1、2023-5-1310.110.110.1气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分析法概述析法概述析法概述析法概述析法概述析法概述1.1.色谱法概述色谱法概述2.2.色谱法分类色谱法分类3.3.气相色谱的特点气相色谱的特点generalization 2023-5-131.1.1.色谱法概述色谱法概述色谱法概述色谱法概述色谱法概述色谱法概述 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。俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906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。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
2、的分离过程也就是试样中各组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。（动画）（动画）2023-5-13 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发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，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
3、固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相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，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中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。流出。（动画）（动画）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两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础动构成了色谱法的基础2023-5-132.2.2.2.2.2.色谱法分类色谱法分类色谱法分
4、类色谱法分类色谱法分类色谱法分类 (1)(1)气相色谱气相色谱：流动相为气体（称为载气）。流动相为气体（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2023-5-13液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱(2)(2)液相色谱液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。流动相为液体（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。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液相色谱的一种，以特制
5、的离子交换树脂为固定相，不同为固定相，不同pHpH值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。2023-5-13(3)(3)(3)(3)(3)(3)其他色谱方法其他色谱方法其他色谱方法其他色谱方法其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：薄层色谱和纸色谱：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：测聚合物分子量分布。超临界色谱超临界色谱:CO2流动相。流动相。高效毛细管电泳高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。高效分析仪器。2023-5-133.3.3.3.3.3.色谱法的特点色谱法的特点色谱法的特点色
6、谱法的特点色谱法的特点色谱法的特点（1）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。（2 2）灵敏度高灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。（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完成一个试样的分析。（4 4）应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于400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。不足之处不足之处：被分离组分的定性较为困难。2023-5-1310.210.210.2气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分气相色谱分析理论基础析理论基础析理论基础析理论基
7、础析理论基础析理论基础10.2.1 10.2.1 气相色谱分气相色谱分析的基本原理析的基本原理10.2.2 10.2.2 色谱分离的色谱分离的基本理论基本理论10.2.3 10.2.3 分离度分离度10.2.4 10.2.4 色谱分离基色谱分离基本方程式本方程式generalization 2023-5-13色谱分离过程色谱分离过程色谱分离过程色谱分离过程色谱分离过程色谱分离过程 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。填充柱色谱填充柱色谱:气固气固(液固液固)色谱和气液色谱和气液(液液液液)色谱，两者的色谱，两者的分离机理不同。分离机理不同。气固气固(液固液固)色谱的
8、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。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(液液液液)色谱的固定相色谱的固定相:由由 担体和固定液所组成。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。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；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液气液(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。2023-5-1310.2.1 10.2.1 10.2.1 气相色谱分析的基本
9、原理气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理1.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、脱附，或溶解、挥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的浓度（单位：配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为分配系数，比，称为分配系数，用用K 表示，即：表示，即：Ms ccK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据
10、。2023-5-13分配系数分配系数分配系数分配系数分配系数分配系数 K K K 的讨论的讨论的讨论的讨论的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K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K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；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；值是分离的基础；某组分的某组分的K=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。组分在流动相中
11、的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 K2023-5-132.2.2.2.2.2.分配比分配比分配比分配比分配比分配比 （partion ratiopartion ratiopartion ratio）k k k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配在实际工作中，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，组分在两平衡过程。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：相间分配达到平衡时的质量比：Ms mmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量分配比也称：分配比也称：容量因子容量因
12、子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；2023-5-13分配比与分配系数分配比与分配系数分配比与分配系数分配比与分配系数分配比与分配系数分配比与分配系数 1.分配系数与分配比都是与组分及固分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。柱温度、柱压的改变而变化。2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。分的保留时间越长。3.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验
13、测得。2023-5-13 容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。Vm为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；体积；VS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，VS的含的含义不同；义不同；气气-液色谱柱：液色谱柱：VS为固定液体积；为固定液体积；气气-固色谱柱：固色谱柱：VS为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；msmSmsmmSSSSmSVVKVVccVVMVVMMMk2023-5-133.3.3.色谱流出曲线与有关术语色谱流出曲线与有关术语色谱流出曲线与有关术语色谱流出曲线与有关术语色谱流出曲线与有关术语色谱流
14、出曲线与有关术语2023-5-13（1 1）.基线基线 无 试 样 通 过无 试 样 通 过检测器时，检测检测器时，检测到的信号即为基到的信号即为基线。线。（2）峰高：指色）峰高：指色谱峰顶点与基线谱峰顶点与基线之间的距离，用之间的距离，用h表示表示（3 3）.保留值保留值 2023-5-13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时间表示的保留值时间表示的保留值 保留时间（保留时间（tR）：）：组分从进样到柱后出组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；现浓度极大值时所需的时间；死时间（死时间（tM）：）：不与固定相作用的气体不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间
