第十二章色谱分析法导论PPT课件.ppt

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1、1第十二章第十二章 色谱分析法色谱分析法2第十二章第十二章 色谱分析法色谱分析法第十二章第十二章 (1) (1) 色谱分析法导论色谱分析法导论第十二章第十二章 (2) (2) 气相色谱分析法气相色谱分析法第十二章第十二章 (3) (3) 高效液相色谱分析法高效液相色谱分析法kaishikaishikaishikaishikaishikaishi3第十二章第十二章(1) (1) 色谱分析法导论色谱分析法导论 41、色谱法的产生、色谱法的产生 色谱法是一种分离技术，色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离植物叶子中的年创立的。分离植物叶子中的色素时，

2、将叶片的石油醚（饱色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃和烃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充管中，柱中填充CaCO3粉末粉末(CaCO3 有吸附能力有吸附能力)，用纯石，用纯石油醚洗脱（淋洗）。油醚洗脱（淋洗）。 一、色谱分析法简介一、色谱分析法简介5Tsweet的实验的实验6Tsweet的实验的实验7（1）一种是）一种是CaCO3 吸附，使色吸附，使色素在柱中停滞下来素在柱中停滞下来（2）一种是被石油醚溶解，使）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动色素向下移动 各种色素结构不同，受两各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱

3、子上分时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，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。色素受两种作用力影响色素受两种作用力影响812-1 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。柱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，高压发展，高压液相色谱。液相

4、色谱。气体气体 1952 1952年产年产生气相色谱，生气相色谱，是色谱法一项是色谱法一项革命性进展。革命性进展。912-1 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+固定液固定液高沸高沸点有机化合物，涂在载体上）点有机化合物，涂在载体上）色谱分析法一定是先分离，后分析。色谱分析法一定是先分离，后分析。色谱分离法一定具有两相；固定相和流动相色谱分离法一定具有两相；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。的差异进行分离。10 随着被分离样品种类的增多

5、，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。112. 色谱法的发展色谱法的发展1930年代初：年代初：R.Kuhn把把M.Tswett的方法用于的方法用于类胡萝卜素的类胡萝卜素的 分离，从此色谱法得以广泛应用。分离，从此色谱法得以广泛应用。1935年：科学家第一次用苯酚和甲醛合成了有年：科学家第一次用苯酚和甲醛合成了有机离子交换剂，能交换机离子交换剂，能交换阳离子和有机氢离子阳离子和有机氢离子。后后来又合成了阴离子交换剂，既

6、可用于离子交换，来又合成了阴离子交换剂，既可用于离子交换，又用于色谱分离又用于色谱分离即现时流行的即现时流行的离子交换色谱离子交换色谱法法。至至1950年此方法已成型年此方法已成型。122. 色谱法的发展色谱法的发展1938年：科学家将糊状年：科学家将糊状Al2O3浆液浆液在玻璃板上在玻璃板上铺成均匀薄层，用于分离植物中的药用成分，铺成均匀薄层，用于分离植物中的药用成分，即今日用的即今日用的薄层色谱薄层色谱。（用于薄层的材料已。（用于薄层的材料已发展至多种：如硅胶、聚酰胺等）。发展至多种：如硅胶、聚酰胺等）。 1944年：科学家用纤维（滤纸）作固定载体，年：科学家用纤维（滤纸）作固定载体，以吸

7、附在滤纸上的水作溶剂，根据组分在两以吸附在滤纸上的水作溶剂，根据组分在两相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各组分彼此分离，称之为使各组分彼此分离，称之为纸色谱法纸色谱法。131952年：年：Martin和和Synge又研究成功了在又研究成功了在惰性惰性载体表面涂渍一层均匀的有机化合物膜作为载体表面涂渍一层均匀的有机化合物膜作为固定相，固定相，并以气体为流动相，用来分离脂肪并以气体为流动相，用来分离脂肪酸混合物酸混合物即今日的即今日的气液色谱气液色谱。1952年年获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖。2. 色谱法的发展色谱法的发展1420世纪世纪6070年代年

8、代GC-MS，GC-FTIR（傅立傅立叶变换红外光谱）等联用成功，使色谱联用叶变换红外光谱）等联用成功，使色谱联用技术成为技术成为分离、鉴定、剖析复杂混合物的最分离、鉴定、剖析复杂混合物的最有效工具。有效工具。20世纪世纪60年代末，在经典液相色谱基础上发年代末，在经典液相色谱基础上发展成高速、高效的现代液相色谱法。展成高速、高效的现代液相色谱法。20世纪世纪5060年代是以气相色谱为突破口的大年代是以气相色谱为突破口的大发展时期，发展时期，70年代进入以高效液相色谱为代年代进入以高效液相色谱为代表的现代色谱时代。表的现代色谱时代。80年代以来，年代以来，HPLC的的应用范围、文献数量已超过应

