第十五章色谱分析法导论课件.ppt

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1、第十五章色谱分析法导论第1页，此课件共58页哦概述概述色谱法色谱法又称又称色层法或层析法色层法或层析法，是一种比萃取、蒸馏等更高，是一种比萃取、蒸馏等更高效、应用更广泛的分析技术。效、应用更广泛的分析技术。色谱法早在色谱法早在19061906年由俄国植物学家年由俄国植物学家TswettTswett(茨维特茨维特)分离分离植物色素时采用。植物色素时采用。他在研究植物叶的色素成分时，将他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙碳酸钙的直立的直立玻璃玻璃管内，然管内，然后加入后加入石油醚石油醚使其自由流下，结果使其自由流下，结果色素中各组分互相分色素中各组分

2、互相分离形成各种不同颜色的谱带离形成各种不同颜色的谱带。这种方法因此得名为。这种方法因此得名为色谱色谱法法。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色谱色谱”二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至今。二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至今。第2页，此课件共58页哦第3页，此课件共58页哦植物色素分植物色素分离图示离图示第4页，此课件共58页哦 在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为动的一相（固体或液体）称为固定相固定相 ；自上而下淋洗运动的一相（一般是气体或液体）称自上而下淋洗运动的一

3、相（一般是气体或液体）称为为流动相流动相 ；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为称为色谱色谱柱柱。第5页，此课件共58页哦色谱法的实质色谱法的实质 色谱法的实质是色谱法的实质是一种物理化学分离分析方法。一种物理化学分离分析方法。基于混合物中各组分在互不相容的两相中，基于混合物中各组分在互不相容的两相中，具有具有不同的分配系数，不同的分配系数，当两相做相对运动时，当两相做相对运动时，混合物混合物各组分在两相间进行反复多次的分配。各组分在两相间进行反复多次的分配。这样就使这样就使得得那些分配系数只有微小差别的组分在移动速率那些分配系数只有微小差别的组分在移动

4、速率上产生差别，从而得到分离。上产生差别，从而得到分离。第6页，此课件共58页哦色谱法的分类色谱法的分类1.按两相物理状态分类按两相物理状态分类 气固色谱气固色谱(GSC)、气液色谱、气液色谱(GLC)、液固色谱、液固色谱(LSC)、液液色谱、液液色谱(LLC)2.按固定相的固定方式状态分类按固定相的固定方式状态分类(1)柱色谱柱色谱：填充柱色谱和毛细管柱色谱填充柱色谱和毛细管柱色谱-固定相安装在柱内或固定相安装在柱内或 柱柱壁上。壁上。(2)薄层色谱薄层色谱：将固定相涂在玻璃板或塑料板上。：将固定相涂在玻璃板或塑料板上。(3)纸色谱纸色谱：用滤纸做固定相或固定相载体。：用滤纸做固定相或固定相

5、载体。第7页，此课件共58页哦3.按分离机理分类按分离机理分类(1)吸附色谱吸附色谱：利用吸附剂对不同组分的吸附性能的差别而进行分离：利用吸附剂对不同组分的吸附性能的差别而进行分离(2)分配色谱分配色谱：利用不同组分在两相间的分配系数的差别而进行分：利用不同组分在两相间的分配系数的差别而进行分离离(3)其他其他：离子交换色谱，凝胶色谱，离子对色谱，配合色谱，亲和：离子交换色谱，凝胶色谱，离子对色谱，配合色谱，亲和色谱。色谱。4.其它色谱类型其它色谱类型 基于色谱过程的特殊物化原理或特殊的操作方式等，色谱法基于色谱过程的特殊物化原理或特殊的操作方式等，色谱法还有其他一些特殊类型，如还有其他一些特

6、殊类型，如化学键合色谱、制备色谱、裂解色谱、化学键合色谱、制备色谱、裂解色谱、二维色谱等。二维色谱等。第8页，此课件共58页哦色谱的发展色谱的发展从从Tewett建立色谱法至今，色谱法已成为专门的学科。建立色谱法至今，色谱法已成为专门的学科。1952 James和和Martin发展了气相色谱；是色谱法的革命性发展了气相色谱；是色谱法的革命性进展。进展。1967 Kirkland等研制高效液相色谱法；再一次推动了等研制高效液相色谱法；再一次推动了色谱法的发展。色谱法的发展。第9页，此课件共58页哦色谱法的特点色谱法的特点1.分离效率高，可用于分离复杂化合物分离效率高，可用于分离复杂化合物2.灵敏

