仪器分析第讲 色谱法引论精.ppt

仪器分析第讲 色谱法引论2022/10/25第1页，本讲稿共53页一、一、色谱法的特点、分类和作用色谱法的特点、分类和作用 1.1.概述概述 分离、分析混合物最有效的方法。分离、分析混合物最有效的方法。俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在1901901 1年使用的装置：年使用的装置：色谱原型装置，如图。色谱原型装置，如图。色谱法首先是一种分离技术，同时也是一种分析色谱法首先是一种分离技术，同时也是一种分析技术。技术。试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中两相间不断进行着的分配过程离柱中两相间不断进行着的分配过程 其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为或液体），称为流动相流动相。2022/10/25第2页，本讲稿共53页 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。与检测。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础2022/10/25第3页，本讲稿共53页2.2.色谱法分类色谱法分类 (1)(1)气相色谱气相色谱：流动相为气体（称为载气）。流动相为气体（称为载气）。按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱2022/10/25第4页，本讲稿共53页(2)(2)液相色谱液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同不同pHpH值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。2022/10/25第5页，本讲稿共53页(3)(3)其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。测聚合物分子量分布。超临界色谱超临界色谱:CO2流动相。流动相。高效毛细管电泳高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析合生物试样分析分离的高效分析仪器。仪器。2022/10/25第6页，本讲稿共53页3.3.色谱法的特点色谱法的特点（1 1）分离效率高）分离效率高）分离效率高）分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2 2）灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出可以检测出可以检测出g.gg.g-1-1(10(10-6-6)级甚至级甚至级甚至级甚至ng.gng.g-1-1(10(10-9-9)级的物质量。级的物质量。级的物质量。级的物质量。（3 3）分析速度快分析速度快分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4 4）应用范围广应用范围广应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于400400的各种有机或无机试样的分析的各种有机或无机试样的分析的各种有机或无机试样的分析的各种有机或无机试样的分析 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。不足之处：不足之处：被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。2022/10/25第7页，本讲稿共53页气固色谱的固定相气固色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相气液色谱的固定相:由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液两相间的反复多次分配过程。气液两相间的反复多次分配过程。二、色谱分离过程二、色谱分离过程 色色谱谱分分离离过过程程是是在在色色谱谱柱柱内内完完成成的的。以以气气相相色色谱谱为为例例，气气固固色色谱谱和和气气液色谱，两者的分离机理不同。液色谱，两者的分离机理不同。2022/10/25第8页，本讲稿共53页1.1.气相色谱分离过程气相色谱分离过程 当当试试样样由由载载气气携携带带进进入入色色谱谱柱柱与与固固定定相相接接触触时时，被被固固定定相相溶溶解解或或吸吸附附;随随着着载载气气的的不不断断通通入入，被被溶溶解解或或吸吸附附的的组组分分又又从从固固定定相相中中挥挥发发或脱附或脱附;挥挥发发或或脱脱附附下下的的组组分分随随着着载载气气向向前前移移动动时时又又再再次次被被固固定定相相溶溶解解或或吸吸附附;随随着着载载气气的的流流动动，溶溶解解、挥挥发发，或或吸吸附附、脱脱附附的的过过程程反复地进行。反复地进行。2022/10/25第9页，本讲稿共53页2.2.分配系数分配系数（partion factor）K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。过程叫做分配过程。分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为分配系数，用比，称为分配系数，用K 表示，即：表示，即：2022/10/25第10页，本讲稿共53页分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，试样一定时，试样一定时，K K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K K不同；不同；不同；不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K K值是分离的基础；值是分离的基础；值是分离的基础；值是分离的基础；某组分的某组分的某组分的某组分的K K=0=0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。