气相色谱法学习教案.pptx

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1、会计学1气相色谱法气相色谱法第一页，编辑于星期二：一点 二十九分。“色谱法色谱法”名称的由来名称的由来石油醚石油醚(流动相流动相)碳酸钙碳酸钙(固定相固定相)色色谱谱带带叶绿素A叶黄素胡萝卜素2.1 概述1906年，俄国植物学家茨维特(M.Tswett)创立色谱法是一种分离技术第1页/共183页第二页，编辑于星期二：一点 二十九分。n n在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）管内静止不动的一相（固体或液体）管内静止不动的一相（固体或液体）管内静止不动的一相（固体或液体）称为

2、称为称为称为固定相固定相固定相固定相 ；n n自上而下运动的一相（一般是气体自上而下运动的一相（一般是气体自上而下运动的一相（一般是气体自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为或液体）称为或液体）称为或液体）称为流动相流动相流动相流动相 ；n n装有固定相的管子（玻璃管或不锈装有固定相的管子（玻璃管或不锈装有固定相的管子（玻璃管或不锈装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为钢管）称为钢管）称为钢管）称为色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱 。第2页/共183页第三页，编辑于星期二：一点 二十九分。是利用混合物不同组分在固定相固定相和流动流动相相中分配系数(或吸附系数、渗透性等)的差异，使不同组分在作相对

3、运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。色谱法第3页/共183页第四页，编辑于星期二：一点 二十九分。1.根据固定相的外形分根据固定相的外形分柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱平平 板板 色色 谱谱 色谱法的分类色谱法的分类第4页/共183页第五页，编辑于星期二：一点 二十九分。2.根据分离机理根据分离机理可分为可分为吸附色谱吸附色谱分配色谱分配色谱离子交换色谱离子交换色谱排阻色谱排阻色谱第5页/共183页第六页，编辑于星期二：一点 二十九分。一般分类分离方法固定相所用平衡液相色谱LC液液分配涂在载体表面的液体不同溶液之间分配平衡化学键合相有机物被键合在载体表面在液体与固定相表面的分配液固吸附

4、固体吸附剂吸附离子交换离子交换树脂离子交换尺寸排阻凝胶筛分气 相 色 谱GC（流 动 相为气体）气、液涂在载体表面的液体分析物与固定气-键相有机物被键合在载体表面气-固固体吸附剂吸附超临界流体色谱SFC（流动相超临界流体）固体表面键合的有机物超临界流体与键合表面的分配相间的相互作用3.按流动相不同分类按流动相不同分类第6页/共183页第七页，编辑于星期二：一点 二十九分。2.2 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语色谱图（chromatogram）：试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号时间曲线或信

5、号流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，第7页/共183页第八页，编辑于星期二：一点 二十九分。基线：基线：在操作条件下，仅有纯流动相在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器进入检测器时的流出曲线。时的流出曲线。第8页/共183页第九页，编辑于星期二：一点 二十九分。(一）保留值一）保留值定性参数定性参数1 死时间死时间tM(或或t0)：不被保留的样品通过色谱不被保留的样品通过色谱柱的时间柱的时间。流动相流动相平均线速度平均线速度柱长柱长第9页/共183页第十页，编辑于星期二：一点 二十九分。2 2 2 2 保留时间保留时间保留时间保留时间t tR R R R（或（或（或（或t t t tr r r

6、r）某组分从进样开始到柱后出现某组分从进样开始到柱后出现峰极大点峰极大点时所经历的时间，称为保留时间，时所经历的时间，称为保留时间，它相应于它相应于样品到达柱末端的检测器所需的样品到达柱末端的检测器所需的时间时间 第10页/共183页第十一页，编辑于星期二：一点 二十九分。3 调整保留时间调整保留时间tR(或或tr)tR=tR-tM某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整保留时间第11页/共183页第十二页，编辑于星期二：一点 二十九分。由由于于组组份份在在色色谱谱柱柱中中的的保保留留时时间间tR包含了包含了组组份份随随流流动动相相通通过过柱柱子子所所需需的的时时间和组份在间和组份在固固定

