儀器緒論及色譜基礎(chǔ)

儀器分析InstrumentalAnalysis參考資料《分析化學(xué)》R．Kellner編，李克安譯

北京大學(xué)出版社《儀器分析》朱世盛編

復(fù)旦大學(xué)出版社《儀器分析原理（第二版）》

方惠群編

南京大學(xué)出版社《儀器分析導(dǎo)論（第二版）》

［日］泉美治編

化工出版社SciFinderScholar(CA美國化學(xué)文摘數(shù)據(jù)庫）AnalyticalChemistry《分析化學(xué)》為什么學(xué)習(xí)儀器分析？環(huán)境分析中的種種問題？環(huán)境介質(zhì)中有什么潛在有毒物質(zhì)？來自何方？進(jìn)入環(huán)境后有什么變化？【污染物的存在形態(tài)、污染水平、遷移及轉(zhuǎn)化規(guī)律和對人體接觸量】民用化學(xué)品中有害化學(xué)物質(zhì)的存在形態(tài)、含量、與人體的接觸途徑和總接觸量？異構(gòu)體、對映體在環(huán)境中的累積遷移？……第一章引言（Preface）一、分析化學(xué)的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生二、儀器分析的分類三、儀器分析的特點(diǎn)四、儀器分析的發(fā)展趨勢五、課程的任務(wù)和要求六、如何學(xué)習(xí)儀器分析一、分析化學(xué)的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生分析化學(xué)定義：是一門發(fā)展并運(yùn)用各種方法、儀器及策略以在時(shí)空的維度里獲得有關(guān)物質(zhì)組成及性質(zhì)的信息的一門科學(xué)。儀器分析定義是指那些采用比較復(fù)雜或特殊的儀器，通過測量表征物質(zhì)的某些物理的或物理化學(xué)的性質(zhì)參數(shù)及其變化規(guī)律來確定物質(zhì)的化學(xué)組成、狀態(tài)及結(jié)構(gòu)的方法。儀器分析與化學(xué)分析的聯(lián)系

1.儀器分析是在化學(xué)分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其不少原理都涉及到化學(xué)分析的基本理論；2.儀器分析離不開化學(xué)分析，其不少過程需應(yīng)用到分析化學(xué)的理論。3.化學(xué)分析以常量分析為主，儀器分析以微量分析為主。一、分析化學(xué)的發(fā)展及儀器分析的產(chǎn)生確定物質(zhì)的化學(xué)組成——定性分析測量各組成的含量——定量分析表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、形態(tài)、能態(tài)——結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)象分析，形態(tài)分析、能態(tài)分析表征物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)的動力學(xué)特征

