第二章：气相色谱法2资料课件.ppt

1、 1906年，俄国植物学家茨维特年，俄国植物学家茨维特(MSTswett)在研究植在研究植物色素的过程中，做了一个经典的实验。物色素的过程中，做了一个经典的实验。实验是这样的实验是这样的a.在一根玻璃管的狭小一端塞上小团棉花。在一根玻璃管的狭小一端塞上小团棉花。b.在管中填充沉淀碳酸钙，这就形成了一个吸附柱。在管中填充沉淀碳酸钙，这就形成了一个吸附柱。c.c.把绿色植物叶子的石油醚抽取液注入柱中。把绿色植物叶子的石油醚抽取液注入柱中。d.用纯溶剂淋洗。用纯溶剂淋洗。结果：结果：植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上面的是叶绿素；绿色层下接着是两

2、三种黄色的叶绿素；随面的是叶绿素；绿色层下接着是两三种黄色的叶绿素；随着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素就得以分离。吸附柱成为一个就得以分离。吸附柱成为一个显现着彩色环带的柱显现着彩色环带的柱。Developing of Chromatographic Technique1948,8 days separation for 16 amino acidsDeveloping of Chromatographic Technique1958,22 hours separation for 19 of amino acidsDevel

3、oping of Chromatographic Technique1958,22 hours separation for 19 of amino acids1982,less than 30 minutes separation for 18 of amino acids石油化工、医石油化工、医药、生化、环境科学等各个领域药、生化、环境科学等各个领域以试样组分和固定相以试样组分和固定相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。色谱柱：色谱柱：进行

4、色谱分离用的细长管。进行色谱分离用的细长管。固定相：固定相：（stationary phase）管内保持固定、起分离管内保持固定、起分离 作用的作用的填充物。填充物。流动相：流动相：（mobile phase）流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。按固定相的几何形式分类：按固定相的几何形式分类：1.柱色谱法，2.纸色谱法，3.薄层色谱法按流动相所处的状态分类按流动相所处的状态分类 气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法气气-固色谱法固色谱法液液-固色谱法固色谱法气气-液色谱法液色谱法 液液-液色谱法液色谱法吸附色谱（吸附剂对不同组分吸附性能的异）、吸附色谱（吸附剂对

5、不同组分吸附性能的异）、分配色谱（不同组分分配系数的差异）、分配色谱（不同组分分配系数的差异）、离子交换色谱（离子交换原理）、离子交换色谱（离子交换原理）、排阻色谱（与分子尺寸大小有关）等。排阻色谱（与分子尺寸大小有关）等。色谱洗脱原理图色谱洗脱原理图 气相色谱仪流程图气相色谱仪流程图 气相色谱仪 gas chromatographic instruments色谱工作站外观外观内部结构内部结构 毛细管柱色谱 （美国安捷伦科技公司 Agilent)气路系统气路系统:要求具有要求具有：气密性：气密性 载气流速的稳定性载气流速的稳定性 流量测量的准确性流量测量的准确性 常用载气：常用载气：化学惰性，

6、不与有关物质反应化学惰性，不与有关物质反应N2 H2 Ar He。气路系统气路系统：单柱气路单柱气路-恒温分析恒温分析 双柱气路双柱气路-程序升温分析程序升温分析 净化器：活性炭、硅胶和分子筛、作用是吸潮、除氧、净化器：活性炭、硅胶和分子筛、作用是吸潮、除氧、脱烃。脱烃。载气流速控制：压力表载气流速控制：压力表(两级两级)、流量计、针形稳压阀，流量计、针形稳压阀，稳流阀控制载气流速恒定。稳流阀控制载气流速恒定。进样系统进样系统(Sample injection system)mL-1 常以微量注射器常以微量注射器(穿过隔膜穿过隔膜垫垫)或六通阀将液体样品注入或六通阀将液体样品注入气化室气化室(

7、汽化室温度比样品中汽化室温度比样品中最 易 蒸 的 物 质 的 沸 点 高 约最 易 蒸 的 物 质 的 沸 点 高 约50oC)，。，。进样要求：进样要求：进样量或体积适宜；进样量或体积适宜；“塞子塞子”式进样。一般柱分离式进样。一般柱分离进样快速，过慢，将导致分离进样快速，过慢，将导致分离变差变差(拖尾拖尾)。色谱柱(分离柱)色谱柱:色谱仪的核心部件。柱材质:不锈钢管或玻璃，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。色谱柱包括填充柱和开管柱色谱柱包括填充柱和开管柱(或称毛细管柱或称毛细管柱)。填充柱：多为填充柱：多为U形或螺旋形，内填形或螺旋形，内填60-80目的固定相；目的固定相；开管柱：分为

