色譜分析法總論

1、第六章第六章 色譜分析法導(dǎo)論色譜分析法導(dǎo)論 1、色譜法的產(chǎn)生、色譜法的產(chǎn)生 色譜法是一種分離技術(shù)，色譜法是一種分離技術(shù)，它是俄國(guó)植物學(xué)家茨維特它是俄國(guó)植物學(xué)家茨維特1906年創(chuàng)立的。分離植物葉子中的年創(chuàng)立的。分離植物葉子中的色素時(shí)，將葉片的石油醚（飽色素時(shí)，將葉片的石油醚（飽和烴混合物）提取液倒入玻璃和烴混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充管中，柱中填充CaCO3粉末粉末（CaCO3 有吸附能力有吸附能力)，用純石，用純石油醚洗脫（淋洗）。色素受兩油醚洗脫（淋洗）。色素受兩種作用力影響種作用力影響一、色譜分析法簡(jiǎn)介一、色譜分析法簡(jiǎn)介（1）一種是）一種是CaCO3 吸附，使色素在柱中吸附，使色素

2、在柱中停滯下來(lái)停滯下來(lái)（2）一種是被石油醚溶解，使色素向下）一種是被石油醚溶解，使色素向下移動(dòng)移動(dòng) 各種色素結(jié)構(gòu)不同，受兩種作用力各種色素結(jié)構(gòu)不同，受兩種作用力大小不同，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間洗脫后，色素大小不同，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間洗脫后，色素在柱子上分開(kāi)，形成了各種顏色的譜帶，在柱子上分開(kāi)，形成了各種顏色的譜帶，這種分離方法稱(chēng)為色譜法。這種分離方法稱(chēng)為色譜法。Tsweet的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)(1(1）粗葉綠素）粗葉綠素+ +石油醚石油醚 （2） 石油醚石油醚 流動(dòng)相流動(dòng)相 相對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 固定相（吸附劑）固定相（吸附劑）CaCO3 CaCO3 胡蘿卜素胡蘿卜素 利用不同物質(zhì)利用不同物質(zhì)葉黃素葉黃素 在流動(dòng)相與固定

3、相在流動(dòng)相與固定相葉綠素葉綠素 作用時(shí)的行為差作用時(shí)的行為差異得到分離異得到分離( (吸附吸附) ) （3 3）小刀割開(kāi)，用醇溶出）小刀割開(kāi)，用醇溶出 （吸附作用）（吸附作用）1931年年 庫(kù)恩庫(kù)恩 奧地利化學(xué)家?jiàn)W地利化學(xué)家 胡蘿卜素植物色素分離胡蘿卜素植物色素分離20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代 離子交換色譜建立離子交換色譜建立1940年年 吸附色譜與電泳相結(jié)合吸附色譜與電泳相結(jié)合1941年年 分配色譜創(chuàng)立分配色譜創(chuàng)立1952年年 氣相色譜法建立氣相色譜法建立1968年年 高效液相色譜法建立高效液相色譜法建立1975年之后年之后 離子色譜、超臨界流體色譜、高效毛細(xì)離子色譜、超臨界流體色譜、高效毛細(xì)管

4、電泳、場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)分離管電泳、場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)分離 Tiselius, A.W.K. Martin, A.J.P. Synge, R.L.M. 19481948年年 Nobel Nobel 化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng) 19521952年年 Nobel Nobel 化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng) 吸附色譜與電泳吸附色譜與電泳 分配色譜分配色譜色譜法中共使用兩相色譜法中共使用兩相 固定相固定相固定不動(dòng)的相固定不動(dòng)的相 CaCO3 流動(dòng)相流動(dòng)相推動(dòng)混合物流動(dòng)的液體推動(dòng)混合物流動(dòng)的液體 石油醚石油醚色譜法：色譜法：混合物在流動(dòng)相的攜帶下通過(guò)色譜混合物在流動(dòng)相的攜帶下通過(guò)色譜柱分離出幾種組分的方法。柱分離出幾種組分的方法。 流動(dòng)相流動(dòng)相液體液