——動態(tài)分析例如：茶葉中有哪些微量元素？茶葉中咖啡堿的含量？咖啡堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)？微量元素的形態(tài)？化學(xué)成分的空間分布？在不同的生長階段，茶葉中的營養(yǎng)成分的變化？例如：生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？分析化學(xué)的任務(wù)分析化學(xué)作用--比喻“眼睛”——人類認(rèn)識世界改造世界的眼睛二、儀器分析的分類2023/2/5分析化學(xué)化學(xué)分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導(dǎo)、電位、電解、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細(xì)管電泳紅外、核磁、質(zhì)譜三、儀器分析的特點(diǎn)靈敏度高:適于微量、痕量和超痕量分析選擇性好分析速度快，自動化程度高應(yīng)用范圍廣:不但可以作組分及含量的分析，在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)分析上有廣泛的應(yīng)用專用儀器，復(fù)雜，昂貴相對誤差較大1%-5%RSD:不適于作常量和高含量組分的測定四、課程的任務(wù)和要求掌握基本的分析方法及其原理掌握各種分析方法的有關(guān)計(jì)算，初步具備數(shù)據(jù)評價(jià)能力初步具備查閱文獻(xiàn)、選擇分析方法、擬訂實(shí)驗(yàn)方案的能力掌握有機(jī)分子結(jié)構(gòu)解析的基本知識培養(yǎng)觀察、分析和解決問題的能力五、如何學(xué)習(xí)儀器分析掌握方法的基本原理，了解方法可提供的信息了解儀器的結(jié)構(gòu)，方框圖掌握分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法分?jǐn)?shù)分布?課堂表現(xiàn)包括課堂回答問題和聽課狀態(tài)，占比例為25%，?平時(shí)作業(yè)成績包括資料整理、作業(yè)、考勤等，占比例為25%，?期末考試成績占到50%第二章氣相色譜一、色譜發(fā)展歷史1850年龍格(F.F.Lunge)觀察到將一滴染料混合物溶液點(diǎn)滴到吸墨紙上時(shí)會擴(kuò)散成一層層的圓形環(huán)。申拜恩（C.F.Schoenbein）在1861年注意到如果把一滴無機(jī)鹽混合溶液點(diǎn)滿在一張濾紙上，那么各種鹽分會以不同的速度向四周擴(kuò)散成層。德伊(D.TDay)在1897年和克利特卡(S.K.Kritka)在1900年出發(fā)現(xiàn)把石油簡單地通過碳酸鈣的細(xì)粉柱時(shí)，它就會被分成不同部分。但是首先認(rèn)識到這種色譜分離現(xiàn)象和分離方法大有可為的是俄國的植物學(xué)家茨維特色譜奠基人----茨維特1872年5月14日生于意大利阿斯蒂;1896年獲日內(nèi)瓦大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位后，全家移居俄國;1901年獲喀山大學(xué)植物學(xué)學(xué)士學(xué)位;1902年任華沙大學(xué)講師;1907年任獸醫(yī)學(xué)院教授;1908年任華沙理工大學(xué)教授。茨維特應(yīng)用化學(xué)方法研究細(xì)胞生理學(xué)。1900年他在樹葉中發(fā)現(xiàn)了兩種類型的葉綠素：葉綠素a和葉綠素b，后來又發(fā)現(xiàn)了葉綠素c,并分離出純的葉綠素。他最重大的貢獻(xiàn)是發(fā)明分析化學(xué)和有機(jī)化學(xué)中極重要的實(shí)驗(yàn)方法──色譜法。他的第一篇關(guān)于色譜法的論文發(fā)表在1903年華沙的《生物學(xué)雜志》上。1906～1910年的論文都發(fā)表在德國的《植物學(xué)雜志》上。在這幾篇論文中，他詳細(xì)地?cái)⑹隽死米约涸O(shè)計(jì)的色譜分析儀器，分離出胡蘿卜素、葉綠素和葉黃素。