色譜基本理論

1、第二章 色譜法原理（Principles of Chromatography）2-1 概述 色譜法早在色譜法早在19031903年由俄國(guó)植物學(xué)家年由俄國(guó)植物學(xué)家M.TswettM.Tswett（茨維特）提出，成（茨維特）提出，成為十分重要的分離分析手段。為十分重要的分離分析手段。實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：葉綠素分離：石油醚浸提葉片葉綠素分離：石油醚浸提葉片碳酸鈣填充拄碳酸鈣填充拄純凈石純凈石油醚淋洗油醚淋洗葉綠素分離（葉綠素分離（a a，b b，葉黃素，胡蘿卜素），葉黃素，胡蘿卜素）色譜法共同的基本特點(diǎn)色譜法共同的基本特點(diǎn)n色譜法共同的基本特點(diǎn)是具備兩個(gè)相：色譜法共同的基本特點(diǎn)是具備兩個(gè)相：不動(dòng)的一相，不動(dòng)

2、的一相，稱為固定相稱為固定相( (色譜柱色譜柱) )；另一相是攜帶樣品流過(guò)固定；另一相是攜帶樣品流過(guò)固定相的流動(dòng)體，稱為流動(dòng)相（載氣或流動(dòng)相）。相的流動(dòng)體，稱為流動(dòng)相（載氣或流動(dòng)相）。n當(dāng)流動(dòng)相中樣品混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定當(dāng)流動(dòng)相中樣品混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生作用，相發(fā)生作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強(qiáng)弱也有差異與固定相相互作用的類型、強(qiáng)弱也有差異，因此在，因此在同一推動(dòng)力的作用下，不同組分在固定相同一推動(dòng)力的作用下，不同組分在固定相滯留滯留時(shí)間時(shí)間長(zhǎng)短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出長(zhǎng)短不同，從而按先

3、后不同的次序從固定相中流出（洗脫洗脫）。）。n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)。的分離與檢測(cè)。n 兩相及兩相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)兩相及兩相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)主要色譜儀器及基本工作流程主要色譜儀器及基本工作流程氣路系統(tǒng)、進(jìn)氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)（色譜柱）、樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)（色譜柱）、溫控系統(tǒng)（柱溫箱）、檢測(cè)系溫控系統(tǒng)（柱溫箱）、檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）統(tǒng)（檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）組成組成。：高壓輸高壓輸液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理系系統(tǒng)和檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)色譜法

4、分類 n 氣體為流動(dòng)相的色譜稱為氣相色譜（氣體為流動(dòng)相的色譜稱為氣相色譜（GCGC），根據(jù)固定相是固），根據(jù)固定相是固體吸附劑還是固定液（附著在惰性載體上的一薄層有機(jī)化合體吸附劑還是固定液（附著在惰性載體上的一薄層有機(jī)化合物液體），又可分為氣固色譜（物液體），又可分為氣固色譜（GSCGSC）和氣液色譜（）和氣液色譜（GLCGLC）n液體為流動(dòng)相的色譜稱液相色譜（液體為流動(dòng)相的色譜稱液相色譜（LCLC）。同理，液相色譜亦）。同理，液相色譜亦可分為液固色譜（可分為液固色譜（LSCLSC）和液液色譜（）和液液色譜（LLCLLC）n超臨界流體為流動(dòng)相的色譜稱為超臨界流體色譜（超臨界流體為流動(dòng)相的色譜稱

5、為超臨界流體色譜（SFCSFC）。）。n其中，其中，在色譜柱制作技術(shù)中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將固定液鍵合到載在色譜柱制作技術(shù)中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將固定液鍵合到載體表面，這種化學(xué)鍵合固定相的色譜又稱化學(xué)鍵合相色譜體表面，這種化學(xué)鍵合固定相的色譜又稱化學(xué)鍵合相色譜（CBPCCBPC）。）。 2.2.2 按分離機(jī)理分類 利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法，利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法，稱為稱為吸附色譜法吸附色譜法。利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法稱為利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法稱為分配分配色譜法色譜法。利用

6、組分在離子交換劑（固定相）上的親和力大小不同而達(dá)到分離的方利用組分在離子交換劑（固定相）上的親和力大小不同而達(dá)到分離的方法，稱為法，稱為離子交換色譜法離子交換色譜法。利用大小不同的分子在多孔固定相中的選擇滲透而達(dá)到分離的方法，稱利用大小不同的分子在多孔固定相中的選擇滲透而達(dá)到分離的方法，稱為為凝膠色譜法凝膠色譜法或或排阻色譜法排阻色譜法。利用不同組分與固定相（固定化分子）的高專屬性親和力進(jìn)行分離的技利用不同組分與固定相（固定化分子）的高專屬性親和力進(jìn)行分離的技術(shù)稱為術(shù)稱為親和色譜法親和色譜法，常用于蛋白質(zhì)的分離。，常用于蛋白質(zhì)的分離。 固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為柱

7、色譜柱色譜。固定相呈平板狀的色譜法，稱為固定相呈平板狀的色譜法，稱為平板色譜平板色譜，它又可分為，它又可分為薄薄層色譜和紙色譜層色譜和紙色譜。 。2.2.3 按固定相的外形分類2-12-2 2-2 色譜流出曲線及有關(guān)色譜術(shù)語(yǔ)色譜流出曲線及有關(guān)色譜術(shù)語(yǔ)2.2.1 流出曲線和色譜峰 2-1n試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，以此流出色試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，以此流出色譜柱，經(jīng)檢測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用數(shù)據(jù)譜柱，經(jīng)檢測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用數(shù)據(jù)記錄裝置將各組分的濃度變化記錄下來(lái)，即記錄裝置將各組分的濃度變化記錄下來(lái)，即得得色譜圖色譜圖。n色譜圖是以組分的濃度變化引起的的電信號(hào)色譜圖是以組分的濃度變化引

8、起的的電信號(hào)作為縱坐標(biāo)，流出時(shí)間作為橫坐標(biāo)的，這種作為縱坐標(biāo)，流出時(shí)間作為橫坐標(biāo)的，這種曲線稱為曲線稱為色譜流出曲線。色譜流出曲線?；€基線(Baseline) 、基線噪聲基線噪聲(Baseline noise)基線漂移基線漂移(Baseline drift)死時(shí)間死時(shí)間(Dead time)、死體積、死體積(Dead volume)保留值保留值(Retention value): Retention time & Retention volume調(diào)整保留值調(diào)整保留值(Adjusted retention value)：Adjusted retention time & Adj