5、體 流的速度慢，流的速度慢，加壓，使其流快，加壓，使其流快，19691969年年HPLCHPLC發(fā)展，高發(fā)展，高壓液相色譜。壓液相色譜。氣體氣體 19521952年產(chǎn)年產(chǎn)生氣相色譜，生氣相色譜，是色譜法一項(xiàng)是色譜法一項(xiàng)革命性進(jìn)展。革命性進(jìn)展。固定相固定相：（1）固體吸附劑：）固體吸附劑：CaCO3、Al 2O3等等（2 2）液體固定相（載體）液體固定相（載體+固定液固定液高沸點(diǎn)有高沸點(diǎn)有機(jī)化合物，涂在載體上）機(jī)化合物，涂在載體上）色譜分離法一定是先分離。后分析色譜分離法一定是先分離。后分析一定具有兩相；固定相和流動(dòng)相一定具有兩相；固定相和流動(dòng)相分離：利用組分在兩相中分配系數(shù)或吸附能力的分離：利

6、用組分在兩相中分配系數(shù)或吸附能力的差異進(jìn)行分離差異進(jìn)行分離 隨著被分離樣品種類(lèi)的增多，該方法隨著被分離樣品種類(lèi)的增多，該方法廣泛地用于無(wú)色物質(zhì)的分離，廣泛地用于無(wú)色物質(zhì)的分離，“色譜色譜”名名稱(chēng)中的稱(chēng)中的“色色”失去了原有的意義，但失去了原有的意義，但“色色譜譜”這一名稱(chēng)沿用至今。這一名稱(chēng)沿用至今。我國(guó)情況我國(guó)情況我國(guó)在色譜分析領(lǐng)域的研究起于我國(guó)在色譜分析領(lǐng)域的研究起于1954年，由年，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所首先開(kāi)發(fā)。經(jīng)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所首先開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，我國(guó)色譜基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)過(guò)幾十年的努力，我國(guó)色譜基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)研究方面具有特色，居世界領(lǐng)先行列。用技術(shù)研

7、究方面具有特色，居世界領(lǐng)先行列。4、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：（1）分離效能高）分離效能高（2）靈敏度高）靈敏度高（3）分析速度快）分析速度快（4 4）應(yīng)用范圍廣）應(yīng)用范圍廣二、色譜分析法分類(lèi)二、色譜分析法分類(lèi)1 1、按兩相狀態(tài)分類(lèi)、按兩相狀態(tài)分類(lèi)氣相色譜氣相色譜氣體作流動(dòng)相氣體作流動(dòng)相 （1 1）氣固色譜：氣體作流動(dòng)相，固體吸附劑作固）氣固色譜：氣體作流動(dòng)相，固體吸附劑作固定相。定相。（2 2）氣液色譜：氣體作流動(dòng)相，固定液作固定相。）氣液色譜：氣體作流動(dòng)相，固定液作固定相。液相色譜液相色譜液體作流動(dòng)相液體作流動(dòng)相（1 1）液固色譜：液體作流動(dòng)相，固體吸附劑作固）液固色譜：液體作流動(dòng)相，固體吸附劑作固體

8、相。體相。（2 2）液液色譜：液體作流動(dòng)相，固定液作固定相。）液液色譜：液體作流動(dòng)相，固定液作固定相。2、按操作形式分類(lèi)、按操作形式分類(lèi)（1 1）柱色譜：）柱色譜： 填充柱色譜填充柱色譜固定相填充到柱管內(nèi)固定相填充到柱管內(nèi) 毛細(xì)管柱色譜毛細(xì)管柱色譜把固定相涂在毛細(xì)管內(nèi)壁上，把固定相涂在毛細(xì)管內(nèi)壁上， 中間是空的。中間是空的。（2 2）薄層色譜：）薄層色譜：把固體固定相壓成或涂成薄膜把固體固定相壓成或涂成薄膜的色譜法。的色譜法。二、色譜分析法分類(lèi)二、色譜分析法分類(lèi)（3 3）紙色譜：）紙色譜：濾紙為固定相的色譜法，濾紙為固定相的色譜法，流動(dòng)相是含一定比例水的有機(jī)溶劑，樣流動(dòng)相是含一定比例水的有機(jī)溶

