第十五章色譜分析法導論

1、周口師范學院化學系授課老師：劉增臣第第 一一 章章 緒論緒論 第第 三三 章章 光學分析法導論光學分析法導論 第第 四四 章章 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 第第 五五 章章 原子吸收與原子熒光光譜法原子吸收與原子熒光光譜法第第 六六 章章 分子發(fā)光分析法分子發(fā)光分析法 第第 七七 章章 紫外紫外- -可見吸收光譜法可見吸收光譜法第第 八八 章章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法第第 九九 章章 核磁共振波譜法核磁共振波譜法第第 十十 章章 質譜分析法質譜分析法第第 十一十一 章章 電分析化學導論電分析化學導論第第 十二十二 章章 電位分析法電位分析法第第 十三十三 章章 電解及庫侖分析法電解及庫

2、侖分析法 第第 十四十四 章章 極譜法與伏安法極譜法與伏安法第第 十五十五 章章 色譜法導論色譜法導論第第 十六十六 章章 氣相色譜法氣相色譜法第第 十七十七 章章 高效液相色譜法高效液相色譜法第第 十八十八 章章 其它儀器分析方法其它儀器分析方法 光光學分析學分析 電電學分析學分析 分離分離分析分析其他分析其他分析 質質譜分析譜分析 （其他分析）（其他分析） 3第十五章第十五章 色譜法導論色譜法導論第一節(jié)第一節(jié) 色譜基本概念色譜基本概念第二節(jié)第二節(jié) 色譜理論基礎色譜理論基礎第三節(jié)第三節(jié) 色譜定性定量分析色譜定性定量分析4概述 色譜法又稱色層法或層析法，是一種比萃取、蒸餾等更高效、應用更廣泛的

3、分析技術。 色譜法早在1906年由俄國植物學家Tswett分離植物色素時采用。 他在研究植物葉的色素成分時，將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內，然后加入石油醚使其自由流下，結果色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶。這種方法因此得名為色譜法。以后此法逐漸應用于無色物質的分離，“色譜”二字雖已失去原來的含義，但仍被人們沿用至今。5 在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內靜止不在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內靜止不動的一相（固體或液體）稱為動的一相（固體或液體）稱為固定相固定相 ； 自上而下淋洗運動的一相（一般是氣體或液體）自上而下淋洗運動的一相（一般是氣體或液體）稱為稱為流動相

4、流動相 ； 裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為色色譜柱譜柱。6t s7色譜法的實質色譜法的實質 色譜法的實質是一種物理化學分離分析方法?；诨旌衔镏懈鹘M分在互不相容的兩相中，具有不同的分配系數，當兩相做相對運動時，混合物各組分在兩相間進行反復多次的分配。這樣就使得那些分配系數只有微小差別的組分在移動速率上產生差別，從而得到分離。8色譜法的分類色譜法的分類1. 按兩相物理狀態(tài)分類按兩相物理狀態(tài)分類 氣固色譜氣固色譜(GSC)、氣液色譜、氣液色譜(GLC)、液固色譜、液固色譜(LSC)、液液色譜液液色譜(LLC)2. 按固定相的固定方式狀態(tài)分類按固定相

5、的固定方式狀態(tài)分類 (1)柱色譜：填充柱色譜和毛細管柱色譜柱色譜：填充柱色譜和毛細管柱色譜-固定相安裝在固定相安裝在柱內或柱壁上。柱內或柱壁上。 (2)薄層色譜：將固定相涂在玻璃板或塑料板上。薄層色譜：將固定相涂在玻璃板或塑料板上。 (3) 紙色譜：用濾紙做固定相或固定相載體。紙色譜：用濾紙做固定相或固定相載體。 93. 按分離機理分類按分離機理分類(1)吸附色譜：利用吸附劑對不同組分的吸附性能的差別而進吸附色譜：利用吸附劑對不同組分的吸附性能的差別而進行分離行分離(2)分配色譜：利用不同組分在兩相間的分配系數的差別而進分配色譜：利用不同組分在兩相間的分配系數的差別而進行分離行分離(3)其他：

