仪器分析第十章色谱法导论讲稿.ppt

仪器分析第十章色谱法导论第一页，讲稿共一百一十二页哦目的要求1.了解色谱法的分类及特点。了解色谱法的分类及特点。2.熟悉色谱过程及常用术语。熟悉色谱过程及常用术语。3.掌握色谱法的基本原理。掌握色谱法的基本原理。第二页，讲稿共一百一十二页哦第一节第一节 概述概述 色色谱谱法法也也叫叫层层析析法法，它它是是一一种种高高效效能能的的和和应应用用最最广广的的物物理理或或物物理理化化学学分分离离技技术术，将将它它用用于于分分析析化化学学并并配配合合适适当当的的检检测测手手段段，就就成成为为色色谱谱分分析析法。法。第三页，讲稿共一百一十二页哦一、色谱法的起源和发展一、色谱法的起源和发展 俄国植物学家俄国植物学家M.Tsweet于于1906年首次提年首次提出色谱法：出色谱法：在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入管中。管中。第四页，讲稿共一百一十二页哦 胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素叶黄素 叶绿素叶绿素 利用不同物质在流动相与固定相相互作用时的行为差利用不同物质在流动相与固定相相互作用时的行为差异得到分离异得到分离(吸附吸附)（2 2）石油醚石油醚 流动相流动相 相对运动相对运动 固定相（吸附剂）固定相（吸附剂）CaCOCaCO3 3系统研究系统研究100100多种多种吸附剂，数种淋洗液吸附剂，数种淋洗液(1(1）粗叶绿素）粗叶绿素+石油醚石油醚 第六页，讲稿共一百一十二页哦柱柱色色谱谱实实验验装装置置第七页，讲稿共一百一十二页哦20世纪世纪30年代年代 离子交换色谱建立离子交换色谱建立1931年年 库恩库恩 奥地利化学家奥地利化学家 胡萝卜素植物色素分离胡萝卜素植物色素分离40年代年代 Tiselius 吸附色谱与电泳吸附色谱与电泳Martin 分配色谱、纸色谱和薄层色谱技术分配色谱、纸色谱和薄层色谱技术50年代年代 Martin Synge 气气-液色谱法液色谱法 提出塔板理论提出塔板理论Van Deemter 提出速率理论提出速率理论Golay 发明高效毛细管柱气相色谱发明高效毛细管柱气相色谱 60年代年代 Horvathe 高效液相色谱法建立高效液相色谱法建立80年代年代 离子色谱、超临界流体色谱、高效毛细管电泳、场离子色谱、超临界流体色谱、高效毛细管电泳、场流动分级分离流动分级分离第八页，讲稿共一百一十二页哦 Tiselius,A.W.K.Martin,A.J.P.Synge,R.L.M.19481948年年 Nobel Nobel 化学奖化学奖 19521952年年 Nobel Nobel 化学奖化学奖 吸附色谱与电泳吸附色谱与电泳 分配色谱及塔板理论分配色谱及塔板理论第九页，讲稿共一百一十二页哦 现现在在的的色色谱谱法法早早已已不不局局限限于于色色素素的的分分离离，其其方方法法也也早早已已得得到到了了极极大大的的发发展展，但但其其分分离离的的原原理理仍仍然然是是一一样样的的。我我们们仍仍然叫它色谱分析。然叫它色谱分析。第十页，讲稿共一百一十二页哦 二、色谱分离基本原理二、色谱分离基本原理 在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；固定相；另一相则不断流过固定相，我们把它叫做另一相则不断流过固定相，我们把它叫做流动相。流动相。色谱法的色谱法的分离原理分离原理就是利用待分离的各种组分在两相就是利用待分离的各种组分在两相中的分配系数、吸附能力、亲和能力等不同来进行分离中的分配系数、吸附能力、亲和能力等不同来进行分离的。的。使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上并与流动相互不相溶的固定相表面。固定于柱中或平板上并与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。分与固定相发生相互作用。第十一页，讲稿共一百一十二页哦 由由于于混混合合物物中中各各组组分分在在性性质质和和结结构构上上的的差差异异，与与固固定定相相之之间间产产生生的的作作用用力力的的大大小小、强强弱弱不不同同，随随着着流流动动相相的的移移动动，混混合合物物在在两两相相间间经经过过反反复复多多次次的的分分配配平平衡衡，使使得得各各组组分分被被固固定定相相保保留留的的时时间间不不同同，从从而而按按一一定定次次序序由由固固定定相相中中先先后后流流出出。与与适适当当的的柱柱后后检检测测方方法法结结合合，实现混合物中各组分的分离与检测。