第十二章 色谱分析法 (2)优秀PPT.ppt

第十二章 色谱分析法1第一页，本课件共有86页 概概 述述 气相色谱理论基础气相色谱理论基础 气气 相相 色色 谱谱 法法 色谱分离方法的选择色谱分离方法的选择色谱分离方法的选择色谱分离方法的选择 高高 效效 液液 相相 色色 谱谱 法法2第二页，本课件共有86页1、色谱法的产生、色谱法的产生 色谱法是一种分离技术，它色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特是俄国植物学家茨维特1906年创年创立的。分离植物叶子中的色素时，立的。分离植物叶子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充提取液倒入玻璃管中，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）。色，用纯石油醚洗脱（淋洗）。色素受两种作用力影响素受两种作用力影响一、色谱分析法简介一、色谱分析法简介12(1)-1 概述 3第三页，本课件共有86页（1）一种是）一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中吸附，使色素在柱中停滞下来停滞下来（2）一种是被石油醚溶解，使色素向下移）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动动 各种色素结构不同，受两种作用力大各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在小不同，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，柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱法。这种分离方法称为色谱法。4第四页，本课件共有86页Tsweet的实验的实验5第五页，本课件共有86页12-1 概述 6第六页，本课件共有86页12-1 概述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 石油醚石油醚色谱法：色谱法：混合物在流动相的携带下通过色谱柱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。分离出几种组分的方法。流动相流动相液体液体 流的速度慢，加流的速度慢，加压，使其流快，压，使其流快，1969年年HPLC发展，高压液相发展，高压液相色谱。色谱。气体气体 1952年产生年产生气相色谱，是色气相色谱，是色谱法一项革命性谱法一项革命性进展。进展。7第七页，本课件共有86页12-1 概述固定相固定相：（1）固体吸附剂：）固体吸附剂：CaCO3、Al 2O3等等（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高沸点有机化合物，涂在载体上）合物，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配系数或吸附能力的差分离：利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异进行分离异进行分离8第八页，本课件共有86页 随着被分离样品种类的增多，该方法随着被分离样品种类的增多，该方法广泛地用于无色物质的分离，广泛地用于无色物质的分离，“色谱色谱”名名称中的称中的“色色”失去了原有的意义，但失去了原有的意义，但“色色谱谱”这一名称沿用至今。这一名称沿用至今。9第九页，本课件共有86页我国情况我国情况我国在色谱分析领域的研究起于我国在色谱分析领域的研究起于1954年，由中年，由中国科学院大连化学物理研究所首先开发。经过几国科学院大连化学物理研究所首先开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术研究方面具有特色，居世界领先行列。研究方面具有特色，居世界领先行列。10第十页，本课件共有86页12-1 概述4、特点：、特点：（1）分离效能高）分离效能高（2）灵敏度高）灵敏度高（3）分析速度快）分析速度快（4）应用范围广）应用范围广11第十一页，本课件共有86页二、色谱分析法分类二、色谱分析法分类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）气固色谱：气体作流动相，固体吸附剂作固定相。）气固色谱：气体作流动相，固体吸附剂作固定相。（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。12第十二页，本课件共有86页液相色谱液相色谱液体作流动相液体作流动相（1）液固色谱：液体作流动相，固体吸附剂作固体相。）液固色谱：液体作流动相，固体吸附剂作固体相。（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。