師范學(xué)院化學(xué)系授課老師：劉增臣第第 一一 章章 緒論緒論 第第 三三 章章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論 第第 四四 章章 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 第第 五五 章章 原子吸收與原子熒光光譜法原子吸收與原子熒光光譜法第第 六六 章章 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法 第第 七七 章章 紫外紫外- -可見吸收光譜法可見吸收光譜法第第 八八 章章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法第第 九九 章章 核磁共振波譜法核磁共振波譜法第第 十十 章章 質(zhì)譜分析法質(zhì)譜分析法第第 十一十一 章章 電分析化學(xué)導(dǎo)論電分析化學(xué)導(dǎo)論第第 十二十二 章章 電位分析法電位分析法第第 十三十三 章章 電解及庫(kù)侖分析法電解及

2、庫(kù)侖分析法 第第 十四十四 章章 極譜法與伏安法極譜法與伏安法第第 十五十五 章章 色譜法色譜法導(dǎo)論導(dǎo)論第第 十六十六 章章 氣相色譜法氣相色譜法第第 十七十七 章章 高效液相色譜法高效液相色譜法第第 十八十八 章章 其它儀器分析方法其它儀器分析方法 光光學(xué)分析學(xué)分析 電電學(xué)分析學(xué)分析 分離分離分析分析其他分析其他分析 質(zhì)質(zhì)譜分析譜分析 （其他分析）（其他分析） 3第十第十五五章章 色譜法導(dǎo)論色譜法導(dǎo)論第一節(jié)第一節(jié) 色譜基本概念色譜基本概念第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) 色譜定性定量分析色譜定性定量分析4概述 色譜法又稱色層法或?qū)游龇?，是一種比萃取、蒸餾等更高效、應(yīng)用更廣泛

3、的分析技術(shù)。 色譜法早在1906年由俄國(guó)植物學(xué)家Tswett分離植物色素時(shí)采用。 他在研究植物葉的色素成分時(shí)，將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內(nèi)，然后加入石油醚使其自由流下，結(jié)果色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶。這種方法因此得名為色譜法。以后此法逐漸應(yīng)用于無色物質(zhì)的分離，“色譜”二字雖已失去原來的含義，但仍被人們沿用至今。5 在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內(nèi)靜止不在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內(nèi)靜止不動(dòng)的一相（固體或液體）稱為動(dòng)的一相（固體或液體）稱為固定相固定相 ； 自上而下自上而下淋洗淋洗運(yùn)動(dòng)的一相（一般是氣體或液體）運(yùn)動(dòng)的一相（一般是氣體或液體）稱為稱為流動(dòng)

4、相流動(dòng)相 ； 裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為色色譜柱譜柱。6t s7色譜法的實(shí)質(zhì)色譜法的實(shí)質(zhì) 色譜法的實(shí)質(zhì)是一種物理化學(xué)分離分析方法?；诨旌衔镏懈鹘M分在互不相容的兩相中，具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，混合物各組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配。這樣就使得那些分配系數(shù)只有微小差別的組分在移動(dòng)速率上產(chǎn)生差別，從而得到分離。8色譜法的分類色譜法的分類1. 按兩相物理狀態(tài)分類按兩相物理狀態(tài)分類 氣固色譜氣固色譜(GSC)、氣液色譜、氣液色譜(GLC)、液固色譜、液固色譜(LSC)、液液色譜液液色譜(LLC)2. 按固定相的固定方式狀態(tài)分類按固定

5、相的固定方式狀態(tài)分類 (1)柱色譜：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜柱色譜：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜-固定相安裝在固定相安裝在柱內(nèi)或柱壁上。柱內(nèi)或柱壁上。 (2)薄層色譜：將固定相涂在玻璃板或塑料板上。薄層色譜：將固定相涂在玻璃板或塑料板上。 (3) 紙色譜：用濾紙做固定相或固定相載體。紙色譜：用濾紙做固定相或固定相載體。 93. 按分離機(jī)理分類按分離機(jī)理分類(1)吸附色譜：利用吸附劑對(duì)不同組分的吸附性能的差別而進(jìn)吸附色譜：利用吸附劑對(duì)不同組分的吸附性能的差別而進(jìn)行分離行分離(2)分配色譜：利用不同組分在兩相間的分配系數(shù)的差別而進(jìn)分配色譜：利用不同組分在兩相間的分配系數(shù)的差別而進(jìn)行分離行分離(3)其他

