儀器分析化學(xué)-第一章-色譜基本理論

儀器分析化學(xué)第一章色譜基本理論

長(zhǎng)白落葉松LarixolgensisHenryvar.koreanaNakai是松科落葉松屬植物，落葉喬木，葉在長(zhǎng)枝上螺旋狀散生，在短枝上簇生，倒披針狀條形，長(zhǎng)1~2.5厘米。雌雄同株，球花單生短枝頂端，球果幼時(shí)淡紅紫色，熟后為淡褐色或褐色。樹(shù)皮褐色，含鞣質(zhì)。松樹(shù)皮提取物被廣泛用作食品添加劑和保健品出售或出口，國(guó)外已有用松樹(shù)皮提取物開(kāi)發(fā)的藥品上市。藥理活性研究表明，松樹(shù)皮提取物在抗氧化、清除自由基、抗腫瘤、保護(hù)心血管及改善微循環(huán)等方面具有廣泛的生物活性。長(zhǎng)白落葉松分布于中國(guó)吉林長(zhǎng)白山區(qū)和黑龍江牡丹江流域。在林場(chǎng)其樹(shù)皮常被當(dāng)作廢棄物處理。在此之前，還未有對(duì)該松樹(shù)皮的化學(xué)成分進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究的報(bào)道，因此，無(wú)論從基礎(chǔ)研究還是從應(yīng)用開(kāi)發(fā)的角度考慮，都有必要對(duì)長(zhǎng)白落葉松樹(shù)皮的化學(xué)成分進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，進(jìn)而尋找其中的活性成分桂花的花芽分化基本過(guò)程可以分為花序分化期、小花分化期、花萼分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊（退化雌蕊）分化期等6個(gè)時(shí)期。四季桂具有多次開(kāi)花的現(xiàn)象，秋季（與秋桂同期）的花芽分化和開(kāi)花特性與其他季節(jié)的開(kāi)花特性明顯不同，秋季的花芽分化和開(kāi)花特性與秋桂基本一致。在杭州地區(qū),，大部分秋桂品種從6月上旬開(kāi)始進(jìn)入花芽分化，8月底到9月初完成,，歷時(shí)近3個(gè)月。不同品種花芽分化進(jìn)程略有不同主要是由于品種自身營(yíng)養(yǎng)積累狀況和對(duì)氣溫的敏感性不同造成；花芽分化對(duì)氣溫、相對(duì)濕度等環(huán)境條件沒(méi)有特殊要求，但相對(duì)低溫能顯著促進(jìn)花芽分化。不同性別的品種花芽分化存在一定的差異，要表現(xiàn)在雌蕊（退化雌蕊）的分化和發(fā)育上：無(wú)論是雄性品種還是兩性品種,，分化前期即從花序分化期到雄蕊分化期均表現(xiàn)為兩性狀態(tài),，之間無(wú)顯著差異,，蕊分化期才表現(xiàn)出顯著的不同儀器分析化學(xué)第一章色譜基本理論儀器分析化學(xué)第一章色譜基本理論長(zhǎng)白落葉松LarixolgensisHenryvar.koreanaNakai是松科落葉松屬植物，落葉喬木，葉在長(zhǎng)枝上螺旋狀散生，在短枝上簇生，倒披針狀條形，長(zhǎng)1~2.5厘米。雌雄同株，球花單生短枝頂端，球果幼時(shí)淡紅紫色，熟后為淡褐色或褐色。樹(shù)皮褐色，含鞣質(zhì)。松樹(shù)皮提取物被廣泛用作食品添加劑和保健品出售或出口，國(guó)外已有用松樹(shù)皮提取物開(kāi)發(fā)的藥品上市。藥理活性研究表明，松樹(shù)皮提取物在抗氧化、清除自由基、抗腫瘤、保護(hù)心血管及改善微循環(huán)等方面具有廣泛的生物活性。長(zhǎng)白落葉松分布于中國(guó)吉林長(zhǎng)白山區(qū)和黑龍江牡丹江流域。在林場(chǎng)其樹(shù)皮常被當(dāng)作廢棄物處理。在此之前，還未有對(duì)該松樹(shù)皮的化學(xué)成分進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究的報(bào)道，因此，無(wú)論從基礎(chǔ)研究還是從應(yīng)用開(kāi)發(fā)的角度考慮，都有必要對(duì)長(zhǎng)白落葉松樹(shù)皮的化學(xué)成分進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，進(jìn)而尋找其中的活性成分桂花的花芽分化基本過(guò)程可以分為花序分化期、小花分化期、花萼分化期、花瓣分化期、雄蕊分化期和雌蕊（退化雌蕊）分化期等6個(gè)時(shí)期。四季桂具有多次開(kāi)花的現(xiàn)象，秋季（與秋桂同期）的花芽分化和開(kāi)花特性與其他季節(jié)的開(kāi)花特性明顯不同，秋季的花芽分化和開(kāi)花特性與秋桂基本一致。在杭州地區(qū),，大部分秋桂品種從6月上旬開(kāi)始進(jìn)入花芽分化，8月底到9月初完成,，歷時(shí)近3個(gè)月。不同品種花芽分化進(jìn)程略有不同主要是由于品種自身營(yíng)養(yǎng)積累狀況和對(duì)氣溫的敏感性不同造成；花芽分化對(duì)氣溫、相對(duì)濕度等環(huán)境條件沒(méi)有特殊要求，但相對(duì)低溫能顯著促進(jìn)花芽分化。不同性別的品種花芽分化存在一定的差異，要表現(xiàn)在雌蕊（退化雌蕊）的分化和發(fā)育上：無(wú)論是雄性品種還是兩性品種,，分化前期即從花序分化期到雄蕊分化期均表現(xiàn)為兩性狀態(tài),，之間無(wú)顯著差異,，蕊分化期才表現(xiàn)出顯著的不同（二）基線（baseline）1、基線（baseline）在正常操作條件下，僅有流動(dòng)相通過(guò)時(shí)響應(yīng)信號(hào)－時(shí)間曲線。2、基線噪聲（baselinenoise）由各種因素所引起的基線波動(dòng)。(一般計(jì)算峰前后1-2min內(nèi)的噪聲）3、基線漂移（baselinedrift）基線隨時(shí)間定向的緩慢移動(dòng)（三）色譜峰（chromatographicpeak）1、正常色譜峰：呈正態(tài)分布2.拖尾峰（tailingpeak）：前沿陡峭，后沿拖尾的不對(duì)稱色譜峰3、前伸峰（leadingpeak）:前沿平緩，后沿陡峭的不對(duì)稱色譜峰5.假峰（ghostpeak）又稱鬼峰：由于儀器條件的變化等原因而在譜圖上出現(xiàn)的色譜峰，即并非由試樣所產(chǎn)生的峰。色譜峰：1個(gè)樣品組分的色譜峰可用3個(gè)參數(shù)來(lái)描述，即峰高(或峰面積)、峰位和峰寬。峰高(或峰面積)用于定量；峰位用于定性；峰寬可用于衡量柱效。若描述一組色譜峰，還需用分離參數(shù)表述相鄰峰的重疊程度。二、保留值－定性參數(shù)（一）保留時(shí)間(retentiontime)（1）死時(shí)間(deadtime):tM（2）保留時(shí)間(retentiontime)（tR）（3）調(diào)整保留時(shí)間(adjustedretentiontime)（tR

