分析化学色谱分析法优秀课件.ppt

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1、分析化学色分析化学色谱分析法分析法第1页，本讲稿共97页u 色谱法的分类和发展色谱法的分类和发展u 色谱过程和基本原理色谱过程和基本原理u 基本类型色谱方法及其分离机制基本类型色谱方法及其分离机制u 色谱法基本理论色谱法基本理论第2页，本讲稿共97页 高分离效能 高灵敏 高选择性 分析速度快 应用范围广色谱法的特点:第3页，本讲稿共97页色谱学的重要作用色谱学的重要作用u诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖：19481948年年，瑞瑞典典TiselinsTiselins，电电泳泳和和吸吸附附分分析析；19521952年年，英英国国马马丁丁(Martin)(Martin)和辛格和辛格(Synge)(Syng

2、e)，分配色谱。，分配色谱。u应应用用的的科科学学领领域域：生生命命科科学学、材材料料科科学学、环环境科学等。（科学的科学）境科学等。（科学的科学）u药药学学（药药物物分分析析）：各各国国药药典典收收载载了了许许多多色色谱谱分分析析方方法法。中中国国药药典典二二部部，700700多多，纯纯度度检检查查、定定性性鉴鉴别别或或含含量量测测定定，一一部部，600600多多鉴别或含量测定。鉴别或含量测定。第4页，本讲稿共97页 第一节第一节 色谱法的分类和发展色谱法的分类和发展一、色谱法的分类一、色谱法的分类按流动相的分子聚集状态分类按流动相的分子聚集状态分类:GCGC、LCLC、SFC SFC 等。

3、等。按固定相的分子聚集状态分类按固定相的分子聚集状态分类:GSCGSC、GLCGLC、LSCLSC、LLCLLC等。等。第5页，本讲稿共97页按操作形式分类按操作形式分类:柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等。法等。按色谱过程的分离机制分类按色谱过程的分离机制分类:分配色谱法、吸附色谱法、离子交换分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电泳法色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电泳法等。等。第6页，本讲稿共97页毛细管电色谱法（CEC）色色谱谱法法GSC液相色谱法（LC）柱色谱法平面色谱法毛细管电泳法（CE）LLCLSCSECIECBPC纸色谱法

4、薄层色谱法（TLC）LLCLLCLSC气相色谱法（GC）柱色谱法GLC超临界流体色谱法（SFC）第7页，本讲稿共97页二、色谱法的发展二、色谱法的发展 （一）色谱法的历史（一）色谱法的历史 （二）色谱法的现状和发展趋势（二）色谱法的现状和发展趋势 1 1新型固定相和检测器的研制新型固定相和检测器的研制 2 2色谱新方法的研究色谱新方法的研究 3 3色谱联用技术色谱联用技术 4 4色谱专家色谱专家第8页，本讲稿共97页第二节第二节 色谱过程和基本原理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，固定相的两相，固

5、定相(stationary phase)(stationary phase)和流动相和流动相(mobile phase)(mobile 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9页，本讲稿共97页第10页，本讲稿共97页色谱过程色谱过程 组分的结构和性质微小差异组分的结构和性质微小差异 与固与固定相作用差异定相作用差异 随流动相移动的随流动相移动的速度不等速度不等 差速迁移差速迁移 色谱分色谱分离。离。第11页，本讲稿共97页二、色谱流出曲线和有关概念二、色谱流出曲线和有关概念u色谱流出曲线色谱流出曲线是由

6、检测器输出的电信号强是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。u基线基线是在操作条件下，没有组分流出时的流是在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线。基线反映仪器出曲线。基线反映仪器 (主要是检测器主要是检测器)的噪的噪音随时间的变化。音随时间的变化。u色谱峰色谱峰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、拖尾峰和前延峰第12页，本讲稿共97页对称因子fs(symmetry factor)：衡量色谱峰的对称性 第13页，本讲稿共97页到20页到19页第14页，本讲稿共97页u保留时间(retention time;t

7、R)：从进样到某组 分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。u死时间(t0)：分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。u调整保留时间()：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。定性参数定性参数1 1第15页，本讲稿共97页定性参数2 保留体积(VR)：从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间。固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内腔容积的总和。第16页，本讲稿共97页定性参数3调整保留体积(adjusted retention volume)：由