13第十三页，本课件共有86页2、按操作形式分类、按操作形式分类（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）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一一定定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。（3）薄层色谱：）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。二、色谱分二、色谱分析法分类析法分类14第十四页，本课件共有86页 3、按分离原理分类、按分离原理分类 （1）吸吸附附色色谱谱：利利用用吸吸附附剂剂表表面面对对被被分分离离的的各各组分吸附能力不同进行分离。组分吸附能力不同进行分离。（2）分分配配色色谱谱：利利用用不不同同组组分分在在两两相相分分配配系系数或溶解度不同进行分离。数或溶解度不同进行分离。（3）离离子子交交换换色色谱谱：利利用用不不同同组组分分对对离离子子交交换剂亲和力不同进行分离。换剂亲和力不同进行分离。（4）凝胶色谱：）凝胶色谱：利用凝胶对分子的大小和形状利用凝胶对分子的大小和形状不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。谱法。二、色谱分析法分类二、色谱分析法分类15第十五页，本课件共有86页 12(1)-2 色谱图及色谱常用术语色谱图及色谱常用术语一、色谱图一、色谱图 混混合合物物样样品品（A+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随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。号随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。记录了各个组分流出色谱柱的情况，记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线又叫色谱流出曲线16第十六页，本课件共有86页二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 17第十七页，本课件共有86页1、基基线线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出的的曲曲线线叫叫基基线。线。稳稳定定情情况况下下，一条直线。一条直线。基基线线上上下下波波动称为噪音。动称为噪音。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 18第十八页，本课件共有86页2、色谱峰的高度、色谱峰的高度h（1）峰高）峰高h 色谱峰最高点与基线之间的色谱峰最高点与基线之间的距离距离，可用，可用mm,mV，mA表示。峰高低表示。峰高低与组分浓度有关，峰越高越窄越好。与组分浓度有关，峰越高越窄越好。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 h19第十九页，本课件共有86页3.色谱峰的宽度色谱峰的宽度标准偏差标准偏差 峰高峰高0.607倍处的色谱峰宽的一半。倍处的色谱峰宽的一半。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 20第二十页，本课件共有86页q峰峰底底宽宽Wb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离距离 Wb=4 q 半半峰峰宽宽W1/2峰峰高高一一半半处处色色谱谱峰峰的的宽宽度度 W1/2=2.354 Wb=4 W1/2=0.589Wb Wb21第二十一页，本课件共有86页 4.色谱峰面积色谱峰面积A 色谱峰与峰底所围的面积。色谱峰与峰底所围的面积。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 二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 22第二十二页，本课件共有86页5.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，组分的保留值是个定值。组分的保留值是个定值。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 23第二十三页，本课件共有86页（1）死死时时间间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色谱柱所需的时间。经色谱柱所需的时间。从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。气气相相色色谱谱惰惰性性气气体体（空空气气、甲甲烷烷等等）流流出出色色谱谱柱柱所所需的时间。需的时间。5.色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据t024第二十四页，本课件共有86页(2)保保留留时时间间tR 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，定定性参数。