色谱分析法导论精选PPT.ppt

关于色谱分析法导论2022/9/161第1页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1621、色谱法的产生、色谱法的产生 色谱法是一种分离技术，它是俄色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特国植物学家茨维特1906年创立的。分年创立的。分离植物叶子中的色素时，将叶片的石离植物叶子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充璃管中，柱中填充CaCO3粉末（粉末（CaCO3 有吸附能力有吸附能力)，用纯石油醚洗脱（淋洗）。，用纯石油醚洗脱（淋洗）。一、色谱分析法简介一、色谱分析法简介第一节 概述 第2页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/163（1）CaCO3 吸附，使色素在柱中停滞下来。吸附，使色素在柱中停滞下来。（2）被石油醚溶解，使色素向下移动）被石油醚溶解，使色素向下移动 各种色素结构不同，受两种作用力大小各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为法称为色谱法色谱法。第3页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/164Tsweet的实验的实验第4页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/165第5页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/166色谱法中共使用两相色谱法中共使用两相 固定相固定相固定不动的相固定不动的相 CaCO3 流动相流动相推动混合物流动的液体推动混合物流动的液体 石石油醚油醚色谱法：色谱法：混合物在流动相的携带下通过混合物在流动相的携带下通过色谱柱分离出几种组分的方法。色谱柱分离出几种组分的方法。第6页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/167固定相固定相：（1）固体吸附剂：）固体吸附剂：CaCO3、Al 2O3等等（2 2）液体固定相（载体）液体固定相（载体+固定液固定液高沸点有机化合高沸点有机化合物，涂在载体上）物，涂在载体上）色谱分离法一定是先分离。后分析色谱分离法一定是先分离。后分析一定具有两相；固定相和流动相一定具有两相；固定相和流动相分离：利用组分在两相中分离：利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异分配系数或吸附能力的差异进行分离进行分离第7页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/168色谱法的特点色谱法的特点“三高三高”、“一快一快”、“一广一广”高选择性高选择性可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开 高效能高效能反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果产生很好分离效果 高灵敏度高灵敏度10-1110-13g，适于痕量分析适于痕量分析 分析速度快分析速度快几几几十分钟完成分离几十分钟完成分离 一次一次 可以测多种样品可以测多种样品 应用范围广应用范围广气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质 化学衍生化再色谱分离、分析化学衍生化再色谱分离、分析 第8页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/169气相色谱气相色谱高效液相色谱高效液相色谱薄层色谱薄层色谱纸色谱纸色谱柱色谱柱色谱经典液相色谱法经典液相色谱法色谱光谱联用色谱光谱联用多维色谱多维色谱智能色谱智能色谱超临界流体色谱超临界流体色谱毛细管电泳法毛细管电泳法2.色谱法的发展色谱法的发展第9页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1610二、色谱分析法分类二、色谱分析法分类1 1、按两相状态分类、按两相状态分类气相色谱气相色谱气体作流动相气体作流动相 （1 1）气气固固色色谱谱：气气体体作作流流动动相相，固固体体吸吸附附剂剂作作固固定定相。相。（2 2）气液色谱：气体作流动相，固定液作固定相。）气液色谱：气体作流动相，固定液作固定相。第10页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1611液相色谱液相色谱液体作流动相液体作流动相（1 1）液液固固色色谱谱：液液体体作作流流动动相相，固固体体吸吸附附剂剂作作固固体体相。相。（2 2）液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。）液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。超临界液体色谱超临界液体色谱超临界流体作色谱流超临界流体作色谱流动相。动相。第11页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16122、按操作形式分类、按操作形式分类（1 1）柱色谱：）柱色谱：填充柱色谱填充柱色谱固定相填充到柱管内固定相填充到柱管内 毛毛细细管管柱柱色色谱谱把把固固定定相相涂涂在在毛毛细细管管内内壁壁上上，中中间间是是空的。空的。（2 2）纸纸色色谱谱：滤滤纸纸为为固固定定相相的的色色谱谱法法，流流动动相相是是含含一定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。一定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。（3 3）薄薄层层色色谱谱：把把固固体体固固定定相相压压成成或或涂涂成成薄薄膜膜的的色谱法。