8、保留体积扣除死体积 后的体积 相对保留值(r)：两组分的调整保留值之比注意：VR是定值，tR与FC成反比第17页，本讲稿共97页定性参数定性参数4 4 保留指数保留指数(retention index(retention index；I I):):在在GCGC中，以正构中，以正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用两个保留时烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分，这个相对值间紧邻待测组分的基准物质来标定组分，这个相对值称为保留指数，又称称为保留指数，又称KovatsKovats指数，定义式：指数，定义式：z与z+n为正构烷烃对的碳原子数，Z为6，7，8

9、，I为600，700，800第18页，本讲稿共97页定量参数定量参数u峰高峰高(peak height(peak height；h h)：组分在柱后出现浓度极大：组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离。时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离。u峰面积峰面积(peak area(peak area；A A)：色谱曲线与基线间包围：色谱曲线与基线间包围的面积。的面积。返回第19页，本讲稿共97页返回柱效参数柱效参数u标准差标准差(standard deviation(standard deviation；)：正态色谱流出：正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半，即曲线上两拐点间距离之

10、半，即0.6070.607倍峰高处的峰宽倍峰高处的峰宽之半。之半。的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。越大，组分越分散；反之越集中。越大，组分越分散；反之越集中。u半峰宽半峰宽(W W1/21/2)：峰高一半处的峰宽：峰高一半处的峰宽 W W1/21/2=2.355=2.355 u峰宽峰宽 (peak width(peak width；W W)：色谱峰两侧拐点作切线在：色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。基线上所截得的距离。W=4 或或 W=1.699W1/2 第20页，本讲稿共97页总分离效能指标总分离效能指标u分离度分离度(resolution

11、(resolution；R R)：又称：又称分辨率分辨率。是相邻两色。是相邻两色谱谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。第21页，本讲稿共97页分离度分离度u设正常峰，设正常峰，W W1 1W W2 2=4=4 ，u则则R R=1.5=1.5时，时，99.7%99.7%面积面积(t tR R 3 3)被分开，被分开，t tR R =6=6 ，称，称 6 6 分离分离 。第22页，本讲稿共97页三、分配系数与色谱分离三、分配系数与色谱分离(一一)分配系数和容量因子分配系数和容量因子 u分配系数分配系数 (distribution coefficient(d

12、istribution coefficient；K K)是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相在固定相 (s)(s)与流动相与流动相 (m)(m)中的中的浓度浓度 (C C)之比。之比。分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质及温度分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质及温度（和压力）和压力）有关。是组分的有关。是组分的特征常数特征常数。第23页，本讲稿共97页u容量因子容量因子(capacity factor(capacity factor；k k)：在一定温度和：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相压力下，达到分配平衡

13、时，组分在固定相和流动相中的质量中的质量(m m)之比。（摩尔数？）之比。（摩尔数？）u又称为质量分配系数或分配比。又称为质量分配系数或分配比。分配系数与色谱分离分配系数与色谱分离还与固定相和流动相的体积有关。容量因子与分配系数的关系第24页，本讲稿共97页分配系数与色谱分离分配系数与色谱分离（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系tR=t0(1+k)tR=t0(1+K )v=L/tRu=L/t0第25页，本讲稿共97页（三）色谱分离的前提（三）色谱分离的前提K KA AK KB B 或或k kA Ak kB B 是色谱分离的前提是色谱分离的前提。=t0

14、(1+KA)=t0(1+KB)tR=t0(KAKB)tR0KAKBkAkB分配系数与色谱分离推导过程：第26页，本讲稿共97页第三节第三节 基本类型色谱方法及其分离机制基本类型色谱方法及其分离机制u分配色谱法分配色谱法u吸附色谱法吸附色谱法u离子交换色谱法离子交换色谱法u空间排阻色谱法空间排阻色谱法第27页，本讲稿共97页一、分配色谱法一、分配色谱法第28页，本讲稿共97页分配色谱法分配色谱法 分离原理分离原理 利用被分离组分在固定相或流动相中利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。的溶解度差别而实现分离。溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶质分子在固定相中溶解度越大，

15、或在流动相中溶解度越小，则溶解度越小，则K K越大。在越大。在LLCLLC中中K K主要与流动相的性主要与流动相的性质质 (种类与极性种类与极性)有关；在有关；在GLCGLC中中K K与固定相极性和与固定相极性和柱温有关。柱温有关。第29页，本讲稿共97页分配色谱法分配色谱法固定相 又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将各种有机基团键合到载体上形成的固定相）。流动相 气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。正相液液分配色谱：流动相的极性弱于固定 相的极性。反相液液分配色谱：流动相的极性强于固定 相的极性。第30页，本讲稿共9

