色谱分析法课件.ppt

1、第一节 概述 Introduction 色谱法是一种重要的分离分析方法，它是根据组分在两相中作用能力不同而达到分离目的的。一、历史1906 Tswett 研究植物色素分离，提出色谱法概念；第六章第六章 色谱分析法色谱分析法1谢谢你的阅读2019年10月19ts2谢谢你的阅读2019年10月191941 Martin和Synge提出液-液色谱理论；1952 James和Martin发展了气相色谱；1956 Van Deemter提出速率理论；1967 Kirkland等研制高效液相色谱法；80年代以后 出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系列新的色谱分析方法。3谢谢你的阅读2019年10月19二、

2、分类按流动相分气相色谱（GC）液相色谱（LC）超临界流体色谱（SFC）按机理分吸附色谱分配色谱离子交换色谱排阻色谱4谢谢你的阅读2019年10月19按固定相在支持体中的形状分柱色谱平板色谱纸色谱薄层色谱按分离效率分经典液相色谱高效液相色谱5谢谢你的阅读2019年10月19最新进展微柱色谱毛细管电动色谱三、基本概念与术语1、色谱流出曲线（chromatogram）指样品注入色谱柱后，信号随时间变化的曲线。6谢谢你的阅读2019年10月19色谱流出曲线示意图WbW1/21/2h0.607h 7谢谢你的阅读2019年10月192、常用术语（1）基线无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变化的曲线。（

3、2）峰宽峰底宽Wb 峰半宽W1/2标准偏差4bW2ln2221W8谢谢你的阅读2019年10月19色谱参数示意图1/2h0.607hW1/2 WbtRt09谢谢你的阅读2019年10月19（3）保留值保留时间tR进样到出现色谱峰的时间保留体积VR进样到出现色谱峰时消耗的流动相体积死时间t0流动相流过色谱柱的时间死体积V0色谱柱的空隙体积10谢谢你的阅读2019年10月19校正保留时间Rt校正保留体积RV0tttRR0VVVRRFtVRRF流动相流动线速度（4）相对保留值1.21212RRVVttrRR11谢谢你的阅读2019年10月19（5）分配系数和分配比（容量因子）分配系数：一定温度与压力

4、下两相达平衡后，组分在固定相和流动相浓度的比值mSCCK 分配比（容量因子）：一定温度与压力下两相达平衡后，组分在固定相和流动相量的比值qpk 固定相重量流动相重量12谢谢你的阅读2019年10月19ssmSVVkVqVpCCK00/K与k的关系：（6）容量因子k与保留值的关系000tttttkRR)1(0kttR13谢谢你的阅读2019年10月19证明：当组分一半流出色谱柱时SSmmRCVCVCV0mRCVSSmCVCV014谢谢你的阅读2019年10月19SSmmRCVCVCV0mSSRCCVVV0SKVV 0SsVVVkV0000kVVVR)1(0kttR)1(0kV色谱基本保留方程15

5、谢谢你的阅读2019年10月19四、分离效能指标1、选择性（相对保留值）12121.212KKkkttrRR相对保留值由两组分的热力学性质决定，与色谱柱的长短粗细无关。16谢谢你的阅读2019年10月192、峰宽度17谢谢你的阅读2019年10月193、分离度21212bbRRWWttR分离度考虑了保留时间和峰宽度，是一个综合指标：R 1.0两峰明显重叠两峰明显重叠R=1.0两峰达两峰达97.7%分离分离R 1.5两峰完全分开两峰完全分开18谢谢你的阅读2019年10月19第二节第二节色谱理论色谱理论一、塔板理论目的从理论上得到描述色谱流出曲线的方程，并通过这一方程各参数来研究影响分离的因素。

6、假设（1）色谱柱存在多级塔板;（2）组分通过时在每级塔板两相间达到一次平衡;19谢谢你的阅读2019年10月19r 塔板数N 转移次数设：有A、B两组分，kA=2kB=1/2当 N=0r=0A组分在两相分配达平衡后：流动相分量=固定相分量=333.03111kpqq667.0321kkpqpr0r1r2。rn20谢谢你的阅读2019年10月19塔片号塔片号0123456组分组分A BA BA BA BA BA BA B进进 样样(I)1.0 1.0流动相固定相N=0分配平衡分配平衡0.334 0.666流动相0.666 0.334固定相进流动相进流动相(II)0.334 0.666流动相0.6

7、66 0.334固定相N=1分配平衡分配平衡0.222 0.2230.111 0.444流动相0.444 0.1110.223 0.222固定相进流动相进流动相(III)0.222 0.2230.111 0.444流动相0.444 0.1110.223 0.222固定相N=2分配平衡分配平衡0.148 0.0740.148 0.2970.037 0.296流动相0.296 0.0370.297 0.1480.074 0.148固定相下表列出经过各级转移后组分在每一级塔板中的量：21谢谢你的阅读2019年10月1922谢谢你的阅读2019年10月19r0r1r2。rn当经过1次转移（N=1）以后

