儀器分析講義第二章

1、mscck mmssvcvck kvvvcvcksmmmssmartin and synge 1941） h = l / n 理論塔板高度為h，柱長為l，理論塔板數(shù)n 。塔板理論前提假設(shè)：1. 每段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成迅速達到分配平衡。2. 載氣進入色譜柱不是連續(xù)的，而是脈動式的，每次進氣為一個板體積。3. 試樣開始時都加在0號塔板上，并且試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略。4. 分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。 色譜柱塔板數(shù)n=5某一組分分配比k=1單位質(zhì)量m=1以載氣板體積數(shù)為橫坐標，柱出口濃度為縱坐標，作出組分流出曲線圖當(dāng)n值很大時（103-106），流出曲線趨近于正態(tài)分布，流出曲線上

2、濃度 c 與時間 t 關(guān)系為：222)(02rttecc理論塔板數(shù)（n）可根據(jù)色譜圖上所測得的保留時間（tr）和峰底寬（w）或半峰寬（ wh/2 ）按下式推算：2)(16wtnr22)(54. 5hrwtn 或有效塔板數(shù)（neff）的計算公式為；222/)(16)(54. 5wtwtnrhreff 通常用有效塔板數(shù)（n neffeff）來評價柱的效能比較符合實際。 neff 越大或h heffeff越小，則色譜柱的柱效越高。 heff=l/neff j. j. van deemter 1956） 吸收了塔板理論的概念，結(jié)合影響塔板高度的動力學(xué)因素，導(dǎo)出塔板高度h與載氣線速度u的關(guān)系 cuuba

3、h a，b，c為常數(shù)，a項為渦流擴散項渦流擴散項；b/ u項為分子擴散項為分子擴散項；c u為傳質(zhì)項傳質(zhì)項，；u為載氣線速度，單位為cm/s。a=2dp 填充的不均勻性填充的不均勻性，dp填充物的平均顆粒直徑（填充物的平均顆粒直徑（cm）b=2dg 彎曲因子，彎曲因子， dg 組分在氣相中的擴散系數(shù)（組分在氣相中的擴散系數(shù)（cm2 s-1）gpgddkkc222)1 (01. 0gflddkkc22)1 (32范弟姆特方程式對于分離條件的選擇具有指導(dǎo)意義。它可以說明 ，填充均勻程度、擔(dān)體粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫、固定相液膜厚度等對柱效、峰擴張的影響。 uddkkddkkuddhgfggp

4、p22222)1 (32)1 (01. 022resolutionresolution相鄰兩色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比，用r表示。分離度可用來衡量色譜峰分離效能的指標。21) 1 ()2(21) 1 ()2()( 22wwttwwttrrrrr r 越大，表明兩組分分離效果越好 保留值之差取決于固定液的熱力學(xué)性質(zhì) 色譜峰寬窄反映色譜過程動力學(xué)因素及柱效能高低兩組分如何能夠完全分離？兩組分色譜峰間距足夠大峰必須窄對于峰形對稱且滿足正態(tài)分布的色譜峰：r=1, 分離程度為98%； r=1.5，分離程度可達99.7%。 所以所以r=1.5時可認為色譜峰已完全時可認為色譜峰已完全分開

5、。分開。當(dāng)兩組分色譜峰分離較差，峰底寬度難測量時，可用半峰寬代替峰底寬度。21) 1 ()2(21) 1 ()2()( 22wwttwwttrrrrra、標準偏差、標準偏差 0.607倍峰高處色譜寬度的一半倍峰高處色譜寬度的一半b、標準偏差峰寬、標準偏差峰寬 w0.607h=2 c、半高峰寬、半高峰寬 wh/2=2(2ln2)1/2=2.35 峰高一半處的寬度峰高一半處的寬度d 、峰底寬、峰底寬 wd = 4r=0.59r設(shè)兩相鄰峰的峰寬相等，即w1=w2，則2)1()2(21)1()2()(2wttwwttrrrrr2)(16wtnrntntwrr)2(2)2(2416又知另1 , 2121