6、：離子交換色譜，凝膠色譜，離子對(duì)色譜，配合色譜，其他：離子交換色譜，凝膠色譜，離子對(duì)色譜，配合色譜，親和色譜。親和色譜。4. 其它色譜類型其它色譜類型 基于色譜過程的基于色譜過程的特殊物化原理或特殊的操作方式特殊物化原理或特殊的操作方式等，色等，色譜法還有其他一些特殊類型，如化學(xué)鍵合色譜、制備色譜、譜法還有其他一些特殊類型，如化學(xué)鍵合色譜、制備色譜、裂解色譜、二維色譜等。裂解色譜、二維色譜等。10色譜的發(fā)展色譜的發(fā)展 從Tewett建立色譜法至今，色譜法已成為專門的學(xué)科。1952 James和Martin發(fā)展了氣相色譜；是色譜法的革命性進(jìn)展。1967 Kirkland等研制高效液相色譜法；再一

7、次推動(dòng)了色譜法的發(fā)展。11色譜法的特點(diǎn)1.分離效率高，可用于分離復(fù)雜化合物2.靈敏度高，可以檢測(cè)到ug/g至ng/g級(jí)的物質(zhì)含量。3.分析速度快4.應(yīng)用范圍廣：氣相色譜-沸點(diǎn)低于400度；液相色譜-高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣。5.不足：被分離組分的定性問題12第一節(jié)第一節(jié) 色譜基本概念色譜基本概念一、色譜分離過程一、色譜分離過程AB兩組分吸附能力兩組分吸附能力和分配系數(shù)的差別，和分配系數(shù)的差別，導(dǎo)致兩組分在柱中導(dǎo)致兩組分在柱中移動(dòng)速率不同，經(jīng)移動(dòng)速率不同，經(jīng)過數(shù)次吸附過數(shù)次吸附(分配分配)，組分逐漸分開，先組分逐漸分開，先后進(jìn)入檢測(cè)器檢測(cè)。后進(jìn)入檢測(cè)器檢測(cè)。13 14二、色譜常用術(shù)語(yǔ)1.色譜圖

8、 色譜柱中的流出物通過檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)時(shí)間（或流動(dòng)相體積）的曲線 在適當(dāng)?shù)纳V條件下，每個(gè)組分對(duì)應(yīng)的色譜峰一般呈正態(tài)分正態(tài)分布布，色譜圖是定性、定量和評(píng)價(jià)色譜分離情況的基本依據(jù)。152.基線基線 色譜柱中只有載氣無樣品通過時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)反應(yīng)的是系統(tǒng)噪音隨時(shí)間變化的線稱為基線。在實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定時(shí)，基線是一條直線。3.峰高 色譜峰最高點(diǎn)與基線之間的距離4.區(qū)域?qū)挾?色譜峰的色譜峰的區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之一，用于是色譜流出曲線的重要參數(shù)之一，用于衡量柱衡量柱效率及反映色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素效率及反映色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素。表示色譜峰。表示色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ袇^(qū)域?qū)挾韧ǔＳ?/p>

9、三種方法三種方法。信信號(hào)號(hào)進(jìn)樣空氣峰ha色譜流出曲線色譜流出曲線色譜峰色譜峰161.1.標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 即即0.6070.607倍峰高處色譜峰寬的一半倍峰高處色譜峰寬的一半( (高斯曲線高斯曲線) )。2.2.半峰寬半峰寬Y Y1/21/2即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為系為 Y Y1/21/2=2.354=2.354 3.3.峰底寬度峰底寬度Y Y即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上截距間的即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上截距間的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差 的關(guān)系是的關(guān)系是 Y = 4 Y = 4 175.保留值 試樣各組分在色譜柱

10、中保留行為的量度，反映了組分與固定相間作用力大小，通常用保留時(shí)間和保留體保留時(shí)間和保留體積積表示?？梢越沂旧V過程的作用機(jī)理和分子的結(jié)構(gòu)特征。(1)保留時(shí)間保留時(shí)間tR 試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間，試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間，稱為保留時(shí)間，稱為保留時(shí)間，是色譜定性的依據(jù)。是色譜定性的依據(jù)。信號(hào)信號(hào)進(jìn)樣進(jìn)樣tR18 (2)死時(shí)間死時(shí)間t t0 0 不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí)，從進(jìn)樣不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí)，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，它正比于色譜柱的到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，它正比于色譜柱的空隙體積，如下圖?？障扼w

