色谱法的原理以及定量分析讲稿.ppt

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1、关于色谱法的原理以关于色谱法的原理以及定量分析及定量分析第一页，讲稿共八十六页哦第七章第七章 色谱法色谱法 7.1 色色谱分析法分析法简介介 7.2 色色谱图及色及色谱常用常用术语 7.3 色色谱法的基本理法的基本理论 7.4 色色谱定性和定量分析定性和定量分析 7.5 气相色气相色谱法法 7.6 高效液相色高效液相色谱法法第二页，讲稿共八十六页哦7.1.1 色色谱法的法的产生和生和发展展7.1.2 什么是色什么是色谱法法7.1.3 色色谱法分法分类7.1 色谱分析法简介色谱分析法简介第三页，讲稿共八十六页哦1.色色谱法的法的产生生色色谱法是一种分离技法是一种分离技术俄国植物学家茨俄国植物学家

2、茨维特特1906年年创立立7.1.1 色谱法的产生和发展色谱法的产生和发展第四页，讲稿共八十六页哦分离植物叶子中的色素分离植物叶子中的色素时，将叶片的石，将叶片的石油油醚（饱和和烃混合物）提取液倒入玻璃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充管中，柱中填充CaCO3粉末（有吸附能粉末（有吸附能力力)，用，用纯石油石油醚洗脱（淋洗）。色素受洗脱（淋洗）。色素受两种作用力影响两种作用力影响一种是一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中停吸附，使色素在柱中停滞下来滞下来一种是被石油一种是被石油醚溶解，使色素向下移溶解，使色素向下移动各种色素各种色素结构不同，受两种作用力大小构不同，受两种作用力大小不同，不同

3、，经一段一段时间洗脱后，色素在柱子洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种上分开，形成了各种颜色的色的谱带，这种种分离方法称分离方法称为色色谱法。法。第五页，讲稿共八十六页哦Tsweet的实验第六页，讲稿共八十六页哦第七页，讲稿共八十六页哦2.色色谱法的法的发展展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胡萝卜素的卜素的 分离，从此色分离，从此色谱法得以广泛法得以广泛应用。用。1935年：年：Adams和和Holmes第一次用苯酚和甲第一次用苯酚和甲醛合合成了人工有机离子交成了人工有机离子交换剂，能交，能交换阳离子和有机阳离子和有机氢离子离子。后来又合成了阴离

4、子交。后来又合成了阴离子交换剂，既可用于离子交，既可用于离子交换，又用于色又用于色谱分离分离即即现时流行的流行的离子交离子交换色色谱法法。至。至1950年此方法已成型。年此方法已成型。7.1.1 色谱法的产生和发展色谱法的产生和发展第八页，讲稿共八十六页哦1938年：年：Izmailov等人将糊状等人将糊状Al2O3浆液在玻璃板上液在玻璃板上铺成成均匀薄均匀薄层，用于分离植物中的，用于分离植物中的药用成分，即今日用的用成分，即今日用的薄薄层色色谱。（用于薄。（用于薄层的材料已的材料已发展至多种：如硅酸、展至多种：如硅酸、聚聚酰胺等）。胺等）。1941年：年：Martin和和Synge设计了两套

5、萃取了两套萃取仪器，将蛋器，将蛋白白质水解水解产物的物的乙乙酰化氨基酸化氨基酸由水溶液中提取到有机由水溶液中提取到有机相而相而进行色行色谱分离。不久又研究了分离。不久又研究了颗粒硅胶柱中三粒硅胶柱中三种衍生化氨基酸混合物在水相和有机相种衍生化氨基酸混合物在水相和有机相(氯仿仿)之之间的的不等分配，不等分配，获得成功，使三个得成功，使三个组分得到良好的分离分得到良好的分离,为液液液分配色液分配色谱奠定了基奠定了基础。第九页，讲稿共八十六页哦1944年：年：Consden，Gordon和和Martin将将纤维（滤纸）作固定作固定载体，以水吸附在体，以水吸附在滤纸上作溶上作溶剂，根据，根据组分在两相

