色谱分析基础精选课件.ppt

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1、关于色谱分析基础2022/12/122022/12/12第一页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12一、一、色谱法的特点、分类和作用色谱法的特点、分类和作用 1.1.概述概述 混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在1906190619061906年使用的装置年使用的装置年使用的装置年使用的装置色谱分离原型装置，如右图。色谱分离原型装置，如右图。色谱分离原型装置，如右图。色谱分离原型装置，如右图。色谱法是一种分离技术

2、色谱法是一种分离技术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色谱分离柱中的两相间不断进行着的分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。配过程。配过程。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体另一相是携带试样混合物流

3、过此固定相的流体另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体(气体或液体气体或液体气体或液体气体或液体)，称为，称为，称为，称为流动相流动相流动相流动相。动画动画动画动画 第二页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12色谱法色谱法 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生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构上的差异，与固相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固相互作

4、用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固相互作用。由于混合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、强弱不同，随着流动相的移动，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，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，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，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，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。相保留的时

5、间不同，从而按一定次序由固定相中流出。相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。动画动画动画动画22 与适当的柱后检测方与适当的柱后检测方与适当的柱后检测方与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各法结合，实现混合物中各法结合，实现混合物中各法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。组分的分离与检测。组分的分离与检测。组分的分离与检测。两相及两相的相对运动两相及两相的相对运动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构成了色谱法的基础构成了色谱法的基础 动画动画动画动画1 1 第三页，本课件共有47页2022/

6、12/122022/12/122.2.色谱法分类色谱法分类 (1)(1)(1)(1)气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱：流动相为气体流动相为气体流动相为气体流动相为气体(称为载气称为载气称为载气称为载气)。按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱第四页，本课件共有47页2022/12/122022

7、/12/12液相色谱液相色谱(2)(2)(2)(2)液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱：流动相为液体流动相为液体流动相为液体流动相为液体(也称为淋洗液也称为淋洗液也称为淋洗液也称为淋洗液)。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱离子色谱离子色谱离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同不同不同不同pHpHpHpH值

8、的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。第五页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12(3)(3)其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和薄层色谱和薄层色谱和薄层色谱和纸色谱纸色谱纸色谱纸色谱：比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法凝胶色谱法凝胶色谱法凝胶色谱法：测聚合物分子量分：测聚合物分子量分布。布。高效毛细管电泳高效毛细管电泳高效毛细管电泳高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适九十年代快速发展、特别适九十年代快速发展、特别适九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析合生物试样分析分离

9、的高效分析合生物试样分析分离的高效分析合生物试样分析分离的高效分析仪器。仪器。仪器。仪器。第六页，本课件共有47页2022/12/122022/12/123.3.色谱法的特点色谱法的特点(1)(1)分离效率高分离效率高分离效率高分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。(2)(2)(2)(2)灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出 g.gg.g-1-1(10(10-6-6)级甚至级甚至ng.gng.g-1-1(10(10-9-9)级的物质量。级的物质量。(3)(3)分析速度快分析速度快分析速度快分析速度快 一般在几分钟或

10、几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。(4)(4)(4)(4)应用范围广应用范围广应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于400400的各种有机或无机试样的分析。的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。不足之处不足之处不足之处不足之处：被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。第七页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12二、气相色谱结构流程1-1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-2-减压阀；减压阀；3-3-净化干燥管；净化干燥管

11、；4-4-针形针形阀；阀；5-5-流量计流量计;6-;6-压力表；压力表；4-4-针形阀；针形阀；5-5-流量计流量计;6-;6-压力表；压力表；9-9-热导检测器；热导检测器；10-10-放大放大器；器；11-11-温度控制器；温度控制器；12-12-记录仪；记录仪；载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统第八页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12结构流程第九页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12 死时间死时间死时间死时间(t tMM)：不与固定相作用的气体不与固定相作用的气体不与固定相作用的气体不与固定相作用的