性参数。25第二十五页，本课件共有86页（3）调调整整保保留留时时间间tR扣扣除除了了死死时时间间的的保保留留时时间间。tR=tR-t0又又称称校校正正保保留留时时间间，实实际际保保留时间。留时间。tR体体现现的的是是组组分分在在柱柱中中被被吸吸附附或溶解的时间。或溶解的时间。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 tR26第二十六页，本课件共有86页保留值用体积表示：保留值用体积表示：（4）死死体体积积V0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，色谱柱中载气所占的体积。积，色谱柱中载气所占的体积。V0=t 0F0 柱柱后后出出口口处处流流动动相相的的体体积积流流速速mL/min 27第二十七页，本课件共有86页（5）保保留留体体积积VR 组组分分从从进进样样开开始始到到色色谱谱柱柱后后出出现现最最大大值值时时所所需需流流动动相相体体积积，组组分分通通过过色色谱谱柱柱时时所需流动相体积所需流动相体积 VR=t RF 0（6）调调整整保保留留体体积积VR扣扣除除了了死死体体积积的的保保留留体体积积，真真实实的的将将待待测测组组分分从从固固定定相相中中携携带带出出柱柱子子所所需需的的流动相体积。流动相体积。VR=tRF 0 二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 V0、t0与被测组分无关，因而与被测组分无关，因而VR.tR更合理更合理地反映了物质在柱中的保留情况。地反映了物质在柱中的保留情况。28第二十八页，本课件共有86页（7）相相对对保保留留值值2，1或或i,s 在在相相同同操操作作条条件件下下，组组分分2或或组组分分i对对另另一一参参比比组组分分1或或s调整保留值之比调整保留值之比二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 29第二十九页，本课件共有86页概念、表示方法及计算公式汇总概念、表示方法及计算公式汇总表表-130第三十页，本课件共有86页色谱曲线的意义：色谱曲线的意义：色谱峰数色谱峰数=样品中单组份的最少个数；样品中单组份的最少个数；色谱保留值色谱保留值定性依据；定性依据；色谱峰高或面积色谱峰高或面积定量依据；定量依据；色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱柱分离效色谱柱分离效能评价指标；能评价指标；色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相选择是否固定相或流动相选择是否合适的依据。合适的依据。31第三十一页，本课件共有86页三、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采用用分配系数分配系数K和分配比和分配比k来表示。来表示。K随随T变化，与固定相、流动相的体积无关变化，与固定相、流动相的体积无关=cs/cm组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度K=1、分配系数、分配系数 K(浓度分配系数浓度分配系数)32第三十二页，本课件共有86页2、分配比、分配比k(又叫容量因子，容量比又叫容量因子，容量比)组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量 =ms/mm=svs/mvm=K vs/vm k=k=tR/t0=(tR-t0)/t0 k=VR/V0=(VR-V0)/V0经推导得经推导得k与与tR之间的关系：之间的关系：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33第三十三页，本课件共有86页总结：总结：（1）色谱峰的位置即保留值）色谱峰的位置即保留值进行定性分析。进行定性分析。（2）色谱峰的）色谱峰的h.A 进行定量分析。进行定量分析。（3）色谱峰的位置及峰的宽度）色谱峰的位置及峰的宽度可评价色谱可评价色谱 柱效的高度。柱效的高度。34第三十四页，本课件共有86页 12(1)-3 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，色谱技术发展年代，色谱技术发展的初期，的初期，Martin等人把色谱等人把色谱分离过程比作分馏过程，并把分离过程比作分馏过程，并把分馏中的半经验理论分馏中的半经验理论塔板理塔板理论论用于色谱分析法。用于色谱分析法。35第三十五页，本课件共有86页 塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假设柱内有设柱内有n个塔板，每个塔板高度称为理个塔板，每个塔板高度称为理论塔板高度，论塔板高度，用用H表示，表示，在每个塔板内，试在每个塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，挥样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱个理论并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱分离和一般的分馏塔分离有着重大的差别，但分离和一般的分馏塔分离有着重大的差别，但是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直沿用。