色譜奠基人----茨維特茨維特研究植物色素的過程中，在一根玻璃管的底部塞上一團(tuán)棉花，在管中填入粉末的吸附劑，例如碳酸鈣等，然后把該吸附柱與吸濾瓶連接，把有色植物葉子的石油醚萃取液傾注到柱內(nèi)的吸附劑上面，然后用純凈的石油醚洗脫。1931年，R.庫恩才發(fā)現(xiàn)茨維特所發(fā)明色譜法的重要性，此法才得到普遍的推廣和應(yīng)用分配色譜創(chuàng)始人馬丁和辛格馬丁1910年3月1日生于倫敦，1932年獲劍橋大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1936年獲博士學(xué)位；辛格1914年10月28日出生于利物浦，1933年進(jìn)入劍橋大學(xué)三位一體學(xué)院（學(xué)習(xí)物理、化學(xué)和生理學(xué)），1936-1939年間在該校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室做研究生。1938年，馬丁與辛格在研究乙酰氨基酸時(shí)觀察到，這些氨基酸在氯仿和水之間的分配系數(shù)明顯不同，他們嘗試在兩種逆向流動的溶劑間分配氨基酸以便分離它們，但沒有成功，后來發(fā)現(xiàn)如果使水吸附在硅膠上保持水相不動，只許氯仿相流動，分配過程就可以順利進(jìn)行。分配色譜創(chuàng)始人馬丁和辛格馬丁和辛格因在1941年發(fā)明了分配色譜法特別是紙上色譜分析法而共享了1952年諾貝爾化學(xué)獎。用這種方法辛格弄清了簡單的蛋白質(zhì)短桿菌肽的結(jié)構(gòu)，找出了幾種氨基酸在這種分子中的次序。很快就證明，這項(xiàng)工作對于F·桑格闡明在胰島素分子中氨基酸的排列次序有巨大作用。James和Martin1952年所作的氣液色層分析在化學(xué)上開辟了一個新的園地，無論在研究和工業(yè)上它都有廣泛應(yīng)用的前途。并在色譜法的理論作出了卓越的貢獻(xiàn)氣液色譜的問世Martin和Synge在1941年研究液-液分配色譜時(shí)就提出可以使用氣體作流動相，即氣-液分配色譜。一直到1950年Martin最后證實(shí)自己預(yù)言的正確。Martin于1950到國家醫(yī)學(xué)研究所，他邀請年青科學(xué)家A.T.James參加他的研究，用氣體做流動相的氣-液分配色譜，對脂肪酸進(jìn)行精細(xì)分離，他們使用硅藻土助濾劑做載體，用硅油固定相，用氣體流動相,這就是氣-液分配色譜了，把色譜柱末端浸入有指示劑的溶液中，分離出來脂肪酸的量用滴定法測定。但是不久Martin就研究出一種自動滴定的儀器來。后來知道對高沸點(diǎn)化合物，必須把色譜柱加熱才行，于是就在色譜柱外面加一個蒸汽套。氣液色譜的問世他們的這一研究在1950年的生物化學(xué)學(xué)會上以“氣-液色譜“為題作了報(bào)告。這一報(bào)告在1951年6月遞交到生物化學(xué)雜志。以后的幾個月他們連續(xù)有兩篇論文發(fā)表，用GLC分離氨和脂肪胺，和吡啶同系物，GLC立即對分析化學(xué)產(chǎn)生了極大的影響。當(dāng)時(shí)在石油和石油化工的分析中，傳統(tǒng)的分析方法無能為力時(shí)，GLC就像及時(shí)雨一樣，成為無與倫比的得力助手，一直到現(xiàn)在，GC仍然是最為有效的方法之一。氣液色譜的問世1955年P(guān)erkinElmer(珀金埃爾默)公司推出世界上第一臺商用氣相色譜儀-154型；1958年世界上第一根商品化毛細(xì)管氣相色譜柱在PerkinElmer公司誕生；1956年我國開展研究，1965年上分投入試制；1976年HP推出世界第一臺臺式氣質(zhì)聯(lián)用儀5992。毛細(xì)管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展毛細(xì)管柱的創(chuàng)始人高雷從1955年開始在當(dāng)時(shí)的Perkin-Elmer公司從事提高色譜柱的柱效方面的研究。在1957年，發(fā)表了第一篇有關(guān)毛細(xì)管氣相色譜的報(bào)告。在1958年,提出了著名的高雷方程，闡述了各種參數(shù)對柱性能的影響。