第18章 色譜法分離原理

1、授課內(nèi)容：儀器分析使用教材：分析化學(xué)下冊(cè) （武漢大學(xué)第五版）授課教師：杜娜娜所屬院系：化學(xué)化工學(xué)院第18章 色譜法分離原理18.1 18.1 概述概述 色譜法或?qū)游龇ㄉV法或?qū)游龇? (chromatography) )，是一種，是一種物理或物理化學(xué)分離分析方法。物理或物理化學(xué)分離分析方法。 原理：利用物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)原理：利用物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，使混合物中的各組分分離。不同，使混合物中的各組分分離。 以前學(xué)過(guò)的分離方法有：以前學(xué)過(guò)的分離方法有： 1.1.沉淀法沉淀法 是利用物質(zhì)溶解度的不同而進(jìn)行分離。是利用物質(zhì)溶解度的不同而進(jìn)行分離。 2.2.蒸餾法蒸餾法

2、是利用有機(jī)物沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離。是利用有機(jī)物沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離。 3.3.萃取法萃取法 是利用組分在水相和有機(jī)相（互不相是利用組分在水相和有機(jī)相（互不相溶）中的分配素?cái)?shù)不同進(jìn)行而分離。溶）中的分配素?cái)?shù)不同進(jìn)行而分離。 一一 色譜分析法簡(jiǎn)介色譜分析法簡(jiǎn)介 色譜法創(chuàng)始于20世紀(jì)初，1906年俄國(guó)植物學(xué)家Tsweet將碳酸鈣放在豎立的玻璃管中，從頂端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚沖洗。 Michael Tswett(1872-1919),a Russian botanist , discovered the basic principles of column chromatography.

3、 He separatedplantpigments by eluting a mixture of the pigme-nts on a column of calcium carbonate. Thevarious pigments separated into colored ba-nds; hence the name chromatography.植物色素分離圖示植物色素分離圖示二二 色譜法分離原理色譜法分離原理 分離原理分離原理:物質(zhì)的分配系數(shù)差異。物質(zhì)的分配系數(shù)差異。三三 色譜法分類(lèi)色譜法分類(lèi) 色譜法可從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)：色譜法可從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)：1.按流動(dòng)相與固定相的分子

4、聚集狀態(tài)分類(lèi)按流動(dòng)相與固定相的分子聚集狀態(tài)分類(lèi) 在色譜法中流動(dòng)相可以是氣體、液體和超臨界流體在色譜法中流動(dòng)相可以是氣體、液體和超臨界流體(gas chromatography,GC、liquid chromatography,LC、supercritical fluid chromatography,SFC)。 按固定相為固體按固定相為固體(如吸附劑如吸附劑)或液體，氣相色譜法或液體，氣相色譜法又可分為又可分為GSC與與GLC；液相色譜法又可分為；液相色譜法又可分為L(zhǎng)SC及及LLC。2.2.按操作形式分類(lèi)按操作形式分類(lèi) 柱色譜法柱色譜法(column chromatography)是將固定是將

5、固定相裝柱管內(nèi)構(gòu)成色譜柱，色譜過(guò)程在色譜柱內(nèi)進(jìn)相裝柱管內(nèi)構(gòu)成色譜柱，色譜過(guò)程在色譜柱內(nèi)進(jìn)行。按色譜柱的粗細(xì)等，又可分為填充柱行。按色譜柱的粗細(xì)等，又可分為填充柱(packed column)色譜法、毛細(xì)管柱色譜法、毛細(xì)管柱(capillary column)色譜色譜法及微填充柱法及微填充柱(microbore packedcolumn)色譜法等色譜法等類(lèi)別。類(lèi)別。 3.按色譜過(guò)程的分離機(jī)制分類(lèi) 可分為分配色譜法可分為分配色譜法(partition chromatography)、吸附色譜法吸附色譜法(adsorption chromatography)、離子交、離子交換色譜法換色譜法(ion

6、exchange chromatography，IEC)、空、空間排阻色譜法間排阻色譜法(steric exclusionchromatography，SEC)及親合色譜法及親合色譜法(affinity chromatography)等類(lèi)等類(lèi)型。型。色譜法簡(jiǎn)單分類(lèi)如下表:色譜法氣相色譜法填充柱色譜法毛細(xì)管色譜法（GC）GLCGSC液相色譜法（LC）平板色譜柱色譜法經(jīng)典液相柱色譜法高效液相色譜法（HPLC）薄層色譜法（TLC）紙色譜法SECLSCLLCLLCSECLSCIECLLC高效毛細(xì)管電泳法（HPCE）超臨界流體色譜法（SFC）18.2 色譜法基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念和術(shù)語(yǔ)色譜法基礎(chǔ)知識(shí)、基本概

7、念和術(shù)語(yǔ)18.2.1 色譜流出曲線色譜流出曲線: 024681012024681002468101202468100246810120246810 一一 基線基線 在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線。線。 使基線發(fā)生細(xì)小的波使基線發(fā)生細(xì)小的波動(dòng)的現(xiàn)象稱為噪音。動(dòng)的現(xiàn)象稱為噪音。 基線在穩(wěn)定的條件下基線在穩(wěn)定的條件下應(yīng)是一條水平的直線。它應(yīng)是一條水平的直線。它的平直與否可反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)的平直與否可反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定情況。條件的穩(wěn)定情況。 二二 峰高（峰高（h h） 色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離叫峰高。色譜峰頂點(diǎn)與