实现混合物中各组分的分离与检测。第十二页，讲稿共一百一十二页哦 三、色谱法的分类三、色谱法的分类 色谱分析法有很多种类，从不同的角度出发可以有不同的色谱分析法有很多种类，从不同的角度出发可以有不同的分类方法。分类方法。按两相状态分类按两相状态分类 色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相色谱法（为气相色谱法（GC）和液相色谱法（和液相色谱法（LC）。固定相既可以。固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体，由此又可将气相色谱是固体，也可以是涂在固体上的液体，由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气法和液相色谱法分为气-液色谱、气液色谱、气-固色谱、液固色谱、液-固色谱、液固色谱、液-液色谱。分类情况如下：液色谱。分类情况如下：第十三页，讲稿共一百一十二页哦第十四页，讲稿共一百一十二页哦 按分离机理分类按分离机理分类1.1.吸附色谱法吸附色谱法:利用吸附剂（固定相一般是固体）表面利用吸附剂（固定相一般是固体）表面对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法。对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法。2.2.分分配配色色谱谱法法:利利用用不不同同组组分分在在两两相相间间的的分分配配系系数数(或溶解度或溶解度)的差别进行分离的方法。的差别进行分离的方法。3.3.离子交换色谱离子交换色谱:利用溶液中不同离子与离子交换剂间利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。的交换能力的不同而进行分离的方法。4.4.尺寸排阻色谱法尺寸排阻色谱法:利用多孔性物质对不同大小的分子利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。的排阻作用进行分离的方法。第十五页，讲稿共一百一十二页哦 按操作形式分类按操作形式分类1.1.柱色谱法柱色谱法 固定相装在色谱柱内的色谱法。按色谱柱固定相装在色谱柱内的色谱法。按色谱柱的特点可分为的特点可分为填充柱色谱填充柱色谱和和毛细管柱色谱。毛细管柱色谱。纸色谱法纸色谱法薄层色谱薄层色谱法法薄膜色谱法薄膜色谱法2.2.平面色谱平面色谱法法第十六页，讲稿共一百一十二页哦(1)(1)纸色谱法纸色谱法:利用滤纸作载体，吸附在纸上的水作固利用滤纸作载体，吸附在纸上的水作固定相，样品点在滤纸一端，用流动相展开进行分离定相，样品点在滤纸一端，用流动相展开进行分离的色谱方法。的色谱方法。(2)(2)薄层色谱法薄层色谱法:将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成薄层作固定相，采用与纸色谱类似的操作进行分离的色薄层作固定相，采用与纸色谱类似的操作进行分离的色谱方法。谱方法。(3)(3)薄膜色谱法薄膜色谱法:将分子固定相制成薄膜，采用与纸色将分子固定相制成薄膜，采用与纸色谱类似的操作方法。谱类似的操作方法。第十七页，讲稿共一百一十二页哦第十八页，讲稿共一百一十二页哦色谱法色谱法气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法填充柱色谱法填充柱色谱法毛细管色谱法毛细管色谱法柱色谱法柱色谱法平面色谱法平面色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法逆流分配色谱法逆流分配色谱法经典液相柱色谱法经典液相柱色谱法高效液相色谱法高效液相色谱法薄层色谱法薄层色谱法纸色谱法纸色谱法第二十页，讲稿共一百一十二页哦回忆1.1.分光光度法对多组分定量分析的方法分类分光光度法对多组分定量分析的方法分类（解线性方程组（解线性方程组3 3种、双波长分光光度法、导数光谱法）种、双波长分光光度法、导数光谱法）2.2.色谱的起源色谱的起源3.3.色谱的分离原理色谱的分离原理4.4.