還發(fā)表了兩幅色譜圖其中一幅是在一支45m長內(nèi)徑為0.25mm的不銹鋼毛細(xì)管柱中涂以鄰苯二甲酸二(十八酯)，柱效達(dá)50000多塊理論塔板數(shù)，檢測器是用高雷自己設(shè)計(jì)的微型熱導(dǎo)池。在58min內(nèi)可以把間-二甲苯相對-二甲苯分離開。柱溫70℃，載氣為氦，流速為0.48mL/mL，間-、對-二甲苯的相對保留值只有1.023。毛細(xì)管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展第一支色譜柱是用聚乙烯制成的，之后多用不銹鋼毛細(xì)管柱。但不銹鋼柱的活性高、柱效差，因而玻璃毛細(xì)管柱成為60-70年代的主要柱型。但是玻璃毛細(xì)管柱有幾個主要缺點(diǎn)：難以涂漬固定液；柱壽命短；易碎。在1960研制出第一臺玻璃毛細(xì)管柱的拉制機(jī)。當(dāng)時(shí)在玻璃毛細(xì)管柱上涂漬角鯊?fù)?，只可使用兩三天，固定液液膜就破壞了。?jīng)過幾年的研究，對玻璃毛細(xì)管內(nèi)壁進(jìn)行改性，致使固定液可以涂漬在毛細(xì)管壁上。毛細(xì)管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展70年代初有一批色譜工作者，研究了各種處理玻璃表面的方法,和涂漬固定液的方法，并把毛細(xì)管色譜的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。70年代末，當(dāng)毛細(xì)管色譜柱使用玻璃做材料的時(shí)代結(jié)束時(shí)，對玻璃毛細(xì)管柱進(jìn)行去活及涂漬的工藝已相當(dāng)成熟，它的應(yīng)用也滲透到許多領(lǐng)域。現(xiàn)在玻璃毛細(xì)管柱已經(jīng)完全退出了毛細(xì)管氣相色譜的領(lǐng)域，完全為彈性石英毛細(xì)管柱所取代。毛細(xì)管氣相色譜的出現(xiàn)和發(fā)展1979年，Dandeneau和Zerenner首次報(bào)告了用熔融二氧化硅做毛細(xì)管柱的研究，開始了熔融二氧化硅做毛細(xì)管柱材料的時(shí)代。彈性石英柱有幾個顯著的優(yōu)點(diǎn):柔韌性好，易于連接安裝;內(nèi)表面惰性好，金屬離子雜質(zhì)少，對固定液的催化分解作用小,對一些極性和氫鍵型化合物吸附性弱，拖尾小;與玻璃相比，石英表面易于通過硅烷化處理,使各種極性的固定液形成均勻的液膜因而柱效很高。反相色譜的出現(xiàn)1948年，馬丁想使用液相色譜分離長鏈脂肪酸，但是現(xiàn)有的方法是使用極性固定相，并以非極性的劑作洗脫劑(即現(xiàn)在所說的正相色譜)，得不到好的結(jié)果。所以Martin就開始研究不同的兩相系統(tǒng)，例如使用弱極性的固定相，實(shí)驗(yàn)了各種可能性，但是還是不滿意：也就是要找到一種理想的疏水性載體做固定相。最后找到用二氯二甲基硅烷蒸汽來處理硅藻土的產(chǎn)物，這一物質(zhì)不會被極性溶劑所濕潤。利用這種固定相作色譜柱及相應(yīng)分離體系，可以分離脂肪酸。于是在1949年就產(chǎn)生了所謂“反相液相色譜并首先用這種方法分離了月桂酸(C12)到硬脂酸(C18)的脂肪酸系列。反相色譜的出現(xiàn)但在后來的20多年里這種廣泛使用的反相液相色由于缺少適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ?，并對這一物理化學(xué)現(xiàn)象理解不深阻礙了這一方法的發(fā)展。但是在70年代上半段情況發(fā)生了很大的變化，即解決了反相液相色譜固定相的制備，使反相液相色譜成為液相色譜中主導(dǎo)的方法。二、色譜分析基礎(chǔ)應(yīng)知應(yīng)會:了解色譜流出曲線和術(shù)語理解柱效率的物理意義及其計(jì)算方法理解速率理論方程對實(shí)際分離的指導(dǎo)意義掌握分離度的計(jì)算方法，及影響分離度的重要色譜參數(shù)定量方法色譜法的定義色譜法或色譜分析(chromatography)色譜分離技術(shù)是借助色譜分離原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)；將色譜分離技術(shù)應(yīng)用于分析化學(xué)，稱為色譜分析。