8、基線的距離叫峰高?？捎每捎胢m,mV,mA表示。表示。 h 寬度越窄，其效率越高，分離的效果也越好。寬度越窄，其效率越高，分離的效果也越好。區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N表示方法：區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N表示方法：標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：峰高：峰高0.607 倍處峰寬處的一半。倍處峰寬處的一半。半峰寬半峰寬W1/2：峰高一半處的峰寬。：峰高一半處的峰寬。 W1/2=2.354 峰底寬峰底寬W：色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上切線與基線的交點(diǎn)間：色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上切線與基線的交點(diǎn)間的距離。的距離。 W= 4 三三 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?四四 色譜峰面積色譜峰面積A 色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積。色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積

9、叫峰面積。 對(duì)于對(duì)稱的色譜峰對(duì)于對(duì)稱的色譜峰 A=1.065hW1/2 對(duì)于非對(duì)稱的色譜峰對(duì)于非對(duì)稱的色譜峰 A=1.065h(W0.15+W0.85)/2 五五 保留值保留值 組分在色譜柱中停留的數(shù)值，可用時(shí)間組分在色譜柱中停留的數(shù)值，可用時(shí)間t t 和和所消耗流動(dòng)相的體積來(lái)表示。固定相、流動(dòng)相固所消耗流動(dòng)相的體積來(lái)表示。固定相、流動(dòng)相固定，條件一定時(shí)，組分的保留值是個(gè)定值。定，條件一定時(shí)，組分的保留值是個(gè)定值。(1)(1)比移值比移值 Rf=ux/u=nm/(nm+ns)(2)(2)死時(shí)間死時(shí)間( (tM) ) 不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值

10、時(shí)的時(shí)間。它與色譜柱的空隙體積成正比。值時(shí)的時(shí)間。它與色譜柱的空隙體積成正比。 (3)保留時(shí)間tR 試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間。 (4) 調(diào)整保留時(shí)間 某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它是組份在固定相中的滯留時(shí)間。即 RMRtttRtMtLu柱長(zhǎng)死時(shí)間(5) (5) 死體積死體積VM 色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間空隙、色譜儀管色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間空隙、色譜儀管路和連接頭間空隙和檢測(cè)器間隙的總和。路和連接頭間空隙和檢測(cè)器間隙的總和。 忽略后兩項(xiàng)可得到：忽略后兩項(xiàng)可得到：(6) (6) 保留體積保留體積VR 指從進(jìn)樣到待測(cè)物在柱后出現(xiàn)濃度極指從進(jìn)樣到待測(cè)物在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流

11、動(dòng)相的體積。大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積。MMcoVt F其中，其中，F(xiàn)co為柱出口的載氣流速為柱出口的載氣流速（mL/min) RRcoVtF (7) 調(diào)整保留體積 某組份的保留體積扣除死體積后的體積。 tM VM與被測(cè)組分無(wú)關(guān)，因而與被測(cè)組分無(wú)關(guān)，因而 更合更合理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。 (8)相對(duì)保留值r2,1 組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比。MRRRcoVVVtFRMcoVtFRV222,111RRRRtVrtVRVRt.RiRii sRsRstVtV r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)L、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，因此，

12、在色譜分析中，尤其是GC中廣泛用于定性的依據(jù)！ 具體做法：固定一個(gè)色譜峰為標(biāo)準(zhǔn)s，然后再求其它峰 i 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)以 表示：( )( )RSt it s 1, 又稱選擇因子 （9 9） 保留指數(shù)保留指數(shù) 規(guī)定正構(gòu)烷烴保留指數(shù)為分子中碳原子個(gè)數(shù)乘以規(guī)定正構(gòu)烷烴保留指數(shù)為分子中碳原子個(gè)數(shù)乘以100100，如正己烷、正庚烷的保留指數(shù)分別為，如正己烷、正庚烷的保留指數(shù)分別為600600和和700700。 被測(cè)物質(zhì)的保留指數(shù)被測(cè)物質(zhì)的保留指數(shù)I IX X可采用兩個(gè)相鄰正構(gòu)烷烴可采用兩個(gè)相鄰正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)進(jìn)行測(cè)定的保留指數(shù)進(jìn)行測(cè)定 將碳數(shù)為將碳數(shù)為n n和和n+1n+1的正構(gòu)烷烴的正構(gòu)烷

13、烴加到加到被測(cè)物質(zhì)被測(cè)物質(zhì)x x中進(jìn)中進(jìn)行色譜分析，測(cè)得它們的保留值行色譜分析，測(cè)得它們的保留值保留指數(shù)計(jì)算方法保留指數(shù)計(jì)算方法)lglglglg100,111RnRnRnRxxRnRxRnRxRnRnttttnIxtttttt（的保留指數(shù)被測(cè)物質(zhì)，且和利用上式求出未知物的保留指數(shù)與文獻(xiàn)值對(duì)照利用上式求出未知物的保留指數(shù)與文獻(xiàn)值對(duì)照n ）tR(n+1) 六六 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比 在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間所達(dá)在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間所達(dá)到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配行為常采到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配行為常采用分配系數(shù)用分配系數(shù)K和分配