9、usted retention volume相對(duì)保留值相對(duì)保留值(Relative retention value)區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?Peak width) 標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差(Standard deviation) 半峰寬度半峰寬度(Peak width at half-height) 峰底寬度峰底寬度(Peak width at peak base) 峰高峰高（Peak height）2.2.2 基線 n 柱中僅有流動(dòng)相通過(guò)時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)訊號(hào)的記錄柱中僅有流動(dòng)相通過(guò)時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)訊號(hào)的記錄值，即圖值，即圖2-12-1中中OtOt線理想的基線應(yīng)該是線理想的基線應(yīng)該是一條水一條水平直線?；€噪聲

10、，基線漂移平直線?；€噪聲，基線漂移2-12.2.3 色譜峰頂點(diǎn)與基線色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以之間的垂直距離，以h h表示，如圖表示，如圖2-12-1中中BABA 2.2.4 保留值 （1 1） 死時(shí)間死時(shí)間t tM M 不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí)，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)間稱為從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間死時(shí)間，如圖如圖2-12-1中中 OAOA。 因?yàn)檫@種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流因?yàn)檫@種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流動(dòng)速度將與流動(dòng)相的流動(dòng)速度相近動(dòng)速度將與流動(dòng)相的流動(dòng)速度相近測(cè)定流動(dòng)相測(cè)定流動(dòng)相平均線速

11、平均線速 時(shí)，可用柱長(zhǎng)時(shí)，可用柱長(zhǎng)L L與與t tM M的比值計(jì)算。的比值計(jì)算。mtLu （2 2） 保留時(shí)間保留時(shí)間t tR R 試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為保留時(shí)間，如圖經(jīng)歷的時(shí)間，稱為保留時(shí)間，如圖2-1 2-1 OBOB它相應(yīng)于樣品到達(dá)柱末端的檢測(cè)器所它相應(yīng)于樣品到達(dá)柱末端的檢測(cè)器所需的時(shí)間需的時(shí)間 圖圖2-1 色譜流出曲線色譜流出曲線（3 3）調(diào)整保留時(shí)間）調(diào)整保留時(shí)間t tR R 某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份的的調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間，即，即 t tR R = t = tR

12、 R-t-tM M 由于組份在色譜柱中的保留時(shí)間由于組份在色譜柱中的保留時(shí)間t tR R包含了組份包含了組份隨流動(dòng)相通過(guò)柱子所需的時(shí)間和組份在固定相中滯隨流動(dòng)相通過(guò)柱子所需的時(shí)間和組份在固定相中滯留所需的時(shí)間，所以留所需的時(shí)間，所以t tR R實(shí)際上是組份在固定相中實(shí)際上是組份在固定相中停留的總時(shí)間停留的總時(shí)間保留時(shí)間可用時(shí)間單位（如保留時(shí)間可用時(shí)間單位（如s s）或）或距離單位（如距離單位（如cmcm）表示。）表示。保留時(shí)間是色譜法定性的基本依據(jù)保留時(shí)間是色譜法定性的基本依據(jù)。但同一組份的保留時(shí)間常受到流動(dòng)相流速的影響，但同一組份的保留時(shí)間常受到流動(dòng)相流速的影響，因此色譜工作者有時(shí)用保留體積

13、等進(jìn)行定性檢定。因此色譜工作者有時(shí)用保留體積等進(jìn)行定性檢定。 （4 4） 死體積死體積 V VM M 色譜柱在填充后，柱管內(nèi)色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩固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)器的空間的總和檢測(cè)器的空間的總和當(dāng)后兩項(xiàng)很小而可忽略不當(dāng)后兩項(xiàng)很小而可忽略不計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與流動(dòng)相體積流速計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與流動(dòng)相體積流速F F0 0（L Lminmin）計(jì)算：）計(jì)算： V VM M = t = tM MFF0 0 （5 5） 保留體積保留體積 V VR R 從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大從進(jìn)

14、樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相體積。保留體積與保留時(shí)間點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相體積。保留體積與保留時(shí)間t t。的關(guān)系如下：的關(guān)系如下： VR = tRF0 （6 6） 調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積V VR R 某組份的保留體積扣除死體積后，稱該組份某組份的保留體積扣除死體積后，稱該組份的調(diào)整保留體積，即的調(diào)整保留體積，即 VR = VR- VM （7 7）相對(duì)保留值）相對(duì)保留值2.12.1 某組份某組份2 2的調(diào)整保留值與組份的調(diào)整保留值與組份1 1的調(diào)整保留值之比，的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值：稱為相對(duì)保留值：121212RRRR.VVtt * *選擇因子選擇因子 式中式中t

15、 tR2R2為為后出峰后出峰的調(diào)整保留時(shí)間，所以的調(diào)整保留時(shí)間，所以這時(shí)這時(shí)總是大于總是大于1 1的的 。12RRtt2.2.5 區(qū)域?qū)挾?色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁墙M份在色譜柱中譜帶擴(kuò)色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁墙M份在色譜柱中譜帶擴(kuò)張的函數(shù)，它反映了色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素。張的函數(shù)，它反映了色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素。度量色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法度量色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法： （1 1） 標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差：0.6070.607倍峰高處色譜峰寬的一倍峰高處色譜峰寬的一半，如圖半，如圖2-12-1中中EFEF距離的一半。距離的一半。（2 2）半峰寬）半峰寬Y Y1/21/2：峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬，如圖峰高

16、一半處對(duì)應(yīng)的峰寬，如圖2-2-1 1中中GHGH間的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差間的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系是：的關(guān)系是： Y Y1/21/2 = 2.354 = 2.3542-1 （3 3） 基線寬度（基線寬度（W W或或Y Y） 即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上的截距，如圖2-1中IJ的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系是： Y = 4 2/17.1YY 色譜流出曲線可以得到許多重要信息：色譜流出曲線可以得到許多重要信息： 2-3 2-3 色譜法分析的基本原理色譜法分析的基本原理 色譜分析根本目的色譜分析根本目的： 2.3.1 分配系數(shù)K和分配比k（1）分配系數(shù)分配系數(shù)K K 色譜分離是基于樣品組分在固定相和

17、流動(dòng)相之間色譜分離是基于樣品組分在固定相和流動(dòng)相之間反復(fù)多次地分配或吸附反復(fù)多次地分配或吸附-脫附過(guò)程（溶解）脫附過(guò)程（溶解）。分配系數(shù)是描述分離過(guò)程中樣品分子在兩相間分分配系數(shù)是描述分離過(guò)程中樣品分子在兩相間分配的參數(shù)，配的參數(shù)，它是指在一定溫度和壓力下，組分在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)的濃度之比值固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值msCCK溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度溶質(zhì)在固定相中的濃度（2 2）分配比）分配比k k 分配比又稱容量因子分配比又稱容量因子：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)組