12、气体(如空气如空气如空气如空气)的保留时间；的保留时间；的保留时间；的保留时间；调整保留时间调整保留时间调整保留时间调整保留时间(t tR R )：t tR=tRt tM 三、色谱流出曲线与术语色谱流出曲线与术语1.1.基线基线 无无无无试试试试样样样样通通通通过过过过检检检检测测测测器器器器时时时时，检测到的信号即为基线。检测到的信号即为基线。检测到的信号即为基线。检测到的信号即为基线。2.2.保留值保留值 (1)(1)时间表示的保留值时间表示的保留值时间表示的保留值时间表示的保留值 保留时间保留时间保留时间保留时间(t tR R)：组分从组分从组分从组分从进样到柱后出现浓度极大进样到柱后出

13、现浓度极大进样到柱后出现浓度极大进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；值时所需的时间；值时所需的时间；值时所需的时间；动画动画动画动画 第十页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12(2)用体积表示的保留值用体积表示的保留值 保留体积保留体积保留体积保留体积(V VR R)：V VR R =t tR R F F0 0F F0 0为柱出口处的载气流量，为柱出口处的载气流量，为柱出口处的载气流量，为柱出口处的载气流量，单位：单位：单位：单位：m L /minm L /min。死体积死体积死体积死体积(V VMM)：V VMM=t tMM F F0 0 调整保留体积调整保留体积调整

14、保留体积调整保留体积(V VR R)：V V R R=V VR R V VMM 第十一页，本课件共有47页2022/12/122022/12/123.3.相对保留值相对保留值r21 组分组分组分组分2 2与组分与组分与组分与组分1 1调整保留值之比：调整保留值之比：调整保留值之比：调整保留值之比：r r2121=t t R R2 2 /t t R R1 1=V V R R2 2/V V R R1 1 相相相相对对对对保保保保留留留留值值值值只只只只与与与与柱柱柱柱温温温温和和和和固固固固定定定定相相相相性性性性质质质质有有有有关关关关，与与与与其其其其他他他他色色色色谱谱谱谱操操操操作作作作条

15、条条条件件件件无无无无关关关关，它它它它表表表表示示示示了了了了固固固固定定定定相相相相对对对对这这这这两两两两种种种种组组组组分的选择性。分的选择性。分的选择性。分的选择性。第十二页，本课件共有47页2022/12/122022/12/124.4.区域宽度区域宽度 用用用用来来来来衡衡衡衡量量量量色色色色谱谱谱谱峰峰峰峰宽宽宽宽度度度度的的的的参参参参数数数数，有有有有三种表示方法三种表示方法三种表示方法三种表示方法：(1)(1)标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差()：即即即即0.6070.607倍倍倍倍峰峰峰峰高高高高处处处处色谱峰宽度的一半。色谱峰宽度的一半。色谱峰宽度的一半。色谱峰宽度的

16、一半。(2)2)半半半半峰峰峰峰宽宽宽宽(Y Y1/21/2)：色色色色谱谱谱谱峰峰峰峰高高高高一一一一半半半半处处处处的宽度的宽度的宽度的宽度 Y Y1/21/2=2.354 =2.354 (3)(3)峰底宽峰底宽峰底宽峰底宽(Y Y)：Y Y=4=4 第十三页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12四、色谱分离过程四、色谱分离过程 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填填填填充充充充柱柱柱柱色色色色谱谱谱谱:气气气气固固固固(液液液液固固固固)色色色色谱谱谱谱和和和和气气气气液液液

17、液(液液液液液液液液)色色色色谱谱谱谱，两两两两者者者者的的的的分分分分离离离离机理不同。机理不同。机理不同。机理不同。气固气固气固气固(液固液固液固液固)色谱的固定相色谱的固定相色谱的固定相色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液气液气液气液(液液液液液液液液)色谱的固定相色谱的固定相色谱的固定相色谱的固定相:由担体和固定液所组成。由担体和固定液所组成。

18、由担体和固定液所组成。由担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液气液气液气液(液液液液液液液液)两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。第十四