6、分在两相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各组分彼此分分彼此分离，称之离，称之为纸色色谱法法。1952年：年：Martin和和Synge又研究成功了在惰性又研究成功了在惰性载体表面涂体表面涂渍一一层均匀的有机化合物膜作均匀的有机化合物膜作为固定相，并以气体固定相，并以气体为流流动相，相，用来分离脂肪酸混合物用来分离脂肪酸混合物即今日的即今日的气液色气液色谱。1954年：年：Ray提出以提出以热导池池作作为气相色气相色谱的的检测器，器，使使气相色气相色谱应用更加广泛用更加广泛。第十页，讲稿共八十六页哦1957年：年：Golay首先首先应用小口径毛用小口

7、径毛细管柱管柱进行色行色谱分离分离实验，结果果证明了它具有高分辨率和高效能明了它具有高分辨率和高效能 即即为今日的今日的高效气相色高效气相色谱法。法。1959年：年：Porath和和Flodin提出了使用具有化学惰性的提出了使用具有化学惰性的多孔凝胶作固定相的多孔凝胶作固定相的空空间排阻色排阻色谱法法，根据固定相，根据固定相孔隙尺寸不同而具有不同的孔隙尺寸不同而具有不同的选择性渗透能力，从而性渗透能力，从而对分子量分布不同的分子量分布不同的样品品实现了分离。可用于了分离。可用于测定定聚合物的相聚合物的相对分子分子质量的的分布。量的的分布。第十一页，讲稿共八十六页哦我国情况我国情况我国在色我国在

8、色谱分析分析领域的研究起于域的研究起于1954年年中国科学院大中国科学院大连化学物理研究所首先开化学物理研究所首先开发经过几十年的努力，我国色几十年的努力，我国色谱基基础理理论研研究和究和应用技用技术研究方面具有特色，居世界研究方面具有特色，居世界领先行列。先行列。第十二页，讲稿共八十六页哦 随着被分离随着被分离样品种品种类的增多，的增多，该方法广方法广泛地用于无色物泛地用于无色物质的分离，的分离，“色色谱”名称名称中的中的“色色”失去了原有的意失去了原有的意义，但，但“色色谱”这一名称沿用至今。一名称沿用至今。第十三页，讲稿共八十六页哦1.色色谱法法混合物在流混合物在流动相的携相的携带下通下

9、通过色色谱柱柱分离出几种分离出几种组分的方法。分的方法。7.1.2 什么是色谱法什么是色谱法第十四页，讲稿共八十六页哦2.色色谱法中共使用两相法中共使用两相固定相固定相固定不固定不动的相的相（如：（如：CaCO3）固体吸附固体吸附剂：CaCO3、Al 2O3等等液体固定相（液体固定相（载体体+固定液固定液高沸点有机化合物，高沸点有机化合物，涂在涂在载体上）体上）流流动相相推推动混合物流混合物流动的相的相（如：石油（如：石油醚）气体气体 1952年年产生生GC，是色，是色谱法一法一项革命性革命性进展展液体液体流的速度慢，加流的速度慢，加压，使其流快，使其流快，1969年年HPLC7.1.2 什么

10、是色谱法什么是色谱法第十五页，讲稿共八十六页哦3.色色谱分离法特征分离法特征n一定是先分离、后分析一定是先分离、后分析n一定具有两相：固定相和流一定具有两相：固定相和流动相相n分离：利用分离：利用组分在两相中分配系数或吸分在两相中分配系数或吸附能力的差异附能力的差异进行分离行分离7.1.2 什么是色谱法什么是色谱法第十六页，讲稿共八十六页哦4.色色谱法特点：法特点：（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）应用范用范围广广7.1.2 什么是色谱法什么是色谱法第十七页，讲稿共八十六页哦1 1、按两相状、按两相状态分分类2 2、按操作形式分、按操作形式分

11、类3 3、按分离原理分、按分离原理分类7.1.3 色谱法分类色谱法分类（1 1）气相色）气相色谱（2 2）液相色）液相色谱（3 3）超）超临界液体色界液体色谱（1 1）柱色）柱色（2 2）纸色色谱（3 3）薄）薄层色色谱（1 1）吸附色）吸附色谱（2 2）分配色）分配色谱（3 3）离子交）离子交换色色谱（4 4）凝胶色）凝胶色谱第十八页，讲稿共八十六页哦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）气固色谱：气体作流：气体作流动相，固体吸附相，固体吸附剂作固定相作固定相（2 2）气液色）气液色谱：气体作流：气体作流动相，固定液作固定相。相，固