11、積，如下圖。信號(hào)進(jìn)樣tM(3)調(diào)整保留調(diào)整保留時(shí)間時(shí)間tR 某組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后，稱為該組分的某組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后，稱為該組分的調(diào)整保調(diào)整保留時(shí)間留時(shí)間，即即組分在固定相中停留的時(shí)間。組分在固定相中停留的時(shí)間。 即即 tR = tR t0 19(4)保留體積保留體積V VR R 指從進(jìn)樣開始到被測(cè)組分在指從進(jìn)樣開始到被測(cè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通時(shí)所通過的流動(dòng)相的體積。保留時(shí)間與保留體積關(guān)系：過的流動(dòng)相的體積。保留時(shí)間與保留體積關(guān)系： VR= tR qo(色譜柱出口的載氣流量)(5)(5)死體積死體積V V0 0 指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固指色譜柱在填充后

12、，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和。當(dāng)后兩項(xiàng)很小可忽略不計(jì)時(shí)，當(dāng)后兩項(xiàng)很小可忽略不計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與色譜柱出死體積可由死時(shí)間與色譜柱出口的載氣流速口的載氣流速qo（cmcm3 3minmin-1-1）計(jì)算）計(jì)算。(6)(6)調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積V VR R 某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組分的調(diào)整保留某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組分的調(diào)整保留體積。體積。 VR = VR V0 = tR qo 20(7)(7)相對(duì)保留值相對(duì)保留值r r2,12,1(

13、 (選擇性因子選擇性因子) ) 某組分某組分2 2的調(diào)整保留值與組分的調(diào)整保留值與組分1 1的調(diào)整保留值之比，稱為的調(diào)整保留值之比，稱為相相對(duì)保留值。對(duì)保留值。 r2,1= tR2 / tR1 = VR2 / VR1 由于相對(duì)保留值只與由于相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、有關(guān)，而與柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無關(guān)，因此，它在色譜法中，柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無關(guān)，因此，它在色譜法中，特別是在氣相色譜法中，廣泛特別是在氣相色譜法中，廣泛用作定性的依據(jù)用作定性的依據(jù)。(8)(8)保留指數(shù)保留指數(shù)I Ix x 1958年，年，Kovats提出用正構(gòu)烷烴系列作為度量

14、被測(cè)物質(zhì)提出用正構(gòu)烷烴系列作為度量被測(cè)物質(zhì)的相對(duì)保留值的標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)了保留指數(shù)的概念。是色譜定性的相對(duì)保留值的標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)了保留指數(shù)的概念。是色譜定性的指標(biāo)。的指標(biāo)。21 正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)定義為100z，z為其碳數(shù)。 在相同的色譜條件下測(cè)定被測(cè)組分及兩個(gè)相鄰(間隔)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間)lglglglg(100)()()()(zRnzRzRxRttttnzIx226.分配系數(shù)K 它（它（K K）是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)）是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值，即相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值，即 K= K=溶質(zhì)在固定相中的濃度溶質(zhì)在固定相中的

15、濃度/ /溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度 = s / m 7.分配比k 分配比又稱分配比又稱容量因子容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的物組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的物質(zhì)的質(zhì)的質(zhì)質(zhì)量量之之比。即比。即 k = 組分在固定相中的物質(zhì)的量組分在固定相中的物質(zhì)的量/組分在流動(dòng)相中的物質(zhì)的組分在流動(dòng)相中的物質(zhì)的量量 = ms / mm 23分配系數(shù)與分配比之間的關(guān)系分配系數(shù)與分配比之間的關(guān)系K = s / m= = =k . (相比相比)8.保留值與保留值與分配系數(shù)分配系數(shù) K 及分配比及分配比

16、 k 的關(guān)系的關(guān)系 保留體積與熱力學(xué)平衡常數(shù)之間保留體積與熱力學(xué)平衡常數(shù)之間K的關(guān)系的關(guān)系 VR=V0+KVs VR=V0（1+k） tR=t0（1+k） r2,1=tR2 / tR1 =K2/K1=k2/k1 分配系數(shù)和分配比都與組分及固定液的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，分配系數(shù)和分配比都與組分及固定液的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并隨柱溫、柱壓的變化而變化，分配系數(shù)與兩相體積無關(guān)，分并隨柱溫、柱壓的變化而變化，分配系數(shù)與兩相體積無關(guān)，分配比則隨著固定液的量而變化，配比則隨著固定液的量而變化，k值越大，組分在固定液中的值越大，組分在固定液中的量越多，相當(dāng)于柱的容量越大。量越多，相當(dāng)于柱的容量越大。smmsVVmm2

