色譜分析法教材

色譜分析法教材第1頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§9.1概述色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術(shù)，將它用于分析化學(xué)并配合適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段，就成為色譜分析法。第2頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

色譜法的最早應(yīng)用是用于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的石油醚倒入管中。第3頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

此時(shí)，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動(dòng)，并逐漸分開(kāi)成幾個(gè)不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進(jìn)行鑒定。色譜法也由此而得名。第4頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第5頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

現(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。第6頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、色譜分離基本原理：由以上方法可知，在色譜法中存在兩相，一相是固定不動(dòng)的，我們把它叫做固定相；另一相則不斷流過(guò)固定相，我們把它叫做流動(dòng)相。第7頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來(lái)進(jìn)行分離的。第8頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六使用外力使含有樣品的流動(dòng)相（氣體、液體）通過(guò)一固定于柱中或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。第9頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

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、強(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測(cè)。第10頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、色譜分類方法：色譜分析法有很多種類，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。第11頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（一）從兩相的狀態(tài)分類：色譜法中，流動(dòng)相可以是氣體，也可以是液體，由此可分為氣相色譜法（GC）和液相色譜法（LC）。固定相既可以是固體，也可以是涂在固體上的液體，由此又可將氣相色譜法和液相色譜法分為氣-液色譜、氣-固色譜、液-固色譜、液-液色譜。分類情況如下：第12頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜法液相色譜法氣相色譜法氣-液色譜法氣-固色譜法液-固色譜法液-液色譜法第13頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

（二）按固定相的形式分類：按固定相的狀態(tài)可分為：柱色譜：固定相裝在色譜柱中；紙色譜：利用濾紙作載體，吸附在紙上的水作固定相；薄層色譜：將固體吸附劑在玻璃板或塑料板上制成薄層作固定相。第14頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第15頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（三）按分離原理分類：可分為：吸附色譜法：利用吸附劑（固定相一般是固體）表面對(duì)不同組分吸附能力的差別進(jìn)行分離的方法；第16頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分配色譜法：利用不同組分在兩相間的分配系數(shù)的差別進(jìn)行分離的方法。第17頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

離子交換色譜：利用溶液中不同離子與離子交換劑間的交換能力的不同而進(jìn)行分離的方法?？臻g排斥（阻）色譜法：利用多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小的分子的排阻作用進(jìn)行分離的方法。第18頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§9.2色譜流出曲線（色譜圖）及有關(guān)術(shù)語(yǔ)（一）氣相色譜法分離的過(guò)程：分離過(guò)程（以分離A、B兩組分為例）為：

第19頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六混合組分的分離過(guò)程及檢測(cè)器對(duì)各組份在不同階段的響應(yīng)第20頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第21頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）色譜流出曲線：從載氣帶著組分進(jìn)入色譜柱起就用檢測(cè)器檢測(cè)流出柱后的氣體，并用記錄器記錄信號(hào)隨時(shí)間變化的曲線，此曲線就叫色譜流出曲線，當(dāng)待測(cè)組分流出色譜柱時(shí)，檢測(cè)器就可檢測(cè)到其組分的濃度，在流出曲線上表現(xiàn)為峰狀，叫色譜峰。第22頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六如圖所示為一色譜流出曲線：第23頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜術(shù)語(yǔ)：1）基線：在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線。基線在穩(wěn)定的條件下應(yīng)是一條水平的直線。它的平直與否可反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定情況。第24頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2）峰高（h）和峰面積：色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離叫峰高。色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積。第25頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）保留值

a.

死時(shí)間(t0)

：不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間，它與色譜柱的空隙體積成正比。由于該物質(zhì)不與固定相作用，因此，其流速與流動(dòng)相的流速相近。據(jù)t0可求出流動(dòng)相平均流速第26頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六b.

保留時(shí)間tr：試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間。它包括組份隨流動(dòng)相通過(guò)柱子的時(shí)間t0和組份在固定相中滯留的時(shí)間。第27頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六c.

調(diào)整保留時(shí)間tr’

：某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它是組份在固定相中的滯留時(shí)間。即由于保留時(shí)間為色譜定性依據(jù)。但同一組份的保留時(shí)間與流速有關(guān)，因此有時(shí)需用保留體積來(lái)表示保留值。

第28頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六d.

死體積V0：色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間空隙、色譜儀管路和連接頭間空隙和檢測(cè)器間隙的總和。忽略后兩項(xiàng)可得到：第29頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六其中，F(xiàn)co為柱出口的載氣流速（mL/min)，其值為：F0-檢測(cè)器出口流速；Tr-室溫；Tc-柱溫；p0-大氣壓；pw-室溫時(shí)水蒸汽壓。第30頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六e.