12、定液作固定相。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）液固色谱：液体作流：液体作流动相，固体吸附相，固体吸附剂作固体相作固体相（2 2）液液色）液液色谱：液体作流：液体作流动相，固定液作固定相。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动相。超临界流体作色谱流动相。7.1.3 色谱法分类色谱法分类第十九页，讲稿共八十六页哦2、按操作形式分、按操作形式分类（1 1）柱色谱：）柱色谱：填充柱色填充柱色谱固定相填充到柱管内固定相填充到柱管内 毛毛细管管柱柱色色谱把把固固定定相相涂涂在在毛毛细管管内内壁壁上上，中中间是是空的。空的。（2 2）纸纸色色谱谱：滤纸

13、为固固定定相相的的色色谱法法，流流动相相是是含含一一定定比例水的有机溶比例水的有机溶剂，样品在品在滤纸上展开上展开进行分离。行分离。（3 3）薄薄层层色色谱谱：把把固固体体固固定定相相压成成或或涂涂成成薄薄膜膜的的色色谱法。法。7.1.3 色谱法分类色谱法分类第二十页，讲稿共八十六页哦 3、按分离原理分、按分离原理分类 （1 1）吸吸附附色色谱谱：利利用用吸吸附附剂表表面面对被被分分离离的的各各组分分吸吸附能力不同附能力不同进行分离。行分离。（2 2）分分配配色色谱谱：利利用用不不同同组分分在在两两相相分分配配系系数数或或溶溶解解度不同度不同进行分离。行分离。（3 3）离离子子交交换换色色谱谱

14、：利利用用不不同同组分分对离离子子交交换剂亲和和力不同力不同进行分离。行分离。（4 4）凝胶色谱：）凝胶色谱：利用凝胶利用凝胶对分子的大小和形状不分子的大小和形状不同的同的组分所分所产生的阻碍作用不同而生的阻碍作用不同而进行分离的色行分离的色谱法。法。7.1.3 色谱法分类色谱法分类第二十一页，讲稿共八十六页哦第七章第七章 色谱法色谱法 7.1 色色谱分析法分析法简介介 7.2 色色谱图及色及色谱常用常用术语 7.3 色色谱法的基本理法的基本理论 7.4 色色谱定性和定量分析定性和定量分析 7.5 气相色气相色谱法法 7.6 高效液相色高效液相色谱法法第二十二页，讲稿共八十六页哦7.2.1 色

15、色谱图7.2.2 色色谱常用常用术语7.2.3 根据色根据色谱图可得到的重要信息可得到的重要信息7.2 色谱图及色谱常用术语色谱图及色谱常用术语第二十三页，讲稿共八十六页哦7.2.1 色谱图n混合物混合物样品（品（A+B）色色谱柱中分离柱中分离检测器器记录下来。下来。组分从色分从色谱柱流出柱流出时，各个，各个组分在分在检测器上所器上所产生的信号随生的信号随时间变化，所形成的曲化，所形成的曲线叫色叫色谱图。n记录了各个了各个组分流出色分流出色谱柱的情况，又叫色柱的情况，又叫色谱流出曲流出曲线第二十四页，讲稿共八十六页哦1.基基线在在实验操操作作条条件件下下，色色谱柱柱后后没没有有组分分流流出出的

16、的曲曲线叫叫基基线。稳定情况下是一条直定情况下是一条直线基基线上下波上下波动称称为噪音噪音7.2.1 色谱常用术语第二十五页，讲稿共八十六页哦2.色色谱峰的高度（峰的高度（峰高，峰高，h）色色谱峰最高点与基峰最高点与基线之之间的距离的距离可用可用mm、mV、mA表示表示峰高低与峰高低与组分分浓度有关，峰越高越窄越好度有关，峰越高越窄越好 h第二十六页，讲稿共八十六页哦3.色色谱峰的峰的宽度度(区域区域宽度度)q标准偏差准偏差 峰高峰高0.607倍倍处的色的色谱峰峰宽的一半。的一半。q峰峰底底宽Wb色色谱峰峰两两侧拐拐点点所所作作切切线在在基基线上上的的距距离离 Wb=4 q半峰半峰宽W1/2峰