＇）：tR＇=tR－tM（二）保留體積(retentionvolume)（1）死體積（VM）：VM=tM×Fc（2）保留體積（VR）：VR=tR×Fc（3）調(diào)整保留體積(VR＇)：V

R＇=VR－VM

Fc：載氣流速（mL/min)（4）校正保留體積(VR0)：用壓力梯度校正因子修正的保留體積：VR0=jVR（5）凈保留體積(VN)：用壓力梯度校正因子修正的調(diào)整保留體積(VN)=jV

R＇用壓力梯度校正因子修正的調(diào)整保留體積（6）比保留體積（Vg）每克固定液校正到273K的凈保留體積（三）相對(duì)保留值（選擇性因子a）：相同操作條件下，兩組分的調(diào)整保留值之比。r2，1=t′R2

/t′R1=V′R2/V′R1（四）保留指數(shù)(retentionindex）t’R(x)---待測(cè)物X的調(diào)整保留時(shí)間t’R(z)---碳原子數(shù)為Z的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間t’R(z+n)---碳原子數(shù)為z+n的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間t’R(z)≤t’R(x)≤t’R(z+n)（通常n=1）規(guī)定正構(gòu)烷烴的I值是其原子數(shù)的100倍，如：正庚烷I=700－保留指數(shù)差化合物x在某一固定液s上測(cè)得的保留指數(shù)減去在角鯊?fù)椋ó惾椋┕潭ㄒ荷系玫降谋Ａ糁笖?shù)。（一）.區(qū)域?qū)挾扔脕?lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法：（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差(

