儀器分析色譜概論

儀器分析色譜概論第一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類2.色譜的基本概念3.色譜分離的基本理論4.色譜定性和定量的方法主要內(nèi)容第二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五概述色譜分析法簡(jiǎn)稱色譜法，也稱層析法,是一種物理的或物理化學(xué)的分離分析方法。利用試樣中共存組分之間的吸附、分配、交換、遷移速率以及其它性能上的差異，先將它們分離，而后通過(guò)檢測(cè)器按一定順序進(jìn)行分析測(cè)定。色譜法已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為多組分混合物的最重要的分離分析方法。具有高靈敏度、高選擇性、高效能、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。第三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五概述最早的色譜是在1903年，由俄國(guó)植物學(xué)家茨維特(Tswett)所創(chuàng)造。他在研究葉子的組成時(shí)，用碳酸鈣作固定相，把葉子的乙醚提取物加入到固定相中，用石油醚不斷洗脫，由此而把提取物中復(fù)雜的化學(xué)成分分離開(kāi)來(lái)，并命名其“色譜”。其中：玻璃管-----色譜柱碳酸鈣-----固定相石油醚-----流動(dòng)相第四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五概述第五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五概述如今，色譜法不僅用于有色物質(zhì)的分離，而且大量用于無(wú)色物質(zhì)的分離。所以色譜法已經(jīng)失去原來(lái)的含義。但是，現(xiàn)在仍沿用色譜法這個(gè)名稱。所以說(shuō)，色譜法具有分離及分析兩種功能。它是分析混合物最有力的手段。第六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五按流動(dòng)相的狀態(tài)分為：(1)氣相色譜(GC)：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）；(2)液相色譜(LC)：流動(dòng)相為液體；(3)超臨界色譜(SFC)：流動(dòng)相為超臨界流體；按固定相的不同：(1)氣相色譜分為：氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）；(2)液相色譜分為：液固色譜（LSC）和液液色譜（LLC）；1.色譜法分類1.1按兩相狀態(tài)不同分類：第七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類氣相色譜液相色譜超臨界色譜第八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五柱色譜法：固定相裝在管柱內(nèi)的色譜法平面色譜法：（1）紙色譜法

（2）薄層色譜法(thinlayerchromatography)

1.色譜法分類1.2按操作形式不同分類：第九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類薄層色譜柱色譜紙色譜第十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類1.3按分離原理不同分類：吸附色譜法：利用被分離組分對(duì)固定相表面吸附中心吸附能力的差別而實(shí)現(xiàn)分離的。分配色譜法：利用被分離組分在固定相與流動(dòng)相中的分配系數(shù)的差別而實(shí)現(xiàn)分離的。離子交換色譜法：不同離子與固定相相反電荷間的作用力大小不同。體積排阻色譜法：固定相孔徑不同，把樣品組分按分子大小分開(kāi)。第十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類親和色譜法：利用固定相上連接與待分離的物質(zhì)有一定結(jié)合能力的分子，并且它們的結(jié)合是可逆的，根據(jù)結(jié)合性的差異實(shí)現(xiàn)分離的色譜方法?；瘜W(xué)鍵和色譜法：采用化學(xué)鍵合相作固定相的液相色譜法。第十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.色譜法分類毛細(xì)管電泳法：是以彈性石英毛細(xì)管為分離通道，以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，依據(jù)樣品中各組分之間淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的電泳分離分析方法。毛細(xì)管電色譜法：利用電滲流或電滲流結(jié)合壓力流來(lái)推動(dòng)流動(dòng)相的一種液相色譜法。兼具毛細(xì)管電泳及高效液相色譜的雙重分離機(jī)理，既可分離帶電物質(zhì)也可分離中性物質(zhì)。第十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念2.1色譜過(guò)程色譜過(guò)程是物質(zhì)分子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相間分配“平衡”的過(guò)程?；旌衔镏?，若各個(gè)組分被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速率不相等，則形成差速遷移而被分離。第十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.2色譜行為參數(shù)組分的色譜保留特性是由組分在色譜系統(tǒng)中的熱力學(xué)性質(zhì)所決定的。