色譜分析屬于化學(xué)分析，還是物理分析？為什么？當(dāng)流動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，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復(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流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。色譜分離原理

兩相及兩相的相對運(yùn)動構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)色譜分離過程色譜法的分類①按物理狀態(tài)分類(1)流動相的物態(tài)：氣相色譜法和液相色譜法；(2)固定相的物態(tài)：氣-固色譜法、氣-液色譜法、液-固色譜法、液-液色譜法；②按使用的形式分類(1)柱色譜：填充柱色譜、毛細(xì)管色譜；(2)平板色譜：紙色譜、薄層色譜；色譜法的分類③按分離機(jī)理分類(1)吸附色譜:根據(jù)不同組分在吸附劑上的吸附和解吸能力的大小而分離;(2)分配色譜:根據(jù)不同組分在固定液中溶解度的大小而分離;(3)離子交換色譜:不同組分對離子交換樹脂的親和力不同;(4)凝膠色譜:依據(jù)分子幾何尺寸大小不同進(jìn)行分離色譜法的基本概念色譜流出曲線在色譜法中，當(dāng)樣品加入后，樣品中各組分隨著流動相的不斷向前而在兩相間反復(fù)進(jìn)行溶解、揮發(fā)，或吸附、解吸，如果各組分在固定相中的分配系數(shù)不同，它們就有可能達(dá)到分離。色譜法的基本概念①色譜峰的高度、寬度、半峰寬度★★峰高(h)：峰高h(yuǎn)指色譜峰最高點(diǎn)到基線的距離，一般用cm為單位。1．色譜常用術(shù)語★★峰寬(Y)與半峰寬[Y1/2)從色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(拐點(diǎn))作切線，在基線上的截距叫峰底寬(Y)；簡稱峰寬；峰高一半處色譜峰的寬度叫半峰寬(Y1/2)。由于色譜峰頂呈圓孤形，色譜峰的半峰寬并不等于峰底寬的一半。色譜法的基本概念2.分配系數(shù)與分配比定義：組分在固定相和流動相之間發(fā)生的吸附與脫附或者溶解與揮發(fā)的過程叫分配過程?！铩锓峙湎禂?shù)(K):當(dāng)組分在流動相和固定相兩相中達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在兩相中的濃度之比，稱為分配系數(shù)(K)：組分在固定相中的質(zhì)量濃度(g·mL-1)組分在流動相中的質(zhì)量濃度(g·mL-1)2.分配系數(shù)與分配比★★分配比(k)定義：分配比是在一定溫度、壓力下，組分在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，兩相間組分的質(zhì)量比：分配比又稱為容量因子或容量比分配比k的大小由下式計(jì)算：通過實(shí)驗(yàn)來測定分配比k的數(shù)值k值越大，保留時(shí)間越長。k=0的組分，其保留時(shí)間即為死時(shí)間。色譜法的基本概念★★分配系數(shù)與分配比的關(guān)系相比：表示流動相體積與固定相體積之比一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，流出越慢；試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)；每個組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；選擇適宜的固定相可改善分離效果；某組分的K=0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。若兩組份K值相同，則無法進(jìn)行分離。分配系數(shù)K的討論相對保留值（relativeretentionvolume）r2,1