17、高一半峰高一半处色色谱峰的峰的宽度度 W1/2=2.354 Wb=4 W1/2=0.589Wb WbW1/2第二十七页，讲稿共八十六页哦 4.色色谱峰面峰面积（A）n色色谱峰与峰底所峰与峰底所围的面的面积。n对于于对称的色称的色谱峰峰 A=1.065h W1/2n对于非于非对称的色称的色谱峰峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 第二十八页，讲稿共八十六页哦5.死死时间t0不被固定相吸附或溶解的不被固定相吸附或溶解的组分流分流经色色谱柱所需柱所需时间从从进样开始到柱后出开始到柱后出现峰最大峰最大值所需所需时间气气相相色色谱惰惰性性气气体体（空空气气、甲甲烷等等）流流出出色色谱柱

18、柱所所需需时间t0第二十九页，讲稿共八十六页哦6.保留保留时间tR 组分分流流经色色谱柱柱时所需所需时间。进样开开始始到到柱柱后后出出现最最大大值时所所需需的的时间操操作作条条件件不不变时，一一种种组分分有有一一个个tR定定值定性参数定性参数第三十页，讲稿共八十六页哦7.调整保留整保留时间tR扣扣除除了了死死时间的的保保留留时间，又又称称校校正正保保留留时间，实际保留保留时间。tR=tR-t0体体现的的是是组分分在在柱柱中中被吸附或溶解的被吸附或溶解的时间。tR第三十一页，讲稿共八十六页哦8.死体死体积V0不不被被固固定定相相滞滞留留的的组分分流流经色色谱柱柱所所消消耗耗的的流流动相相体体积称

19、称死死体体积，色，色谱柱中柱中载气所占的体气所占的体积。V0=t 0F0 F0-柱后出口柱后出口处流流动相的体相的体积流速流速mL/min 9.保留体保留体积VR 组分分从从进样开开始始到到色色谱柱柱后后出出现最最大大值时所所需需流流动相相体体积，组分通分通过色色谱柱柱时所需流所需流动相体相体积VR=t RF 010.调整保留体整保留体积VR扣扣除除了了死死体体积的的保保留留体体积，真真实的的将将待待测组分分从从固固定定相相中中携携带出柱子所需的流出柱子所需的流动相体相体积。VR=tRF 0第三十二页，讲稿共八十六页哦11.相相对保留保留值i,s 在在相相同同操操作作条条件件下下，组分分i对参

20、参比比组分分s调整保留整保留值之比之比第三十三页，讲稿共八十六页哦色谱保留值定性的依据6.保留保留时间tR 7.调整保留整保留时间tR 9.保留体保留体积VR 10.调整保留体整保留体积VR 11.相相对保留保留值i,s组分分在在色色谱柱柱中中停停留留的的数数值，可可用用时间t 和和所所消消耗耗流流动相相的的体体积来表示。来表示。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，在在柱柱中中滞留的滞留的时间越越长，消耗的流，消耗的流动相体相体积越大越大固定相、流固定相、流动相固定，条件一定相固定，条件一定时，组分的保留分的保留值是个定是个定值。V0、t

21、0与与被被测组分分无无关关，因因而而VR.tR更更合合理理地地反反映映了了物物质在在柱中的保留情况。柱中的保留情况。第三十四页，讲稿共八十六页哦7.2.3 根据色谱图可得到的重要信息根据色谱图可得到的重要信息（1）色色谱峰个数峰个数判断判断样品中所含品中所含组分的最少个数分的最少个数（2）色色谱峰的位置即保留峰的位置即保留值进行定性分析行定性分析（3）色色谱峰的峰的h、A 进行定量分析行定量分析（4）色色谱峰的位置及峰的峰的位置及峰的宽度度可可评价色价色谱柱效（分离效能）柱效（分离效能）（5）色色谱峰两峰峰两峰间的距离的距离可可评价固定相或流价固定相或流动相相选择是否合适是否合适第三十五页，讲

22、稿共八十六页哦第七章第七章 色谱法色谱法 7.1 色色谱分析法分析法简介介 7.2 色色谱图及色及色谱常用常用术语 7.3 色色谱法的基本理法的基本理论 7.4 色色谱定性和定量分析定性和定量分析 7.5 气相色气相色谱法法 7.6 高效液相色高效液相色谱法法第三十六页，讲稿共八十六页哦色色谱谱分析分析目的目的是将是将样品中各品中各组分彼此分离分彼此分离对样品中的品中的组分分进行定性、定量分析行定性、定量分析组分达到完全分离，两峰分达到完全分离，两峰间的距离的距离须足足够远够远两峰两峰间间的距离是由的距离是由组组分由在两相分由在两相间的分配系的分配系数数K决定，即与色决定，即与色谱过程的程的热

