色谱分析法引论.ppt

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1、第三章第三章 色谱分析法引论色谱分析法引论内容提要：第一节第一节 色谱法色谱法概述概述第二节第二节 色谱法基本术语色谱法基本术语第三节第三节 色谱法基本理论色谱法基本理论第一节第一节 色谱法概述色谱法概述n一、色谱分析法的基本原理一、色谱分析法的基本原理n二、色谱分析法的分类二、色谱分析法的分类n三、色谱分离过程三、色谱分离过程n四、色谱法的特点四、色谱法的特点一、色谱分析法的基本原理n1、色谱法的起源、色谱法的起源n俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置：年使用的装置：色谱原型装置，如图。色谱原型装置，如图。n植物色素分离实验：植物色素分离实验：在一玻璃管中放入碳酸在一

2、玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提取液）的钙，将含有植物色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。n其中装填了填料的玻璃管称为其中装填了填料的玻璃管称为色

3、谱色谱柱柱；n柱中的填料物质称为柱中的填料物质称为固定相固定相；n相对于固定相运动、流经固定相的相对于固定相运动、流经固定相的空隙或表面的冲洗溶剂称为空隙或表面的冲洗溶剂称为流动相流动相。n现在的色谱法早已不局限于色素的现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其方法也早已得到了极大的分离，其方法也早已得到了极大的发展，但其分离的原理仍然是一样发展，但其分离的原理仍然是一样的。我们仍然叫它色谱分析。的。我们仍然叫它色谱分析。2、色谱法的原理n 色谱法色谱法也称层析法，是一种将混合物样品的也称层析法，是一种将混合物样品的各组分进行分离，然后顺序检测各组分的分离各组分进行分离，然后顺序检测各组分的分离与

4、分析技术。与分析技术。n 色谱法是一种分离技术：色谱法是一种分离技术：试样混合物的分离过程也就是试样中各组分试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为在称之为色谱分离柱色谱分离柱中的中的两相两相间不断进行着的间不断进行着的分配过程。分配过程。其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为体（气体或液体），称为流动相流动相。n当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结相发生相互作用。由于混合

5、物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经混合物在两相间经过反复多次的分配平衡过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。n 与适当的柱后检测方法与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组结合，实现混合物中各组分的分离与检测。分的分离与检测。n 两相及两相的相对运动两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础构成了色谱法的基础二、色谱分析法的分类n（一）按固

6、定相和流动相所处的状态分类（一）按固定相和流动相所处的状态分类n1、气相色谱法（、气相色谱法（GC）n以气体为流动相以气体为流动相的色谱法称为的色谱法称为气相色谱法气相色谱法(GC)。n按照按照固定相固定相的状态又可将气相色谱法分为：的状态又可将气相色谱法分为：n气气-液色谱法：液色谱法：以气体为流动相，以涂在载体表面以气体为流动相，以涂在载体表面的的液体为固定相液体为固定相的色谱法。的色谱法。n气气-固色谱法：固色谱法：以气体为流动相，以气体为流动相，以固体为固定相以固体为固定相的色谱法。的色谱法。n气相色谱法中流动相常称为气相色谱法中流动相常称为载气载气。n2、液相色谱法（、液相色谱法（L

7、C）n以液体为流动相以液体为流动相的色谱法称为的色谱法称为液相色谱法液相色谱法。n同理，按照同理，按照固定相的状态固定相的状态又可将液相色谱法又可将液相色谱法分为：分为：n液液-固色谱法：固色谱法：前者是以液体为流动相，前者是以液体为流动相，以固体为固定相以固体为固定相的色谱法。的色谱法。n液液-液色谱法：液色谱法：后者是以液体为流动相，后者是以液体为流动相，以涂在载体表面的以涂在载体表面的液体为固定相液体为固定相的色谱法。的色谱法。（二）按固定相的形式分类n1、柱色谱：、柱色谱：固定相装在色谱柱中。固定相装在色谱柱中。液体或气液体或气体流动相从柱头向柱尾连续不断地冲洗。体流动相从柱头向柱尾连