指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留值之比。是衡量色譜柱選擇性的指標(biāo)。相對保留值的優(yōu)點(diǎn)是：

只要柱溫，固定相不變，即使柱徑，柱長，填充情況及流動相流速有所變化，r

2,1值仍保持不變，（重要參數(shù)）相鄰兩組分的tR’相差越大，分離的越好，r2,1＝1兩組分不能分離。Ex下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？柱長；固定相；柱溫；流動相流速Ex衡量色譜柱選擇性的指標(biāo)是（C）A.分離度；B.容量因子；C相對保留值；D分配系數(shù)容量因子k與保留值的關(guān)系Ex1.某氣液色譜柱上組分A流出需15.0min，組分B流出需25.0min，而不溶于固定相的物質(zhì)C流出需2.0min，問：（1）B組分相對于A的保留值是多少？（2）A組分相對于B的保留值是多少？（3）組分A和B在柱中的容量因子是多少？（1.77；0.57；6.5，11.5）Ex2.在某色譜分析中得到如下的數(shù)據(jù)：保留時(shí)間（tR）為5.0min，死時(shí)間（tM）為1.0min，液相體積（Vs）為2.0mL，柱出口載氣體積流速（F0）為50mL/min，試計(jì)算：（1）分配比k

（2）死體積Vm

（3）分配系數(shù)K

（4）保留體積VR（4.0；50mL；100；250mL）習(xí)題3.若一個溶質(zhì)的分配比為0.2，計(jì)算它在色譜柱流動相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.在一根色譜柱上分離苯和甲苯，保留時(shí)間分別為2.5和5.5min，死時(shí)間為1min，問：甲苯停留在固定相中的時(shí)間是苯的幾倍？甲苯的分配系數(shù)是苯的幾倍？5.某色譜條件下，組分A的分配比為4，死時(shí)間為30s，求組分A的保留時(shí)間6.下列哪些參數(shù)的改變會引起相對保留值變化？柱長；固定相；柱溫；流動相流速區(qū)域?qū)挾龋╬eakwidth）

i

峰高（h）：峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離。

ii

標(biāo)準(zhǔn)偏差（standadarddeviation）σ

即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半

iii半峰寬度（peakwidthathalf-height）Y1/2

峰高一半處的寬度。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：峰底寬度（peakwidthatbase）Y

自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所作切線在基線上的截距。與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：Y=4σ利用色譜流出曲線可以解決以下問題：

a.

根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)；

b.根據(jù)色譜峰位置（保留值）可以進(jìn)行定性檢測；

c.根據(jù)色譜峰面積或峰高可以進(jìn)行定量測定；

d.根據(jù)色譜峰位置及寬度可以對色譜柱分離情況進(jìn)行評價(jià)。Ex判斷：某試樣的色譜圖上出現(xiàn)三個色譜峰，該試樣中最多有三個組分。

色譜分析基本原理色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過程和動力學(xué)過程的綜合表現(xiàn)。熱力學(xué)過程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關(guān)的過程；動力學(xué)過程是指組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過程。塔板理論（熱力學(xué)）塔板理論假定:塔板和塔板之間不連續(xù)；塔板之間無分子擴(kuò)散；組分在每塊塔板的兩相間的分配平衡瞬時(shí)達(dá)到，達(dá)到一次分配平衡所需的最小柱長稱為理論塔板高度；一個組分在每塊塔板上的分配系數(shù)相同；流動相以不連續(xù)的形式加入，即以一個一個塔板體積加入。塔板理論（熱力學(xué)）理論塔板數(shù)n越大，理論塔板高度H越小，色譜峰越窄，表明柱效越高；理論塔板高度H與柱長無關(guān)。塔板理論（熱力學(xué)）Ex