18、分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比。相中的質(zhì)量比。msMMk量組分在流動(dòng)相中物質(zhì)的量組分在固定相中物質(zhì)的nk k值越大，說(shuō)明組分在固定相中的量越多，相值越大，說(shuō)明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又稱當(dāng)于柱的容量大，因此又稱分配容量分配容量或或容量容量因子因子。n它是它是衡量色譜柱對(duì)被分離組分保留能力的重衡量色譜柱對(duì)被分離組分保留能力的重要參數(shù)。要參數(shù)。nk k值也決定于值也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)，不僅，不僅隨隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動(dòng)相柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動(dòng)相及固定相的體積及固定相的體積有關(guān)。有關(guān)。 式中式中C

19、 CS S、C Cm m分別為組分在固定相和流動(dòng)相的濃分別為組分在固定相和流動(dòng)相的濃度；度；V Vm m為柱中流動(dòng)相的體積，近似等于死體積。為柱中流動(dòng)相的體積，近似等于死體積。VsVs為柱中固定相的體積，在各種不同的類型的為柱中固定相的體積，在各種不同的類型的色譜中有不同的含義。色譜中有不同的含義。例如：例如：在分配色譜中，在分配色譜中，VsVs表示固定液的體積；表示固定液的體積；在尺寸排阻色譜中，則表示固定相的孔體積在尺寸排阻色譜中，則表示固定相的孔體積。mmssmsVCVCmmk分配比分配比k k值的計(jì)算值的計(jì)算（直接從色譜圖測(cè)得）（直接從色譜圖測(cè)得） 滯留因子滯留因子( (保留比保留比)

20、Rs)Rs設(shè)流動(dòng)相在柱內(nèi)的線速度為設(shè)流動(dòng)相在柱內(nèi)的線速度為u u，組分在，組分在柱內(nèi)線速度為柱內(nèi)線速度為u us s，由于固定相對(duì)組分有，由于固定相對(duì)組分有保留作用，所以保留作用，所以u(píng) us su u此兩速度之比此兩速度之比稱為滯留因子稱為滯留因子RsRs。 uuRss 對(duì)組分和流動(dòng)相通過(guò)長(zhǎng)度為對(duì)組分和流動(dòng)相通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng) L的的色譜柱，其所需時(shí)間分別為色譜柱，其所需時(shí)間分別為sruLtuLtmrmssttuuRRsRs若用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，即若用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，即kmmmmmRmssmms1111整理式上述公式，可得 )1 (kttmrmrmrmmrVVtttttk通過(guò)色譜流出曲線通過(guò)色譜流出曲線

21、, ,就可求得分配比就可求得分配比k.k.2-1（3 3） 分配系數(shù)分配系數(shù)K K與分配比與分配比k k的關(guān)系的關(guān)系 n其中其中稱為稱為相比率相比率，它是反映各種色譜柱型特點(diǎn)它是反映各種色譜柱型特點(diǎn)的又一個(gè)參數(shù)。的又一個(gè)參數(shù)。例如：例如：n填充柱：填充柱：6 63535；n毛細(xì)管柱：毛細(xì)管柱：6060600600。 kVVkVmVmCCKsmmmssms/n分配系數(shù)是組分在兩相中的濃度比分配系數(shù)是組分在兩相中的濃度比, ,分配比是分配比是組分在兩相中分配總量之比組分在兩相中分配總量之比. .熱力學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)( (拄拄溫溫, ,柱壓柱壓) )n分配系數(shù)只取決與組分和兩相性質(zhì)分配系數(shù)只取決與組

22、分和兩相性質(zhì), ,與兩相體與兩相體積無(wú)關(guān)積無(wú)關(guān), ,而而分配比不僅取決與組分和兩相性質(zhì)分配比不僅取決與組分和兩相性質(zhì), ,還與還與相比相比有關(guān)有關(guān). .n一定的色譜體系中一定的色譜體系中, ,組分分離決定于組分在每組分分離決定于組分在每相中的相對(duì)量相中的相對(duì)量, ,而不是相對(duì)濃度而不是相對(duì)濃度, ,因此因此, ,分配比分配比是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù).k.k越大越大, ,保留時(shí)間越長(zhǎng)保留時(shí)間越長(zhǎng),k,k為為0,0,保留時(shí)間為死時(shí)間保留時(shí)間為死時(shí)間. .（4 4）分配系數(shù)）分配系數(shù)K K及分配比及分配比k k與選擇因子與選擇因子的關(guān)系的關(guān)系 對(duì)A、B

23、兩組分的選擇因子，用下式表示 )()()()()()(AKBKAkBkAtBtrr 上述公式表明：上述公式表明：n通過(guò)選擇因子通過(guò)選擇因子把實(shí)驗(yàn)測(cè)量值把實(shí)驗(yàn)測(cè)量值k k與熱力學(xué)性質(zhì)的分與熱力學(xué)性質(zhì)的分配系數(shù)配系數(shù)K K直接聯(lián)系起來(lái)，直接聯(lián)系起來(lái)，對(duì)固定相的選擇具有實(shí)際對(duì)固定相的選擇具有實(shí)際意義。意義。n如果兩組分的如果兩組分的K K或或k k值相等，值相等，則則=1=1，兩個(gè)組分的色，兩個(gè)組分的色譜峰必將重合，說(shuō)明分不開(kāi)。譜峰必將重合，說(shuō)明分不開(kāi)。兩組分的兩組分的K K或或k k值相差值相差越大，則分離得越好。越大，則分離得越好。兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條兩組分具有不同的分配系

24、數(shù)是色譜分離的先決條件。件。最早由最早由MartinMartin等人提出塔板等人提出塔板理論，理論，把色譜柱比作一個(gè)把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來(lái)描述組分在兩板的概念來(lái)描述組分在兩相間的分配行為，同時(shí)引相間的分配行為，同時(shí)引入理論塔板數(shù)作為衡量柱入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)。效率的指標(biāo)。 （i i）在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度）在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度H H內(nèi)，組分可以在內(nèi)，組分可以在兩相間迅兩相間迅速達(dá)到平衡速達(dá)到平衡。這一小段柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度。這一小段柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度H H。 （ii ii）以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)）以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色