16、7页分配色谱法分配色谱法u洗脱顺序洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶解度由组分在固定相或流动相中溶解度的相对大小而决定。的相对大小而决定。正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。（库仑力和氢键力）。（库仑力和氢键力）。反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。第31页，本讲稿共97页二、吸附色谱法二、吸附色谱法u分离原理分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别而实现分离。附中心吸附能力的差别而实现分离。u吸附过程是试样中组分的分子吸附过程是试样中组分的分子(X)(X)与流动

17、相分子与流动相分子(Y)(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争吸附过程吸附过程 。第32页，本讲稿共97页吸附系数与吸附剂的吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和活性、组分的性质和流动相的性质有关。流动相的性质有关。第33页，本讲稿共97页吸附色谱法吸附色谱法u固定相固定相 多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。u硅胶硅胶表面硅醇基为吸附中心。表面硅醇基为吸附中心。u经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶u高效液相色谱高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅：球型或无定型全多孔硅 胶和堆积硅珠。胶和堆积硅珠。u

18、气相色谱气相色谱：高分子多孔微球等：高分子多孔微球等第34页，本讲稿共97页吸附色谱法吸附色谱法u流动相流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂）有机溶剂（硅胶为吸附剂）u洗脱能力洗脱能力：主要由其极性决定。：主要由其极性决定。u强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能力强，强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能力强，使使k k值小，保留时间短。值小，保留时间短。uSnyderSnyder溶剂强度溶剂强度 o o：吸附自由能，表示洗脱能力。：吸附自由能，表示洗脱能力。o o值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，即洗值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，即洗脱能力越强。脱能力越强。第35页，本讲稿共97页表

19、 16-1 一些溶剂在硅胶上的o值溶剂溶剂溶剂强度（o）溶剂溶剂溶剂强度（o）正戊烷0.00甲基特丁基醚0.48正己烷0.00醋酸乙酯0.48氯仿0.26乙腈0.52二氯甲烷0.40异丙醇0.60乙醚0.43甲醇0.70第36页，本讲稿共97页u洗脱顺序洗脱顺序 k ka a=K Ka aS Sa a/V Vm mu在色谱柱（在色谱柱（S Sa a与与V Vm m一定）时，一定）时，K Ka a大的组分保留强，后大的组分保留强，后被洗脱，被洗脱，K Ka a小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。uK Ka a与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、构型与组分的

20、性质（极性、取代基的类型和数目、构型有关）。有关）。吸附色谱法吸附色谱法第37页，本讲稿共97页以以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多，子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多，分子极性越强分子极性越强 (但要考虑其他因素的影响但要考虑其他因素的影响)。不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸附附力越强。力越强。分子中取代基

21、的空间排列分子中取代基的空间排列 第38页，本讲稿共97页u分离原理分离原理 利用被分离组分离子交换能力的利用被分离组分离子交换能力的 差别而实现分离。差别而实现分离。u分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。u阳离子交换：阳离子交换：u阴离子交换：阴离子交换：u离子交换通式：离子交换通式：33+RNR+OH-ClRNR+ClOH交换再生交换再生+3+RSOH+Na+Na+3HRSO三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法第39页，本讲稿共97页第40页，本讲稿共97页离子交换色谱法离子交换色谱法u交换反应的平衡常数即交换反应的平衡常数即选择性系数选择性系数

22、：K KA/BA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，K KA/BA/B越大，越大，A A的交换能力大，越易保留。的交换能力大，越易保留。常选择某种离子（如常选择某种离子（如H H+或或ClCl）作参考。）作参考。K KA A、K KB B为为A A、B B的分配系数。的分配系数。第41页，本讲稿共97页离子交换色谱法离子交换色谱法u固定相固定相 离子交换剂离子交换剂(ion exchanger)(ion exchanger)：离子交换树：离子交换树脂（脂（resinresin）和硅胶化学键合离子交换剂。）和硅胶化学键合离子交换剂。离子交换树脂:有网状骨架