8、续不断地冲洗。n共分为两大类：共分为两大类：n填充柱色谱：填充柱色谱：固定相装在一根玻璃或金属固定相装在一根玻璃或金属管内；管内；n毛细管柱色谱：毛细管柱色谱：固定相附着在一根细管内固定相附着在一根细管内壁上，管中心是空的，也叫壁上，管中心是空的，也叫开管柱色谱开管柱色谱。n 上述对植物色素的分离即是经典的填充柱上述对植物色素的分离即是经典的填充柱色谱法。色谱法。n2、纸色谱：、纸色谱：利用滤纸作载体，吸附在纸上的溶剂作利用滤纸作载体，吸附在纸上的溶剂作固定相。液体流动相从薄层板一端向另一端扩散。固定相。液体流动相从薄层板一端向另一端扩散。n3、薄层色谱：、薄层色谱：将固体吸附剂在玻璃板或塑料

9、板上制将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成薄层作固定相。液体流动相从薄层板一端向另一成薄层作固定相。液体流动相从薄层板一端向另一端扩散。端扩散。纸色谱和薄层色谱总纸色谱和薄层色谱总称称平面色谱平面色谱，平面色，平面色谱是靠滤纸或硅胶层谱是靠滤纸或硅胶层的毛细管作用将流动的毛细管作用将流动相从一端吸上来，使相从一端吸上来，使样品组分得以分离。样品组分得以分离。（三）按分离原理分类n1、吸附色谱法：、吸附色谱法：用吸附剂作固定相用吸附剂作固定相，利用吸，利用吸附剂（一般是固体）表面对不同组分附剂（一般是固体）表面对不同组分吸附能力吸附能力的不同的不同，因而，因而吸附平衡常数不同吸附平衡常数不同而将组

10、分分离而将组分分离的色谱法，包括气的色谱法，包括气-固吸附色谱法和液固吸附色谱法和液-固吸附固吸附色谱法。色谱法。n2、分配色谱法：、分配色谱法：用液体作固定相用液体作固定相，利用不同，利用不同组分在液体固定相和流动相中的组分在液体固定相和流动相中的溶解度不同溶解度不同，因而因而分配系数不同分配系数不同而进行分离的色谱法，包括而进行分离的色谱法，包括气气-液分配色谱法和液液分配色谱法和液-液分配色谱法。液分配色谱法。n3、离子交换色谱法：、离子交换色谱法：固定相为离子交换剂固定相为离子交换剂，利用，利用离子交换剂与不同离子交换剂与不同离子交换能力的不同，离子交换能力的不同，因而因而选择选择性系

11、数不同性系数不同而进行分离的色谱法。只有液相离子交而进行分离的色谱法。只有液相离子交换色谱。换色谱。n4、凝胶色谱法（尺寸排阻色谱法）：、凝胶色谱法（尺寸排阻色谱法）：利用利用多孔性多孔性物质作固定相物质作固定相，因其对不同大小分子的，因其对不同大小分子的排阻作用不排阻作用不同同，因而因而渗透系数不同渗透系数不同而进行分离的色谱法。只有而进行分离的色谱法。只有液相凝胶色谱。液相凝胶色谱。n5、电色谱法：、电色谱法：利用带电物质在电场作用下移动速利用带电物质在电场作用下移动速度不同进行分离的色谱法。度不同进行分离的色谱法。三、色谱分离过程n 以分离以分离A、B两两组分的气组分的气-固吸附固吸附色

12、谱为例：色谱为例：n1、当试样由载气、当试样由载气携带进入色谱柱携带进入色谱柱与固定相接触时，与固定相接触时，被固定相吸附；被固定相吸附；色谱分离过程n2、随着流动相的不、随着流动相的不断流入，被吸附的断流入，被吸附的组分又从固定相中组分又从固定相中脱附；脱附；n3、脱附的组分随着、脱附的组分随着载气向前移动时又载气向前移动时又再次被固定相吸附。再次被固定相吸附。n4、随着载气的流动，、随着载气的流动，吸附、脱附的过程吸附、脱附的过程反复地进行。反复地进行。n在这个过程中，各组分在这个过程中，各组分与固定相间的吸附作用与固定相间的吸附作用不同，因而吸附与脱附不同，因而吸附与脱附的速度和次序不同

13、而产的速度和次序不同而产生微小的分离，随着载生微小的分离，随着载气的流动，吸附与脱附气的流动，吸附与脱附的过程反复进行，微小的过程反复进行，微小的分离被多次累加，最的分离被多次累加，最终达到分离。终达到分离。四、色谱法的特点 色谱法是以其优越的分离能力为特点色谱法是以其优越的分离能力为特点，它的分离，它的分离效率远远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、离心等方效率远远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。法。n（1）分离效率高：）分离效率高：复杂混合物，有机同系物、异构复杂混合物，有机同系物、异构体、手性异构体。体、手性异构体。n（2）灵敏度高：）灵敏度高：可以检测出可以检测出g.g-1(10-