分配色譜中，熱力學(xué)性質(zhì)主要為分配系數(shù)和容量因子。2.色譜的基本概念第十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五在分配色譜中，固定相與流動(dòng)相中的溶質(zhì)分子處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，組分在兩相間達(dá)到分配平衡，該組分在固定相(s)中的濃度與在流動(dòng)相(m)中的濃度之比為一個(gè)常數(shù)，稱為分配系數(shù)，常表示為K，即（1）分配系數(shù)2.色譜的基本概念由物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)決定，給定條件下，是組分的特征值。

K在不同的分離機(jī)制中分別稱為吸附系數(shù)、分配系數(shù)、交換常數(shù)、滲透系數(shù)第十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五容量因子又稱為分配比，即在平衡狀態(tài)下，組分在固定相與流動(dòng)相中的物質(zhì)的量之比。若用Vs和Vm分別表示色譜柱中固定相和流動(dòng)相的體積，則（2）容量因子2.色譜的基本概念衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)。第十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五

R`被分析物在色譜體系流動(dòng)相中的分?jǐn)?shù)，即遷移速度與流動(dòng)相速度的比值。2.色譜的基本概念（3）保留因子第十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五吸附色譜法吸附力主要是范德華力，有時(shí)也可能形成氫鍵或化學(xué)鍵。吸附法的關(guān)鍵是選擇吸附劑和展開(kāi)劑?；咎攸c(diǎn)：無(wú)選擇性、可逆吸附、快速?；疽?guī)律：“相似者易于吸附”三要素：吸附劑、溶質(zhì)(被分離物)、溶劑?；驹恚何脚c解吸附的往復(fù)循環(huán)。物理吸附過(guò)程：吸附——解吸附——再吸附—再解析——直至分離2.色譜的基本概念2.3基礎(chǔ)型色譜分離機(jī)制第十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五分配色譜法正相分配色譜：流動(dòng)相極性小于固定相極性。極性小的組分先流出，極性大的組分后流出。用于分離極性及中等極性物質(zhì)。反相分配色譜：流動(dòng)相極性大于固定相極性。極性大的組分先流出，極性小的組分后流出。應(yīng)用廣泛，用于分離非極性至中等極性物質(zhì)。K差異越大，色譜分離效果越理想。2.色譜的基本概念第二十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念第二十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五離子交換色譜法帶電基團(tuán)通過(guò)靜電相互作用與帶相反電荷的離子結(jié)合。如果流動(dòng)相中存在其他帶相反電荷的離子，按照質(zhì)量作用定律，這些離子將與結(jié)合在固定相上的反離子進(jìn)行交換。陰離子交換劑：固定相基團(tuán)帶正電荷，其可與流動(dòng)相交換離子為陰離子；陽(yáng)離子交換劑：固定相基團(tuán)帶負(fù)電荷，可與流動(dòng)相交換的離子是陽(yáng)離子。2.色譜的基本概念第二十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念第二十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五固定相為化學(xué)惰性多孔物質(zhì)——凝膠，凝膠具有一定大小的孔穴，體積大的分子不能滲透到孔穴中去而被排阻，較早的淋洗出來(lái)；中等體積的分子部分滲透；小分子可完全滲透入內(nèi)，最后洗出色譜柱。這樣，樣品分子基本按其分子大小先后排阻，從柱中流出。排阻色譜法2.色譜的基本概念第二十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念第二十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念2.4常用術(shù)語(yǔ)色譜分析時(shí)，混合物中各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨流動(dòng)相依次流出色譜柱，經(jīng)檢測(cè)器把各組分的濃度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后用記錄儀將組分的信號(hào)記錄下來(lái)。色譜圖：組分在檢測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間t所作的圖，由于它記錄了各組分流出色譜柱的情況所以又叫色譜流出曲線。1.色譜圖第二十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念第二十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（1）基線在一定色譜條件下，僅有流動(dòng)相通過(guò)檢測(cè)器系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)的曲線，稱為基線?；€反映儀器（主要是檢測(cè)器）的噪聲隨時(shí)間的變化。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，S/N大的、穩(wěn)定的基線為水平直線。（2）峰高色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離為峰高，以h表示。其大小可以用紙的高度(mm)，電信號(hào)的大小(mV或mA)表示。2.色譜峰參數(shù)第二十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（3）峰寬色譜峰的寬度直接和分離效率有關(guān)。描述色譜峰峰寬的方法有三種方法。