2022/10/25第11页，本讲稿共53页3.3.分配比分配比 （partion radio）k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：1.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是与与组组分分及及固固定定相相的的热热力力学学性性质质有有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。2.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对组组分分保保留留能能力力的的参参数数，数数值越大，该组分的保留时间越长。值越大，该组分的保留时间越长。3.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比也称：分配比也称：容量因子容量因子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；2022/10/25第12页，本讲稿共53页4.分配系数与分配比的关系分配系数与分配比的关系 式中式中为相比率为相比率，Vm/VS。Vm为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；VS为固定相体积。为固定相体积。是反映各种色谱柱柱型特点的又一个参数。是反映各种色谱柱柱型特点的又一个参数。填充柱填充柱：635；毛细管柱毛细管柱：501500。K=k.2022/10/25第13页，本讲稿共53页5.分配比分配比k与保留时间的关系与保留时间的关系 分分配配比比k k可可直直接接从从色色谱谱图图测测得得。若若组组分分和和流流动动相相通通过过长长度度为为L的的分分离柱，需要的时间分别为离柱，需要的时间分别为tr和和t0，则：则：2022/10/25第14页，本讲稿共53页三、色谱流出曲线与术语色谱流出曲线与术语1.1.基线基线 无无试试样样通通过过检检测测器器时时，检检测到的信号即为基线。测到的信号即为基线。2.2.保留值保留值 （1）时间表示的保留值）时间表示的保留值 保留时间（保留时间（tr）：）：组分组分从进样到柱后出现浓度极从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；大值时所需的时间；死时间（死时间（tM或或t0）：）：不与固定相作用的物质（如空气）的保不与固定相作用的物质（如空气）的保留时间；留时间；调整保留时间（调整保留时间（tr）：tr=trt0 2022/10/25第15页，本讲稿共53页（2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值 保留体积（保留体积（VR）：）：Vr =trF0F0为柱出口处的载气流速，为柱出口处的载气流速，单位：单位：m L /min。死体积（死体积（V0）：）：V0=t0 F0 调整保留体积调整保留体积(VR)：V r=Vr V0 2022/10/25第16页，本讲稿共53页3.3.相对保留值相对保留值r21（选择因子）（选择因子）组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比：r21=tr2 /tr1=Vr2/Vr1 相相相相对对对对保保保保留留留留值值值值只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，与与其其他他色色谱谱操操作作条条件件无无关关，它它表表示示了了固固定定相相对对这这两两种种组组分分的的选选择择性性，又又称称选选择择因因子子，广广广广泛泛泛泛用用用用作作作作色色色色谱定性的依据！谱定性的依据！谱定性的依据！谱定性的依据！2022/10/25第17页，本讲稿共53页4.4.分配系数分配系数 K K 及分配比及分配比 k k 与选择因子与选择因子的关系的关系对对A、B两组分的选择因子，用下式表示：两组分的选择因子，用下式表示：=t r (B)/t r (A)=k(B)/k(A)=K(B)/K(A)通过选择因子通过选择因子通过选择因子通过选择因子 把实验测量值把实验测量值把实验测量值把实验测量值k k与热力学性质的分与热力学性质的分与热力学性质的分与热力学性质的分配系数配系数配系数配系数KK直接联系起来，直接联系起来，直接联系起来，直接联系起来，对固定相的选择具有实际对固定相的选择具有实际对固定相的选择具有实际对固定相的选择具有实际意义。意义。意义。意义。如果两组分的如果两组分的如果两组分的如果两组分的KK或或或或k k值相等，则值相等，则值相等，则值相等，则=1=1，两个组分的，两个组分的，两个组分的，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。色谱峰必将重合，说明分不开。色谱峰必将重合，说明分不开。色谱峰必将重合，说明分不开。两组分的两组分的两组分的两组分的KK或或或或k k值相差越大，则分离得越好。值相差越大，则分离得越好。值相差越大，则分离得越好。值相差越大，则分离得越好。两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。件。件。件。2022/10/25第18页，本讲稿共53页5.5.区域宽度区域宽度 用用来来衡衡量量色色谱谱峰峰宽宽度度的的参参数数，有有三种表示方法三种表示方法：（1）标标准准偏偏差差()：即即0.607倍倍峰峰高高处色谱峰宽度的一半。处色谱峰宽度的一半。（2）半半峰峰宽宽(Y1/2或或W1/2)：色色谱谱峰峰高高一半处的宽度一半处的宽度W1/2=2.354 （3）峰底宽峰底宽(Wb)：Wb=4 2022/10/25第19页，本讲稿共53页6.6.色谱流出曲线的数学描述色谱流出曲线的数学描述 色色谱谱峰峰为为正正态态分分布布时时，色色谱谱流流出出曲曲线线上上的的浓浓度度与与时时间间的的关关系为：系为：2022/10/25第20页，本讲稿共53页第二节第二节 色谱理论基础色谱理论基础一、塔板理论一、塔板理论plate theory二、二、速率理论速率理论rate theory三、三、分离度分离度resolution Fundamental of chromatograph theory 2022/10/25第21页，本讲稿共53页色谱理论色谱理论 色色谱谱理理论论需需要要解解决决的的问问题题：色色谱谱分分离离过过程程的的热热力力学学和和动动力力学学问问题题。