第九章 色譜分析法基礎(chǔ)

1、化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19第八章 色譜分析基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 色譜法概論色譜法概論第二節(jié)第二節(jié) 色譜基本理論色譜基本理論第三節(jié)第三節(jié) 定量定性分析定量定性分析化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19第一節(jié)第一節(jié) 色譜法概色譜法概論論p 茨維特實(shí)驗(yàn)（動(dòng)畫茨維特實(shí)驗(yàn)（動(dòng)畫m4-1-1.swf） 色譜法由來(lái)色譜柱色譜柱流動(dòng)相流動(dòng)相固定相固定相色譜法色譜法化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19一、一、 色譜法的特點(diǎn)、分類和作用色譜法的特點(diǎn)、分類和作用 1.概述概述 混合物最有效的分離、分析方法?；旌衔镒钣行У姆蛛x、分析方法。 俄國(guó)植物學(xué)家茨

2、維特在俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在1906年使用的裝置：年使用的裝置：色譜原型裝置，如圖。色譜原型裝置，如圖。 色譜法是一種分離技術(shù)色譜法是一種分離技術(shù)， 試樣混合物的分離過(guò)程也就是試樣中各組分在稱試樣混合物的分離過(guò)程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程。 其中的一相固定不動(dòng)，稱為其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相固定相； 另一相是攜帶試樣混合物流過(guò)此固定相的流體（另一相是攜帶試樣混合物流過(guò)此固定相的流體（氣體或液體），稱為氣體或液體），稱為流動(dòng)相流動(dòng)相?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合

3、物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，生相互作用。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流出。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

4、離與檢測(cè)。分離與檢測(cè)。 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)化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-192.色譜法分類色譜法分類 （一）按流動(dòng)相與固定相狀態(tài)分類（一）按流動(dòng)相與固定相狀態(tài)分類(1)(1)氣相色譜氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。 按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜； 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜(2)(2)液相色譜液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。 按固定相

5、的不同分為：液固色譜和液液色譜。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。 離子色譜離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同為固定相，不同pHpH值的水溶液為流動(dòng)相。值的水溶液為流動(dòng)相?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19(3)其他色譜方法其他色譜方法薄層色譜和紙色譜：薄層色譜和紙色譜： 比較簡(jiǎn)單的色譜方法比較簡(jiǎn)單的色譜方法凝膠色譜法凝膠色譜法：測(cè)聚合物分子量分布。超臨界色譜超臨界色譜: CO2流動(dòng)相。流動(dòng)相。高效毛細(xì)管電泳高效毛細(xì)管電泳: 九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的高九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣

6、分析分離的高效分析儀器。效分析儀器。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19（二）按分離機(jī)理分類（二）按分離機(jī)理分類吸附色譜法（吸附色譜法（AC）：）：利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力的利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力的差別而分離的方法差別而分離的方法。分配色譜法（分配色譜法（PC）：）：利用組分在液態(tài)固定相中溶解度不同而分離的利用組分在液態(tài)固定相中溶解度不同而分離的方法，方法，LLC與與 GLC都屬于都屬于PC法范圍。法范圍。凝膠滲透色譜法（凝膠滲透色譜法（GPC）：）：利用組分分子大小不同在多孔固定相（凝利用組分分子大小不同在多孔固定相（凝膠）中的選擇滲透而分離

7、的方法，或稱空間排阻色譜法（膠）中的選擇滲透而分離的方法，或稱空間排阻色譜法（SEC）。）。離子交換色譜法（離子交換色譜法（IEC）：）：利用在離子交換劑上的親和力的差別而分利用在離子交換劑上的親和力的差別而分離的方法離的方法，其中，用于分離分析離子的其中，用于分離分析離子的IEC稱離子色譜法（稱離子色譜法（IC）。）。毛細(xì)管電泳法（毛細(xì)管電泳法（CE）：）：樣品在毛細(xì)管的液體介質(zhì)中，在電場(chǎng)力作用樣品在毛細(xì)管的液體介質(zhì)中，在電場(chǎng)力作用下得到分離的方法下得到分離的方法。 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-193.色譜法的特點(diǎn)色譜法的特點(diǎn)（1）分離效率高）分離效率高 復(fù)雜混合物，

8、有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（2） 靈敏度高靈敏度高 可以檢測(cè)出可以檢測(cè)出g.g-1(10-6)級(jí)甚至級(jí)甚至ng.g-1(10-9)級(jí)的物質(zhì)量。級(jí)的物質(zhì)量。（3） 分析速度快分析速度快 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。（4） 應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣 氣相色譜：沸點(diǎn)低于氣相色譜：沸點(diǎn)低于400的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣的分析。的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣的分析。 液相色譜：高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。液相色譜：高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。 不足之處不足之處： 被分離組分的定性較為困