6、離子交換色譜，凝膠色譜，離子對色譜，配合色譜，其他：離子交換色譜，凝膠色譜，離子對色譜，配合色譜，親和色譜。親和色譜。4. 其它色譜類型其它色譜類型 基于色譜過程的基于色譜過程的特殊物化原理或特殊的操作方式特殊物化原理或特殊的操作方式等，色等，色譜法還有其他一些特殊類型，如化學鍵合色譜、制備色譜、譜法還有其他一些特殊類型，如化學鍵合色譜、制備色譜、裂解色譜、二維色譜等。裂解色譜、二維色譜等。10色譜的發(fā)展色譜的發(fā)展 從Tewett建立色譜法至今，色譜法已成為專門的學科。1952 James和Martin發(fā)展了氣相色譜；是色譜法的革命性進展。1967 Kirkland等研制高效液相色譜法；再一次

7、推動了色譜法的發(fā)展。11色譜法的特點1.分離效率高，可用于分離復雜化合物2.靈敏度高，可以檢測到ug/g至ng/g級的物質含量。3.分析速度快4.應用范圍廣：氣相色譜-沸點低于400度；液相色譜-高沸點、熱不穩(wěn)定、生物試樣。5.不足：被分離組分的定性問題12第一節(jié)第一節(jié) 色譜基本概念色譜基本概念一、色譜分離過程一、色譜分離過程AB兩組分吸附能力兩組分吸附能力和分配系數的差別，和分配系數的差別，導致兩組分在柱中導致兩組分在柱中移動速率不同，經移動速率不同，經過數次吸附過數次吸附(分配分配)，組分逐漸分開，先組分逐漸分開，先后進入檢測器檢測。后進入檢測器檢測。13 14二、色譜常用術語1.色譜圖

8、色譜柱中的流出物通過檢測器產生的信號對時間（或流動相體積）的曲線 在適當的色譜條件下，每個組分對應的色譜峰一般呈正態(tài)分正態(tài)分布布，色譜圖是定性、定量和評價色譜分離情況的基本依據。152.基線基線 色譜柱中只有載氣無樣品通過時，檢測器響應信號反應的是系統(tǒng)噪音隨時間變化的線稱為基線。在實驗條件穩(wěn)定時，基線是一條直線。3.峰高 色譜峰最高點與基線之間的距離4.區(qū)域寬度 色譜峰的色譜峰的區(qū)域寬度區(qū)域寬度是色譜流出曲線的重要參數之一，用于是色譜流出曲線的重要參數之一，用于衡量柱衡量柱效率及反映色譜操作條件的動力學因素效率及反映色譜操作條件的動力學因素。表示色譜峰。表示色譜峰區(qū)域寬度通常有區(qū)域寬度通常有三

9、種方法三種方法。信信號號進樣空氣峰ha色譜流出曲線色譜流出曲線色譜峰色譜峰161.1.標準偏差標準偏差 即即0.6070.607倍峰高處色譜峰寬的一半倍峰高處色譜峰寬的一半( (高斯曲線高斯曲線) )。2.2.半峰寬半峰寬Y Y1/21/2即峰高一半處對應的峰寬。它與標準偏差的關即峰高一半處對應的峰寬。它與標準偏差的關系為系為 Y Y1/21/2=2.354=2.354 3.3.峰底寬度峰底寬度Y Y即色譜峰兩側拐點上的切線在基線上截距間的即色譜峰兩側拐點上的切線在基線上截距間的距離。它與標準偏差距離。它與標準偏差 的關系是的關系是 Y = 4 Y = 4 175.保留值 試樣各組分在色譜柱中

10、保留行為的量度，反映了組分與固定相間作用力大小，通常用保留時間和保留體保留時間和保留體積積表示。可以揭示色譜過程的作用機理和分子的結構特征。(1)保留時間保留時間tR 試樣從進樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經過的時間，試樣從進樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經過的時間，稱為保留時間，稱為保留時間，是色譜定性的依據。是色譜定性的依據。信號信號進樣進樣tR18 (2)死時間死時間t t0 0 不被固定相吸附或溶解的物質進入色譜柱時，從進樣不被固定相吸附或溶解的物質進入色譜柱時，從進樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間稱為死時間，它正比于色譜柱的到出現(xiàn)峰極大值所需的時間稱為死時間，它正比于色譜柱的空隙體積，如下圖。空隙體積