9、用范围、文献数量已超过GC。2. 色谱法的发展色谱法的发展15在较长时期内，色谱法主要应用在有机分在较长时期内，色谱法主要应用在有机分析领域。析领域。1975年，离子色谱的出现和各种金属螯合年，离子色谱的出现和各种金属螯合物色谱的迅速发展，使色谱法已用于无机物色谱的迅速发展，使色谱法已用于无机阴、阳离子和金属元素的分析。阴、阳离子和金属元素的分析。20世纪世纪70年代，计算机技术进入色谱领域，年代，计算机技术进入色谱领域，出现了计算机控制的全自动色谱仪。出现了计算机控制的全自动色谱仪。16 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，年，由由中国科学院大

10、连化学物理研究所中国科学院大连化学物理研究所首先首先开发。经过几十年的努力，我国色谱基开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术研究方面具有特础理论研究和应用技术研究方面具有特色。色。17国内外主要色谱杂志1.色谱（色谱（Chinese Journal of Chromatography）中文色中文色谱杂志谱杂志2. Journal of Chromatography（色谱杂志）色谱杂志）1958年创刊，年创刊，主要以英文发表。主要以英文发表。3. Journal of Chromatographic Science（色谱科学杂志）色谱科学杂志）1963年创刊年创刊4. Chrom

11、atographia（色谱法）色谱法）1968年创刊年创刊5. Journal of Liquid Chromatography（液相色谱杂志）液相色谱杂志）1978年创刊，主要发表液相色谱研究报告年创刊，主要发表液相色谱研究报告6. Journal of High Resolution Chromatography and Communications（高分辨色谱和色谱通讯）高分辨色谱和色谱通讯） 分析化学、分析生物化学、医药、食品、环境科学、分析化学、分析生物化学、医药、食品、环境科学、石油化工等专业杂志也常发表色谱研究报告。石油化工等专业杂志也常发表色谱研究报告。1812-1 概述3、特

12、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 4）应用范围广）应用范围广19二、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）气固色谱）气固色谱: :气体作流动相，固体吸附剂作固定相。气体作流动相，固体吸附剂作固定相。（2 2）气液色谱）气液色谱: : 气体作流动相，固定液作固定相。气体作流动相，固定液作固定相。20液相色谱液相色谱液体作流动相液体作流动相（1 1）液固色谱：液体作流动相）液固色谱：液体作流动相, ,固体吸附剂作固体相。固体吸附剂作固体相。（2 2）液

13、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。超临界液体色超临界液体色谱谱超临界超临界流体作色谱流流体作色谱流动相。动相。212、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 毛细管柱色谱毛细管柱色谱把固定相涂在毛细管内壁上，把固定相涂在毛细管内壁上， 中间是空的。中间是空的。（2 2）纸色谱：）纸色谱：滤纸为载体，吸附在滤纸上的水滤纸为载体，吸附在滤纸上的水为固定相的色谱法，流动相是含为固定相的色谱法，流动相是含一定比例水的有一定比例水的有机溶剂机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离样品在滤纸上

14、展开进行分离。（3 3）薄层色谱：）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。的色谱法。二、色谱分析法分类二、色谱分析法分类22 3、按分离原理分类、按分离原理分类 （1 1）吸附色谱：）吸附色谱：利用吸附剂表面对被分离利用吸附剂表面对被分离的各组分的各组分吸附能力吸附能力不同进行分离。不同进行分离。 （2 2）分配色谱：）分配色谱：利用不同组分在两相利用不同组分在两相分配分配系数或溶解度系数或溶解度不同进行分离。不同进行分离。 （3 3）离子交换色谱：）离子交换色谱：利用不同组分对利用不同组分对离子离子交换剂亲和力交换剂亲和力不同进行分离。不同进行分离。 （4

15、4）凝胶色谱：）凝胶色谱：利用凝胶对利用凝胶对分子的大小和分子的大小和形状不同形状不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。分离的色谱法。 二、色谱分析法分类二、色谱分析法分类23 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 混合物样品（混合物样品（A+BA+B）色谱柱中分离色谱柱中分离检测器检测器记录下来。组分从色谱柱流出时，记录下来。组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所产生的信号随时间变各个组分在检测器上所产生的信号随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。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，又记