23、力学性力学性质有关。有关。两两峰峰间虽有一定距离，但若每个峰都很有一定距离，但若每个峰都很宽，彼此彼此重叠，重叠，则峰不能分开峰不能分开峰的峰的宽或或窄是由窄是由组组分在色分在色谱谱住中住中传质传质和和扩散散行行为决定，即与色决定，即与色谱过程的程的动力学性力学性质有关有关7.3 色谱法的基本理论色谱法的基本理论第三十七页，讲稿共八十六页哦7.3.1 分配系数和分配比分配系数和分配比7.3.2 塔板理塔板理论7.3.3 速率理速率理论范第姆特方程范第姆特方程7.3.4 分离度分离度7.3.5 基本分离方程基本分离方程7.3 色谱法的基本理论色谱法的基本理论第三十八页，讲稿共八十六页哦 在在一一

24、定定温温度度下下，组分分在在流流动相相和和固固定定相相之之间所所达达到到的的平平衡衡叫叫分分配配平平衡衡，组分分在在两两相相中中的的分分配配行行为常常采采用用分分配配系数系数K K和和分配比分配比k k来表示。来表示。7.3.1 分配系数和分配比分配系数和分配比第三十九页，讲稿共八十六页哦K仅与两个变量相关：固定相、温度仅与两个变量相关：固定相、温度TK与两相体积、管柱特性、使用仪器无关与两相体积、管柱特性、使用仪器无关=c cs/c 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 1.分配系数分配系数 K(K(浓度分配系数浓度分配系数)7.3.1

25、分配系数和分配比分配系数和分配比C Cs和和c cm-组分在固定相和流动相中的浓度组分在固定相和流动相中的浓度第四十页，讲稿共八十六页哦2.分配比分配比 k (容量因子，容量比容量因子，容量比)组分在固定相中的分在固定相中的质量量 组分在流分在流动相中的相中的质量量 =K Vs/Vm k=ms/mm 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7.3.1 分配系数和分配比分配系数和分配比ms 和和 mm 组分在固定相和流分在固定相和

26、流动相中的相中的质量量Vs 和和 Vm 柱中固定相和流柱中固定相和流动相中的体相中的体积第四十一页，讲稿共八十六页哦3.k与与tR之间的关系之间的关系k=tR/t0=(tRt0)/t0 k=VR/V0=(VRV0)/V07.3.1 分配系数和分配比分配系数和分配比第四十二页，讲稿共八十六页哦4.K及及k与选择因子与选择因子之间的关系之间的关系7.3.1 分配系数和分配比分配系数和分配比实际意义：实际意义：=1K（B）=K（A）,tR(B)=tR(A)A、B两组分色谱峰重合两组分色谱峰重合K或或k相差越大，分离越好，相差越大，分离越好，色谱分离先决条件：两组分具有不同的色谱分离先决条件：两组分具

27、有不同的K或或k 1（1或或 1）第四十三页，讲稿共八十六页哦在在50年代，色年代，色谱技技术发展的初期，展的初期，Martin等人把色等人把色谱分离分离过程比程比作分作分馏过程，并把分程，并把分馏中的半中的半经验理理论塔板理塔板理论用于色用于色谱分析分析法法用精用精馏塔中塔板的概念来描述塔中塔板的概念来描述组分在两相分在两相间的分配行的分配行为入埋入埋论塔板数作塔板数作为衡量柱效率的衡量柱效率的指指标7.3.2 塔板理论塔板理论第四十四页，讲稿共八十六页哦 塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假设柱内塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假设柱内有有n个塔板，每个塔板高度称为理论塔板高度，个塔板，每个

28、塔板高度称为理论塔板高度，用用H表表示示，在每个塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平，在每个塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论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分离过程，色谱分离和一般的分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，但是因为这个比喻形象简明，馏塔分离有着重大的差别，但是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直沿用。因此几十年来一直沿用。1.基本假设7.3.2 塔板理论