1.已知某組分峰的底寬為40s，保留時(shí)間為400s，計(jì)算此色譜柱的理論塔板數(shù)（1600）若柱長為1.00m，求此理論塔板高度（0.0625cm）2.已知一根1米長的色譜柱的有效塔板數(shù)為1600塊，組分A在該柱上的調(diào)整保留時(shí)間為100秒，試求A峰的半峰寬及有效塔板高度。（13.85s，0.0625cm）塔板理論的特點(diǎn)和不足當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。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)指明測定物質(zhì)。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)K相同時(shí)，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。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(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。速率理論（動力學(xué)）減小B：采用較高載氣流速，使用相對分子量較大的載氣，控制較低的柱溫使用適當(dāng)粒度和顆粒均勻的擔(dān)體，盡量填充均勻，可減少渦流擴(kuò)散?？招拿?xì)管柱中，A項(xiàng)為零。采用粒度小的填充物和分子量小的氣體（H2）作載氣可使Cg減小，提高柱效率。減小CL:減小液膜厚度df，增大組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)DL速率理論（動力學(xué)）速率理論（動力學(xué)）速率理論（動力學(xué)）總結(jié)：范第姆特方程A，B/U，CU越小，色譜柱的塔板高度H越小，柱效率越高。改善柱效率的因素：★選擇顆粒較小的均勻填料★★選用較低的柱溫操作★★★降低擔(dān)體表面液層的厚度★★★★選用合適的載氣及載氣流速：流速較小時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)成為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，宜用相對分子質(zhì)量較大的載氣；流速較大時(shí)，傳質(zhì)項(xiàng)為控制因素，宜用相對分子質(zhì)量較小的載氣。H=A+B/U+CUEx：在采用低固定液含量柱，高流速進(jìn)行快速色譜分析時(shí)，采用下列哪一種氣體作為載氣，可以改善氣相傳質(zhì)阻力？A、氮?dú)?；B、氫氣；C、氦氣；D、二氧化碳（B）Ex:當(dāng)載氣線速較小時(shí)，范式方程中分子擴(kuò)散項(xiàng)起控制作用，采用哪種氣體做載氣對提高柱效有利？A、氮?dú)?；B、氫氣；C、氦氣（A）載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時(shí)：

傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，隨著流速的提高，柱效下降。載氣流速低時(shí)：

分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，隨著流速的增加，柱效提高。u在上述方程各項(xiàng)中存在矛盾，因此，應(yīng)求出最佳值：uHminuopt速率理論的要點(diǎn)被分離組分分子在色譜柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑、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擴(kuò)展柱效下降的主要原因。通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。速率理論為色譜分離和操作條件的選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。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，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。Ex1.根據(jù)范第姆特方程，分別寫出A,B和C的表示的意義，并推導(dǎo)出最小塔板高度和最佳流速。2.長度相等的二根色譜柱，其范第姆特常數(shù)如下：如果載氣流速是0.50cm·s-1，那么，這兩根柱子給出的理論塔板數(shù)哪一個大？柱1的最佳流速是多少？ABC柱10.18cm0.40cm2·s-10.24s柱20.05cm0.50cm2·s-20.10s分離度塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實(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。難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差──色譜過程的熱力學(xué)因素區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過程的動力學(xué)因素Ex衡量色譜柱柱效能的指標(biāo)是（塔板數(shù)）衡量色譜柱選擇性的指標(biāo)是（r2.1）色譜分離中的四種情況如圖所示：①柱效較高，選擇性較高,完全分離；②選擇性不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，選擇性較高,但分離的不好；④選擇性不是很大，柱效低，分離效果更差。分離度：指相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰底寬平均值之比。（分辨率、分辨度）R<1：兩峰不完全分離R=1：兩峰明顯分離R=1.5：兩峰完全分離R更大時(shí)：兩峰分離更好基本色譜分離方程式

令Y(1)=Y(2)（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：R:衡量色譜柱的總分離效能指標(biāo)則：若用n代替n有效：則：分離度與塔板數(shù)和柱長的關(guān)系固定相確定后，k和r21確定，被分離兩組分的相對保留值和分配比不隨n、L變化，則：Ex若在一個1m長的色譜柱上測得兩組分的分離度為0.68，若要使它們完全分離，則柱長(m)至少應(yīng)為(1)0.5(2)2(3)5(4)9Ex色譜分析中，柱長從1m增加到4m，其它條件不變，分離度是原來的（2）倍，塔板數(shù)是原來的（2）倍。例題：在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85秒和100秒，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0.1cm，柱長是多少？解：γ2,1=100/85=1.18