7、定相相中中滞滞留留所所需需的的时时间间，所所以以tR实际上实际上是是组组份份在在固固定定相相中中停停留留的的总总时时间间保留时间保留时间可可用用时时间间单单位位（如如s s）或或距距离离单单位位（如（如cmcm）表）表示。示。保留时间是色谱法定性的基本依据，保留时间是色谱法定性的基本依据，保留时间是色谱法定性的基本依据，保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组但同一组但同一组但同一组份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积等参数进行定性检定

8、工作者有时用保留体积等参数进行定性检定工作者有时用保留体积等参数进行定性检定工作者有时用保留体积等参数进行定性检定第12页/共183页第十三页，编辑于星期二：一点 二十九分。4 死体积死体积VM(或或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而可忽略不计时，其值就相当于色谱柱内流动相的体积。死体积可由死时间与流动相体积流速qV,0（mLmin-1）计算：第13页/共183页第十四页，编辑于星期二：一点 二十九分。5 保留体积保留体积VR(或或Vr)：从进样开始到色谱峰最大从进样开始到色谱峰最大值出现时所通过的流动相的体

9、积，单位值出现时所通过的流动相的体积，单位mL6 调整保留体积调整保留体积VR(或或Vr r):保留体积减去保留体积减去死体积，即组分停留在固定相时所消耗的流动相体死体积，即组分停留在固定相时所消耗的流动相体积积 或或第14页/共183页第十五页，编辑于星期二：一点 二十九分。7.7.相对保留值相对保留值r r2,12,1 某组分某组分2 2的调整保留值与组的调整保留值与组分分1 1的调整保留值之比，称为相的调整保留值之比，称为相对保留值。对保留值。由于相对保留值只与柱温及由于相对保留值只与柱温及固定相性质有关，而与柱径、固定相性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速柱长、填充情况及流动

10、相流速无关，因此，它在色谱法中，无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛特别是在气相色谱法中，广泛用作定性的依据用作定性的依据。第15页/共183页第十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。在定性分析中，通常固定一在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（个色谱峰作为标准（s s），然后），然后再求其它峰（再求其它峰（i i）对这个峰的相）对这个峰的相对保留值，此时可用符号对保留值，此时可用符号 表表示，即示，即 =t=tR R (i)(i)/t/tR R (s)(s)式中式中t tR R(i)(i)为后出峰的调整为后出峰的调整保留时间，所以保留时间，所以 总是大于总是大于1 1的。

11、的。相对保留值往往可作为衡量固相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的指标，又称选择定相选择性的指标，又称选择性因子。性因子。第16页/共183页第十七页，编辑于星期二：一点 二十九分。(二二)区域宽度区域宽度柱效柱效 色谱峰的区域宽度是色色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通常有谱峰区域宽度通常有三种方法三种方法。第17页/共183页第十八页，编辑于星期二：一点 二十九分。（1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽(

12、Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度 Y1/2=2.354（3）峰底宽(Y)：通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距 Y=4 第18页/共183页第十九页，编辑于星期二：一点 二十九分。（三）峰高与峰面积（三）峰高与峰面积定量定量峰高峰高h：从色谱峰顶点到基线的距离从色谱峰顶点到基线的距离峰面积峰面积A：峰与基线延长线所包围的面积峰与基线延长线所包围的面积 A=1.065hY1/2第19页/共183页第二十页，编辑于星期二：一点 二十九分。1.根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。2.根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。根据色谱峰的保留值

13、，可以进行定性分析。3.根据色谱峰的面积或峰高根据色谱峰的面积或峰高,可以进行定量分析可以进行定量分析4.色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据的依据5.色谱峰两峰间的距离，色谱峰两峰间的距离，是评价固定相是评价固定相(或流动相或流动相)选择是否合适的依据。选择是否合适的依据。(四）色谱流出曲线上的信息四）色谱流出曲线上的信息第20页/共183页第二十一页，编辑于星期二：一点 二十九分。色谱分析的色谱分析的色谱分析的色谱分析的目的目的目的目的是将样品中是将样品中是将样品中是将样品中各组分彼此分离各组分彼此分离各组分彼此分离各组分彼此分