14、比和分配比k來(lái)表示。來(lái)表示。1 1 分配系數(shù)分配系數(shù)(K)： 它是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相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，即和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值，即smccK 溶質(zhì)在固定相中的濃度溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度 K與，與兩相體積、柱管特性和所用儀器無(wú)關(guān)。 實(shí)驗(yàn)條件固定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)。 某組分的K = 0時(shí)，表明組分不被保留即惰性組分 2. 2. 分配比分配比： 在一定溫度和壓力下，組份在兩相間的分配在一定溫度和壓力下，組份在兩相間的分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比，達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比，稱為

15、分配比。它反映了組分在柱中的遷移速率。稱為分配比。它反映了組分在柱中的遷移速率。又稱保留因子。也叫容量因子或容量比。又稱保留因子。也叫容量因子或容量比。 smmms sm mcVkc V組分在固定相中的質(zhì)量組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量k也等于組分的校正保留時(shí)間與死時(shí)間的比值RMtkt 3.3. K 與與 k 的關(guān)系：的關(guān)系： 稱為相比率，它也是反映色譜柱柱型特點(diǎn)的參數(shù)。對(duì)填充柱，=635；對(duì)毛細(xì)管柱，=60600。 注意：注意：K K 或或 k k 反映的是某一組分在兩相間反映的是某一組分在兩相間的分配；而的分配；而 是反映兩組分間的分離情況！當(dāng)是反映兩組分間的分離情況！當(dāng)兩組分兩組分 K K 或或

16、k k 相同時(shí)，相同時(shí)， =1=1 時(shí)，兩組分不能時(shí)，兩組分不能分開(kāi)；當(dāng)兩組分分開(kāi)；當(dāng)兩組分 K K 或或 k k 相差越大時(shí)，相差越大時(shí)， 越大，越大，分離得越好。也就是說(shuō)，兩組分在兩相間的分配分離得越好。也就是說(shuō)，兩組分在兩相間的分配系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。 和和 k k 是計(jì)算色譜柱分離效能的重要參數(shù)是計(jì)算色譜柱分離效能的重要參數(shù)！/sssmmmmscmVVKkkcmVV 例例1:1:從色譜測(cè)得組分從色譜測(cè)得組分1 1流出時(shí)間為流出時(shí)間為16min30s，組分，組分2 2流出時(shí)間為流出時(shí)間為26min，空氣流出時(shí)間為，空氣流出時(shí)間為1min30s，

17、求：求： （1 1） 組分組分2 2對(duì)組分對(duì)組分1 1的相對(duì)保留時(shí)間的相對(duì)保留時(shí)間 （2 2） 色譜柱對(duì)組分色譜柱對(duì)組分1 1的容量比的容量比 （3 3） 組分組分2 2的分子在固定相中停留時(shí)間的分子在固定相中停留時(shí)間 解解 ：(1) 2,1=(tR2-tM)/(tR1-tM) =(26.0-1.5)/(16.5-1.5)=1.63 (2) k=(tR1-tM)/tM=(16.5-1.5)/1.5=10.0 (3) tR2=26.0-1.5=24.5min色譜流出曲線的意義色譜流出曲線的意義色譜峰數(shù)樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)；色譜保留值定性依據(jù)；色譜峰高或面積定量依據(jù)；色譜保留值或區(qū)域?qū)挾壬V柱分

18、離效能評(píng)價(jià)指標(biāo)；色譜峰間距固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的依據(jù)18.3 色譜法基本理論色譜法基本理論18.3.1 塔板理論塔板理論 在50年代，色譜技術(shù)發(fā)展的初期，Martin等人把色譜分離過(guò)程比作分餾過(guò)程，并把分餾中的半經(jīng)驗(yàn)理論塔板理論用于色譜分析法。 塔板理論假定：1）塔板之間不連續(xù)；2）塔板之間無(wú)分子擴(kuò)散；3）組分在各塔板內(nèi)兩相間的分配瞬間達(dá)至平衡， 達(dá)一次平衡所需柱長(zhǎng)為理論塔板高度H；4）某組分在所有塔板上的分配系數(shù)相同；5）流動(dòng)相以不連續(xù)方式加入，即以一個(gè)一個(gè)的塔 板體積加入。 ( (一）色譜分離過(guò)程：一）色譜分離過(guò)程：( (二二) ) 色譜流出曲線方程色譜流出曲線方程21222RRVV

19、NVRNMceV12max2RNMcV22maxRRVVNVcce22maxRRttNtcce ( (三三) )柱效柱效 對(duì)一個(gè)色譜柱來(lái)說(shuō)，若色譜柱長(zhǎng)度固定對(duì)一個(gè)色譜柱來(lái)說(shuō)，若色譜柱長(zhǎng)度固定L L，每一個(gè)塔板高度每一個(gè)塔板高度H H越小，塔板數(shù)目越多，分離的越小，塔板數(shù)目越多，分離的效果越好，柱效越高。塔板數(shù)用效果越好，柱效越高。塔板數(shù)用n n 表示。表示。 n =L/H 或或 H=L/n H越小，越小，n越多，分離效果越好，用越多，分離效果越好，用H,n評(píng)價(jià)柱效。評(píng)價(jià)柱效。 由塔板理論導(dǎo)出由塔板理論導(dǎo)出n與與W，W1/2 的關(guān)系。的關(guān)系。 n=5.54(tR/W1/2)2 =16(tR/W)