7、度高，可以检测到灵敏度高，可以检测到ug/g至至ng/g级的物质含量。级的物质含量。3.分析速度快分析速度快4.应用范围广：气相色谱应用范围广：气相色谱-沸点低于沸点低于400度；液相色度；液相色谱谱-高沸点、热不稳定、生物试样。高沸点、热不稳定、生物试样。5.不足：被分离组分的定性问题不足：被分离组分的定性问题第10页，此课件共58页哦第一节第一节 色谱基本概念色谱基本概念一、色谱分离过程一、色谱分离过程AB两组分两组分吸附能力和吸附能力和分分配配系系数数的的差差别别，导导致致两两组组分分在在柱柱中中移移动动速速率率不不同同，经经过过数数次次吸吸附附(分分配配)，组组分分逐逐渐渐分分开开，先

8、先后进入检测器检测。后进入检测器检测。第11页，此课件共58页哦特点：特点：不同组分在柱中移动速度不等；各组分沿柱子扩散分布。不同组分在柱中移动速度不等；各组分沿柱子扩散分布。第12页，此课件共58页哦二、色谱常用术语二、色谱常用术语1.色谱图色谱图 色谱柱中的流出物通过检测器产生的信号对时间（或流动相体色谱柱中的流出物通过检测器产生的信号对时间（或流动相体积）的曲线。在适当的色谱条件下，每个组分对应的色谱峰一般积）的曲线。在适当的色谱条件下，每个组分对应的色谱峰一般呈正呈正态分布，态分布，色谱图是定性、定量和评价色谱分离情况的基本依据。色谱图是定性、定量和评价色谱分离情况的基本依据。第13页

9、，此课件共58页哦2.基线基线 色谱柱中色谱柱中只有载气无样品通过时只有载气无样品通过时，检测器响应信号反应的是系，检测器响应信号反应的是系统噪音随时间变化的线称为统噪音随时间变化的线称为基线基线。在实验条件稳定时，基线是一。在实验条件稳定时，基线是一条直线。条直线。信信号号进样空气峰ha色谱峰色谱峰3.峰高峰高 色谱峰最高点与基线之间的距离色谱峰最高点与基线之间的距离4.区域宽度区域宽度 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通表

10、示色谱峰区域宽度通常有三种方法。常有三种方法。第14页，此课件共58页哦1.标准偏差标准偏差-即即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半。倍峰高处色谱峰宽的一半。2.半半峰峰宽宽W1/2-即即峰峰高高一一半半处处对对应应的的峰峰宽宽。它它与与标标准准偏偏差的关系为差的关系为W1/2=2.354 3.峰峰底底宽宽度度Wb-即即色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点上上的的切切线线在在基基线线上上截距间的距离。它与标准偏差截距间的距离。它与标准偏差 的关系是的关系是 Wb=4 第15页，此课件共58页哦5.保留值保留值 试样各组分在色谱柱中保留行为的量度试样各组分在色谱柱中保留行为的量度，反映了组分，反映了组分与

11、固定相间作用力大小，通常用与固定相间作用力大小，通常用保留时间和保留体积保留时间和保留体积表示。可以揭示色谱过程的作用机理和分子的结构特表示。可以揭示色谱过程的作用机理和分子的结构特征。征。信信号号进样进样tR(1)保留时间保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间，为保留时间，是色谱定性的依据。是色谱定性的依据。第16页，此课件共58页哦(2)死时间死时间tM 不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积

12、，如下极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积，如下图。图。信号进样tM(3)调整保留时间调整保留时间tR某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，即即组分在固定相中停留的时间。组分在固定相中停留的时间。即即 tR=tR tM 第17页，此课件共58页哦(4)保留体积保留体积VR 指从进样开始到被测组分在指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点柱后出现浓度极大点时所通过的时所通过的流动相的体积。保留时间与保留体积关系：流动相的体积。保留时间与保留体积关系：VR=tR qo(色谱柱出口的载气流量)(5)死体积死体