1）標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)：為峰高0.607倍處的色譜峰寬度的一半。σ值的大小表示組分流出的分散程度。

2）峰底寬(W)：通過(guò)色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線，在基線上的截距稱為峰寬，或稱基線寬度，以W或Y表示。W=43）半峰寬(W1/2或Y1/2)：峰高一半處的峰寬稱為半峰寬

W1/2=2.355，W=1.699W1/2。第二十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（4）峰面積色峰面積指峰高與保留時(shí)間的積分值，為色譜峰與峰底之間的面積，代表相對(duì)含量比較準(zhǔn)確。

1）對(duì)稱色譜峰：

A=1.065hW1/2

2）非對(duì)稱色譜峰：第三十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（5）拖尾因子

又稱為對(duì)稱因子，用于衡量色譜峰的對(duì)稱性。

W0.05為0.05倍峰高處的峰寬，A和B分別為在該處的色譜峰前沿與后沿和色譜峰定點(diǎn)至基線的垂線之間的距離。第三十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念3.保留值在固定相中溶解性能越好，或與固定相的吸附性越強(qiáng)的組分，在柱中的滯留時(shí)間越長(zhǎng)，或者說(shuō)將組分帶出色譜柱所需的流動(dòng)相體積越大。所以保留值可以用保留時(shí)間或相應(yīng)的保留體積來(lái)描述。色譜峰的位置用所對(duì)應(yīng)組分峰的保留值表示，它反映了該組分遷移的速度，是該組分定性的依據(jù)。第三十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（1）死時(shí)間惰性組分從進(jìn)樣至出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)的時(shí)間。反映了流動(dòng)相流過(guò)色譜系統(tǒng)所需的時(shí)間，因此也稱為流動(dòng)相保留時(shí)間。（2）保留時(shí)間被分離樣品組分從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)該組分濃度極大值時(shí)的時(shí)間，也即從進(jìn)樣開(kāi)始到出現(xiàn)某組分色譜峰的頂點(diǎn)時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為此組分的保留時(shí)間，常以分（min）為時(shí)間單位。第三十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（3）調(diào)整保留時(shí)間是指扣除死時(shí)間后的組分保留時(shí)間。也稱折合保留時(shí)間。表達(dá)式為：在實(shí)驗(yàn)條件（溫度、固定相等）一定時(shí)，t'R只決定于組分的性質(zhì)，因此，t'R（或tR）可用于定性。第三十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（4）死體積不被保留的組分通過(guò)色譜柱所消耗的流動(dòng)相的體積，可由死時(shí)間確定：死體積本意是指色譜柱中未被固定相占據(jù)的空隙體積，也即色譜柱內(nèi)流動(dòng)相的體積。但在實(shí)際測(cè)量時(shí)，它包括了柱外死體積（色譜儀中的管路和連接頭間的空間以及進(jìn)樣系統(tǒng)和檢測(cè)器的空間）。當(dāng)柱外體積很小時(shí)，可以忽略不計(jì)。表達(dá)式為：第三十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念（5）保留體積組分從進(jìn)樣至出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所耗用流動(dòng)相的體積，表達(dá)式為：（6）調(diào)整保留體積指扣除死體積后的組分保留體積，表達(dá)式為：第三十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（7）相對(duì)保留值在相同操作條件下，某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值：2.色譜的基本概念由于相對(duì)保留值只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，因此，它是色譜法中，特別是氣相色譜法中，廣泛使用的定性數(shù)據(jù)。必須注意，相對(duì)保留值絕對(duì)不是兩個(gè)組份保留時(shí)間或保留體積之比。第三十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.選擇因子

又稱分配系數(shù)比、分離因子，在色譜分離中滯留能力大的與滯留能力小的組分的調(diào)整保留值之比，可用符號(hào)α表示。作為衡量固定相選擇性的指標(biāo)。2.色譜的基本概念式中t2′為后出峰的調(diào)整保留時(shí)間，所以這時(shí)α總是大于1的。第三十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.分離度

多組分物質(zhì)分離的好壞可以用分離度R來(lái)衡量。一般兩個(gè)組分在色譜圖上必須要分開(kāi)有足夠的距離，兩色譜峰互不重疊（tR要有足夠差別），峰形較窄，才可以認(rèn)為是彼此分開(kāi)。2.色譜的基本概念第三十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五