色谱法的分类色谱法的分类 液相柱色谱的分类液相柱色谱的分类 气相色谱的分类气相色谱的分类 平面色谱的分类平面色谱的分类第二十一页，讲稿共一百一十二页哦第二节 色谱流出曲线（色谱图）及有关概念 一、色谱法分离的过程 分离过程（以分离A、B两组分为例）为：第二十二页，讲稿共一百一十二页哦混合组分的分离过程及检测器对各组分在不同阶段的响应第二十三页，讲稿共一百一十二页哦第二十四页，讲稿共一百一十二页哦二、色谱流出曲线二、色谱流出曲线 从流动相带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流从流动相带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的流出物出柱后的流出物,并用记录器记录信号随时间变化的并用记录器记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线上表现为峰状，叫色谱峰。线上表现为峰状，叫色谱峰。第二十五页，讲稿共一百一十二页哦 如图所示为一色谱流出曲线：第二十六页，讲稿共一百一十二页哦三、基本概念三、基本概念1.1.基线基线:在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。稳定情况。2.2.峰峰高高（h h）和和峰峰面面积积(A A):):色色谱谱峰峰顶顶点点与与基基线线的的距距离离叫叫峰峰高高。色色谱谱峰峰与与峰峰底底基基线线所所围围成成区区域域的的面面积积叫叫峰峰面积。面积。第二十七页，讲稿共一百一十二页哦 3.保留值保留值 死时间死时间 保留时间保留时间 保留时间保留时间 调整保留时间调整保留时间 保留值保留值 死体积死体积 保留体积保留体积 保留体积保留体积 调整保留体积调整保留体积 相对保留值相对保留值第二十八页，讲稿共一百一十二页哦 (1)(1)保留时间保留时间a.a.死死时时间间(T TM M)：不不与与固固定定相相作作用用的的物物质质从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间，它它与与色色谱谱柱柱的的空空隙隙体体积积成成正正比比。由由于于该该物物质质不不与与固固定定相相作作用用，因因此此，其其流流速速与与流流动动相相的的流流速相近。根据速相近。根据 t tM M 可求出流动相平均流速可求出流动相平均流速u u。u u 柱长柱长/死时间死时间L L/t tM M b.b.保保留留时时间间t tR R：试试样样从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间。它它包包括括组组分分随随流流动动相相通通过过柱柱子子的的时时间间t tM M 和和组组分分在在固定相中滞留的时间。固定相中滞留的时间。第二十九页，讲稿共一百一十二页哦c.c.调整保留时间调整保留时间t tR R ：某某组组分分的的保保留留时时间间扣扣除除死死时时间间后后的的保保留时间，它是组分在固定相中的滞留时间。即留时间，它是组分在固定相中的滞留时间。即 t tR R t tR Rt tM M 保保留留时时间间为为色色谱谱定定性性依依据据。但但同同一一组组分分的的保保留留时时间间与与流流速速有有关关，因因此此有有时时需需用用保保留留体积来表示保留值。体积来表示保留值。第三十页，讲稿共一百一十二页哦 (2)(2)保留体积保留体积 a.a.死死体体积积V VM M：色色谱谱柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间空空隙隙、色色谱谱仪仪管管路路和和连连接接头头间间空空隙隙和和检检测测器器间间隙隙的的总和。忽略后两项可得到：总和。忽略后两项可得到：V VM Mt tM M F FC C F FC C 流动相流速流动相流速第三十一页，讲稿共一百一十二页哦 b.保留体积VR：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积。VRVRVMtRFCVRtR FCc.c.调整保留体积调整保留体积 V VR R：某组分的保留体积扣除死体积某组分的保留体积扣除死体积后的体积。后的体积。第三十三页，讲稿共一百一十二页哦(3)相对保留值相对保留值 相对保留值相对保留值r2,1：组分：组分2的调整保留值与组分的调整保留值与组分1的调整保留值之比。的调整保留值之比。r2,1 仅随温度及固定相变化。仅随温度及固定相变化。第三十四页，讲稿共一百一十二页哦n注注意意：r2,1只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，而而与与柱柱内内径径、柱柱长长L、填填充充情情况况及及流流动动相相流流速速无无关关，因因此此，在在色色谱谱分析中，尤其是分析中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！