25、譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是行的，而是脈動(dòng)式脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（VVm m）。）。 （iii iii）所有組分開(kāi)始時(shí)存在于）所有組分開(kāi)始時(shí)存在于第第0 0號(hào)號(hào)塔板上，而且塔板上，而且試試樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略。 （iv iv）分配系數(shù)在所有塔板上是）分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)常數(shù)，與組分在某一，與組分在某一塔板上的量無(wú)關(guān)。塔板上的量無(wú)關(guān)。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)色譜往由5塊塔板（n5，n為柱子的塔板數(shù)）組成，并以r表示塔板編號(hào)，r=1，2，nl；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： 開(kāi)始時(shí)，若有單位質(zhì)量，

26、即m=1（例1mg或1g）的該組分加到第0號(hào)塔板上，分配平衡后，由于k=1，即ns=nm故nm=ns=0.5。當(dāng)一個(gè)板體積（lV）的載氣以脈動(dòng)形式進(jìn)入0號(hào)板時(shí)，就將氣相中含有nm部分組分的載氣頂?shù)?號(hào)板上，此時(shí)0號(hào)板液相（或固相）中ns部分組分及1號(hào)板氣相中的nm部分組分，將各自在兩相間重新分配。故0號(hào)板上所含組分總量為05，其中氣液（或氣固）兩相各為025而1號(hào)板上所含總量同樣為05氣液（或氣固）相亦各為025。以后每當(dāng)一個(gè)新的板體積載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱時(shí)，上述過(guò)程就重復(fù)一次(見(jiàn)下表)。 表表2-1 2-1 組分在任一板上的分配情況組分在任一板上的分配情況由塔板理論可建流出曲線方程：由塔板

27、理論可建流出曲線方程：m m為組分質(zhì)量，為組分質(zhì)量，VrVr為保留體積，為保留體積，n n為理論塔板數(shù)。為理論塔板數(shù)。 當(dāng)當(dāng)V=Vr V=Vr 時(shí)，時(shí)，C C值最大，即值最大，即)1 (2exp22rrVVnVmnCrVmnC2max由流出曲線方程可推出：由流出曲線方程可推出： 222/1)(16)(54.5YtYtnrrnLH 從上兩式可以看出，從上兩式可以看出，色譜峰色譜峰Y Y越小，越小，n n就越大，而就越大，而H H就越小，就越小，柱效能越高。因此，柱效能越高。因此，n n和和H H是描述柱效能的指標(biāo)。是描述柱效能的指標(biāo)。 通常填充色譜柱的通常填充色譜柱的n n10103 3，H H

28、1mm1mm。而毛細(xì)管柱。而毛細(xì)管柱 n=10n=105 5-10-106 6，H H0.5mm0.5mm 由于死時(shí)由于死時(shí)t tm m包括在包括在t tr r中中, ,而實(shí)際的而實(shí)際的t tm m不參與柱內(nèi)分配不參與柱內(nèi)分配, ,所計(jì)算所計(jì)算的的n n值盡大值盡大,H,H很小很小, ,但與實(shí)際柱效能相差甚遠(yuǎn)但與實(shí)際柱效能相差甚遠(yuǎn). .所以所以, ,提出把提出把t tm m扣扣除除, ,采用采用有效理論塔板數(shù)有效理論塔板數(shù)n neffeff和和有效塔板高有效塔板高H Heffeff評(píng)價(jià)柱效能評(píng)價(jià)柱效能。同一色譜柱對(duì)不同物質(zhì)的柱效能是不一樣的同一色譜柱對(duì)不同物質(zhì)的柱效能是不一樣的, ,當(dāng)用這些指

29、標(biāo)表當(dāng)用這些指標(biāo)表示柱效能時(shí)示柱效能時(shí), ,必須說(shuō)明是對(duì)什么物質(zhì)而言必須說(shuō)明是對(duì)什么物質(zhì)而言. .塔板理論基本公式的意義塔板理論基本公式的意義n成功之處：成功之處：塔板理論用塔板理論用熱力學(xué)觀點(diǎn)形象地描述熱力學(xué)觀點(diǎn)形象地描述了溶質(zhì)在色譜柱中的分了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過(guò)程，導(dǎo)配平衡和分離過(guò)程，導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，并成功地解釋了流出曲并成功地解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值線的形狀及濃度極大值的位置，還提出了計(jì)算的位置，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。 n局限：局限：由于它的由于它的某些基某些基本假設(shè)并不完全符合柱本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)際發(fā)生的

30、分離過(guò)程內(nèi)實(shí)際發(fā)生的分離過(guò)程，例如，縱向擴(kuò)能解釋造例如，縱向擴(kuò)能解釋造成譜帶擴(kuò)張的原因和影成譜帶擴(kuò)張的原因和影響板高的各種因素，也響板高的各種因素，也不能說(shuō)明為什么在不同不能說(shuō)明為什么在不同流速下可以測(cè)得不同的流速下可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，這就限制理論塔板數(shù)，這就限制了它的應(yīng)用了它的應(yīng)用222/1)(16)(54.5YtYtnrreffeffeffnLHn色譜柱色譜柱n n越大越大, ,表明組分在色譜柱中達(dá)到分配表明組分在色譜柱中達(dá)到分配平衡的次數(shù)就越多平衡的次數(shù)就越多, ,固定相的作用就越顯著固定相的作用就越顯著, ,對(duì)分離就越有利對(duì)分離就越有利! !n但還不能預(yù)言并確定各組分能否被分離但

31、還不能預(yù)言并確定各組分能否被分離( (能否能否分離決定于試樣混合物中在固定相中的分配分離決定于試樣混合物中在固定相中的分配系數(shù)的差異系數(shù)的差異, ,而不是分配次數(shù)差異而不是分配次數(shù)差異),),因此不能因此不能把把n n有效有效作為能否實(shí)現(xiàn)分離可能的依據(jù)作為能否實(shí)現(xiàn)分離可能的依據(jù), ,而只能而只能看作是一定條件下柱分離能力發(fā)揮程度的標(biāo)看作是一定條件下柱分離能力發(fā)揮程度的標(biāo)志志. .本節(jié)主要概念和重要公式本節(jié)主要概念和重要公式n調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間t tR R= =保留時(shí)間保留時(shí)間t tR R - -死時(shí)間死時(shí)間t tM M n相對(duì)保留值相對(duì)保留值2.1 2.1 （選擇因子（選擇因子）n分配系