分離度(resolution，R)是衡量?jī)蓚€(gè)相鄰色譜峰的分離程度的指標(biāo)，定義為相鄰兩色譜峰的保留值之差與兩峰寬度平均值之比，即：

式中：tR1、tR2為相鄰兩個(gè)組分的保留時(shí)間，Wl、W2為對(duì)應(yīng)的峰寬。通過(guò)測(cè)量保留時(shí)間和峰寬即可求算相鄰峰的分離度。2.色譜的基本概念第四十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五

分離度R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。兩組分保留值的差別，主要決定于固定相的熱力學(xué)性質(zhì)；色譜峰的寬窄反映了色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素，柱效的高低。2.色譜的基本概念第四十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五完全分離R≥1.52.色譜的基本概念R=1.5R=0.8R=1.0響應(yīng)信號(hào)保留時(shí)間t/minR=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1.0：分離程度98%；R=1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）第四十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.色譜的基本概念6.色譜曲線的意義：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)。第四十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五例：一個(gè)氣相色譜柱，已知固定相的保留體積Vs=14.1mL，載氣流速為43.75mL/min。分離一個(gè)含有ABC三組分的樣品，測(cè)得組分的保留時(shí)間分別為A=1.41min，B=2.67min，C=4.18min，空氣為0.24min。試計(jì)算：（1）死體積（假定檢測(cè)器及柱接頭等體積忽略不計(jì)）；（2）各組分的調(diào)整保留時(shí)間。解

（1）已知Fo=43.75mL/min，在忽略檢測(cè)器及柱接頭等體積的情況下,則死體積Vo=to×Fo=0.24×43.75=10.5mL。

(2)由可分別計(jì)算出三組分的調(diào)整保留時(shí)間：2.色譜的基本概念第四十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論色譜分離中，決定相鄰組分分離好壞的因素有兩個(gè)：一是兩組分的保留值之差，即組分在色譜柱內(nèi)遷移速率的差異，它決定于兩組分與固定相、流動(dòng)相之間相互作用的差異；二是兩組分的峰寬，它反映了組分區(qū)帶在移動(dòng)過(guò)程中的擴(kuò)張程度，很大程度上取決于色譜的分離條件。3.1兩組分分離的必要條件第四十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3.2等溫線

物質(zhì)在固定相與流動(dòng)相之間的分布情況因溫度的影響而不同。等溫線則是在恒溫下，測(cè)定平衡狀態(tài)時(shí)物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的濃度而繪出的曲線，它反映兩相中物質(zhì)濃度變化的規(guī)律。第四十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論等溫線一般有三種類型

線性等溫線凸型等溫線凹型等溫線第四十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論線性等溫線物質(zhì)在固定相中的濃度Cs與其在流動(dòng)相中的濃度Cm成正比。K值在一定范圍內(nèi)保持不變，其大小與物質(zhì)濃度無(wú)關(guān)。組分的遷移速度相同，這種吸附情況可以得到對(duì)稱的色譜峰。