沿用。一、塔板理论一、塔板理论36第三十六页，本课件共有86页一、塔板理论一、塔板理论 对对一一个个色色谱谱柱柱来来说说，若若色色谱谱柱柱长长度度固固定定L，每每一一个个塔塔板板高高度度H越越小小，塔塔板板数数目目越越多多，分分离离的的效效果果越好，柱效越高。塔板数用越好，柱效越高。塔板数用n 表示。表示。n=L/H 或或 H=L/n H越越小小，n越越多多，分分离离效效果果越越好好，用用 H,n 评价柱效。评价柱效。由塔板理论导出由塔板理论导出n与与Wb，W 1/2 的关系。的关系。*n=5.54(tR/W 1/2)2 =16(tR/Wb)2 37第三十七页，本课件共有86页 有有时时n 大大，分分离离效效果果也也不不好好，因因用用tR 内内含含tm，后来改用有效塔板数。，后来改用有效塔板数。一、塔板理论一、塔板理论n 有效有效=5.54(tR/W 1/2)2 =16(tR/Wb)2 H有效有效n 有效有效塔板理论的成功之处，提出了塔板理论的成功之处，提出了计算理论塔板计算理论塔板高度、塔板数的公式及评价柱效的方法高度、塔板数的公式及评价柱效的方法，具，具有开创性，但有一定局限性有开创性，但有一定局限性。n理理=5.54(tR/W 1/2)2 =16(tR/Wb)2 H理理n 理理38第三十八页，本课件共有86页 前前面面已已知知，用用塔塔板板理理论论来来说说明明色色谱谱柱柱内内各各组组分分的的分分离离过过程程并并不不合合理理，因因为为色色谱谱柱柱内内并并没没有有塔塔板板。当当同同一一试试样样进进入入同同一一色色谱谱柱柱，当当流流动动相相速速度度变变化化时时，得得到到不不同同的的色色谱谱图图。测测得得的的 n 和和 H 也也不不同同，充充分分说说明明塔塔板理论不足以说明色谱柱的分离过程。板理论不足以说明色谱柱的分离过程。、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程 39第三十九页，本课件共有86页 1956年年，荷荷兰兰学学者者范范第第姆姆特特（VanDeomter）提提出出一一个个描描述述色色谱谱柱柱分分离离过过程程中中复复杂杂因因素素使使色色谱谱峰峰变变宽宽而而致致柱柱效效降降低低（即即：使使 H 增增大大）影影响响的的方方程程。此此方方程程经简化后写为经简化后写为:该式称为速率方程（范氏方程）。该式称为速率方程（范氏方程）。下面我们将对公式中的各项进行讨论下面我们将对公式中的各项进行讨论 u为流动相线速度cm.s-1，线速度=柱长/死时间、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程 40第四十页，本课件共有86页、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程（1）提提出出了了影影响响的的三三项项因因素素：涡涡流流扩扩散散项项，分分子子扩扩散项，散项，传质阻力项。传质阻力项。（2）在流动相流速一定时，）在流动相流速一定时，当、最小时，才小，当、最小时，才小，n 才最高，柱效高。才最高，柱效高。当、最大时，才大，当、最大时，才大，n 才最小，柱效低。才最小，柱效低。41第四十一页，本课件共有86页（1）涡流扩散项）涡流扩散项A 在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移在填充色谱柱中，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，使组分分子在前进中形成紊乱的类似动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡涡流流”的流动，故称涡流扩散。的流动，故称涡流扩散。42第四十二页，本课件共有86页 A2dp A与填充物的与填充物的平均直径平均直径dp的大小和填的大小和填充充不规则因子不规则因子有关。有关。减小减小：固定相颗粒应适当细小、均匀：固定相颗粒应适当细小、均匀填充要均匀。填充要均匀。（1）涡流扩散项）涡流扩散项A43第四十三页，本课件共有86页 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）44第四十四页，本课件共有86页 B2D 是填充柱内流动相扩散路径弯曲的是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，也称因素，也称弯曲因子弯曲因子，它反映了固定相的，它反映了固定相的几何形状对分子扩散的阻碍情况。几何形状对分子扩散的阻碍情况。D为组分在流动相中扩散系数（为组分在流动相中扩散系数（c m2s-1）。）。