)：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(W1/2)：色譜峰高一半處的寬度W1/2=2.354

（3）峰底寬(W)：W=4

三、柱效參數(shù)從色譜圖中，可得許多信息：

1色譜峰的個(gè)數(shù)，可推斷所含組分的個(gè)數(shù)；2根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析；3根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析；4色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，評(píng)價(jià)柱效依據(jù)；5色譜峰兩峰間的距離判斷組分選擇性

(一）.分配系數(shù)（partitionfactor）K

在一定溫度、壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相中平衡濃度的比值。Ms

ccK==組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度第三節(jié)色譜法基本原理一、分配系數(shù)和分配比：相平衡參數(shù)，是用來(lái)描述色譜過(guò)程中，樣品組分在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相中的分配情況動(dòng)畫分配系數(shù)K的討論一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)；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。同一條件下，若兩組分的K值相等，則色譜峰重合，差別越大，色譜峰的距離越大（二）.分配比（partionratio）k或K’

在實(shí)際工作中，也常用分配比來(lái)表征色譜分配平衡過(guò)程。分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的質(zhì)量比：

1.分配系數(shù)與分配比都是與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。2.分配系數(shù)決定于組分和兩相性質(zhì),與兩相體積無(wú)關(guān).而分配比與組分和兩相性質(zhì)有關(guān),也兩相體積有關(guān)3.分配系數(shù)與分配比都是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的參數(shù)，數(shù)值越大，該組分的保留時(shí)間越長(zhǎng)。

分配比也稱：容量因子(capacityfactor)；容量比(capacityfactor)；（三）分配比與分配系數(shù)的關(guān)系

式中β為相比。填充柱相比：5～35；毛細(xì)管柱的相比：50～1500。VM為流動(dòng)相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的空隙體積；

VS為固定相體積，對(duì)不同類型色譜柱，VS的含義不同；氣-液色譜柱：VS為固定液體積；氣-固色譜柱：VS為吸附劑表面容量；（四）分配比與保留時(shí)間的關(guān)系

tR=tM(1+k)tR’=ktM（五）分配比、分配系數(shù)與選擇性因子的關(guān)系

a=t′R（2）/t′R（1）=k2/k1=K2/K1討論：如何使A、B組分完全分離ABAB組分A、B在沿柱移動(dòng)時(shí)不同位置的濃度輪廓濃度1.兩組分的分配系數(shù)必須有差異2.區(qū)域?qū)挾鹊臄U(kuò)展速度應(yīng)小于區(qū)域分離的速度3.在保證快速分離的前提下，提供足夠長(zhǎng)的色譜柱練習(xí)題1.混合樣品a,b,c,d,e在柱上的分配系數(shù)分別為105，85，310，50，205，則各個(gè)組分流出柱的先后順序?yàn)椋ǎ〢

d，b，a，e，cB.c，d，a，b，eC.c，e，a，b，dD.a，b，c，d，e下列參數(shù)改變時(shí)，會(huì)引起分配系數(shù)變化的是…………（）A柱長(zhǎng)增加B.固定相改變

C.相比減少D.流動(dòng)相流速增加

色譜理論需要解決的問(wèn)題：色譜分離過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時(shí)間：色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素控制；（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬：色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素控制；（兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）兩種色譜理論：塔板理論和速率理論；

塔板理論的假設(shè)：(1)在每一個(gè)平衡過(guò)程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；(2)將載氣看作成脈動(dòng)（間歇）過(guò)程；(3)試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略；(4)每次分配的分配系數(shù)相同。（5）所有物質(zhì)在開(kāi)始時(shí)全部進(jìn)入零號(hào)塔板二、

塔板理論

（1）.塔板理論（platetheory）半經(jīng)驗(yàn)理論；將色譜分離過(guò)程比擬作蒸餾過(guò)程，將連續(xù)的色譜分離過(guò)程分割成多次的平衡過(guò)程的重復(fù)（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過(guò)程）；組分在n=5,k,=1,m=1柱內(nèi)任一板上分配表

色譜柱長(zhǎng)：L，

虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配!（2）.有效塔板數(shù)和有效塔板高度

單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在tM時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：（二）塔板數(shù)和塔板高度柱效：也叫柱效能理論塔板數(shù)n有效塔板數(shù)neff理論塔板高度HH=L/n有效塔板高度HeffHeff=L/neff得出色譜流出曲線方程：