20、2 有時(shí)有時(shí)n n大，分離效果也不好，因用大，分離效果也不好，因用tR內(nèi)含內(nèi)含tm，后來(lái)改用有效塔板數(shù)。后來(lái)改用有效塔板數(shù)。n 有效有效= 5.54 (tR/ W1/2)2=16 (tR/W)2 H有效有效n 有效有效n理理 = 5.54 (tR/W1/2)2=16 (tR/W)2 H理理n 理理(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)

21、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。 塔板理論的成功之處，提出了計(jì)算理論塔塔板理論的成功之處，提出了計(jì)算理論塔板高度、塔板數(shù)的公式及評(píng)價(jià)柱效的方法，板高度、塔板數(shù)的公式及評(píng)價(jià)柱效的方法，具有開(kāi)創(chuàng)性，但有一定局限性具有開(kāi)創(chuàng)性，但有一定局限性: :塔板理論無(wú)法塔板理論無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。 前面已知，用塔板理論來(lái)說(shuō)明色譜柱內(nèi)各前面已知，用塔板理論來(lái)說(shuō)明色譜柱內(nèi)各組分的分離過(guò)程并不合理，因?yàn)樯V柱內(nèi)并沒(méi)有組分的分離過(guò)程并不合理，因?yàn)樯V柱內(nèi)并沒(méi)有塔板。當(dāng)同一試樣進(jìn)入同一色譜柱，當(dāng)流動(dòng)相速塔板。當(dāng)同一試樣進(jìn)入同一色譜柱，當(dāng)流動(dòng)相速度變

22、化時(shí)，得到不同的色譜圖。測(cè)得的度變化時(shí)，得到不同的色譜圖。測(cè)得的n和和H也不也不同，充分說(shuō)明塔板理論不足以說(shuō)明色譜柱的分離同，充分說(shuō)明塔板理論不足以說(shuō)明色譜柱的分離過(guò)程。過(guò)程。18.3.2 速率理論速率理論范弟姆特方程式范弟姆特方程式： 18.3.2.1 氣相色譜的速率理論氣相色譜的速率理論1 渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)(12) 在填充柱中，由于受到固定相顆粒的阻礙，組份在遷移過(guò)程中隨流動(dòng)相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”：從圖中可見(jiàn)，因填充物顆粒大小及填充的不均勻性同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同流出時(shí)間不同峰形展寬。 展寬程度以展寬程度以1 12 2表示：表示：1 12 2 =2 =2 dpLdpL 其

23、中其中dpdp填充物平均直徑；填充物平均直徑； 填充不規(guī)則填充不規(guī)則因子。因子。 減小減小1 12 2 ：固定相顆粒應(yīng)適當(dāng)細(xì)小、均勻固定相顆粒應(yīng)適當(dāng)細(xì)小、均勻填充要均勻。填充要均勻。 對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無(wú)渦流擴(kuò)散，即對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無(wú)渦流擴(kuò)散，即1 12 2=0=0。 待測(cè)組分是以待測(cè)組分是以“塞子塞子”的形式被流的形式被流動(dòng)相帶入色譜柱的，在動(dòng)相帶入色譜柱的，在“塞子塞子”前后存在前后存在濃度梯度，由濃濃度梯度，由濃稀方向擴(kuò)散，產(chǎn)生了縱稀方向擴(kuò)散，產(chǎn)生了縱向擴(kuò)散，使色譜峰展寬。向擴(kuò)散，使色譜峰展寬。 （2 2）分子擴(kuò)散項(xiàng)）分子擴(kuò)散項(xiàng)2 22 2 （縱向擴(kuò)散項(xiàng)）（縱向擴(kuò)散項(xiàng)） 22 是填充柱

24、內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子，它反映了固定相的幾何形狀對(duì)分也稱彎曲因子，它反映了固定相的幾何形狀對(duì)分子擴(kuò)散的阻礙情況。子擴(kuò)散的阻礙情況。 D為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)（為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)（cm2s-1）。）。 Dg 氣相擴(kuò)散系數(shù)比液相擴(kuò)散系數(shù)氣相擴(kuò)散系數(shù)比液相擴(kuò)散系數(shù)Dm大大的多（約的多（約105倍）倍） 減小縱向擴(kuò)散項(xiàng)減小縱向擴(kuò)散項(xiàng)22采取措施：采取措施： 適當(dāng)提高流動(dòng)相流速適當(dāng)提高流動(dòng)相流速u(mài) u，減小保留時(shí)間，減小保留時(shí)間 用相對(duì)分子質(zhì)量較大的氣體作流動(dòng)相。用相對(duì)分子質(zhì)量較大的氣體作流動(dòng)相。 適當(dāng)降低柱溫適當(dāng)降低柱溫c c . .1DM

25、r 3 32 2流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù) 組分從流動(dòng)相移組分從流動(dòng)相移動(dòng)到固定相表面進(jìn)行動(dòng)到固定相表面進(jìn)行兩相之間的質(zhì)量交換兩相之間的質(zhì)量交換時(shí)所受時(shí)所受到的阻力，質(zhì)量交換慢，引起色譜峰變寬。到的阻力，質(zhì)量交換慢，引起色譜峰變寬。（3 3）流動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)）流動(dòng)相傳質(zhì)阻力項(xiàng)3 32 2和固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)和固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)4 42 2 222320.01(1)pgdkL ukD采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體作采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體作載氣載氣, ,可減少可減少3 32 2, ,提高柱效。提高柱效。 4 42 2 固定項(xiàng)傳質(zhì)阻力系數(shù)固定項(xiàng)傳質(zhì)阻力系數(shù) 即組分從