色谱法。第12页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1613 3、按分离原理分类、按分离原理分类 固定相固定相分离机制分离机制吸附色谱吸附色谱吸附剂吸附剂吸附能力吸附能力分配色谱分配色谱液体液体分配系数或溶解分配系数或溶解度度离子交换色离子交换色谱谱离子交换剂离子交换剂交换能力或亲和交换能力或亲和力力分子排阻色分子排阻色谱谱凝胶或分子筛凝胶或分子筛阻滞或渗透作用阻滞或渗透作用第13页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1614色谱与光谱的区别：色谱与光谱的区别：色谱具有色谱具有分离分离与与分析分析两种功能两种功能 光谱没有分离功能光谱没有分离功能第14页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1615第二节 色谱过程和基本原理 一、色谱过程一、色谱过程实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运动的实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运动的两相，固定相两相，固定相(stationary phase)stationary phase)和流动相和流动相(mobile mobile phase)phase)。色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间多多次次“分配分配”的过程的过程。第15页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1616二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 1.1.色谱图（色谱图（chromatogramchromatogram）混混合合物物样样品品（A+BA+B）色色谱谱柱柱中中分分离离检检测测器器记记录录下下来来。组组分分从从色色谱谱柱柱流流出出时时，各各个个组组分分在在检检测测器器上上所所产产生生的的信信号号随时间变化，所形成的曲线叫随时间变化，所形成的曲线叫色谱图色谱图。记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线。色谱流出曲线。（一）色谱流出曲线与色谱峰（一）色谱流出曲线与色谱峰第16页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16172.基线（基线（baseline）在在实实验验操操作作条条件件下下，色色谱谱柱柱后后没没有有组组分分流流出的曲线叫基线。出的曲线叫基线。稳稳定定情情况况下下，一一条条直线。直线。基基线线上上下下波波动动称称为为噪音噪音。第17页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16183.色谱峰（色谱峰（peakpeak）是流出曲线上的突起部分。是流出曲线上的突起部分。正常色谱峰、拖尾峰和前延峰正常色谱峰、拖尾峰和前延峰对称因子fs(symmetry factor)：0.951.05 对称峰 1.05 拖尾峰第18页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1619（二）（二）色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据 组组分分在在色色谱谱柱柱中中停停留留的的数数值值，可可用用时时间间t 和和所所消消耗耗流流动动相相的的体体积积来来表表示示。组组分分在在固固定定相相中中溶溶解解性性能能越越好好，或或固固定定相相的的吸吸附附性性越越强强，在在柱柱中中滞滞留留的的时时间间越越长长，消消耗耗的的流流动动相相体体积积越越大大，固固定定相相、流流动动相相固固定定，条条件件一一定定时时，组组分的保留值是个定值。分的保留值是个定值。第19页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16201.死死时时间间(dead time)t0不不被被固固定定相相吸吸附附或或溶溶解解的的组组分分流流经经色谱柱所需的时间。色谱柱所需的时间。第20页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16212.保留时间保留时间tR(retention time)组组分分流流经经色色谱谱柱柱时时所所需需时时间间。进进样样开开始始到到柱柱后后出出现现最最大大值值时时所所需需的的时时间间。操操作作条条件件不不变变时时，一一种种组组分分有有一一个个tR定定值值，定定性性参参数。数。第21页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16223.调整保留时间调整保留时间tR(adjusted retention time)扣除了死时间的保扣除了死时间的保留时间。留时间。tR=tR-t0又称校又称校正保留时间，实际保留时正保留时间，实际保留时间。间。tR体体现现的的是是组组分分在在柱柱中被吸附或溶解的时间。中被吸附或溶解的时间。tR第22页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16234.4.保留体积保留体积VR(retention volumn)(retention volumn)-从进样开始从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。柱的流动相体积。5.死死体体积积V0（dead volumn）不不被被固固定定相相滞滞留留的的组组分分流流经经色色谱谱柱柱所所消消耗耗的的流流动动相相体体积积称称死死体体积积，色色谱谱柱柱中中载载气气所所占占的体积。的体积。第23页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16246.