C0:進(jìn)樣的濃度tR:保留時(shí)間σ:標(biāo)準(zhǔn)偏差較好地解析了色譜曲線形狀2濃度極大點(diǎn)Cmax的位置是tR(即VR)3計(jì)算評(píng)價(jià)柱效塔板理論成功之處:塔板理論不足之處

不能解析載氣流速u對(duì)N影響

不能指出板高H受那些因素影響（3）.塔板理論的理解(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。三.速率理論-影響柱效的因素（一）.范.弟姆特（VanDeemter）方程式－氣相色譜速率理論

H=A+B/u+C·u

H：理論塔板高度，u：載氣的線速度(cm/s)減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；存在著最佳流速；

A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？A─渦流擴(kuò)散項(xiàng)（eddydiffusion）

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。（動(dòng)畫）B/u—分子擴(kuò)散項(xiàng)

moleculardiffusion）

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散;(2)擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時(shí)間↑，擴(kuò)散↑;(4)擴(kuò)散系數(shù)：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。（動(dòng)畫）

k為容量因子；Dg、DL為擴(kuò)散系數(shù);dp：固定相的平均顆粒直徑;df

液膜的厚度。

減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，降低固定相液膜厚度，可降低傳質(zhì)阻力。C·u—傳質(zhì)阻力項(xiàng)

傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）（動(dòng)畫）（二）范氏方程討論

1、顆粒大小與粒度范圍

（1）顆粒太大，填充均勻性越差λ,（2）dP太小氣阻大，固定相顆粒直徑一般40—60，60—80，80—100目。

A=2λdp

2.載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時(shí)：

傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速

，柱效

。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

。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。(三）影響譜帶變寬的其它因素1、非線性分配色譜2、載體表面活性吸附中心造成的拖尾峰3、柱外效應(yīng)當(dāng)溶質(zhì)濃度較低時(shí)，K為常數(shù)，Cs與Cm成線性關(guān)系，其相應(yīng)的色譜過(guò)程稱為線性色譜。CSCM1、非線性分配色譜CMCSCSCM非線性色譜。其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：a、溶質(zhì)洗脫峰不再是對(duì)稱的正態(tài)分布，而是有“拖尾”或“伸舌”現(xiàn)象；b、樣品的保留值可變。線性色譜中同一樣品的保留值是常數(shù)，只隨樣品不同而變化；c、色譜峰的峰高與濃度不是線性關(guān)系。在線性色譜中峰高與組分是線性關(guān)系。峰高是定量分析的重要數(shù)據(jù)。在非線性色譜中，峰高增加的速率隨濃度的增加而逐漸降低，因而峰高不能作為定量分析的指標(biāo)。（3）.氣相色譜速率理論的要點(diǎn)(1)組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所造成的分子擴(kuò)散及傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展柱效下降的主要原因。(2)通過(guò)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。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。（二）.Giddings方程式－液相色譜速率理論液相色譜與氣相色譜的的主要區(qū)別在于液體和氣體性質(zhì)的差異參數(shù)氣體液體擴(kuò)散系數(shù)Dm/cm2.s-1密度ρ/g.cm-3粘度η/g(cm.s)-110-110-510-3110-410-21.渦流擴(kuò)散項(xiàng)HeHe＝2λdp1958年，Giddings和Snyder等提出液相色譜速率方程式：2.縱向擴(kuò)散項(xiàng)Hd3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)(1)固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(2)流動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(i)流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hm(ii)滯留的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hsm在高效液相色譜中,液體的擴(kuò)散系數(shù)僅為氣體的萬(wàn)分之一，則速率方程中的分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U較小，可以忽略不計(jì)，即：

H=A+B/u+Cu故液相色譜H-u曲線與氣相色譜的形狀不同，如圖所示。提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性和降低粒度選用低粘度的流動(dòng)相或適當(dāng)提高柱溫

4.柱外展寬(超柱效應(yīng))柱前展寬:主要是由進(jìn)樣引起的柱后展寬：主要是由連接管、檢測(cè)器流通池體積所引起的在氣一固色譜柱內(nèi)，各組分的分離是基于組分在吸附劑上的_______________能力的不同，而在氣一液色譜中，各組分的分離是基于各組分在固定液中__________能力的不同。

色譜峰越窄，理論塔板數(shù)就越_________，理論塔板高度就越______，柱效能就越_____。

一、分離度:評(píng)價(jià)分離情況的綜合指標(biāo)

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響：保留值之差──色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；