13、积V0 指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两项很小可忽略不计时，两项很小可忽略不计时，死体积可由死时间与色谱柱出口的载死体积可由死时间与色谱柱出口的载气流速气流速qo（cm3min-1）计算。计算。(6)调整保留体积调整保留体积VR 某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体积。某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体积。VR =VR V0 =tR qo 第18页，此课件共58页哦(7)相对保留值

14、相对保留值r2,1(选择性因子选择性因子)某组分某组分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，称为相对保留值。称为相对保留值。r2,1=tR2 /tR1=VR2 /VR1 由于相对保留值只与由于相对保留值只与柱温及固定相性质柱温及固定相性质有关，而有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛用作它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛用作定定性的依据性的依据。(8)保留指数保留指数Ix 1958年，年，Kovats提出用提出用正构烷烃系列正构烷烃系列作为度量被作为

15、度量被测物质的相对保留值的标准，引进了测物质的相对保留值的标准，引进了保留指数保留指数的概念。的概念。是色谱定性的指标。是色谱定性的指标。第19页，此课件共58页哦 正构烷烃的保留指数定义为正构烷烃的保留指数定义为100z，z为其碳数。为其碳数。在相同的色谱条件下测定被测组分及两个相邻在相同的色谱条件下测定被测组分及两个相邻(间间隔隔)正构烷烃的调整保留时间正构烷烃的调整保留时间第20页，此课件共58页哦6.分配系数分配系数K 它它（K）是是指指在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组分分在在固固定定相和流动相之间分配达平衡时的质量浓度之比相和流动相之间分配达平衡时的质量浓度之比，即，即 K

16、=溶质在固定相中的浓度溶质在固定相中的浓度/溶质在流动相中的浓度溶质在流动相中的浓度 =s/m 7.分配比分配比k 分配比又称分配比又称容量因子容量因子，它是指在一定温度和压，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的物质的质量之比。即和流动相中的物质的质量之比。即 k=组组分分在在固固定定相相中中的的质质量量/组组分分在在流流动动相相中中的的质质量量 =ms/mm第21页，此课件共58页哦分配系数与分配比之间的关系分配系数与分配比之间的关系 K=s/m=k.8.保留值与分配系数保留值与分配系数 K 及分配比及分配比

17、 k 的关系的关系 保留体积与热力学平衡常数之间保留体积与热力学平衡常数之间K的关系的关系 VR=V0+KVs VR=V0(1+k)tR=t0(1+k)r2,1=tR2 /tR1=K2/K1=k2/k1 分配系数和分配比都与组分及固定液的热力学性分配系数和分配比都与组分及固定液的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化，分配系数质有关，并随柱温、柱压的变化而变化，分配系数与两相体积无关，分配比则随着固定液的量而变化，与两相体积无关，分配比则随着固定液的量而变化，k值越大，组分在固定液中的量越多，相当于柱的值越大，组分在固定液中的量越多，相当于柱的容量越大。容量越大。第22页，此课件共58页哦

18、第二节第二节 色谱理论基础色谱理论基础 色谱分离的条件：色谱分离的条件：1.1.两相邻组分保留值存在一定差别，即洗出两个色谱峰具有足够的距离。两相邻组分保留值存在一定差别，即洗出两个色谱峰具有足够的距离。受色谱热力学控制受色谱热力学控制(塔板理论塔板理论)。2.2.色谱峰区域宽度要窄。色谱峰区域宽度要窄。受色谱动力学控制受色谱动力学控制(速率理论速率理论)。一、塔板理论一、塔板理论 最早由英国生物学家最早由英国生物学家MartinMartin提出，提出，把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为，中塔板的概念来描述组分在两相间的

19、分配行为，同时引入理论塔板数作为同时引入理论塔板数作为衡量柱效率的指标衡量柱效率的指标，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用成。每一块塔板的高度用H H表示，称为塔板高度，简称板高。表示，称为塔板高度，简称板高。第23页，此课件共58页哦塔板理论假设：塔板理论假设：1.1.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。这这一一小段柱长称为小段柱长称为理论塔板高度理论塔板高度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