17、4第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎(chǔ)色譜理論基礎(chǔ)色譜分離的條件：色譜分離的條件： 1.兩相鄰組分保留值存在一定差別，即洗出兩個(gè)色譜峰具有足夠的距離。受色譜熱力學(xué)控制受色譜熱力學(xué)控制(塔板理論塔板理論)。 2.色譜峰區(qū)域?qū)挾纫?。受色譜動(dòng)力學(xué)控制受色譜動(dòng)力學(xué)控制(速率理論速率理論)。一、塔板理論一、塔板理論 最早由英國(guó)生物學(xué)家最早由英國(guó)生物學(xué)家Martin提出。提出。把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來描述組分在兩相間的分配行為，精餾塔中塔板的概念來描述組分在兩相間的分配行為，同時(shí)引入理論塔同時(shí)引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)，即色譜柱是

18、由一系列連續(xù)的、相等的水平，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。每一塊塔板的高度用塔板組成。每一塊塔板的高度用H H表示，稱為塔板高度，簡(jiǎn)稱板高。表示，稱為塔板高度，簡(jiǎn)稱板高。 2526塔板理論假設(shè)：塔板理論假設(shè)：1.1.在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度H H內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。 這這一小段柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度一小段柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度H H。2.2.以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（VVm m）。）。3.3

19、.所有組分開始時(shí)存在于第所有組分開始時(shí)存在于第0 0號(hào)塔板上，而且試樣沿軸（縱）向號(hào)塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略。擴(kuò)散可忽略。4.4.分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。 簡(jiǎn)單地認(rèn)為：在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達(dá)到分簡(jiǎn)單地認(rèn)為：在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達(dá)到分配平衡，然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式向前移動(dòng)。配平衡，然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式向前移動(dòng)。對(duì)于一根長(zhǎng)為對(duì)于一根長(zhǎng)為L(zhǎng) L的色譜柱，溶質(zhì)平衡的次數(shù)應(yīng)為：的色譜柱，溶質(zhì)平衡的次數(shù)應(yīng)為： n = L / H n n稱為理論塔板數(shù)稱為理

20、論塔板數(shù)。與精餾塔一樣，。與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論色譜柱的柱效隨理論塔板數(shù)塔板數(shù)n n的增加而增加，隨板高的增加而增加，隨板高H H的增大而減小的增大而減小。27n與半峰寬及峰底寬的關(guān)系式為：與半峰寬及峰底寬的關(guān)系式為： n = 5.54(tR / W1/2)2 = 16 (tR / Wb)2 組分的保留時(shí)間越長(zhǎng)，峰形越窄，則理論塔板數(shù)組分的保留時(shí)間越長(zhǎng)，峰形越窄，則理論塔板數(shù)n越大，越大，色譜柱效能越高。色譜柱效能越高。 計(jì)算出來的的計(jì)算出來的的n和和H值有時(shí)并不能充分地反映色譜柱的分值有時(shí)并不能充分地反映色譜柱的分離效能，因?yàn)椴捎秒x效能，因?yàn)椴捎胻R計(jì)算時(shí)，沒有扣除死時(shí)間計(jì)算時(shí)，沒

21、有扣除死時(shí)間tM， 所以常用所以常用有效塔板數(shù)有效塔板數(shù)n有效有效表示柱效：表示柱效： n有效有效= 5.54(tR / W1/2)2 = 16 ( tR / Wb)2 有效板高有效板高 ： H有效有效 = L / n有效有效 28例：例：已知某組分峰的峰底寬為已知某組分峰的峰底寬為40 s，保留時(shí)間為，保留時(shí)間為400 s ，計(jì)算此色譜柱的理論塔板數(shù)。，計(jì)算此色譜柱的理論塔板數(shù)。 解：解： n = 16 ( tR / Y)2 = 16 （400 / 40）2 = 1600 塊塊29 塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性理論。塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性理論。它用熱力學(xué)的觀點(diǎn)它用熱力學(xué)的觀點(diǎn)定量定量說明了溶質(zhì)在色