14、离，组组组组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。的热力学性质有关。的热力学性质有关。的热力学性质有关。但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，但是两峰间虽有一定距离，如果每个

15、峰都很宽，但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，谱过程的动力学性质有关。因此，谱过程的动力学性质有关。因此，谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动要从热力学和动要从热力学和动要从热力学和动力学两方面来研究色谱

16、行为。力学两方面来研究色谱行为。力学两方面来研究色谱行为。力学两方面来研究色谱行为。2.3 色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理第21页/共183页第二十二页，编辑于星期二：一点 二十九分。（一）分配系数（一）分配系数K和分配比和分配比k1.分配系数分配系数K 分分配配色色谱谱的的分分离离是是基基于于样样品品组组分分在在固固定定相相和和流流动动相相之之间间反反复复多多次次的的分分配配过过程程，而而吸吸附附色色谱谱的的分分离离是是基基于于反反复复多多次次的的吸吸附附-脱脱附附过程。过程。这这种种分分离离过过程程经经常常用用样样品品分分子子在在两两相相间间的的分分配配来来描描述述，而而描描述述这这

17、种种分分配配的的参参数数称称为为分分配配系系数数K。第22页/共183页第二十三页，编辑于星期二：一点 二十九分。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分配系数定义分配系数定义在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值，用K表示。第23页/共183页第二十四页，编辑于星期二：一点 二十九分。分配系数是由组分和固定相的热力学分配系数是由组分和固定相的热力学分配系数是由组分和固定相的热力学分配系数是由组分和固定相的热力学性质决定的，它是每一个溶质的特征值，性质决定的，它是每一个溶质的特征值，性质决定的，它是每一个溶质的特征值，性质决

18、定的，它是每一个溶质的特征值，它仅与两个变量有关：它仅与两个变量有关：它仅与两个变量有关：它仅与两个变量有关：固定相和温度固定相和温度固定相和温度固定相和温度。与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪器无关。器无关。器无关。器无关。第24页/共183页第二十五页，编辑于星期二：一点 二十九分。组分一定时，组分一定时，K主要取决于固定相性质主要取决于固定相性质组分及固定相一定时组分及固定相一定时,温度增加温度增加,K减小减小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值是分离的基础值是分

19、离的基础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影响影响K的因素的因素固定相固定相温度温度第25页/共183页第二十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。2.分配比分配比(容量因子容量因子)k组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量 在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用k表示。第26页/共183页第二十七页，编辑于星期二：一点 二十九分。k值值越越大大，说说明明组组分分在在固固定定相相中中的的量量越越多多，相相当当于于柱柱的的容容量量大大，因因此此又又称称分分配配容容量量或或

20、容容量量因因子子。它它是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对被被分分离离组组分分保留能力的重要参数。保留能力的重要参数。K与与k都都是是与与组组分分及及固固定定相相的的热热力力学学性性质质有有关关的的常数。常数。K与与k都都是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对组组分分保保留留能能力力的的参参数，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。k可直接从色谱图上求得。可直接从色谱图上求得。第27页/共183页第二十八页，编辑于星期二：一点 二十九分。其中称为相比率，它是反映各种色谱柱型特点的又一个参数。例如，对填充柱，其值一般为635；对毛细管柱，其值为60600。3.分配系数分配系数K与分配

21、比与分配比k的关系的关系第28页/共183页第二十九页，编辑于星期二：一点 二十九分。结论a.分配系数是组分在两相中的浓度之比，分配比则是组分在两相中分配总量之比.它们都与组分及固定相的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化.b.分配系数只决定于组分和两相性质，与两相体积无关.分配比不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改变.第29页/共183页第三十页，编辑于星期二：一点 二十九分。c.对于一给定色谱体系（分配体对于一给定色谱体系（分配体系），组分的分离最终决定于系），组分的分离最终决定于组分在两相中的相对量，而不组分在两相中的相对量，而不是相对浓度，因此