8、涂壁、多孔层和涂载体开管柱。通常弯成直径开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。通常弯成直径1030cm的螺旋状。过去是填充柱占主要，但现在，这种情的螺旋状。过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅速发生变化，填充柱将会被更高效、更快速的开管况正在迅速发生变化，填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！柱所取代！4.4.5.5.色谱图色谱图 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谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，器时，各组分的浓度经检测器转换成电信号而记录下来，各组分的浓度经检测器转换成电信号而记录下来，得到一条信号随时间变化的曲线，称为色谱流出曲线，也得到一条信号

9、随时间变化的曲线，称为色谱流出曲线，也称为色谱峰称为色谱峰.五、色谱术语五、色谱术语 在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的 流出曲线。流出曲线。它反映检测器噪声随时间变化，它反映检测器噪声随时间变化，稳定的基线是条直线，是仪器是否正常工作的指标。稳定的基线是条直线，是仪器是否正常工作的指标。表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条件下，任何一种物质都

10、有一确定的保留值，这样件下，任何一种物质都有一确定的保留值，这样就可用作定性参数。就可用作定性参数。不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间最大值时所需的时间称为死时间(dead time)，tM。从进样至被测组分出现浓度最大值时从进样至被测组分出现浓度最大值时 所需时间所需时间tR。扣除死时间后的保留时间。扣除死时间后的保留时间。tR?=tR tM 指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间的剩留空指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间的剩留空间、色谱仪管路和连接头间的空间及检测器的空间总间、色谱仪管路和连接头间的空间及检测器的空间总和称为

11、死体积和称为死体积(dead volume)，VM。VM=tM F 0从进样至被测组分出现最大浓度时流从进样至被测组分出现最大浓度时流 动相通过的体积，动相通过的体积，VR。VR=tR F 0扣除死体积后的保留体积。扣除死体积后的保留体积。VR?=VR VM 或 VR?=tR?F0（F0为柱尾载气体积流量）为柱尾载气体积流量）在相同的操作条件下，某组分与另一组分在相同的操作条件下，某组分与另一组分 的调整保留值之比，用的调整保留值之比，用r 表示表示)1()2()1()2(21RRRRVVttrr r =1=1时两个组分不能分离。时两个组分不能分离。a、峰底宽 W=4 b、半峰宽 W1/2=2

12、.35 c、标准偏差峰宽 W0.607h=2 峰底宽：从峰两边的拐点作切线与基线相交部分的宽度。峰底宽：从峰两边的拐点作切线与基线相交部分的宽度。在气相色谱分析的流程中，多在气相色谱分析的流程中，多组分的试样是通过色谱柱而得到离组分的试样是通过色谱柱而得到离的，那么这是怎样实现的呢？的，那么这是怎样实现的呢？色谱柱有两种：一种是内装固定相的，称为填充柱，色谱柱有两种：一种是内装固定相的，称为填充柱，通常为用金属（铜或不锈钢）或玻璃制成的内径通常为用金属（铜或不锈钢）或玻璃制成的内径2-6mm/长长 0.510m 的的 U形或螺旋形的管子形或螺旋形的管子 另一种是将固定液均匀的涂敷在毛细管的内壁

13、上，另一种是将固定液均匀的涂敷在毛细管的内壁上，形成中空的柱子，称为毛细管柱。形成中空的柱子，称为毛细管柱。在填充柱内填充的固定相有两类在填充柱内填充的固定相有两类 即气即气-固色谱分析固色谱分析中的固定相和气液色谱中的固定相。中的固定相和气液色谱中的固定相。气气-固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较大面积的吸附颗粒。大面积的吸附颗粒。气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒表面，涂上一层高沸点的有机化合物，这种高沸点的化表面，涂上一层高沸点的有机化合物，这种高沸点的化合物称为固定液。合物称为固定液。当

14、试样由载气携带进当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附;随着载气的不断通入，随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附定相中挥发或脱附;挥发或脱附下的组分挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附;随着载气的流动，溶解、随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。反复地进行。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。在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之