11、，如下圖。信號進樣tM(3)調整保留時間調整保留時間tR 某組分的保留時間扣除死時間后，稱為該組分的某組分的保留時間扣除死時間后，稱為該組分的調整保調整保留時間留時間，即即組分在固定相中停留的時間。組分在固定相中停留的時間。 即即 tR = tR t0 19(4)保留體積保留體積V VR R 指從進樣開始到被測組分在指從進樣開始到被測組分在柱后出現(xiàn)濃度極大點柱后出現(xiàn)濃度極大點時所通時所通過的流動相的體積。保留時間與保留體積關系：過的流動相的體積。保留時間與保留體積關系： VR= tR qo(色譜柱出口的載氣流量)(5)(5)死體積死體積V V0 0 指色譜柱在填充后，柱管內固指色譜柱在填充后，

12、柱管內固定相顆粒間所剩留的空間、定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和。當后兩項很小可忽略不計時，當后兩項很小可忽略不計時，死體積可由死時間與色譜柱出死體積可由死時間與色譜柱出口的載氣流速口的載氣流速qo（cmcm3 3minmin-1-1）計算計算。(6)(6)調整保留體積調整保留體積V VR R 某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組分的調整保留某組分的保留體積扣除死體積后，稱為該組分的調整保留體積。體積。 VR = VR V0 = tR qo 20(7)(7)相對保留值相對保留值r r2,12,1( (

13、選擇性因子選擇性因子) ) 某組分某組分2 2的調整保留值與組分的調整保留值與組分1 1的調整保留值之比，稱為的調整保留值之比，稱為相相對保留值。對保留值。 r2,1= tR2 / tR1 = VR2 / VR1 由于相對保留值只與由于相對保留值只與柱溫及固定相性質柱溫及固定相性質有關，而與柱徑、有關，而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關，因此，它在色譜法中，柱長、填充情況及流動相流速無關，因此，它在色譜法中，特別是在氣相色譜法中，廣泛特別是在氣相色譜法中，廣泛用作定性的依據用作定性的依據。(8)(8)保留指數保留指數I Ix x 1958年，年，Kovats提出用正構烷烴系列作為度量被測

14、物質提出用正構烷烴系列作為度量被測物質的相對保留值的標準，引進了保留指數的概念。是色譜定性的相對保留值的標準，引進了保留指數的概念。是色譜定性的指標。的指標。21 正構烷烴的保留指數定義為100z，z為其碳數。 在相同的色譜條件下測定被測組分及兩個相鄰(間隔)正構烷烴的調整保留時間)lglglglg(100)()()()(zRnzRzRxRttttnzIx226.分配系數K 它（它（K K）是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達平衡時的濃度之比值，即相之間分配達平衡時的濃度之比值，即 K=K=溶質在固定相中的濃度溶質在固定相中的濃度/

15、/溶質在流動相中的濃度溶質在流動相中的濃度 = s / m 7.分配比k 分配比又稱分配比又稱容量因子容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達平衡時，分配在固定相和流動相中的物組分在兩相間分配達平衡時，分配在固定相和流動相中的物質的質量之比。即質的質量之比。即 k = 組分在固定相中的物質的量組分在固定相中的物質的量/組分在流動相中的物質的組分在流動相中的物質的量量 = ms / mm 23分配系數與分配比之間的關系分配系數與分配比之間的關系K = s / m= = =k . (相比相比)8.保留值與分配系數保留值與分配系數 K 及分配比及分配比 k 的

16、關系的關系 保留體積與熱力學平衡常數之間保留體積與熱力學平衡常數之間K的關系的關系 VR=V0+KVs VR=V0（1+k） tR=t0（1+k） r2,1=tR2 / tR1 =K2/K1=k2/k1 分配系數和分配比都與組分及固定液的熱力學性質有關，分配系數和分配比都與組分及固定液的熱力學性質有關，并隨柱溫、柱壓的變化而變化，分配系數與兩相體積無關，分并隨柱溫、柱壓的變化而變化，分配系數與兩相體積無關，分配比則隨著固定液的量而變化，配比則隨著固定液的量而變化，k值越大，組分在固定液中的值越大，組分在固定液中的量越多，相當于柱的容量越大。量越多，相當于柱的容量越大。smmsVVmm24第二節(jié)