32、數(shù)分配系數(shù)K與分配比與分配比k 與選擇因子與選擇因子的關(guān)系的關(guān)系n理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)n n與保留時(shí)間與保留時(shí)間t tR R和半峰寬和半峰寬Y Y1/2 1/2 、峰寬峰寬Y Y的關(guān)的關(guān)系系n理論塔板高度理論塔板高度H H12121.2RRRRVVttkVVkVmVmCCKsmmmssms/)()()()()()(AKBKAkBkAtBtrr222/1)(16)(54.5YtYtnRRnLHmrmrmmrVVtttttk2.3.3 速率理論 19561956年荷蘭學(xué)者年荷蘭學(xué)者van Deemtervan Deemter等在研究氣液色譜等在研究氣液色譜時(shí)，提出了時(shí)，提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論色譜

33、過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論速率理論速率理論。吸收。吸收了塔板理論中了塔板理論中板高板高的概念，并充分考慮了組分在的概念，并充分考慮了組分在兩相兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解從而在動(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。色譜都適用。 Van DeemterVan Deemter方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化式為方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化式為 CuuBAH式中式中u u為流動(dòng)相的線速度；為流動(dòng)相的線速度；A A，B B，C C為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)項(xiàng)系

34、數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)。 (1) 渦流擴(kuò)散項(xiàng)A A2dp n上式表明，上式表明，A A與填充物的與填充物的平均直徑平均直徑dpdp的大小和填的大小和填充充不規(guī)則因子不規(guī)則因子有關(guān)，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度有關(guān)，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無(wú)關(guān)。和組分性質(zhì)無(wú)關(guān)。n為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用細(xì)而均勻細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。n對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散。因此對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散。因此A A0 0。 (2).分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u(縱向擴(kuò)散項(xiàng)) 縱向分子擴(kuò)散是由縱向分子擴(kuò)散是由濃度濃度梯度梯度

35、造成的。組分從柱入口造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈加入，其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子塞子”狀。狀。 如圖所示。它隨著流動(dòng)相如圖所示。它隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于向前推進(jìn)，由于存在濃度梯存在濃度梯度，度，“塞子塞子”必然自發(fā)地向必然自發(fā)地向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。寬。分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)為分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)為 B2Dg 式中式中是是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素的因素，也稱，也稱彎曲因子彎曲因子，它反映了固定相顆，它反映了固定相顆粒的粒的幾何形狀幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況, ,DgDg為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)（為

36、組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)（cmcm2 2ss-1-1）。I I 氣相色譜中影響氣相色譜中影響B(tài) B項(xiàng)的因素項(xiàng)的因素（1 1）組分保留時(shí)間：組分保留時(shí)間：保留時(shí)間長(zhǎng)，色譜峰擴(kuò)張就越顯著保留時(shí)間長(zhǎng)，色譜峰擴(kuò)張就越顯著（2 2）載氣性質(zhì)：）載氣性質(zhì)：載氣分子質(zhì)量大，載氣分子質(zhì)量大，DgDg小，小，DgDg反比于載氣反比于載氣密度的平方根或載氣相對(duì)分子質(zhì)量的平方根。密度的平方根或載氣相對(duì)分子質(zhì)量的平方根。采用相對(duì)分子量較大的載氣（氮?dú)猓?，可使采用相?duì)分子量較大的載氣（氮?dú)猓?，可使B B項(xiàng)降低項(xiàng)降低，DgDg隨柱溫增加而增加，反比于柱壓。隨柱溫增加而增加，反比于柱壓。（3 3）彎曲因子）彎曲因子 ：填充物

37、的存在造成擴(kuò)散阻礙而引入的的校正系數(shù)。：填充物的存在造成擴(kuò)散阻礙而引入的的校正系數(shù)。：是填充物的不均勻性造成的。：是填充物的不均勻性造成的。II II 液相色譜的縱向擴(kuò)散項(xiàng)液相色譜的縱向擴(kuò)散項(xiàng)mdmddDCBuDCH/ 當(dāng)試樣分子在色譜柱中被流動(dòng)相攜帶前進(jìn)時(shí)，由分子本身運(yùn)動(dòng)所引起的縱向擴(kuò)散項(xiàng)同樣引起色譜峰的擴(kuò)展。它與分子在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)Dm成正比，與流動(dòng)相 的線速u成反比。 由于分子在液體中的擴(kuò)散系數(shù)比在氣體中要小由于分子在液體中的擴(kuò)散系數(shù)比在氣體中要小4-5個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在液相色譜法中當(dāng)流動(dòng)相線速度大于數(shù)量級(jí)，因此在液相色譜法中當(dāng)流動(dòng)相線速度大于0.5cm.s-1。可忽略縱向擴(kuò)散項(xiàng)的影

38、響?？珊雎钥v向擴(kuò)散項(xiàng)的影響。(3) 傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu 由于由于氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色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(guò)程不完全譜以液體為流動(dòng)相，它們的傳質(zhì)過(guò)程不完全相同相同，I I 對(duì)于對(duì)于氣液色譜氣液色譜，傳質(zhì)阻力系數(shù)，傳質(zhì)阻力系數(shù)C C包括包括氣相氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)CgCg和和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C Cl l兩項(xiàng)，兩項(xiàng)，即即 C CCgCgC Cl l n這一過(guò)程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交這一過(guò)程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即進(jìn)行換，即進(jìn)行濃度分配濃度分配。n有的分子還來(lái)不及進(jìn)入兩相界面，就被氣相有的分子還來(lái)不及進(jìn)入兩相界面，

39、就被氣相帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來(lái)不及返回氣帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來(lái)不及返回氣相。相。n使得試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平使得試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，引起衡，引起滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象，從而使，從而使色譜峰變寬色譜峰變寬。氣相傳質(zhì)過(guò)程是氣相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從氣相移動(dòng)指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面的過(guò)程到固定相表面的過(guò)程.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)CgCg為為gpgDdkkC222)1 (01. 0式中式中k k為容量因子。由上式看出，為容量因子。由上式看出，氣相傳質(zhì)阻力與填充物氣相傳質(zhì)阻力與填充物粒度則的平方成正比、與組分在載氣流中的擴(kuò)散系

40、數(shù)見(jiàn)成粒度則的平方成正比、與組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)見(jiàn)成反比。反比。因此，因此，采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體（如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，可使氫氣）做載氣，可使CgCg減小，提高柱效。減小，提高柱效。液相液相( (氣液色譜的固定相氣液色譜的固定相) )傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)C Cl l為為由上式看出，固定相的液膜厚度由上式看出，固定相的液膜厚度d df f薄，組分在液相的擴(kuò)散薄，組分在液相的擴(kuò)散系數(shù)系數(shù)D Dl l大，則液相傳質(zhì)阻力就小。大，則液相傳質(zhì)阻力就小。n降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k k值隨