第四十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論凸型等溫線

K隨物質(zhì)濃度增加而逐漸減小。由于物質(zhì)在兩相中的遷移速度不同。與固定相結(jié)合較牢的K值大，結(jié)合較弱的K值小，分先后流出色譜。其對(duì)應(yīng)的色譜峰拖尾，是色譜中較常見(jiàn)的類型。第四十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論凹型等溫線其K隨物質(zhì)濃度增加而逐漸增加。低濃度時(shí)不易被保留，到一定濃度后保留能力增強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)的色譜峰為前沿峰，是色譜中較少見(jiàn)的類型。第五十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論塔板理論把色譜柱與分餾塔做了一個(gè)類比，將色譜的分離過(guò)程比作為蒸餾過(guò)程。把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，假設(shè)柱內(nèi)有n個(gè)塔板，每個(gè)塔板高度稱為理論塔板高度，用H表示，在每個(gè)塔板內(nèi)，試樣各組分在兩相中分配并達(dá)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)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。3.3塔板理論第五十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論基本假設(shè)：1）色譜柱是由一系列連續(xù)、等距的水平塔板組成。在柱子的每層塔板內(nèi)部，組分能夠在流動(dòng)相和固定相兩相中很快地達(dá)到平衡。2）流動(dòng)相通過(guò)色譜柱時(shí)呈間歇式前進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每次前進(jìn)一個(gè)塔板體積。3）樣品和流動(dòng)相同時(shí)加在0號(hào)塔板上，且樣品垂直于前進(jìn)方向的擴(kuò)散（即縱向擴(kuò)散）可以忽略。4）分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。第五十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論塔板理論的假設(shè)實(shí)際上是把組分在兩相間的連續(xù)轉(zhuǎn)移過(guò)程，分解為間歇地在單個(gè)塔板中的分配平衡過(guò)程。也就是用分離過(guò)程的分解動(dòng)作來(lái)說(shuō)明色譜過(guò)程。2.質(zhì)量分配與轉(zhuǎn)移第五十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論根據(jù)上述假設(shè)并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)組分在色譜柱內(nèi)分離轉(zhuǎn)移次數(shù)N不多（一般不大于20次）時(shí)，組分在色譜柱內(nèi)各板上的量或濃度符合二項(xiàng)式分布，因此，可用二項(xiàng)式定理來(lái)計(jì)算組分在色譜柱內(nèi)各板上的量或濃度，繪制的曲線為二項(xiàng)式分布曲線：第五十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3.流出曲線方程雖然以上假設(shè)與實(shí)際色譜過(guò)程不符，如色譜過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，很難達(dá)到分配平衡；組分沿色譜柱軸方向的擴(kuò)散是不可避免的。但是塔板理論導(dǎo)出了色譜流出曲線方程，成功地解釋了流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置，能夠評(píng)價(jià)色譜柱柱效。第五十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論當(dāng)N大于50時(shí)，則不能用二項(xiàng)式定理來(lái)計(jì)算組分在色譜柱內(nèi)各板上的量或濃度，但可由二項(xiàng)式定理，再經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)得出流出曲線方程。此時(shí)，流出曲線趨于正態(tài)分布曲線。第五十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論塔板方程式，也稱為流出曲線方程根據(jù)塔板理論，流出曲線可用下述正態(tài)分布方程來(lái)描述：由方程可知，當(dāng)t=tR時(shí)，濃度C有極大值Cmax就是色譜峰的峰高。C為任意時(shí)間t時(shí)組分的濃度，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，tR為保留時(shí)間，C0為組分的總量（峰面積A）第五十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論①當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)（即σ一定），峰高h(yuǎn)與組分的量C0（進(jìn)樣量）成正比，所以正常峰的峰高可用于定量分析。

②當(dāng)進(jìn)樣量一定時(shí)，σ越?。ㄖг礁撸?，峰高越高，因此提高柱效能提高分析的靈敏度。第五十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論塔板理論中，將每層塔板的高度稱為理論塔板高度，用H表示。若設(shè)色譜柱的柱長(zhǎng)為L(zhǎng)，理論塔板數(shù)為n，則：4.柱效方程第五十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論理論塔板數(shù)n與色譜峰峰寬的實(shí)驗(yàn)參數(shù)有以下關(guān)系：在tR一定時(shí)，色譜峰越窄，即W或Wl/2越小，則理論塔板數(shù)n越大、理論塔板高度H越小，柱的分離效率也就越高。因此，一般把理論塔板數(shù)n和理論塔板高度H稱為柱效指標(biāo)。第六十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論若扣除死時(shí)間的影響，用tR’代替tR計(jì)算出的理論塔板數(shù)稱為有效塔板數(shù)（n有效），所得的理論塔板高度稱為有效塔板高度（H有效）。第六十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論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)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。

塔板理論的特點(diǎn)和不足第六十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置以及評(píng)價(jià)柱效高低等方面是有效的。但塔板理論存在一定的局限性，除了其基本假設(shè)和事實(shí)不完全相符外，它無(wú)法解釋譜帶擴(kuò)張的原因，也無(wú)法解釋色譜過(guò)程與流動(dòng)相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散、傳質(zhì)過(guò)程及色譜操作參數(shù)等動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系。3.4速率理論第六十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論