15、（如空气）的保留时间 调整保留时间（调整保留时间（tR）：tR=tRtM 可知保留时间包括了组分随流动相通过可知保留时间包括了组分随流动相通过柱子所需时间和组分在固定相中滞留所柱子所需时间和组分在固定相中滞留所需的时间。需的时间。2023-5-13 滞留因子（滞留因子（retardation factor）：）：uuRSS us：组分在分离柱内的线速度；组分在分离柱内的线速度；u：流动相在分离柱内的线流动相在分离柱内的线速度；速度；滞留因子滞留因子RS也可以用质量分数也可以用质量分数表示：表示：kmmmmmRS1111MsMsM 若组分和流动相通过长度为若组分和流动相通过长度为L的分离柱，需要
16、的时间分的分离柱，需要的时间分别为别为tR和和tM，则：则：uLtuLt MSR;由以上各式，可得：由以上各式，可得：tR=tM(1+k)MRMMRtttttk 2023-5-13 用体积表示的保留值用体积表示的保留值用体积表示的保留值用体积表示的保留值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（VR）：）：VR =tRF0F0为柱出口处的载气流量，单位：为柱出口处的载气流量，单位：m L /min。死体积（死体积（VM）：）：VM=tM F0 调整保留体积调整保留体积(VR)：V R=VR VM 2023-5-13相对保留值相对保留值相对保留值相对保留值相对保留值相对保留值r
17、r r212121 组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比：r21=t R2 /t R1=V R2/V R1 相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。也称为选择性因子，用分的选择性。也称为选择性因子，用表示。表示。2023-5-13（4 4 4 4 4 4）.区域宽度区域宽度区域宽度区域宽度区域宽度区域宽度 用来衡量色谱峰宽度的参用来衡量色谱峰宽度的参数，有数，有三种表示方法三种表示方法：标准偏差标准偏差()：即即0.607倍峰高倍峰高处色
18、谱峰宽度的一半。处色谱峰宽度的一半。半峰宽半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半色谱峰高一半处的宽度处的宽度 Y1/2=2.354 峰底宽度峰底宽度(Wb)：Wb=4 2023-5-13从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：从色谱流出曲线中可获得的重要信息有：（）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；的最少个数；（）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，可以进行定性分析；（）根据色谱
19、峰的面积或峰高，可以进行定量分析；）根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；（）色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱）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；分离效能的依据；（）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相选择是否）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相选择是否合适的依据。合适的依据。2023-5-13选择内容选择内容选择内容选择内容选择内容选择内容：第一节第一节 色谱法概述色谱法概述generalization of chromatograph analysis第二节第二节 色谱理论基础色谱理论基础fundamental of chromatograph theory第三
20、节第三节 色谱定性、定量方法色谱定性、定量方法qualitative and quantitative analysis in chromatograph2023-5-1310.2.210.2.210.2.210.2.210.2.210.2.2气相色谱分离气相色谱分离气相色谱分离气相色谱分离气相色谱分离气相色谱分离的基本理论的基本理论的基本理论的基本理论的基本理论的基本理论1 1、塔板理论、塔板理论plate theory2、速率理论速率理论rate theory2023-5-13色谱理论色谱理论色谱理论色谱理论色谱理论色谱理论 色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动色谱理论需要解决
21、的问题：色谱分离过程的热力学和动力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱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；
22、2023-5-13 塔板理论的假设：塔板理论的假设：(1)在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；速达到；(2)(2)将载气看作成脉动（间歇）过程；将载气看作成脉动（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。1.1.塔板理论塔板理论（plate theory）半经验理论；半经验理论；将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平
23、衡过程）；（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；（动画）（动画）2023-5-13 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：222116545)()(./bRRWtYtn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!2023-5-13有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度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
24、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。组分在组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：塔板数和有效塔板高度：222/1)(16)(54.5bRRWtYtn 理理有效有效有效有效有效有效nLHWtYtnbRR 222/1)(16)(54.52023-5-13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)当色谱柱长度一定时，塔板数当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大
25、越大(塔板高度塔板高度 H 越越小小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。得色谱峰越窄。(2)(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，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。物质。(3)(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分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的分配系数K K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分
26、离。离。(4)(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱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同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。的途径。2023-5-132.2.2.速率理论速率理论速率理论速率理论速率理论速率理论-影响柱效的因素影响柱效的因素影响柱效的因素影响柱效的因素影响柱效的因素影响柱效的因素 吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种
27、因素。该理论模型对较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。气相、液相色谱都适用。速率方程（也称范速率方程（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)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？2023-5-13A A A 涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项 A=2dp dp：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
28、定相颗粒越小固定相颗粒越小dp，填充的越均匀，填充的越均匀，A，H，柱效，柱效n。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱。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。峰较窄。（动画）（动画）2023-5-13B B B/u u u 分子扩散项分子扩散项分子扩散项分子扩散项分子扩散项分子扩散项 B=2 Dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，11。Dg：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（cm2s-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;(2)扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差分离变差;(
29、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，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散;(4)扩散系数：扩散系数：Dg(M载气载气)-1/2；M载气载气，B值值。（动画）（动画）2023-5-13 k为容量因子；为容量因子；Dg、DL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。阻力。C C C u u u 传质阻力项传质阻力项传质阻力项传质阻力项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Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL即：即：C=（Cg+CL）gfgDdkkC22)1(01.