29、塔板理论第四十五页，讲稿共八十六页哦n=L/H 或或 H=L/n L色色谱柱柱长度度 H塔板高度塔板高度 n塔板数目塔板数目L固定固定，H越小，越小，n越多，分离效果越好，越多，分离效果越好，H、n 评价柱效价柱效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 2.塔板理论方程式塔板理论方程式7.3.2 塔板理论塔板理论第四十六页，讲稿共八十六页哦 有有时计算的算的n 大且大且H小，但分离效果却不好小，但分离效果却不好原因：原因：tR 内含内含t0 后来改用有效塔板数和有效塔板高度后来改用有效塔板数和有效塔板高度n 有效有效=5.54(tR/W

30、 1/2)2 =16(tR/Wb)2 H有效有效n 有效有效n理理=5.54(tR/W 1/2)2 =16(tR/Wb)2 H理理n 理理第四十七页，讲稿共八十六页哦塔板理塔板理论的的优势用用热力学力学观点形象地描述了溶点形象地描述了溶质在色在色谱柱中的分配平衡柱中的分配平衡和分离和分离过程，程，导出流出曲出流出曲线的数学模型，并成功解的数学模型，并成功解释了了流出曲流出曲线的形状及的形状及浓度极大度极大值的位置的位置提出了提出了计算理算理论塔板高度、塔板数的公式及塔板高度、塔板数的公式及评价柱效的方价柱效的方法，具有开法，具有开创性性塔板理塔板理论的缺点的缺点基本假基本假设不完全符合柱内不完

31、全符合柱内实际发生的分离生的分离过程，未考程，未考虑各种各种动力学因素力学因素对色色谱柱内柱内传质过程的影响程的影响同一同一试样进入同一色入同一色谱柱，当流柱，当流动相速度相速度变化化时，得到不同的色得到不同的色谱图；测得的得的 n 和和 H 也不同。也不同。第四十八页，讲稿共八十六页哦 1956年，荷年，荷兰学者范第姆特学者范第姆特(VanDeomter)提出提出色色谱柱柱分分离离过程程中中复复杂因因素素使使色色谱峰峰变宽而而致致柱柱效效降降低（低（H 增大）的影响增大）的影响进行描述行描述方程方程:u为流动相线速度cm.s-1，线速度=L(柱长)/t01.理论模型-范第姆特方程 7.3.3

32、 速率理论提出了影响的三提出了影响的三项因素因素涡流流扩散散项A,分子分子扩散散项B/u,传质阻力阻力项Cu流流动相流速一定，相流速一定，当、最小当、最小时，才小，才小，n 最高，柱效高最高，柱效高当、最大当、最大时，才大，才大，n 最小，柱效低最小，柱效低第四十九页，讲稿共八十六页哦（1）涡流扩散项A 在填充色在填充色谱柱中，当柱中，当组分随流分随流动相向柱出口迁移相向柱出口迁移时，流，流动相由于受到固定相相由于受到固定相颗粒障碍，不断改粒障碍，不断改变流流动方向，使方向，使组分分子在前分分子在前进中形成紊乱的中形成紊乱的类似似“涡流流”的流的流动，故称，故称涡流流扩散。散。涡流流扩散散项系

33、数系数A A2dp -填充不填充不规则因子因子dp -填充物的平均直径填充物的平均直径 减小减小：固定相固定相颗粒粒应适当适当细小、要均匀填充小、要均匀填充 第五十页，讲稿共八十六页哦 待待测组分分是是以以“塞塞子子”的的形形式式被被流流动相相带入入色色谱柱柱的的，在在“塞塞子子”前前后后存存在在浓度度梯梯度度，由由浓稀稀方方向向扩散散，产生了生了纵向向扩散，使色散，使色谱峰展峰展宽。（2）分子扩散项B/u（纵向扩散项）第五十一页，讲稿共八十六页哦分子分子扩散散项系数系数B B B2D2Dl 是填充柱内流是填充柱内流动相相扩散路径弯曲的因素，也散路径弯曲的因素，也称称弯曲因子弯曲因子，它反映了