9、劑，樣品在濾紙上展開(kāi)進(jìn)行分離。品在濾紙上展開(kāi)進(jìn)行分離。 3、按分離原理分類(lèi)、按分離原理分類(lèi) （1 1）吸附色譜：）吸附色譜：利用吸附劑表面對(duì)被分離利用吸附劑表面對(duì)被分離的各組分吸附能力不同進(jìn)行分離。的各組分吸附能力不同進(jìn)行分離。 （2 2）分配色譜：）分配色譜：利用不同組分在兩相分配利用不同組分在兩相分配系數(shù)或溶解度不同進(jìn)行分離。系數(shù)或溶解度不同進(jìn)行分離。 （3 3）離子交換色譜：）離子交換色譜：利用不同組分對(duì)離子利用不同組分對(duì)離子交換劑親和力不同進(jìn)行分離。交換劑親和力不同進(jìn)行分離。 （4 4）凝膠色譜：）凝膠色譜：利用凝膠對(duì)分子的大小和利用凝膠對(duì)分子的大小和形狀不同的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同

10、而進(jìn)行形狀不同的組分所產(chǎn)生的阻礙作用不同而進(jìn)行分離的色譜法。分離的色譜法。 二、色譜分析法分類(lèi)二、色譜分析法分類(lèi) 6-2 色譜圖及色譜常用術(shù)語(yǔ)色譜圖及色譜常用術(shù)語(yǔ)一、色譜圖一、色譜圖 混合物樣品（混合物樣品（A+BA+B）色譜柱中分離色譜柱中分離檢檢測(cè)器測(cè)器記錄下來(lái)。組分從色譜柱流出時(shí)，記錄下來(lái)。組分從色譜柱流出時(shí)，各個(gè)組分在檢測(cè)器上所產(chǎn)生的信號(hào)隨時(shí)間各個(gè)組分在檢測(cè)器上所產(chǎn)生的信號(hào)隨時(shí)間變化，所形成的曲線(xiàn)叫色譜圖。變化，所形成的曲線(xiàn)叫色譜圖。 記錄了各個(gè)組分流出色譜柱的情況，又記錄了各個(gè)組分流出色譜柱的情況，又叫色譜流出曲線(xiàn)叫色譜流出曲線(xiàn)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) 1、基線(xiàn)、

11、基線(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操在實(shí)驗(yàn)操作條件下，色譜作條件下，色譜柱后沒(méi)有組分流柱后沒(méi)有組分流出的曲線(xiàn)叫基線(xiàn)。出的曲線(xiàn)叫基線(xiàn)。 穩(wěn)定情況下，穩(wěn)定情況下，一條直線(xiàn)。一條直線(xiàn)。 基線(xiàn)上下波動(dòng)基線(xiàn)上下波動(dòng)稱(chēng)為噪音。稱(chēng)為噪音。二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) 2、色譜峰的高度、色譜峰的高度h（1）峰高）峰高h(yuǎn) 色譜峰最高點(diǎn)與基線(xiàn)之間的色譜峰最高點(diǎn)與基線(xiàn)之間的距離距離。峰高低與組分濃度有關(guān)，峰越高。峰高低與組分濃度有關(guān)，峰越高越窄越好。越窄越好。 二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) hq峰底寬峰底寬Wb色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)所作切線(xiàn)在色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)所作切線(xiàn)在基線(xiàn)上的距離基線(xiàn)上的距離 q半峰寬半峰寬W1/2峰

12、高一半處色譜峰的寬度峰高一半處色譜峰的寬度Wb3 3、色譜峰寬度、色譜峰寬度 4. 色譜峰面積色譜峰面積A 色譜峰與峰底所圍的面積。色譜峰與峰底所圍的面積。 對(duì)于對(duì)稱(chēng)的色譜峰對(duì)于對(duì)稱(chēng)的色譜峰 A=1.065h W1/2 對(duì)于非對(duì)稱(chēng)的色譜峰對(duì)于非對(duì)稱(chēng)的色譜峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 5. 色譜保留值色譜保留值定性的依據(jù)定性的依據(jù) 組分在色譜柱中停留的數(shù)值，組分在色譜柱中停留的數(shù)值，可用時(shí)間可用時(shí)間t 和所消耗流動(dòng)相的體積來(lái)表示。和所消耗流動(dòng)相的體積來(lái)表示。組分在固定組分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越強(qiáng)，相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越強(qiáng)，在柱中滯留的時(shí)