中广泛用于定性的依据！具具体体做做法法：固固定定一一个个色色谱谱峰峰为为标标准准 s，然然后后再再求求其其它它峰峰 i 对对标准峰的相对保留值，此时以标准峰的相对保留值，此时以 表示：表示：n 1,1,又称选择因子。又称选择因子。第三十五页，讲稿共一百一十二页哦4.4.色谱峰区域宽度色谱峰区域宽度 色色谱谱峰峰的的区区域域宽宽度度是是色色谱谱流流出出曲曲线线的的重重要要参参数数之之一一，可可用用于于衡衡量量色色谱谱柱柱的的柱柱效效及及反反映映色色谱谱操操作作条条件件下下的的动动力力学学因因素素。宽宽度越窄，其效率越高，分离的效果也越好。度越窄，其效率越高，分离的效果也越好。第三十六页，讲稿共一百一十二页哦 区域宽度通常有三种表示方法：区域宽度通常有三种表示方法：(1)标准偏差标准偏差 ：峰高峰高0.607倍处峰宽的一半。倍处峰宽的一半。(2)半峰宽半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。峰高一半处的峰宽。W1/2=2.355(3)基线宽度基线宽度W：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离。点间的距离。W=4 1.699 W1/2第三十七页，讲稿共一百一十二页哦5.5.拖尾因子拖尾因子:又称对称因子，用于衡量色谱峰的对又称对称因子，用于衡量色谱峰的对称性。计算公式称性。计算公式:T TW W0.05h0.05h /2/2A AT T 应在应在0.95 0.95 1.051.05之间。之间。第三十八页，讲稿共一百一十二页哦续前对称因子对称因子:TW0.05h/2A正常峰（对称）正常峰（对称）非正常峰非正常峰 前沿峰前沿峰 拖尾峰拖尾峰色谱峰色谱峰T在在0.951.05之间之间T小于0.95T大于1.05第三十九页，讲稿共一百一十二页哦 色谱流出曲线的意义：色谱流出曲线的意义：（1 1）色谱峰数）色谱峰数=样品中单组分的最少个数；样品中单组分的最少个数；（2 2）色谱保留值）色谱保留值定性依据；定性依据；（3 3）色谱峰高或面积）色谱峰高或面积定量依据；定量依据；（4 4）色色谱谱保保留留值值或或区区域域宽宽度度色色谱谱柱柱分分离离效效能评价指标；能评价指标；（5 5）色色谱谱峰峰间间距距固固定定相相或或流流动动相相选选择择是是否否合适的依据。合适的依据。第四十页，讲稿共一百一十二页哦 第三节第三节 色谱法基本理论色谱法基本理论 色谱分析的目的是色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离将样品中各组分彼此分离,组分组分要达到完全分离，要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远两峰间的距离必须足够远,两峰间的两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关过程的热力学性质有关。但当两峰间虽有一定距离，。但当两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。第四十一页，讲稿共一百一十二页哦 一一、分分配配系系数数和和保保留留因因子子与与保保留留时时间间的关系的关系(1)(1)分配系数分配系数(K K)：分分配配色色谱谱的的分分离离过过程程经经常常用用样样品品分分子子在在两两相相间间的的分分配配来来描描述述，而而描描述述这这种种分分配配的的参参数数称称为为分分配配系系数数。它它是是描描述述分分配配过过程程的的重重要要参数。参数。第四十二页，讲稿共一百一十二页哦分配系数分配系数是指在一定温度和压力下，是指在一定温度和压力下，组分在固定相和流组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即，即 K 只与固定相和温度 有关，与两相体积、柱管特性和所用仪 器无关。第四十三页，讲稿共一百一十二页哦(2)(2)保留因子保留因子(容量因子）容量因子）（k k)：在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组分分在在两两相相间间的的分分配配达达平平衡衡时时，分分配配在在固固定定相相和和流流动动相相中中的的质质量量比比，称称为为容容量量因因子子。它它反反映映了了组组分分在在柱柱中中的的迁迁移移速速率率。又又称称保保留留因因子子。也叫分配比或容量比。也叫分配比或容量比。