17、第二節(jié) 色譜理論基礎色譜理論基礎色譜分離的條件：色譜分離的條件： 1.兩相鄰組分保留值存在一定差別，即洗出兩個色譜峰具有足夠的距離。受色譜熱力學控制受色譜熱力學控制(塔板理論塔板理論)。 2.色譜峰區(qū)域寬度要窄。受色譜動力學控制受色譜動力學控制(速率理論速率理論)。一、塔板理論一、塔板理論 最早由英國生物學家最早由英國生物學家Martin提出。提出。把色譜柱比作一個精餾塔，沿用把色譜柱比作一個精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來描述組分在兩相間的分配行為，精餾塔中塔板的概念來描述組分在兩相間的分配行為，同時引入理論塔同時引入理論塔板數作為衡量柱效率的指標板數作為衡量柱效率的指標，即色譜柱是由一系列

18、連續(xù)的、相等的水平，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。每一塊塔板的高度用塔板組成。每一塊塔板的高度用H H表示，稱為塔板高度，簡稱板高。表示，稱為塔板高度，簡稱板高。 2526塔板理論假設：塔板理論假設：1.1.在柱內一小段長度在柱內一小段長度H H內，組分可以在兩相間迅速達到平衡。內，組分可以在兩相間迅速達到平衡。 這這一小段柱長稱為理論塔板高度一小段柱長稱為理論塔板高度H H。2.2.以氣相色譜為例，載氣進入色譜柱不是連續(xù)進行的，而是脈動以氣相色譜為例，載氣進入色譜柱不是連續(xù)進行的，而是脈動式，每次進氣為一個塔板體積（式，每次進氣為一個塔板體積（VVm m）。）。3.3.所有組

19、分開始時存在于第所有組分開始時存在于第0 0號塔板上，而且試樣沿軸（縱）向號塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴散可忽略。擴散可忽略。4.4.分配系數在所有塔板上是常數，與組分在某一塔板上的量無關。分配系數在所有塔板上是常數，與組分在某一塔板上的量無關。 簡單地認為：在每一塊塔板上，溶質在兩相間很快達到分簡單地認為：在每一塊塔板上，溶質在兩相間很快達到分配平衡，然后隨著流動相按一個一個塔板的方式向前移動。配平衡，然后隨著流動相按一個一個塔板的方式向前移動。對于一根長為對于一根長為L L的色譜柱，溶質平衡的次數應為：的色譜柱，溶質平衡的次數應為： n = L / H n n稱為理論塔板數稱為理論塔板數

20、。與精餾塔一樣，。與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論色譜柱的柱效隨理論塔板數塔板數n n的增加而增加，隨板高的增加而增加，隨板高H H的增大而減小的增大而減小。27n與半峰寬及峰底寬的關系式為：與半峰寬及峰底寬的關系式為： n = 5.54(tR / W1/2)2 = 16 (tR / Wb)2 組分的保留時間越長，峰形越窄，則理論塔板數組分的保留時間越長，峰形越窄，則理論塔板數n越大，越大，色譜柱效能越高。色譜柱效能越高。 計算出來的的計算出來的的n和和H值有時并不能充分地反映色譜柱的分值有時并不能充分地反映色譜柱的分離效能，因為采用離效能，因為采用tR計算時，沒有扣除死時間計算時，沒有扣除死

21、時間tM， 所以常用所以常用有效塔板數有效塔板數n有效有效表示柱效：表示柱效： n有效有效= 5.54(tR / W1/2)2 = 16 ( tR / Wb)2 有效板高有效板高 ： H有效有效 = L / n有效有效 28例：例：已知某組分峰的峰底寬為已知某組分峰的峰底寬為40 s，保留時間為保留時間為400 s ，計算此色譜柱的理論塔板數。計算此色譜柱的理論塔板數。 解：解： n = 16 ( tR / Y)2 = 16 （400 / 40）2 = 1600 塊塊29 塔板理論是一種半經驗性理論。塔板理論是一種半經驗性理論。它用熱力學的觀點它用熱力學的觀點定量定量說明了溶質在色譜柱中移動的