保留體積Vr：指從進(jìn)樣到待測(cè)物在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積。

第31頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六f.

調(diào)整保留體積：某組份的保留體積扣除死體積后的體積。第32頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六g.

相對(duì)保留值r2,1：組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比。第33頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六注意：r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)L、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，因此，在色譜分析中，尤其是GC中廣泛用于定性的依據(jù)！具體做法：固定一個(gè)色譜峰為標(biāo)準(zhǔn)s，然后再求其它峰i

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)以

表示：>1,又稱選擇因子。第34頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六h.

區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之一，可用于衡量色譜柱的柱效及反映色譜操作條件下的動(dòng)力學(xué)因素。寬度越窄，其效率越高，分離的效果也越好。第35頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N表示方法：標(biāo)準(zhǔn)偏差：峰高0.607倍處峰寬處的一半。半峰寬W1/2：峰高一半處的峰寬。W1/2=2.354峰底寬W：色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上切線與基線的交點(diǎn)間的距離。W=4第36頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜流出曲線的意義：色譜峰數(shù)=樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)；色譜保留值——定性依據(jù)；色譜峰高或面積——定量依據(jù)；色譜保留值或區(qū)域?qū)挾取V柱分離效能評(píng)價(jià)指標(biāo)；色譜峰間距——固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的依據(jù)。第37頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§9.3色譜法基本原理色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離，組分要達(dá)到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn)，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但當(dāng)兩峰間雖有一定距離，如果每個(gè)峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開(kāi)。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的，即與色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此，要從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來(lái)研究色譜行為。

第38頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

一、描述分配過(guò)程的參數(shù)

1、分配系數(shù)(K)：如前所述，分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相和流動(dòng)相之間反復(fù)多次地分配過(guò)程，而吸附色譜的分離是基于反復(fù)多次地吸附一脫附過(guò)程。這種分離過(guò)程經(jīng)常用樣品分子在兩相間的分配來(lái)描述，而描述這種分配的參數(shù)稱為分配系數(shù)。第39頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

它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

K只與固定相和溫度有關(guān)，與兩相體積、柱管特性和所用儀器無(wú)關(guān)。第40頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分配系數(shù)K的討論試樣品一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；選擇適宜的固定相可改善分離效果；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；某組分的K=0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。第41頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

在一定條件下，各種物質(zhì)的K是不同的。K較小的組分在色譜分析中每次分配后在氣相中的濃度較大，因此較早流出色譜柱。K較大的組分每次分配后在氣相中濃度較小，因此較晚流出色譜柱。第42頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六當(dāng)分配次數(shù)足夠多時(shí)，就能將具有不同K的組分分開(kāi)。所以，我們可以認(rèn)為，氣相色譜法是利用不同的物質(zhì)具有不同的K而進(jìn)行分離的。而K的不同則是由于各組分在固定相中的溶解度（對(duì)氣-液色譜）或吸附能力（對(duì)氣-固色譜）不同而造成的。第43頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.分配比：在一定溫度和壓力下，組份在兩相間的分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比，稱為分配比。它反映了組分在柱中的遷移速率。又稱保留因子。也叫容量因子或容量比。

其其中VmV0，Vs為固定相體積第44頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分配比k的求算：k也等于組分的校正保留時(shí)間與死時(shí)間的比值因此，k可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。由此也可知道，k可表示出組分在柱中停留時(shí)間的長(zhǎng)短。k越大，停留時(shí)間也就越長(zhǎng)。第45頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六稱為相比率，它也是反映色譜柱柱型特點(diǎn)的參數(shù)。對(duì)填充柱，=6~35；對(duì)毛細(xì)管柱，=60~600。3.K與k的關(guān)系：第46頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.

選擇因子：色譜柱對(duì)A、B兩組分的選擇因子定義如下：A為先流出的組分，B為后流出的組分。第47頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

注意：K或k反映的是某一組分在兩相間的分配；而是反映兩組分間的分離情況！當(dāng)兩組分K或k

相同時(shí)，=1時(shí)，兩組分不能分開(kāi)；當(dāng)兩組分K或k相差越大時(shí)，越大，分離得越好。也就是說(shuō)，兩組分在兩相間的分配系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。和k