22、是相对浓度，因此分配比是衡分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重量色谱柱对组分保留能力的重要参数要参数.k.k值越大，保留时间越值越大，保留时间越长，长，k k值为零的组分，其保留时值为零的组分，其保留时间即为死时间间即为死时间.d.d.若流动相（载气）在柱内的线若流动相（载气）在柱内的线速度为速度为u.由于固定相对组分有由于固定相对组分有保留作用，所以组分在柱内的保留作用，所以组分在柱内的线速度线速度us将小于将小于u，则两速度之比称为则两速度之比称为滞留因子滞留因子RS.RS=us/u第30页/共183页第三十一页，编辑于星期二：一点 二十九分。4.保留值与保留值与K、k的关系的关系推导推导

23、推导推导1 1：当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰好有一半的量随着好有一半的量随着好有一半的量随着好有一半的量随着V VR R体积的流动相流出柱子，其余一半则留体积的流动相流出柱子，其余一半则留体积的流动相流出柱子，其余一半则留体积的流动相流出柱子，其余一半则留在柱内，即留在柱内的流动相在柱内，即留在柱内的流动相在柱内，即留在柱内的流动相在柱内，即留在柱内的流动相(体积为体积为体积为体积为V VMM)与固定相与固定相与固定相与固定相(体积为体积为体积为体

24、积为V Vs s)中。根据物料等衡原理得：中。根据物料等衡原理得：中。根据物料等衡原理得：中。根据物料等衡原理得：V VR R c cMM=V VM M c cMM+V+VS S c cS S V VR R=V VM M+V VS S c cS S/c/cMM=V VM M+K+KV VS S 即：即：即：即：V VR R=K KV Vs s 色谱过程的基本方程色谱过程的基本方程色谱过程的基本方程色谱过程的基本方程 VR=VM(1+k)和和 tR=tM(1+k)色谱色谱色谱色谱基本保留方程基本保留方程基本保留方程基本保留方程由得，k=KVS/VM，将代入得：k=(VRVM)/VM=VR/VM=

25、tR/tM=(tRtM)/tMk=VR/VM=tR/tM第31页/共183页第三十二页，编辑于星期二：一点 二十九分。推导推导推导推导2 2：滞留因子滞留因子滞留因子滞留因子R Rs s若用质量分数来表示若用质量分数来表示若用质量分数来表示若用质量分数来表示整理可得：整理可得：整理可得：整理可得：t tR R=t tMM(1+(1+k k)色谱基本保留方程色谱基本保留方程色谱基本保留方程色谱基本保留方程变形可得：变形可得：变形可得：变形可得：第32页/共183页第三十三页，编辑于星期二：一点 二十九分。5.分离因子分离因子与与分配系数分配系数K及及分配比分配比k的关系的关系上式表明：通过选择因

26、子通过选择因子把把实验测量值k与热力学性质的分配系数K直接联系起来，对固定相的选择具有实际意义。如果两组分的K或k值相等，则=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。第33页/共183页第三十四页，编辑于星期二：一点 二十九分。下图是下图是 A A、B B两组分沿色谱两组分沿色谱柱移动时，不同位置处的浓度柱移动时，不同位置处的浓度轮廓。轮廓。浓浓度度沿柱移动距离沿柱移动距离 L LABABKA KB图中KAKB，因此，A组分在移动过程中滞后。随着两组分在色谱柱中移动距离的增加，两峰间的距离逐渐变大，同时

27、，每一组分的浓度轮廓（即区域宽度）也慢慢变宽。显然，区域扩宽对分离是不利的，但又是不可避免的。若要使A、B组分完全分离，必须满足以下三点：第34页/共183页第三十五页，编辑于星期二：一点 二十九分。第一第一第一第一，两组分的分配系数必须有差异；两组分的分配系数必须有差异；两组分的分配系数必须有差异；两组分的分配系数必须有差异；第二第二第二第二，区域扩宽的速率应小于区域分区域扩宽的速率应小于区域分区域扩宽的速率应小于区域分区域扩宽的速率应小于区域分 离的速度；离的速度；离的速度；离的速度；第三第三第三第三，在保证快速分离的前提下，提在保证快速分离的前提下，提在保证快速分离的前提下，提在保证快速