20、是是脉脉动动式式，每每次进气为一个塔板体积（次进气为一个塔板体积（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，而而且且试试样样沿沿轴轴（纵纵）向向扩扩散可忽略。散可忽略。4.分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。简单地认为：简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长为为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为：的色谱柱，溶质平衡

21、的次数应为：n=L/H n称为理论塔板数称为理论塔板数。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高的增加而增加，随板高H的增大而减小。的增大而减小。第24页，此课件共58页哦n与半峰宽及峰底宽的关系式为：与半峰宽及峰底宽的关系式为：n=5.54(tR/W1/2)2=16(tR/Wb)2 组组分分的的保保留留时时间间越越长长，峰峰形形越越窄窄，则则理理论论塔塔板板数数n越越大大，色谱柱效能越高。色谱柱效能越高。计计算算出出来来的的的的n和和H值值有有时时并并不不能能充充分分地地反反映映色色谱谱柱柱的的分分离离效效能能，因因为为采采用用tR

22、计计算算时时，没没有有扣扣除除死死时间时间tM，所以常用所以常用有效塔板数有效塔板数n有效有效表示柱效表示柱效：n有效有效=5.54(tR /W1/2)2=16(tR /Wb)2 有效板高有效板高：H有效有效=L/n有效有效第25页，此课件共58页哦例：已知某组分峰的峰底宽为例：已知某组分峰的峰底宽为40 s，保留时间为保留时间为400 s，计算此色谱柱的理论塔板数。计算此色谱柱的理论塔板数。解：解：n=16(tR/Wb)2 =16 (400/40)2 =1600 块块第26页，此课件共58页哦 塔板理论是一种半经验性理论。塔板理论是一种半经验性理论。它用热力学的观点它用热力学的观点定定量说明

23、了溶质在色谱柱中移动的速率，解释了流出曲线量说明了溶质在色谱柱中移动的速率，解释了流出曲线的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。但是但是，色谱过程不仅受热力学因素的影响，色谱过程不仅受热力学因素的影响，而且还而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关，与分子的扩散、传质等动力学因素有关，因此塔板理论因此塔板理论只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素影响；也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得素影响；也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数，因而限制了它的应用。不同的理论塔板

24、数，因而限制了它的应用。第27页，此课件共58页哦二、速率理论二、速率理论 1956年年荷荷兰兰学学者者van Deemter（范范第第姆姆特特）等等在在研研究究气气液液色色谱谱时时，提提出出了了色色谱谱过过程程动动力力学学理理论论速速率率理理论论。他他们们吸吸收收了了塔塔板板理理论论中中板板高高的的概概念念，并并充充分分考考虑虑了了组组分分在在两两相相间间的的扩扩散散和和传传质质过过程程，从从而而在在动动力力学学基基础础上上较较好好地地解解释释了了影影响响板板高高的的各各种种因因素素。该该理理论论模模型对气相、液相色谱都适用。型对气相、液相色谱都适用。van Deemter方程方程的数学简化

25、式为的数学简化式为（板高方程）板高方程）H=A+B/u+C u 式式中中u为为流流动动相相的的线线速速度度；A、B、C为为常常数数，分分别别代代表表涡涡流流扩扩散散系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。第28页，此课件共58页哦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时，流动相由于受在填充色谱柱中，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，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称的类似涡流的流动，故称涡流扩散涡流扩散。第

26、29页，此课件共58页哦 由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不均匀性，使由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不均匀性，使组分在色谱柱中路径长短不一，因而组分在色谱柱中路径长短不一，因而同时进色谱柱的相同时进色谱柱的相同组分到达柱口时间并不一致，引起了色谱峰的变宽。同组分到达柱口时间并不一致，引起了色谱峰的变宽。色谱峰变宽的程度由下式决定：色谱峰变宽的程度由下式决定：A=2dp 上式表明，上式表明，A与填充物的平均直径与填充物的平均直径dp的大小和填充不规的大小和填充不规则因子则因子有关有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。为了减少涡流扩散，提高柱效，