Dg气相扩散系数比液相扩散系数气相扩散系数比液相扩散系数Dm大的大的多（约多（约105倍）倍）（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）（纵向扩散项）45第四十五页，本课件共有86页 减小纵向扩散项减小纵向扩散项u u 采取措施：采取措施：适当提高流动相流速适当提高流动相流速u u，减小保留时间，减小保留时间 用相对分子质量较大的气体作流动相。用相对分子质量较大的气体作流动相。Dg Dg B2Dg 适当降低柱温适当降低柱温c.c.（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）（纵向扩散项）46第四十六页，本课件共有86页（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 s两项组成两项组成C Cm m 流流动动相相传传质质阻阻力力系系数数 组组分分从从流流动动相相移移动动到到固固定定相相表表面面进进行行两两相相之之间间的的质质量量交交换换时时所所受受到到的的阻阻力力，质量交换慢，引起色谱峰变宽。质量交换慢，引起色谱峰变宽。m47第四十七页，本课件共有86页Cs 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所受受到到的的阻力为固定相传质阻力。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48第四十八页，本课件共有86页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Cu49第四十九页，本课件共有86页为提高柱效，小，应注意以下几点：为提高柱效，小，应注意以下几点：）采用适当小而均匀的载体，柱填充应均匀。）采用适当小而均匀的载体，柱填充应均匀。）固定液液膜薄而均匀，并且不宜流失。）固定液液膜薄而均匀，并且不宜流失。）载载气气流流速速小小的的时时候候，u u是是影影响响的的主主要要因因素，选素，选r r大的载气，大的载气，；载载气气流流速速大大的的时时候候，C C u u是是影影响响的的主主要要因因素素，选选r r小的载气，小的载气，H H2 2，NeNe）采用适当的柱温。）采用适当的柱温。气相色谱 uDskkdDdkkuDdHfgpgp)1(32)1(01.02222222+=gl50第五十页，本课件共有86页 液相色谱液相色谱 51第五十一页，本课件共有86页HuGC（a）LC（b）GC（a）u有一最低点有一最低点u最佳最佳；u小小或或u大大，H都大都大LC（b）u没有最低点；没有最低点；u大大，H增大不多，因此可增大不多，因此可用较高的流速，提高分析速度用较高的流速，提高分析速度52第五十二页，本课件共有86页 可测三种流速对应的板高可测三种流速对应的板高H H，解三元一次方程，解三元一次方程，求出求出A A、B B、C C即可求出即可求出u u最佳最佳和和H H最小最小。实际工作中，为缩小分析时间，可选略高实际工作中，为缩小分析时间，可选略高u u最佳最佳的的流速，常用流速，常用u u最佳最佳。BCACBCCBBAC u最佳u最佳BAH2/+=+=+=最小CBu=最佳GC中最佳流速可通过实验和计算方法求得中最佳流速可通过实验和计算方法求得 将将 微分后得到微分后得到 53第五十三页，本课件共有86页二、色谱基本分离方程二、色谱基本分离方程、分离度、分离度色谱柱的总分离效能指标色谱柱的总分离效能指标 定定义义：相相邻邻两两个个峰峰的的保保留留值值之之差差与与两两峰峰宽宽度度平平均均值值之之比比v式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响，是色谱式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响，是色谱分离的分离的热力学因素热力学因素。v分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是 色谱分离的色谱分离的动力学因素动力学因素。v从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分 离越好。离越好。54第五十四页，本课件共有86页两个峰tR 相差越大，W越窄，值越大，说明柱分离较能高。.5 两个组分能完全分开。.0 两组分能分开，满足分析要求。.0 两峰有部分重叠。55第五十五页，本课件共有86页56第五十六页，本课件共有86页、分离度与柱效能，选择性的关系、分离度与柱效能，选择性的关系 柱柱效效能能指色谱柱在分离过程中的分离效能，常用n，来描述，n 越大，越小，柱效越高，对单个组分而言。对多个组分的分离来说，无法用n,H 来描述，n 大，小，几个峰未必分的开。选择性选择性描述两个相邻组分在同一固定相中热力学分布行为的重要参数，用r2,1相对保留值表示.r2,1越大，保留时间相差大，分离越好（但未考虑峰宽因素）57第五十七页，本课件共有86页、分离度与柱效能，选择性的关系、分离度与柱效能，选择性的关系 58第五十八页，本课件共有86页 n=5.54(tR/W1/2)2=16(tR/Wb)2 、分离度与柱效能，选择性的关系、分离度与柱效能，选择性的关系 59第五十九页，本课件共有86页a:a:柱柱效效项项：塔塔板板数数决决定定，n n 越越大大，柱柱效效越越高高分离的越好。