9、難。被分離組分的定性較為困難。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19二、色譜分離過(guò)程二、色譜分離過(guò)程 色譜分離過(guò)程是在色譜柱內(nèi)完成的。色譜分離過(guò)程是在色譜柱內(nèi)完成的。 填充柱色譜填充柱色譜: : 氣固氣固( (液固液固) )色譜和氣液色譜和氣液( (液液液液) )色譜，兩者的色譜，兩者的分離機(jī)理不同。分離機(jī)理不同。 氣固氣固( (液固液固) )色譜的固定相色譜的固定相: : 多孔性的固體吸附劑顆粒。多孔性的固體吸附劑顆粒。 固體吸附劑對(duì)試樣中各組分的吸附能力的不同。固體吸附劑對(duì)試樣中各組分的吸附能力的不同。氣液氣液( (液液液液) )色譜的固定相色譜的固定相: : 由由 擔(dān)體

10、和固定液所組成。擔(dān)體和固定液所組成。 固定液對(duì)試樣中各組分的溶解能力的不同。固定液對(duì)試樣中各組分的溶解能力的不同。氣固色譜的分離機(jī)理氣固色譜的分離機(jī)理: : 吸附與脫附的不斷重復(fù)過(guò)程；吸附與脫附的不斷重復(fù)過(guò)程；氣液色譜的分離機(jī)理：氣液色譜的分離機(jī)理：氣液氣液( (液液液液) )兩相間的反復(fù)多次分配過(guò)程。兩相間的反復(fù)多次分配過(guò)程。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-191. 氣相色譜分離過(guò)程氣相色譜分離過(guò)程 當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附; ; 隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從隨著

11、載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附固定相中揮發(fā)或脫附; ; 揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附; ; 隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過(guò)隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過(guò)程反復(fù)地進(jìn)行。程反復(fù)地進(jìn)行。（動(dòng)畫（動(dòng)畫m4-2-1.swf、m4-2-2.swf）化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-192. 分配系數(shù)（分配系數(shù)（ partion factor） K 組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮

12、發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：g / mL）比，稱為分配系數(shù)，比，稱為分配系數(shù)，用用K 表示，即：表示，即：Ms ccK 組分在流動(dòng)相中的濃度組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19分配系數(shù)分配系數(shù) K 的討論的討論 一定溫度下，組分的分配系數(shù)一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；試樣一定時(shí)，試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性

13、質(zhì)；主要取決于固定相性質(zhì)；每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；不同；選擇適宜的固定相可改善分離效果；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試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；值是分離的基礎(chǔ)；某組分的某組分的K = 0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。 組分在流動(dòng)相中的濃度組分在流動(dòng)相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度 K化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-193.分配比分配比 （partion radio）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。分配比是在實(shí)際工

14、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：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：Ms mmk 組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量組分在固定相中的質(zhì)量組分在固定相中的質(zhì)量 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)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。，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。 2.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)。越大，該組分的

15、保留時(shí)間越長(zhǎng)。 3. 分配比可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。分配比可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。分配比也稱：分配比也稱： 容量因子容量因子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-194. 容量因子與分配系數(shù)的關(guān)系容量因子與分配系數(shù)的關(guān)系 式中式中為相比。為相比。 填充柱相比：填充柱相比：635；毛細(xì)管柱的相比：；毛細(xì)管柱的相比：501500。 容量因子越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。容量因子越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。 VM為流動(dòng)相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的空隙體積；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，

16、為固定相體積，對(duì)不同類型色譜柱， VS的含義不同；的含義不同； 氣氣-液色譜柱：液色譜柱： VS為固定液體積；為固定液體積； 氣氣-固色譜柱：固色譜柱： VS為吸附劑表面容量；為吸附劑表面容量； KVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-195. 分配比與保留時(shí)間的關(guān)系分配比與保留時(shí)間的關(guān)系 滯留因子（滯留因子（retardation factor）：）：uuRSS us：組分在分離柱內(nèi)的線速度；組分在分離柱內(nèi)的線速度；u：流動(dòng)相在分離柱內(nèi)的線速度；流動(dòng)相在分離柱內(nèi)的線速度；滯留滯留因子因子RS也可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示

17、：表示：kmmmmmRS1111MsMss 若組分和流動(dòng)相通過(guò)長(zhǎng)度為若組分和流動(dòng)相通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的分離柱，需要的時(shí)間分別為的分離柱，需要的時(shí)間分別為tR和和tM，則：則：uLtuLt MSR;由以上各式，可得：由以上各式，可得： tR = tM(1+k)MRMMRtttttk 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19三、色譜流出曲線與術(shù)語(yǔ)三、色譜流出曲線與術(shù)語(yǔ)1.基線基線 無(wú)試樣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)到的信無(wú)試樣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)到的信號(hào)即為基線。號(hào)即為基線。2.保留值保留值（1）時(shí)間表示的保留值）時(shí)間表示的保留值 保留時(shí)間保留時(shí)間（tR）：）：組分從進(jìn)樣到柱后組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃

18、度極大值時(shí)所需的時(shí)間；出現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需的時(shí)間； 死時(shí)間死時(shí)間（tM）：）：不與固定相作用的氣不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時(shí)間；體（如空氣）的保留時(shí)間； 調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間（tR ）：）： tR= tRtM 色譜流出曲線 基線 色譜峰 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 （2）用體積表示的保留值）用體積表示的保留值 保留體積（保留體積（VR）：）：VR = tRF0 F0為柱出口處的載氣流量為柱出口處的載氣流量，單位：，單位：m L / min。 死體積（死體積（VM）：）： VM = tM F0 調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積(VR)： V R = VR VM

19、 3. 相對(duì)保留值相對(duì)保留值r21 組分組分2與組分與組分1調(diào)整保留值之比：調(diào)整保留值之比： r21 = t R2 / t R1= V R2 / V R1 相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無(wú)關(guān)，它表示了固定相對(duì)這兩種組分的選擇性。件無(wú)關(guān)，它表示了固定相對(duì)這兩種組分的選擇性?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 4. 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法三種表示方法： （1）標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差( )：即即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。倍峰高處色譜峰寬

20、度的一半。 （2）半峰寬半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度色譜峰高一半處的寬度 Y1/2 =2.354 （3）峰底寬峰底寬(Y)：Y=4 5.峰高峰高h(yuǎn) 色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-196. 色譜色譜流出曲線的數(shù)學(xué)描述流出曲線的數(shù)學(xué)描述222)(02ttRecc 色譜峰為色譜峰為正態(tài)分布時(shí)，色譜流出曲線上的濃度與時(shí)間的正態(tài)分布時(shí)，色譜流出曲線上的濃度與時(shí)間的關(guān)系為：關(guān)系為： 當(dāng)色譜峰為非當(dāng)色譜峰為非正態(tài)分布時(shí)，可按正態(tài)分布函數(shù)加指數(shù)衰正態(tài)分布時(shí)，可按正態(tài)分布函數(shù)加指數(shù)衰減函數(shù)構(gòu)建關(guān)系式。減函數(shù)構(gòu)建關(guān)系式

21、?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19第二節(jié)第二節(jié) 色譜法基本理論色譜法基本理論 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)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。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)）（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)

22、因素控制；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；兩種色譜理論：塔板理論和速率理論；化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 在氣在氣- -液色譜體系中，組分在氣相和液相間的分配液色譜體系中，組分在氣相和液相間的分配行為可看作在精餾塔中分離過(guò)程，柱中有若干塊想象的塔行為可看作在精餾塔中分離過(guò)程，柱中有若干塊想象的塔板。在每一小塊塔板內(nèi)，一部分空間被涂在擔(dān)體上的液膜板。在每一小塊塔板內(nèi)，一部分空間被涂在擔(dān)體上的液膜占據(jù)，另一部分空間被充滿的載氣占據(jù)，載氣占據(jù)的空間占據(jù)，另一部分空間被充滿的載氣占

23、據(jù)，載氣占據(jù)的空間稱為稱為板體積板體積V V。當(dāng)欲分離的組分隨載氣進(jìn)入色譜柱后。當(dāng)欲分離的組分隨載氣進(jìn)入色譜柱后。氣氣- -液兩相在每一塊塔板內(nèi)達(dá)成一次分配平衡，隨著載氣液兩相在每一塊塔板內(nèi)達(dá)成一次分配平衡，隨著載氣的不斷流動(dòng)，組分經(jīng)過(guò)若干個(gè)假想的塔板（即經(jīng)過(guò)多次分的不斷流動(dòng)，組分經(jīng)過(guò)若干個(gè)假想的塔板（即經(jīng)過(guò)多次分配后），揮發(fā)度大的組分與揮發(fā)度小的組分彼此分開，依配后），揮發(fā)度大的組分與揮發(fā)度小的組分彼此分開，依次流出色譜柱。次流出色譜柱。 一、塔板理論一、塔板理論- -柱分離效能指標(biāo)柱分離效能指標(biāo)化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 塔板理論的假設(shè)：塔板理論的假設(shè)： (1

24、) 在每一個(gè)平衡過(guò)程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；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，每次進(jìn)樣量恰為將載氣看作成脈動(dòng)（間歇）過(guò)程，每次進(jìn)樣量恰為一個(gè)板體積一個(gè)板體積 ； (3)所有組分開始時(shí)都加在所有組分開始時(shí)都加在0號(hào)塔板上，試樣沿色譜柱方號(hào)塔板上，試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略；向的擴(kuò)散可忽略； (4) 每次分配的分配系數(shù)相同，即與組分在某一塔板上每次分配的分配系數(shù)相同，即與組分在某一塔板上的量無(wú)關(guān)的量無(wú)關(guān) 。半經(jīng)驗(yàn)理論；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

25、重復(fù)（類似于蒸餾塔塔離過(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）；板上的平衡過(guò)程）；1.塔板理論（塔板理論（plate theory）化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19色譜柱長(zhǎng)：色譜柱長(zhǎng)：L，虛擬的塔板間距離：虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：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：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：222/1)(16)(54. 5YtYtnRR保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配! !色譜峰越窄（色譜峰越窄（Y/，