n其中其中V Vm m 为流动相体积，为流动相体积，V Vs s为固定相体积为固定相体积第四十六页，讲稿共一百一十二页哦 称为相比率称为相比率,它也是反映色谱柱柱型特点的参数。它也是反映色谱柱柱型特点的参数。对填充柱对填充柱:=6=6 3535；对毛细管柱对毛细管柱:=60=60600600。(3)K 与与 k 的关系：的关系：第四十八页，讲稿共一百一十二页哦(4)(4)选选择择因因子子 ：色色谱谱柱柱对对A A、B B 两两组组分分的的选选择择因子因子 定义如下：定义如下：A A为先流出的组分，为先流出的组分，B B 为后流出的组分。为后流出的组分。第四十九页，讲稿共一百一十二页哦二、保留因子与保留比二、保留因子与保留比(R)的关系的关系样品分子在流动相中停留的时间分数，以样品分子在流动相中停留的时间分数，以R表示表示:R1,溶质不能进入固定相，全部随流动相前移；溶质不能进入固定相，全部随流动相前移；R0,溶质全部在固定相，不随流动相前移。溶质全部在固定相，不随流动相前移。R在在01之间，它可以衡量溶质被保留的情况。之间，它可以衡量溶质被保留的情况。第五十一页，讲稿共一百一十二页哦三、色谱分离的前提条件三、色谱分离的前提条件第五十三页，讲稿共一百一十二页哦回忆1.1.基线基线2.2.保留值的分类保留值的分类3.3.色谱的分离原理（色谱的分离原理（就是利用待分离的各种组分在两相中的分配系数、吸就是利用待分离的各种组分在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。）附能力等亲和能力的不同来进行分离的。）4.4.选择因子选择因子、拖尾因子、拖尾因子T T、保留因子、保留因子k k、分离度、分离度R R5.5.色谱流出曲线的意义色谱流出曲线的意义6.6.分配系数、保留因子及它们之间的关系分配系数、保留因子及它们之间的关系7.7.选择因子与调整保留时间、分配系数、保留因子之选择因子与调整保留时间、分配系数、保留因子之间的关系间的关系8.8.保留因子保留因子k k 与保留比与保留比R R、保留时间之间的关系、保留时间之间的关系第五十四页，讲稿共一百一十二页哦 一、塔板理论一、塔板理论 塔塔板板理理论论是是描描述述色色谱谱柱柱中中组组分分在在两两相相间间的的分分配配状状况况及及评评价价色色谱谱柱柱的的分分离离效效能能的的一一种种半半经经验验式式的的理理论论。它它成成功功地地解解释释了了色色谱谱流流出出曲线呈正态分布曲线呈正态分布。第五十五页，讲稿共一百一十二页哦1.塔板理论假定：塔板理论假定：（1）塔板之间不连续；）塔板之间不连续；（2）塔板之间无分子扩散；）塔板之间无分子扩散；（3）组组分分在在各各塔塔板板内内两两相相间间的的分分配配瞬瞬间间达达至至平平衡衡，达达一次平衡所需柱长为理论塔板高度一次平衡所需柱长为理论塔板高度H；（4）某组分在所有塔板上的分配系数相同；）某组分在所有塔板上的分配系数相同；（5）流流动动相相以以不不连连续续方方式式加加入入，即即以以一一个个一一个个的的塔塔板体积加入。板体积加入。第五十六页，讲稿共一百一十二页哦精馏塔第五十七页，讲稿共一百一十二页哦 (一）色谱分离过程：一）色谱分离过程：塔板理论是把色谱柱假想为一个精馏塔，塔内存在许多塔板理论是把色谱柱假想为一个精馏塔，塔内存在许多塔板，组分在每个塔板的气相和液相间进行分配，达成塔板，组分在每个塔板的气相和液相间进行分配，达成一次分配平衡。然后随着流动相按一个塔板、一个塔板一次分配平衡。然后随着流动相按一个塔板、一个塔板的方式向前移动。经过多次分配平衡后，分配系数小的的方式向前移动。经过多次分配平衡后，分配系数小的组分，先离开精馏塔（色谱柱），分配系数大的组分后组分，先离开精馏塔（色谱柱），分配系数大的组分后离开精馏塔（色谱柱），从而使分配系数不同的组分彼离开精馏塔（色谱柱），从而使分配系数不同的组分彼此得到分离。此得到分离。第五十八页，讲稿共一百一十二页哦分离过程如下图所示分离过程如下图所示第五十九页，讲稿共一百一十二页哦第六十页，讲稿共一百一十二页哦 (二二)二项式分布二项式分布先用液先用液-液萃取过程来说明塔板理论。液萃取过程来说明塔板理论。