19、页，本课件共有47页2022/12/122022/12/121.1.气相色谱分离过程气相色谱分离过程 当当当当试试试试样样样样由由由由载载载载气气气气携携携携带带带带进进进进入入入入色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱与与与与固固固固定定定定相相相相接接接接触触触触时时时时，被被被被固固固固定定定定相相相相溶溶溶溶解或吸附解或吸附解或吸附解或吸附;随随随随着着着着载载载载气气气气的的的的不不不不断断断断通通通通入入入入，被被被被溶溶溶溶解解解解或或或或吸吸吸吸附附附附的的的的组组组组分分分分又又又又从从从从固固固固定定定定相相相相中挥发或脱附中挥发或脱附中挥发或脱附中挥发或脱附;挥挥挥挥发发发发或或或或脱

20、脱脱脱附附附附下下下下的的的的组组组组分分分分随随随随着着着着载载载载气气气气向向向向前前前前移移移移动动动动时时时时又又又又再再再再次次次次被被被被固固固固定定定定相相相相溶溶溶溶解或吸附解或吸附解或吸附解或吸附;随随随随着着着着载载载载气气气气的的的的流流流流动动动动，溶溶溶溶解解解解、挥挥挥挥发发发发，或吸附、脱附的过程反复地进行。或吸附、脱附的过程反复地进行。或吸附、脱附的过程反复地进行。或吸附、脱附的过程反复地进行。动画动画第十五页，本课件共有47页2022/12/122022/12/122.2.分配系数分配系数(partion factor)K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱

21、附，或溶解、挥发的组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度的浓度的浓度的浓度(单位：单位：单位：单位：g/mL)g/mL)比，称为分配系数，用比，称为分配系数，用比，称为分配系数，用比，称为分配系数，用K K 表示，即：表示，即：表示，即：

22、表示，即：分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。第十六页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，试样一定时，试样一定时，K K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的

23、分配系数K K不同；不同；不同；不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K K值是分离的基础；值是分离的基础；值是分离的基础；值是分离的基础；某组分的某组分的某组分的某组分的K K=0=0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。第十七页，本课件共有47页2022/12/122022/12/123.3.分配比分配比 (pa

24、rtion radio)k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：配达到平衡时的质量比：1.1.分分分分配配配配系系系系数数数数与与与与分分分分配配配配比比比比都都都都是是是是与与与与组组组组分分分分及及及及固固固固定定定定相相相相的的的的热热热热力力力力学学学学性性性性质质质质有有有有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。关的常数，随分离柱温度

25、、柱压的改变而变化。2.2.分分分分配配配配系系系系数数数数与与与与分分分分配配配配比比比比都都都都是是是是衡衡衡衡量量量量色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱对对对对组组组组分分分分保保保保留留留留能能能能力力力力的的的的参参参参数，数值越大，该组分的保留时间越长。数，数值越大，该组分的保留时间越长。数，数值越大，该组分的保留时间越长。数，数值越大，该组分的保留时间越长。3.3.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比也称：分配比也称：分配比也称：分配比也称：容量因子容量因子容量因子容量因子(capacity factor)(capacity fac

26、tor)；容量比容量比容量比容量比(capacity factor)(capacity factor)；第十八页，本课件共有47页2022/12/122022/12/124.容量因子与分配系数的关系容量因子与分配系数的关系 式中式中式中式中 为相比。为相比。为相比。为相比。填充柱相比：填充柱相比：填充柱相比：填充柱相比：6 63535；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：505015001500。容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。V VMM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；

27、为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；V VS S为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱，V VS S的含义不同；的含义不同；的含义不同；的含义不同；气气气气-液色谱柱：液色谱柱：液色谱柱：液色谱柱：V VS S为固定液体积；为固定液体积；为固定液体积；为固定液体积；气气气气-固色谱柱：固色谱柱：固色谱柱：固色谱柱：V VS S为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；第十九页，本课件