30、0（动画）（动画）LfLDdkkC22)1(322023-5-13载气流速与柱效载气流速与柱效载气流速与柱效载气流速与柱效载气流速与柱效载气流速与柱效最佳流速最佳流速最佳流速最佳流速最佳流速最佳流速载气流速高时：载气流速高时：传质阻力项是影响柱效的传质阻力项是影响柱效的主要因素，主要因素，流速流速，柱效，柱效。载气流速低时：载气流速低时：分子扩散项成为影响柱效分子扩散项成为影响柱效的主要因素，的主要因素，流速流速,柱效柱效 。H-u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佳流速值，即速率方
31、程式中塔板高度对响使得存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。流速的一阶导数有一极小值。以塔板高度以塔板高度H对应载气流速对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即作图，曲线最低点的流速即为为最佳流速最佳流速。2023-5-13速率理论的要点速率理论的要点速率理论的要点速率理论的要点速率理论的要点速率理论的要点 (1)(1)组分分子在柱内运行的组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散多路径与涡流扩散、浓度梯度所浓度梯度所造成的造成的分子扩散分子扩散及及传质阻力传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬使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。
32、间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载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。气流速可提高柱效。(3)(3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。(4)各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传
33、质，但又加剧了分子扩散的柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。2023-5-1310.2.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 10.2.3 分离度分离度分离度分离度分离度分离度 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。难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：合影
34、响：保留值之差保留值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：2023-5-13讨论：讨论：讨论：讨论：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：柱效较高，柱效较高，K(分配系数分配系数)较大较大,完全分离；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较大较大,但分离的不好；但分离的不好；K小，小，柱效低，分离效果更差。柱效低，分离效果更差。2023-5-13分离度的
35、表达式分离度的表达式分离度的表达式分离度的表达式分离度的表达式分离度的表达式：R=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度：分离程度98%；R=1.5：达：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。（相邻两峰完全分离的标准）。)(.)()()(/)(/)()()()()()(121221121212699122YYttWWttRRRbbRR2023-5-13令令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等相邻两峰的峰底宽近似相等），），引入相对引入相对保留值和塔板数，可导出下式：保留值和塔板数，可导出下式：161112212121121221211212有
36、效nrrWtttrWtttWttWWttRbbbbbRRRRRRRRRR)()()()()()()()()()()()()()()()(有效有效HrrRLrrRn221212221212116116)()(2023-5-13讨论讨论讨论讨论讨论讨论：（1）分离度与柱效分离度与柱效 分离度与柱效的平方根成正比，分离度与柱效的平方根成正比，r21一定时，增加柱效，一定时，增加柱效，可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长。（2）分离度与分离度与r21 增大增大r21是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同是提高分离度的最有效方法，计
37、算可知，在相同分离度下，当分离度下，当r21增加一倍，需要的增加一倍，需要的n有效有效 减小减小10000倍。倍。增大增大r21的最有效方法是选择合适的固定液。的最有效方法是选择合适的固定液。2023-5-13例题例题例题例题例题例题1 1 1：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和秒和100秒，要达到完全分离，即秒，要达到完全分离，即R=1.5 。计算需要多少块有效计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？柱长是多少？解：解：r21=100/85=1.18 n有效有效 =16R2 r2
38、1 /(r21 1)2=161.52(1.18/0.18)2 =1547（块）块）L有效有效 =n有效有效H有效有效 =15470.1=155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，米时，两组分可以得到完全分离。两组分可以得到完全分离。2023-5-1310.2.4 10.2.4 10.2.4 色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式 分离度受柱效（n）、选择性因子（a）和容量因子（k）三个参数的控制。式（10-18）可导出：Rtnw141222/1)(16)(54.5bRRWtYtn2023-5-13 对于难分离物质对，由于它们的分配系数差别小，可令Wb(2)Wb(1)=W，k1