15、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。MsccK Msmmk Cs、Cm分别为组分在固分别为组分在固定相和流动相的浓度定相和流动相的浓度(g/ml)；ms为组分分配在固定相中的质量，为组分分配在固定相中的质量，m m为组分分为组分分配在流动相中的质量配在流动相中的质量。kVVkVmVsmccKsMMmsMsPhase ratio():VM/VS,反映各种色谱柱柱型及其结构特征填充柱（填充柱（Packing column）:635 毛细管柱（毛细管柱（Capillary column）:501500 （1）分配系数是组分在两相间分配达到平衡时的浓）分配系数是组分在两相间分

16、配达到平衡时的浓度之比，分配比则是组分在两相间的分配总量之比。度之比，分配比则是组分在两相间的分配总量之比。（4）分配比与保留时间的关系）分配比与保留时间的关系 （2）分配系数决定于组分和两相的性质，与两相体）分配系数决定于组分和两相的性质，与两相体积无关。分配比不仅决定于组分和两相的性质，且与两积无关。分配比不仅决定于组分和两相的性质，且与两相体积比有关。相体积比有关。（3）对于一给定的色谱体系，组分的分离最终决定）对于一给定的色谱体系，组分的分离最终决定于组分在每相中的相对量，而不是相对浓度，因此分配于组分在每相中的相对量，而不是相对浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。比

17、是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。（cm s-1)uuRsskmmmmmRMsMsss1111MRMMRMRtttttkktt)1(sRuLtuLtM试样在色谱中的分离过程的基本理论包括两个方面：试样在色谱中的分离过程的基本理论包括两个方面：1.1.试样中各组分在两相间的分配情况试样中各组分在两相间的分配情况-热力学过程热力学过程2.2.试样中各组分在色谱柱中的运动情况试样中各组分在色谱柱中的运动情况-动力学过程动力学过程 塔板理论认为，塔板理论认为，一根柱子可以分为一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理论塔板，这一小段相间很快达到平

18、衡，把每一段称为一块理论塔板，这一小段柱长称为理论塔板高度柱长称为理论塔板高度H。引用了处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱引用了处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱分离过程：将连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程分离过程：将连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程的重复。的重复。塔板理论假定：塔板理论假定：（1）平衡迅速）平衡迅速（2）脉动式进载气，一次一个板体积（）脉动式进载气，一次一个板体积（V）（3）试样开始加在零号塔板上，纵向扩散可忽略不计）试样开始加在零号塔板上，纵向扩散可忽略不计（4）分配系数在塔板上是常数）分配系数在塔板上是常数为讨论方便，假设：塔板数为为讨论方便，假设：塔

19、板数为5,k=1 。开始时，若有单位质量，即开始时，若有单位质量，即m=1（例（例1mg或或1g）的该组分加到第）的该组分加到第0号塔板上，分配平衡后，号塔板上，分配平衡后，由于由于k=1，即，即ms=mM故故mM=ms=0.5。当一个板体积（当一个板体积（lV）的载气以脉动形式进入）的载气以脉动形式进入0号板时，就将气相中含有号板时，就将气相中含有mM部分组分的载气顶到部分组分的载气顶到1号板上，此时号板上，此时0号板液相中号板液相中ms部分组分及部分组分及1号板气号板气相中的相中的mM部分组分，将各自在两相间重新分配。部分组分，将各自在两相间重新分配。故故0号板上所含组分总量为号板上所含组

20、分总量为0.5，其中气液两相，其中气液两相各为各为0.25，而，而1号板上所含总量同样为号板上所含总量同样为0.5，气液，气液相亦各为相亦各为0.25。以后每当一个新的板体积载气以脉动式进以后每当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时，上述过程就重复一次入色谱柱时，上述过程就重复一次(见下表见下表)。x0.050.100.15N5 10 15 组分从N=的柱中的流出曲线图 流出曲线呈峰形但不对称，这是由于柱子的塔板数太少流出曲线呈峰形但不对称，这是由于柱子的塔板数太少的缘故。的缘故。222)(02Rttecc 此式成为流出曲线方程式。此式成为流出曲线方程式。式中式中c0为进样浓度，为进样浓度，