调整保留体积 (adjusted retention volume)：由保留体积扣除死体积后的体积 7.相对保留值r(relative retention)：两组分的调整保留值之比注意：VR是定值，tR与FC成反比第24页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16251.色色谱谱峰峰的的高高度度h(peak height)-色色谱谱峰峰最最高高点点与与基基线线之之间间的的距距离离，可可用用mm,mV，mA表表示示。峰峰高高低低与与组组分分浓浓度度有有关关，峰越高越窄越好。峰越高越窄越好。(三三)定量参数定量参数第25页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1626 2.色谱峰面积色谱峰面积A（peak area）色谱峰与基线所围的面积。色谱峰与基线所围的面积。对于对称的色谱峰对于对称的色谱峰 A=1.065h W1/2 对于非对称的色谱峰对于非对称的色谱峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 第26页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1627q峰峰宽宽W（peak width）色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点所所作作切切线线在在基基线线上上的的距距离离 W=4 q 半峰宽半峰宽W1/2(peak width at half height)峰高一半处色谱峰的宽度峰高一半处色谱峰的宽度 W1/2=2.354 W=1.699W 1/2q标标准准偏偏差差(standard deviation)峰峰高高0.607倍倍处处的的色色谱谱峰峰宽宽的的一半。一半。(四四)区域宽度区域宽度第27页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1628第28页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1629(五五)分离度分离度(resolution；R)：又称分辨率。是相邻两色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。第29页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1630 定量分析时，要求定量分析时，要求R1.5分离度分离度 R分离程度分离程度分离情况分离情况0.889未分离未分离198基本分离基本分离1.599.7完全分离完全分离第30页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1631第31页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1632三、分配平衡三、分配平衡 在在一一定定温温度度下下，组组分分在在流流动动相相和和固固定定相相之之间间所所达达到到的的平平衡衡叫叫分分配配平平衡衡，组组分分在在两两相相中中的的分分配配行行为为常常采用采用分配系数分配系数K K和容量因子和容量因子k来表示。来表示。=c cs/c cm组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度K=1 1、分配系数、分配系数 K(K(distribution coefficient)第32页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1633影响分配系数的因素：影响分配系数的因素：组分的性质组分的性质 固定相和流动相的性质固定相和流动相的性质 温度：温度：T越大，越大，K越小越小第33页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1634 K越大，越大，Cs越大，在柱中停留的时间越长，组分越大，在柱中停留的时间越长，组分就后流出色谱柱；就后流出色谱柱；K越小，越小，Cs越小，在柱中停留的时间越短，组分越小，在柱中停留的时间越短，组分就先流出色谱柱。就先流出色谱柱。K=0，组分不被固定相保留，最先流出。组分不被固定相保留，最先流出。混合物中各组分的混合物中各组分的K相差越大，就越容易分离。相差越大，就越容易分离。第34页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16352 2、容量因子、容量因子k(k(capacity factor)组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量 =ms/mm=K vs/vm k=k随随T、固定相、流动相的体积变化而变化、固定相、流动相的体积变化而变化k越大，组分在固定相中质量越多，越大，组分在固定相中质量越多，tR越长越长K、k越大，组分在固定相中越大，组分在固定相中tR就越长就越长第35页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1636 色谱法的分离原理主要是利用物质在流色谱法的分离原理主要是利用物质在流动相和固定相中动相和固定相中K的差异而分离。的差异而分离。分离的前提：分离的前提：K不等不等。要求组分间必须。要求组分间必须有差速迁移，即有差速迁移，即tR不等。不等。第36页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1637第三节第三节 色谱法的基本理论色谱法的基本理论 一、塔板理论一、塔板理论 在在50年代，色谱技术发展的年代，色谱技术发展的初期，初期，Martin等人把色谱分离过等人把色谱分离过程比作分馏过程，并把分馏中的程比作分馏过程，并把分馏中的半经验理论半经验理论塔板理论塔板理论用于色谱用于色谱分析法。分析法。