26、Y ?。。?，n越大。當(dāng)色譜柱越大。當(dāng)色譜柱長(zhǎng)長(zhǎng)L一定時(shí)，一定時(shí)，H 越小，柱效能越高。越小，柱效能越高。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-192.有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(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。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)。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。 組分在組分在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：有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5YtYtnRR理有效有效有效nLHYtYtnRR222/1)(16)(54

27、. 5化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19例 7-1 已知兩組分A和B，色譜分離后峰底寬為YA=40s、YB=50s,保留時(shí)間分別為tR(A)=400s，tR(B)=600s，計(jì)算理論塔板數(shù)nA和nB。解： nA=16（tR/Y）2=16（400/40）2=1600塊 nB=16（600/50）2=2304塊從例10-1可知，在相同色譜條件下，不同物質(zhì)在一只色譜柱上色譜行為不同（tR不同），計(jì)算出的塔板數(shù)不同。在說(shuō)明柱效時(shí)，應(yīng)指出用什么物質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19例例7-2 某色譜柱，固定相體積某色譜柱，固定相體積Vs為為0.

28、5mL，流動(dòng)相體積流動(dòng)相體積VM為為2 mL。流動(dòng)流動(dòng)相的流速為相的流速為0.6 mL/min，組分組分A和和B在該柱上的分配系數(shù)分別為在該柱上的分配系數(shù)分別為12和和18，求，求A和和B的保留時(shí)間和保留體積。（流動(dòng)相的體積即為死體積的保留時(shí)間和保留體積。（流動(dòng)相的體積即為死體積VM） 解：解：tR=tM(k+1) (1) k=KVs/VM (2) VM=tMF0, tM=VM/F0 ,tR= tM(1+k)(3) 將（將（2）和（）和（3）代入（）代入（1），得），得 tR= VM/F0（KVs/VM +1）tR(A)=2/0.6(120.5/2+1)min=13.33mintR(B)= 2

29、/0.6(180.5/2+1)min=18.33minVR(A)= tR(A)F0= 13.330.6mL=8 mLVR(B)= tR(B)F0= 18.330.6mL=8 ml化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 例例7-3 在在2m長(zhǎng)的色譜柱上，測(cè)得某組分保留時(shí)間（長(zhǎng)的色譜柱上，測(cè)得某組分保留時(shí)間（tR）6.6min，峰峰底寬（底寬（Y）0.5min，死時(shí)間（死時(shí)間（tM）1.2min，載氣流速（載氣流速（F0）40mL/min，固定相體積（固定相體積（Vs）2.1mL，求：求：（1） 容量因子容量因子k；（；（2） 死體積死體積VM;（3） 調(diào)整保留體積；調(diào)整保留體積

30、；（4）分配系數(shù)）分配系數(shù)K；（；（5）有效塔板數(shù)有效塔板數(shù)n有效有效；（；（6） 有效塔板高度有效塔板高度H有效有效解：（解：（1）k= tR/ tM =（6.6-1.2）/1.2=4.5 (2) VM=tMF0=1.240mL=48 mL (3) VR =(tR-tM)F0=(6.6-1.2)40 mL=216 mL (4) K= k(Vs/VM )=4.5(48/2.1)=103 (5) n有效有效=16(tR/Y)2=16 (6.6-1.2)/0.52=1866 (6)H有效有效=L/n有效有效=(2000/1866)mm=1.07mm化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12

31、-193.塔板理論的特點(diǎn)和不足塔板理論的特點(diǎn)和不足 (1)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù) n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越小越小)，被測(cè)組分在，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。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)。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)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效

32、果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。(5)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)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。果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。（4）塔板理論用熱力學(xué)觀點(diǎn)形象地描述了色譜分離的原理，成功地解釋）塔板理論用熱力學(xué)觀點(diǎn)形象地描述了色譜分離的原理，成功地解釋了流出曲線的形狀，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。但是，色譜過(guò)程了流出曲線的形狀，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。但是，色譜過(guò)程不僅受熱力學(xué)因素的

33、影響，還與分子擴(kuò)散、傳質(zhì)阻力等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)不僅受熱力學(xué)因素的影響，還與分子擴(kuò)散、傳質(zhì)阻力等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19二、二、 速率理論速率理論-影響柱效的因素影響柱效的因素速率方程（也稱范速率方程（也稱范.弟姆特方程式）弟姆特方程式） 速率理論吸收了塔板理論中塔板高度的概念，并充分考慮影響塔板高速率理論吸收了塔板理論中塔板高度的概念，并充分考慮影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素，指出理論塔板高度度的動(dòng)力學(xué)因素，指出理論塔板高度H是峰展寬的量度，導(dǎo)出了塔板高是峰展寬的量度，導(dǎo)出了塔板高度度H與流動(dòng)相線速度與流動(dòng)相線速度u的關(guān)系的關(guān)系 H = A + B/u +