要達(dá)到完全分離，即R=1.5

n有效

=16R2[γ

2,1/(γ

2,1—1)]2

=16×2.25×(1.18/0.18)2=1547（塊）

L有效

=n有效·H有效

=1547×0.1=155cm

即柱長為1.55米時(shí)，兩組分可以得到完全分離。已知組分A和B的分配系數(shù)之比為0.909.若使兩者的分離度Rs=1.5，柱長應(yīng)為多少？設(shè)有效塔板高度為0.88cm。L=16×1.52×（1.1/1.1-1）2×0.88=1437（cm）

ExEx1.假設(shè)兩組份的調(diào)整保留時(shí)間分別為19及20min，死時(shí)間為1min，計(jì)算：（1）較晚流出的第二組分的分配比k2（20）（2）欲達(dá)到分離度0.75時(shí)所需的理論塔板數(shù)（3974）2.分配系數(shù)分別為100和110的兩組份，在相比（Vs/Vm）為0.2的柱上分離。若使分離度Rs=1.2，需多長的色譜柱？設(shè)理論塔板高度為0.2mmn=16×1.22×（1+110×0.2/110×0.2）2×（1.1/1.1-1）2=3047L=3047×0.2=609mm習(xí)題習(xí)題習(xí)題定性和定量分析定性分析利用純物質(zhì)定性的方法：保留值定性、加入法定性；利用文獻(xiàn)保留值定性；保留指數(shù)定性；與其它分析儀器聯(lián)用定性。定性和定量分析定量分析峰高(h)乘半峰寬(Y1/2)法峰高乘平均峰寬法峰高乘保留時(shí)間法自動積分和微機(jī)處理法定性和定量分析定量校正因子試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比即定量校正因子與檢測器響應(yīng)值成倒數(shù)關(guān)系：相對校正因子定性和定量分析歸一化法特點(diǎn)及要求：簡便、準(zhǔn)確；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動對測定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況定性和定量分析外標(biāo)法(也稱標(biāo)準(zhǔn)曲線法)特點(diǎn)及要求：外標(biāo)法不使用校正因子，準(zhǔn)確性較高；操作條件變化對結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大；對進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快速分析定性和定量分析內(nèi)標(biāo)法要求：試樣中不含有該物質(zhì)；與被測組分性質(zhì)比較接近；不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；出峰位置應(yīng)位于被測組分附近，且無組分峰影響。試樣配制：準(zhǔn)確稱取一定量的試樣W，加入一定量內(nèi)標(biāo)物ms。定性和定量分析內(nèi)標(biāo)法特點(diǎn)：準(zhǔn)確性較高，操作條件和進(jìn)樣量的稍許變動對定量結(jié)果的影響不大；每個試樣的分析，都要進(jìn)行兩次稱量(試樣W，內(nèi)標(biāo)物ms)，不適合大批量試樣的快速分析；若將內(nèi)標(biāo)法中的試樣取樣量和內(nèi)標(biāo)物加入量固定，則：定性和定量分析小結(jié)1.色譜分離的原理2.色譜基本術(shù)語及相互關(guān)系3.2個色譜理論：塔板數(shù)理論、速率理論4.分離度及其應(yīng)用5.定性定量計(jì)算fis的計(jì)算，內(nèi)標(biāo)法計(jì)算含量公式1.死時(shí)間，保留時(shí)間，調(diào)整保留時(shí)間關(guān)系

2.

K;k的表示式及其相互關(guān)系3.容量因子k與保留值的關(guān)系4.

γ2,1及其與保留值K、k的關(guān)系5.

neff

與n公式6.分離度7.fis的計(jì)算公式1.tR’=tR-tm234675填空1．在一定操作條件下，組分在固定相和流動相之間的分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度比，稱為_______。2．為了描述色譜柱效能的指標(biāo)，人們采用了_________理論。3．速率理論中，在線速度較低