16、录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线。叫色谱流出曲线。242512-2 概述 26二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 27281、基线、基线在实验在实验操作条件下，色操作条件下，色谱柱后没有组分谱柱后没有组分流出的曲线叫基流出的曲线叫基线。线。 稳定情况下，稳定情况下，一条直线。一条直线。 基线上下波动基线上下波动称为噪音。称为噪音。二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 292、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

17、。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 h303. 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 31q峰底宽峰底宽Wb色谱峰两侧拐点所作切线在基线色谱峰两侧拐点所作切线在基线上的距离上的距离 Wb =4 q 半峰宽半峰宽W1/2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 W1/2 =0.589Wb Wb32 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

18、=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 335. 色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据 组分在色谱柱中停留的数值，组分在色谱柱中停留的数值，可用时间可用时间t 和所消耗流动相的体积来表示。和所消耗流动相的体积来表示。组分在固定组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱中滞留的时间越长，消耗的流动相体积在柱中滞留的时间越长，消耗的流动相体积越大，越大，固定相、流动相固定，条件一定时，固定相、流动相固定，条件一定时，组分的保

19、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 345. 色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据t0（1）死时间）死时间t0不被固定相吸附或溶解的组分流经不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。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。 气相色谱气相色谱惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱所需的时间。所需的时间。1735 组分流经色谱组分流经色谱柱时所需时间。柱时所需时间。 进样开始到柱进样开始到柱后出现最大值时后出现最大值时所需的时间。操所需的时间。操作条件不

20、变时，作条件不变时，一种组分有一个一种组分有一个tR定值，定性参数。定值，定性参数。(2)保留时间保留时间tRtR36（3）调整保留时间）调整保留时间tR扣除了死时扣除了死时间的保留时间。间的保留时间。tR=tR-t0又称校正又称校正保留时间，实际保留时间，实际保留时间。保留时间。 tR体现的是组体现的是组分在柱中被吸附分在柱中被吸附或溶解的时间。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 tR37（4）死体积）死体积V0不被固定相滞留的组分流不被固定相滞留的组分流经色谱柱所消耗的流动相体积称死体积，经色谱柱所消耗的流动相体积称死体积，色谱柱中载气所占的体积。色谱柱中载气所占

21、的体积。 V0=t 0F0 F0柱 后 出 口 处 流 动 相 的 体 积 流 速柱 后 出 口 处 流 动 相 的 体 积 流 速mL/min 保留值用体积表示：保留值用体积表示：38（5）保留体积）保留体积VR 组分从进样开始到色谱柱后组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动相体积柱时所需流动相体积 VR =t RF 0（6）调整保留体积调整保留体积VR扣除了死体积的保留体扣除了死体积的保留体积，真实的将待测组分从固定相中携带出柱子积，真实的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相体积。所需的流动相体积。 VR=

22、 tRF 0二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 t0、V0与被测组分无关，因而与被测组分无关，因而tR、VR 更更合理地反映了物质在柱中的保留情况。合理地反映了物质在柱中的保留情况。39（7）相对保留值）相对保留值2，1或或i ,s 在相同操作条在相同操作条件下，组分件下，组分2或组分或组分i对另一参比组分对另一参比组分1或或s调调整保留值之比整保留值之比二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 相对保留值只与相对保留值只与柱温及固定相的性质柱温及固定相的性质有关，有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。广泛使用的定性数据。关。广泛使

23、用的定性数据。40三、分配平衡三、分配平衡 在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所达到的平衡叫分配平衡，组分在两相中的分配达到的平衡叫分配平衡，组分在两相中的分配行为常采用行为常采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、分配系数、分配系数 K(浓度分配系数浓度分配系数)412、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固

24、定相中的质量 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量 = ms/ mm =csvs/ cmvm =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越长越长组分与固定相的组分与固定相的热力学性质热力学性质柱温、柱柱温、柱压压两相体积两相体积tR越长越长K有关有关有关有关无关无关越大越大k有关有关有关有关有关有关越大越大1742经实验测得经实验测得k 与与tR之间的关系之间的关系：*000)(tttttkRR000)(VVVVVkRRtR= t0(1+k)43总结：总结：（1）由