34、 Cu H：理論塔板高度，：理論塔板高度， u：載氣的線速度：載氣的線速度(cm/s)即一定時(shí)間里載氣在柱中流動(dòng)的距離即一定時(shí)間里載氣在柱中流動(dòng)的距離 A、B、C 分別代表渦流擴(kuò)散系數(shù)、分子擴(kuò)散系數(shù)和傳質(zhì)阻力系數(shù)分別代表渦流擴(kuò)散系數(shù)、分子擴(kuò)散系數(shù)和傳質(zhì)阻力系數(shù) 減小減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；三項(xiàng)可提高柱效； 存在著最佳流速；存在著最佳流速； A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19A渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng) 固定相顆粒越小固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，填充的越均勻，A，H，柱效，柱效n。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)

35、象減輕，色譜峰較窄表現(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。 變寬程度由下式?jīng)Q定變寬程度由下式?jīng)Q定 A = 2dp dp：固定相的平均顆粒直徑固定相的平均顆粒直徑 ：固定相的填充不固定相的填充不均勻因子均勻因子化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19B/u 分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)B = 2 Dg ：彎曲因子，填充柱色譜，：彎曲因子，填充柱色譜，1。 Dg：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2s-1） (1) 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散; (2) 擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分離變差分離

36、變差; (3) 分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速，滯留時(shí)間，滯留時(shí)間，擴(kuò)散，擴(kuò)散; (4) 擴(kuò)散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)：Dg (M載氣載氣)-1/2 ； M載氣載氣，B值值?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 k為容量因子；為容量因子； Dg 、DL為擴(kuò)散系數(shù)。為擴(kuò)散系數(shù)。C u 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液和液相傳質(zhì)阻力相傳質(zhì)阻力CL即：即： C =（Cg + CL）gfgDdkkC22)1 (01. 0LfLDdkkC22)1 (32化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19采用粒度小的固定相，

37、可降低氣相傳質(zhì)阻力。另外，可采用分采用粒度小的固定相，可降低氣相傳質(zhì)阻力。另外，可采用分子量小的氣體（如子量小的氣體（如H2、He）作載氣，有利于使氣相傳質(zhì)阻力作載氣，有利于使氣相傳質(zhì)阻力減小，提高柱效。減小，提高柱效。降低固定液的液膜厚度，可減小液相傳質(zhì)阻力。另外，為保降低固定液的液膜厚度，可減小液相傳質(zhì)阻力。另外，為保持適當(dāng)?shù)某诌m當(dāng)?shù)腃，應(yīng)控制適當(dāng)?shù)闹鶞?。?yīng)控制適當(dāng)?shù)闹鶞亍?減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-192.載氣流速與柱效載氣流速與柱效最佳流速最佳流速載

38、氣流速高時(shí)：載氣流速高時(shí)： 傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速，流速 ，柱效，柱效 。載氣流速低時(shí)：載氣流速低時(shí)： 分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，流速素，流速 ,柱效柱效 。H - u曲線與最佳流速：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。值。 以塔板高度以塔板高度H對(duì)應(yīng)載氣流速對(duì)應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低

39、點(diǎn)的流速即為最佳流速。作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。H = A + B/u + Cu化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-193. 速率理論的要點(diǎn)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)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。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

40、速可提高柱效。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。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)到最高于傳質(zhì)，但加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高化工與環(huán)境工程學(xué)院化工

41、與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾萾 tR R塔板理論塔板理論速率理論速率理論Y Y色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素保留值之差保留值之差)1 ()2()1 ()2()(2YYttRRR分離度分離度R R化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19三、三、 操作條件的選擇操作條件的選擇 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。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

42、兩種因素的綜合影響：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： 保留值之差保留值之差色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素；色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素； 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾壬V過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素。色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：色譜分離中的四種情況如圖所示： 色譜分離中的四種情況的討論：色譜分離中的四種情況的討論： 柱效較高，柱效較高，K(分配系數(shù)分配系數(shù))較大較大,完全分離；完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；基本上完全分離；柱效較低，柱效較低，K較大較大,但分離的不好；但分離的不好； K小，小，柱效低，分離效果更差。柱效低，分離效果更

43、差?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19分離度分離度:相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值。的比值。 R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：分離程度：分離程度98%；R=1.5：達(dá)：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。)(699. 1)(2)(2)1(2/1)2(2/1)1()2()1()2()1()2(YYttYYttRRRRR 塔板理論可知，有效塔板數(shù)塔板理論可知，有效塔板數(shù)n有效有效是評(píng)價(jià)柱效能的一項(xiàng)指標(biāo)。是評(píng)價(jià)柱效能的一項(xiàng)

44、指標(biāo)。n有效有效值越大，值越大，說(shuō)明該物質(zhì)在柱中進(jìn)行分配平衡的次數(shù)越多，但它不能判斷相鄰兩組分在色說(shuō)明該物質(zhì)在柱中進(jìn)行分配平衡的次數(shù)越多，但它不能判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，而分離度譜柱中的分離情況，而分離度R則是綜合衡量色譜柱的總分離效能指標(biāo)。則是綜合衡量色譜柱的總分離效能指標(biāo)。1、分離度、分離度化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19令令Y(2)=Y(1)=Y（相鄰兩峰的峰底寬近似相等相鄰兩峰的峰底寬近似相等），），引入相對(duì)保留值引入相對(duì)保留值r21和塔板數(shù)和塔板數(shù)n有效有效 16)1()1()1()(2212121)1()2()1()2()2()1()2()1()