27、为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，使用细而均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。并且填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在对于空心毛细管，不存在涡流扩散，因此涡流扩散，因此 A=0。第30页，此课件共58页哦2.纵向扩散项纵向扩散项 B/u（分子扩散项）分子扩散项）纵纵向向分分子子扩扩散散是是由由浓浓度度梯梯度度造造成成的的。组组分分从从柱柱入入口口加加入入，其其浓浓度度分分布布的的构构型型呈呈“塞塞子子”状状。它它随随着着流流动动相相向向前前推推进进，由由于于存存在在浓浓度度梯梯度度，“塞塞子子”必必然然自自发发的的向向前前和和向向后后扩扩散散，造造成成谱谱带带展展宽宽。

28、分分子子扩散项系数为扩散项系数为 B=2 Dm式中：式中：弯曲因子，填充柱弯曲因子，填充柱 空心柱空心柱=1 Dm组分在流动相中的扩散系数组分在流动相中的扩散系数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，也称弯曲因子也称弯曲因子，它反映了固定，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。Dm为组分在流动相中为组分在流动相中扩散系数扩散系数（cm3s-1）,分子扩散项与组分在流动相中分子扩散项与组分在流动相中扩散系数扩散系数Dm成正比成正比.第31页，此课件共58页哦 Dm与流动相及组分性质有关：与流动相及组分性质有

29、关：(a)相对分子质量大的组分相对分子质量大的组分Dm小，小，Dm反比于流动相相对分子质量的平反比于流动相相对分子质量的平方根，所以方根，所以采用相对分子质量较大的流动相，可使采用相对分子质量较大的流动相，可使B项降低。项降低。(b)Dm随柱温增高而增加，但反比于柱压。随柱温增高而增加，但反比于柱压。另外纵向扩散与另外纵向扩散与组分在色谱柱内停留时间有关组分在色谱柱内停留时间有关，流动相流速小，组分，流动相流速小，组分停留时间长，纵向扩散就大。因此为降低纵向扩散影响，要加大流停留时间长，纵向扩散就大。因此为降低纵向扩散影响，要加大流动相速度。动相速度。对于液相色谱，组分在流动相中纵向扩散可以忽

30、略对于液相色谱，组分在流动相中纵向扩散可以忽略。第32页，此课件共58页哦3.传质阻力项传质阻力项 Cu由于气相色谱以气体为流动相，液相色谱以液体为流动相，它由于气相色谱以气体为流动相，液相色谱以液体为流动相，它们的传质过程不完全相同。们的传质过程不完全相同。（1 1）气液色谱）气液色谱 传质阻力系数传质阻力系数C C包括气相包括气相(固定相固定相)传质阻力系数传质阻力系数CgCg(流动相流动相)和液和液相传质阻力系数相传质阻力系数C1C1两项，即两项，即 C=CC=Cm m+C+Cs s 气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程过程

31、。这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度。这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。有的分子还来不及进入两相界面，就被气相带走；有的则进分配。有的分子还来不及进入两相界面，就被气相带走；有的则进入两相界面又来不及返回气相。这样使得试样在两相界面上不能瞬入两相界面又来不及返回气相。这样使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡，引起滞后现象，从而使色谱峰变宽。间达到分配平衡，引起滞后现象，从而使色谱峰变宽。第33页，此课件共58页哦对于填充柱，气相传质阻力系数对于填充柱，气相传质阻力系数Cm为：为：式中式中k为容量因子为容量因子。由上式看出，气相传质阻力与填充。由上式

32、看出，气相传质阻力与填充物粒度物粒度dp的平方成正比，与组分在载气流中的扩散系数的平方成正比，与组分在载气流中的扩散系数Dm成反比。因此，成反比。因此，采用粒度小的填充物和相对分子质量采用粒度小的填充物和相对分子质量小的气体（如氢气）做载气，可使小的气体（如氢气）做载气，可使Cm减小，提高柱效。减小，提高柱效。第34页，此课件共58页哦 液相传质过程是指试样组分从固定相的气液相传质过程是指试样组分从固定相的气/液界面液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后又返回气然后又返回气/液界面的传质过程。这个过程也需要一液界面的传质过程。这个过