14、6)级甚至级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。级的物质量。n（3）分析速度快：）分析速度快：一般在几分钟或几十分钟内可以一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个复杂试样的分析。完成一个复杂试样的分析。n（4）样品用量少：）样品用量少：用极少的样品就可以完成一次分用极少的样品就可以完成一次分离和测定。离和测定。n（5）应用范围广：）应用范围广：它几乎可用于所有化合物的分离和它几乎可用于所有化合物的分离和测定，无论是有机物、无机物、低分子或高分子化合测定，无论是有机物、无机物、低分子或高分子化合物，甚至有生物活性的生物大分子也可以进行分离和物，甚至有生物活性的生物大分子也可以进行分离和测定。测定

15、。n气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的各种有机或无机试样的分析。的分析。n液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。析。n（6）操作简便：）操作简便：分离和测定一次完成，可以和多种分分离和测定一次完成，可以和多种分析仪器联用，易于自动化，可在工业流程中使用。析仪器联用，易于自动化，可在工业流程中使用。n不足之处：不足之处：被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。第二节第二节 色谱法基本术语色谱法基本术语n 一、色谱流出曲线一、色谱流出曲线n 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测试样中各组分经色

16、谱柱分离后，按先后次序经过检测器，检测器将流动相中各组分浓度（或含量）的变化转器，检测器将流动相中各组分浓度（或含量）的变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下变为相应的电信号，由记录仪所记录下信号信号-时间曲线时间曲线或或信号信号-流动相体积曲线流动相体积曲线，称为，称为色谱流出曲线色谱流出曲线，又称，又称色谱图色谱图。n在色谱流出曲线上，检测器检测到的待测组在色谱流出曲线上，检测器检测到的待测组分的浓度（或含量）表现为峰状，称为分的浓度（或含量）表现为峰状，称为色谱色谱峰峰，每一分离出的组分表现为一个色谱峰。每一分离出的组分表现为一个色谱峰。图中的图中的1、2即为两个即为两个色谱锋。色谱锋

17、。二、色谱参数和术语二、色谱参数和术语n 1、基线、基线n 当没有试样组分而仅有流动相进入色谱柱时，当没有试样组分而仅有流动相进入色谱柱时，在实验操作条件下，反映检测器系统噪声随时在实验操作条件下，反映检测器系统噪声随时间变化的线称为间变化的线称为基线基线。n 稳定的基线应是一条直线，所以稳定的基线应是一条直线，所以基线的平直基线的平直与否可反映出仪器及实验条件的稳定情况与否可反映出仪器及实验条件的稳定情况。图中的图中的OQ即为流出曲即为流出曲线的基线线的基线2、峰高峰高(h)和峰面积和峰面积(A)n峰高峰高是指色谱峰顶点到是指色谱峰顶点到基线的垂直距离，以基线的垂直距离，以h表表示。示。n峰

18、面积峰面积是指色谱峰曲线是指色谱峰曲线与峰底基线所围成区域与峰底基线所围成区域的面积，以的面积，以A表示。表示。n意义：意义：峰高或峰面积的峰高或峰面积的大小和每个组分在样品大小和每个组分在样品中的含量相关，因此中的含量相关，因此色色谱峰的峰高或峰面积是谱峰的峰高或峰面积是色谱法进行定量分析的色谱法进行定量分析的主要依据。主要依据。3、保留值保留值n 保留值保留值表示试样中各组分在色谱柱中的滞留表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间，通常用时间（也可用将组分带出色谱柱所时间，通常用时间（也可用将组分带出色谱柱所需载气的体积）来表示。需载气的体积）来表示。n 在一定的实验条件下，任何一种物质都有一

19、在一定的实验条件下，任何一种物质都有一定的保留值。定的保留值。保留值是色谱定性分析的依据。保留值是色谱定性分析的依据。（1）用时间来表示保留值n死时间（死时间（tM）：）：不与固定相作用的物质（如不与固定相作用的物质（如空气）从进样到出现峰极大值时的时间，空气）从进样到出现峰极大值时的时间，它与它与色谱柱的空隙体积有关色谱柱的空隙体积有关。由于该物质不与固定。由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。保留时间（保留时间（tR）：）：n 试样中某组分的保留时间指试样中某组分的保留时间指从进样到出现其从进样到出现其色谱峰极大值时的时间色谱峰极