28、共有47页2022/12/122022/12/125.分配比与保留时间的关系分配比与保留时间的关系 滞留因子滞留因子滞留因子滞留因子(retardation factor)(retardation factor)：u us s：组组组组分分分分在在在在分分分分离离离离柱柱柱柱内内内内的的的的线线线线速速速速度度度度；u u：流流流流动动动动相相相相在在在在分分分分离离离离柱柱柱柱内内内内的的的的线线线线速速速速度；度；度；度；滞留因子滞留因子滞留因子滞留因子R RS S也可以用质量分数也可以用质量分数也可以用质量分数也可以用质量分数 表示：表示：表示：表示：若若若若组组组组分分分分和和和和流流

29、流流动动动动相相相相通通通通过过过过长长长长度度度度为为为为L L的的的的分分分分离离离离柱柱柱柱，需需需需要要要要的的的的时时时时间间间间分分分分别别别别为为为为t tR R和和和和t tMM，则：则：则：则：由以上各式，可得：由以上各式，可得：由以上各式，可得：由以上各式，可得：t tR R=t tMM(1+(1+k k)第二十页，本课件共有47页2022/12/122022/12/121-2 色谱理论色谱理论 色色色色谱谱谱谱理理理理论论论论需需需需要要要要解解解解决决决决的的的的问问问问题题题题：色色色色谱谱谱谱分分分分离离离离过过过过程程程程的的的的热热热热力力力力学学学学和和和和动

30、动动动力力力力学学学学问问问问题题题题。影影影影响响响响分分分分离离离离及及及及柱柱柱柱效效效效的的的的因因因因素素素素与与与与提提提提高高高高柱柱柱柱效效效效的的的的途途途途径径径径，柱柱柱柱效效效效与与与与分分分分离离离离度度度度的评价指标及其关系。的评价指标及其关系。的评价指标及其关系。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；：色谱过程的热力学因素控制；：

31、色谱过程的热力学因素控制；(组分和固定液的结构和性质组分和固定液的结构和性质组分和固定液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；：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；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；第二十一页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12 塔板理论的假设：塔板理论

32、的假设：塔板理论的假设：塔板理论的假设：(1)(1)在在在在每每每每一一一一个个个个平平平平衡衡衡衡过过过过程程程程间间间间隔隔隔隔内内内内，平平平平衡衡衡衡可可可可以以以以迅迅迅迅速速速速达达达达到；到；到；到；(2)(2)(2)(2)将载气看作成脉动将载气看作成脉动将载气看作成脉动将载气看作成脉动(间歇间歇间歇间歇)过程；过程；过程；过程；(3)(3)(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；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)(4)(4)每次分配的分配系数相同。每次分配的分配系数相同。每次分配的分配系数相同。每次分配的分配

33、系数相同。一、塔板理论一、塔板理论-柱分离效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；半经验理论；半经验理论；将将将将色色色色谱谱谱谱分分分分离离离离过过过过程程程程比比比比拟拟拟拟作作作作蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏过过过过程程程程，将将将将连连连连续续续续的的的的色色色色谱谱谱谱分分分分离离离离过过过过程程程程分分分分割割割割成成成成多多多多次次次次的的的的平平平平衡衡衡衡过过过过程程程程的的的的重重重重复复复复 (类类类类似似似似于于于于蒸馏塔塔板上的平衡过程蒸馏塔塔板上的平衡过程蒸馏塔塔板上的平衡过程蒸馏塔塔板上的平衡过程)；动画动画动画动画

34、 第二十二页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12 色谱柱长：色谱柱长：色谱柱长：色谱柱长：L L，虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：HH，色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n n，则三者的关系为：则三者的关系为：则三者的关系为：则三者的关系为：n n=L L/HH理论塔板数与色谱参数之间的关系为：理论塔板数与色谱参数之间的关系为：理论塔板数与色谱参数之间的关系为：理论塔板数与色谱参数之间的关系为：保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配保留时间包含死

35、时间，在死时间内不参与分配保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!第二十三页，本课件共有47页2022/12/122022/12/122.2.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。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。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。组组组组分分分分在在在在t tMM时时时时间间间间内内内内不不不不参参参参与与与与柱柱柱柱内内内内分分分分配配