28、分离的前提下，提供足够长的色谱柱。供足够长的色谱柱。供足够长的色谱柱。供足够长的色谱柱。第35页/共183页第三十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。第一、二点是完全分离的必要第一、二点是完全分离的必要条件。条件。而作为一个色谱理论，它不而作为一个色谱理论，它不仅应说明组分在色谱柱中移动的速仅应说明组分在色谱柱中移动的速率，而且应说明组分在移动过程中率，而且应说明组分在移动过程中引起区域扩宽的各种因素。因此引引起区域扩宽的各种因素。因此引入了入了塔板理论和速率理论塔板理论和速率理论，二者均，二者均以色谱过程中分配系数恒定为前提以色谱过程中分配系数恒定为前提，故称为线性色谱理论。，故称为线性色谱

29、理论。色谱法研究的核心-选择最适合的色谱体系和条件、在最短的时间达到最佳的分离效果。第36页/共183页第三十七页，编辑于星期二：一点 二十九分。2.42.4 色谱理论色谱理论色谱理论色谱理论 一、一、塔板理论塔板理论柱分离效能指标柱分离效能指标 最早由最早由MartinMartin等人提出塔板理等人提出塔板理论，把色谱柱比作一个精馏塔，论，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，同时组分在两相间的分配行为，同时引入理论塔板数作为引入理论塔板数作为衡量柱效率衡量柱效率的指标的指标。即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每一

30、块塔板的高度用H表示，称为塔板高度，简称板高。第37页/共183页第三十八页，编辑于星期二：一点 二十九分。简单地认为：在每一块塔板上，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衡，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。对于一根的方式向前移动。对于一根长为长为L L的色谱柱的色谱柱，溶质平衡的次数应，溶质平衡的次数应为：为：n n称为理论塔板数称为理论塔板数。与精馏塔一与精馏塔一样，色谱柱的柱效随样，色谱柱的柱效随理论塔板数理论塔板数n n的增加而增加，随的增加而增加，随板高板高H H的增大的增大而减小。而减小。第38

31、页/共183页第三十九页，编辑于星期二：一点 二十九分。该理论假定该理论假定该理论假定该理论假定：（i i i i）在在在在柱柱柱柱内内内内一一一一小小小小段段段段长长长长度度度度H H H H内内内内，组组组组分分分分可可可可以以以以在在在在两两两两相相相相间间间间迅迅迅迅速速速速达达达达到到到到平平平平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度衡。这一小段柱长称为理论塔板高度衡。这一小段柱长称为理论塔板高度衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H H H H。（iiiiiiii）以以以以气气气气相相相相色色色色谱谱谱谱为为为为例例例例，载载载载气气气气进进进进入入入入色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱不不不不是是是

32、是连连连连续续续续进进进进行行行行的的的的，而而而而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（是脉动式，每次进气为一个塔板体积（是脉动式，每次进气为一个塔板体积（是脉动式，每次进气为一个塔板体积（VVVVm m m m）。）。）。）。（iiiiiiiiiiii）所所所所有有有有组组组组分分分分开开开开始始始始时时时时存存存存在在在在于于于于第第第第0 0 0 0号号号号塔塔塔塔板板板板上上上上，而而而而且且且且试试试试样样样样沿沿沿沿轴（纵）向扩散可忽略。轴（纵）向扩散可忽略。轴（纵）向扩散可忽略。轴（纵）向扩散可忽略。（iviviviv）分分分分配配配配系系系系数数数数在在在在所所所所有有有有塔塔塔