20、大值时的时间。它包括组分随流动相。它包括组分随流动相通过柱子的时间通过柱子的时间tM和组分在固定相中滞留的时和组分在固定相中滞留的时间间tR。tR可作为色谱锋位置的标志可作为色谱锋位置的标志。调整保留时间（调整保留时间（tR）：）：n 扣除了死时间的保留时间，即组分在固定相上滞留扣除了死时间的保留时间，即组分在固定相上滞留的时间。的时间。tR=tR-tM n tR反映了被分析的组分因与色谱柱中固定相发生相反映了被分析的组分因与色谱柱中固定相发生相互作用，而在色谱柱中滞留的时间，它更确切地表达互作用，而在色谱柱中滞留的时间，它更确切地表达了被分析组分的保留特性，因而了被分析组分的保留特性，因而是

21、色谱定性分析的基是色谱定性分析的基本参数。本参数。（2）用流动相的体积来表示保留值n 保留时间受流动相流速的影响，为了消除这保留时间受流动相流速的影响，为了消除这一影响，保留值也可以一影响，保留值也可以用从进样开始到出现峰用从进样开始到出现峰极大值所流过的流动相体积来表示极大值所流过的流动相体积来表示，即用保留，即用保留时间乘以流动相平均流速。时间乘以流动相平均流速。n设流动相流速为设流动相流速为FC，则，则 死体积（死体积（VM）：）：VM=tM FC 保留体积（保留体积（VR）：）：VR=tR FC 调整保留体积（调整保留体积（VR）：）：VR=VR-VM=tRFC（3）相对保留值n 相对

22、保留值（相对保留值（2121）：在一定的实验条件下，组在一定的实验条件下，组分分2与另一组分与另一组分1的调整保留时间之比。的调整保留时间之比。即即n 2121仅与柱温和固定相性质有关，而与其他操作仅与柱温和固定相性质有关，而与其他操作条件无关，条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择它表示了固定相对这两种组分的选择性。性。n 只要柱温、固定相不变，即使柱长、柱内径、只要柱温、固定相不变，即使柱长、柱内径、填充情况及流动相流速有变化，填充情况及流动相流速有变化，2121仍保持不变。仍保持不变。4、色谱峰的区域宽度、色谱峰的区域宽度n 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参色谱峰的区域宽度是色

23、谱流出曲线的重要参数之一，数之一，可用于衡量色谱柱的柱效及反映色谱操可用于衡量色谱柱的柱效及反映色谱操作条件下的动力学因素。作条件下的动力学因素。宽度越窄，其效率越高宽度越窄，其效率越高，分离的效果也越好。，分离的效果也越好。n 区域宽度通常有三种表示方法：区域宽度通常有三种表示方法：n 标准偏差标准偏差n 半峰宽半峰宽W1/2n 峰底宽峰底宽Wbn标准偏差标准偏差：峰高峰高0.607倍处峰宽的一半。倍处峰宽的一半。n半峰宽半峰宽W1/2：峰高一半处峰高一半处的峰宽。的峰宽。W1/2=2.354。n峰底宽峰底宽Wb：色谱峰两侧色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点拐点上切线与基线的交点间的距离。间的

24、距离。Wb=4。n峰拐点：峰拐点：在组分流出曲线在组分流出曲线上二阶导数等于零的点，上二阶导数等于零的点，称为峰拐点，如图中的称为峰拐点，如图中的E E点点与与F F点。点。5、分配系数n 如前所述，如前所述，色谱分离的实质是基于样品组分在固定相和色谱分离的实质是基于样品组分在固定相和流动相之间反复多次的分配平衡。流动相之间反复多次的分配平衡。这种分离过程经常用样这种分离过程经常用样品组分的分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的品组分的分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的参数称为参数称为分配系数分配系数(K)，即在一定温度下，组分在两相之即在一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡时的