影影响响分分离离及及柱柱效效的的因因素素与与提提高高柱柱效效的的途途径径，柱柱效效与与分分离离度度的的评价指标及其关系。评价指标及其关系。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；：色谱过程的热力学因素控制；（组分和固定液的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；：色谱过程的动力学因素控制；（两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理论；两种色谱理论：塔板理论和速率理论；2022/10/25第22页，本讲稿共53页一、塔板理论一、塔板理论-柱分离效能指标柱分离效能指标 1.1.塔板理论塔板理论（plate theory）半经验理论；半经验理论；将将色色谱谱分分离离过过程程比比拟拟作作精精馏馏过过程程，将将连连续续的的色色谱谱分分离离过过程程分分割割成成多多次次的的平平衡衡过过程程的的重重复复 （类类似似于精馏塔塔板上的平衡过程）。于精馏塔塔板上的平衡过程）。2022/10/25第23页，本讲稿共53页塔板理论的假设塔板理论的假设塔板理论的假设塔板理论的假设 1.在在柱柱内内一一小小段段长长度度H内内，组组分分可可以以在在两两相相间间迅迅速速达达到到平平衡衡。这这一一小小段段柱柱长长称称为为理理论论塔塔板板高高度度H。2.以以气气相相色色谱谱为为例例，载载气气进进入入色色谱谱柱柱不不是是连连续续进进行行的的，而而是是脉脉动动式式，每每次次进进气气为为一一个个塔塔板体积（板体积（Vm）。）。3.所所有有组组分分开开始始时时存存在在于于第第0号号塔塔板板上上，而而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。4.分分配配系系数数在在所所有有塔塔板板上上是是常常数数，与与组组分分在某一塔板上的量无关。在某一塔板上的量无关。2022/10/25第24页，本讲稿共53页色谱柱长：色谱柱长：L，虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：H色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n 则三者的关系为：则三者的关系为：n=L/H理论塔板数与色谱参数之间的关系（理论塔板数与色谱参数之间的关系（重要公式重要公式重要公式重要公式）：）：2022/10/25第25页，本讲稿共53页2.2.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。组组组组分分分分在在在在t t0 0时时时时间间间间内内内内不不不不参参参参与与与与柱柱柱柱内内内内分分分分配配配配。需需需需引引引引入入入入有有有有效效效效塔塔塔塔板板板板数数数数和和和和有效塔板高度：有效塔板高度：有效塔板高度：有效塔板高度：（重要公式重要公式重要公式重要公式）2022/10/25第26页，本讲稿共53页3.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足 (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 越越大大(塔塔板板高高度度 H 越越小小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。(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效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。2022/10/25第27页，本讲稿共53页3.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足 (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相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。(4)塔塔板板理理论论无无法法解解释释同同一一色色谱谱柱柱在在不不同同的的载载气气流流速速下下柱柱效效不不同同的的实实验验结结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。2022/10/25第28页，本讲稿共53页二、二、速率理论速率理论-影响柱效的因素影响柱效的因素1.1.速率方程（也称范速率方程（也称范.弟姆特方程式）弟姆特方程式）H=A+B/u+Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度，u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)减小减小A、B、C三项可提高柱效；三项可提高柱效；存在着最佳流速；存在着最佳流速；A、B、C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？2022/10/25第29页，本讲稿共53页A涡流扩散项涡流扩散项 A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子固定相的填充不均匀因子 固固定定相相颗颗粒粒直直径径dp，填填充充的的越越均均匀匀，则则A，H，柱柱效效n。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。2022/10/25第30页，本讲稿共53页B/u 分子扩散项分子扩散项 B=2 Dg：弯弯曲曲因因子子，反反映映了了固固定定相相颗颗粒粒的的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。Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2s-1）(1)存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差分离变差;(3)分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散;(4)扩散系数：扩散系数：Dg(M载气载气)-1/2；M载气载气，B值值。2022/10/25第31页，本讲稿共53页 k为容量因子；为容量因子；Dg、DL为扩散系数。为扩散系数。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。C u 传质阻力项传质阻力项对GC，传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL即：即：C=（Cg+CL）2022/10/25第32页，本讲稿共53页2.2.载气流速与柱效载气流速与柱效最佳流速最佳流速载气流速高时：载气流速高时：传传质质阻阻力力项项是是影影响响柱柱效效的的主主要要因因素素，流速流速，柱效，柱效。载气流速低时：载气流速低时：分分子子扩扩散散项项成成为为影影响响柱柱效效的的主主要要因素，因素，流速流速,柱效柱效 。H-u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速：由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。值。以塔板高度以塔板高度H对应载气流速对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为作图，曲线最低点的流速即为最最佳流速佳流速。2022/10/25第33页，本讲稿共53页3.3.速率理论的要点速率理论的要点 (1)(1)组组分分分分子子在在柱柱内内运运行行的的多多路路径径与与涡涡流流扩扩散散、浓浓度度梯梯度度所所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谱峰峰扩扩展展柱柱效效下下降降的的主主要要原原因。因。(2)(2)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、液液膜膜厚厚度及载气流速可提高柱效。度及载气流速可提高柱效。2022/10/25第34页，本讲稿共53页3.3.速率理论的要点速率理论的要点 (3)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选选择择提提供供了了理理论论指指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。(4)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响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。2022/10/25第35页，本讲稿共53页三、三、分离度（分辨率）分离度（分辨率）塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。难难难难分分分分离离离离物物物物质质质质对对对对的的的的分分分分离离离离度度度度大大大大小小小小受受受受色色色色谱谱谱谱过过过过程程程程中中中中两两两两种种种种因因因因素素素素的的的的综综综综合合合合影影影影响响响响：保保保保留留留留值之差值之差值之差值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；区域宽度区域宽度区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：2022/10/25第36页，本讲稿共53页讨论：讨论：色谱分离中的四种情况的讨论：色谱分离中的四种情况的讨论：色谱分离中的四种情况的讨论：色谱分离中的四种情况的讨论：柱效较高，柱效较高，柱效较高，柱效较高，K K(分配系数分配系数分配系数分配系数)较大较大较大较大,完全分离；完全分离；完全分离；完全分离；K K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，柱效较低，柱效较低，K K较大较大较大较大,但分离的不好；但分离的不好；但分离的不好；但分离的不好；K K小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离效果更差。2022/10/25第37页，本讲稿共53页分离度的表分离度的表达式达式：R=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度：分离程度98%；R=1.5：达：达99.7%，相邻两峰完全分离的标准，相邻两峰完全分离的标准2022/10/25第38页，本讲稿共53页 R R的定义并未反映影响分离度的诸因素。的定义并未反映影响分离度的诸因素。实际上，实际上，R R受柱效受柱效n n、相对保留值、相对保留值r r2121 （选（选择因子择因子a a ）和容量因子）和容量因子k k三个参数的控制，它三个参数的控制，它们之间的关系可以用们之间的关系可以用基本色谱分离方程式基本色谱分离方程式来来表示。表示。四、基本色谱分离方程式四、基本色谱分离方程式2022/10/25第39页，本讲稿共53页推导可得推导可得基本色谱分离方程式：基本色谱分离方程式：2022/10/25第40页，本讲稿共53页式中式中，a为选择性因子，为选择性因子，a=r21或：或：2022/10/25第41页，本讲稿共53页 在实际应用中，往往用在实际应用中，往往用neff 代替代替n，可得基本色谱，可得基本色谱分离方程式的又一表达式分离方程式的又一表达式：或：或：2022/10/25第42页，本讲稿共53页或上式更加常用！上式更加常用！2022/10/25第43页，本讲稿共53页1、分离度与柱效的关系、分离度与柱效的关系 当固定相确定，被分离物质对的当固定相确定，被分离物质对的当固定相确定，被分离物质对的当固定相确定，被分离物质对的 确定后，分离度将取确定后，分离度将取确定后，分离度将取确定后，分离度将取决于决于决于决于n n n n。