是計(jì)算色譜柱分離效能的重要參數(shù)！第48頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、塔板理論塔板理論是描述色譜柱中組分在兩相間的分配狀況及評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能的一種半經(jīng)驗(yàn)式的理論。塔板理論將一根色譜柱當(dāng)作一個(gè)由許多塔板組成的精餾塔，用塔板概念來(lái)描述組分在柱中的分配行為。塔板是從精餾中借用的，是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，但它成功地解釋了色譜流出曲線呈正態(tài)分布。

第49頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第50頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六塔板理論假定：1）塔板之間不連續(xù)；2）塔板之間無(wú)分子擴(kuò)散；3）組分在各塔板內(nèi)兩相間的分配瞬間達(dá)至平衡，達(dá)一次平衡所需柱長(zhǎng)為理論塔板高度H；4）某組分在所有塔板上的分配系數(shù)相同；5）流動(dòng)相以不連續(xù)方式加入，即以一個(gè)一個(gè)的塔板體積加入。

第51頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(一）、色譜分離過(guò)程：塔板理論是把色譜柱假想為一個(gè)精餾塔，塔內(nèi)存在許多塔板，組分在每個(gè)塔板的氣相和液相間進(jìn)行分配，達(dá)成一次分配平衡。然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)塔板、一個(gè)塔板的方式向前移動(dòng)。經(jīng)過(guò)多次分配平衡后，分配系數(shù)小的組分，先離開(kāi)蒸餾塔（色譜柱），分配系數(shù)大的組分后離開(kāi)蒸餾塔（色譜柱），從而使分配系數(shù)不同的組分彼此得到分離。第52頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分離過(guò)程如下圖所示第53頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第54頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

下面我們?cè)倥e一個(gè)例子說(shuō)明組分在色譜柱中的分配情況。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)色譜柱由5決塔板（n=5n為柱子的塔板數(shù)）組成，并以r表示塔板編號(hào)．r=0，1，2，3，4，5；某組分的分配比k=1。根據(jù)上述假定．在色譜分離過(guò)程中。該組分的分布可計(jì)算如下：

第55頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

開(kāi)始時(shí)，將單位質(zhì)量（即m=1）的該組分進(jìn)入0號(hào)塔板上，然后將流動(dòng)相以一個(gè)板體積（△V）一個(gè)板體積的脈動(dòng)形式進(jìn)入色譜柱；此時(shí)組分將安下表所示在固定相和流動(dòng)相進(jìn)行分配：第56頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

板號(hào)r載氣體積0123進(jìn)樣mM0.5mS0.5△VmM0.250.25mS0.250.252△VmM0.1250.125+0.1250.125mS0.1250.125+0.1250.1253△VmM0.0630.063+0.1250.063+0.1250.063mS0.0630.063+0.1250.063+0.1250.063第57頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六按上述分配過(guò)程，對(duì)于n=5，k=1，m=1的體系，隨著進(jìn)入柱中板體積載氣的增加，組分分布在柱內(nèi)任一板上的總量（氣相和液相的總質(zhì)量）見(jiàn)下表：第58頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六rn01234出口010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.032第59頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六60.0160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1160.2740.2740.11880.0040.0320.0860.1960.2740.13390.0020.0180.0590.1410.2360.138100.0010.0100.0380.1000.1890.118第60頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

n

r01234出口1100.0050.0240.0690.1450.0951200.0020.0160.0460.1070.0731300.0010.0080.0300.0760.05414000.0040.0190.0530.03815000.0020.0120.0360.02816000.0010.0080.0240.018第61頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由表中可見(jiàn)，當(dāng)n=5時(shí)，即5個(gè)塔板體積的流動(dòng)相進(jìn)入柱中時(shí)，組分就開(kāi)始從柱口流出。并且呈現(xiàn)先小后大的情況。第62頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六以上是當(dāng)塔板數(shù)為5時(shí)的情況，出現(xiàn)的峰形不對(duì)稱，這是由于塔板數(shù)太少的原因。當(dāng)塔板數(shù)大于50時(shí)，峰形就是對(duì)稱的。在實(shí)際色譜柱中，n值很大（約為106～109

）。所以色譜峰一般為正態(tài)分布。第63頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）柱效能指標(biāo)：對(duì)于一個(gè)色譜柱來(lái)說(shuō)，其分離能力（叫柱效能）的大小主要與塔板的數(shù)目有關(guān)，塔板數(shù)越多，柱效能越高。色譜柱的塔板數(shù)可以用理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù)來(lái)表示。第64頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中：tR為某組分的保留時(shí)間；