41、之變小，值隨之變小，又會(huì)使又會(huì)使C C1 1增大。增大。n當(dāng)固定液含量一定時(shí)，液膜厚度隨載體的比表面積增加當(dāng)固定液含量一定時(shí)，液膜厚度隨載體的比表面積增加而降低，因此，一般而降低，因此，一般采用比表面積較大的載體來(lái)降低液膜采用比表面積較大的載體來(lái)降低液膜厚度厚度，但比表面太大，由于，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利分離。吸附造成拖尾峰，也不利分離。n雖然提高柱溫可增大雖然提高柱溫可增大D Dl l，但會(huì)使，但會(huì)使k k值減小，為了保持適當(dāng)值減小，為了保持適當(dāng)?shù)牡腃 Cl l值，應(yīng)控制適宜的柱溫值，應(yīng)控制適宜的柱溫。 lflDdkkC22)1 (32將上式總結(jié)，即可得氣液色譜速率板高方程

42、將上式總結(jié)，即可得氣液色譜速率板高方程 這一方程對(duì)選擇色譜分離條件具有實(shí)際指導(dǎo)這一方程對(duì)選擇色譜分離條件具有實(shí)際指導(dǎo)意義，它指出了意義，它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆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，固定相的液膜粒的大小，流動(dòng)相的種類及流速，固定相的液膜厚度厚度等對(duì)柱效的影響。等對(duì)柱效的影響。 uDkkdDdkkuDdHlfgpgp)1 (32)1 (01. 02222222 II II 對(duì)于對(duì)于液液分配色譜液液分配色譜，傳質(zhì)阻力系數(shù)（，傳質(zhì)阻力系數(shù)（C C）包含流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)（包含流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)（CmCm）和固定相傳質(zhì)系）和固定相傳質(zhì)系數(shù)（數(shù)（CsCs）

43、，即），即 CCmCs 其中其中C Cm m又包含流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力和滯又包含流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力和滯留的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力，留的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力，即即 式中右邊第一項(xiàng)為式中右邊第一項(xiàng)為流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力流動(dòng)的流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力。當(dāng)流動(dòng)相流過(guò)色譜柱內(nèi)的填充物時(shí)，靠近填充當(dāng)流動(dòng)相流過(guò)色譜柱內(nèi)的填充物時(shí)，靠近填充物顆粒的流動(dòng)相流速比在流路中間的稍慢一些，物顆粒的流動(dòng)相流速比在流路中間的稍慢一些，故柱內(nèi)流動(dòng)相的流速是故柱內(nèi)流動(dòng)相的流速是不均勻不均勻. . m m是由柱和填是由柱和填充的性質(zhì)決定的因子。充的性質(zhì)決定的因子。smsm是常數(shù)，它與顆粒微孔中被流動(dòng)相所占據(jù)是常數(shù)，它與顆粒微

44、孔中被流動(dòng)相所占據(jù)部分的分?jǐn)?shù)及容量因子有關(guān)部分的分?jǐn)?shù)及容量因子有關(guān)。 mpsmmpmmDdDdC22液液色譜中固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)（液液色譜中固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)（CsCs）可用下式表示：可用下式表示：上式可見(jiàn)，對(duì)固定相的傳質(zhì)所引起的峰擴(kuò)展，主要從上式可見(jiàn)，對(duì)固定相的傳質(zhì)所引起的峰擴(kuò)展，主要從改善傳質(zhì)，加快溶質(zhì)分子在固定相上的解吸過(guò)程，著改善傳質(zhì)，加快溶質(zhì)分子在固定相上的解吸過(guò)程，著手加以解決。手加以解決。對(duì)液液分配色譜法，可使用對(duì)液液分配色譜法，可使用薄的固定相薄的固定相層，而對(duì)吸附、層，而對(duì)吸附、排阻和離子交換色譜，則排阻和離子交換色譜，則可使用小的顆粒填料來(lái)解決，可使用小的顆粒填料來(lái)解決，使

45、用具有使用具有擴(kuò)散系數(shù)大擴(kuò)散系數(shù)大的固定液，亦可改善傳質(zhì)。的固定液，亦可改善傳質(zhì)。sfssDdC2 該式與氣液色譜速率方程的形式基本一致，該式與氣液色譜速率方程的形式基本一致，主要區(qū)別在液液色譜中縱向擴(kuò)散項(xiàng)可忽略不主要區(qū)別在液液色譜中縱向擴(kuò)散項(xiàng)可忽略不計(jì)，影響柱效的主要因素是傳質(zhì)阻力項(xiàng)。計(jì)，影響柱效的主要因素是傳質(zhì)阻力項(xiàng)。 ？思考：如何利用速率理論公式闡述提高色譜分？思考：如何利用速率理論公式闡述提高色譜分離效率的方法（離效率的方法（H H減?。p?。┚C上所述，對(duì)綜上所述，對(duì)液液色譜液液色譜的的Van DeemterVan Deemter方程式方程式可表達(dá)為：可表達(dá)為： uDdDdDduDdH

46、sfsmpsmmpmmp)(22222（4 4） 流動(dòng)相線速度流動(dòng)相線速度u u對(duì)板高的影響對(duì)板高的影響 LC LC和和GCGC的的H Hu u圖表明，圖表明， 對(duì)于一定長(zhǎng)度的對(duì)于一定長(zhǎng)度的柱子，柱效越高，理論塔板數(shù)越大，板高柱子，柱效越高，理論塔板數(shù)越大，板高越小。越小。 但究竟控制怎樣的線速度，才能達(dá)到最但究竟控制怎樣的線速度，才能達(dá)到最小板高呢小板高呢？ 根據(jù)根據(jù)van Deemtervan Deemter公式分別作公式分別作LCLC和和GCGC的的H Hu u圖圖由圖由圖a a不難看出：不難看出：LCLC和和GCGC的的H Hu u圖十分相似，對(duì)應(yīng)某一流速都圖十分相似，對(duì)應(yīng)某一流速都有

47、有一個(gè)一個(gè)板高的極小值，這個(gè)極板高的極小值，這個(gè)極小值就是柱效最高點(diǎn)小值就是柱效最高點(diǎn)； LCLC板高極小值比板高極小值比GCGC的極小值小的極小值小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，說(shuō)明一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，說(shuō)明液相色液相色譜的柱效比氣相色譜高得多譜的柱效比氣相色譜高得多; ;LCLC的板高最低點(diǎn)相應(yīng)流速比起的板高最低點(diǎn)相應(yīng)流速比起GCGC的流速亦小一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)的流速亦小一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明明對(duì)于對(duì)于LCLC，為了取得良好的柱，為了取得良好的柱效，流速不一定要很高。效，流速不一定要很高。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) （5 5） 固定相粒度大小對(duì)板高的影響固定相粒度大小對(duì)板高的影