23、及可离解、可交换基团，如磺酸基(SO3H)、羧基(COOH)及季胺基(NR3+OH)等。性能指标常用交联度、交换容量和粒度等。化学键合离子交换剂：键合在薄壳型和全多孔微粒硅胶上。用于HPLC中的固定相第42页，本讲稿共97页离子交换色谱法 流动相流动相一定一定pHpH和离子强度的缓冲溶和离子强度的缓冲溶液，有液，有 时也加入少量有机溶剂，如乙时也加入少量有机溶剂，如乙醇、四氢呋醇、四氢呋 喃、乙腈等，以提高选择喃、乙腈等，以提高选择性。性。第43页，本讲稿共97页离子交换色谱法离子交换色谱法u影响保留行为的因素被分离离子、离子交换影响保留行为的因素被分离离子、离子交换剂、流动相的性质等剂、流动

24、相的性质等u(1)(1)离子的电荷和水合半径：价态高选择性系数大。离子的电荷和水合半径：价态高选择性系数大。同价阳离子在酸性阳离子交换剂上同价阳离子在酸性阳离子交换剂上,水合离子半径水合离子半径,选择性系数小。选择性系数小。u稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换顺序是：顺序是：FeFe3+3+AlAl3+3+BaBa2+2+PbPb2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+NiNi2+2+CdCd2+2+CuCu2+2+CoCo2+2+MgMg2+2+ZnZn2+2+MnMn2+2+AgAg+CsCs+RbRb+K K+NHNH4 4+NaNa

25、+H H+LiLi+第44页，本讲稿共97页离子交换色谱法离子交换色谱法u常见阴离子在强碱性阴离子交换树脂上的交换顺序通常为：柠檬酸根PO43SO42I SCN Cl CH3COOOHF保留顺序？洗脱顺序？第45页，本讲稿共97页离子交换色谱法离子交换色谱法u(2)(2)离子交换剂的交联度和交换容量离子交换剂的交联度和交换容量:在一定的范在一定的范围内树脂的交联度越大，交换容量越大，则组分的围内树脂的交联度越大，交换容量越大，则组分的保留时间越长。保留时间越长。u(3)(3)流动相的组成：交换能力强的离子组成的流流动相的组成：交换能力强的离子组成的流动相有较强的洗脱能力。流动相的离子强度高，动

26、相有较强的洗脱能力。流动相的离子强度高，使组分的保留值降低。使组分的保留值降低。u流动相的流动相的pHpH：溶质的离解受到抑制则保留时间变短。：溶质的离解受到抑制则保留时间变短。弱离子交换树脂的交换容量在某一弱离子交换树脂的交换容量在某一pHpH值有极大值。值有极大值。第46页，本讲稿共97页四、空间排阻色谱法四、空间排阻色谱法u分离原理分离原理根据被分离组分分子的线团根据被分离组分分子的线团尺寸进行分离。尺寸进行分离。也称为分子排阻色谱法。也称为分子排阻色谱法。第47页，本讲稿共97页空间排阻色谱法空间排阻色谱法u根据空间排阻（根据空间排阻（steric exclusionsteric ex

27、clusion）理论，孔内外同等大小）理论，孔内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态：的溶质分子处于扩散平衡状态：渗透系数渗透系数：Kp=Xs/Xm （0Kp1）由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小所决定。在由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小所决定。在一定分子线团尺寸范围内，一定分子线团尺寸范围内，K Kp p与分子量相关，即组分按分与分子量相关，即组分按分子量的大小分离。子量的大小分离。第48页，本讲稿共97页空间排阻色谱法空间排阻色谱法u固定相多孔凝胶：软质、半软质和硬质固定相多孔凝胶：软质、半软质和硬质 u主要性能参数主要性能参数平均孔径排斥极限（Kp=0）：不能渗透进入凝胶的任何孔隙

28、最低分子量 分子量范围：排斥极限（Kp=0）与全渗透点（Kp=1）之间的分子量范围围。选择凝胶时应使试样的分子量落入此范围。第49页，本讲稿共97页空间排阻色谱法空间排阻色谱法u流动相流动相 u要求：能溶解试样、润湿凝胶，粘度要低要求：能溶解试样、润湿凝胶，粘度要低u水溶性试样选择水溶液为流动相水溶性试样选择水溶液为流动相(称为称为凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱gel filtration chromatographygel filtration chromatography；GFCGFC)；u非水溶性试样选择四氢呋喃、氯仿、甲苯和二甲基非水溶性试样选择四氢呋喃、氯仿、甲苯和二甲基甲酰胺等有机溶剂为