13、間越長(zhǎng)，消耗的流動(dòng)相體積在柱中滯留的時(shí)間越長(zhǎng)，消耗的流動(dòng)相體積越大，越大，固定相、流動(dòng)相固定，條件一定時(shí)，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。組分的保留值是個(gè)定值。（1）死時(shí)間）死時(shí)間t0不被固定相吸附或溶解的組分不被固定相吸附或溶解的組分流經(jīng)色譜柱所需的時(shí)間。流經(jīng)色譜柱所需的時(shí)間。 從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰最大值所需的時(shí)間。從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰最大值所需的時(shí)間。 氣相色譜氣相色譜惰性氣體（空氣、甲烷等）流出色譜惰性氣體（空氣、甲烷等）流出色譜柱所需的時(shí)間。柱所需的時(shí)間。5. 色譜保留值色譜保留值定性的依據(jù)定性的依據(jù)t0(2)保留時(shí)間保留時(shí)間tR 組分流經(jīng)色譜柱組分流經(jīng)色譜柱

14、時(shí)所需時(shí)間。進(jìn)樣時(shí)所需時(shí)間。進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)最開(kāi)始到柱后出現(xiàn)最大值時(shí)所需的時(shí)間。大值時(shí)所需的時(shí)間。操作條件不變時(shí)，操作條件不變時(shí)，一種組分有一個(gè)一種組分有一個(gè)tR定值，定性參數(shù)。定值，定性參數(shù)。（3）調(diào)整保留時(shí)）調(diào)整保留時(shí)間間tR扣除了死扣除了死時(shí)間的保留時(shí)間。時(shí)間的保留時(shí)間。tR=tR-t0又稱(chēng)校又稱(chēng)校正保留時(shí)間，實(shí)正保留時(shí)間，實(shí)際保留時(shí)間。際保留時(shí)間。 tR體現(xiàn)的是組分體現(xiàn)的是組分在柱中被吸附或在柱中被吸附或溶解的時(shí)間。溶解的時(shí)間。 二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) tR保留值用體積表示：保留值用體積表示：（4）死體積）死體積V0不被固定相滯留的組分不被固定相滯留的組分流經(jīng)色

15、譜柱所消耗的流動(dòng)相體積稱(chēng)死體流經(jīng)色譜柱所消耗的流動(dòng)相體積稱(chēng)死體積，色譜柱中載氣所占的體積。積，色譜柱中載氣所占的體積。 V0=t 0F0 柱后出口處流動(dòng)相的體積流柱后出口處流動(dòng)相的體積流速速mL/min （5）保留體積）保留體積VR 組分從進(jìn)樣開(kāi)始到色譜柱后組分從進(jìn)樣開(kāi)始到色譜柱后出現(xiàn)最大值時(shí)所需流動(dòng)相體積，組分通過(guò)色譜出現(xiàn)最大值時(shí)所需流動(dòng)相體積，組分通過(guò)色譜柱時(shí)所需流動(dòng)相體積柱時(shí)所需流動(dòng)相體積 VR =t RF 0（6）調(diào)整保留體積）調(diào)整保留體積VR扣除了死體積的保留體扣除了死體積的保留體積，真實(shí)的將待測(cè)組分從固定相中攜帶出柱子積，真實(shí)的將待測(cè)組分從固定相中攜帶出柱子所需的流動(dòng)相體積。所需的

16、流動(dòng)相體積。 VR= tRF 0 二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) V0、t0與被測(cè)組分無(wú)關(guān)，因而與被測(cè)組分無(wú)關(guān)，因而VR . tR更更合理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。合理地反映了物質(zhì)在柱中的保留情況。（7）相對(duì)保留值）相對(duì)保留值2，1或或i ,s 在相同操在相同操作條件下，組分作條件下，組分2 2或組分或組分i對(duì)另一參比組對(duì)另一參比組分分1或或s調(diào)整保留值之比調(diào)整保留值之比二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ)二、色譜圖中的基本術(shù)語(yǔ) 12121.2RRRRVVttRsRiRsRisiVVtt.三、分配平衡三、分配平衡 在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間