分离的越好。、分离度与柱效能，选择性的关系、分离度与柱效能，选择性的关系 b b：选择性项：选择性项：r r2,12,1越大，越大，t tR R（）（）与与t tR R（1 1）相相差越大，分的越好。差越大，分的越好。C C：柱容量项柱容量项：k k大一些对分析有利大一些对分析有利;太大，太大，t tR R长，柱容量合适长，柱容量合适,分的才好。分的才好。一般一般k k 60第六十页，本课件共有86页以以n有效有效表示，则有：表示，则有：61第六十一页，本课件共有86页例题：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有效效塔塔板板。若若填填充充柱柱的的塔塔板板高高度度为为0.1 cm，柱柱长长是多少？是多少？解解：r21=100/85=1.18 n有有效效 =16R2 r21 /(r21 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。62第六十二页，本课件共有86页12124 4 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析一、定性分析一、定性分析 定性分析的任务是确定色谱图上各个峰代表定性分析的任务是确定色谱图上各个峰代表什么物质。什么物质。1.1.利用保留值与已知物对照定性利用保留值与已知物对照定性（1 1）利用保留时间定性）利用保留时间定性 在在相相同同色色谱谱条条件件下下，将将标标准准物物和和样样品品分分别别进进样，两者保留值相同，可能为同一物质。样，两者保留值相同，可能为同一物质。此此方方法法要要求求操操作作条条件件稳稳定定、一一致致，必必须须严严格格控控制操作条件，尤其是流速。制操作条件，尤其是流速。63第六十三页，本课件共有86页64第六十四页，本课件共有86页（2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性 若若样样品品复复杂杂，流流出出峰峰距距离离太太近近，或或操操作作条条件件不不易易控控制制，可可将将已已知知物物加加到到样样品品中中，混混合合进进样样，若若被被测组分峰高增加了，则可能含该已知物。测组分峰高增加了，则可能含该已知物。（3 3）利用双色谱系统定性）利用双色谱系统定性 通通过过改改变变色色谱谱条条件件来来改改变变分分离离选选择择性性，使使不不同同物物质质显显示示不不同同保保留留值值。例例：选选用用极极性性差差别别较较大大的的两两种种不不同同固固定定液液来来制制备备色色谱谱柱柱，不不同同物物质质具具有有不同保留值不同保留值65第六十五页，本课件共有86页2.2.与其它分析仪器联用的定性方法与其它分析仪器联用的定性方法小型化的台式色质谱联用仪（小型化的台式色质谱联用仪（GC-MSGC-MS；LC-MSLC-MS）色谱色谱-红外光谱仪联用仪；红外光谱仪联用仪；组分的结构鉴定组分的结构鉴定SampleSampleSampleSample 589058901.0 1.0 DEG/MIDEG/MIN NHEWLETTHEWLETTPACKARDPACKARDHEWLETHEWLETT T PACKARPACKARD D59725972A AMass Mass SelectivSelective e DetectoDetector rD DC CB BA A A AB BC CD DGas Chromatograph(GC)Gas Chromatograph(GC)Mass Spectrometer(MS)Mass Spectrometer(MS)SeparationSeparationIdentificationIdentificationB BA AC CD D66第六十六页，本课件共有86页二、定量分析二、定量分析 气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的响应信号与溶质的量成正比的原理响应信号与溶质的量成正比的原理，通过色谱图上，通过色谱图上的峰面积或峰高，计算样品中溶质的含量。的峰面积或峰高，计算样品中溶质的含量。m mi i=f=fi i A Ai i m mi i=f=fi ih hi i m mi i被测组分被测组分i i的质量，的质量，f fi i比例系数比例系数A Ai i、h hi i被测组分的峰面积及峰高被测组分的峰面积及峰高A=1.065hW12 A=1.065h（W0.15W0.85）/267第六十七页，本课件共有86页1 1、定量校正因子、定量校正因子 色谱定量分析是基于色谱定量分析是基于峰面积与组分的量成正比关系峰面积与组分的量成正比关系。但由于同一检测器对但由于同一检测器对不同物质具有不同的响应值，不同物质具有不同的响应值，即不同物质检测器的灵敏度不同即不同物质检测器的灵敏度不同，相同的峰面积并不意相同的峰面积并不意味着有相等的量味着有相等的量。定量校正因子：单位峰面积对应组分的质量定量校正因子：单位峰面积对应组分的质量。