34、固定相的几何形状，它反映了固定相的几何形状对分子分子扩散的阻碍情况。散的阻碍情况。l D为组分在流分在流动相中相中扩散系数（散系数（c m2s1）。）。l Dg气相气相扩散系数比液相散系数比液相扩散系数散系数Dm大的多（大的多（约105倍）倍）减小减小纵向向扩散散项u u 采取措施：采取措施：l 适当提高流适当提高流动相流速相流速u u，减小保留减小保留时间l 用相用相对分子分子质量量较大的气体作流大的气体作流动相相 D Dgl 适当降低柱温适当降低柱温第五十二页，讲稿共八十六页哦（3）传质阻力项Cu传质阻力系数阻力系数 C C m m+C+Cs smCs Cs 固固定定项传质阻阻力力系系数数

35、,即即组分分从从两两相相界界面面移移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，在在这过程程中中所所受受到到的的阻阻力力为固固定定相相传质阻力。阻力。2固定液膜厚度固定液膜厚度C Cm m 流流动相相传质阻阻力力系系数数,组分分从从流流动相相移移动到到固固定定相相表表面面进行行两两相相之之间的的质量量交交换时所所受受到到的的阻阻力力，质量量交交换慢，引起色慢，引起色谱峰峰变宽。组分在固定相中扩散系数组分在固定相中扩散系数第五十三页，讲稿共八十六页哦减小的措施减小的措施：采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cmdp2 相相对分子分子质量小的量小的载气

36、，气，Dg大大 Cm1/Dg 降降低低固固定定液液液液膜膜厚厚度度并并且且液液膜膜要要均均匀匀；膜膜太太厚厚，扩散散费时；腊太薄，包不住；腊太薄，包不住载体。体。Csdf2 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 C C m m+C+Cs sm2第五十四页，讲稿共八十六页哦为提高柱效，小，提高柱效，小，应注意以下几点：注意以下几点：采用适当小而均匀的采用适当小而均匀的载体，柱填充体，柱填充应均匀。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。载气流速气流速l流流速速小小时，u u是是影影响响的的主主要要因因素素，选r r大大的的

37、载气，气，；l流流速速大大时，C C u u是是影影响响的的主主要要因因素素，选r r小小的的载气，气，H H2 2，NeNe采用适当的柱温。采用适当的柱温。气相色谱气相色谱 uDskkdDdkkuDdHfgpgp)1(32)1(01.02222222+=gl第五十五页，讲稿共八十六页哦 液相色液相色谱 第五十六页，讲稿共八十六页哦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（4）流动相线速度u对H的影响第五十七页

38、，讲稿共八十六页哦可可测三种流速三种流速对应的板高的板高H H，解三元一次方程，求出解三元一次方程，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，工作中，为缩小分析小分析时间，可，可选略高略高u u最佳最佳的流速，常的流速，常用用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第五十八页，讲稿共八十六页哦7.3.4 分离度分离度R定定义：相相邻两两个个峰峰的的保保留留值之之差差与与两两峰峰宽度度平平均均值之之比比色色谱柱的柱的总分离效能指分离效能指标 分子反映溶分子反映溶质

39、在两相中分配行在两相中分配行为对分离的影响，分离的影响，是色是色谱分离的分离的热力学因素力学因素。分母反映分母反映动态过程溶程溶质区区带的的扩宽对分离的影响，分离的影响，是色是色谱分离的分离的动力学因素力学因素。两溶两溶质保留保留时间相差越大，色相差越大，色谱峰越窄，分离越好峰越窄，分离越好第五十九页，讲稿共八十六页哦两两个个峰峰t tR R 相相差差越越大大，W W越越窄窄，值越越大大，说明柱分离明柱分离较能高。能高。.5.5 两个两个组分能完全分开。分能完全分开。.0.0 两两组分能分开，分能分开，满足分析要求。足分析要求。.0.0 两峰有部分重叠。两峰有部分重叠。第六十页，讲稿共八十六页

40、哦第六十一页，讲稿共八十六页哦1.分离度与柱效能，选择性的关系 柱效能指指色色谱柱柱在在分分离离过程程中中的的分分离离效效能能，常常用用n n，来来描述，描述，n n 越大，越小，柱效越高，越大，越小，柱效越高，对单个个组分而言。分而言。对多多个个组分分的的分分离离来来说，无无法法用用n n,H,H 来来描描述述，n n 大大，小，几个峰未必分的开。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）7.3.5 色谱基本分离方程色谱基本分离方程第六十二页，讲稿共八十六页哦、

