章色譜法引論北京大學(xué)儀器分析教程詳解

章色譜法引論北京大學(xué)儀器分析教程詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)（優(yōu)選）章色譜法引論北京大學(xué)儀器分析教程目前二頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)茨維特的實(shí)驗(yàn)碳酸鈣石油醚目前三頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)色譜法是一種分離方法。特點(diǎn)：有兩相，一是固定相（stationaryphase），一是流動(dòng)相（mobilephase），兩相作相向運(yùn)動(dòng)。將色譜法用于分析中，則稱為色譜分析。因此色譜分析是一種分離、分析法。目前四頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)按固定相和流動(dòng)相所處狀態(tài)分色譜分析法氣相色譜法液相色譜法氣-固色譜法氣-液色譜法液-固色譜法液-液色譜法15.1.2色譜法的分類目前五頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)按色譜分離過程物理化學(xué)原理分色譜分析法吸附色譜法凝膠色譜法分配色譜法離子交換色譜法吸附劑對(duì)不同組分吸附性的差別固定液對(duì)不同組分分配性能差別離子交換劑對(duì)不同離子親和能力的差別凝膠對(duì)不同組分分子的阻滯作用的差別目前六頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)按固定相性質(zhì)和操作方式分色譜分析法柱色譜法紙色譜法開口管柱填充柱薄層色譜法目前七頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)15.2色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語15.2.1色譜流出曲線和色譜峰峰峰高基線峰寬半峰寬峰面積標(biāo)準(zhǔn)偏差σσ目前八頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)色譜流出曲線常用術(shù)語半峰寬：峰高一半處所對(duì)應(yīng)的峰寬，W1/2表示死時(shí)間：從進(jìn)樣開始到惰性組分從柱中流出，呈現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需要的時(shí)間，以tM表示保留時(shí)間：從進(jìn)樣到色譜柱后出現(xiàn)待測組分信號(hào)極大值所需要的時(shí)間，以tR表示死體積：不被保留的組分通過色譜柱消耗的流動(dòng)相的體積保留體積：從進(jìn)樣開始到組分出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)消耗的流動(dòng)相的體積調(diào)整保留體積：保留體積與死體積之差，即組分停留在固定相時(shí)所消耗流動(dòng)相的體積目前九頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)色譜流出曲線常用術(shù)語調(diào)整保留時(shí)間：扣除死時(shí)間的保留時(shí)間，以t’R表示相對(duì)保留值：一定的實(shí)驗(yàn)條件下組分i與另一標(biāo)準(zhǔn)組分S的調(diào)整保留時(shí)間之比，以γis表示選擇性因子：相鄰兩組分調(diào)整保留值之比，以a表示相比率：柱內(nèi)氣相與吸附劑或固定液體積之比，以β表示分配系數(shù)：平衡狀態(tài)時(shí)，組分在固定相與流動(dòng)相中的濃度比，以K表示容量因子：組分在固定相和流動(dòng)相中分配量之比，以k表示目前十頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)15.3色譜法基本原理色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離，組分要達(dá)到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn)，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但是兩峰間雖有一定距離，如果每個(gè)峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的，即與色譜過程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此，要從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來研究色譜行為。目前十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)分配平衡：一定溫度（TC）下，組分在流動(dòng)相和固定相間作用達(dá)到的平衡。1.分配系數(shù)K

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

15.3.1分配系數(shù)K和分配比k目前十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)★分配系數(shù)的要點(diǎn)：①K值與組分性質(zhì)、固定相性質(zhì)、流動(dòng)相性質(zhì)、分離溫度有關(guān)的參數(shù)；②一定TC下，K越大，出峰越慢；③提高TC