區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：第四節(jié)分離度與基本色譜分離方程式討論：色譜分離中的四種情況的討論：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，，△K較大,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。分離度的表達(dá)式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：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)）。令W2=W1=W（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對(duì)保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：二.色譜分離基本方程式色譜分離基本方程式柱效項(xiàng)柱容量項(xiàng)柱選擇項(xiàng)1.分離度與柱效的關(guān)系提高分離度的方法:增加柱長(zhǎng),或降低理論板高注：對(duì)于一定理論板高的柱子2分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）

1<k<10改變k的方法:改變柱溫和相比3分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）

增大α的最有效方法是選擇合適的固定液。α太小，兩組分未分開(kāi)應(yīng)改變固定相極性，降低柱溫k太小，n也太小，應(yīng)增大固定液用量，降低柱溫n太小，許多組分未分開(kāi)應(yīng)設(shè)法降低板高，提高柱效如何根據(jù)具體情況優(yōu)化分離已知任何兩項(xiàng)，可求第三項(xiàng)4.分離度、柱效和選擇性參數(shù)關(guān)系有效塔板表示的色譜基本方程：n與n有效關(guān)系：第五節(jié)色譜的定性與定量分析色譜法分離好,定性難色譜分析分三個(gè)階段儀器調(diào)試操作條件選擇定性定量---保留值定性---峰高,峰面積定量第一節(jié)定性方法一.保留值定性（一）氣相色譜法的保留值定性1.利用純物質(zhì)對(duì)照定性該法是基于在一定操作條件下，各組分保留時(shí)間是一定值的原理。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：要有純樣，適用于已知物，操作條件要穩(wěn)定:流速、溫度等具體做法：1）分別以試樣和標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)樣分析——各自的色譜圖；2）對(duì)照：如果試樣中某峰的保留時(shí)間和標(biāo)樣中某峰重合，則可初步確定試樣中含有該物質(zhì)。3）也可通過(guò)在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物，看試樣中哪個(gè)峰增加來(lái)確定。2.相對(duì)保留值定性用保留值定性要求兩次進(jìn)樣條件完全一致，這是比較困難的。而用αi,s定性，則只要溫度一定即可。優(yōu)點(diǎn)：比絕對(duì)法重現(xiàn)性好(流速不影響）缺點(diǎn)：也需要純樣，比絕對(duì)法麻煩具體做法：在樣品和標(biāo)準(zhǔn)品中分別加入同一種基準(zhǔn)物

s，將樣品的αi,s和標(biāo)準(zhǔn)物的αi,s相比較來(lái)確定樣品中是否含有i組分。3.加入已知物增加峰高法

在未知樣品加入純樣看哪個(gè)峰高增加的組分即可能為這種已知物。4.保留指數(shù)定性法該指數(shù)定性的重現(xiàn)性最佳。當(dāng)固定液和柱溫一定時(shí)，定性可不需要標(biāo)準(zhǔn)物。設(shè)正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為碳數(shù)100。測(cè)定時(shí)，將碳數(shù)為n和n+1的正構(gòu)烷烴加入到樣品x中進(jìn)行色譜分析，此時(shí)測(cè)得這三個(gè)物質(zhì)的調(diào)整保留值有如下關(guān)系：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)得Ix值與文獻(xiàn)值對(duì)照就可定性。缺點(diǎn)：1.要有正構(gòu)烷烴純樣。2.可供查閱的文獻(xiàn)值太少。3．柱子與柱溫要與文獻(xiàn)規(guī)定相同［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上進(jìn)行分析（柱溫100℃）。由圖中測(cè)得調(diào)整保留時(shí)間為：乙酸正丁酯310.0mm，正庚烷174.Omm，正辛烷373.4mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)解：已知n=7即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為775.6。在與文獻(xiàn)值對(duì)照時(shí)，一定要重視文獻(xiàn)值的實(shí)驗(yàn)條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個(gè)已知組分進(jìn)行驗(yàn)證。5、其它方法定性1.用比保留體積Vg定性

優(yōu)點(diǎn)：不用純樣缺點(diǎn)：如果固定液流失，則定性不準(zhǔn)。2.利用保留值規(guī)律定性

a.碳數(shù)規(guī)律logVg=A1n+B1b.沸點(diǎn)規(guī)律logVg=A2Tb+B2c.柱溫規(guī)律I=A3Tc+B3比保留體積（Vg）:每克固定液校正到273K的凈保留體積(二）液相色譜中的保留值定性直接比較法增加峰高法（三）平板色譜中保留值定性比移值二.選擇檢測(cè)器定性