25、色谱峰的数目，可判断试样中所含组）由色谱峰的数目，可判断试样中所含组分的分的最少个数。最少个数。（2）根据色谱峰的保留值）根据色谱峰的保留值进行进行定性分析。定性分析。（3）根据色谱峰的根据色谱峰的h .A 进行进行定量分析。定量分析。（4 4）根据根据色谱峰的色谱峰的间距间距及峰的宽度及峰的宽度可评价可评价色谱的色谱的柱效及分离情况。柱效及分离情况。44 12(1)-3 色谱法的基本理论色谱法的基本理论 在在50年代，色谱技术年代，色谱技术发展的初期，发展的初期，Martin等人等人把色谱分离过程比作分馏把色谱分离过程比作分馏过程，并把分馏中的半经过程，并把分馏中的半经验理论验理论塔板理论塔

26、板理论用于色用于色谱分析法。谱分析法。 45 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块塔板，每块塔板高度称为理论块塔板，每块塔板高度称为理论塔板高度，塔板高度，用用H表示，表示，在每块塔板内，试样在每块塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，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）逸离，挥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出。尽管这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分离过程，色谱

27、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，因此几十年来一直沿用。简明，因此几十年来一直沿用。一、塔板理论一、塔板理论4647一、塔板理论一、塔板理论 对一个色谱柱来说，若色谱柱长度固定对一个色谱柱来说，若色谱柱长度固定L，每块每块塔板高度塔板高度H越小，塔板数目越多，分离的效果越好，越小，塔板数目越多，分离的效果越好，柱效越高。塔板数用柱效越高。塔板数用n 表示表示。 n =L/H 或或 H=L/n H越小，越小，n越多，分离效果越好，用越多，分离效果越好，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

28、 1/2 的关系的关系。*)Wt()Wt(.nbR/R22211654548 有时有时n 大，分离效果也不好，因用大，分离效果也不好，因用tR 内内含含t0 ，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 塔板理论的成功之处，提出了塔板理论的成功之处，提出了计算理论计算理论塔板高度、塔板数的公式及评价柱效的方法，塔板高度、塔板数的公式及评价柱效的方法，具有开创性，但有一定局限性具有开创性，但有一定局限性。222116545)Wt()Wt(.nbR/R理论222116545)Wt()Wt(.nbR/R有效H理理n 理理H有效有效n 有效有效49 前面已知，用塔板理论来说明色谱

29、柱内各前面已知，用塔板理论来说明色谱柱内各组分的分离过程并不合理，因为色谱柱内并没有组分的分离过程并不合理，因为色谱柱内并没有塔板。当同一试样进入同一色谱柱，当流动相速塔板。当同一试样进入同一色谱柱，当流动相速度变化时，得到不同的色谱图。测得的度变化时，得到不同的色谱图。测得的 n 和和 H 也不同也不同，充分说明塔板理论不足以说明色谱柱的，充分说明塔板理论不足以说明色谱柱的分离过程。分离过程。、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程 50 1956年，速率理论是荷兰学者范第姆特年，速率理论是荷兰学者范第姆特（VanDeomter）提出的。提出的。 速率理论吸收和保留了塔板理论的有益成果，

30、速率理论吸收和保留了塔板理论的有益成果，n、H的概念。提出了影响板高的各种因素。此方程经的概念。提出了影响板高的各种因素。此方程经简化后写为简化后写为: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为流动相线速为流动相线速度度cm.s-1，线速线速度度=柱长柱长/死时间死时间、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程 51、速率理论、速率理论范第姆特方程范第姆特方程 （1）提出了影响的三项因素：）提出了影响的三项因素：涡流扩散项，分子涡流扩散项，分子扩散项，扩散项， 传质阻力项。传质阻力项。（2）在流动相流速

31、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。1752（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。 5354（1）涡流扩散项）涡流扩散项A A与填充物的与填充物的平均直径平均直

32、径dp的大小和填充的大小和填充不规不规则因子则因子有关有关。 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。 55（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）纵向扩散项） 待测组分是以待测组分是以“塞子塞子”的形式被流动相带入的形式被流动相带入色谱柱的，在色谱柱的，在“塞子塞子”前后存在前后存在浓度梯度浓度梯度，由浓，由浓稀方向扩散，产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。稀方向扩散，产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。5657 是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，也称也称弯曲因子弯曲因子，它反映了填充物对分子扩散的阻碍，

33、它反映了填充物对分子扩散的阻碍程度。通常小于程度。通常小于1的常数。的常数。 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(cm2s-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大的多（约大的多（约105倍），在液相中分子纵向扩散引起峰变宽很小，倍），在液相中分子纵向扩散引起峰变宽很小，可忽略不计，在气相中，当载气流速小时分子扩散可忽略不计，在气相中，当载气流速小时分子扩散较大。较大。（2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散项）纵向扩散项） 58 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