17、所達(dá)到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分所達(dá)到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配行為常采用配行為常采用分配系數(shù)分配系數(shù)K K和分配比和分配比k來(lái)表示。來(lái)表示。 K隨隨T變化，與固定相、流動(dòng)相的體積無(wú)關(guān)變化，與固定相、流動(dòng)相的體積無(wú)關(guān)=c cs/c cm組分在固定相中的濃度濃度組分在流動(dòng)相中的濃度濃度K=1 1、分配系數(shù)、分配系數(shù) K(K(濃度分配系數(shù)濃度分配系數(shù)) )2 2、分配比、分配比k(k(又叫容量因子，容量比又叫容量因子，容量比) ) 組分在固定相中的質(zhì)量質(zhì)量 組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量質(zhì)量 = ms/ mm =svs/ mvm =K vs/vm k =k= tR / t0 = (tR-t

18、0) / t0 k= VR / V0 = (VR-V0) / V0經(jīng)推導(dǎo)得經(jīng)推導(dǎo)得k與與tR之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：k隨隨T、固定相、流動(dòng)相的體積變化而變化、固定相、流動(dòng)相的體積變化而變化k越大，組分在固定相中質(zhì)量越多，越大，組分在固定相中質(zhì)量越多， tR越長(zhǎng)越長(zhǎng)K、k越大，組分在固定相中越大，組分在固定相中tR就越長(zhǎng)就越長(zhǎng)總結(jié)：總結(jié)：（1）色譜峰的位置即保留值）色譜峰的位置即保留值進(jìn)行定性分析。進(jìn)行定性分析。（2）色譜峰的）色譜峰的h .A 進(jìn)行定量分析。進(jìn)行定量分析。（3）色譜峰的位置及峰的寬度）色譜峰的位置及峰的寬度可評(píng)價(jià)色譜可評(píng)價(jià)色譜 柱效的高度。柱效的高度。 6-3 色譜法的基本理論

19、色譜法的基本理論 一、塔板理論一、塔板理論 在在50年代，色譜技術(shù)年代，色譜技術(shù)發(fā)展的初期，發(fā)展的初期，Martin等人等人把色譜分離過(guò)程比作分餾把色譜分離過(guò)程比作分餾過(guò)程，并把分餾中的經(jīng)驗(yàn)過(guò)程，并把分餾中的經(jīng)驗(yàn)理論理論塔板理論塔板理論用于色譜用于色譜分析法。分析法。 塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，假塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，假設(shè)柱內(nèi)有設(shè)柱內(nèi)有n個(gè)塔板，每個(gè)塔板高度稱(chēng)為理論個(gè)塔板，每個(gè)塔板高度稱(chēng)為理論塔板高度，塔板高度，用用H表示，表示，在每個(gè)塔板內(nèi)，試樣在每個(gè)塔板內(nèi)，試樣各組分在兩相中分配并達(dá)到平衡，最后，揮各組分在兩相中分配并達(dá)到平衡，最后，揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分離，

20、發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分離，揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。盡揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。盡管這個(gè)理論并不完全符合色譜柱的分離過(guò)程，管這個(gè)理論并不完全符合色譜柱的分離過(guò)程，色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差別，但是因?yàn)檫@個(gè)比喻形象簡(jiǎn)明，因此幾十別，但是因?yàn)檫@個(gè)比喻形象簡(jiǎn)明，因此幾十年來(lái)一直沿用。年來(lái)一直沿用。一、塔板理論一、塔板理論一、塔板理論一、塔板理論 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，每一個(gè)塔板高度每一個(gè)塔板高度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

21、板數(shù)用效果越好，柱效越高。塔板數(shù)用n表示。表示。 n =L/H 或或 H=L/n H H越小，越小，n n越多，分離效果越好，用越多，分離效果越好，用 H,n 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Wb ，W 1/2 的關(guān)系。的關(guān)系。 * n = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 H,n 有時(shí)有時(shí)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t0 ，后來(lái)改用有效塔板數(shù)。，后來(lái)改用有效塔板數(shù)。一、塔板理論一、塔板理論n 有效有效= 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 H有效有效n 有效有效塔板