三.聯(lián)用GC-MSGC-FTIR(傅立葉變換紅外光譜)GC-NMR缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)譜圖太少，一般用計(jì)算機(jī)檢索四．雙柱定性：可克服在一根柱上，不同物質(zhì)可能出現(xiàn)相同的保留時(shí)間的情況。一根極性柱，一根非極性柱。若二根柱上tR未知與tR已知都吻合，則定性可靠性就增一倍。

例：1－丁烯和異丁烯五利用化學(xué)反應(yīng)配合色譜定性柱后流出物做官能團(tuán)分析柱前反應(yīng)配合氣相色譜定性第二節(jié)定量分析分析是根據(jù)檢測(cè)器對(duì)待測(cè)物的響應(yīng)（峰高或峰面積）與待測(cè)物的量成正比的原理進(jìn)行定量的。因此必須準(zhǔn)確測(cè)定峰高h(yuǎn)或峰面積A。

1.求峰面積定量準(zhǔn)確度決定于2.求相對(duì)校正因子

3.選準(zhǔn)確定量方法峰面積A和峰高h(yuǎn)的測(cè)量：hh一.峰面積1.對(duì)稱峰：A=1.065W1/2h2．不對(duì)稱峰

A=1/2

h（W0.15+W0.85）

式中W0.15和

W0.85

分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬

二.定量校正因子由于檢測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)的響應(yīng)不同，所以兩個(gè)相等量的物質(zhì)得不出相等峰面積。或者說(shuō)，相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。例如用TCD，N2作載氣測(cè)O2，H2的百分含量若H2、O2峰面積相同,百分含量相同就不對(duì)。不能用下式計(jì)算：

∵H2的熱導(dǎo)系數(shù)大,TCD響應(yīng)大,但實(shí)際含量小∴必須用校正因子.

ACfH250050%0.1O25050%11）絕對(duì)校正因子f叫絕對(duì)校正因子,決定于檢測(cè)器的靈敏度，f不易測(cè)定?！喑Ｓ孟鄬?duì)校正因子f’

通常所指的校正因子都是指相對(duì)校正因子。2.

相對(duì)校正因子相對(duì)校正因子定義為即某組分i的相對(duì)校正因子f’為組分i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對(duì)校正因子之比。

相對(duì)校正因子的表示方法

重量校正因子與摩爾校正因子

）質(zhì)量校正因子m--質(zhì)量A--峰面積）摩爾校正因子M--分子量

準(zhǔn)確定量分析時(shí),應(yīng)該用自己測(cè)定的校正因子,而不用文獻(xiàn)值∵校正因子隨檢測(cè)器類別,使用載氣的不同而不同相對(duì)校正因子的測(cè)定方法

f’值可引用文獻(xiàn)值，也可以自己測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，TCD是苯，F(xiàn)ID是正庚烷。準(zhǔn)確稱量被測(cè)組分mi和標(biāo)準(zhǔn)組分ms的質(zhì)量在線線范圍內(nèi)進(jìn)樣測(cè)Ai和As

求f’

m或f’

M

多次測(cè)定，求平均值。三.定量方法歸一化法,內(nèi)標(biāo)法,外標(biāo)法。各有其優(yōu)缺點(diǎn),1歸一化法（normallizationmethod）優(yōu)點(diǎn):是相對(duì)法∴與進(jìn)樣量無(wú)關(guān),定量較準(zhǔn)確缺點(diǎn):要求全出峰(樣品所有組分都要出峰)

全知峰(有所有組分的標(biāo)準(zhǔn)品)

2.外標(biāo)法(externalstandardmethod）標(biāo)準(zhǔn)曲線法)用待測(cè)組分的純樣制標(biāo)準(zhǔn)曲線優(yōu)點(diǎn)：快速簡(jiǎn)單,只要待測(cè)組分出峰且完全分離即可缺點(diǎn)：絕對(duì)法,進(jìn)樣量,操作條件要不變

單點(diǎn)校正法適用條件：被測(cè)物中各濃度范圍變化不大時(shí)。配制一個(gè)和被測(cè)組分含量十分接近的標(biāo)準(zhǔn)溶液，定量進(jìn)樣。Wi/Ws=Ai/As3.內(nèi)標(biāo)法不能全出峰或只需測(cè)某幾個(gè)組分時(shí)采用方法:準(zhǔn)確稱取樣品,加入一定量?jī)?nèi)標(biāo)物,根據(jù)質(zhì)量及峰面積求出某組分的含量ms