22、譜柱中移動(dòng)的速率，解釋了流出曲線的形狀，說明了溶質(zhì)在色譜柱中移動(dòng)的速率，解釋了流出曲線的形狀，并提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效高低的參數(shù)。并提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效高低的參數(shù)。 但是但是，色譜過程不僅受熱力學(xué)因素的影響，色譜過程不僅受熱力學(xué)因素的影響，而且還與分而且還與分子的擴(kuò)散、傳質(zhì)等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，子的擴(kuò)散、傳質(zhì)等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，因此塔板理論只能定性因此塔板理論只能定性地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響；也不地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響；也不能說明為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，能說明為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，因而限制了它的應(yīng)用。因而限

23、制了它的應(yīng)用。30二、速率理論二、速率理論 19561956年荷蘭學(xué)者年荷蘭學(xué)者van Deemter（范第姆特）等在研究氣液（范第姆特）等在研究氣液色譜時(shí)，提出了色譜過程動(dòng)力學(xué)理論色譜時(shí)，提出了色譜過程動(dòng)力學(xué)理論速率理論速率理論。他們吸。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響板，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對(duì)氣相、液相色譜都適用。高的各種因素。該理論模型對(duì)氣相、液相色譜都適用。van Deemter方程方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化式為的數(shù)學(xué)

24、簡(jiǎn)化式為 H = A + B / u + C u 式中式中u為流動(dòng)相的線速度；為流動(dòng)相的線速度；A、B、C、為常數(shù)，分別代表、為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)。渦流擴(kuò)散系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)。311.1.渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng) A 在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類似渦流的流動(dòng)，故稱分子在前進(jìn)中形成紊亂的類似渦流的流動(dòng)，故稱渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散。32 由于填充物顆粒大小

25、的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜由于填充物顆粒大小的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜柱中路徑長(zhǎng)短不一，因而同時(shí)進(jìn)色譜柱的相同組分到達(dá)柱口時(shí)間并不柱中路徑長(zhǎng)短不一，因而同時(shí)進(jìn)色譜柱的相同組分到達(dá)柱口時(shí)間并不一致，引起了色譜峰的變寬。色譜峰變寬的程度由下式?jīng)Q定：一致，引起了色譜峰的變寬。色譜峰變寬的程度由下式?jīng)Q定： A = 2dp 上式表明，上式表明，A與填充物的平均直徑與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)的大小和填充不規(guī)則因子則因子有關(guān)有關(guān)，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無關(guān)。，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無關(guān)。為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用細(xì)而均

26、勻的顆粒，并且使用細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。填充均勻是十分必要的。對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散，對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散，因此因此 A = 0。332. 縱向擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng) B / u （分子擴(kuò)散項(xiàng)）（分子擴(kuò)散項(xiàng)） 縱向分子擴(kuò)散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，縱向分子擴(kuò)散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子塞子”狀。它隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由狀。它隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，于存在濃度梯度，“塞子塞子”必然自發(fā)的向前和向后擴(kuò)散，造成必然自發(fā)的向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。譜帶展寬。分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)為分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)

27、為 B = 2 Dm式中： 彎曲因子，填充柱 空心柱 = 1 Dm組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子彎曲因子(阻礙因阻礙因子子)，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況。情況。Dm為組分在流動(dòng)相中為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)（cm3s-1）,分子擴(kuò)散項(xiàng)與組分在分子擴(kuò)散項(xiàng)與組分在流動(dòng)相中流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)Dm成正比成正比.34 D Dm m與流動(dòng)相及組分性質(zhì)有關(guān)：與流動(dòng)相及組分性質(zhì)有關(guān)： (a)(a) 相對(duì)分子質(zhì)量大的組分相對(duì)分子質(zhì)量大的組分D