41、分离度与柱效能，选择性的关系 第六十三页，讲稿共八十六页哦 n=5.54(tR/W1/2)2=16(tR/Wb)2 、分离度与柱效能，选择性的关系 第六十四页，讲稿共八十六页哦a:柱效项：塔板数决定，n 越大，柱效越高分离的越好。、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）相差相差越大，分的越好。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 第六十五页，讲稿共八十六页哦以以n有效

42、有效表示，则有：表示，则有：第六十六页，讲稿共八十六页哦例题：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有效有效 =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

43、组分可以得到完全分离。两组分可以得到完全分离。第六十七页，讲稿共八十六页哦第七章第七章 色谱法色谱法 7.1 色色谱分析法分析法简介介 7.2 色色谱图及色及色谱常用常用术语 7.3 色色谱法的基本理法的基本理论 7.4 色色谱定性和定量分析定性和定量分析 7.5 气相色气相色谱法法 7.6 高效液相色高效液相色谱法法第六十八页，讲稿共八十六页哦7.4.1 定性分析定性分析7.4.2 定量分析定量分析7.4 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析第六十九页，讲稿共八十六页哦124 色谱定性和定量分析一、定性分析 定性分析的任务是确定色谱图上各个峰代表什么物质。1.利用保留值与已知物对照定性（1）

44、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，必须严格控制操作条件，尤其是流速。第七十页，讲稿共八十六页哦第七十一页，讲稿共八十六页哦（2）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，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。（3）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，使不同物质显示不同保留值。例：选用极性差别较大的两种不同固定液来制备色谱柱，不同物质具有不同保留值第七十二页，讲稿共八十六页哦2.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

45、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 Chroma

46、tograph(GC)Mass Spectrometer(MS)Mass Spectrometer(MS)SeparationSeparationIdentificationIdentificationB BA AC CD D第七十三页，讲稿共八十六页哦二、定量分析 气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的响应信号与溶质的量成正比的原理，通过色谱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

47、测组分的峰面积及峰高A=1.065hW12 A=1.065h（W0.15W0.85）/2第七十四页，讲稿共八十六页哦1、定量校正因子 色谱定量分析是基于峰面积与组分的量成正比关系。但由于同一检测器对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，相同的峰面积并不意味着有相等的量。定量校正因子：单位峰面积对应组分的质量。fi=mi/Ai fi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，要严格控制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，无法直接色谱条件，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

48、较正因子。引用，定量分析中采用相对较正因子。第七十五页，讲稿共八十六页哦（2）相对校正因子 用一个标准，把所有组分的A较正到标准物的A上，在同一标准上进行比较计算，热导检测器常用苯作标准。相对定量校正因子fi定义：样品中各组分的定量校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第七十六页，讲稿共八十六页哦也可用相对摩尔校正因子fi(M)（2）相对校正因子凡文献查得的校正因子都是指相对校正因子，凡文献查得的校正因子都是指相对校正因子，可用可用f fM M,f,fm m分别表示摩尔校正因子和质分别表示摩尔校正因子和质量校正因子量校正因子第七十七页，讲稿共八十

49、六页哦2、定量方法（1）归一化法 试样各组分都出峰，可用归一化法定量。把所有出峰组分的含量之和当作100%的定量分析方法称为归一化法。若样品中有几个组分，每个组分的量分解为m1 m2mn 各组分含量总和为m，则组分的质量为mi,质量分数为Wi第七十八页，讲稿共八十六页哦（1）归一化法优优点点：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准确确进样，操作条件稍有变化对结果影响较少。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 i第七十九页，讲稿共八十六页哦（2）内标法准称样品m（含mi

50、被测组分）+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）第八十页，讲稿共八十六页哦（2）内标法 ssiisiAfAfmm=ssiisiAfAfmm=第八十一页，讲稿共八十六页哦对内标物的要求：1）内标物应是样品中不存在的纯物质。2）内标物与被测物的峰尽量靠近，但又能完全分开，tR相差少。为简便起见，求定量校正因子时，常以内标物本身作标准。fs=1.0优点：定量准确，操作条件不必严格控制，与进样量无关，被测组分和内标物出峰即可，适用于微量组分的测定，应用广泛。缺点：每次测定都要准确称量样品和内标物。（2）内标法 第八十二页，讲稿共八十六页哦（3）外标法标