內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量；As

內(nèi)標(biāo)物峰面積;Ai

被測(cè)物峰面積;fs

內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量校正因子;fi

被測(cè)物質(zhì)量校正因子m樣品重一般選內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，fs=1步驟:a.選內(nèi)標(biāo)物

b.測(cè)fm(i/s)(fi)c.稱未知樣m.內(nèi)標(biāo)物ms,測(cè)Ai,As內(nèi)標(biāo)法的關(guān)鍵是選擇合適的內(nèi)標(biāo)物，它必須符合下列條件：(1)是樣品中原來(lái)不存在的純物質(zhì)，性質(zhì)與被測(cè)物相近，能完全溶解于樣品并且不與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（2）內(nèi)標(biāo)物的峰應(yīng)盡量靠近被測(cè)組分的峰，或位于幾個(gè)被測(cè)物之峰的中間并與這些色譜峰完全分離。（3）內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量應(yīng)與被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量接近，能保持色譜峰大小差不多。例:測(cè)甲苯,乙苯,正丙苯的混合物,苯作內(nèi)標(biāo)物求組分含量組分面積cm2

校正因子fm(i/s)苯4.001.00甲苯3.840.96乙苯1.950.92正丙苯0.820.90內(nèi)標(biāo)法優(yōu)點(diǎn):是相對(duì)法,不要求全出峰,全知峰缺點(diǎn):要有內(nèi)標(biāo)物純樣,兩次稱重,比較麻煩ms/m=1/104.內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法將內(nèi)標(biāo)法中的試樣取樣量和內(nèi)標(biāo)物加入量固定，則：wiAi

/As特點(diǎn):不必測(cè)出校正因子,消除了某些操作條件的影響,不需嚴(yán)格定量進(jìn)樣四、定量分析誤差的主要來(lái)源峰面積與定量因子測(cè)量精度樣品的穩(wěn)定性與代表性進(jìn)樣系統(tǒng)影響柱系統(tǒng)的影響氣相色譜操作條件柱溫、檢測(cè)溫度、載氣流速檢測(cè)器的影響1.某化合物只含有乙醇、正庚烷、苯和醋酸乙酯，用熱導(dǎo)池檢測(cè)器進(jìn)行色譜分析數(shù)據(jù)如表3-1。計(jì)算各組分的百分含量。氣相色譜分析二甲苯氧化母液含量，稱取樣品0.1250g,加入正壬烷內(nèi)標(biāo)0.0625g，間二甲苯的校正因子為0.96，正壬烷校正因子為1.02，間二甲苯的峰面積為3.5cm2，正壬烷的峰面積為12cm2求樣品中間二甲苯的含量。用外標(biāo)法分析某原料氣中H2S與SO2的含量，用不同體積的純氣，以氮?dú)馀涑刹煌瑵舛鹊臉?biāo)準(zhǔn)氣體，在選定的色譜條件下分析進(jìn)樣1ml，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。分析樣品時(shí)，同樣進(jìn)1ml，這時(shí)H2S的峰高為13.5cm，SO2的峰高為0.75cm，求其百分含量。

R=1

分離程度達(dá)98%

R>=1.5

完全分離,達(dá)>=99.7

也叫基線分離

R<1

二峰明顯重疊討論：（1）分離度與柱效的關(guān)系（柱效因子）

提高分離度的方法:增加柱長(zhǎng),或降低板高（2）分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）

1<k<10改變k的方法:改變固定相;改變柱溫和相比(GC)改變流動(dòng)相組成；改變固定相;改變柱溫和相比(HPLC)（3）分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）

增大α的最有效方法是選擇合適的固定相。α太小，兩組分未分開(kāi)應(yīng)改變固定相極性，降低柱溫k太小，n也太小，應(yīng)增大固定液用量，降低柱溫n太小，許多組分未分開(kāi)應(yīng)設(shè)法降低板高，提高柱效（二）.Giddings方程式－液相色譜速率理論液相色譜與氣相色譜的的主要區(qū)別在于液體和氣體性質(zhì)的差異參數(shù)氣體液體擴(kuò)散系數(shù)Dm/cm2.s-1密度ρ/g.cm-3粘度η/g(cm.s)-110-110-510-3110-410-21.渦流擴(kuò)散項(xiàng)HeHe＝2λdp1958年，Giddings和Snyder等提出液相色譜速率方程式：2.縱向擴(kuò)散項(xiàng)Hd3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)(1)固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(2)流動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(i)流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hm(ii)滯留的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hsm在高效液相色譜中,液體的擴(kuò)散系數(shù)僅為氣體的萬(wàn)分之一，則速率方程中的分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U較小，可以忽略不計(jì)，即：