28、Dm m小，小，D Dm m反比于反比于流動(dòng)流動(dòng) 相相對(duì)分子質(zhì)量的平方根相相對(duì)分子質(zhì)量的平方根，所以，所以采用相對(duì)分子采用相對(duì)分子 質(zhì)量較大的流動(dòng)相，可使質(zhì)量較大的流動(dòng)相，可使B B項(xiàng)降低項(xiàng)降低； (b)(b) D Dm m隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。 另外縱向擴(kuò)散與另外縱向擴(kuò)散與組分在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間有關(guān)組分在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間有關(guān)，流動(dòng)相流速小，組分，流動(dòng)相流速小，組分停留時(shí)間長(zhǎng)，縱向擴(kuò)散就大。停留時(shí)間長(zhǎng)，縱向擴(kuò)散就大。因此為因此為了了降低縱向擴(kuò)散影響，要加大流動(dòng)相降低縱向擴(kuò)散影響，要加大流動(dòng)相速度。速度。對(duì)于液相色譜，組分在流動(dòng)相中縱向擴(kuò)散可以忽略對(duì)于液

29、相色譜，組分在流動(dòng)相中縱向擴(kuò)散可以忽略。353. 3. 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng) C Cu u 由于氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色譜以液體為流動(dòng)相，由于氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色譜以液體為流動(dòng)相，它們的傳質(zhì)過程不完全相同。它們的傳質(zhì)過程不完全相同。（1 1）氣液色譜）氣液色譜 傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)C C包括氣相包括氣相( (流動(dòng)相流動(dòng)相) )傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)C Cm m和液相和液相( (固定相固定相) )傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)C Cs s兩項(xiàng)，即兩項(xiàng)，即 C = Cm+ Cs 氣相傳質(zhì)過程是指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面氣相傳質(zhì)過程是指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面的過程的過程

30、。這一過程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即。這一過程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即進(jìn)行濃度分配。有的分子還來不及進(jìn)入兩相界面，就被氣相進(jìn)行濃度分配。有的分子還來不及進(jìn)入兩相界面，就被氣相帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來不及返回氣相。這樣使得試帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來不及返回氣相。這樣使得試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。而使色譜峰變寬。36對(duì)于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)對(duì)于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)C Cm m為：為： 式中式中k k為容量因子為容量因子。由上式看出，氣相傳質(zhì)阻。由上式看出，氣相傳質(zhì)阻

31、力與填充物粒度力與填充物粒度d dp p的平方成正比，與組分在載氣流的平方成正比，與組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù)D Dm m成反比。因此，成反比。因此，采用粒度小的填充采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體（如氫氣）做載氣，可物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使使C Cm m減小，提高柱效。減小，提高柱效。mpmDdkkC222)1(01.037 液相傳質(zhì)過程是指試樣組分從固定相的氣液相傳質(zhì)過程是指試樣組分從固定相的氣/ /液界面移動(dòng)到液液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)到分配平衡相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)到分配平衡，然后又返回氣，然后又返回氣/ /液界液界面的傳質(zhì)過

32、程。這個(gè)過程也需要一定的時(shí)間，此時(shí)，氣相中組面的傳質(zhì)過程。這個(gè)過程也需要一定的時(shí)間，此時(shí)，氣相中組分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運(yùn)動(dòng)，于是造成峰形擴(kuò)張。分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運(yùn)動(dòng)，于是造成峰形擴(kuò)張。 由上式看出，由上式看出，固定相的液膜厚度固定相的液膜厚度d df f薄薄，組分在液相的擴(kuò)散系，組分在液相的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)D Ds s大，則液相傳質(zhì)阻力就小。降低固定液的含量，可以降低大，則液相傳質(zhì)阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但液膜厚度，但k k值隨之變小，又會(huì)使值隨之變小，又會(huì)使C Cs s增大。增大。 sfDdkksC22)1(32384.載氣流速u對(duì)理論塔板高度H的影響u

33、uoptBCAH2min理論踏板高度最小，柱效能最高，對(duì)應(yīng)最佳流速理論踏板高度最小，柱效能最高，對(duì)應(yīng)最佳流速CBoptuHminH39分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)較低線速時(shí)，較低線速時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u起主要作用；起主要作用；應(yīng)采用應(yīng)采用分子質(zhì)量較大的載氣分子質(zhì)量較大的載氣，以使組分在氣相中有較小的，以使組分在氣相中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)。較高線速時(shí)，較高線速時(shí)，傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力Cu項(xiàng)起主要作用項(xiàng)起主要作用；其中流；其中流動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)幾乎是一個(gè)定值。動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)幾乎是一個(gè)定值。宜宜采用低分子質(zhì)量的載氣采用低分子質(zhì)