21、tR 为为保留时间，保留时间，为标准偏差，为标准偏差，c为时间为时间 t时的浓度。时的浓度。由塔板理论可导出由塔板理论可导出n与色谱峰与色谱峰峰底宽峰底宽度的关系：度的关系：22)(16)(54.521YtYtnRRnLH 式中色谱柱的长度式中色谱柱的长度L，tR及及Y1/2或或Y用同一单位用同一单位（时间或距离（时间或距离)色谱柱效的描述色谱柱效的描述 考虑到死时间不参与柱内的分配，提出了有效塔板考虑到死时间不参与柱内的分配，提出了有效塔板数的概念：数的概念：22)(16)(54.521YtYtnRR有效有效有效nLH1.色谱峰越窄，塔板数色谱峰越窄，塔板数n越多，理论塔板数越多，理论塔板数

22、H就越小，此就越小，此时柱效能越高，因此时柱效能越高，因此n和和H可一作为描述柱效能的指标。可一作为描述柱效能的指标。2.n有效有效和和H有效有效能较为真实地描述柱效能的好坏。能较为真实地描述柱效能的好坏。*同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的。同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的。色谱柱效的描述色谱柱效的描述 通常用塔板高度和塔板数来评估色谱柱的柱效。所通常用塔板高度和塔板数来评估色谱柱的柱效。所以，塔板理论可以近似描述柱内过程的实以，塔板理论可以近似描述柱内过程的实际情况。际情况。塔板理论在解释流出曲线的形状（呈正态分布），塔板理论在解释流出曲线的形状（呈正态分布），浓度极大点的位置及

23、计算和浓度极大点的位置及计算和评价柱效评价柱效等方面都取得了很等方面都取得了很大的成功。大的成功。对对塔板理论讨论塔板理论讨论在某些方面的基本假设是不成功的）：在某些方面的基本假设是不成功的）：(1)蒸馏塔不完全符合色谱柱内情况（理想近似）；蒸馏塔不完全符合色谱柱内情况（理想近似）；(2)不是跳跃式脉冲而是连续的；不是跳跃式脉冲而是连续的；（纵向扩散被忽略掉了）（纵向扩散被忽略掉了）(3)在一个塔板高度内，也达不到瞬时平衡，需要一定时间在一个塔板高度内，也达不到瞬时平衡，需要一定时间传递；传递；(4)不能解释，同一色谱柱对不同组分不能解释，同一色谱柱对不同组分 的理论塔板数和理论的理论塔板数和

24、理论高度可能不同；高度可能不同；速率理论速率理论 塔板高度和塔板数受哪些因素的影响塔板高度和塔板数受哪些因素的影响 不同的流速下测得不同的理论塔板数不同的流速下测得不同的理论塔板数不能很好的解释不能很好的解释 溶质在柱内移动过程中存在着有限的传质过程溶质在柱内移动过程中存在着有限的传质过程,色谱色谱峰在朝前运动的同时还存在纵向扩散。峰在朝前运动的同时还存在纵向扩散。1956年荷兰学者年荷兰学者范弟姆特范弟姆特(Van Deemter)等人在研究气相色谱时，提出等人在研究气相色谱时，提出了色谱过程的动力学理论了色谱过程的动力学理论-速率理论。该理论沿用了塔板速率理论。该理论沿用了塔板理论中塔板高

25、度的概念，并同时考虑色谱过程中影响塔理论中塔板高度的概念，并同时考虑色谱过程中影响塔板高度的动力学因素。板高度的动力学因素。速率理论指出，谱峰变宽受到三个动力学因素的控速率理论指出，谱峰变宽受到三个动力学因素的控制，即涡流扩散项，分子扩散项，传质阻力项。制，即涡流扩散项，分子扩散项，传质阻力项。A，B，C为三个常数。为三个常数。H为塔板高度。为塔板高度。A项为涡流项为涡流扩散项；扩散项；B/u项为分子扩散项；项为分子扩散项；C u为传质项；为传质项；u为载气线速度，单位为为载气线速度，单位为cm/s。n *u 一定时，只有当A，B，C较小时，H才能最小，柱效才会高。)CuuBAH 常数常数A称