22、速率，解釋了流出曲線的形狀，說明了溶質在色譜柱中移動的速率，解釋了流出曲線的形狀，并提出了計算和評價柱效高低的參數。并提出了計算和評價柱效高低的參數。 但是但是，色譜過程不僅受熱力學因素的影響，色譜過程不僅受熱力學因素的影響，而且還與分而且還與分子的擴散、傳質等動力學因素有關，子的擴散、傳質等動力學因素有關，因此塔板理論只能定性因此塔板理論只能定性地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響；也不地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響；也不能說明為什么在不同的流速下，可以測得不同的理論塔板數，能說明為什么在不同的流速下，可以測得不同的理論塔板數，因而限制了它的應用。因而限制了它的應用

23、。30二、速率理論二、速率理論 1956 1956年荷蘭學者年荷蘭學者van Deemter（范第姆特）等在研究氣液范第姆特）等在研究氣液色譜時，提出了色譜過程動力學理論色譜時，提出了色譜過程動力學理論速率理論速率理論。他們吸。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的兩相間的擴散和傳質過程擴散和傳質過程，從而在動力學基礎上較好地解釋了影響板，從而在動力學基礎上較好地解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對氣相、液相色譜都適用。高的各種因素。該理論模型對氣相、液相色譜都適用。van Deemter方程方程的數學簡化式為的數學簡化式為 H

24、 = A + B / u + C u 式中式中u為流動相的線速度；為流動相的線速度；A、B、C、為常數，分別代表為常數，分別代表渦流擴散系數、分子擴散項系數、傳質阻力項系數。渦流擴散系數、分子擴散項系數、傳質阻力項系數。311.1.渦流擴散項渦流擴散項 A 在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移時，流在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移時，流動相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動方向，使組分動相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似渦流的流動，故稱分子在前進中形成紊亂的類似渦流的流動，故稱渦流擴散。渦流擴散。32 由于填充物顆粒大小的不同及填充物

25、的不均勻性，使組分在色譜由于填充物顆粒大小的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜柱中路徑長短不一，因而同時進色譜柱的相同組分到達柱口時間并不柱中路徑長短不一，因而同時進色譜柱的相同組分到達柱口時間并不一致，引起了色譜峰的變寬。色譜峰變寬的程度由下式決定：一致，引起了色譜峰的變寬。色譜峰變寬的程度由下式決定： A = 2dp 上式表明，上式表明，A與填充物的平均直徑與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)的大小和填充不規(guī)則因子則因子有關有關，與流動相的性質、線速度和組分性質無關。，與流動相的性質、線速度和組分性質無關。為了減少渦流擴散，提高柱效，為了減少渦流擴散，提高柱效，使用細而均勻的顆粒，并且

26、使用細而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。填充均勻是十分必要的。對于空心毛細管，不存在渦流擴散，對于空心毛細管，不存在渦流擴散，因此因此 A = 0。332. 縱向擴散項縱向擴散項 B / u （分子擴散項）分子擴散項） 縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構型呈其濃度分布的構型呈“塞子塞子”狀。它隨著流動相向前推進，狀。它隨著流動相向前推進，由于存在濃度梯度，由于存在濃度梯度，“塞子塞子”必然自發(fā)的向前和向后擴散，必然自發(fā)的向前和向后擴散，造成譜帶展寬。造成譜帶展寬。分子擴散項系數為分子擴散項系數為 B = 2

27、Dm式中： 彎曲因子，填充柱 空心柱 = 1 Dm組分在流動相中的擴散系數是填充柱內流動相擴散路徑彎曲的因素，也稱是填充柱內流動相擴散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子彎曲因子(阻礙因阻礙因子子)，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴散的阻礙，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴散的阻礙情況。情況。Dm為組分在流動相中為組分在流動相中擴散系數擴散系數（cm3s-1）,分子擴散項與組分在分子擴散項與組分在流動相中流動相中擴散系數擴散系數Dm成正比成正比.34 D Dm m與流動相及組分性質有關：與流動相及組分性質有關： ( (a)a) 相對分子質量大的組分相對分子質量大的組分D Dm m小，小