33、塔板板板板上上上上是是是是常常常常数数数数，与与与与组组组组分分分分在在在在某某某某一一一一塔塔塔塔板板板板上上上上的的的的量量量量无关。无关。无关。无关。为简单起见，设色谱柱由为简单起见，设色谱柱由为简单起见，设色谱柱由为简单起见，设色谱柱由5 5 5 5块塔板（块塔板（块塔板（块塔板（n n n n5 5 5 5，n n n n为柱子的为柱子的为柱子的为柱子的塔板数）组成，并以塔板数）组成，并以塔板数）组成，并以塔板数）组成，并以r r r r表示塔板编号，表示塔板编号，表示塔板编号，表示塔板编号，r=1r=1r=1r=1，2 2 2 2，n-1n-1n-1n-1；某；某；某；某组分的分配

34、比组分的分配比组分的分配比组分的分配比k=1.k=1.k=1.k=1.第39页/共183页第四十页，编辑于星期二：一点 二十九分。*k=1第40页/共183页第四十一页，编辑于星期二：一点 二十九分。塔板号塔板号载气塔板体积数载气塔板体积数01234柱出口柱出口01234567891011121314151610.50.250.1250.0630.0320.0160.0080.0040.0020.00100000000.50.50.3750.250.1570.0950.0560.0320.0180.0100.0050.0020.001000000.250.3750.3750.3130.2350

35、.1650.1110.0720.0450.0280.0160.0100.0050.0020.0010.000.1250.250.3130.3130.2740.220.1660.0940.0700.0490.0330.0220.0140.00800000.0630.1570.2350.2740.2740.2470.2070.1510.1100.080.0570.0400.027000000.0320.0790.1180.1380.1380.1240.1040.0760.0560.0400.0280.020第41页/共183页第四十二页，编辑于星期二：一点 二十九分。塔板理论指出塔板理论指出：第一

36、第一，当溶质在柱中的平，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数衡次数，即理论塔板数n n大于大于5050时时，可得到基本对称的峰形，可得到基本对称的峰形曲线。在色谱柱中，曲线。在色谱柱中，n n值一般值一般很大，如气相色谱柱的很大，如气相色谱柱的n n约为约为10103 3-10-106 6 ，因而这时的流出曲，因而这时的流出曲线可趋近于正态分布曲线。线可趋近于正态分布曲线。第二第二，当样品进入色谱柱，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。良好的分离。

37、第42页/共183页第四十三页，编辑于星期二：一点 二十九分。n n 按上述分配过程，对于按上述分配过程，对于按上述分配过程，对于按上述分配过程，对于n=5n=5n=5n=5，k=1k=1k=1k=1，m=1m=1m=1m=1的体系，的体系，的体系，的体系，随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱内任一板上的总量（气液两相中的总质量）内任一板上的总量（气液两相中的总质量）内任一板上的总量（气液两相中的总质量）内任一板上的总量（气液两相中的总质量）,由塔

38、板理由塔板理由塔板理由塔板理论可建流出曲线方程：论可建流出曲线方程：论可建流出曲线方程：论可建流出曲线方程：m为组分质量，VR为保留体积，n为理论塔板数。第43页/共183页第四十四页，编辑于星期二：一点 二十九分。当当流流动动相相体体积积V=VR 时时，C C值值最最大大，即：即：式式中中：c为为流流出出曲曲线线上上某某一一点点组组分浓度；分浓度；m为进样量；为进样量；VR为为保留体积。保留体积。由由色色谱谱流流出出曲曲线线可可知知，c最最大大时，时，t=tR R。因因此此，上上式式说说明明，色色谱谱峰峰高高度度与与进样量成进样量成正比。正比。第44页/共183页第四十五页，编辑于星期二：一

39、点 二十九分。当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形，但不对称；当塔板数n50时，峰形接近正态分布。色谱峰为正态分布时，色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：第45页/共183页第四十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。理论塔板数与色谱参数之间的关理论塔板数与色谱参数之间的关系为：系为：tR-保留时间Y-色谱峰底宽Y1/2-色谱峰半峰宽n-理论塔板数理论塔板数第46页/共183页第四十七页，编辑于星期二：一点 二十九分。理论塔板数理论塔板数理理论论塔塔板板高高度度色谱柱长度色谱柱长度柱效能柱效能指标指标当当色色谱谱柱柱长长度度一一定定时时，塔塔板板数数n 越越大大(塔塔