6、2)1()2(rkkttttttmrmrrr ）（）（2)2(kttmr )1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnr)1)(4(1 , 21 , 2rrnreff )1(1 , 21 , 2rr)1(22kk稱為柱效項；稱為柱選擇項；容量因子項。4n r12，相對保留因子)1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnr)1)(4(1 , 21 , 2rrnreff kknr114色譜分離基本方程色譜分離基本方程)1 (kttmr222/)(16)(54. 5wtwtnrhreff222)(16)(54. 5wtwtnrhr)1 (kttmreffnkkn2)1(14effnr

7、與柱效的關(guān)系（柱效因子）r nr n1/21/2提高分離度r的方法：增加柱長和減小塔板高度n=l/h與容量因子k的關(guān)系k值增大，有利于分離，但k 10時，對r的增加不明顯，也會顯著增加分析時間k的最佳范圍：1 10k值調(diào)整方法： 改變柱溫 和 改變相比。與柱選擇性的關(guān)系越大，柱選擇性越好，分離效果越好。如果兩個相鄰峰的選擇因子足夠大，則即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，也可以實現(xiàn)分離。 增加值的方法：改變固定相，使組合分配系數(shù)有較大差別分離度、柱效、柱選擇性的關(guān)系effeffeffhrhnl22)1(1614effnr22)1(16rneff設(shè)有一對物質(zhì)，其r2,1=1.15,要求在heff=0.1

8、cm的某填充柱上得到完全分離，試計算至少需要多長的色譜柱？解：要實現(xiàn)完全分離，r1.5,故所需有效理論塔板數(shù)為：使用普通色譜柱，有效塔板高度為0.1cm,故所需柱長應(yīng)為：)(2)(2 .2111 . 02112mcml2112115. 115. 15 . 11622effn實際工作中，為了縮短分析時間，常使流速稍高于最佳流速。bcah2mincuubah cubdudh2cb最佳u填充柱最佳實用線速： n2 10-12 cms-1, h2 15-20 cms-1,用體積流量表示時，當(dāng)色譜柱內(nèi)徑為3mm時n2 15-25 mlmin-1, h2 30-40 mlmin-1體積流速f0與線速度之間

9、的關(guān)系：201/cm60/)/(柱截面積fscmugflddkkc22)1 (324. 擔(dān)體性質(zhì)和粒度擔(dān)體性質(zhì)和粒度要求：擔(dān)體表面積大，表面和孔徑分布均勻。以使固定液在擔(dān)體表面成為均勻薄膜，液相傳質(zhì)快，提高柱效能。擔(dān)體粒度勻細可提高柱效。過細阻力大，使柱壓降增。3-6mm色譜柱，常使用80-100目擔(dān)體。5.進樣時間和進樣進樣時間和進樣盡量快，注射器或進樣閥進樣，常在1秒內(nèi)。過長試樣原始寬度變大，半峰寬變寬，使峰變形。液體 0.1-0.5 l，氣體 0.1-10 ml。進樣量過大造成峰重疊，分離不好，太小信號弱。6. 汽化溫度汽化溫度在試樣不分解情況下，提高汽化溫度對分離及定量有利。汽化溫度常

10、比柱溫高30-70.一、固定相的類型： 1.吸附劑型固定相 固定相 2.擔(dān)體+固定液型固定相氣固色譜法常用吸附劑及性能：見p25，表2-4，p26，表2-5 氣液色譜固定相氣液色譜固定相擔(dān)體：一種化學(xué)惰性、多孔性固體顆粒，其作用是提供一大的惰性表面，用以承擔(dān)固定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面上。要求：1. 表面化學(xué)惰性，表面沒有吸附性或吸附性很弱，絕不能與被測物起化學(xué)反應(yīng)。2. 多孔性，即表面積較大，使固定液與試樣接觸面較大。3. 熱穩(wěn)定性好，有一定的機械強度，不易破碎。4. 擔(dān)體粒度均勻，細小，以利于提高柱效。通常60-80目，或80-100目。常用擔(dān)體+固定液型固定相中：常用擔(dān)體有：1