22、理論的成功之處，提出了塔板理論的成功之處，提出了計(jì)算理論塔板計(jì)算理論塔板高度、塔板數(shù)的公式及評(píng)價(jià)柱效的方法高度、塔板數(shù)的公式及評(píng)價(jià)柱效的方法，具，具有開(kāi)創(chuàng)性，但有一定局限性有開(kāi)創(chuàng)性，但有一定局限性。n理理 = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2 H理理n 理理 前面已知，用塔板理論來(lái)說(shuō)明色譜柱內(nèi)各組前面已知，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)有塔分的分離過(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)相速度板。當(dāng)同一試樣進(jìn)入同一色譜柱，當(dāng)流動(dòng)相速度變化時(shí)，得到不同的色譜圖。測(cè)得的變化時(shí)，得到不同的色譜圖。測(cè)得的

23、n 和和 H 也也不同不同，充分說(shuō)明塔板理論不足以說(shuō)明色譜柱的分，充分說(shuō)明塔板理論不足以說(shuō)明色譜柱的分離過(guò)程。離過(guò)程。、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 1956年，荷蘭學(xué)者范第姆特（年，荷蘭學(xué)者范第姆特（VanDeomter）提出一個(gè)描述色譜柱分離過(guò)程中復(fù)雜因素使色譜峰提出一個(gè)描述色譜柱分離過(guò)程中復(fù)雜因素使色譜峰變寬而致柱效降低（即：使變寬而致柱效降低（即：使 H 增大）影響的方程。增大）影響的方程。此方程經(jīng)簡(jiǎn)化后寫(xiě)為此方程經(jīng)簡(jiǎn)化后寫(xiě)為:該式稱(chēng)為速率方程（范氏方程）。該式稱(chēng)為速率方程（范氏方程）。 下面我們將對(duì)公式中的各項(xiàng)進(jìn)行討論下面我們將對(duì)公式中的各項(xiàng)進(jìn)行討論 CuuBAHu為流

24、動(dòng)相線(xiàn)速度cm.s-1，線(xiàn)速度=柱長(zhǎng)/死時(shí)間、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 、速率理論、速率理論范第姆特方程范第姆特方程 （1）提出了影響的三項(xiàng)因素：）提出了影響的三項(xiàng)因素：渦流擴(kuò)散項(xiàng)，分子渦流擴(kuò)散項(xiàng)，分子擴(kuò)散項(xiàng)，擴(kuò)散項(xiàng)， 傳質(zhì)阻力項(xiàng)。傳質(zhì)阻力項(xiàng)。（2）在流動(dòng)相流速一定時(shí)，）在流動(dòng)相流速一定時(shí)，當(dāng)、最小時(shí)，才小，當(dāng)、最小時(shí)，才小，n 才最高，柱效高。才最高，柱效高。當(dāng)、最大時(shí)，才大，當(dāng)、最大時(shí)，才大，n 才最小，柱效低。才最小，柱效低。CuuBAH（1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)）渦流擴(kuò)散項(xiàng)A 在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固

25、定相顆粒障礙，不斷改移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類(lèi)變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類(lèi)似似“渦流渦流”的流動(dòng)，故稱(chēng)渦流擴(kuò)散。的流動(dòng)，故稱(chēng)渦流擴(kuò)散。 A與填充物的與填充物的平均直徑平均直徑dp的大小和的大小和填充填充不規(guī)則因子不規(guī)則因子有關(guān)。有關(guān)。 減小減?。汗潭ㄏ囝w粒應(yīng)適當(dāng)細(xì)小、：固定相顆粒應(yīng)適當(dāng)細(xì)小、均勻填充要均勻。均勻填充要均勻。 （1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)）渦流擴(kuò)散項(xiàng)A 待測(cè)組分是以待測(cè)組分是以“塞子塞子”的形式被的形式被流動(dòng)相帶入色譜柱的，在流動(dòng)相帶入色譜柱的，在“塞子塞子”前前后存在濃度梯度，由濃后存在濃度梯度，由濃稀方向擴(kuò)散，稀方向