33、程也需要一定的时间，此时，气相中组分的其它分子仍随载气不定的时间，此时，气相中组分的其它分子仍随载气不断向柱口运动，于是造成峰形扩张。断向柱口运动，于是造成峰形扩张。由上式看出，由上式看出，固定相的液膜厚度固定相的液膜厚度df薄薄，组分在液相，组分在液相的扩散系数的扩散系数Ds大，则液相传质阻力就小。降低固定液大，则液相传质阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但的含量，可以降低液膜厚度，但k值随之变小，又会使值随之变小，又会使Cs增大。增大。第35页，此课件共58页哦4.载气流速载气流速u对理论塔板数高度对理论塔板数高度H的影响的影响uHminupotH-u曲线曲线第36页，此课件共

34、58页哦分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献p较低线速时，较低线速时，分子扩散项分子扩散项B/u起主要作用；应采用分子起主要作用；应采用分子质量较大的载气，使组分在气相中有较小的扩散系数。质量较大的载气，使组分在气相中有较小的扩散系数。p较高线速时，较高线速时，传质阻力传质阻力Cu项起主要作用项起主要作用；其中流动相；其中流动相传质阻力项对板高的贡献几乎是一个定值。宜采用低传质阻力项对板高的贡献几乎是一个定值。宜采用低分子质量的载气分子质量的载气(H2,He)，以减小气相传质阻力，提高，以减小气相传质阻力，提高效能。效能。第37页，此课件共58页哦 根据速率理论

35、，将上面各式总结，即可得气液色谱根据速率理论，将上面各式总结，即可得气液色谱速率板高方程，速率板高方程，即著名的即著名的van Deemter方程，亦称速率方程，亦称速率方程。对色谱分离条件的选择有指导意义。方程。对色谱分离条件的选择有指导意义。它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的流动相的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。影响。第38页，此课件共58页哦三、分离度三、分离度 要实现色谱的分离：要实现色谱的分离：首先两峰之间的距离要大，即两首先两峰之间的距离要大，即两组分的保留时间有足

36、够大的差值，其次峰形要陡。组分的保留时间有足够大的差值，其次峰形要陡。第39页，此课件共58页哦 分离度分离度R是一个综合性指标。是一个综合性指标。分分离离度度是是既既能能反反映映柱柱效效率率又又能能反反映映选选择择性性的的指指标标，称称总总分分离离效效能能指指标标。分分离离度度又又叫叫分分辨辨率率，它它定定义义为为相相邻邻两两组组分分色色谱谱峰峰保保留留值值之之差差与与两两组组分分色色谱峰底宽总和之半的比值，即谱峰底宽总和之半的比值，即 R=2(tR2-tR1)/W1+W2 R值值越越大大，表表明明相相邻邻两两组组分分分分离离越越好好。一一般般说说，当当R1时时，两两峰峰有有部部分分重重叠叠

37、；当当R=1时时，分分离离程程度度可可达达98%；当当R=1.5时时，分分离离程程度度可可达达99.7%。通常用通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志作为相邻两组分已完全分离的标志第40页，此课件共58页哦当色谱峰峰形不对称或相邻两峰间有重叠时，峰宽较难测当色谱峰峰形不对称或相邻两峰间有重叠时，峰宽较难测量，可用半峰宽代替峰宽量，可用半峰宽代替峰宽 R=(tR2-tR1)/（W1/2,1+W1/2,2）将柱效、选择性及分离度联系起来，假设两相邻峰峰宽相等将柱效、选择性及分离度联系起来，假设两相邻峰峰宽相等(W1=W2),得到柱效、选择性及分离度之间的关系式：得到柱效、选择性及分离度之间

38、的关系式：第41页，此课件共58页哦色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式通通过过上上式式可可从从色色谱谱图图计计算算R，当当没没有有体体现现处处2，1与与及及neff的的关关系系。令令Wb(1)=Wb(2)（相相邻邻两两峰峰的的峰峰底底宽宽近近似似相相等等），引引入入相相对对保保留留值值和和塔塔板数，可导出下式：板数，可导出下式：第42页，此课件共58页哦将将R与与柱柱效效能能参参数数neff，相相对对保保留留值值2，1联联系系起起来来，这这就就是是色色谱分离方程式。谱分离方程式。第43页，此课件共58页哦例例1：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