48、響 固定相粒度對(duì)板高的影響是固定相粒度對(duì)板高的影響是至關(guān)重要的。實(shí)驗(yàn)表明不同至關(guān)重要的。實(shí)驗(yàn)表明不同粒度，粒度，H Hu u曲線也不同（見(jiàn)曲線也不同（見(jiàn)右圖）：右圖）： 粒度越細(xì)，板高越小，粒度越細(xì)，板高越小，并且受線速度影響亦小。并且受線速度影響亦小。這就是為什么在這就是為什么在HPLCHPLC中采用中采用細(xì)顆粒作固定相的根據(jù)。當(dāng)細(xì)顆粒作固定相的根據(jù)。當(dāng)然，固定相顆粒愈細(xì)，柱流然，固定相顆粒愈細(xì)，柱流速愈慢。只有采取速愈慢。只有采取高壓技術(shù)，高壓技術(shù)，流動(dòng)相流速才能符合實(shí)驗(yàn)要流動(dòng)相流速才能符合實(shí)驗(yàn)要求求。2.4.1 2.4.1 分離度分離度n一個(gè)混合物能否為色譜柱所分離，取決于固定一個(gè)混合物

49、能否為色譜柱所分離，取決于固定相與混合物中各組分分子間的相互作用的大小相與混合物中各組分分子間的相互作用的大小是否有區(qū)別。但在色譜分離過(guò)程中各種操作因是否有區(qū)別。但在色譜分離過(guò)程中各種操作因素的選擇是否合適對(duì)于實(shí)現(xiàn)分離的可能也有很素的選擇是否合適對(duì)于實(shí)現(xiàn)分離的可能也有很大的影響。大的影響。因此在色譜分離過(guò)程中，不但因此在色譜分離過(guò)程中，不但要根據(jù)所分離的對(duì)象選擇適當(dāng)要根據(jù)所分離的對(duì)象選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ?，使其中各組分有可的固定相，使其中各組分有可能被分離，而且還要?jiǎng)?chuàng)造一定能被分離，而且還要?jiǎng)?chuàng)造一定的條件，使這種可能性得以實(shí)的條件，使這種可能性得以實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到最佳的分離效果?，F(xiàn)，并達(dá)到最佳的分離效果

50、。n圖中（圖中（a a）兩色譜峰距離近）兩色譜峰距離近并且峰形寬。并且峰形寬。兩峰嚴(yán)重相兩峰嚴(yán)重相疊，這表示選擇性和柱效疊，這表示選擇性和柱效都很差。都很差。n圖中（圖中（b b）雖然兩峰距離拉）雖然兩峰距離拉開(kāi)了，但峰形仍很寬，開(kāi)了，但峰形仍很寬，說(shuō)說(shuō)明選擇性好，但柱效低明選擇性好，但柱效低。n圖中（圖中（c c）分離最理想，說(shuō)）分離最理想，說(shuō)明明選擇性好，柱效也高選擇性好，柱效也高。 柱效和選擇性對(duì)分離的影響柱效和選擇性對(duì)分離的影響n由此可見(jiàn)，單獨(dú)用柱效或選擇性不能真實(shí)反映組分由此可見(jiàn)，單獨(dú)用柱效或選擇性不能真實(shí)反映組分在色譜柱中分離情況，故需引入一個(gè)綜合性指標(biāo)在色譜柱中分離情況，故需引入

51、一個(gè)綜合性指標(biāo)分離度分離度R R。n分離度是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標(biāo)，分離度是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標(biāo)，稱稱總分離效能指標(biāo)。總分離效能指標(biāo)。n分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色譜峰保分離度又叫分辨率，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，留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即即2121)(2)(211212YYttYYttRrrrr2121)(2)(211212YYttYYttRrrrrR R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般定義為值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般定義為 當(dāng)當(dāng)R R1 1時(shí)，兩峰有部分重疊；時(shí)，兩峰有部分重疊；

52、當(dāng)當(dāng)R R1 1時(shí)，分離程度可達(dá)時(shí)，分離程度可達(dá)9898； 當(dāng)當(dāng)R R1.51.5時(shí)，分離程度可達(dá)時(shí)，分離程度可達(dá)99.799.7。 通常用通常用R=1.5R=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。 不同分離度時(shí)色譜峰分離的程度。例題 從色譜圖上測(cè)得組分x和y的保留時(shí)間分別為10.52min和11.36min,兩峰的峰底寬為0.38min和0.48min,判斷兩峰是否達(dá)到完全分離? 解：根據(jù)色譜分析中分離度（R）定義及計(jì)算公式：n 由于1.951.5，故x,y兩組份能分離。 95. 1)48. 038. 0(2152.1036.11)(2121)1()2(RYYt

53、tRRR兩組份分離度為：即：2.4.2 色譜分離基本方程 分離度分離度R R的定義并沒(méi)有反映影響分離度的諸因素。實(shí)的定義并沒(méi)有反映影響分離度的諸因素。實(shí)際上，分離度受柱效（際上，分離度受柱效（n n）、選擇因子）、選擇因子( () )和容量因子和容量因子（k k）三個(gè)參數(shù)的控制。對(duì)于難分離物質(zhì)對(duì)，由于它們）三個(gè)參數(shù)的控制。對(duì)于難分離物質(zhì)對(duì)，由于它們的分配系數(shù)差別小，可合理地假設(shè)的分配系數(shù)差別小，可合理地假設(shè)k k1 1kk2 2=k,Y=k,Y1 1YY2 2Y Y 。由塔板理論公式和上式，得（由塔板理論公式和上式，得（PP:18PP:18）rtnY141后式即為基本色譜分離方程式 222)1

54、()1(16kkRn 在實(shí)際應(yīng)用中，往往用在實(shí)際應(yīng)用中，往往用n neffeff。代替。代替n,n,處處理上式可得理上式可得 可以看出，后者為基本色譜分離方程式又一表達(dá)式。 effnkkn2)1()1(4effnR2.4.3 2.4.3 分離操作條件的選擇分離操作條件的選擇（1 1）分離度與柱效的關(guān)系）分離度與柱效的關(guān)系 由分離方程式看出，由分離方程式看出，具有一定相對(duì)保留值具有一定相對(duì)保留值的物質(zhì)對(duì)，分離度直接和有效塔板數(shù)有關(guān)，的物質(zhì)對(duì)，分離度直接和有效塔板數(shù)有關(guān)，說(shuō)明有效塔板數(shù)能正確地代表柱效能說(shuō)明有效塔板數(shù)能正確地代表柱效能。而分。而分離方程式表明分離度與理論塔板數(shù)的關(guān)系還離方程式表明分