26、为涡流扩散项称为涡流扩散项(Eddy Diffusion)，当气体碰，当气体碰到填充物颗粒时，不断的改变流动方向，使试样组分在到填充物颗粒时，不断的改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似气相中形成类似“涡流涡流”的流动，因而引起色谱峰的扩的流动，因而引起色谱峰的扩张。张。A=2 dP A与填充物的平均颗粒直径与填充物的平均颗粒直径dP（单位为（单位为cm)的大小和的大小和填充的不均匀性填充的不均匀性 有关。对于空心毛细管柱有关。对于空心毛细管柱A等于等于0。方法：使用适当粒度和颗粒均匀的单体，尽量填充均匀，方法：使用适当粒度和颗粒均匀的单体，尽量填充均匀，可减少涡流扩散。可减少涡流扩散。涡流

27、扩散现象涡流扩散现象涡流扩散示意图涡流扩散示意图组分分子所经过的路径长度不同，达到柱口的时间也不同，因而引起色谱组分分子所经过的路径长度不同，达到柱口的时间也不同，因而引起色谱峰的扩张。峰的扩张。试样组分被带入色谱柱后，是以塞子的形式存在与试样组分被带入色谱柱后，是以塞子的形式存在与色谱柱的很小一段空间中，在塞子的前后存在着浓度差色谱柱的很小一段空间中，在塞子的前后存在着浓度差异，异，它随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，它随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，“塞塞子子”必然自发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。必然自发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。B与路径弯曲因子与路径弯曲因子 及组分在

28、流动相中的扩散系数及组分在流动相中的扩散系数Dg有关。对于气相色谱：有关。对于气相色谱：B=2 Dg 纵向扩散的影响，使峰中心向前后扩散，与保留时纵向扩散的影响，使峰中心向前后扩散，与保留时间有关，间有关，与组分在流动相中的扩散系数与组分在流动相中的扩散系数Dg成正比成正比，与，与载载气的摩尔质量的平方根成反比。气的摩尔质量的平方根成反比。在纵向扩散的影响中，塔板高度与流速成反比，也在纵向扩散的影响中，塔板高度与流速成反比，也就是说，随着流动相流速的提高，塔板高度就是说，随着流动相流速的提高，塔板高度H H变小，柱效变小，柱效提高。提高。B.相应的检测信号A.柱内谱带构型固定相固定液毛细管壁弯

29、曲因子 的影响 系数系数C包括流动相的传质阻力系数和固定相的传质包括流动相的传质阻力系数和固定相的传质阻力系数。阻力系数。如为气相色谱则为如为气相色谱则为Cg（气相传质阻力系数）和（气相传质阻力系数）和Cl（液相（液相传质阻力系数）传质阻力系数）之和。之和。在传质阻力项中，随着流动相流速的提高，塔板高在传质阻力项中，随着流动相流速的提高，塔板高度度H H增大。流动相的线速度的影响与纵向扩散项相反，增大。流动相的线速度的影响与纵向扩散项相反，由于溶质在两相中的传质需要一定的时间，常常流动体由于溶质在两相中的传质需要一定的时间，常常流动体系并不能即刻达到平衡，所以，当提高流速时，传质过系并不能即刻

30、达到平衡，所以，当提高流速时，传质过程便显得更加重要了。程便显得更加重要了。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。这一过程中试样组分将在两相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。象，从而使色谱峰变宽。担体担体流动相流动相担体担体流动相流动

31、相流动相流动相流动相流动相担体担体担体担体固定液膜固定液膜固定液膜固定液膜固定液膜固定液膜固定液膜固定液膜从流动相到界面从流动相到界面从界面进入固定液从界面进入固定液从固定液到界面从固定液到界面从界面到流动相从界面到流动相气液色谱中组分在流动相和固定相中的传质过程气液色谱中组分在流动相和固定相中的传质过程对于填充柱，气相传质阻力系数对于填充柱，气相传质阻力系数C Cg g为：为：式中式中k k为容量因子为容量因子由上式看出，由上式看出，气相传质阻力与填气相传质阻力与填充物粒度充物粒度d dp p的平方成正比的平方成正比，与，与组分在载气流中的扩组分在载气流中的扩散系数散系数D Dg g成反比成

32、反比。因此，。因此，采用粒度小的填充物和相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，可使对分子质量小的气体（如氢气）做载气，可使C Cg g减减小，提高柱效。小，提高柱效。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/液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后又返回气分配平衡，然后又返回气/液界面的传质过程。液界面的传质过程。这个过程也需要一定的时间，此时，气相中组分这个过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断向柱口运动，于是造成的其它分子仍随载气不断向柱口运动，于是造成峰形