39、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塔板高度为的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？柱长是多少？解：解：2，1=100/85=1.18 n有效有效 =16R2 2，1/(2，1-1)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，两组分可以得到完全分离。米时，两组分可以得到完全分离。第44页，此课件共58页哦第三节第三节 色谱定性定量分析色谱定性定量分析一、定性分析一、定性分析 确定各

40、色谱峰代表的化合物。确定各色谱峰代表的化合物。1、利用保留值定性、利用保留值定性 (1)利用已知物保留值对照定性，色谱定性分析就利用已知物保留值对照定性，色谱定性分析就是要确定各色谱峰所代表的化合物。由于各种物是要确定各色谱峰所代表的化合物。由于各种物质在一定的色谱条件下均有确定的保留值，因此质在一定的色谱条件下均有确定的保留值，因此保留值可作为一种定性指标保留值可作为一种定性指标。目前各种色谱定性。目前各种色谱定性方法都是基于保留值的。方法都是基于保留值的。第45页，此课件共58页哦(2)相对保留值法相对保留值法 相对保留值相对保留值ris 是指组分是指组分i与基准物质与基准物质s调整保留值

41、的比调整保留值的比值值它仅随固定液及柱温变化而变化，与其它操作条件无关。它仅随固定液及柱温变化而变化，与其它操作条件无关。第46页，此课件共58页哦（3）双柱保留法）双柱保留法 保留值或相对保留值，在同一根色谱柱上不同的组分可能具有相保留值或相对保留值，在同一根色谱柱上不同的组分可能具有相同的数值。即使使用纯物质对照，也可能有误差，需要采用同的数值。即使使用纯物质对照，也可能有误差，需要采用双柱法双柱法定性。定性。利用两根极性差别较大的色谱柱对混合物进行分离，然后用纯物质分别利用两根极性差别较大的色谱柱对混合物进行分离，然后用纯物质分别在两根柱子上进行保留值对照定性在两根柱子上进行保留值对照定

42、性，得到的结果一致，就可以确定该组，得到的结果一致，就可以确定该组分，结果比较可靠。分，结果比较可靠。第47页，此课件共58页哦2.利用文献保留数据定性利用文献保留数据定性 在所使用的柱温与固定液相同的条件下，测定未知组分的保留指数，在所使用的柱温与固定液相同的条件下，测定未知组分的保留指数，然后与然后与文献发表的文献发表的Ix对照对照就可以定性测量。就可以定性测量。3.利用选择性检测器定性利用选择性检测器定性 火焰光度检测器响应火焰光度检测器响应-有机化合物有机化合物 电子捕获器有响应电子捕获器有响应-含有卤素、氧等电负性强的基团含有卤素、氧等电负性强的基团 氮磷检测器有响应氮磷检测器有响应

43、-含硫或磷含硫或磷 只能确定某一类化合物的存在，不能指出具体是哪一种组分。只能确定某一类化合物的存在，不能指出具体是哪一种组分。4.仪器联用技术仪器联用技术 GC-MS,GC-FTIR 第48页，此课件共58页哦二、定量分析二、定量分析 定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分含量。含量。色谱定量的依据是，当操作条件一致时，色谱定量的依据是，当操作条件一致时，被测被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比比。即：。即：mi=fi Ai 式中式中mi为被测组分为被测组分i的质量；的质量；Ai为被测

44、组分为被测组分i的峰面积；的峰面积；fi为被测组分为被测组分i的校正因子。的校正因子。第49页，此课件共58页哦进行色谱定量分析时需要：进行色谱定量分析时需要：（1）准确测量检测器的响应信号）准确测量检测器的响应信号 峰面积或峰高；峰面积或峰高；（2）准确求得比例常数）准确求得比例常数 校正因子；校正因子；（3）正确选择合适的定量计算方法，将测得的峰面）正确选择合适的定量计算方法，将测得的峰面积或峰高换算为组分的百分含量。积或峰高换算为组分的百分含量。第50页，此课件共58页哦1、峰面积测量方法峰面积测量方法 峰面积是色谱图提供的基本定量数据，峰面积测量的准确与峰面积是色谱图提供的基本定量数据