40、板板高高度度 H 越越小小)，被被测测组组分分在在柱柱内内被被分分配配的的次次数数越越多多，柱柱效效能能越高越高，所得，所得色谱峰越窄色谱峰越窄。第47页/共183页第四十八页，编辑于星期二：一点 二十九分。从从上上两两式式可可以以看看出出，色色谱谱峰峰Y越小，越小，n就就越越大大，而而H就就越越小小，柱柱效效能能越越高高。因此，。因此，n和和H是描述柱效能的指标。是描述柱效能的指标。通通常常填填充充色色谱谱柱柱的的n103，H1mm。而。而毛毛细细管管柱柱 n=105 106，H0.5mm 由于死时间由于死时间tM包括在包括在tR中，而中，而实际的实际的tM不不参与柱内分配，所计算的参与柱内

41、分配，所计算的n值较值较大，大，H很小，很小，但与实际柱效能相差甚远。所以，但与实际柱效能相差甚远。所以，提出把提出把tM扣除，采用扣除，采用有效理论塔板数有效理论塔板数neff和有效塔板和有效塔板高高Heff评价柱效能。评价柱效能。第48页/共183页第四十九页，编辑于星期二：一点 二十九分。不不同同物物质质在在同同一一色色谱谱柱柱上上的的分分配配系系数数不不同同，用用有有效效塔塔板板数数和和有有效效塔塔板板高高度度作作为为衡衡量量柱柱效效能能的指标时，应指明测定物质。的指标时，应指明测定物质。有效塔板数有效塔板数有效板高有效板高第49页/共183页第五十页，编辑于星期二：一点 二十九分。塔

42、板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足 (1)(1)当当色色谱谱柱柱长长度度一一定定时时，塔塔板板数数 n n 越越大大(塔塔板板高高度度 H H 越越小小)，被被测测组组分分在在柱柱内内被被分分配配的的次次数数越越多多，柱柱效效能能则则越越高高，所所得得色色谱谱峰峰越窄。越窄。(2)(2)不不同同物物质质在在同同一一色色谱谱柱柱上上的的分分配配系系数数不不同同，用用有有效效塔塔板板数数和和有有效效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。(3)(3)柱柱效效（n n或或H H）不不能能表表示示被被分

43、分离离组组分分的的实实际际分分离离效效果果，当当两两组组分分的的分分配配系系数数K K相相同同时时，无无论论该该色色谱谱柱柱的的塔塔板板数数多多大大，都无法分离。都无法分离。(4)(4)塔塔板板理理论论无无法法解解释释同同一一色色谱谱柱柱在在不不同同的的载载气气流流速速下下柱柱效效不不同同的实验结果，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。第50页/共183页第五十一页，编辑于星期二：一点 二十九分。塔板理论塔板理论用用热力学观点热力学观点形象地形象地描述了溶质在色谱柱中的分配描述了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，平衡和分离过程，导出

44、流出曲导出流出曲线的数学模型，线的数学模型，并成功地解释并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大了流出曲线的形状及浓度极大值的位置值的位置，还，还提出了计算和评提出了计算和评价柱效的参数价柱效的参数。但色谱过程不仅受热力学的但色谱过程不仅受热力学的影响，而且还与分子的扩散、影响，而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关。因此，传质等动力学因素有关。因此，塔板理论只能定性地给出了板塔板理论只能定性地给出了板高的概念，却高的概念，却不能解释影响塔不能解释影响塔板高度的原因，也不能说明为板高度的原因，也不能说明为什么在不同流速下可以测得不什么在不同流速下可以测得不同的理论塔板数，更无法提出同的理论塔板