34、量的載氣，以減小氣相傳質(zhì)阻力，提，以減小氣相傳質(zhì)阻力，提高效能。高效能。40 根據(jù)速率理論，根據(jù)速率理論，將上面將上面各各式總結(jié)，即可得式總結(jié)，即可得氣液色譜速率板高氣液色譜速率板高方程方程，即著名的，即著名的van Deemter方程，亦稱速率方程。對(duì)色方程，亦稱速率方程。對(duì)色譜分離條件的選擇有指導(dǎo)意義。譜分離條件的選擇有指導(dǎo)意義。 它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動(dòng)它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動(dòng)相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對(duì)柱效的影響相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對(duì)柱效的影響。 usDkkdmDdkkuDdHfpmp)1 (32)1 (01.

35、0222222241三、分離度三、分離度 要實(shí)現(xiàn)色譜的分離：首先兩峰之間的距離要大，即兩組分的保留時(shí)間有足夠大的差值，其次峰形要陡。42分離度分離度R是一個(gè)綜合性指標(biāo)。是一個(gè)綜合性指標(biāo)。 分離度是既能反映分離度是既能反映柱效率柱效率又能反映又能反映選擇性選擇性的指標(biāo)，稱總的指標(biāo)，稱總分離效能指標(biāo)。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色分離效能指標(biāo)。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即 R = 2 (tR2 - tR1) / W1 +W2 R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說，當(dāng)值越大，表明

36、相鄰兩組分分離越好。一般說，當(dāng)R1時(shí)，兩峰有部分重疊；當(dāng)時(shí)，兩峰有部分重疊；當(dāng)R=1時(shí)，分離程度可達(dá)時(shí)，分離程度可達(dá)98%；當(dāng)；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%。 通常用通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志。作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志。43 當(dāng)色譜峰峰形不對(duì)稱或相鄰兩峰間有重疊時(shí)，當(dāng)色譜峰峰形不對(duì)稱或相鄰兩峰間有重疊時(shí)，峰寬較難測(cè)量，可用半峰寬代替峰寬峰寬較難測(cè)量，可用半峰寬代替峰寬R = (tR2 - tR1) / （W1/2,1 +W1/2,2）將柱效、選擇性及分離度聯(lián)系起來，假設(shè)兩相鄰峰峰寬相等將柱效、選擇性及分離度聯(lián)系起來，假設(shè)兩相鄰峰峰寬相等(W1

37、=W2),得到柱效、選擇性及分離度之間的關(guān)系式得到柱效、選擇性及分離度之間的關(guān)系式：44第三節(jié)第三節(jié) 色譜定性定量分析色譜定性定量分析一、定性分析一、定性分析 確定各色譜峰代表的化合物。1、利用保留值定性 (1)利用已知物保留值對(duì)照定性，色譜定性分析色譜定性分析就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因此此保留值可作為一種定性指標(biāo)保留值可作為一種定性指標(biāo)。目前各種色譜定。目前各種色譜定性方法都是基于保留值的。性方法都是基于保留值的。45(2)相對(duì)保留值法相對(duì)保留值法 相

38、對(duì)保留值相對(duì)保留值is 是指組分是指組分i與基準(zhǔn)物質(zhì)與基準(zhǔn)物質(zhì)s調(diào)整調(diào)整保留值的比值保留值的比值 is = tri / trS = Vri / Vrs 它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條件無關(guān)。件無關(guān)。46（3）雙柱保留法）雙柱保留法 保留值或相對(duì)保留值，在同一根色譜柱上不同的組分可能具有相同的數(shù)值。即使使用純物質(zhì)對(duì)照，也可能有誤差，需要采用雙柱法定性。 利用兩根極性差別較大的色譜柱對(duì)混合物進(jìn)行分離，然后用純物質(zhì)分別在兩根柱子上進(jìn)行保留值對(duì)照定性，得到的結(jié)果一致，就可以確定該組分，結(jié)果比較可靠。 472.利用文獻(xiàn)保留數(shù)據(jù)定性利用文獻(xiàn)保留數(shù)據(jù)定性