W1/2為某組分色譜峰的半寬度；

W為色譜峰的峰底寬度。由式可見(jiàn)，柱子的理論塔板數(shù)與峰寬和保留時(shí)間有關(guān)。保留時(shí)間越大，峰越窄，理論塔板數(shù)就越多。柱效能也就越高。1．理論塔板數(shù)n：對(duì)于一個(gè)柱子下說(shuō)，其理論塔板數(shù)可由下式計(jì)算：第65頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)于一個(gè)柱長(zhǎng)固定為L(zhǎng)的柱子，其理論塔板高度H為每一個(gè)塔板的高度，即組分在柱內(nèi)每達(dá)成一次分配平衡所需要的柱長(zhǎng)叫理論塔板高度。它越小，也表示柱效能越高。第66頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．有效塔板數(shù)n有效：在以上計(jì)算理論塔板數(shù)的式子中使用的是保留時(shí)間，它包括了死時(shí)間，它與組分在柱內(nèi)的分配無(wú)關(guān)，因此不能真正反映色譜柱的柱效。為此，引入了有效塔板數(shù)的概念。第67頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六同理有效塔板高度為：第68頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.塔板理論的特點(diǎn)：(1)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。

(2)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(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。

(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。

(4)塔板理論無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第69頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三．速率理論——范弟姆特方程式：

塔板理論是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)性的理論。它定性的給出了板高的概念，但不能指出影響板高的因素。速率理論就是在塔板理論的基礎(chǔ)上，給出了影響塔板高度的因素：

第70頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六u為流動(dòng)相線速度；A，B，C為常數(shù)，其中

A—分別表示渦流擴(kuò)散系數(shù)；

B—分子擴(kuò)散系數(shù)；

C—傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）。該式從動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋了影響板高（柱效）的各種因素！任何減少方程右邊三項(xiàng)數(shù)值的方法，都可降低H，從而提高柱效。第71頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)(A)

在填充柱中，由于受到固定相顆粒的阻礙，組份在遷移過(guò)程中隨流動(dòng)相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”：從圖中可見(jiàn)，因填充物顆粒大小及填充的不均勻性——同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同——流出時(shí)間不同——峰形展寬。展寬程度以A表示：A=2dp其中dp—填充物平均直徑；—填充不規(guī)則因子。

可見(jiàn)，使用細(xì)粒的固定相并填充均勻可減小A，提高柱效。對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無(wú)渦流擴(kuò)散，即A=0。流動(dòng)方向第72頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第73頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2）分子擴(kuò)散項(xiàng)(B/u)

縱向分子擴(kuò)散是由于濃度梯度引起的。當(dāng)樣品被注入色譜柱時(shí)，它呈“塞子”狀分布。隨著流動(dòng)相的推進(jìn)，“塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地?cái)U(kuò)散，使譜峰展寬。其大小為B=2D—稱為彎曲因子，它表示固定相幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況；D—組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)。組份為氣體或液體時(shí)，分別以Dg或Dm表示；第74頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六討論：分子量大的組分，Dg小，即B小Dg

隨柱溫升高而增加，隨柱壓降低而減?。涣鲃?dòng)相分子量大，Dg小，即B?。?/p>

u增加，組份停留時(shí)間短，縱向擴(kuò)散?。唬˙/u）

對(duì)于液相色譜，因Dm

較小，B項(xiàng)可勿略。球狀顆粒；大分子量流動(dòng)相；適當(dāng)增加流速；短柱；低溫。第75頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Cu)

因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色譜以液體為流動(dòng)相，二者傳質(zhì)過(guò)程不完全相同。下面分別作討論。a）氣液色譜：傳質(zhì)阻力項(xiàng)C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl。第76頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六流動(dòng)相固液界面固定液組分分子ClCg第77頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六討論：減小填充顆粒直徑dp；采用分子量小的流動(dòng)相，使Dg增加；減小液膜厚度df，Cl下降。但此時(shí)k又減小。因此，當(dāng)保持固定液含量不變時(shí)，可通過(guò)增加固定液載體的比表面來(lái)降低df。但比表面過(guò)大又會(huì)因吸附過(guò)強(qiáng)使峰拖尾。增加柱溫，可增加Dl，但k值也減小，為保持合適Cl值，應(yīng)控制柱溫。第78頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六b）液液色譜：傳質(zhì)阻力項(xiàng)C包括流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cm和固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs。sm第79頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六討論：流動(dòng)相傳質(zhì)阻力包括兩方面：流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力Cm、滯留的流動(dòng)相傳質(zhì)阻力Cs