34、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。 D Dg g g g 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） Mr159（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 +Cs两项组成两项组成 Cm 流动相传质阻流动相传质阻力系数力系数 组分从流动相组分从流动相移动到固定相表面进行移动到固定相表面进行两相之间的质量交换两相之间的质量交换时时所受到的阻力，质量交所受到的阻力，质量交换慢，引起色谱峰变宽。换慢，引起色谱峰变宽。gpmDd)k(k.C222101060Cs -固定相

35、传质阻力系数固定相传质阻力系数 即组分从即组分从两相两相界面移动到固定相内部，界面移动到固定相内部，达分配平衡后，达分配平衡后，又返回到两相界面，在这过程中所受到又返回到两相界面，在这过程中所受到的阻力为固定相传质阻力。的阻力为固定相传质阻力。（3）传质阻力项）传质阻力项CuSfSDd)k(kC22132组分在固定相中扩散系数组分在固定相中扩散系数固定液膜厚度固定液膜厚度6162 采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cmdp2 相对分子质量小的载气，相对分子质量小的载气，Dg大。大。 Cm1/Dg 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度(Csdf2)并且液膜要均匀；并且液膜要均匀；若膜厚，扩散

36、，费时；但不能太薄，否则包不住若膜厚，扩散，费时；但不能太薄，否则包不住载体。载体。 Ds越大越好，增加柱温是提高越大越好，增加柱温是提高Ds的方法之一。的方法之一。 （3）传质阻力项）传质阻力项Cu减小采取措施减小采取措施：gpmDd)k(k.C2221010SfSDd)k(kC2213263* * * *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。）载气流速小的时候，）载气流速小的时候，u u是影响的主要是影响的主要因素

37、，选因素，选r r大的载气，大的载气，； 载气流速大的时候，载气流速大的时候，C uC u是影响的主要因是影响的主要因素，选素，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 uDd)k(kDd)k(k.uDdHsfgpgp2222213210102264 液相色谱液相色谱 uDduDduDdpHsfmpm2222D Dm m比比D Dg g小小4-54-5个数量级，分子扩散项可以忽略不计个数量级，分子扩散项可以忽略不计为提高柱效，小，应注意以下几点：为提高柱效，小，应注意以下几点：）减小填料粒度）减小填料粒度d dp p。）在一定范围内采用低

38、流速流动相）在一定范围内采用低流速流动相）用低黏度溶剂做流动相）用低黏度溶剂做流动相 4 4）适当提高柱温）适当提高柱温65HuGC（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，因增大不多，因此可用较高的流速，提高分析速度。此可用较高的流速，提高分析速度。66 可测三种流速对应的板高可测三种流速对应的板高H，解三元一次方程，解三元一次方程，求出求出A、B、C即可求出即可求出u最佳最佳和和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最佳最佳的流速，的流速

39、，常用常用u最佳最佳。GC中最佳流速可通过中最佳流速可通过实验和计算方法实验和计算方法求得求得 将将 微分后求得微分后求得 C/Bu最佳Cuu/BAHC/BAC/BCC/B/BACuu/BAH2最佳最佳最小67二、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 定义：相邻两个峰的保留值之差与两峰宽度平均定义：相邻两个峰的保留值之差与两峰宽度平均值之比值之比2/ )(1212bbRRWWttRv式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响，是色谱分离的影响，是色谱分离的热力学因素热力学因素。v分母反

40、映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是色谱分离的是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，从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分离越好。分离越好。68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： 柱效较高，柱效较高，K K( (分配系数分配系数) )较大较大, ,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； 柱效较低，柱效较低，K K较大较大, ,但分离的不好；但分离的不好； K K小，小，柱效低，

41、分离效果更差。柱效低，分离效果更差。69两个峰两个峰tR相差越大，相差越大，W越窄，值越大，越窄，值越大，说明柱分离较能高。说明柱分离较能高。 .5 两个组分能完全分开。两个组分能完全分开。 .0 两组分能分开，满足分析要求。两组分能分开，满足分析要求。 .0 两峰有部分重叠。两峰有部分重叠。2/ )(1212bbRRWWttR7071例 题 已知物质已知物质A和和B在一根在一根30.00 cm长的柱上的长的柱上的保留时间分别为保留时间分别为16.40 min和和17.63 min。不被不被保留组分通过该柱的时间为保留组分通过该柱的时间为1.30 min。峰底宽峰底宽度分别为度分别为1.11