26、即組分從兩相界面移動(dòng)到固定相內(nèi)部?jī)上嘟缑嬉苿?dòng)到固定相內(nèi)部，達(dá)分配平衡，達(dá)分配平衡后，又返回到兩相界面，在這過(guò)程中所受后，又返回到兩相界面，在這過(guò)程中所受到的阻力為固定相傳質(zhì)阻力。到的阻力為固定相傳質(zhì)阻力。組分在固定相中擴(kuò)散系數(shù)固定液的膜厚度22423(1)fSdkL ukD減小減小42采取措施：采取措施： 降低固定液的含量降低固定液的含量, ,可以降低液膜厚度可以降低液膜厚度, ,但但k k隨隨之變小之變小, ,又會(huì)使又會(huì)使42增大。增大。 當(dāng)固定液含量一定時(shí)當(dāng)固定液含量一定時(shí), ,液膜厚度隨載體比表面積液膜厚度隨載體比表面積增加而降低增加而降低, ,因此因此, ,一般采用比表面積較大的載體一

27、般采用比表面積較大的載體來(lái)降低液膜厚度。來(lái)降低液膜厚度。 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度( (42df2) )并且液膜要均勻；并且液膜要均勻；若膜厚，擴(kuò)散，費(fèi)時(shí)；但不能太薄，否則包不住若膜厚，擴(kuò)散，費(fèi)時(shí)；但不能太薄，否則包不住載體。載體。 提高柱溫提高柱溫, ,雖然可以增大雖然可以增大D1, ,但會(huì)使值減小但會(huì)使值減小, ,為為了保持適當(dāng)?shù)闹盗吮３诌m當(dāng)?shù)闹? ,應(yīng)該控制適宜的柱溫。應(yīng)該控制適宜的柱溫。 u 為流動(dòng)相線速度； A，B，C為常數(shù)，其中A分別表示渦流擴(kuò)散系數(shù)；B分子擴(kuò)散系數(shù)；C傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）。在流動(dòng)相流速一定時(shí):、最小時(shí)，才小，n 才最高，柱效高。、

28、最大時(shí)，才大，n 才最小，柱效低。BHACuu為提高柱效，小，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：為提高柱效，小，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：）采用適當(dāng)小而均勻的載體，柱填充應(yīng)均勻。）采用適當(dāng)小而均勻的載體，柱填充應(yīng)均勻。）固定液液膜薄而均勻，并且不宜流失。）固定液液膜薄而均勻，并且不宜流失。）載氣流速小的時(shí)候，）載氣流速小的時(shí)候，u u是影響的主要因是影響的主要因素，選素，選r r大的載氣，大的載氣，；載氣流速大的時(shí)候，；載氣流速大的時(shí)候，C Cu u是影響的主要因素，選是影響的主要因素，選r r小的載氣，小的載氣，H H2 2，NeNe）采用適當(dāng)?shù)闹鶞?。）采用適當(dāng)?shù)闹鶞亍?氣相色譜氣相色譜 uDskkdDdkkuDdHf

29、gpgp)1 (32)1 (01. 0222222218.3.2.2 液相色譜的速率理論液相色譜的速率理論速率理論雖然實(shí)在研究氣液色譜時(shí)提出的速率理論雖然實(shí)在研究氣液色譜時(shí)提出的, ,但作但作適當(dāng)修改適當(dāng)修改, ,也使用于液相色譜也使用于液相色譜, ,其板高方程可寫(xiě)成其板高方程可寫(xiě)成如下形式如下形式: : 式中式中Ce、Cm、Cd、Cs、Csm為有關(guān)項(xiàng)的板高系為有關(guān)項(xiàng)的板高系數(shù)數(shù), ,當(dāng)填料一定時(shí)均為定值當(dāng)填料一定時(shí)均為定值; ;DM和和DS分別是組分在流分別是組分在流動(dòng)相和固定相的擴(kuò)散系數(shù)動(dòng)相和固定相的擴(kuò)散系數(shù); ;df為固定相層的厚度為固定相層的厚度. .12221sfsmpdMMepsM

30、MPC dC dC DDHuC dDDC d uu ()()()() () 表示渦流擴(kuò)散項(xiàng)表示渦流擴(kuò)散項(xiàng).LC與與GC相似相似,渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散項(xiàng)和填料的粒徑有關(guān)項(xiàng)和填料的粒徑有關(guān). 填料粒徑越小填料粒徑越小,渦流擴(kuò)散項(xiàng)越小渦流擴(kuò)散項(xiàng)越小,反之亦然反之亦然 項(xiàng)是流動(dòng)區(qū)域內(nèi)項(xiàng)是流動(dòng)區(qū)域內(nèi),流動(dòng)相的傳質(zhì)阻力流動(dòng)相的傳質(zhì)阻力.它指它指出流動(dòng)相通過(guò)同一流路時(shí)出流動(dòng)相通過(guò)同一流路時(shí),在接近固定相表面的在接近固定相表面的流速比在流動(dòng)相中間的要慢一些流速比在流動(dòng)相中間的要慢一些.(1) 增大DM即組分在流動(dòng)相的擴(kuò)散系數(shù);(2) 減小填料的粒徑;(3) 減小流動(dòng)相的流速.1epC d2MMPDC d u項(xiàng)表示