45、1()2()1()2(有效nrrYtttrYtttYttYYttRRRRRRRRRRR有效有效柱長(zhǎng)HrrRLrrRn221212221212)1(16)1(16化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19討論討論：（1）分離度與柱效分離度與柱效 分離度與柱效的平方根成正比，分離度與柱效的平方根成正比， r21一定時(shí)，增加柱效一定時(shí)，增加柱效，可提高分離度，但組分保留時(shí)間增加且峰擴(kuò)展，分析時(shí)，可提高分離度，但組分保留時(shí)間增加且峰擴(kuò)展，分析時(shí)間長(zhǎng)。間長(zhǎng)。（2）分離度與分離度與r21 增大增大r21是提高分離度的最有效方法，計(jì)算可知，在相是提高分離度的最有效方法，計(jì)算可知，在相同分離度下

46、，當(dāng)同分離度下，當(dāng)r21增加一倍，需要的增加一倍，需要的n有效有效 減小減小10000倍。倍。 增大增大r21的最有效方法是選擇合適的固定液的最有效方法是選擇合適的固定液(相相)。16) 1(2121有效nrrR化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19例題例題1：在一定條件下，兩個(gè)組分的保留時(shí)間分別為：在一定條件下，兩個(gè)組分的保留時(shí)間分別為12.2s和和12.8s，計(jì)算分離度。要達(dá)到完全分離，即計(jì)算分離度。要達(dá)到完全分離，即R=1.5，所需要的所需要的柱長(zhǎng)。柱長(zhǎng)。(柱效柱效=3600)解：解：8533. 036008 .12448133. 036002 .12442211ntY

47、ntYRR72. 08133. 08533. 0)2 .128 .12(2RmLRRL34. 4172. 05 . 1212122 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19例題例題2：在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為：在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85秒秒和和100秒，要達(dá)到完全分離，即秒，要達(dá)到完全分離，即R=1.5。計(jì)算需要多少塊有效計(jì)算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為塔板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長(zhǎng)是多少？柱長(zhǎng)是多少？解：解： r21= 100 / 85 = 1.18 r21 =2.36 n有效有效 = 108n有效有效 = 16

48、R2 r21 / (r21 1) 2 = 1547（塊）塊） L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cm 即柱長(zhǎng)為即柱長(zhǎng)為1.55米時(shí)，兩組分可以得到完全分離。米時(shí)，兩組分可以得到完全分離。r21 =1.05 n有效有效 = 15876 r21 =2.10 n有效有效 = 131化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-192、分離操作條件的選擇、分離操作條件的選擇（1）柱長(zhǎng)和內(nèi)徑的選擇）柱長(zhǎng)和內(nèi)徑的選擇分離度分離度R與柱長(zhǎng)的平方根成正此。因此增加柱長(zhǎng)對(duì)分離有與柱長(zhǎng)的平方根成正此。因此增加柱長(zhǎng)對(duì)分離有利，但增加柱長(zhǎng)使各組分的保留時(shí)間增加，延長(zhǎng)了分析時(shí)間

49、利，但增加柱長(zhǎng)使各組分的保留時(shí)間增加，延長(zhǎng)了分析時(shí)間L增大增大 n增大增大 R增大增大u不變不變 L增大增大 t增大增大滿足滿足R之后，盡可能之后，盡可能L較小，一般填充柱的柱長(zhǎng)為較小，一般填充柱的柱長(zhǎng)為16m。色譜柱內(nèi)徑的增加，會(huì)使柱效能下降，常用填充拄的內(nèi)徑為色譜柱內(nèi)徑的增加，會(huì)使柱效能下降，常用填充拄的內(nèi)徑為34mm?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19（2）柱溫的選擇柱溫的選擇柱溫直接影響分析速度和分離效能柱溫直接影響分析速度和分離效能溫度增加溫度增加30，將使，將使K減少一半，從而使組分移動(dòng)的速度增減少一半，從而使組分移動(dòng)的速度增加一倍，縮短了分析時(shí)間。加一倍，縮

50、短了分析時(shí)間。 T升高升高 K減小減小 u增大增大 t減減小小 T升高升高 t減小減小化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19 因此從分離的角度看，因此從分離的角度看， T減小減小 K增大增大 u減小減小 固定液流失固定液流失減小減小 柱壽命柱壽命增大增大T減小減小 K增大增大 u減小減小 t增大增大 峰峰變寬變寬 因而在選擇柱溫時(shí)，既不能太高，有損于分離，也不能太因而在選擇柱溫時(shí)，既不能太高，有損于分離，也不能太低拖長(zhǎng)保留時(shí)間。低拖長(zhǎng)保留時(shí)間。選擇的原則是在使最難分離的組分有盡可能好的分離的前選擇的原則是在使最難分離的組分有盡可能好的分離的前提下，盡可能采取較低柱溫，并考慮試