假设假设:取取1111个漏斗，编号从个漏斗，编号从0,1,2,0,1,2,固定相固定相VmLVmL水水 流动相流动相VmLVmL氯仿氯仿溶质溶质1.0gI1.0gI2 2 分配系数分配系数K=1K=1 第六十一页，讲稿共一百一十二页哦 n=0 n=1 N为为0时碘的分配情况时碘的分配情况Sm第六十二页，讲稿共一百一十二页哦 n=0 n=1 n=2 N为为1时碘的分配情况时碘的分配情况SSSmm第六十三页，讲稿共一百一十二页哦 n=0 n=1 n=2 n=3 N为为2时碘的分配情况时碘的分配情况SSSSmmm第六十四页，讲稿共一百一十二页哦n012345678910.I211/21/41/81/161/321/641/1281/2561/5121/1024萃取次数与分液漏斗中碘的含量萃取次数与分液漏斗中碘的含量:K=1第六十五页，讲稿共一百一十二页哦 上述步骤重复上述步骤重复11次，转换次，转换10次次(N=10)每个漏斗中的每个漏斗中的I I2 2含含量见下表量见下表:n0（10）1（9）2（8）3（7）4（6）5（5）678910I2%0.1141221252112410.1第六十六页，讲稿共一百一十二页哦 因此可知，该萃取过程相当于下层因此可知，该萃取过程相当于下层(流动相流动相)向右流动，上向右流动，上层层(固定相固定相)虽然不动，但相当于相对地向左移动，溶质虽然不动，但相当于相对地向左移动，溶质在逆向流动的两相中分配，故称为在逆向流动的两相中分配，故称为逆流分配或反流分布逆流分配或反流分布。在逆流分配中若用在逆流分配中若用:q q 流动相中溶质含量流动相中溶质含量(百分数表示百分数表示)p p 固定相中溶质含量固定相中溶质含量(百分数表示百分数表示)N N 转移次数转移次数在各漏斗中溶质含量的分布符合二项式的展开式在各漏斗中溶质含量的分布符合二项式的展开式:第六十七页，讲稿共一百一十二页哦例例:求求I2经经3次转移后，各漏斗中溶质含量次转移后，各漏斗中溶质含量(K=1):解解:根据二项式分布公式根据二项式分布公式:漏斗号漏斗号 0 1 2 3以上计算出是四项数，正好是第以上计算出是四项数，正好是第0、1、2、3号漏号漏斗中上下二层溶质的百分数之和。斗中上下二层溶质的百分数之和。第六十八页，讲稿共一百一十二页哦 当塔板数为当塔板数为5 5时的情况，出现的峰形不对时的情况，出现的峰形不对称称 ，这是由于塔板数太少的原因。当塔板数大于，这是由于塔板数太少的原因。当塔板数大于5050时，峰形就是对称的。在实际色谱柱中，时，峰形就是对称的。在实际色谱柱中，n n值很大值很大（约为（约为10106 610109 9 ）。所以色谱峰一般为正态分布。）。所以色谱峰一般为正态分布。第六十九页，讲稿共一百一十二页哦 C Cmaxmax即流出曲线上的峰高，也可用即流出曲线上的峰高，也可用h hmaxmax表示。将表示。将h hmaxmax及及W W1/21/2 =2.355=2.355代入上式得代入上式得第七十页，讲稿共一百一十二页哦（三）柱效能指标：（三）柱效能指标：对于一个色谱柱来对于一个色谱柱来说，其分离能力（叫柱效能）的大小说，其分离能力（叫柱效能）的大小主要与塔板的数目有关，主要与塔板的数目有关，塔板数越多，塔板数越多，柱效能越高。柱效能越高。色谱柱的塔板数可以用理论塔板色谱柱的塔板数可以用理论塔板数和有效塔板数来表示。数和有效塔板数来表示。第七十一页，讲稿共一百一十二页哦式中：式中：t tR R为某组分的保留时间；为某组分的保留时间；W W1/21/2为某组分色谱峰的半宽度；为某组分色谱峰的半宽度；W W为色谱峰的峰底宽度。为色谱峰的峰底宽度。柱柱的的理理论论塔塔板板数数与与峰峰宽宽和和保保留留时时间间有有关关。保保留留时时间间越越大大，峰峰越越窄窄，理理论论塔塔板板数数就就越越多多。柱柱效效能能也也就就越越高。高。1 1理论塔板数理论塔板数n n：对于一个柱子来说，其理论塔板数可由下式计算：对于一个柱子来说，其理论塔板数可由下式计算：第七十二页，讲稿共一百一十二页哦 对对于于一一个个柱柱长长固固定定为为L L的的柱柱子子，其其理理论论塔塔板板高高度度H H为为:每一个塔板的高度，即组分在柱内每达成一次分配平每一个塔板的高度，即组分在柱内每达成一次分配平衡所需要的柱长叫衡所需要的柱长叫理论塔板高度理论塔板高度。它越小，也表示柱效。它越小，也表示柱效能越高。能越高。第七十三页，讲稿共一百一十二页哦2有效塔板数有效塔板数n有效有效：在计算理论塔板数的式子中使用的是保留时在计算理论塔板数的式子中使用的是保留时间，它包括了死时间，间，它包括了死时间，它与组分在柱内的分配无它与组分在柱内的分配无关，因此不能真正反映色谱柱的柱效关，因此不能真正反映色谱柱的柱效。为此，引入。为此，引入了有效塔板数的概念。了有效塔板数的概念。同理有效塔板高度为：同理有效塔板高度为：第七十四页，讲稿共一百一十二页哦例例:在在2m 5%2m 5%阿皮松红色硅烷化担体柱上，柱温阿皮松红色硅烷化担体柱上，柱温100100，记录纸速为，记录纸速为2cm/min2cm/min，测得苯的保留时间为，测得苯的保留时间为1.5min1.5min，W W1/21/2=0.2cm=0.2cm，求理论塔板数及塔板高度。