31、分子擴(kuò)散項(xiàng)項(xiàng)表示分子擴(kuò)散項(xiàng).在液相色譜中在液相色譜中,由于組分在由于組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)比在氣相中小液體中的擴(kuò)散系數(shù)比在氣相中小45個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí),因此因此在液相色譜中在液相色譜中,分子擴(kuò)散項(xiàng)通?？梢院雎圆挥?jì)分子擴(kuò)散項(xiàng)通?？梢院雎圆挥?jì).(1)減小減小DM即組分在流動(dòng)相的擴(kuò)散系數(shù)即組分在流動(dòng)相的擴(kuò)散系數(shù);(2)增大流動(dòng)相的流速增大流動(dòng)相的流速. 項(xiàng)為固定相傳質(zhì)阻力.該項(xiàng)與氣液色譜中固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)相同.(1)增大增大DS即組分在固定相的擴(kuò)散系數(shù)即組分在固定相的擴(kuò)散系數(shù);(2)減小減小df即固定相層的厚度即固定相層的厚度;(3)減小流動(dòng)相的流速減小流動(dòng)相的流速.項(xiàng)是流動(dòng)相停滯區(qū)域內(nèi)的傳質(zhì)阻力項(xiàng)

32、是流動(dòng)相停滯區(qū)域內(nèi)的傳質(zhì)阻力.固定相孔穴固定相孔穴中的流動(dòng)相中的流動(dòng)相,一般是不移動(dòng)的一般是不移動(dòng)的.流動(dòng)相中溶質(zhì)分子與流動(dòng)相中溶質(zhì)分子與固定相進(jìn)行交換時(shí)固定相進(jìn)行交換時(shí),必須首先擴(kuò)散進(jìn)入滯留區(qū)必須首先擴(kuò)散進(jìn)入滯留區(qū).如固如固定相的微孔小且深定相的微孔小且深,就會(huì)大大減慢傳質(zhì)速率就會(huì)大大減慢傳質(zhì)速率.(1)增大增大DM即組分在流動(dòng)相的擴(kuò)散系數(shù)即組分在流動(dòng)相的擴(kuò)散系數(shù);(2)減小填料的粒徑減小填料的粒徑;(3)減小流動(dòng)相的流速減小流動(dòng)相的流速.綜合分析，提高液相色譜柱效的因素可歸納為：綜合分析，提高液相色譜柱效的因素可歸納為：增大增大DM和和DS即組分在流動(dòng)相和固定相的擴(kuò)散系即組分在流動(dòng)相和固定

33、相的擴(kuò)散系數(shù)數(shù);減少填料的孔穴深度減少填料的孔穴深度;采用低黏度的流動(dòng)相采用低黏度的流動(dòng)相;適當(dāng)提高柱溫適當(dāng)提高柱溫;減小填料的粒徑減小填料的粒徑減小流動(dòng)相的流速減小流動(dòng)相的流速減小減小df即固定相層的厚度即固定相層的厚度LC塔板高度的形式與塔板高度的形式與GC一致，其主要區(qū)別在于擴(kuò)展一致，其主要區(qū)別在于擴(kuò)展項(xiàng)可以忽略，影響柱效的主要因素是傳質(zhì)項(xiàng)。項(xiàng)可以忽略，影響柱效的主要因素是傳質(zhì)項(xiàng)。HuGC（a）LC（b）GCGC（a a）u u有一最低點(diǎn)有一最低點(diǎn)u u最佳最佳；u u小小或或u u大大，H H都大都大LCLC（b b）u u沒(méi)有最低點(diǎn)；沒(méi)有最低點(diǎn)； u u大大，H H增大不多，因增大不

34、多，因此可用較高的流速，提高分析速度此可用較高的流速，提高分析速度二二 液相色譜中的柱外譜帶展寬液相色譜中的柱外譜帶展寬柱外展寬：指色譜柱外各種因素引起的峰擴(kuò)展柱外展寬：指色譜柱外各種因素引起的峰擴(kuò)展. . a.a.柱前展寬：主要由進(jìn)樣所引起；柱前展寬：主要由進(jìn)樣所引起；b.b.柱后展寬：主要由接管、檢測(cè)器流通池體積所柱后展寬：主要由接管、檢測(cè)器流通池體積所引起引起. . 由于流動(dòng)相在管壁鄰近處的流速明顯快于管中心由于流動(dòng)相在管壁鄰近處的流速明顯快于管中心區(qū)域的流速區(qū)域的流速, ,從而導(dǎo)致柱外譜帶展寬從而導(dǎo)致柱外譜帶展寬. .為此，連接為此，連接管的體積、檢測(cè)器的死體積應(yīng)盡可能小管的體積、檢測(cè)