这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即正比，即正比，即正比，即 (R(R1 1/R/R2 2)2 2=n=n1 1/n/n2 2=L=L1 1/L/L2 2 说明用长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。说明用长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。说明用长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。说明用长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子，通过降低板高，以提高分离度。柱子，通过降低板高，以提高分离度。柱子，通过降低板高，以提高分离度。柱子，通过降低板高，以提高分离度。2022/10/25第44页，本讲稿共53页2.2.分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系 由基本色谱方程式判断，当由基本色谱方程式判断，当由基本色谱方程式判断，当由基本色谱方程式判断，当 =1=1=1=1时，时，时，时，R=0R=0R=0R=0。这时，无。这时，无。这时，无。这时，无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，大，选择性好。大，选择性好。大，选择性好。大，选择性好。一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有效增大柱温，可有效增大柱温，可有效增大柱温，可有效增大 值。值。值。值。2022/10/25第45页，本讲稿共53页2.2.分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系 增大增大增大增大 是提高分离度的最有效方法。是提高分离度的最有效方法。是提高分离度的最有效方法。是提高分离度的最有效方法。研究证明研究证明研究证明研究证明 的微小变化，就能引起分离度的显著变化。的微小变化，就能引起分离度的显著变化。的微小变化，就能引起分离度的显著变化。的微小变化，就能引起分离度的显著变化。计算可知，在相同分离度下，当计算可知，在相同分离度下，当计算可知，在相同分离度下，当计算可知，在相同分离度下，当 增加一倍，需要的增加一倍，需要的增加一倍，需要的增加一倍，需要的n n n n有效有效有效有效减小减小减小减小10000100001000010000倍。倍。倍。倍。增大增大增大增大 的最有效方法是选择合适的固定液的最有效方法是选择合适的固定液的最有效方法是选择合适的固定液的最有效方法是选择合适的固定液。2022/10/25第46页，本讲稿共53页 在实际中，基本色谱分离方程式是很在实际中，基本色谱分离方程式是很有用的公式，它将柱效、选择因子、分有用的公式，它将柱效、选择因子、分离度三者的关系联系起来了，知道其中离度三者的关系联系起来了，知道其中两个指标，就可以计算出第三个指标。两个指标，就可以计算出第三个指标。五、基本色谱分离方程式的应用五、基本色谱分离方程式的应用2022/10/25第47页，本讲稿共53页例题例题1：有有一一根根1m长长的的柱柱子子，分分离离组组分分1和和2，得得到到如如下下图图所所示示的的色色谱谱图图。图图中中，横横坐坐标标l为为记记录录笔笔走走纸纸距距离离，若若欲欲得得到到R=1.2的的分分离离度度，有有效效塔塔板板数数应应为为多多少少？色色谱谱柱柱要要加加到到多长？多长？2022/10/25第48页，本讲稿共53页解：先求出组分解：先求出组分2对组分对组分1的相对保留值的相对保留值r2,1，即，即值：值：由式（由式（15.39），求分离度），求分离度R：2022/10/25第49页，本讲稿共53页由式（由式（由式（由式（15.2715.27），求有效塔板数），求有效塔板数），求有效塔板数），求有效塔板数n neffeff：若若若若使使使使R R=1.2=1.2，所所所所需需需需塔塔塔塔板板板板数数数数可可可可由式（由式（由式（由式（15.4315.43）计算，即：）计算，即：）计算，即：）计算，即：因此，欲使分离度因此，欲使分离度因此，欲使分离度因此，欲使分离度R R达到达到达到达到1.21.2，需有效塔板数为，需有效塔板数为，需有效塔板数为，需有效塔板数为27882788块，则所需柱长为：块，则所需柱长为：块，则所需柱长为：块，则所需柱长为：2022/10/25第50页，本讲稿共53页例题例题2：在在一一定定条条件件下下，两两个个组组分分的的调调整整保保留留时时间间分分别别为为85秒秒和和100秒秒，要要达达到到完完全全分分离离，即即R=1.5 。计计算算需需要要多多少少块块有效塔板。若填充柱的塔板高度为有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？柱长是多少？解：解：r21=100/85=1.18 n有效有效 =16R2 /(-1)2 =161.52(1.18/0.18)2=1547（块）块）L有效有效 =n有效有效H有效有效 =15470.1=155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，米时，两组分可以得到完全分离。两组分可以得到完全分离。2022/10/25第51页，本讲稿共53页例题例题3：在在一一定定条条件件下下，柱柱长长1m，柱柱效效n3600，两两个个组组分分的的保保留留时时间间分分别别为为12.2s和和12.8s，计计算算分分离离度度。要要达达到到完完全全分分离离，即即R=1.5，计计算算需要的柱长。需要的柱长。解：解：据据P308（15.26式），有式），有分离度分离度：2022/10/25第52页，本讲稿共53页P316：上交的作业：习题习题 5；6；7；17不不上交的作业：习题习题 14；11；13；18；192022/10/25第53页，本讲稿共53页