第37页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1638分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按沸点不同而分离。沸点不同而分离。色谱柱：组分在两相间的多次分配平色谱柱：组分在两相间的多次分配平衡，按分配系数不同而分离。衡，按分配系数不同而分离。第38页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1639塔板理论假定：塔板理论假定：在色谱柱内每一在色谱柱内每一“塔板塔板”H内，组分内，组分在两相间瞬间达到分配平衡。在两相间瞬间达到分配平衡。流动相间歇式进入色谱柱，每次进流动相间歇式进入色谱柱，每次进入一个塔板体积。入一个塔板体积。分配系数在各塔板内是常数。分配系数在各塔板内是常数。纵向扩散可以忽略。纵向扩散可以忽略。第39页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1640（一）质量分配和转移（一）质量分配和转移 1、单一组分、单一组分B（kB=0.5）的分配和转移的分配和转移 设色谱柱的塔板数设色谱柱的塔板数n=5，即即r=0、1、2、3、4（或或n-1）号。号。将单位质量的将单位质量的B加到第加到第0号塔板上。号塔板上。分配平衡后，分配平衡后，0号塔板内号塔板内ms/mm 0.333/0.667。进入一个塔板体积的流动相（一次转移），进入一个塔板体积的流动相（一次转移），第40页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1641第41页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1642经过经过N次转移后，质量分布符合二项式次转移后，质量分布符合二项式(ms+mm)N的展开式。的展开式。如如N=3，展开式为：展开式为：(0.333+0.667)3=0.037+0.222+0.444+0.296 0 1 2 3号号在固定相和流动相中的质量分布由在固定相和流动相中的质量分布由k(K)决决定定第42页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1643转移转移N次后，第次后，第r号塔板中的质量号塔板中的质量Nmr：第43页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1644例：转移例：转移3次后，在第次后，在第2号塔板内的溶号塔板内的溶 质质分数分数第44页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1645 组分组分B(B(k kB B=0.5)=0.5)在在n n=5=5的色谱柱内及出口的分布的色谱柱内及出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 4 0.012 0.099 0.269 0.395 4 0.012 0.099 0.269 0.395 0.1980.198 0 0 5 5 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 0.1320.132 6 6 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329 0.2190.219 7 7 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0.2190.219 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068第45页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1646注意：注意：1、柱出口处的质量分数的计算。、柱出口处的质量分数的计算。2、质量（浓度）最大点的、质量（浓度）最大点的N，即保留体积。即保留体积。第46页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16472、两组分的分离、两组分的分离A(kA=1)和和B(kB=0.5)两组分两组分第47页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1648 组分组分A(A(k kA A=1)=1)在在n n=5=5的色谱柱内和出口的分布的色谱柱内和出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 5 5 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.0320.032 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 8 8 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.1370.137 9 9 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.1370.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 第48页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1649结果：结果：组组分分B:k=0.5,当当N=6和和7时时，柱柱出出口口产产生生B的的浓浓度度最大点。最大点。组分组分A：k=1，N=8和和9时，柱出口处达到浓度最时，柱出口处达到浓度最大点。大点。两组分开始分离，两组分开始分离，k小的组分小的组分B在柱后在柱后先出现浓度极大值先出现浓度极大值,即先出柱。即先出柱。第49页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1650一根色谱柱一根色谱柱n=103以上，以上，组分有微小的分配系数组分有微小的分配系数(容量容量因子因子)差别即可实现完全分离差别即可实现完全分离。