35、器的死體積應(yīng)盡可能小. . 柱外效應(yīng)對(duì)板高的總影響柱外效應(yīng)對(duì)板高的總影響Hex可用下式表示可用下式表示: : 式中式中, , 是流動(dòng)相的線性流速是流動(dòng)相的線性流速, ,單位用單位用cms-1;r是管是管子半徑子半徑, ,單位用單位用cm;DM是溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)是溶質(zhì)在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù), ,單位用單位用cm2s-1. . 采用低黏度的流動(dòng)相采用低黏度的流動(dòng)相; ; 適當(dāng)提高柱溫適當(dāng)提高柱溫; ; 采用半徑小的管道采用半徑小的管道. .224exMr uHDu18.4 組分分離組分分離基本分離方程基本分離方程 柱效能和選擇性柱效能和選擇性 柱效能柱效能指色譜柱在分離過(guò)程中的分離效能，常用

36、n，來(lái)描述。 選擇性選擇性描述兩個(gè)相鄰組分在同一固定相中熱力學(xué)分布行為的重要參數(shù)，用r2,1相對(duì)保留值表示.色譜分離中的四種典型情況色譜分離中的四種典型情況分離效果差，柱效低，分離效果差，柱效低，選擇性（選擇性（ ）差）差 完全分離，柱效高，完全分離，柱效高，峰窄，選擇性（峰窄，選擇性（ ）差差 ；完全分離，選擇性完全分離，選擇性（ ）好，柱效低，峰）好，柱效低，峰寬寬完全分離，柱效高，完全分離，柱效高，選擇性（選擇性（ ）好）好一一 分離度分離度色譜柱的總分離效能指標(biāo)色譜柱的總分離效能指標(biāo) 1.1.定義：相鄰兩個(gè)峰的保留值之差與兩峰寬度平均值之比v分子反映了溶質(zhì)在兩相中分配行為對(duì)分離的影響，

37、分子反映了溶質(zhì)在兩相中分配行為對(duì)分離的影響，是色譜分離的是色譜分離的熱力學(xué)因素?zé)崃W(xué)因素。v分母反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程溶質(zhì)區(qū)帶的擴(kuò)寬對(duì)分離的影分母反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程溶質(zhì)區(qū)帶的擴(kuò)寬對(duì)分離的影響，是色譜分離的響，是色譜分離的動(dòng)力學(xué)因素動(dòng)力學(xué)因素。2121()/ 2RRttRWW18.4.1 分離度分離度 兩個(gè)峰兩個(gè)峰t tR R 相差越大，相差越大，Y Y越窄，值越大，越窄，值越大，說(shuō)明分離較高。說(shuō)明分離較高。 .5 .5 兩個(gè)組分能完全分開(kāi)。兩個(gè)組分能完全分開(kāi)。 .0 .0 兩組分能分開(kāi)，滿足分析要求。兩組分能分開(kāi)，滿足分析要求。 .0 .0 兩峰有部分重疊。兩峰有部分重疊。2121()/2RRttRYY

38、分離度與柱效能，選擇性的關(guān)系分離度與柱效能，選擇性的關(guān)系1 1）分離度）分離度R 與柱效的關(guān)系與柱效的關(guān)系 由色譜方程可得：由色譜方程可得：2111222()RnLRnL22141knRk18.4.2 分離方程分離方程 2 2）分離度）分離度R與選擇因子與選擇因子 的關(guān)系的關(guān)系 改變改變 的方法有：的方法有：降低柱溫、改變流動(dòng)相及固降低柱溫、改變流動(dòng)相及固定相的性質(zhì)和組成。定相的性質(zhì)和組成。 3 3）分離度）分離度R 分配比分配比 k 的關(guān)系的關(guān)系 改變改變 k 的方法有：的方法有：適當(dāng)增加柱溫適當(dāng)增加柱溫( (GC) )、改變、改變流動(dòng)相性質(zhì)和組成流動(dòng)相性質(zhì)和組成( (LC)以及固定相含量。

39、以及固定相含量。22222116()()1knRk22141knRk 例題1 已知物質(zhì)A和B在一根30.00 cm長(zhǎng)的柱上的保留時(shí)間分別為16.40 min和17.63 min。不被保留組分通過(guò)該柱的時(shí)間為1.30 min。峰底寬度分別為1.11 min和1.21 min，計(jì)算： （1）柱的分離度； （2）柱的平均塔板數(shù)；解:(1)柱的分離度 (2)柱的平均塔板數(shù) n=16(16.40/1.11)2 = 3493 n=16(17.63/1.21)2 = 3397 n平均=(3493 + 3397)/2 = 3445212117.63 16.401.06()/ 2(1.11 1.21)/ 2RR

40、bbttRWW 例2:用一根2m長(zhǎng)色譜柱將組分A、B分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 空氣保留時(shí)間30s；A峰保留時(shí)間230s；B峰保留時(shí)間250s；兩峰的峰底寬25s。 求：色譜柱的理論塔板數(shù)n；A、B各自的分配比；相對(duì)保留值；兩峰的分離度R；若將兩峰完全分離，柱長(zhǎng)應(yīng)該是多少？ 解解 ：n=16(tR/W)2=16(250/25)2=1600 kA=tRA/tM=(230-30)/30=6.7 kB=tRB/tM=(250-30)/30=7.3 = tRB/ tRA=220/200=1.1 R=( tRB - tRA)/W=(220-200)/25=0.8 L=nH 對(duì)同一個(gè)色譜柱對(duì)同一個(gè)色譜柱,H是一