36、配配。需需需需引引引引入入入入有有有有效效效效塔塔塔塔板板板板数和有效塔板高度：数和有效塔板高度：数和有效塔板高度：数和有效塔板高度：第二十四页，本课件共有47页2022/12/122022/12/123.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足 (1)(1)当当当当色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱长长长长度度度度一一一一定定定定时时时时，塔塔塔塔板板板板数数数数 n n 越越越越大大大大(塔塔塔塔板板板板高高高高度度度度 H H 越越越越小小小小)，被被被被测测测测组组组组份份份份在在在在柱柱柱柱内内内内被被被被分分分分配配配配的的的的次次次次数数数数越越越越多多多多，柱柱柱柱效效效效能能能能则

37、则则则越越越越高高高高，所所所所得得得得色色色色谱谱谱谱峰越窄。峰越窄。峰越窄。峰越窄。(2)(2)(2)(2)不不不不同同同同物物物物质质质质在在在在同同同同一一一一色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱上上上上的的的的分分分分配配配配系系系系数数数数不不不不同同同同，用用用用有有有有效效效效塔塔塔塔板板板板数数数数和和和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。有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。(3)(3)(3)(3)柱柱柱柱效效效效不不不不能能能能表表表表示示示示被被被

38、被分分分分离离离离组组组组分分分分的的的的实实实实际际际际分分分分离离离离效效效效果果果果，当当当当两两两两组组组组份份份份的的的的分分分分配配配配系系系系数数数数K K K K相相相相同同同同或或或或相相相相近近近近时时时时，无无无无论论论论该该该该色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱的的的的塔塔塔塔板板板板数数数数多多多多大大大大，两两两两组组组组份份份份的的的的分分分分离效果都不会太理想。离效果都不会太理想。离效果都不会太理想。离效果都不会太理想。(4)(4)(4)(4)塔塔塔塔板板板板理理理理论论论论无无无无法法法法解解解解释释释释同同同同一一一一色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱在在在在不不不不同同同同的

39、的的的载载载载气气气气流流流流速速速速下下下下柱柱柱柱效效效效不不不不同同同同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。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。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。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。第二十五页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12二、二、速率理论速率理论-影响柱效的因素影响柱效的因素1.1.速率方程速率方程(也称范也称范.第姆特方程式第姆特方程式)H=A+B/u+Cu H H：理论塔板高度，：理论塔板高度，：理论塔板高度，：理论塔板高度，u u：载气的线速度：载气

40、的线速度：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)(cm/s)减小减小减小减小A A、B B、C C三项可提高柱效；三项可提高柱效；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；存在着最佳流速；存在着最佳流速；A A、B B、C C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？第二十六页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12A涡流扩散项涡流扩散项 A=2=2dp dpdp：固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子固定相的填充不均匀因子固定相的填充不均匀因

41、子固定相的填充不均匀因子 固固固固定定定定相相相相颗颗颗颗粒粒粒粒越越越越小小小小dpdp，填填填填充充充充的的的的越越越越均均均均匀匀匀匀，A A，HH，柱柱柱柱效效效效n n。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。动画动画动画动画 第二十七页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12B/u 分子扩散项分子扩散项 B=2=2D Dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，

42、弯曲因子，填充柱色谱，1111。D Dg g：试样组分分子在气相中的扩散系数：试样组分分子在气相中的扩散系数：试样组分分子在气相中的扩散系数：试样组分分子在气相中的扩散系数(cm(cm2 2s s-1-1)(1)(1)存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)(2)扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，HH(n n)，分离变差分离变差分离变差分离变差;(3)(3)分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速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，滞留时

43、间，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散，扩散，扩散;(4)(4)扩散系数：扩散系数：扩散系数：扩散系数：D Dg g (MM载气载气载气载气)-1/2-1/2；MM载气载气载气载气，B B值值值值。动画动画动画动画 第二十八页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12 k k为容量因子；为容量因子；为容量因子；为容量因子；D Dg g 、D DL L为扩散系数。为扩散系数。为扩散系数。为扩散系数。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。减小担体粒度，选择小