45、，峰面积测量的准确与否直接影响定量结果。否直接影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰采用不同的测量方对于不同峰形的色谱峰采用不同的测量方法。法。（1）对称形峰面积的测量）对称形峰面积的测量 峰高乘以半峰宽法峰高乘以半峰宽法 对称峰的面积对称峰的面积 A=1.065 h W1/2（2）不不对称形峰面积的测量对称形峰面积的测量 峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法 对于不对称峰的测量如仍用峰高乘以半峰宽，误差就较大，因此采用对于不对称峰的测量如仍用峰高乘以半峰宽，误差就较大，因此采用峰高乘平均峰宽法。峰高乘平均峰宽法。A=1/2 h（W0.15+W0.85）式中式中W0.15 和和 W0.85分别为峰高分

46、别为峰高0.15倍和倍和0.85倍处的峰宽。倍处的峰宽。第51页，此课件共58页哦（3）自动积分仪法自动积分仪法 2.定量校正因子定量校正因子 色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。但是色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。但是峰面积的大峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质有关小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质有关。即当两个质量即当两个质量相同的不同组分在相同条件下使用同一检测器进行测定时，所得的峰面相同的不同组分在相同条件下使用同一检测器进行测定时，所得的峰面积却不相同。积却不相同。因此，因此，混合物中某一组分的百分含量并不等于该组分的峰面积在各组

47、混合物中某一组分的百分含量并不等于该组分的峰面积在各组分峰面积总和中所占的百分率。分峰面积总和中所占的百分率。这样，就不能直接利用峰面积计算物质这样，就不能直接利用峰面积计算物质的含量。为了使峰面积能真实反映出物质的质量，的含量。为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰面积进行校就要对峰面积进行校正，即在定量计算时引入校正因子。正，即在定量计算时引入校正因子。第52页，此课件共58页哦校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。fi=mi/Ai 式中式中fi值与组分值与组分i质量绝对值成正比，所以称为绝对校正因子。在定量分质量绝对值成正比，所以称为绝对校

48、正因子。在定量分析时要精确求出析时要精确求出fi值是比较困难的。值是比较困难的。绝对校正因子主要由仪器的灵敏度决定，不易准确测定。因此在定量分析绝对校正因子主要由仪器的灵敏度决定，不易准确测定。因此在定量分析时，一般采用相对校正因子，即某物质与标准物质的绝对校正因子的比时，一般采用相对校正因子，即某物质与标准物质的绝对校正因子的比值值-质量校正因子、摩尔校正因子、体积校正因子。质量校正因子、摩尔校正因子、体积校正因子。第53页，此课件共58页哦(1)质量校正因子质量校正因子fm(2)摩尔校正因子摩尔校正因子fM(3)体积校正因子体积校正因子fv 第54页，此课件共58页哦（3）定量分析方法定量

49、分析方法I、归归一一化化法法：若若试试样样中中含含有有n个个组组分分，且且都都出出峰峰，所所有有组组分分的的含含量加和为量加和为100，则其中组分，则其中组分i的质量分数的质量分数wi为为特点及要求：特点及要求：p 归一化法简便、快速、准确；归一化法简便、快速、准确；p进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；p仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。第55页，此课件共58页哦II、内标法：就是将某标准物质加入到组分中去内标法：就是将某标准物质加入到组分中去操操作作方方法法：准准确确称称取取样样品品，加加

50、入入一一定定量量某某种种纯纯物物质质作作为为内内标标，根根据据测测量量到到的的待待测测组组分分和和内内标标物物质质的的峰峰面面积积及及内内标物质的质量计算待测组分的质量。标物质的质量计算待测组分的质量。第56页，此课件共58页哦第57页，此课件共58页哦内标法特点：内标法特点：1.内内标标法法的的准准确确性性较较高高，操操作作条条件件和和进进样样量量的的稍稍许许变变动动对对定定量量结结果果的的影响不大。影响不大。2.每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。3.选选择择合合适适的的内内标标物物比比较较困困难难，因