29、流动相甲酰胺等有机溶剂为流动相 (凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱gel gel permeation chromatographypermeation chromatography；GPCGPC)。第50页，本讲稿共97页空间排阻色谱法空间排阻色谱法u保留体积与渗透系数的关系保留体积与渗透系数的关系VmV0分子线团尺寸（分子量）大的组分，其渗透系数小，分子线团尺寸（分子量）大的组分，其渗透系数小，保留体积也小，因而先被洗脱出柱保留体积也小，因而先被洗脱出柱。第51页，本讲稿共97页小结小结u色谱过程方程式色谱过程方程式：u分配系数大的组分保留时间长（保留体积大），分配系数大的组分保留时间长（保留体积

30、大），晚流出色谱柱。晚流出色谱柱。第52页，本讲稿共97页uK K在分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和凝在分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和凝胶色谱中，分别为狭义分配系数胶色谱中，分别为狭义分配系数K K、吸附系数、吸附系数K Ka a、选择性系数选择性系数K KA/BA/B和渗透系数和渗透系数K Kp p，uV Vs s分别为色谱柱（或薄层板）内固定液体积、分别为色谱柱（或薄层板）内固定液体积、吸附剂表面积、离子交换剂总交换容量和凝胶吸附剂表面积、离子交换剂总交换容量和凝胶孔内总容积。孔内总容积。小结小结第53页，本讲稿共97页第四节第四节 色谱法基本理论色谱法基本理论 第54页，本讲稿共9

31、7页要使要使R R大，必须：大，必须：1 1、t tR R大大-k k大大-热力学热力学2 2、W W小小-峰展宽小峰展宽小-动力学动力学第55页，本讲稿共97页色谱理论包括两方面:热力学理论：研究分配(分离)过程，塔板理论（plate theory）。动力学理论：研究各种动力学因素对峰展宽的影响，速率理论（rate theory）。第56页，本讲稿共97页一、塔板理论一、塔板理论 u始于马丁（始于马丁（MartinMartin）和辛格（）和辛格（SyngeSynge）提出的塔）提出的塔板模型。板模型。u分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按沸点不同分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按沸点不同而分离。而

32、分离。u色谱柱：组分在两相间的多次分配平衡，按分色谱柱：组分在两相间的多次分配平衡，按分配系数不同而分离。配系数不同而分离。第57页，本讲稿共97页塔板理论假定：塔板理论假定：u在色谱柱内每一在色谱柱内每一“塔板塔板”H H内，组分在两内，组分在两相间瞬间达到分配平衡。相间瞬间达到分配平衡。u流动相间歇式进入色谱柱，每次进入一个流动相间歇式进入色谱柱，每次进入一个塔板体积。塔板体积。u分配系数在各塔板内是常数。分配系数在各塔板内是常数。u纵向扩散可以忽略。纵向扩散可以忽略。第58页，本讲稿共97页（一）质量分配和转移（一）质量分配和转移 1 1、单一组分单一组分B B（k kB B=0.5=0

33、.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 n=5=5，即，即r r=0=0、1 1、2 2、3 3、4 4（或（或n n-1 1）号。）号。将单位质量的将单位质量的B B加到第加到第0 0号塔板上。号塔板上。分配平衡后，分配平衡后，0 0号塔板内号塔板内m ms s/m mm m0.333/0.6670.333/0.667。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59页，本讲稿共97页第60页，本讲稿共97页经过N次转移后，质量分布符合二项式(ms+mm)N的展开式。如N=3，展开式为：(0.333+0.667)3=0.037+

34、0.222+0.444+0.296 0123号在固定相和流动相中的质量分布由k(K)决定第61页，本讲稿共97页转移N次后，第r号塔板中的质量Nmr：第62页，本讲稿共97页例：转移3次后，在第2号塔板内的溶质分数第63页，本讲稿共97页组分B(kB=0.5)在n=5的色谱柱内及出口的分布 N r 0 1 2 3 4 柱出口 0 1 0 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 4 0.012 0.099 0.269 0.395 0.198 0 5 0.004 0.