H=A+B/u+Cu故液相色譜H-u曲線與氣相色譜的形狀不同，如圖所示。提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性和降低粒度選用低粘度的流動(dòng)相或適當(dāng)提高柱溫

4.柱外展寬(超柱效應(yīng))柱前展寬:主要是由進(jìn)樣引起的柱后展寬：主要是由連接管、檢測(cè)器流通池體積所引起的第三節(jié)分離條件的選擇要求1.兩峰間有一定距離—tR不同要求2.峰寬要窄—W1/2要小提問(wèn):怎樣制備一根好的色譜柱?怎樣評(píng)價(jià)?怎樣選色譜條件?一般:1.選擇性(相對(duì)保留值α或保留指數(shù)I)－－評(píng)價(jià)固定液對(duì)物質(zhì)的保留作用2.柱效能(n，neff)－－評(píng)價(jià)柱效能3.分離度R(總分離效能指標(biāo)參數(shù))分離度是將以上二者綜合考慮既反映柱效能,又反映選擇性

分離度分離條件的選擇主要是提高“難分離物質(zhì)對(duì)”的分離度（1）峰寬分離度R國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分離度

當(dāng)兩峰高相差不大,且峰型接近時(shí)可以認(rèn)為W1=W2=W

(2)半峰寬分離度R1/2

R與R1/2關(guān)系,對(duì)于高斯R1/2=1.7R二，分離基本關(guān)系式此式用于計(jì)算達(dá)到一定R時(shí)所需的n

n表示柱效,難以說(shuō)明真實(shí)分離效果α1.2表示選擇性,表示固定液對(duì)組分保留作用,不說(shuō)明柱效R是總分離效能指標(biāo),只有>1時(shí),二組分才有可能分離α1.2討論：

R=1

分離程度達(dá)98%

R>=1.5

完全分離,達(dá)>=99.7

也叫基線分離

R<1

二峰明顯重疊分離度與柱效關(guān)系(R與n)所以我們希望用柱效高的色譜柱2.R與K，的關(guān)系

α1.2由上式可知：(1)增加塔板數(shù)可以提高分離度(2)k值的最佳范圍是：1＜k＜10(3)相對(duì)保留值α增大，能顯著地提高分離度兩根同種色譜柱的相互關(guān)系式：例如:柱長(zhǎng)L=30cm分離度R=1.06

柱效n=3490分析時(shí)間tR2=17.63min;要使分離度達(dá)到R=1.5或以上,就需要改變L,n如果換一根30cm長(zhǎng),但n=7000的柱則tR2=17.63min內(nèi)可達(dá)R=1.5的分離度若采取加長(zhǎng)色譜柱的方法,則需要60cm,

分析時(shí)間tR2=35min3.分離度R與保留時(shí)間tR的關(guān)系說(shuō)明:縮短分析時(shí)間的最有效的措施是提高柱效

縮短柱長(zhǎng),增加載氣流速也可以提高分析速度但前提是保證足夠的R值三、分離條件的優(yōu)化改變n和Hn=L/HLn但分析時(shí)間也增加最好是在不增加柱長(zhǎng)的條件下,減少H,以達(dá)到增加n根據(jù)范氏方程選擇操作條件,使H(1).Uopt

選U實(shí)稍高于Uopt,一般30ml/min∵右側(cè)平坦U稍變化不會(huì)引起H大的變化

U大使tR小,分析速度加快B/UCU(2).固定液及配比降低Cs項(xiàng)(液相阻力),dl(膜厚)要小即配比要低

dl太小有兩個(gè)缺點(diǎn):

a.進(jìn)樣量小(肚子小)

b.載體表面被固定液覆蓋小,使載體出現(xiàn)極性,因吸附作用會(huì)產(chǎn)生拖尾峰(3).載體粒徑影響A項(xiàng)Cm項(xiàng)要求惰性,顆粒小而均勻一般80~100目(178-150mm)篩分范圍窄好(4).采用小內(nèi)徑的色譜柱柱徑4mmHUH柱徑2.2mmU40~50目100~150目20~30目2.改變k如圖k>5,R變化就很小了GC分析:最好k