11、、紅色擔(dān)體：（101型擔(dān)體） 特點是：表面空隙小、比表面積大、機械強度 高、擔(dān)液能力強、表面有吸附中心。2、白色擔(dān)體：（6201型擔(dān)體） 特點是：表面空隙較大、比表面積較小、機械 強度較差、擔(dān)液能力中、表面無吸附中心。3、非硅藻土型擔(dān)體：聚合氟塑料擔(dān)體、玻璃 微球擔(dān)體、高分子微球擔(dān)體等。特點是：表面空隙適中、比表面積適中、機械強 度較強、耐高溫、耐強腐蝕、價格偏高。硅藻土型擔(dān)體用前要預(yù)處理：酸洗、堿洗、硅烷化。硅藻土型擔(dān)體用前要預(yù)處理：酸洗、堿洗、硅烷化。二、固定液：要求：1.揮發(fā)性小，在操作溫度下有較低蒸氣壓，不易流失。二、固定液分離特征： 固定液分離特征是選擇是固定液的基礎(chǔ)，一般根據(jù)“相似

12、相溶”原理進行，即：固定液的性質(zhì)和固定液的性質(zhì)和被測組分有某些相似性時，其溶解度就大。如果組分與固定液分子性質(zhì) ( 極性 ) 相似，固定液和被測組分兩種分子間的作用力就強，被測組分在固定液中的溶解度就大，分配系數(shù)就大，被測組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測組分和固定液兩種分子之間相互作用的大小有關(guān) rttqqqqqprrxx2121211lglg100100)(， 三、固定液選擇三、固定液選擇“相似相溶相似相溶”原理原理：1.分離非極性物質(zhì)，一般選用非極性固定液。這時試樣中各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低的先出峰，沸點高的后出峰。2.分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時試樣中各組分

13、主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。 3.分離非極性和極性混合物時，一般選用極性固定液，這時非極性組分先出峰，極性組分 ( 或易被極化的組分 ) 后出峰。 4.對于能形成氫鍵的試樣，如醇、酚、胺和水等的分離。一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，這時試樣中各組分按與固定液分子形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。 通用檢測器有：通用檢測器有：1 1、熱導(dǎo)池檢測器，、熱導(dǎo)池檢測器，tcd (thermal conductivity tcd (thermal conductivity detector) detector)2 2、氫火焰離

14、子化檢測器、氫火焰離子化檢測器,fid,fid (hydrogen flame (hydrogen flame ionization detector) ionization detector) 專用檢測器有：專用檢測器有：3 3、電子俘獲檢測器，、電子俘獲檢測器，ecd (electron capture ecd (electron capture detector) detector) 4 4、火焰光度檢測器，、火焰光度檢測器，fpd (flame photometric fpd (flame photometric detector) detector) 特殊檢測器有：特殊檢測器有：ft

15、irftir、msms、影響熱導(dǎo)池檢測器靈敏度的因素影響熱導(dǎo)池檢測器靈敏度的因素(1)橋路工作電流影響：電流增加，使鎢絲溫度提高，鎢絲和熱導(dǎo)池體的溫差加大，氣體就容易將熱量傳出去，靈敏度就提高。 (2)熱導(dǎo)池體的溫度的影響：當(dāng)橋路一定時，鎢絲溫度一定。 (3)載氣的影響：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差愈大，則靈敏度愈高。 (4)熱敏元件阻值的影響：選擇阻值高，電阻溫度系數(shù)較大的熱敏元件 ( 鎢絲 ) ，當(dāng)溫度有一些變化時，就能引起電阻明顯變化，靈敏度就高。 結(jié)構(gòu)：a預(yù)熱區(qū)b點燃區(qū)c熱解區(qū)d反應(yīng)區(qū)質(zhì)量型檢測器靈敏度計算式mams峰面積（mvs）進樣量 （g）濃度型檢測器靈敏度計算式maqovc,s 色