8、：第0级塔板：r=0组分的分量=)(32ppqp第1级塔板：r=1组分的分量=)(31qpqq组分在两级塔板上的量可表示为：1)(qp 若抽象成一个规律：23谢谢你的阅读2019年10月19由上表可以看出，经N次转移后，组分在各级塔板上的量符合二相式分布，即Nqp)(当N=4时，组分分布在5级塔板上：4322344464)(qpqpqpqpqp以A组分为例，5级塔板上的分量分别是：012.0099.0296.0395.0198.0)333.0667.0(424谢谢你的阅读2019年10月19Nqp)(任一级塔板上的分量为 的展开式对应的一项，可用一个通式表示：)(,)!(!rNrrNpqrNr

9、Nf当求 最后一级塔板的组分的量时，r=n，以NfnN,作图，即得色谱流出曲线，因此上式称为流出曲线方程。)(,)1()11()!(!rNrrNkkkrNrNf25谢谢你的阅读2019年10月19tCtRCmax对于两个组分A和B，如果k不同，则流出曲线的形状不同：26谢谢你的阅读2019年10月19由于所获得的流出曲线在N很大时呈正态分布，因此可将流出曲线方程转化为正态分布方程形式：)(2exp*22RRtttnCC将此方程与标准正态分布曲线方程比较：2)*(exp*22xxyy可知：221221Rtn所以：ntR2227谢谢你的阅读2019年10月19或：2)(Rtn 4bW2ln2221

10、W根据：所以：22122)(54.5)(16)(WtWttnRbRRn 称为色谱柱的理论塔板数。因为tR是热力学常数，当色谱柱的长度一定，理论板数目n越大，色谱峰越窄。22122)(54.5)(16)(WtWttnRbRReff28谢谢你的阅读2019年10月19neff 与 n 的关系：2)(Refftn2)(Rtn 2002)1()(ktktttnnRReff2)1(kknneff29谢谢你的阅读2019年10月1922122)(54.5)(16)(WtWttnRbRReff30谢谢你的阅读2019年10月193、既然色谱分离的依据是组分在两相中的分配能力差异，因此，两相不限于液-固相，对

11、气体成分而言，亦可是气-固项或气-液相。31谢谢你的阅读2019年10月19二、速率理论1、塔板理论的不足塔板理论虽然指出了理论板数n或理论板高度H对色谱柱效率的影响，但是没有指出影响塔板高度的因素，因此无法在理论指导下从实验上提高色谱柱的效率。2、Van Deemter方程1956年Van Deemter提出速率方程，指出了提高柱效率的途径：32谢谢你的阅读2019年10月19Van Deemter方程CuuBAH式中 u流动相流动的线速度（1）A涡流扩散项：指固定相填充不均匀引起的扩散dpA2为填充的不规则因子dp固定相颗粒粒径33谢谢你的阅读2019年10月19涡流扩散示意图34谢谢你的

12、阅读2019年10月19（2）B/u 纵向分子扩散项指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽B=2 r Dm式中：r弯曲因子，填充柱 r 1 空心柱r=1 Dm组分在流动相中的扩散系数由于组分在液相中的扩散系数只有气体中的由于组分在液相中的扩散系数只有气体中的1/105，因，因此在液相色谱中此在液相色谱中B可以忽略。可以忽略。35谢谢你的阅读2019年10月19（3）Cu传质阻力项指组分在流动相和固定相之间传质的阻力mpsfDdkkDdkkqC2222)1()1(固定相传质阻力流动相传质阻力q 和 为与两相的构型和性质有关的常数dp 和 df 为固定相颗粒直径和固定液膜的厚度36谢谢你的阅读2

13、019年10月19综上所述，速率方程为：uDdkkuDdkkquDrdpHmpsfm2222)1()1(2237谢谢你的阅读2019年10月190dCuuBddAdH02CuBdudHu 在上述方程各项中存在矛盾，因此，应求出最佳值：38谢谢你的阅读2019年10月19CuB2CBuoptBCAH2minuHminuopt39谢谢你的阅读2019年10月193、影响谱带展宽的其它因素柱前展宽、柱后展宽、柱外效应40谢谢你的阅读2019年10月19三、分离条件的选择综合塔板理论和速率理论，可获得影响色谱分离效率的因素：21212122bRbbRRWttWWttRR22)(162bReffWtneffRbntW22441谢谢你的阅读2019年10月19effRbRntttWttRRRR2122124effnrrR1,21,241nkkrrR11411,21,242谢谢你的阅读2019年10月19