26、擴(kuò)散，產(chǎn)生了縱向擴(kuò)散，使色譜峰展寬。產(chǎn)生了縱向擴(kuò)散，使色譜峰展寬。（2）分子擴(kuò)散項(xiàng)）分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）（縱向擴(kuò)散項(xiàng)） 是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱(chēng)曲的因素，也稱(chēng)彎曲因子彎曲因子，它反映了固，它反映了固定相的幾何形狀對(duì)分子擴(kuò)散的阻礙情況。定相的幾何形狀對(duì)分子擴(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)（c m2s-1）。）。 DgDg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)DmDm大大的多（約的多（約10105 5倍）倍）（2）分子擴(kuò)散項(xiàng)）分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）（縱向擴(kuò)散項(xiàng)） 減小縱向擴(kuò)散項(xiàng)減小縱向擴(kuò)

27、散項(xiàng)u u 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。 Dg Dg 適當(dāng)降低柱溫適當(dāng)降低柱溫c .c .（2）分子擴(kuò)散項(xiàng)）分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）（縱向擴(kuò)散項(xiàng)） Mr1（3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)）傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu傳質(zhì)阻力系數(shù)包括兩部分，傳質(zhì)阻力系數(shù)包括兩部分， m m +C +Cs s兩項(xiàng)組成兩項(xiàng)組成C Cm m 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)所時(shí)所受到的阻力，質(zhì)量交換慢，

28、引起色譜峰變寬。受到的阻力，質(zhì)量交換慢，引起色譜峰變寬。gnDpdkkC222) 1 (01. 0mCs Cs 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，達(dá)分配平衡后，又返回到兩相界面，在這過(guò)程中衡后，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。所受到的阻力為固定相傳質(zhì)阻力。（3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)）傳質(zhì)阻力項(xiàng)CuSSDfdkkC2) 1(322組分在固定相中擴(kuò)散系數(shù)組分在固定相中擴(kuò)散系數(shù)固定液膜厚度固定液膜厚度減小采取措施減小采取措施： 采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cmdp2 相對(duì)分子質(zhì)量小的載氣，相對(duì)分

29、子質(zhì)量小的載氣，D Dg g大。大。 Cm1/Dg 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度(C(Cs sdf2)并且液膜要并且液膜要均均勻；若膜厚，擴(kuò)散，費(fèi)時(shí)；但不能太薄，否則勻；若膜厚，擴(kuò)散，費(fèi)時(shí)；但不能太薄，否則包不住載體。包不住載體。 D Ds s越大越好，增加柱溫是提高越大越好，增加柱溫是提高D Ds s的方法之一。的方法之一。 （3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)）傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu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

30、時(shí)候，）載氣流速小的時(shí)候，u u是影響的主要是影響的主要因素，選因素，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 uC u是影響的主要因是影響的主要因素，選素，選r r小的載氣，小的載氣，H H2 2，NeNe）采用適當(dāng)?shù)闹鶞亍＃┎捎眠m當(dāng)?shù)闹鶞亍?氣相色譜 uDskkdDdkkuDdHfgpgp)1 (32)1 (01. 02222222l 液相色譜液相色譜 uDfduDpduDdpHsmm2222lHuGC（a）LC（b）GC（a）u有一最低點(diǎn)有一最低點(diǎn)u最佳最佳；u小小或或u大大，H都大都大LC（b）u沒(méi)有最低點(diǎn)；沒(méi)有最低點(diǎn)； u大大，H增大不多，因增大不多，因

31、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、色譜基本分離方程二、色譜基本分離方程、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) 定義：相鄰兩個(gè)峰的保留值之差與兩峰寬度平均定義：相鄰兩個(gè)峰的保留值之差與兩峰寬度平均值之比值之比2/ )(1212bbRRWWttRv式中：分子反映了溶質(zhì)在兩相中分配行為對(duì)分離的影響，式中：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)分離的影響，是分母反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程溶質(zhì)區(qū)帶的擴(kuò)寬對(duì)分離的影響，是 色譜分離的色譜分離的動(dòng)力學(xué)因素動(dòng)力學(xué)因素。v從中得到：兩

