第十六章 色譜分析法概論

1、1第十六章第十六章 色譜分析法概論色譜分析法概論23色譜法的特點色譜法的特點4第一節(jié) 色譜過程和基本原理 5色譜過程67 ABAAWfhs2/)(2/05.0拖尾峰拖尾峰:f:fs s1.051.05前延峰前延峰:f:fs s0.950.958到20頁到19頁90RRttt10 cRRFtVc00FtV11cR0RRFtVVVRRRR1 , 21212VVttr12lglglglg100)()()()(zRnzRzRxRxttttnzI13141521RR21RR)(22/ )(1212WWttWWttR16ms=CCK17msmmk mmssVCVCmsVVKk 18uvR v=L/tRu=

2、L/t0RttR0ssmmmmSmmsmmVCVCVCNNNtttRkR11RttR0)1 ()1 (ms00VVKttkttRR或0R00Rtttttk 19)1 (0RAmsAVVKtt)1 (0RBmsBVVKttms0)(VVKKttBAR tR0 ：2021毛細管電色譜法毛細管電色譜法（CEC）色譜法色譜法GSC液相色譜法液相色譜法 （LC）柱色譜法柱色譜法平面色譜法平面色譜法毛細管電泳法毛細管電泳法 （CE）LLCLSCSECIECBPC紙色譜法紙色譜法薄層色譜法薄層色譜法（TLC）LLCLLCLSC氣相色譜法氣相色譜法（GC）柱色譜法柱色譜法GLC超臨界流體色譜法超臨界流體色譜法

3、 （SFC）2223mmssmsVXVXCCK24252627XXYYamamnn+namnmaaYXYX=Kmmaamaa/XXVXSXK282930313233 /ABRBARKBA+RBARABBABAKKBBRAARK/ 選擇性系數(shù)選擇性系數(shù)K KA/BA/B是衡量離子對樹脂親和能力相對是衡量離子對樹脂親和能力相對大小的度量。大小的度量。K KA/BA/B越大，越大，A A的交換能力越大，越易的交換能力越大，越易保留。保留。3435363738394041XmXs42 4344)1 (msPmRVVKVVsp0RVKVVVmV04521RR21RR)(22/ )(1212WWttWWt

4、tR第三節(jié)第三節(jié) 色譜法基本理論色譜法基本理論 46一、塔板理論一、塔板理論 4748 4950經(jīng)過經(jīng)過N N次轉(zhuǎn)移后，質(zhì)量分布符合二項式次轉(zhuǎn)移后，質(zhì)量分布符合二項式( (m ms s+ +m mm m) )N N的展開式。的展開式。 如如N N=3=3，展開式為：，展開式為：(0.333+0.667)(0.333+0.667)3 3=0.037+0.222+0.444+0.296 =0.037+0.222+0.444+0.296 0 1 2 30 1 2 3號號在固定相和流動相中的質(zhì)量分布由在固定相和流動相中的質(zhì)量分布由k k( (K K) )決定決定轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移N N次后，第次后，第r r號塔

5、板中的質(zhì)量號塔板中的質(zhì)量N Nm mr r： rrNrNmmrNrNmms)!( !例：轉(zhuǎn)移例：轉(zhuǎn)移3 3次后，在第次后，在第2 2號塔板內(nèi)的溶質(zhì)分數(shù)號塔板內(nèi)的溶質(zhì)分數(shù)444.0667.0333.0! )23( !2! 32)23(23m51 組分組分B(B(k kB B=0.5)=0.5)在在n n=5=5的色譜柱內(nèi)及出口的分布的色譜柱內(nèi)及出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 2 0.111 0.444 0.

6、445 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 4 0.012 0.099 0.269 0.395 4 0.012 0.099 0.269 0.395 0.1980.198 0 0 5 5 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 0.1320.132 6 6 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329 0.001 0.016 0.082 0.219 0.32

7、9 0.2190.219 7 7 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0.2190.219 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068注意：注意：1)1)柱出口處的質(zhì)量分數(shù)的計算。柱出口處的質(zhì)量分

8、數(shù)的計算。2)2)質(zhì)量（濃度）最大點的質(zhì)量（濃度）最大點的N N，即保留體積。即保留體積。52 組分組分A(A(k kA A=1)=1)在在n n=5=5的色譜柱內(nèi)和出口的分布的色譜柱內(nèi)和出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0