33、扩张。峰形扩张。液相传质阻力系数液相传质阻力系数 C C1 1为：为：由上式看出，固定相的液膜厚度由上式看出，固定相的液膜厚度d df f薄，组薄，组分在液相的扩散系数分在液相的扩散系数D D1 1大，则液相传质阻力就大，则液相传质阻力就小。小。将上面式总结，即可得气液色谱速率板高方程将上面式总结，即可得气液色谱速率板高方程 这一方程对选择色谱分离条件具有实际指这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，导意义，它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料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影响。膜厚度等对

34、柱效的影响。影响峰扩展的各种动力学因素影响峰扩展的各种动力学因素涡流扩散涡流扩散 A A纵向扩散纵向扩散 B/uB/u液相中传质液相中传质阻力阻力项项 C Cl l.u.u 气相中传质阻力项气相中传质阻力项 C Cg g.u.u 欲使塔板高度欲使塔板高度H H最小，分离效率最高。需选择以下条件：最小，分离效率最高。需选择以下条件：1 1、较小的颗粒或较薄的液膜厚度；、较小的颗粒或较薄的液膜厚度；2 2、柱床填充均匀致密；、柱床填充均匀致密；3 3、在流动相中要有小的扩散、在流动相中要有小的扩散D Dg g。(载气流速较小时）载气流速较小时）气相色谱分析时可用降低柱温来减小溶质在流动相中的扩散系

35、气相色谱分析时可用降低柱温来减小溶质在流动相中的扩散系数。数。采用相对分子质量较大的载气可减小采用相对分子质量较大的载气可减小D Dg g，有利于柱效提高。，有利于柱效提高。2-3 色谱分离条件的选择色谱分离条件的选择一、分离度（resolution）色谱分离的两种情况ttSS如何评价？)(2121)1()2(YYttRRR)(21)1(21)2(21)1()2(YYttRRR 分离度是用来衡量两个组分分离好坏的程度，定义为：分离度是用来衡量两个组分分离好坏的程度，定义为：有时也用下式表示：有时也用下式表示：R R值越大意味着相临两组分分离得越好。而两组分保留值越大意味着相临两组分分离得越好。

36、而两组分保留值的差别主要取决于组分在流动相和固定相分配的热力学值的差别主要取决于组分在流动相和固定相分配的热力学性质：色谱峰的宽窄则反映了色谱过程的动力学因素，柱性质：色谱峰的宽窄则反映了色谱过程的动力学因素，柱效能的高低。因此分离度是柱效能选择性影响的总和，可效能的高低。因此分离度是柱效能选择性影响的总和，可用其作为色谱柱的总分离性能指标。用其作为色谱柱的总分离性能指标。Over-all resolution efficiencyOver-all resolution efficiency（总分离效能指标）（总分离效能指标）:两组分保留值的差别，主要决定于固定液的热力学性质两组分保留值的差别

37、，主要决定于固定液的热力学性质；色谱峰的宽窄则反映了色谱过程的动力学因素，柱效能高；色谱峰的宽窄则反映了色谱过程的动力学因素，柱效能高低。因此，分离度是柱效能、选择性影响因素的总和。低。因此，分离度是柱效能、选择性影响因素的总和。R1R1两峰重叠；两峰重叠；R=1R=1，分离程度可达，分离程度可达98%;R=1.2598%;R=1.25，两峰基，两峰基本上被分离，只有本上被分离，只有0.6%0.6%重叠在一起重叠在一起;R;R1.51.5，分离程度可达，分离程度可达99.7%99.7%。因此，因此，R=1.5,R=1.5,作为相邻两峰已完全分开的标志作为相邻两峰已完全分开的标志。图图11-6

38、A11-6 A、B B混合物的色谱分离图混合物的色谱分离图对于对称峰：对于对称峰：当当Rs1.0Rs 10时，对时，对R的增的增加不明显，也会显著增加分析时间加不明显，也会显著增加分析时间。k的最佳范围：的最佳范围：1 10 改善方法：改变柱温，固定相体积，减小色谱改善方法：改变柱温，固定相体积，减小色谱柱的死体积。柱的死体积。n3.与柱选择性的关系与柱选择性的关系 （选择因子）选择因子）越大，柱选择性越好，分离效果越越大，柱选择性越好，分离效果越好。如果两个相邻峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的好。如果两个相邻峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的理论塔板数较小，也可以实现分离。理论塔板数较小，