39、 在所使用的柱溫與固定液相同的條件下，測(cè)定未知組分的保留指數(shù)，然后與文獻(xiàn)發(fā)表的Ix對(duì)照就可以定性測(cè)量。3.利用選擇性檢測(cè)器定性利用選擇性檢測(cè)器定性 火焰光度檢測(cè)器響應(yīng)火焰光度檢測(cè)器響應(yīng)-有機(jī)化合物有機(jī)化合物 電子捕獲器有響應(yīng)電子捕獲器有響應(yīng)-含有鹵素、氧等電負(fù)性強(qiáng)的基團(tuán)含有鹵素、氧等電負(fù)性強(qiáng)的基團(tuán) 氮磷檢測(cè)器有響應(yīng)氮磷檢測(cè)器有響應(yīng)-含硫或磷含硫或磷 只能確定某一類化合物的存在，不能指出具體是哪一種組分。只能確定某一類化合物的存在，不能指出具體是哪一種組分。4.儀器聯(lián)用技術(shù)儀器聯(lián)用技術(shù) 48二、定量分析二、定量分析 定量分析的任務(wù)是求出混合樣品中各組分的百定量分析的任務(wù)是求出混合樣品中各組分的百

40、分含量。色譜定量的依據(jù)是，當(dāng)操作條件一致時(shí)，分含量。色譜定量的依據(jù)是，當(dāng)操作條件一致時(shí)，被測(cè)組分的質(zhì)量（或濃度）與檢測(cè)器給出的響應(yīng)信被測(cè)組分的質(zhì)量（或濃度）與檢測(cè)器給出的響應(yīng)信號(hào)成正比號(hào)成正比。即：。即： mi = fi Ai 式中式中mi為被測(cè)組分為被測(cè)組分i的質(zhì)量；的質(zhì)量； Ai為被測(cè)組分為被測(cè)組分i的的峰面積；峰面積； fi為被測(cè)組分為被測(cè)組分i的校正因子。的校正因子。 49進(jìn)行色譜定量分析時(shí)需要：進(jìn)行色譜定量分析時(shí)需要：（1 1）準(zhǔn)確測(cè)量檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)準(zhǔn)確測(cè)量檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào) 峰面積或峰高；峰面積或峰高；（2 2）準(zhǔn)確求得比例常數(shù)準(zhǔn)確求得比例常數(shù) 校正因子；校正因子；（3 3）正確選

41、擇合適的定量計(jì)算方法，將測(cè)得的峰面正確選擇合適的定量計(jì)算方法，將測(cè)得的峰面積或峰高換算為組分的百分含量。積或峰高換算為組分的百分含量。501、峰面積測(cè)量方法峰面積測(cè)量方法 峰面積是色譜圖提供的基本定量數(shù)據(jù)，峰面積測(cè)量的準(zhǔn)確峰面積是色譜圖提供的基本定量數(shù)據(jù)，峰面積測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接影響定量結(jié)果。對(duì)于不同峰形的色譜峰采用不同的測(cè)與否直接影響定量結(jié)果。對(duì)于不同峰形的色譜峰采用不同的測(cè)量方法。量方法。（1）對(duì)稱形峰面積的測(cè)量）對(duì)稱形峰面積的測(cè)量 峰高乘以半峰寬法峰高乘以半峰寬法 對(duì)稱峰的面積對(duì)稱峰的面積 A = 1.065 h Y1/2 （2）不）不對(duì)稱形峰面積的測(cè)量對(duì)稱形峰面積的測(cè)量 峰高乘峰高乘

42、平均峰寬法平均峰寬法 對(duì)于不對(duì)稱峰的測(cè)量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此對(duì)于不對(duì)稱峰的測(cè)量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此采用峰高乘平均峰寬法。采用峰高乘平均峰寬法。 A = 1/2 h（Y0.15 + Y0.85） 式中式中Y0.15 和和 Y0.85分別為峰高分別為峰高0.15倍和倍和0.85倍處的峰寬。倍處的峰寬。51（2）自動(dòng)積分儀法自動(dòng)積分儀法2.定量校正因子定量校正因子 色譜定量分析的依據(jù)是被測(cè)組分的量與其峰面積成正比。色譜定量分析的依據(jù)是被測(cè)組分的量與其峰面積成正比。但是但是峰面積的大小不僅取決于組分的質(zhì)量，而且還與它的性質(zhì)峰面積的大小不僅取決于組分的質(zhì)量，而且還與它的性質(zhì)有關(guān)有關(guān)。即當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢。即當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所得的峰面積卻不相同。測(cè)器進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所得的峰面積卻不相同。 因此，因此，混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總和中所占的百分率分峰面積總和中所占的百分率。這樣，就不能直接利用峰