分配系数分配系数(容量因子容量因子)不等是分离的前提不等是分离的前提。第50页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1651(二二)流出曲线方程流出曲线方程1 1、二项式分布曲线、二项式分布曲线以组分以组分A A在柱出口处的质量分数对在柱出口处的质量分数对N N作图。作图。第51页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1652N N 柱出口柱出口 0 0 0 0 1 0 1 0 2 0 2 0 3 0 3 0 4 0 4 0 5 5 0.0320.032 6 0.079 6 0.079 7 0.118 7 0.118 8 0.1378 0.137 9 0.137 9 0.137 10 0.124 10 0.124 k k=1=1的组分从的组分从n n=5=5色谱柱中的流出曲线图色谱柱中的流出曲线图第52页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16532、色谱流出曲线、色谱流出曲线 当塔板数很大时，流出曲线趋于正态当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布曲线。分布曲线。第53页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1654第54页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16553、色谱流出曲线方程（正态分布方程）、色谱流出曲线方程（正态分布方程）描述组分流出色谱柱的浓度变化：描述组分流出色谱柱的浓度变化：为标准差，为标准差，t tR R为保留时间，为保留时间，C C为任意时间为任意时间t t时时的浓度，的浓度，C C0 0为峰面积为峰面积A A，即相当于某组分的总量。即相当于某组分的总量。第55页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1656t t=t tR R时，时，C有极大值：有极大值：Cmax即流出曲线的峰高即流出曲线的峰高h。一定时，一定时，峰高峰高h取决于取决于C0。C0一定时，一定时，峰高峰高h取决于取决于。第56页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1657 流出曲线方程的常用形式：流出曲线方程的常用形式：不论不论ttR或或ttR时，浓度时，浓度C恒小于恒小于Cmax。C随时间随时间t向峰两侧对称下降。向峰两侧对称下降。越小，峰越锐。越小，峰越锐。是柱效的标志。是柱效的标志。第57页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1658色谱峰面积色谱峰面积以以A代替代替C0，h代替代替Cmax，且且W1/2=2.355，峰面积峰面积:A=h(2)1/2A=1.065W1/2h 色谱定量的参数色谱定量的参数第58页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1659(三三)理论塔板高度和理论塔板数理论塔板高度和理论塔板数(height equivalent to a theoretical plate或plate height,H)(plate number,n)是色谱柱效参数。是色谱柱效参数。第59页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1660理理论论塔塔板板数数与与标标准准差差（峰峰宽宽或或半半峰峰宽宽）和和保留时间的关系：保留时间的关系：第60页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1661理论塔板高度理论塔板高度H=L/n 注意：注意：1、计算、计算n时使标准差（峰宽或半峰宽）时使标准差（峰宽或半峰宽）和保留时间和保留时间单位一致单位一致 2、n的单位的单位第61页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1662有效理论塔板数和有效理论塔板高度有效理论塔板数和有效理论塔板高度Hef=L/nef第62页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1663注意：注意：用用nef和和Hef作为衡量柱效能的指标时，应指明作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。测定物质。当两组分的当两组分的K相同时，无论该色谱柱的相同时，无论该色谱柱的n多大，多大，都无法分离。都无法分离。第63页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1664存在问题存在问题:做出的四个假设与实际不符，忽略了组分在两做出的四个假设与实际不符，忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程。相中传质和扩散的动力学过程。只能定性给出塔板高度的概念，无法解释板高只能定性给出塔板高度的概念，无法解释板高的影响因素。的影响因素。排除了一个重要参数排除了一个重要参数流动相的线速度流动相的线速度u，因而无法解释柱效与流速关系。因而无法解释柱效与流速关系。第64页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1665二、速率理论二、速率理论动力学观点动力学观点Van Deemteer 方程式：方程式：涡流扩散项涡流扩散项纵向扩散项纵向扩散项传质阻力项传质阻力项载气线流速载气线流速(cm s-1)u柱长柱长L(cm)/死时间死时间t0(s)理论塔板高度理论塔板高度(cm)u一定，一定，A、B、C小，小，H小，柱效小，柱效n高，峰尖锐高，峰尖锐第65页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1666（1）涡流扩散项）涡流扩散项A 当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似进中形成紊乱的类似“涡流涡流”的流动的流动（路径不同）（路径不同）不不能同时流出色谱柱（色谱峰扩张）能同时流出色谱柱（色谱峰扩张），故称涡流扩散。