25、浓度比。间分配达到平衡时的浓度比。当当K=1时，组分在固定相和流动相中浓度相等。时，组分在固定相和流动相中浓度相等。当当K1时，组分在固定相中的浓度大于在流动相中的浓度。时，组分在固定相中的浓度大于在流动相中的浓度。当当K1时，组分在固定相中的浓度小于在流动相中的浓度。时，组分在固定相中的浓度小于在流动相中的浓度。n 意义：意义：分配系数是色谱分离的基本参数之一，实际分配系数是色谱分离的基本参数之一，实际工作中常应用分配系数工作中常应用分配系数K来表征色谱分配过程。来表征色谱分配过程。n 色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系数不同。数不同。分

26、配系数小的组分，在固定相中停留时间短，分配系数小的组分，在固定相中停留时间短，较早流出色谱柱；分配系数大的组分，在流动相中的较早流出色谱柱；分配系数大的组分，在流动相中的浓度较小，移动速度慢，在柱中停留时间长，较迟流浓度较小，移动速度慢，在柱中停留时间长，较迟流出色谱柱；出色谱柱；两组分分配系数相差越大，两峰分离得就两组分分配系数相差越大，两峰分离得就越好。越好。n 分配系数分配系数K是由组分的性质及固定相的热力学性质是由组分的性质及固定相的热力学性质决定的，随柱温及柱压变化，与柱中两相的体积无关。决定的，随柱温及柱压变化，与柱中两相的体积无关。6、分离度n 同时反映色谱柱效能和选择性的一个综

27、合指标，也称同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标，也称总分离效能指标或分辨率总分离效能指标或分辨率。n 定义为：定义为：相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值。谱峰峰底宽度总和之半的比值。n式中，式中，R=0.8，两峰的分离程度可达，两峰的分离程度可达89%；R=1.0，分离程度达，分离程度达98%；R=1.5，分离程度达，分离程度达99.7%，是相邻两峰完全，是相邻两峰完全分离的标准。分离的标准。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、分配系数与分离效果的关系：柱效、分配系数与分离效果的关系

28、：柱效较高，柱效较高，K(分配系数差分配系数差)较大，完全分离；较大，完全分离；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较大，但分离的不好；较大，但分离的不好；K小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离效果更差。n小结：色谱流出曲线的意义小结：色谱流出曲线的意义 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；色色谱谱保保留留值值或或区区域域宽宽度度色色谱谱柱柱分分离离效效能能评评价价指指标；标；色色谱谱峰峰间间距距

29、固固定定相相或或流流动动相相选选择择是是否否合合适适的的依依据。据。第三节第三节 色谱法基本理论色谱法基本理论n一、塔板理论一、塔板理论n二、速率理论二、速率理论色谱理论色谱理论 色色谱谱理理论论需需要要解解决决的的问问题题：色色谱谱分分离离过过程程的的热热力力学学和和动动力力学学问问题题。影影响响分分离离及及柱柱效效的的因因素素与与提提高高柱柱效效的的途途径径，柱柱效效与分离度的评价指标及其关系。与分离度的评价指标及其关系。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间：组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；色谱过程的热力学因素控制；（组分和固定液

30、的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽：色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；色谱过程的动力学因素控制；（两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理论；两种色谱理论：塔板理论和速率理论；塔板理论的假设：塔板理论的假设：（1）在在每每一一个个平平衡衡过过程程间间隔隔内内，平平衡衡可可以以迅速达到；迅速达到；（2 2）将流动相看作成脉动（间歇）过程；）将流动相看作成脉动（间歇）过程；（3 3）试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；）试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；（4 4）每次分配的分配系数相同。）每次分配的分配系数相同。一、塔板理论一、塔板理论-柱分离效

31、能指标柱分离效能指标 1.1.塔板理论塔板理论（plate theory）半经验理论：半经验理论：将将色色谱谱分分离离过过程程比比拟拟作作蒸蒸馏馏过过程程，将将连连续续的的色色谱谱分分离离过过程程分分割割成成多多次次的的平平衡衡过过程程的的重重复复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；色谱柱长：色谱柱长：L，虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n，则三者的关系为：则三者的关系为：n=L/H理理论论塔塔板板数数与与色色谱谱参参数数之之间间的的关关系系为为（经经验验公式）：公式）：保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配保

32、留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!2.2.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。组组分分在在tM时时间间内内不不参参与与柱柱内内分分配配。需需引引入入有有效塔板数和有效塔板高度：效塔板数和有效塔板高度：3.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足n特点特点:n（1）当色谱柱长度一定时，）当色谱柱长度一定时，塔板数塔板数 n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越小越小)，被测组分在柱内被分配，被测组分在柱内被分配的次数越多，的次数