32、溶質(zhì)保留時(shí)間相差越大，色譜峰越窄，分從中得到：兩溶質(zhì)保留時(shí)間相差越大，色譜峰越窄，分 離越好。離越好。兩個(gè)峰兩個(gè)峰t tR R 相差越大，相差越大，W W越窄，值越大，說(shuō)越窄，值越大，說(shuō)明柱分離效能高。明柱分離效能高。 .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(mǎn)足分析要求。兩組分能分開(kāi)，滿(mǎn)足分析要求。 .0 .0 兩峰有部分重疊。兩峰有部分重疊。2/ )(1212bbRRWWttR、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 柱效能柱效能指色譜柱在分離過(guò)程中的分離效能，常用指色譜柱在分離過(guò)程中的分離效能，常用n n，來(lái)描述，來(lái)描述，n n

33、 越大，越小，柱效越高，對(duì)越大，越小，柱效越高，對(duì)單個(gè)組分而言。單個(gè)組分而言。 對(duì)多個(gè)組分的分離來(lái)說(shuō)，無(wú)法用對(duì)多個(gè)組分的分離來(lái)說(shuō)，無(wú)法用n ,H n ,H 來(lái)描述，來(lái)描述，n n 大，小，幾個(gè)峰未必分的開(kāi)。大，小，幾個(gè)峰未必分的開(kāi)。121 , 2RRttr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)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)，用分布行為的重要參數(shù)，用r r2,12,1相對(duì)保留值表示相對(duì)保留值表示. r. r2,12,1越越大，保留時(shí)間相差大，分離越好（但未考慮峰寬因素）大，保留時(shí)間相差大，分離越好（但未考慮峰寬因素）a:a:柱效項(xiàng)：柱效項(xiàng)：塔板數(shù)決定，塔板數(shù)決定

34、，n n 越大，柱效越高越大，柱效越高分離的越好。分離的越好。、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 1141 , 21 , 2kkrrnRb b：選擇性項(xiàng)：選擇性項(xiàng)：r r2,12,1越大，越大，t tR R（）（）與與ttR R（1 1） 相差越大，分的越好。相差越大，分的越好。C C：柱容量項(xiàng)：柱容量項(xiàng)：kk大一些對(duì)分析有利大一些對(duì)分析有利; ; 太大，太大，t tR R長(zhǎng)，柱容量合適長(zhǎng)，柱容量合適, ,分的才好。分的才好。 一般一般k k 例題： 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秒和秒和100秒秒，要達(dá)到完全

35、分離。計(jì)算需要多少塊要達(dá)到完全分離。計(jì)算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長(zhǎng)是柱長(zhǎng)是多少？多少？解解： r21= 100 / 85 = 1.18 n有效有效 = 16R2 r21 / (r21 1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 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)，米時(shí)，兩組分可以得到完全分離兩組分可以得到完全分離。6-4 6-4 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析一、定性分析一、定性分析 定性分析的任務(wù)是確定色譜圖上各

36、個(gè)峰代定性分析的任務(wù)是確定色譜圖上各個(gè)峰代表什么物質(zhì)。表什么物質(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)。進(jìn)樣，兩者保留值相同，可能為同一物質(zhì)。 此方法要求操作條件穩(wěn)定、一致，必須嚴(yán)此方法要求操作條件穩(wěn)定、一致，必須嚴(yán)格控制操作條件，尤其是流速。格控制操作條件，尤其是流速。（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，或若樣品復(fù)雜，流出峰距離太近，或操作條件不易控制，可將已知物加到樣操作條件

37、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，則可能含該已知物。了，則可能含該已知物。2.2.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臺(tái)式色質(zhì)譜聯(lián)用儀（小型化的臺(tái)式色質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MSGC-MS；LC-MSLC-MS）色譜色譜- -紅外光譜儀聯(lián)用儀；紅外光譜儀聯(lián)用儀；組分的結(jié)構(gòu)鑒定組分的結(jié)構(gòu)鑒定二、定量分析二、定量分析 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)生的的響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過(guò)色譜，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。 m mi i=f=fi i A Ai i m mi i=f=fi ih hi i