，求理论塔板数及塔板高度。第七十五页，讲稿共一百一十二页哦3.3.塔板理论的特点：塔板理论的特点：(1)1)当当色色谱谱柱柱长长度度一一定定时时，塔塔板板数数 n n 越越大大(塔塔板板高高度度 H H 越越小小)，被被测测组组分分在在柱柱内内被被分分配配的的次次数数越越多多，柱柱效效能能则则越越高，所得色谱峰越窄。高，所得色谱峰越窄。(2)(2)不不同同物物质质在在同同一一色色谱谱柱柱上上的的分分配配系系数数不不同同，用用有有效效塔塔板板数数和和有有效效塔塔板板高高度度作作为为衡衡量量柱柱效效能能的的指指标标时时，应应指指明明测测定定物质。物质。(3)(3)柱柱效效不不能能表表示示被被分分离离组组分分的的实实际际分分离离效效果果，当当两两组组分分的的分分配配系系数数 K K 相相同同时时，无无论论该该色色谱谱柱柱的的塔塔板板数数多多大大，都都无无法分离。法分离。(4)(4)塔板理论无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。塔板理论无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。第七十六页，讲稿共一百一十二页哦回忆1.1.色谱的分离原理色谱的分离原理2.2.基线；保留值的分类基线；保留值的分类3.3.色谱的分离原理（色谱的分离原理（就是利用待分离的各种组分在两相中的分配系数、吸附能力就是利用待分离的各种组分在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。）等亲和能力的不同来进行分离的。）4.4.选择因子选择因子、拖尾因子、拖尾因子T T、保留因子、保留因子k k、分离度、分离度R R5.5.色谱流出曲线的意义色谱流出曲线的意义6.6.分配系数、保留因子及它们之间的关系分配系数、保留因子及它们之间的关系7.7.选择因子与调整保留时间、分配系数、保留因子之间的选择因子与调整保留时间、分配系数、保留因子之间的关系关系8.8.保留因子保留因子k k 与保留比与保留比R R、保留时间之间的关系、保留时间之间的关系第七十七页，讲稿共一百一十二页哦9.9.踏板理论的假设踏板理论的假设10.10.踏板理论的优点与缺点踏板理论的优点与缺点11.11.踏板理论中组分转移过程符合的规律踏板理论中组分转移过程符合的规律12.12.色谱流出曲线方程中峰面积与半峰宽及峰色谱流出曲线方程中峰面积与半峰宽及峰高的关系高的关系13.13.塔板数、踏板高度与标准偏差、峰面积、塔板数、踏板高度与标准偏差、峰面积、半峰宽及保留时间的关系半峰宽及保留时间的关系14.14.有效塔板数、有效踏板高度与标准偏差、有效塔板数、有效踏板高度与标准偏差、峰面积、半峰宽及调整保留时间的关系峰面积、半峰宽及调整保留时间的关系第七十八页，讲稿共一百一十二页哦三速率理论三速率理论范娣姆特方程式：范娣姆特方程式：塔塔板板理理论论是是一一个个半半经经验验性性的的理理论论。它它定定性性的的给给出出了了板板高高的的概概念念，但但不不能能指指出出影影响响板板高高的的因因素素。速速率率理理论论就就是是在在塔塔板板理理论论的的基基础础上上，给给出了影响塔板高度的因素：出了影响塔板高度的因素：第七十九页，讲稿共一百一十二页哦 u u 为为流流动动相相线线速速度度；A A，B B，C C 为为常常数数，其其中中:A A 分别表示涡流扩散系数；分别表示涡流扩散系数；B B 分子扩散系数；分子扩散系数；C C 传传质质阻阻力力系系数数（包包括括气气相相和和液液相相传传质质阻力系数阻力系数)即即:C C=Cg Cg ClCl 该该式式从从动动力力学学角角度度很很好好地地解解释释了了影影响响板板高高（柱柱效效）的的各各种种因因素素！任任何何减减少少方方程程右右边边三三项数值的方法，都可降低项数值的方法，都可降低H H，从而提高柱效。，从而提高柱效。第八十页，讲稿共一百一十二页哦1.1.涡流扩散项涡流扩散项(A)(A)在在填填充充柱柱中中，由由于于受受到到固固定定相相颗颗粒粒的的阻阻碍碍，组组分分在在迁迁移移过过程程中中随随流流动动相相不不断断改改变变方方向向，形形成成紊紊乱乱的的“涡涡流流”：从从图图中中可可见见，因因填填充充物物颗颗粒粒大大小小及及填填充充的的不不均均匀匀性性同同一一组组分分运运行行路路线线长长短短不不同同流流出出时时间间不不同同峰形展宽。展宽程度以峰形展宽。