39、也可以实现分离。描述了分离度与选择性的关系描述了分离度与选择性的关系 R R 与与的值大小成一定的比例关系，的值大小成一定的比例关系，越大，则越大，则 R R 越大，当越大，当=1=1，则，则 R=0R=0，增加，增加是改善分离度的有效途是改善分离度的有效途径。径。改善方法改善方法 ：改变固定相，从而使各组分的分配系数：改变固定相，从而使各组分的分配系数有较大的差别。有较大的差别。设有一对物质，其设有一对物质，其r2,1=1.15,要求在要求在Heff=0.1cm的某填充柱上得到完全分离，试计算至少需要多长的色谱柱？的某填充柱上得到完全分离，试计算至少需要多长的色谱柱？n解：要实现完全分离，解

40、：要实现完全分离，R1.5,故所需有效理论塔板数为：故所需有效理论塔板数为：使用普通色谱柱，有效塔板高度为使用普通色谱柱，有效塔板高度为0.1cm,故所需柱长应为：故所需柱长应为：m.L2102112 分离度、柱效、分离度、柱效、柱选择性的关系柱选择性的关系练习练习 2.1 气气 相色谱分析相色谱分析12用一根用一根 2m 长的色谱柱将组分长的色谱柱将组分 A、B 分离，实分离，实验结果如下：验结果如下：空气保留时间空气保留时间 30 s，A 峰保留时间峰保留时间 230 sB 峰保留时间峰保留时间 250 s，A、B 峰底宽均为峰底宽均为 25 s求：（求：（1）色谱柱的理论塔板数）色谱柱的

41、理论塔板数n；（2）A、B 各自的分配比；各自的分配比；（3）相对保留值）相对保留值B,A；（4）两峰的分离度）两峰的分离度R；（5）若将两峰完全分离，柱长应该是多少？）若将两峰完全分离，柱长应该是多少？BCAH2min 当流速小时，分子扩散项（当流速小时，分子扩散项（B/u）就成为色谱）就成为色谱峰扩张的主要因素，宜采用分子质量较大的载气。峰扩张的主要因素，宜采用分子质量较大的载气。当流速大时，传质阻力项（当流速大时，传质阻力项（Cu）就成为色谱峰扩张的）就成为色谱峰扩张的主要因素，宜采用分子质量较小的载气。主要因素，宜采用分子质量较小的载气。载气的选择除了要求考虑对柱效的影响外，载气的选择

42、除了要求考虑对柱效的影响外，还要考虑对还要考虑对不同的检测器的适不同的检测器的适用性。用性。实际工作中，为了缩短分析时间，常使流速稍高与最佳实际工作中，为了缩短分析时间，常使流速稍高与最佳流速。流速。柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分析柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分析速度。首先要考虑到每种固定液都有一定的使用温度。柱温速度。首先要考虑到每种固定液都有一定的使用温度。柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。选不能高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。选择时可参考有关文献数据择时可参考有关文献数据。*温度过高温度过高-组分挥发能力靠近组分挥发能力靠

43、近-不利于分离不利于分离 温度过低温度过低-扩散慢扩散慢-平衡慢平衡慢-峰宽峰宽-柱效下降柱效下降-分析时间延长。分析时间延长。程序升温即柱温按预订的加热速度，随时间作程序升温即柱温按预订的加热速度，随时间作线性或非线性增加。升温的速度一般是线性的，如线性或非线性增加。升温的速度一般是线性的，如2，4，6等。等。在较低的初始温度下，沸点低的组分得到良好在较低的初始温度下，沸点低的组分得到良好的分离，然后是较高沸点的组分。的分离，然后是较高沸点的组分。选择的原则是：在使最难分离的组分能尽可能好的分选择的原则是：在使最难分离的组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保留时间适宜，离

44、的前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。峰形不拖尾为度。固定液的性质对分离起关键作用固定液的性质对分离起关键作用-专门讨论专门讨论固定液的用量固定液的用量-影响到液膜厚度影响到液膜厚度-液膜薄可改善液相传液膜薄可改善液相传 质质-柱效提高柱效提高-分析速度快分析速度快 用量也用量也可允许有较大的固可允许有较大的固定液用量，且保证有较小的液膜厚度。定液用量，且保证有较小的液膜厚度。担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体上担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体上得分布，以及液相传质和纵向扩散的情况。得分布，以及液相传质和纵向扩散的情况。要求担体表要求担体表面积大，