41、定的是一定的 LnR2 L=2(1.5/0.8)27m18.5.1 定性分析定性分析 定性分析的任務(wù)是確定色譜圖上各個(gè)峰代表定性分析的任務(wù)是確定色譜圖上各個(gè)峰代表什么物質(zhì)。什么物質(zhì)。 1.1.利用保留值與已知物對(duì)照定性利用保留值與已知物對(duì)照定性（1 1）利用保留時(shí)間定性）利用保留時(shí)間定性 在相同色譜條件下，將標(biāo)準(zhǔn)物和樣品分別進(jìn)在相同色譜條件下，將標(biāo)準(zhǔn)物和樣品分別進(jìn)樣，兩者保留值相同，可能為同一物質(zhì)。樣，兩者保留值相同，可能為同一物質(zhì)。 18.5 定性和定量分析定性和定量分析（2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性 若樣品復(fù)雜，流出峰距離太近，或操作條若樣品復(fù)雜，流出峰距離太近，或操作條件不

42、易控制，可將已知物加到樣品中，混合進(jìn)件不易控制，可將已知物加到樣品中，混合進(jìn)樣，若被測(cè)組分峰高增加了，則可能含該已知樣，若被測(cè)組分峰高增加了，則可能含該已知物。物。（3 3）利用雙色譜系統(tǒng)定性）利用雙色譜系統(tǒng)定性 通過(guò)改變色譜條件來(lái)改變分離選擇性，通過(guò)改變色譜條件來(lái)改變分離選擇性，使不同物質(zhì)顯示不同保留值。例：選用極性差使不同物質(zhì)顯示不同保留值。例：選用極性差別較大的兩種不同固定液來(lái)制備色譜柱，不同別較大的兩種不同固定液來(lái)制備色譜柱，不同物質(zhì)具有不同保留值物質(zhì)具有不同保留值2 其它定性方法其它定性方法沸點(diǎn)規(guī)律沸點(diǎn)規(guī)律 在一定色譜條件下在一定色譜條件下, ,同族具有相同碳數(shù)的碳同族具有相同碳數(shù)的

43、碳鏈異構(gòu)體鏈異構(gòu)體, ,其調(diào)整保留時(shí)間的對(duì)數(shù)與其沸點(diǎn)呈線性其調(diào)整保留時(shí)間的對(duì)數(shù)與其沸點(diǎn)呈線性關(guān)系關(guān)系 lg tR=A2Tb+C2 A2、C2 均為常數(shù)；均為常數(shù)；Tb 為組分的沸點(diǎn)（為組分的沸點(diǎn)（K） 根據(jù)同族同碳數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個(gè)已知組分的根據(jù)同族同碳數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個(gè)已知組分的調(diào)整保留值及其沸點(diǎn)，可推知同族中具有相同碳調(diào)整保留值及其沸點(diǎn)，可推知同族中具有相同碳數(shù)的其它異構(gòu)體的調(diào)整保留值數(shù)的其它異構(gòu)體的調(diào)整保留值3.3.與其它分析儀器聯(lián)用的定性方法與其它分析儀器聯(lián)用的定性方法 小型化的色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（小型化的色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS；LC-MS） 色譜色譜- -紅外光譜儀聯(lián)用儀；紅外光譜儀

44、聯(lián)用儀； 氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測(cè)器對(duì)溶質(zhì)產(chǎn)生氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測(cè)器對(duì)溶質(zhì)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過(guò)色譜的響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過(guò)色譜圖上的峰面積或峰高，計(jì)算樣品中溶質(zhì)的含量。圖上的峰面積或峰高，計(jì)算樣品中溶質(zhì)的含量。mi=fiAAi mi=fihhimi被測(cè)組分被測(cè)組分i i的質(zhì)量，的質(zhì)量，fi比例系數(shù)比例系數(shù)Ai、hi被測(cè)組分的峰面積及峰高被測(cè)組分的峰面積及峰高A=1.065hY12A=1.065h(Y0.15Y0.85)/218.5.2 定量分析定量分析18.5.2.1 校正因子校正因子 色譜定量分析是基于峰面積與組分的量成正色譜定量分析是基于峰面積與

45、組分的量成正比關(guān)系。但由于同一檢測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)具有不同的比關(guān)系。但由于同一檢測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值，即不同物質(zhì)檢測(cè)器的靈敏度不同，相同的響應(yīng)值，即不同物質(zhì)檢測(cè)器的靈敏度不同，相同的峰面積并不意味著有相等的量。峰面積并不意味著有相等的量。 絕對(duì)校正因子：?jiǎn)挝环迕娣e對(duì)應(yīng)組分的量。絕對(duì)校正因子：?jiǎn)挝环迕娣e對(duì)應(yīng)組分的量。 相對(duì)校正因子相對(duì)校正因子fis定義：樣品中各組分的定量校正定義：樣品中各組分的定量校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物的定量校正因子之比。因子與標(biāo)準(zhǔn)物的定量校正因子之比。( )/( )( )/AAiiisiisAsssisfmm AAmfmfmm AA m fisA (m), fish (m)分別表示組分以峰面積和峰高分別表示組分以峰面積和峰高為定量參數(shù)時(shí)的相對(duì)質(zhì)量校正因子。為定量參數(shù)時(shí)的相對(duì)質(zhì)量校正因子。( )/( )( )/hhiiisiishsssis