展宽程度以A A表示：表示：A A=2=2 d dp p其其中中d dp p填填充充物物平平均均直直径径；填填充充不不规规则则因子。因子。可可见见，使使用用细细粒粒的的固固定定相相并并填填充充均均匀匀可可减减小小A A，提提高高柱柱效效。对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0A=0。流动方向第八十一页，讲稿共一百一十二页哦第八十二页，讲稿共一百一十二页哦2.2.分子扩散项分子扩散项(B/u B/u)分分子子纵纵向向扩扩散散是是由由于于浓浓度度梯梯度度引引起起的的。当当样样品品被被注注入入色色谱谱柱柱时时，它它呈呈“塞塞子子”状状分分布布。随随着着流流动动相相的的推推进进,“,“塞塞子子”因因浓浓度度梯梯度度而而向向前前后后自自发发地地扩扩散散,使使谱谱峰峰展展宽宽。其大小为其大小为B B=2=2 D D 称称为为弯弯曲曲因因子子，它它表表示示固固定定相相几几何何形形状状对对自自由由分分子子扩扩散散的的阻阻碍碍情情况况;=1=1(空空心心柱柱)；1 1 (填填充充柱柱)；硅藻土柱；硅藻土柱:=0.5=0.50.70.7D D组组分分在在流流动动相相中中的的扩扩散散系系数数。流流动动相相为为气气体体或或液液体时，分别以体时，分别以D Dg g 或或D Dm m 表示；表示；第八十三页，讲稿共一百一十二页哦 讨论：讨论：分子量大的组分，分子量大的组分，D Dg g小，即小，即B B 小；小；D Dg g 随柱温升高而增加；即随柱温升高而增加；即B B 增大；增大；流动相分子量大，流动相分子量大，D Dg g 小，即小，即 B B 小；小；u u 增加，组分停留时间短，纵向扩散增加，组分停留时间短，纵向扩散小；小；（B/uB/u）对于液相色谱，因对于液相色谱，因D Dm m 较小较小(M(Mm m较大较大)，B B 项可勿略。项可勿略。减减小小分分子子扩扩散措施散措施:球状颗粒球状颗粒;大大分分子子量量流流动相；动相；适适当当增增加加流流速；速；短柱；短柱；低温。低温。第八十四页，讲稿共一百一十二页哦3.3.传质阻力项传质阻力项(Cu Cu)物物质质系系统统由由于于浓浓度度不不均均匀匀而而发发生生的的物物质质迁迁移移过过程程，称称为为传质。传质。影响这个过程进行速度的阻力，叫影响这个过程进行速度的阻力，叫传质阻力。传质阻力。因因传传质质阻阻力力的的存存在在，使使分分配配不不能能“瞬瞬间间”达达至至平平衡衡，因因此此产产生生峰峰形形展展宽宽。气气相相色色谱谱和和液液相相色色谱谱二二者者传传质质过过程程不不完完全全相同。分别作讨论。相同。分别作讨论。（1 1）气气液液色色谱谱：传传质质阻阻力力项项C C 包包括括气气相相传传质质阻阻力力系系数数C Cg g和和液相传质阻力系数液相传质阻力系数C Cl l。第八十五页，讲稿共一百一十二页哦流动相流动相固液界面固液界面固定液固定液组分分子组分分子ClCg第八十六页，讲稿共一百一十二页哦讨论：讨论：减小填充颗粒直径减小填充颗粒直径dp；采用分子量小的流动相，会使采用分子量小的流动相，会使Dg增加；增加；减小液膜厚度减小液膜厚度df，Cl下降。下降。但此时但此时k又减小。又减小。因因此此，当当保保持持固固定定液液含含量量不不变变时时，可可通通过过增增 加加固固定定液液载载体体的的比比表表面面来来降降低低df。但但比比表表面面过过大大又会因吸附过强使峰拖尾。又会因吸附过强使峰拖尾。增增加加柱柱温温，可可增增加加Dl，但但k值值也也减减小小，为为保保持持合合适适Cl值，应控制柱温。值，应控制柱温。第八十七页，讲稿共一百一十二页哦（2 2）液）液-液色谱：液色谱：C C=C Cm mC CsmsmC Cs s式中式中:C Cmm 组分在流动相中的传质阻抗系数组分在流动相中的传质阻抗系数 C Csmsm 组分在静态流动相中的传质阻抗系数组分在静态流动相中的传质阻抗系数 C Cs s 组分在固定相中的传质阻抗系数组分在固定相中的传质阻抗系数 所所谓谓静静态态传传质质阻阻抗抗是是分分子子进进入入固固定定相相深深孔孔中中的的静静态态 流流 动动 相相 中中，相相 对对 晚晚 回回 到到 流流 动动 相相，而而 引引 起起 的的 峰峰 扩扩 张张。流动相流动相Csm第八十八页，讲稿共一百一十二页哦 讨论：讨论：流动相传质阻力包括两方面流动相传质阻力包括两方面:（1 1）流流动动相相中中的的传传质质阻阻力力C Cm m。与与填填充充物物大大小小d dp p、扩扩散散系系数数(D Dm m)、微微孔孔大小及其数量等有关。大小及其数量等有关。降降低低流流动动相相传传质质阻阻力力的的方方法法有有：细细颗颗粒粒固固定