，組分在固定相中濃度降低，tR變??；④K=0的組分，不被固定相保留，最先流出；⑤每個(gè)組分的K不同，選擇適宜的固定相來改善分離效果；⑥試樣中不同組分在相同分離條件下，K不同，得以分離。目前十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)2.分配比k′（分配容量或容量因子）分配比又稱容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比。即目前十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)式中：①β為相比：反映色譜柱柱型及結(jié)構(gòu)的參數(shù)。填充柱相比約6～35；毛細(xì)管柱的相比約50～1500。②，VM為流動(dòng)相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間空隙體積。

VS為固定相體積，其中，GSC中為吸附劑表面容量，GLC中為固定液體積。③空氣或甲烷的ms=0，∴k′=0

目前十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)4.分配系數(shù)K及分配比k與選擇因子α的關(guān)系

目前十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)15.3.2塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，引入理論塔板數(shù)（n）作為衡量柱效率的指標(biāo)，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。目前十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)1.塔板理論的建立①在柱內(nèi)一小段長度H內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。這一小段柱長稱為理論塔板高度H。②以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（ΔVm）。③所有組分開始時(shí)存在于第0號(hào)塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略。④分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。目前十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)目前十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)目前二十頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)2.塔板理論的結(jié)論色譜柱長：L虛擬的塔板間距離：H色譜柱的理論塔板數(shù)：n（衡量柱效的指標(biāo)）則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：21目前二十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)3.塔板理論的特點(diǎn)和不足①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。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)K相同時(shí)，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。目前二十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)15.3.3速率理論vanDeemter方程的數(shù)學(xué)簡化式為

H=A+B/u+Cu

式中：H為板高（cm）；

u為流動(dòng)相的線速度（cm.s-1）；

A、B、C為常數(shù)：

A為渦流擴(kuò)散系數(shù)；

B為分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；

C為傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)。減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；存在著最佳流速；A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？目前二十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)1.渦流擴(kuò)散項(xiàng)A

（多路效應(yīng)）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)中形成紊亂的類似渦流的流動(dòng)，故稱渦流擴(kuò)散。色譜峰變寬的程度由下式?jīng)Q定：

A=2λdp

λ為柱子填充的不均勻性（不規(guī)則因子）；dp為填充物的平均直徑。目前二十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)★固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄?！飳?duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散，A=0?！飳?duì)于φ3～4的填充柱，60～80目（標(biāo)準(zhǔn)篩）固定相。流動(dòng)相流動(dòng)方向目前二十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)2.分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u

（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）縱向分子擴(kuò)散是由濃度梯度造成的。組分隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，組分自發(fā)向前擴(kuò)散，造成譜帶展寬。分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)為B=2γDgγ是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因數(shù)，稱彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況。

空心毛細(xì)柱γ=1

填充柱γ＜1（硅藻土擔(dān)體γ=0.5~0.7）目前二十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)Dg為組分在流動(dòng)相（GC為氣相）中擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）,分子擴(kuò)散項(xiàng)與組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)Dg

成正比。Dg與流動(dòng)相及組分性質(zhì)有關(guān)：①Dg∝

：Dg反比于流動(dòng)相相對(duì)分子質(zhì)量的平方根，所以采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的流動(dòng)相，可使B項(xiàng)降低。如：N2②Dg∝TC

：Dg隨柱溫增高而增加。目前二十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)a.擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差。b.分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，低流速時(shí)，擴(kuò)散加劇，滯留時(shí)間延長。c.擴(kuò)散系數(shù)Dg∝(M載氣)-1/2，M載氣大，B減小。d.Dg∝TC

低柱溫提高柱效。目前二十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu（1）氣相色譜傳質(zhì)阻力系數(shù)C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl兩項(xiàng)，即

C=Cg+Cl

=Cm+Cs

氣相傳質(zhì)過程Cg：是指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面的過程所受到的阻力。液相傳質(zhì)過程Cl：是指試樣組分從固定相的氣/液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)到分配平衡，然后又返回氣/液界面的傳質(zhì)過程所受到的阻力。目前三十頁\總數(shù)三十三頁\編于十六點(diǎn)①降低液膜厚度減小Cl，提高柱效；②提高TC減小傳質(zhì)阻力