42、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；72题 解（2）柱的平均塔板数柱的平均塔板数 n = 16 (tR/Wb )2 =16 (16.40 /1.11)2 = 3493 n = 16 (tR/Wb )2 =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06122111114016631721212./ ).(./ )(bbRRWWttR73、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 柱效能柱效能指

43、色谱柱在分离过程中的分离效能，常用指色谱柱在分离过程中的分离效能，常用n n，来描述，来描述，n n 越大，越小，柱效越高，对越大，越小，柱效越高，对单个组分而言。单个组分而言。 对多个组分的分离来说，无法用对多个组分的分离来说，无法用n ,H n ,H 来描述，来描述，n n 大，小，几个峰未必分的开。大，小，几个峰未必分的开。121 , 2RRttr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，用布行为的重要参数，用r r2,12,1相对保留值表示相对保留值表示. . r r2,12,1越大，越大，保留时间相差大，分离越好（但未考

44、虑峰宽因素）保留时间相差大，分离越好（但未考虑峰宽因素）74、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 121 , 2RRttr22/1)(54. 5WtnR2/ )(1212bbRRWWttR75 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 22121221116)kk()rr(Rn,1141212kkrrnR,76r2,1 ，k，N 如何控制分辨率?1141212kkrrnR,r2,1771141212kkrrnR,a:a:柱效项：柱效项：塔板数决定，塔板数决定，n n 越大，柱效越高分

45、离的越大，柱效越高分离的越好。若通过增加柱长来增加越好。若通过增加柱长来增加 n,tn,tR R会增大，会增大，降低降低板高才是增大板高才是增大R R最好的办法最好的办法、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的微小变化，使分离度有较大改的微小变化，使分离度有较大改善，善， r r2,12,1越大，越大，t tR R（）（）与与ttR R（1 1）相差越大，分的相差越大，分的越好。越好。 r r2,12,1=1=1的两组分无法分离。的两组分无法分离。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，

46、太大，t tR R长，长，柱容量合适柱容量合适, ,分的才好。一般分的才好。一般k k（2-7)2-7)78以以n有效有效表示，则有：表示，则有：21 , 21 , 22)1(16rrRn有效121214,rrnR有效79例 题： 在一定条件下在一定条件下,两个组分的调整保留时间分别为两个组分的调整保留时间分别为85秒秒和和100秒秒,要达到完全分离，要达到完全分离，即即R=1.5。计算需要多少块计算需要多少块有效塔板有效塔板?若填充柱的塔板高度为若填充柱的塔板高度为0.1 cm, 柱长是多少柱长是多少?块有效1547)18. 018. 1(5 . 116)1(162221 , 21 , 22

47、rrRnL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，两组分可以得到完全分离。米时，两组分可以得到完全分离。解：解： r2,1= 100 / 85 = 1.188012124 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定性分析的任务是确定色谱图上各个峰代表什么物质。表什么物质。 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 在相同色谱条件下，将标准物和样品分别在相同色谱条件下，将标准物和样品分别进样，两者保留值相同

48、，可能为同一物质。进样，两者保留值相同，可能为同一物质。 此方法要求操作条件稳定、一致，必须严此方法要求操作条件稳定、一致，必须严格控制操作条件，尤其是流速。格控制操作条件，尤其是流速。8182 （2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性若样品复杂，流出峰距离太近，或操作条件不易控制，若样品复杂，流出峰距离太近，或操作条件不易控制，可将已知物加到样品中，混合进样，若被测组分峰高增可将已知物加到样品中，混合进样，若被测组分峰高增加了，则可能含该已知物。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 通过改变色谱条件来改变分离选择性，使不同通过改变色谱条件来改变分离选择

49、性，使不同物质显示不同保留值。例：物质显示不同保留值。例：选用极性差别较大的选用极性差别较大的两种不同固定液来制备色谱柱，不同物质具有不两种不同固定液来制备色谱柱，不同物质具有不同保留值。同保留值。2. 利用保留值经验规律定性（气相）利用保留值经验规律定性（气相）3. 根据文献保留值数据定性根据文献保留值数据定性（气相）（气相）834.4.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联用仪（小型化的台式色质联用仪（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84二、定量分析二、定量分析 气

50、相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的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，通过色谱图上的峰面积或峰高，计算样品中溶质的含量。图上的峰面积或峰高，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）/2851 1、定量校正因子、定量校正因子 色谱定