28、，D Dm m反比于反比于流動流動 相相對分子質量的平方根相相對分子質量的平方根，所以，所以采用相對分子采用相對分子 質量較大的流動相，可使質量較大的流動相，可使B B項降低項降低； ( (b)b) D Dm m隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。 另外縱向擴散與另外縱向擴散與組分在色譜柱內停留時間有關組分在色譜柱內停留時間有關，流動相流速小，組分，流動相流速小，組分停留時間長，縱向擴散就大。停留時間長，縱向擴散就大。因此為了降低縱向擴散影響，要加大流動相因此為了降低縱向擴散影響，要加大流動相速度。速度。對于液相色譜，組分在流動相中縱向擴散可以忽略對于液相色譜，組分

29、在流動相中縱向擴散可以忽略。353. 3. 傳質阻力項傳質阻力項 C Cu u 由于氣相色譜以氣體為流動相，液相色譜以液體為流動相，由于氣相色譜以氣體為流動相，液相色譜以液體為流動相，它們的傳質過程不完全相同。它們的傳質過程不完全相同。（1 1）氣液色譜）氣液色譜 傳質阻力系數傳質阻力系數C C包括氣相包括氣相( (流動相流動相) )傳質阻力系數傳質阻力系數C Cm m和液相和液相( (固定相固定相) )傳質阻力系數傳質阻力系數C Cs s兩項，即兩項，即 C = Cm+ Cs 氣相傳質過程是指試樣組分從氣相移動到固定相表面氣相傳質過程是指試樣組分從氣相移動到固定相表面的過程的過程。這一過程中

30、試樣組分將在兩相間進行質量交換，即。這一過程中試樣組分將在兩相間進行質量交換，即進行濃度分配。有的分子還來不及進入兩相界面，就被氣相進行濃度分配。有的分子還來不及進入兩相界面，就被氣相帶走；有的則進入兩相界面又來不及返回氣相。這樣使得試帶走；有的則進入兩相界面又來不及返回氣相。這樣使得試樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。而使色譜峰變寬。36對于填充柱，氣相傳質阻力系數對于填充柱，氣相傳質阻力系數C Cm m為：為： 式中式中k k為容量因子為容量因子。由上式看出，氣相傳質阻。由上式看出，氣相傳質阻力與填充物粒

31、度力與填充物粒度d dp p的平方成正比，與組分在載氣流的平方成正比，與組分在載氣流中的擴散系數中的擴散系數D Dm m成反比。因此，成反比。因此，采用粒度小的填充采用粒度小的填充物和相對分子質量小的氣體（如氫氣）做載氣，可物和相對分子質量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使使C Cm m減小，提高柱效。減小，提高柱效。mpmDdkkC222)1(01.037 液相傳質過程是指試樣組分從固定相的氣液相傳質過程是指試樣組分從固定相的氣/ /液界面移動到液液界面移動到液相內部，并發(fā)生質量交換，達到分配平衡相內部，并發(fā)生質量交換，達到分配平衡，然后又返回氣，然后又返回氣/ /液界液界面的傳質過程。這個過程

32、也需要一定的時間，此時，氣相中組面的傳質過程。這個過程也需要一定的時間，此時，氣相中組分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運動，于是造成峰形擴張。分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運動，于是造成峰形擴張。 由上式看出，由上式看出，固定相的液膜厚度固定相的液膜厚度d df f薄薄，組分在液相的擴散系，組分在液相的擴散系數數D Ds s大，則液相傳質阻力就小。降低固定液的含量，可以降低大，則液相傳質阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但液膜厚度，但k k值隨之變小，又會使值隨之變小，又會使C Cs s增大。增大。 sfDdkksC22)1(32384.載氣流速u對理論塔板高度H的影響uuoptBC