44、分子量的气体作载气，可降低传质阻力。C u 传质阻力项传质阻力项 传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力C Cg g和液相传质阻力和液相传质阻力和液相传质阻力和液相传质阻力C CL L即：即：即：即：C C=(=(C Cg g+C CL L)动画动画第二十九页，本课件共有47页2022/12/122022/12/122.2.载气流速与柱效载气流速与柱效最佳流速最佳流速载气流速高时：载气流速高时：载气流速高时：载气流速高时：传传传传质质质质阻阻阻阻力力力力项项项项是是是是影影影影响响响响柱柱柱柱效效效效的的的的主要因素，主要因素，主要因素

45、，主要因素，流速流速流速流速 ，柱效，柱效，柱效，柱效 。载气流速低时：载气流速低时：载气流速低时：载气流速低时：分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散项项项项成成成成为为为为影影影影响响响响柱柱柱柱效效效效的的的的主要因素，主要因素，主要因素，主要因素，流速流速流速流速 ,柱效柱效柱效柱效 。HH-u u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速：曲线与最佳流速：曲线与最佳流速：由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最

46、佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。一极小值。一极小值。一极小值。以塔板高度以塔板高度以塔板高度以塔板高度HH对应载气流速对应载气流速对应载气流速对应载气流速u u作图，曲线最低点的流速即为作图，曲线最低点的流速即为作图，曲线最低点的流速即为作图，曲线最低点的流速即为最佳流速最佳流速最佳流速最佳流速。第三十页，本课件共有47页2022/12/122022/12/123.3.速率理论的要点速率理

47、论的要点 (1)(1)组组组组分分分分分分分分子子子子在在在在柱柱柱柱内内内内运运运运行行行行的的的的多多多多路路路路径径径径与与与与涡涡涡涡流流流流扩扩扩扩散散散散、浓浓浓浓度度度度梯梯梯梯度度度度所所所所造造造造成成成成的的的的分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散及及及及传传传传质质质质阻阻阻阻力力力力使使使使气气气气液液液液两两两两相相相相间间间间的的的的分分分分配配配配平平平平衡衡衡衡不不不不能能能能瞬瞬瞬瞬间间间间达达达达到到到到等等等等因因因因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。素是造成色谱峰扩展柱效下降的主

48、要原因。(2)(2)通通通通过过过过选选选选择择择择适适适适当当当当的的的的固固固固定定定定相相相相粒粒粒粒度度度度、载载载载气气气气种种种种类类类类、液液液液膜膜膜膜厚厚厚厚度度度度及及及及载载载载气气气气流速可提高柱效。流速可提高柱效。流速可提高柱效。流速可提高柱效。(3)(3)速速速速率率率率理理理理论论论论为为为为色色色色谱谱谱谱分分分分离离离离和和和和操操操操作作作作条条条条件件件件选选选选择择择择提提提提供供供供了了了了理理理理论论论论指指指指导导导导。阐阐阐阐明明明明了了了了流速和柱温对柱效及分离的影响。流速和柱温对柱效及分离的影响。流速和柱温对柱效及分离的影响。流速和柱温对柱效

49、及分离的影响。(4)(4)各各各各种种种种因因因因素素素素相相相相互互互互制制制制约约约约，如如如如载载载载气气气气流流流流速速速速增增增增大大大大，分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散项项项项的的的的影影影影响响响响减减减减小小小小，使使使使柱柱柱柱效效效效提提提提高高高高，但但但但同同同同时时时时传传传传质质质质阻阻阻阻力力力力项项项项的的的的影影影影响响响响增增增增大大大大，又又又又使使使使柱柱柱柱效效效效下下下下降降降降；柱柱柱柱温温温温升升升升高高高高，有有有有利利利利于于于于传传传传质质质质，但但但但又又又又加加加加剧剧剧剧了了了了分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散的的的的影影影影响响响

50、响，选选选选择择择择最最最最佳佳佳佳条条条条件，才能使柱效达到最高。件，才能使柱效达到最高。件，才能使柱效达到最高。件，才能使柱效达到最高。第三十一页，本课件共有47页2022/12/122022/12/12三、三、分离度分离度 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离程度。即柱效为多大时，相邻