33、越多，柱效能则越高，所得色谱峰越柱效能则越高，所得色谱峰越窄窄。n（2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质量柱效能的指标时，应指明测定物质。n不足不足:n（1）柱效不能表示被分离组分的实际分离）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数效果，当两组分的分配系数K相同时，无论相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。n（2）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不

34、同的实验结果，也无法的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。二、二、速率理论速率理论-影响柱效的因素影响柱效的因素 速率理论是在继承塔板理论的基础上发展起速率理论是在继承塔板理论的基础上发展起来的。来的。它阐明了影响色谱峰变宽的物理化学因它阐明了影响色谱峰变宽的物理化学因素，并指明了提高和改进色谱柱效能的方向，素，并指明了提高和改进色谱柱效能的方向，对毛细管柱色谱和高效液相色谱的发展起着指对毛细管柱色谱和高效液相色谱的发展起着指导性的作用。导性的作用。该理论用该理论用速率理论方程式（范特姆特方程式）速率理论方程式（范特姆特方

35、程式）阐明影响理论塔板高度即柱效能的因素阐明影响理论塔板高度即柱效能的因素。1 1、速率方程速率方程（也称范（也称范.弟姆特方程式）弟姆特方程式）H=A+B/u+Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度，u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)上式表明：上式表明：减小减小A、B、C三项可提高柱效；三项可提高柱效；存在着最佳流速。存在着最佳流速。A、B、C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？A涡流扩散项涡流扩散项 由于组分分子与柱内填充颗粒发生碰撞，形成流动由于组分分子与柱内填充颗粒发生碰撞，形成流动相紊流，引起谱峰变宽，使柱效降低。相紊流，引起谱峰变宽，使柱效降低。固固定定相相颗颗粒粒

36、越越小小dp，填填充充的的越越均均匀匀，A，H，柱柱效效n。表表现现在在涡涡流流扩扩散散所所引引起起的的色色谱谱峰峰变变宽宽现现象象减减轻轻，色色谱谱峰峰较窄。较窄。A=2dp dp：固定相的平均颗粒：固定相的平均颗粒直径直径：固定相的填充不均：固定相的填充不均匀因子匀因子B/u 分子扩散项分子扩散项 由于柱内存在着浓度梯度，组分分子由高浓度处向低浓度由于柱内存在着浓度梯度，组分分子由高浓度处向低浓度处扩散，方向与流动相运动方向一致，从而使谱峰扩张，处扩散，方向与流动相运动方向一致，从而使谱峰扩张，H(n)，分离变差，分离变差。分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞

37、留时间，扩散，扩散;与流动相的摩尔质量有关，与流动相的摩尔质量有关，M载气载气，扩散扩散。因因此此，加加快快流流动动相相的的流流速速、使使用用摩摩尔尔质质量量大大的的流流动动相相，可以减少分子扩散。可以减少分子扩散。C u 传质阻力项传质阻力项 两相间的传质阻力使柱两相间的传质阻力使柱横断上的浓度分配不均匀，横断上的浓度分配不均匀，引起峰扩张。改善两相间引起峰扩张。改善两相间传质可削弱传质阻力的影传质可削弱传质阻力的影响。响。减小担体粒度，选择减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。可降低传质阻力。2 2、速率理论的要点、速率理论的要点n（1）组分分子在柱

38、内运行的）组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩多路径与涡流扩散散、浓度梯度所造成的、浓度梯度所造成的分子扩散分子扩散及及传质阻力传质阻力使使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展、柱效下降的主要原因。造成色谱峰扩展、柱效下降的主要原因。n（2）通过选择适当的固定相粒度、载气种类、）通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。液膜厚度及载气流速可提高柱效。n（3）速率理论为色谱分离和操作条件选择提）速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了供了理论指导。阐明了流速和柱温流速和柱温对柱效及分对柱效及分离的影响。离的影响。（4）各各种种因因素素相相互互制制约约，如如载载气气流流速速增增大大，分分子子扩扩散散项项的的影影响响减减小小，使使柱柱效效提提高高，但但同同时时传传质质阻阻力力项项的的影影响响增增大大，又又使使柱柱效效下下降降；柱柱温温升升高高，有有利利于于传传质质，但但又又加加剧剧了了分分子子扩扩散散的的影影响响，选选择择最最佳佳条条件件，才才能能使使柱柱效效达达到到最高。最高。