33、AH2min理論踏板高度最小，柱效能最高，對應最佳流速理論踏板高度最小，柱效能最高，對應最佳流速CBoptuHminH39分子擴散項和傳質阻力項對板高的貢獻分子擴散項和傳質阻力項對板高的貢獻較低線速時，較低線速時，分子擴散項分子擴散項B/u起主要作用；起主要作用；應采用應采用分子質量較大的載氣分子質量較大的載氣，以使組分在氣相中有較小的，以使組分在氣相中有較小的擴散系數。擴散系數。較高線速時，較高線速時，傳質阻力傳質阻力Cu項起主要作用項起主要作用；其中流；其中流動相傳質阻力項對板高的貢獻幾乎是一個定值。動相傳質阻力項對板高的貢獻幾乎是一個定值。宜宜采用低分子質量的載氣采用低分子質量的載氣，以

34、減小氣相傳質阻力，提，以減小氣相傳質阻力，提高效能。高效能。40 根據速率理論，將上面各式總結，即可得根據速率理論，將上面各式總結，即可得氣液色譜速率板高氣液色譜速率板高方程，即著名的方程，即著名的van Deemter方程，亦稱速率方程。對色方程，亦稱速率方程。對色譜分離條件的選擇有指導意義。譜分離條件的選擇有指導意義。 它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對柱效的影響相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對柱效的影響。 usDkkdmDdkkuDdHfpmp)1 (32)1 (01. 022222

35、2241三、分離度三、分離度 要實現(xiàn)色譜的分離：首先兩峰之間的距離要大，即兩組分的保留時間有足夠大的差值，其次峰形要陡。42分離度分離度R是一個綜合性指標。是一個綜合性指標。 分離度是既能反映分離度是既能反映柱效率柱效率又能反映又能反映選擇性選擇性的指標，稱總的指標，稱總分離效能指標。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色分離效能指標。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即 R = 2 (tR2 - tR1) / W1 +W2 R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說，當值越大，表明相鄰兩組分分

36、離越好。一般說，當R1時，兩峰有部分重疊；當時，兩峰有部分重疊；當R=1時，分離程度可達時，分離程度可達98%；當；當R=1.5時，分離程度可達時，分離程度可達99.7%。 通常用通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標志。作為相鄰兩組分已完全分離的標志。43 當色譜峰峰形不對稱或相鄰兩峰間有重疊時，當色譜峰峰形不對稱或相鄰兩峰間有重疊時，峰寬較難測量，可用半峰寬代替峰寬峰寬較難測量，可用半峰寬代替峰寬R = (tR2 - tR1) / （W1/2,1 +W1/2,2）將柱效、選擇性及分離度聯(lián)系起來，假設兩相鄰峰峰寬相等將柱效、選擇性及分離度聯(lián)系起來，假設兩相鄰峰峰寬相等(W1=W2),得

37、到柱效、選擇性及分離度之間的關系式得到柱效、選擇性及分離度之間的關系式：44第三節(jié)第三節(jié) 色譜定性定量分析色譜定性定量分析一、定性分析一、定性分析 確定各色譜峰代表的化合物。1、利用保留值定性 (1)利用已知物保留值對照定性，色譜定性分析色譜定性分析就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種物質在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因物質在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因此此保留值可作為一種定性指標保留值可作為一種定性指標。目前各種色譜定。目前各種色譜定性方法都是基于保留值的。性方法都是基于保留值的。45(2)相對保留值法相對保留值法 相對保留值相對

38、保留值is 是指組分是指組分i與基準物質與基準物質s調整調整保留值的比值保留值的比值 is = tri / trS = Vri / Vrs 它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條件無關。件無關。46（3）雙柱保留法）雙柱保留法 保留值或相對保留值，在同一根色譜柱上不同的組分可能具有相同的數值。即使使用純物質對照，也可能有誤差，需要采用雙柱法定性。 利用兩根極性差別較大的色譜柱對混合物進行分離，然后用純物質分別在兩根柱子上進行保留值對照定性，得到的結果一致，就可以確定該組分，結果比較可靠。 472.利用文獻保留數據定性利用文獻保留數據定性 在所使用的