35、041 0.164 0.329 0.329 0.132 6 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329 0.219 7 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0.219 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068第64页，本讲稿共97页注意：1、柱出口处的质量分数的计算。2、质量（浓度）最大点的N，即保留体积。第65页，本讲稿共97页2 2、两组分的分离、两组分的分离A(kA=1)和B(kB=0.5)两组分第66页，本讲

36、稿共97页组分A(kA=1)在n=5的色谱柱内和出口的分布 N r 0 1 2 3 4 柱出口 0 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 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 5 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.032 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 8 0.004 0.032 0.111

37、0.220 0.274 0.137 9 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 第67页，本讲稿共97页结果：结果：组分组分B B:k k=0.5,=0.5,当当N N=6=6和和7 7时，柱出口产生时，柱出口产生B B的的浓度最大点。浓度最大点。组分组分A A：k k=1=1，N N=8=8和和9 9时，柱出口处达到浓度最大点。时，柱出口处达到浓度最大点。两组分开始分离，k小的组分B在柱后先出现浓度极大值,即先出柱。第68页，本讲稿共97页 一根色谱柱一根色谱柱n n=10=103

38、3以上，以上，组分有微小的组分有微小的分配系数分配系数(容量因子容量因子)差别即可实现完全分差别即可实现完全分离。离。分配系数分配系数(容量因子容量因子)不等是分离的前不等是分离的前提。提。第69页，本讲稿共97页(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70页，本讲稿共97页N 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 6 0.079 7 0.079 7 0.1180.118 8 8 0.137 9

39、 0.137 9 0.1370.137 10 10 0.1240.124 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71页，本讲稿共97页2.2.色谱流出曲线色谱流出曲线 当塔板数很大时，流出曲线趋于正当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布曲线。态分布曲线。第72页，本讲稿共97页第73页，本讲稿共97页3 3、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，tR为保留时间，C为任意时间t时的浓度，C0为峰面积A，即相当于某组分的总量。第74页，本讲稿共97页t t

40、=t tR R时，时，C C有极大值：有极大值：C Cmaxmax即流出曲线的峰高即流出曲线的峰高h h。一定时，一定时，峰高峰高h h取决于取决于C C0 0。C C0 0一定时，一定时，峰高峰高h h取决于取决于。第75页，本讲稿共97页 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t tt tR R或或t tt tR R时，浓度时，浓度C C恒小于恒小于C Cmaxmax。C C随时间随时间t 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76页，本讲稿共97页色谱峰面积色谱峰面积以以A A代替代替C C0 0，h h代替代替

41、C Cmaxmax，且，且W W1/21/2=2.355=2.355，峰面积:A=h(2A=h(2)1/21/2A=1.065WA=1.065W1/21/2h h 色谱定量的参数第77页，本讲稿共97页(三)理论塔板高度和理论塔板数(height equivalent to atheoretical plate或plate height,H)(plate number,n)是色谱柱效参数。第78页，本讲稿共97页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79页，本讲稿共97页理论塔板高度理论塔板高度H H=L L/n n 注意：1.计

42、算n时使标准差（峰宽或半峰宽）和保留时间单位一致 2.n的单位第80页，本讲稿共97页例例在在柱柱长长2m2m、5%5%阿阿皮皮松松柱柱、柱柱温温100100、记记录录纸纸速速为为2.0cm/min2.0cm/min的的实实验验条条件件下下，测测定定苯苯的的保保留留时时间间为为1.50min1.50min，半半峰峰宽宽为为0.10cm0.10cm。求求该柱的理论塔板高度和每米的理论塔板数。该柱的理论塔板高度和每米的理论塔板数。第81页，本讲稿共97页每米理论塔板数为：每米理论塔板数为：2.4102.4103 3/2=1.210/2=1.2103 3(m(m 1 1)解：第82页，本讲稿共97页

43、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83页，本讲稿共97页塔板高度的统计概念：塔板高度的统计概念：单位柱长引起的分子的离散度单位柱长引起的分子的离散度uH H=2 2/L L 2 2HL HL u是组分分子在色谱柱内离散的度量是组分分子在色谱柱内离散的度量u2 2是总的离散程度，即单位柱长内是总的离散程度，即单位柱长内分子离散的累积分子离散的累积第84页，本讲稿共97页小结小结u塔板理论解释了流出曲线的形状塔板理论解释了流出曲线的形状u说明了组分的分配和分离过程说明了组分的分配和分离过程u提出了评价柱效的指标提出了评价柱效的指标u但某些假设与实际