45、表面和孔径分布均匀有利于提高柱效。面积大，表面和孔径分布均匀有利于提高柱效。担体粒度要均匀、细小，有利于提高柱效。但粒度担体粒度要均匀、细小，有利于提高柱效。但粒度过细，阻力过大，操作不便。由实验选择。过细，阻力过大，操作不便。由实验选择。对对3 36mm6mm内径的色谱柱内径的色谱柱,使用使用606080mm80mm目的担体较为和目的担体较为和合适。合适。进样速度必须快进样速度必须快,一般用注射器或进样阀进样时一般用注射器或进样阀进样时,进进样时间都在一秒以内。样时间都在一秒以内。进样量适宜，一般比较小。过大分离不好，过小检进样量适宜，一般比较小。过大分离不好，过小检测器灵敏度达不到。测器灵

46、敏度达不到。最大允许的进样量最大允许的进样量,应控制在峰面积应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。或峰高与进样量呈线性关系的范围内。色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化；在此瞬间气化；进样后要有足够的气化温度。进样后要有足够的气化温度。在保证试样不分解的情况下，适当提高气化温度对分在保证试样不分解的情况下，适当提高气化温度对分离和定量有利。离和定量有利。n一、固定相的类型：一、固定相的类型：n 吸附剂型固定相吸附剂型固定相 n 固定相固定相n 担体担体+固定液型固定相固定液型固定相n常用吸附剂型固定相有：常用吸附剂型固定

47、相有：n（l l）对载体的要求）对载体的要求 n气液色谱固定相气液色谱固定相n(2)(2)常用担体有：常用担体有：n1 1、红色担体：（、红色担体：（62016201型担体）型担体）n 特点是：表面空隙小、比表面积大、机械强度特点是：表面空隙小、比表面积大、机械强度n 高、担液能力强、表面有吸附中心。高、担液能力强、表面有吸附中心。n2 2、白色担体：（、白色担体：（101101型担体）型担体）n 特点是：表面空隙较大、比表面积较小、机械特点是：表面空隙较大、比表面积较小、机械n 强度较差、担液能力中、表面吸附性小。强度较差、担液能力中、表面吸附性小。n3 3、非硅藻土型担体：聚合氟塑料担体、

48、玻璃、非硅藻土型担体：聚合氟塑料担体、玻璃n 微球担体、高分子微球担体等。微球担体、高分子微球担体等。特点是：表面空隙适中、比表面积适中、机械强特点是：表面空隙适中、比表面积适中、机械强n 度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。n（3 3）硅藻土类硅藻土类载体的表面处理载体的表面处理n 普通硅藻土类担体表面并非惰性，含有普通硅藻土类担体表面并非惰性，含有Si-OH，Si-O-Si，=Al-O-，=Fe-O-等基团，故既有吸附活性又有等基团，故既有吸附活性又有催化活性。若涂渍上极性固定液，会造成固定液分布不均催化活性。若涂渍上极性固定液，会造成固定液分布不均匀；

49、分析极性试样时，由于活性中心的存在，会造成色谱匀；分析极性试样时，由于活性中心的存在，会造成色谱峰拖尾，甚至发生化学反应。峰拖尾，甚至发生化学反应。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化酸洗、碱洗、硅烷化等。等。n二、固定液的类型：二、固定液的类型：n固定相极性用相对极性固定相极性用相对极性P P表示：表示：n规定：下标规定：下标1,2,x1,2,x表示表示,-,-氧二丙腈、氧二丙腈、rttqqqqqPRRxx2121211lglg100100)(，固定液的极性对分离过程非常重要

50、，规定：角鲨烷（异固定液的极性对分离过程非常重要，规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，三十烷）的相对极性为零，氧二丙睛的相对极性为氧二丙睛的相对极性为100。一般选用非极性固定液，这时试样中一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。选用极性固定液，试样中各组分按极选用极性固定液，试样中各组分按极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。一般选用极性固定液，这一般选用极性固定液，这时非极性组分先流出，极性组分后流出。时非极性组分先流出，极性组分后流出