Martin最先指出，氣相色譜過(guò)程中溶質(zhì)分子的縱向擴(kuò)散是引起色譜區(qū)帶擴(kuò)張的主要因素。1956年，荷蘭學(xué)者VanDeemter等在塔板理論基礎(chǔ)上，研究了影響塔板高度H的因素，通過(guò)色譜實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在低流速時(shí)增加流速，峰變銳，即柱效增加；當(dāng)超過(guò)一定流速時(shí)峰變鈍，柱效降低。用塔板高度H對(duì)載氣流速u作圖為二次曲線，曲線最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的塔板高度最小，柱效最高，此時(shí)的流速稱為最佳流速（u最佳），由此導(dǎo)出了速率方程式（或稱范第姆特方程）：1.VanDeemter渦流擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng)傳質(zhì)阻抗項(xiàng)第六十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五式中：H為塔板高度（cm）；A，B，C為與填充色譜柱有關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。A、B/u和Cu三項(xiàng)是對(duì)塔板高度的具體影響因素，分別稱為渦流擴(kuò)散項(xiàng)、分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)，由公式可知，只有這三項(xiàng)較小的情況下，H才可能小，峰形才可能變窄，柱效才會(huì)提高；u為載氣線速度。u可近似計(jì)算為：3.色譜分離的基本理論第六十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)－A

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑；λ：固定相的填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。第六十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論第六十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論2）分子擴(kuò)散項(xiàng)—B/u

B=2γ

Dγ

：彎曲因子，填充柱色譜，γ<

1。D：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）。由于柱中存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散：

a.擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差。

b.分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時(shí)間↑，擴(kuò)散↑

c.擴(kuò)散系數(shù)：D∝；Mr↑，B值↓第六十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論第六十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)—Cu

流動(dòng)相的流速越快，傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu就越大，C稱為傳質(zhì)阻力系數(shù)，為固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cs)和流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cm)之和，即C=Cs+Cm。

Cm是指組分分子從流動(dòng)相移向固定相表面進(jìn)行兩相之間的質(zhì)量交換時(shí)所受到的阻力。

Cs指組分分子由流動(dòng)相進(jìn)入固定相后，擴(kuò)散到固定相內(nèi)部，達(dá)到分配平衡后，又回到界面，再逸出，被流動(dòng)相帶走這一過(guò)程中所受到的阻力。第七十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論

由于傳質(zhì)阻力的存在，組分不能在兩相間瞬間達(dá)到平衡，結(jié)果使一些分子隨流動(dòng)相較快向前移動(dòng)，另一些分子稍滯后，從而導(dǎo)致色譜峰變寬。第七十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論第七十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論Cg：氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)k：容量因子df：液膜厚度D1：組份在液相中擴(kuò)散系數(shù)Cl：液相傳質(zhì)阻力系數(shù)對(duì)于氣-液色譜k：容量因子dp：固定相顆粒直徑Dg：組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)第七十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論4）載氣流速與柱效-最佳流速將相關(guān)參數(shù)代入上式，得從速率理論簡(jiǎn)化式可以看出，A、B、Cg、C1各項(xiàng)系數(shù)與流速無(wú)關(guān)。唯一的變數(shù)為u。以板高按雙曲線關(guān)系隨線變化，曲線的最低稱為最佳點(diǎn)，與此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的線速稱為最佳線速（uopt），與此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的板高稱為最小板高（Hmin）。μopt及Hmin可由速率方程求得。第七十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論載氣流速高時(shí)：傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速，柱效,右圖曲線的右邊。H-u曲線與最佳流速：由于流速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影響使得存在著一個(gè)最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對(duì)流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。以塔板高度H對(duì)應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。載氣流速低時(shí)：分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，流速，柱效，右圖曲線的坐邊。第七十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論色譜柱填充均勻性、固定相粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫和固定相的液膜厚度對(duì)柱效、峰擴(kuò)張均有影響。顆粒直徑——A和Cu載氣流速和種類——B/u和Cu固定相的液膜厚度——Cu柱溫——B/u和Cu第七十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論毛細(xì)管色譜速率理論方程2.Golay方程第七十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論與填充柱比較，沒(méi)有渦流擴(kuò)散項(xiàng)，縱向擴(kuò)散項(xiàng)中的彎曲因子等于1。傳質(zhì)阻力項(xiàng)的氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)是較為重要的，而對(duì)于高效薄液膜毛細(xì)管的液相傳質(zhì)項(xiàng)的斜率是很小的。第七十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3.Giddings方程動(dòng)態(tài)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力系數(shù)Cm靜態(tài)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力系數(shù)Csm

固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs第七十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3.5色譜分離方程式（1）分離度方程