f fi i=m=mi i/A/Ai i f fi i绝对校正因子绝对校正因子(1)(1)绝对校正因子绝对校正因子 绝对校正因子受操作条件影响较大，要严格绝对校正因子受操作条件影响较大，要严格控制色谱条件，不易准确测定，没有统一标准，控制色谱条件，不易准确测定，没有统一标准，无法直接引用，定量分析中采用相对较正因子。无法直接引用，定量分析中采用相对较正因子。68第六十八页，本课件共有86页（2 2）相对校正因子）相对校正因子 用用一一个个标标准准，把把所所有有组组分分的的A A较较正正到到标标准准物物的的A A上上，在在同同一一标标准准上上进进行行比比较较计计算算，热热导导检检测测器常用器常用苯作标准苯作标准。相相对对定定量量校校正正因因子子fi定定义义：样样品品中中各各组组分分的的定定量量校校正因子与标准物的定量校正因子之比。正因子与标准物的定量校正因子之比。fi(m)表示相对质量校正因子表示相对质量校正因子69第六十九页，本课件共有86页也可用相对摩尔校正因子也可用相对摩尔校正因子fi(M)（2 2）相对校正因子）相对校正因子凡文献查得的校正因子都是指相对校正凡文献查得的校正因子都是指相对校正因子，可用因子，可用f fM M,f,fm m分别表示摩尔校正分别表示摩尔校正因子和质量校正因子因子和质量校正因子70第七十页，本课件共有86页2 2、定量方法、定量方法（1 1）归一化法）归一化法 试样各组分都出峰，可用归一化法定量。试样各组分都出峰，可用归一化法定量。把把所所有有出出峰峰组组分分的的含含量量之之和和当当作作100%100%的定量分析方法称为归一化法。的定量分析方法称为归一化法。若若样样品品中中有有几几个个组组分分，每每个个组组分分的的量量分分解解为为m m1 1 m m2 2m mn n 各各组组分分含含量量总总和和为为m m，则组则组分的分的质质量量为为m mi i,质质量分数量分数W Wi i为为 71第七十一页，本课件共有86页（1 1）归归一化法一化法优优点点：简简便便、准准确确、不不需需标标准准物物，不不必必准准确确称称量量和和准确进样，操作条件稍有变化对结果影响较少。准确进样，操作条件稍有变化对结果影响较少。缺点：所有组分都出峰，并测所有组分的缺点：所有组分都出峰，并测所有组分的A A和和f fi i72第七十二页，本课件共有86页（2 2）内标法）内标法准称样品准称样品m（含（含mi被测组分）被测组分）+准称纯物质作内标物准称纯物质作内标物ms混合物混合物进样进样被测组分被测组分标样（内标物）标样（内标物）73第七十三页，本课件共有86页（2 2）内标法）内标法 ssiisiAfAfmm=ssiisiAfAfmm=74第七十四页，本课件共有86页对内标物的要求：对内标物的要求：1 1）内标物应是样品中不存在的纯物质。）内标物应是样品中不存在的纯物质。2 2）内内标标物物与与被被测测物物的的峰峰尽尽量量靠靠近近，但但又又能能完完全全分分开开，t tR R相差少。相差少。为为简简便便起起见见，求求定定量量校校正正因因子子时时，常常以以内内标标物物本本身作标准。身作标准。f fs s=1.0=1.0优优点点：定定量量准准确确，操操作作条条件件不不必必严严格格控控制制，与与进进样样量量无无关关，被被测测组组分分和和内内标标物物出出峰峰即即可可，适适用用于于微微量组分的测定，应用广泛。量组分的测定，应用广泛。缺点：缺点：每次测定都要准确称量样品和内标物。每次测定都要准确称量样品和内标物。（2 2）内标法）内标法 75第七十五页，本课件共有86页（3 3）外标法）外标法标准曲线法标准曲线法 当当样样品品中中各各组组分分不不能能完完全全流流出出，又又没没有合适内标时，可采用此法。有合适内标时，可采用此法。将将待待测测组组分分的的纯纯物物质质配配制制不不同同浓浓度度的的标标准准系系列列，在在相相同同操操作作条条件件下下，定定量量进进样样，测测各各个个峰峰的的A A或或h h，绘绘制制A AC C曲曲线线或或h h C C曲线。曲线。76第七十六页，本课件共有86页 在在完完全全相相同同条条件件下下，测测待待测测样样品品，根根据据A A待待或或h h待待，从从曲曲线线上上查查出出待待测测组组分分含量。含量。优优点点：操操作作简简单单，计计算方便，不用算方便，不用f fi i。缺缺点点：要要求求准准确确进进样样，操作条件稳定。操作条件稳定。（3 3）外标法）外标法标准曲线法标准曲线法A(h)CA A待待C C待待77第七十七页，本课件共有86页例 题 已知物质已知物质A和和B在一根在一根30.00 cm长的柱上的保长的柱上的保留时间分别为留时间分别为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；78第七十八页，本课件共有86页题 解（2）柱的平均塔板数）柱的平均塔板数 n=16(16.40/1.11)2=3493 n=16(17.63/1.21)2=3397 n平均平均=（3493+3397）/2=3445 解解：（：（1）柱的分离度）柱的分离度79第七十九页，本课件共有86页作 业P24010，12，14，17，18，19，2080第八十页，本课件共有86页2.色谱法的发展色谱法的发展 随着被分离样品种类的增多，该方法随着被分离样品种类的增多，该方法广泛地用于无色物质的分离，广泛地用于无色物质的分离，“色谱色谱”名名称中的称中的“色