55、離度與理論塔板數(shù)的關(guān)系還受熱力學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)固定相確定，被分受熱力學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)固定相確定，被分離物質(zhì)對(duì)的離物質(zhì)對(duì)的確定后，分離度將取決于確定后，分離度將取決于n n。這。這時(shí)，時(shí)，對(duì)于一定理論板高的柱子，分離度的平對(duì)于一定理論板高的柱子，分離度的平方與柱長(zhǎng)成正比方與柱長(zhǎng)成正比，即，即2121221)(LLnnRR雖說(shuō)用較長(zhǎng)的柱可以提高分離度，但雖說(shuō)用較長(zhǎng)的柱可以提高分離度，但延長(zhǎng)了分析時(shí)間。延長(zhǎng)了分析時(shí)間。因此提高分離度的因此提高分離度的好方法是制備出一根性能優(yōu)良的柱子，好方法是制備出一根性能優(yōu)良的柱子，通過(guò)降低板高，以提高分離度通過(guò)降低板高，以提高分離度。 n由基本色譜方程式判斷，由基

56、本色譜方程式判斷，當(dāng)當(dāng)=1=1時(shí)，時(shí)，R=0R=0，這時(shí)，無(wú)論怎樣提高柱效也無(wú)法使兩組分分這時(shí)，無(wú)論怎樣提高柱效也無(wú)法使兩組分分離離。n顯然，顯然，大，選擇性好。大，選擇性好。n研究證明，研究證明，的微小變化，就能引起分離度的微小變化，就能引起分離度的顯著變化。的顯著變化。n一般通過(guò)改變固定相和流動(dòng)相的性質(zhì)和組成一般通過(guò)改變固定相和流動(dòng)相的性質(zhì)和組成或降低柱溫，可有效增大或降低柱溫，可有效增大值值。 （2 2）分離度與選擇因子的關(guān)系）分離度與選擇因子的關(guān)系（3 3）分離度與容量因子）分離度與容量因子(k)(k)的關(guān)系的關(guān)系如果設(shè)： 14nQ則分離方程式寫(xiě)成 kkQR1 由由R/QR/Qk k的

57、曲線圖看出：當(dāng)?shù)那€圖看出：當(dāng)k k1O1O時(shí)，隨容量因子增大，分時(shí)，隨容量因子增大，分離度的增長(zhǎng)是微乎其微的離度的增長(zhǎng)是微乎其微的。一一般取般取k k為為2 21010最宜。最宜。n對(duì)于對(duì)于GCGC，通過(guò)提高溫度通過(guò)提高溫度，可，可選擇合適的選擇合適的k k值，以改進(jìn)分離度。值，以改進(jìn)分離度。n對(duì)于對(duì)于LCLC，只要，只要改變流動(dòng)相的改變流動(dòng)相的組成，就能有效地控制組成，就能有效地控制k k值值。它。它對(duì)對(duì)LCLC的分離能起到立竿見(jiàn)影的的分離能起到立竿見(jiàn)影的效果（見(jiàn)圖效果（見(jiàn)圖18d418d4）。）。 液相色譜分析通過(guò)改變流動(dòng)相組成改變液相色譜分析通過(guò)改變流動(dòng)相組成改變分離度分離度（4 4）

58、分離度與分析時(shí)間的關(guān)系）分離度與分析時(shí)間的關(guān)系下式表示了分析時(shí)間與分離度及其他因素的關(guān)系。下式表示了分析時(shí)間與分離度及其他因素的關(guān)系。2322)1()1(16kkuHRtr分析時(shí)間與分離度呈正相關(guān)關(guān)系，且為指數(shù)分析時(shí)間與分離度呈正相關(guān)關(guān)系，且為指數(shù)關(guān)系，分離度越大，所需分析時(shí)間越長(zhǎng)。關(guān)系，分離度越大，所需分析時(shí)間越長(zhǎng)。 （5 5）基本色譜分離方程式的應(yīng)用）基本色譜分離方程式的應(yīng)用 在實(shí)際中，基本色譜分離方程式是很有用的公在實(shí)際中，基本色譜分離方程式是很有用的公式，它將式，它將柱效、選擇因子、分離度三者的關(guān)系聯(lián)系柱效、選擇因子、分離度三者的關(guān)系聯(lián)系起來(lái)了起來(lái)了，知道其中兩個(gè)指標(biāo)，就可計(jì)算出第三個(gè)

59、指，知道其中兩個(gè)指標(biāo)，就可計(jì)算出第三個(gè)指標(biāo)標(biāo)。)1)(1(4kknR)1(4effnR 例例2-12-1有一根有一根 lmlm長(zhǎng)的柱子，分離組分長(zhǎng)的柱子，分離組分1 1和和2 2得到如圖得到如圖18d518d5的色譜圖。圖中橫坐標(biāo)的色譜圖。圖中橫坐標(biāo)l l為記為記錄筆走紙距離。若欲得到錄筆走紙距離。若欲得到 R=1.2R=1.2的分離度，的分離度，有效塔板數(shù)應(yīng)為多少？色譜柱要加到多長(zhǎng)？有效塔板數(shù)應(yīng)為多少？色譜柱要加到多長(zhǎng)？解：先求出組分解：先求出組分2 2對(duì)組分對(duì)組分1 1的相對(duì)保留值的相對(duì)保留值r r2 2，1 1（即（即值）值）1 . 1545549121 ,2mmmmmmmmttrrr2

60、1)(212wwttRrr8 . 054549mmmmmmR求有效塔板數(shù)求有效塔板數(shù)n neffeff neff16（0.8）21.1/(1.1-1)21239若使若使R=1.2,R=1.2,所需塔板數(shù)可計(jì)算所需塔板數(shù)可計(jì)算, ,即即 因此因此,欲使分離度達(dá)到欲使分離度達(dá)到1.2,需有效塔板數(shù)為需有效塔板數(shù)為2788塊塊,則所需柱則所需柱長(zhǎng)為長(zhǎng)為 L=2788/13291m=2.25m2788)1 .01 .1(2 .116)1(162222Rneff22)1(16Rneff 例例2-2 2-2 已知某色譜柱的理論塔板數(shù)為已知某色譜柱的理論塔板數(shù)為3600,3600,組分組分A A和和B B在該柱上的保留時(shí)間