44、色谱过程不符但某些假设与实际色谱过程不符 第85页，本讲稿共97页二、速率理论二、速率理论u塔板理论的不足：塔板理论的不足：组分在两相中不可能真正达到分配平衡；组分在两相中不可能真正达到分配平衡；组分在色谱柱中的纵向扩散不能忽略组分在色谱柱中的纵向扩散不能忽略;没有考虑各种动力学因素对传质过程的影响；没有考虑各种动力学因素对传质过程的影响；无法解释柱效与流动相流速的关系；无法解释柱效与流动相流速的关系；不能说明影响柱效有哪些主要因素。不能说明影响柱效有哪些主要因素。第86页，本讲稿共97页速率理论速率理论u19561956年，荷兰学者范第姆特年，荷兰学者范第姆特(Van Deemter)(Va

45、n Deemter)提出提出了色谱过程动力学理论了色谱过程动力学理论速率理论。速率理论。塔板高度涡流扩散项纵向扩散项传质阻抗项H H =A A +B B/u u +CuCu第87页，本讲稿共97页u涡流扩散涡流扩散(eddy diffusion)(eddy diffusion)也称为多径扩散也称为多径扩散速率理论速率理论(一一)影响影响H H 的动力学因数的动力学因数第88页，本讲稿共97页第89页，本讲稿共97页u涡流扩散涡流扩散 原因：柱填充不均匀原因：柱填充不均匀A A=2=2 d dp p速率理论速率理论(一一)影响影响H H 的动力学因数的动力学因数A A：涡流扩散系数，其单位为：涡

46、流扩散系数，其单位为cmcm。：填充不规则因子，：填充不规则因子，填充技术和填料颗粒形填充技术和填料颗粒形状决定。状决定。d dp p：填料：填料 (固定相固定相)颗粒的平均直径，颗粒的平均直径，d dp p小，小，A A小；但小；但d dp p 太小，太小，和柱阻和柱阻大。大。第90页，本讲稿共97页u纵向扩纵向扩 (longitudinal (longitudinal diffusion)diffusion)速率理论速率理论(一一)影响影响H H 的动力学因数的动力学因数组分向组分向“塞子塞子”前后扩前后扩散，使区带展宽。散，使区带展宽。原因：浓度差原因：浓度差第91页，本讲稿共97页u纵

47、向扩散项纵向扩散项 B B/u u影响因素：u，B=2DmB B：纵向扩散系数，其单位为：纵向扩散系数，其单位为cmcm2 2/s/s。：弯曲因子，反映固定相颗粒对分子扩散的阻碍。：弯曲因子，反映固定相颗粒对分子扩散的阻碍。D Dm m：组分在：组分在流动相流动相中的扩散系数。中的扩散系数。速率理论速率理论(一一)影响影响H H 的动力学因数的动力学因数第92页，本讲稿共97页u传质阻抗传质阻抗(mass transfer resistance)(mass transfer resistance)速率理论速率理论(一一)影响影响H H 的动力学因数的动力学因数传质：溶解、扩散、转移的过程。传质

48、：溶解、扩散、转移的过程。传质阻抗：影响传质过程的阻力。传质阻抗：影响传质过程的阻力。结果结果：（：（非平衡状态非平衡状态），使有些分子较快向前移动，），使有些分子较快向前移动，而另一些滞后，引起峰展宽。而另一些滞后，引起峰展宽。传质阻抗系数传质阻抗系数C C，其单位，其单位s s，包括，包括 C Cm m、C Cs s。第93页，本讲稿共97页速率理论速率理论第94页，本讲稿共97页速率理论速率理论（二）流动相线速度对塔板高度的影响（二）流动相线速度对塔板高度的影响 uA A：不受：不受u u影响影响uB/uB/u：u u,H HuCuCu：（C Cm m、C Cs s ）u,H第95页，本讲稿共97页速率理论（二）流动相线速度对塔板高度的影响 总结果：总结果：u u 较低时：较低时：B/uB/u主主导，导，u u,H H,u u 较高时：较高时：CuCu主导，主导，u u,H H,u u 最佳最佳第96页，本讲稿共97页主要内容：主要内容：u色谱过程和分离原理色谱过程和分离原理u基本概念和计算公式：保留值、分配系数、基本概念和计算公式：保留值、分配系数、容量因子、容量因子、n n、H H、R Ru色谱基本理论：塔板理论、速率理论色谱基本理论：塔板理论、速率理论u基本类型色谱机制基本类型色谱机制第97页，本讲稿共97页