16、譜出口流量（ml/min）峰面積（mvmin）進樣量（mg）n為檢測器噪聲，指由于各種因素引起的基線在短時間內(nèi)左右偏差的響應(yīng)數(shù)值。（單位mv）s為檢測器靈敏度。d越小，儀器越敏感。 4 響應(yīng)時間要求檢測器能迅速地和真實地反映通過它的物質(zhì)的濃度變化情況，即要求響應(yīng)速度快。5 線性范圍是指試樣量與信號之間保持線性關(guān)系的范圍，用最大進樣量與最小檢出量的比值表示，范圍越大，越有利于準確定量。 適用于確證已知化合物利用保留值定性分析具體操作注意事項：1. 應(yīng)采用重現(xiàn)性好和較少受到操作條件影響的保留值。保留時間或保留體積受操作條件影響較大，重現(xiàn)性較差，故常采用僅與柱溫有關(guān)，不受操作條件影響的相對保留值作定

17、性指標。2. 對較簡單多組分混合物，若其中所有待測組分均已知，色譜能分離，為確定各個色譜峰所代表物質(zhì)，可將色譜峰保留值與相應(yīng)的標準試樣在同一條件下所測得的保留值進行對照比較。3. 對色譜圖上出現(xiàn)的未知峰未知峰進行鑒定鑒定，a. 要利用對未知物的了解，估計未知物可能是哪幾種化合物. b.從文獻中找出這些化合物在某固定相上的保留值，與未知物在同一固定相上的保留值進行比較，排除部分可能化合物。c.將未知物與每一種可能化合物的標準試樣在相同色譜條件下進行驗證，比較兩者保留值是否相同。 4. 未知物與標準試樣保留值相同，但峰形不同時，不能認為是同一物質(zhì)。應(yīng)將兩者混合進行色譜實驗。若有新峰或在未知峰上有不

18、 規(guī)則形狀，表示兩者不同物質(zhì)。若混合后峰增高，且半峰寬不相應(yīng)增加，表示可能是同一物質(zhì)。5. 在一根色譜柱上用保留值鑒定組分有時不可靠，因不同物質(zhì)可能在同一色譜柱上具有相同保留值。所以應(yīng)用雙柱或多柱法進行定性分析。即：采用兩根或多根性質(zhì)不同的色譜柱進行分離，觀察未知物和標準物質(zhì)保留值是否始終重合。)lglglglg(1001zxxxxzzziiiitcabx1x2正庚烷正庚烷:x 正辛烷正辛烷:保留指數(shù)測定示意保留指數(shù)測定示意保留指數(shù) 準確度和重現(xiàn)性好，相對誤差小，柱溫和固定液相同的情況下，可不用純物質(zhì)，直接用文獻上發(fā)表的保留指數(shù)進行定性鑒定。三、與其它方法結(jié)合的定性分析法：1.與質(zhì)譜、紅外光譜

19、等儀器聯(lián)用2.與化學(xué)方法配合進行定性分析四、利用檢測器的選擇性進行定性分析 mi = fi ai待測物質(zhì)質(zhì)量待測物質(zhì)質(zhì)量待測物質(zhì)定量校正因子待測物質(zhì)定量校正因子待測物質(zhì)色譜峰的積分面積待測物質(zhì)色譜峰的積分面積色譜定量分析依據(jù)色譜定量分析依據(jù) mi = fi ai0103hy1/2signalthyah 2/605. 12)85. 015. 0yyha （tbhyharh 2/quantitative calibration factor）iiiafm iiiamf 1.質(zhì)量校正因子（質(zhì)量校正因子（mass calibration factor fm ） siis)m( s)m( immamafff 2.摩爾摩爾校正因子（校正因子（molar calibration factor fm ） 各物質(zhì)的量以摩爾數(shù)計，各物質(zhì)的量以摩爾數(shù)計