，故称涡流扩散。第66页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1667 通通常常选选粒粒度度为为60100目目的的填填充充颗颗粒粒，并并尽尽量量填填充充均均匀匀。但但dp不不能能太太小小，否否则则不不易易填填充充均均匀匀（大大），且且阻力（柱压）也大。阻力（柱压）也大。填充不规则因子填充不规则因子填充物颗粒的平均直径填充物颗粒的平均直径涡流扩散系数涡流扩散系数第67页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1668 待待测测组组分分是是以以“塞塞子子”的的形形式式被被流流动动相相带带入入色色谱谱柱柱的的，在在“塞塞子子”前前后后存存在在浓浓度度梯梯度度，由由浓浓稀稀方方向向扩扩散散，产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）纵向扩散项）第68页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1669（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）纵向扩散项）气体扩散路径弯曲因子气体扩散路径弯曲因子组分在流动相中的扩散系组分在流动相中的扩散系数数纵向扩散系数纵向扩散系数组分在固定相中的扩散很小，可忽略组分在固定相中的扩散很小，可忽略第69页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1670分子量分子量 柱温柱温 柱压柱压BDgtR（u）填充物填充物B/u柱效柱效H（n）填充柱填充柱1硅藻土担体硅藻土担体 0.50.7毛细管柱毛细管柱1 减小纵向扩散项减小纵向扩散项u u 采取措施：采取措施：第70页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1671（3）传质阻力项）传质阻力项Cu传质阻力系数包括两部分，传质阻力系数包括两部分，m m+C+Cs sC Cm m 流动相传质阻力系数流动相传质阻力系数 组分从流动相移动到固定组分从流动相移动到固定相表面进行相表面进行两相之间的质量交换两相之间的质量交换时所受到的阻力，时所受到的阻力，质量交换慢，引起色谱峰变宽。质量交换慢，引起色谱峰变宽。m第71页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1672Cs Cs 固固定定项项传传质质阻阻力力系系数数 即即组组分分从从两两相相界界面面移移动动到到固固定定相相内内部部，达达分分配配平平衡衡后后，又又返返回回到到两两相相界界面面，在在这这过过程程中中所受到的阻力为固定相传质阻力。所受到的阻力为固定相传质阻力。（3）传质阻力项）传质阻力项Cu2组分在固定相中扩散系数固定液膜厚度第72页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1673减小采取措施：减小采取措施：采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cm dp2 相对分子质量小的载气，相对分子质量小的载气，D Dg g大。大。Cm 1/Dg 降降低低固固定定液液液液膜膜厚厚度度(C Cs s df2)并并且且液液膜膜要要均均匀匀；若若膜厚，扩散，费时；但不能太薄，否则包不住载体。膜厚，扩散，费时；但不能太薄，否则包不住载体。D Ds s越大越好，增加柱温是提高越大越好，增加柱温是提高D Ds s的方法之一。的方法之一。（3）传质阻力项）传质阻力项Cu第73页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1674小小 结：结：被被分分离离组组分分分分子子在在色色谱谱柱柱内内运运行行的的多多路路径径、浓浓度度梯梯度度造造成成的的分分子子扩扩散散及及传传质质阻阻力力使使气气液液两两相相间间的的分分配配平平衡衡不不能能瞬瞬间间达达到到等等因因素素是是造造成成色色谱峰扩展谱峰扩展、柱效下降柱效下降的主要原因。的主要原因。通通过过选选择择适适当当的的固固定定相相粒粒度度、载载气气种种类类、流流速速及及液膜厚度液膜厚度可可提高柱效提高柱效。第74页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1675小小 结：结：速速率率理理论论为为色色谱谱分分离离和和操操作作条条件件的的选选择择提提供供了了理理论论指指导导。阐明了阐明了流速流速和和柱温柱温对柱效及分离的影响。对柱效及分离的影响。各各种种因因素素相相互互制制约约，如如载载气气流流速速增增大大，分分子子扩扩散散项项的的影影响响减减小小，使使柱柱效效提提高高，但但同同时时传传质质阻阻力力项项的的影影响响增增大大，又又使使柱柱效效下下降降；柱柱温温升升高高，有有利利于于传传质质，但但又又加加剧剧了了分分子子扩扩散散的的影影响。响。选择最佳条件，才能使柱效达到最高。选择最佳条件，才能使柱效达到最高。第75页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/1676例 题 已知物质已知物质A和和B在一根在一根30.00 cm长的柱上的保留长的柱上的保留时间分别为时间分别为16.40 min和和17.63 min。不被保留组不被保留组分通过该柱的时间为分通过该柱的时间为1.30 min。峰底宽度分别为峰底宽度分别为1.11 min和和1.21 min，计算：计算：（1）柱的分离度；）柱的分离度；（2）柱的平均塔板数；）柱的平均塔板数；第76页，讲稿共77张，创作于星期三2022/9/16感感谢谢大大家家观观看看第77页，讲稿共77张，创作于星期三