45、数，更无法提出降低塔板高度的途径，降低塔板高度的途径，这就限这就限制了它的应用。制了它的应用。第51页/共183页第五十二页，编辑于星期二：一点 二十九分。n n 19561956年荷兰学者年荷兰学者Van Deemter等在研究等在研究气液色谱时，提出了气液色谱时，提出了色谱过程动色谱过程动力学理论力学理论速率理论。速率理论。他们他们吸收了塔板理吸收了塔板理论论中板高的中板高的概念，并充分概念，并充分考虑了组分在两相考虑了组分在两相间的扩散间的扩散和和传质过程传质过程，从而在动力学基础上，从而在动力学基础上较好地较好地解释解释了影响板高的各种因素了影响板高的各种因素。该理论。该理论模型对气相

46、、模型对气相、液相色谱都适用。液相色谱都适用。二、速率理论二、速率理论影响柱效的因素影响柱效的因素第52页/共183页第五十三页，编辑于星期二：一点 二十九分。流动相流动相线速度线速度（范第姆特方程）VanDeemter方程的数学简化式为：式中：式中：u为流动相的线速度；为流动相的线速度；A 涡流扩散项系数、涡流扩散项系数、B 分子扩散项系数、分子扩散项系数、C 传质阻力项系数。传质阻力项系数。第53页/共183页第五十四页，编辑于星期二：一点 二十九分。在在填填充充色色谱谱柱柱中中，当当组组分分随随流流动动相相向向柱柱出出口口迁迁移移时时，流流动动相相由由于于受受到到固固定定相相颗颗粒粒障障

47、碍，不断改变流动碍，不断改变流动方向，使组分分子方向，使组分分子在前进中形成紊乱在前进中形成紊乱的类似的类似“涡流涡流”的的流动，故称涡流流动，故称涡流扩扩散，形象地如图所示。散，形象地如图所示。1)涡流扩散项涡流扩散项A（动画）（动画）第54页/共183页第五十五页，编辑于星期二：一点 二十九分。d dp p：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 固固定定相相颗颗粒粒越越小小d dp p，填填充充的的越越均均匀匀，A A，H H，柱柱效效n 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轻，色谱峰较窄。减轻

48、，色谱峰较窄。第55页/共183页第五十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。为了减少涡流扩散，提高柱效，为了减少涡流扩散，提高柱效，为了减少涡流扩散，提高柱效，为了减少涡流扩散，提高柱效，使使使使用用用用细而均匀的颗粒细而均匀的颗粒细而均匀的颗粒细而均匀的颗粒，并且，并且，并且，并且填充均匀填充均匀填充均匀填充均匀是十是十是十是十分必要的。分必要的。分必要的。分必要的。对于空心毛细管柱，不存在涡流对于空心毛细管柱，不存在涡流对于空心毛细管柱，不存在涡流对于空心毛细管柱，不存在涡流扩散。因此扩散。因此扩散。因此扩散。因此A A A A0 0 0 0。第56页/共183页第五十七页，编辑于星期二：

49、一点 二十九分。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成的。组造成的。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型呈构型呈“塞塞子子”状状。如如图图所所示示。它它随随着着流流动动相向前推进，相向前推进，由由于于存存在在浓浓度度梯梯度度，“塞塞子子”必必然自发地向然自发地向前和向后扩散，造成前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩谱带展宽。分子扩散项系数为：散项系数为：2)分子扩散项分子扩散项B/u(纵向扩散项纵向扩散项)第57页/共183页第五十八页，编辑于星期二：一点 二十九分。：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，1HeN2；4.热敏元件阻值 阻值高、电阻温度

50、系数大的热敏元件，灵敏度高；还取决于池体的体积和载气的纯度第124页/共183页第一百二十五页，编辑于星期二：一点 二十九分。综上：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度适用范围 测量对象：通用 色谱柱：填充柱 第125页/共183页第一百二十六页，编辑于星期二：一点 二十九分。1.1.在发射极和收集极之间加在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（有一定的直流电压（100100300V300V）构成一个外加电场。构成一个外加电场。2.2.氢焰检测器需要用到三种气体：氢焰检测器需要用到三种气体：N N2 2：载气携带试样组分；：载气携带试