39、柱溫與固定液相同的條件下，測定未知組分的保留指數，然后與文獻發(fā)表的Ix對照就可以定性測量。3.利用選擇性檢測器定性利用選擇性檢測器定性 火焰光度檢測器響應火焰光度檢測器響應-有機化合物有機化合物 電子捕獲器有響應電子捕獲器有響應-含有鹵素、氧等電負性強的基團含有鹵素、氧等電負性強的基團 氮磷檢測器有響應氮磷檢測器有響應-含硫或磷含硫或磷 只能確定某一類化合物的存在，不能指出具體是哪一種組分。只能確定某一類化合物的存在，不能指出具體是哪一種組分。4.儀器聯(lián)用技術儀器聯(lián)用技術 48二、定量分析二、定量分析 定量分析的任務是求出混合樣品中各組分的百定量分析的任務是求出混合樣品中各組分的百分含量。色譜

40、定量的依據是，當操作條件一致時，分含量。色譜定量的依據是，當操作條件一致時，被測組分的質量（或濃度）與檢測器給出的響應信被測組分的質量（或濃度）與檢測器給出的響應信號成正比號成正比。即：。即： mi = fi Ai 式中式中mi為被測組分為被測組分i的質量；的質量； Ai為被測組分為被測組分i的的峰面積；峰面積； fi為被測組分為被測組分i的校正因子。的校正因子。 49進行色譜定量分析時需要：進行色譜定量分析時需要：（1 1）準確測量檢測器的響應信號準確測量檢測器的響應信號 峰面積或峰高；峰面積或峰高；（2 2）準確求得比例常數準確求得比例常數 校正因子；校正因子；（3 3）正確選擇合適的定量

41、計算方法，將測得的峰面正確選擇合適的定量計算方法，將測得的峰面積或峰高換算為組分的百分含量。積或峰高換算為組分的百分含量。501、峰面積測量方法峰面積測量方法 峰面積是色譜圖提供的基本定量數據，峰面積測量的準確峰面積是色譜圖提供的基本定量數據，峰面積測量的準確與否直接影響定量結果。對于不同峰形的色譜峰采用不同的測與否直接影響定量結果。對于不同峰形的色譜峰采用不同的測量方法。量方法。（1）對稱形峰面積的測量）對稱形峰面積的測量 峰高乘以半峰寬法峰高乘以半峰寬法 對稱峰的面積對稱峰的面積 A = 1.065 h Y1/2 （2）不不對稱形峰面積的測量對稱形峰面積的測量 峰高乘峰高乘 平均峰寬法平均

42、峰寬法 對于不對稱峰的測量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此對于不對稱峰的測量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此采用峰高乘平均峰寬法。采用峰高乘平均峰寬法。 A = 1/2 h（Y0.15 + Y0.85） 式中式中Y0.15 和和 Y0.85分別為峰高分別為峰高0.15倍和倍和0.85倍處的峰寬。倍處的峰寬。51（2）自動積分儀法自動積分儀法2.定量校正因子定量校正因子 色譜定量分析的依據是被測組分的量與其峰面積成正比。色譜定量分析的依據是被測組分的量與其峰面積成正比。但是但是峰面積的大小不僅取決于組分的質量，而且還與它的性質峰面積的大小不僅取決于組分的質量，而且還與它的性質有關有關

43、。即當兩個質量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢。即當兩個質量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢測器進行測定時，所得的峰面積卻不相同。測器進行測定時，所得的峰面積卻不相同。 因此，因此，混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總和中所占的百分率分峰面積總和中所占的百分率。這樣，就不能直接利用峰面積計算物質的。這樣，就不能直接利用峰面積計算物質的含量。為了使峰面積能真實反映出物質的質量，就要對峰面積進行校正，含量。為了使峰面積能真實反映出物質的質量，就要對峰面積進行校正，即在定量計算時引入校正因子。即在定量計算時引入校正因子。 52校正因子分為絕對校正因子和相對校正因子。校正因子分為絕對校正因子和相對校正因子。 fi = mi / Ai 式中式中fi值與組分值與組分i質量絕對值成正比，所以稱為絕對校正因質量絕對值成正比，所以稱為絕對校正因子。在定量分析時要精確求出子。在定量分析時要精確求出fi值是比較困難的。值是比較困難的。 絕對校正因子主要由儀器的靈敏度決定，不易準確測定。