。分別與填充物大小dp、擴(kuò)散系數(shù)(Dm)、微孔大小及其數(shù)量等有關(guān)。因此，降低流動(dòng)相傳質(zhì)阻力的方法有：細(xì)顆粒固定相、增加組分在固定相和流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)D、適當(dāng)降低線速度、短柱。固定相傳質(zhì)阻力與液膜厚度df、保留因子k和擴(kuò)散系數(shù)Ds等有關(guān)。因此，降低固定相傳質(zhì)阻力的方法有：與氣液色譜中液相傳質(zhì)阻力的表述相同。第80頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4）流速u

由方程H=A+B/u+Cu知道：當(dāng)u一定時(shí)，僅在A、B、C較小時(shí)，H較小，柱效較高；反之則柱效較低，色譜峰將展寬。以u(píng)對(duì)H作圖，可得H-u曲線（如圖），從該曲線得到：第81頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六板高，H(cm)HminA+B/u+CuCmuCsuAB/u第82頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六渦流擴(kuò)散項(xiàng)A與流速u無(wú)關(guān)；低流速區(qū)(u小)，B/u大，分子擴(kuò)散項(xiàng)占主導(dǎo)，此時(shí)選擇分子量大的氣體如N2和Ar為載氣，可減小擴(kuò)散，提高柱效；高流速區(qū)(u大)，Cu大，傳質(zhì)阻力項(xiàng)占主導(dǎo)，此時(shí)選擇分子量小的氣體如H2和He為載氣，可增加擴(kuò)散系數(shù)，提高柱效；

LC的Hmin和uopt均比GC的小一個(gè)數(shù)量級(jí)，即在

LC中，較低流速可獲得較大的柱效。

曲線的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)最佳線速uopt()下的最小板高Hmin()；第83頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5）固定相顆粒大小對(duì)板高的影響實(shí)驗(yàn)表明，顆粒越細(xì)，板高越小，受線速影響越小。即，在HPLC分析中采用細(xì)粒作固定相的理論根據(jù)！但顆粒細(xì)導(dǎo)致柱流速慢，當(dāng)采用高壓技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)HPLC的分析要求。第84頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六板高,H(cm)第85頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

上面分別介紹了影響色譜分離的基本原理以及影響柱效的各種因素，但是如何從總體上定量描述色譜分離效能？如何將各種影響因素對(duì)分離的影響定量地表述出來(lái)呢？第86頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六§9.4分離度及色譜分離方程一、分離度(Resolution,R)

同時(shí)反映色譜柱效能和選擇性的一個(gè)綜合指標(biāo)。也稱總分離效能指標(biāo)或分辨率。其定義為：用此式，可直接從色譜流出曲線上求出分離度R。第87頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜分離中的四種典型情況①分離效果差，柱效低，選擇性（）低②完全分離，柱效高，峰窄，選擇性（）低；③完全分離，選擇性（）增加，柱效低，峰寬④完全分離，柱效高，選擇性（）好第88頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六R越大，相鄰組分分離越好。當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%，因此R=1.5通常用作是否分開(kāi)的判據(jù)。第89頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六R=1.5R=0.75R=1.0響應(yīng)信號(hào)保留時(shí)間t,min第90頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、色譜分離方程

R的定義并未反映影響分離度的各種因素。也就是說(shuō)，R未與影響其大小的因素：柱效n、選擇因子和保留因子k聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于相鄰的難分離組分，由于它們的分配系數(shù)K相差小，可合理假設(shè)k1k2=k，W1W2=W。因此可導(dǎo)出R與n、和

k

的關(guān)系：第91頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六有關(guān)色譜方程的討論：1）分離度R與柱效的關(guān)系分離度R與理論塔板數(shù)n有關(guān)，即R受熱力學(xué)性質(zhì)的影響。對(duì)具一定相對(duì)保留值的物質(zhì)對(duì)，R與有效塔板數(shù)neff有關(guān)，說(shuō)明neff可正確代表柱效能。由色譜方程可得：因此可通過(guò)增加柱長(zhǎng)提高分離度。然而，分析時(shí)間也相應(yīng)增加，且峰寬也展寬！為提高柱效，用減小塔板高度H的方法比增加柱長(zhǎng)更有效。第92頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2）分離度R與保留因子的關(guān)系越大，柱選擇性越好，對(duì)分離有利。的微小變化可引起R較大改變。如，當(dāng)從1.01增加至1.10(增加9%)時(shí)，R則增加9倍(但>1.5,R增加不大)。改變的方法有：降低柱溫、改變流動(dòng)相及固定相的性質(zhì)和組成。第93頁(yè)，共106頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3）分離度R分配比k的關(guān)系

k增加，分離度R增加，但當(dāng)k>1