R

的定義并未反映影響分離度的各種因素：

柱效n選擇因子保留因子k

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（neff）、和k的關(guān)系:第八十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論

對(duì)具一定相對(duì)保留值的物質(zhì)對(duì)，分離度R與理論塔板數(shù)n的平方成正比。1）分離度R與柱效n的關(guān)系因此可通過(guò)增加柱長(zhǎng)提高分離度。然而，分析時(shí)間也相應(yīng)增加，且峰變寬，不利于分離。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。（2）改善分離度的措施第八十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論例:

已知物質(zhì)A和B在一根30.00cm長(zhǎng)的柱上的保留時(shí)間分別為16.40min和17.63min。不被保留組分通過(guò)該柱的時(shí)間為1.30min。峰底礦杜分別為1.11min和1.21min。試計(jì)算：（1）柱的分離度（2）達(dá)到R=1.5所需柱長(zhǎng)解第八十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論代表兩個(gè)溶質(zhì)在色譜條件下的分離選擇性。若＝1，兩組分不可能分離；

略大于l，就可能實(shí)現(xiàn)分離。

越大，柱選擇性越好，對(duì)分離有利。2）分離度R與保留因子的關(guān)系第八十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論例如，當(dāng)由1.10下降到1.05或1.02時(shí)，要保證R=1.5的分離效果，n需要相應(yīng)增加3.64倍與21.5倍。由于兩組分的值與固定相、流動(dòng)相的性質(zhì)直接相關(guān)，說(shuō)明根據(jù)難分離物質(zhì)對(duì)的化學(xué)性質(zhì)，合理選擇固定相和流動(dòng)相，增大值，對(duì)于提高難分離物質(zhì)對(duì)的分離度可起到事半功倍的作用。第八十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論3）分離度R與分配比k的關(guān)系

最后增大容量因子k值能改善分離情況，但同時(shí)分離時(shí)間將增長(zhǎng)。k值超過(guò)10以后，再增大對(duì)分離度的影響不顯著，但對(duì)分離時(shí)間的影響依然明顯。所以，k值一般取2~10。第八十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論第八十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.色譜分離的基本理論例:

在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85秒和100秒，要達(dá)到完全分離，即R=1.5。計(jì)算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1cm，柱長(zhǎng)是多少？解：由第八十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.色譜定性和定量的方法4.1定量分析法被測(cè)組分的色譜峰面積或峰高與待測(cè)組分的濃度成正比是色譜法定量的依據(jù)?，F(xiàn)今的色譜儀色譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在記錄色譜圖的同時(shí)，可存儲(chǔ)、打印出各種參數(shù)和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，如峰高、峰面積、保留時(shí)間等。

第八十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.色譜定性和定量的方法（1）定量校正因子相同量的不同組分在同一檢測(cè)器中的響應(yīng)值并不同，即相同量的不同組分產(chǎn)生不同值的峰高或峰面積，而且同一組分在不同的檢測(cè)器上也會(huì)有不同的響應(yīng)值。為使色譜峰的峰面積或峰高與組分含量間建立起確定的數(shù)量關(guān)系，就需要知道二者之間的比例系數(shù)，該比例系數(shù)就是定量校正因子fi’。第八十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.色譜定性和定量的方法絕對(duì)校正因子在相同色譜條件下，某一組分產(chǎn)生的色譜響應(yīng)值（峰面積A或峰高h(yuǎn)），與這一組分的質(zhì)量m成正比：

f`為該組分在檢測(cè)器上的響應(yīng)斜率，是一個(gè)比例常數(shù)，稱為該組分的絕對(duì)校正因子。其物理含義是單位峰面積或單位峰高所代表的組分的量（質(zhì)量、物質(zhì)的量或體積）。第九十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.色譜定性和定量的方法

由于各化合物的絕對(duì)校正因子不易測(cè)定，它隨實(shí)驗(yàn)條件而變化，不同實(shí)驗(yàn)室之間所測(cè)得的絕對(duì)校正因子往往不具有可比性，因而很少使用。實(shí)際工作中普遍采用相對(duì)校正因子。相對(duì)校正因子第九十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.色譜定性和定量的方法相對(duì)校正因子定義為某組分i與所選定的基準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對(duì)校正因子之比，以f表示，即:在實(shí)踐