51、樣的沸點(diǎn)。提下，盡可能采取較低柱溫，并考慮試樣的沸點(diǎn)。 化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19選擇原則：最難分離的組份選擇原則：最難分離的組份R保證保證，選，選 Tmin ，同時(shí)要考慮同時(shí)要考慮 T沸點(diǎn)沸點(diǎn)對(duì)于高沸點(diǎn)混合物（溫度在對(duì)于高沸點(diǎn)混合物（溫度在300400），為了能在較低柱溫），為了能在較低柱溫下分析，可用低固定液含量為下分析，可用低固定液含量為13%的色譜柱。使液膜薄一些，的色譜柱。使液膜薄一些，使用高靈敏度的檢測(cè)器，在使用高靈敏度的檢測(cè)器，在200250柱溫下分析。柱溫下分析。對(duì)于沸點(diǎn)在對(duì)于沸點(diǎn)在200300的混合物，柱溫可比試樣平均沸點(diǎn)低的混合物，柱溫可比試樣

52、平均沸點(diǎn)低100左右，固定液含量為左右，固定液含量為510%，在，在150200柱溫下分析。柱溫下分析。對(duì)于沸點(diǎn)在對(duì)于沸點(diǎn)在100200的混合物，柱溫可選在其平均沸點(diǎn)的的混合物，柱溫可選在其平均沸點(diǎn)的2/3左右，固定液含量為左右，固定液含量為1015%。對(duì)于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫一般選在其沸點(diǎn)或沸對(duì)于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫一般選在其沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上，固定液含量為點(diǎn)以上，固定液含量為1525%?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，則需采用程序升溫法分析，即對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，則需采用程序升溫法分析，即柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時(shí)間作

53、線性和非線性的增加。柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時(shí)間作線性和非線性的增加。 程序升溫時(shí)，速度變化一般是呈線性的（即單位時(shí)間內(nèi)溫程序升溫時(shí)，速度變化一般是呈線性的（即單位時(shí)間內(nèi)溫度上升的速度是恒定的）。度上升的速度是恒定的）。開始時(shí)柱溫較低，使最早流出的低沸點(diǎn)組分分離得很好，開始時(shí)柱溫較低，使最早流出的低沸點(diǎn)組分分離得很好，隨著柱溫的升高，沸點(diǎn)較高的組分先后被上升的溫度隨著柱溫的升高，沸點(diǎn)較高的組分先后被上升的溫度“推出推出”，得到形狀很好的峰，使高沸點(diǎn)組分獲得良好的分離。，得到形狀很好的峰，使高沸點(diǎn)組分獲得良好的分離。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19如圖如圖10-9所示為寬

54、沸程試樣在等溫和程序升溫時(shí)分離效果的比較。所示為寬沸程試樣在等溫和程序升溫時(shí)分離效果的比較。圖圖(a)為柱溫恒定時(shí)的分離情況?？梢姡头悬c(diǎn)組分的峰形密集為柱溫恒定時(shí)的分離情況?？梢姡头悬c(diǎn)組分的峰形密集, 形成了尖形成了尖銳的重疊峰，而高沸點(diǎn)物質(zhì)則形成平頂峰，無(wú)法測(cè)量。而且有些高沸點(diǎn)組銳的重疊峰，而高沸點(diǎn)物質(zhì)則形成平頂峰，無(wú)法測(cè)量。而且有些高沸點(diǎn)組分不能流出。分不能流出。圖圖(b)為程序升溫的情況，從為程序升溫的情況，從50升溫至升溫至250，低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的組分都，低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的組分都獲得了良好的分離。獲得了良好的分離。化工與環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19(3)載氣和流

55、速的選擇載氣和流速的選擇載氣的物理性質(zhì)會(huì)直接影響柱效，它對(duì)載氣的物理性質(zhì)會(huì)直接影響柱效，它對(duì)H的影響主要表現(xiàn)在組分在載的影響主要表現(xiàn)在組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)，氣流中的擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)與載氣分子量的平方根成反比擴(kuò)散系數(shù)與載氣分子量的平方根成反比。在流速較低時(shí)，可采用分子量大的在流速較低時(shí)，可采用分子量大的N2或或Ar作載氣，這樣有利于減少作載氣，這樣有利于減少分子擴(kuò)散。分子擴(kuò)散。在高流速時(shí)，采用分子量小的在高流速時(shí)，采用分子量小的H2或或He,有利于降低氣相傳質(zhì)阻力。有利于降低氣相傳質(zhì)阻力。當(dāng)固定液含量較低或柱壓較高時(shí)，選擇分子量較小的氣體作載氣，當(dāng)固定液含量較低或柱壓較高時(shí)，選擇分子量較小