9、0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 5 5 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.0320.032 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 8 8

10、 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.1370.137 9 9 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.1370.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 2 2、兩組分的分離、兩組分的分離A(A(k kA A=1)=1)和和B(B(k kB B=0.5)=0.5)兩組分兩組分53結(jié)果：結(jié)果： 組分組分B

11、: B: k k =0.5, =0.5, 當(dāng)當(dāng)N N =6=6和和7 7時，柱出口產(chǎn)生時，柱出口產(chǎn)生B B的濃的濃度最大點。度最大點。 組分組分A A：k k =1=1，N N =8=8和和9 9時，柱出口處達到濃度最時，柱出口處達到濃度最大點。大點。 兩組分開始分離，兩組分開始分離，k k小的組分小的組分B B在柱后先出現(xiàn)濃度在柱后先出現(xiàn)濃度極大值極大值, , 即先出柱。即先出柱。 一根色譜柱一根色譜柱n n =10=103 3以上，組分有微小的分配系數(shù)以上，組分有微小的分配系數(shù)( (容量因子容量因子) )差別即可實現(xiàn)完全分離。差別即可實現(xiàn)完全分離。 分配系數(shù)分配系數(shù)( (容量因子容量因子)

12、 )不等是分離的前提。不等是分離的前提。54N N 柱出口柱出口 0 00 0 1 0 1 0 2 0 2 0 3 0 3 0 4 0 4 0 5 5 0.0320.032 6 0.079 6 0.079 7 0.118 7 0.118 8 0.1378 0.137 9 0.137 9 0.137 10 0.124 10 0.124 k k=1=1的組分從的組分從n n=5=5色譜柱中的流出曲線圖色譜柱中的流出曲線圖1 1、二項式分布曲線、二項式分布曲線以組分以組分A A在柱出口處的質(zhì)量分數(shù)對在柱出口處的質(zhì)量分數(shù)對N N作圖。作圖。( (二二) ) 流出曲線方程流出曲線方程552 2、色譜流出

13、曲線、色譜流出曲線當(dāng)塔板數(shù)很大時，流出曲線趨于正態(tài)分布曲線。當(dāng)塔板數(shù)很大時，流出曲線趨于正態(tài)分布曲線。563 3、色譜流出曲線方程（正態(tài)分布方程）、色譜流出曲線方程（正態(tài)分布方程）描述組分流出色譜柱的濃度變化：描述組分流出色譜柱的濃度變化： 為標準差，為標準差，t tR R為保留時間，為保留時間，C C為任意時間為任意時間t t時的濃度，時的濃度，C C0 0為峰面積為峰面積A A，即相當(dāng)于某組分的總量。，即相當(dāng)于某組分的總量。22R2)-(0e2=ttCC57t t= =t tR R時，時，C C有極大值：有極大值：CC20maxC Cmaxmax即流出曲線的峰高即流出曲線的峰高h h。一定

14、時，峰高一定時，峰高h h取決于取決于C C0 0。C C0 0一定時，峰高一定時，峰高h h取決于取決于。 流出曲線方程的常用形式：流出曲線方程的常用形式：22R2)-(maxe=ttCC不論不論t tt tR R或或t tt tR R時，濃度時，濃度C C恒小于恒小于C Cmaxmax。C C隨時間隨時間t t向峰兩側(cè)對稱下降。向峰兩側(cè)對稱下降。越小，峰越銳。越小，峰越銳。是柱效的標志。是柱效的標志。58色譜峰面積色譜峰面積CC20max以以A A代替代替C C0 0，h h代替代替C Cmaxmax，且，且W W1/21/2=2.355 =2.355 ，峰面積峰面積: :A=1.065W

15、1/2h 色譜定量的參數(shù)色譜定量的參數(shù)59( (三三) ) 理論塔板高度和理論塔板數(shù)理論塔板高度和理論塔板數(shù) 是色譜柱效參數(shù)。是色譜柱效參數(shù)。 理論塔板數(shù)與標準差（峰寬或半峰寬）和保理論塔板數(shù)與標準差（峰寬或半峰寬）和保留時間的關(guān)系：留時間的關(guān)系：2R)/(tn2R)16(Wtn221R)5.54(Wtn60理論塔板高度理論塔板高度H H = =L L/ /n n 注意：計算注意：計算n n時使標準差（峰寬或半峰寬）和時使標準差（峰寬或半峰寬）和保留時間單位一致保留時間單位一致 有效理論塔板數(shù)和有效理論塔板高度有效理論塔板數(shù)和有效理論塔板高度2eff)/(tnRHeff =L/neff61n塔