56、的氣體作載氣，有利于提高柱效。有利于提高柱效。 另外選擇載氣時(shí)，還應(yīng)考慮檢測(cè)器對(duì)載氣的要求。另外選擇載氣時(shí)，還應(yīng)考慮檢測(cè)器對(duì)載氣的要求。H2和和He的熱導(dǎo)系數(shù)大于其它一切氣體，故熱導(dǎo)池檢測(cè)器用的熱導(dǎo)系數(shù)大于其它一切氣體，故熱導(dǎo)池檢測(cè)器用H2和和He作作載氣較好；氬離子化檢測(cè)器用載氣較好；氬離子化檢測(cè)器用Ar作載氣；氫焰離子化檢測(cè)器作載氣；氫焰離子化檢測(cè)器H2、N2作作載氣。載氣?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19載氣的流速對(duì)色譜柱的分離效率有很大影載氣的流速對(duì)色譜柱的分離效率有很大影響，并且決定了分析所需的時(shí)間。響，并且決定了分析所需的時(shí)間。對(duì)于一定的色譜柱和試樣，流速對(duì)

57、于一定的色譜柱和試樣，流速u對(duì)柱效對(duì)柱效能能H的影響如圖所示。該曲線上的最低點(diǎn)的影響如圖所示。該曲線上的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速為最佳流速所對(duì)應(yīng)的流速為最佳流速 ，即此為最佳流，即此為最佳流速對(duì)應(yīng)的塔板高度最小。速對(duì)應(yīng)的塔板高度最小。U最佳及最佳及H最佳最佳可由范弟姆特方程微分得到：可由范弟姆特方程微分得到：20dHBCduu 最佳BuC最小2HABC在實(shí)際分析工作中，為了縮短分析時(shí)間，常使流速稍高于最佳流速。在實(shí)際分析工作中，為了縮短分析時(shí)間，常使流速稍高于最佳流速。對(duì)于填充柱以對(duì)于填充柱以N2作載氣的最佳實(shí)用線速為作載氣的最佳實(shí)用線速為1012cm/s。若色譜柱內(nèi)徑為若色譜柱內(nèi)徑為3mm，N2的

58、流速一般為的流速一般為4060mL/min，H2的流速一般為的流速一般為6090mL/min?；づc環(huán)境工程學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19（4）進(jìn)樣量和進(jìn)樣時(shí)間的選擇）進(jìn)樣量和進(jìn)樣時(shí)間的選擇色譜分析的進(jìn)樣量一般是比較少的，氣體試樣進(jìn)樣約色譜分析的進(jìn)樣量一般是比較少的，氣體試樣進(jìn)樣約0.110mL，液液體試樣進(jìn)樣約為體試樣進(jìn)樣約為0.15L。進(jìn)樣量太少，會(huì)因檢測(cè)器的靈敏度不夠而使微量組分無(wú)法檢出（不出進(jìn)樣量太少，會(huì)因檢測(cè)器的靈敏度不夠而使微量組分無(wú)法檢出（不出峰）。進(jìn)樣量太多，會(huì)使幾個(gè)組分的色譜峰相互重疊，而影響分離。峰）。進(jìn)樣量太多，會(huì)使幾個(gè)組分的色譜峰相互重疊，而影響分離。因此，

59、應(yīng)根據(jù)試樣的種類，檢測(cè)器的靈敏度等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定進(jìn)樣量因此，應(yīng)根據(jù)試樣的種類，檢測(cè)器的靈敏度等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定進(jìn)樣量的多少，一般進(jìn)樣量應(yīng)控制在與峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系范圍的多少，一般進(jìn)樣量應(yīng)控制在與峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系范圍內(nèi)。內(nèi)。進(jìn)樣速度必需很快進(jìn)樣速度必需很快，即以，即以“塞子塞子”的形式進(jìn)入，這樣有利于分離。的形式進(jìn)入，這樣有利于分離。如果進(jìn)樣速度慢，則試樣起始寬度增大，會(huì)使色譜峰變寬，甚至改變?nèi)绻M(jìn)樣速度慢，則試樣起始寬度增大，會(huì)使色譜峰變寬，甚至改變峰形。一般用注射器或氣體進(jìn)樣閥進(jìn)樣，可在一秒鐘內(nèi)完成。峰形。一般用注射器或氣體進(jìn)樣閥進(jìn)樣，可在一秒鐘內(nèi)完成。化工與環(huán)境工程

60、學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院2021-12-19（5）氣化溫度的選擇）氣化溫度的選擇液體試樣進(jìn)樣后，要求能迅速氣化，并被載氣帶入色譜液體試樣進(jìn)樣后，要求能迅速氣化，并被載氣帶入色譜柱中。因此要求氣化室具有足夠的氣化溫度。在保證試柱中。因此要求氣化室具有足夠的氣化溫度。在保證試樣不分解的前提下，適當(dāng)提高氣化溫度，有利于分離和樣不分解的前提下，適當(dāng)提高氣化溫度，有利于分離和定量測(cè)定。定量測(cè)定。 一般選擇氣化溫度比柱溫高一般選擇氣化溫度比柱溫高3070，而與試樣的平，而與試樣的平均沸點(diǎn)相近，但熱穩(wěn)定性較差的試樣，氣化溫度不宜過(guò)均沸點(diǎn)相近，但熱穩(wěn)定性較差的試樣，氣化溫度不宜過(guò)高，以防試樣分解。高，以防試樣分