16、板理論的特點和不足塔板理論的特點和不足(1)(1)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)n n越大越大( (塔塔板高度板高度H H 越小越小) )，被測組分在柱內(nèi)被分配，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。越窄。(2)(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不不同物質(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時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。量柱效能的指標時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。62(3)(3)柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，

17、當(dāng)兩組分的分配系數(shù)當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K K相同時，無論該色譜相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。(4)(4)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結(jié)果，也無法指氣流速下柱效不同的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。63n19561956年，荷蘭學(xué)者范第姆特年，荷蘭學(xué)者范第姆特(Van Deemter)(Van Deemter)提出了提出了色譜過程動力學(xué)理論色譜過程動力學(xué)理論速率理論。速率理論。塔板高度渦流擴散項縱向擴散項傳質(zhì)阻抗項H = A + B/u

18、 + Cu二、速率理論二、速率理論641.1.渦流擴散渦流擴散(eddy diffusion)(eddy diffusion)也稱為多徑擴散也稱為多徑擴散( (一一) )影響影響H H的動力學(xué)因數(shù)的動力學(xué)因數(shù) 流動相攜帶試樣組分分子在分離柱中向前運動流動相攜帶試樣組分分子在分離柱中向前運動時，組分分子碰撞填充劑顆粒時改變方向，形成時，組分分子碰撞填充劑顆粒時改變方向，形成紊亂的渦流，使組分分子分子各自通過的路徑不紊亂的渦流，使組分分子分子各自通過的路徑不同，從而引起色譜峰的擴展。同，從而引起色譜峰的擴展。65渦流擴散渦流擴散 原因：柱填充不均勻原因：柱填充不均勻A A=2=2 d dp pA

19、A：渦流擴散系數(shù)，其單位為：渦流擴散系數(shù)，其單位為cmcm。 ：填充不規(guī)則因子，填充技術(shù)和填料顆：填充不規(guī)則因子，填充技術(shù)和填料顆粒形狀決定。粒形狀決定。d dp p：填料：填料 ( (固定相固定相) ) 顆粒的平均直徑，顆粒的平均直徑， d dp p小，小，A A小；但?。坏玠 dp p 太小，太小， 和柱阻和柱阻大。大。662.2.縱向擴散縱向擴散(longitudinal diffusion)(longitudinal diffusion) 組分向組分向“塞子塞子”前后擴散，使前后擴散，使區(qū)帶展寬。區(qū)帶展寬。原因：濃度差原因：濃度差 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散;

20、 ; 擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，H H(n n)，分離變差，分離變差; ; 分子擴散項與流速有關(guān)，流速分子擴散項與流速有關(guān)，流速，滯留時間，滯留時間，擴，擴散散; ; 擴散系數(shù)：擴散系數(shù)：D D(M M載氣載氣) )-1/2-1/2 ；M M載氣載氣，B B值值。67n縱向擴散項縱向擴散項 B B/ /u u影響因素：影響因素：u u ， B B=2=2 D Dm mB B：縱向擴散系數(shù)，其單位為：縱向擴散系數(shù)，其單位為cmcm2 2/s/s， ：彎曲因子，反映固定相顆粒對分子擴散的阻礙。：彎曲因子，反映固定相顆粒對分子擴散的阻礙。 D Dm m：組分在流動相中的擴散系數(shù)。：組分在流動相中的擴散系數(shù)。683.3.傳質(zhì)阻抗傳質(zhì)阻抗(mass transfer resistance)(mass transfer resistance) 傳質(zhì)：溶解、擴散、轉(zhuǎn)移的過程。傳質(zhì)：溶解、擴散、轉(zhuǎn)移的過程。傳質(zhì)阻抗：影響傳質(zhì)過程的阻力。傳質(zhì)阻抗：影響傳質(zhì)過程的阻力。結(jié)果結(jié)果：（：（非平衡狀非平衡狀態(tài)），使有些分子態(tài)），使有些分子較快向前移動，而較快向前移動，而另一些滯后，引起另一些滯后，引起峰展寬。峰展寬。n傳質(zhì)阻抗系數(shù)傳質(zhì)阻抗系數(shù)C C，包括，包括 C Cm m、C