39、k2k，得 21221244RRRRRRtttntttnRkkttRR1kkaankktttnRRRR11414212此即为基本色谱分离方程式此即为基本色谱分离方程式2023-5-13 在实际应用中，往往用neff代替n。由于221kkttnnRReff21kknneffaanR14eff此式即基本色谱分离方程式的又一表达式。此式即基本色谱分离方程式的又一表达式。2023-5-131.1.1.分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系 当固定相一定，被分离物质对的a一定时，分离度将取决于n。这时若塔板高度H一定，分离度的平方与柱
40、长成正比，即 说明用较长的柱子可以提高分离度。但这样做将延长分析时间，因此提高分离度的好方法是降低板高H，提高柱效。2121221)(LLnnRR2023-5-132.2.2.分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系分离度与选择因子的关系 当当a=1时，时，R=0。说明此时无论怎样提高。说明此时无论怎样提高柱效也不能使两组分分开。显然增大柱效也不能使两组分分开。显然增大a是是提高分离度的最有效方法。提高分离度的最有效方法。一般通过改变固定相的性质和组成或降低一般通过改变固定相的性质和组成或降低柱温可有效增大柱温可有效增大a值
41、。值。2023-5-1310.3.1 气相色谱仪流程气相色谱仪流程process of gas chromatograph10.3.2 气相色谱仪的结气相色谱仪的结构构main assembly of gas chromatographgas chromatographic instruments2023-5-132023-5-132023-5-132023-5-13结构流程结构流程结构流程2023-5-1310.3.110.3.110.3.1气相色谱结构流气相色谱结构流气相色谱结构流程程程 process of gas process of gas process of gas chroma
42、tographchromatographchromatograph1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统2023-5-1310.3.2 10.3.2 10.3.2 气相色谱仪主要部件气相色谱仪主要部件气相色谱仪主要部件 main assembly of gas chromatographmain assembly of gas chromatographmain assembly of gas chromatograph
43、1.1.载气系统载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。2023-5-132.2.2.进样系统进样系统进样系统 进样装置：进样装置：进样器+气化室；气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；2023-5-13 液体进样器：液体进样器：液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗
44、、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。2023-5-133.3.3.色谱柱（分离柱）色谱柱（分离柱）色谱柱（分离柱）色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。液液-固色谱：固体吸附剂固色谱：固体吸附剂 液液-液色谱：担体液色谱：担体+固定液固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。2023-5-134.4.4.检测系统检测系统检测系统 色
45、谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；检测器：检测器：广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应；专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；2023-5-135.5.5.温度控制系统温度控制系统温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需要
46、的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；2023-5-1310.4.1 气固色谱固定相气固色谱固定相Sationary phases in Gas-solid Chromatograph10.4.2 气液色谱固定相气液色谱固定相Stationary phases in gas-liquid Chromatograph Stationary phases in gas Chromatograph 2023-5-1310.4.1 10.4.1 10.4.1 气固色谱固定相气固色谱固定相气固色谱固定相 stationary phases in Gas-so
47、lid chromatographstationary phases in Gas-solid chromatographstationary phases in Gas-solid chromatograph1.1.种类种类 (1)活性炭活性炭 有较大的比表面积，吸附性较强。(2)活性氧化铝活性氧化铝 有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。(3)硅胶硅胶 与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。2023-5-13气固色谱
48、固定相气固色谱固定相气固色谱固定相 (4)分子筛分子筛 碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。(5)高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDX系列）系列）新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。2023-5-132.2.2.气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点（1）性能与制备和活化条件有很大关系；）性能与制
49、备和活化条件有很大关系；（2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；差异较大；（3）种类有限，能分离的对象不多；）种类有限，能分离的对象不多；（4）使用方便。）使用方便。2023-5-1310.4.210.4.210.4.2、气液色谱固定相、气液色谱固定相、气液色谱固定相 stationary phases in gas-liquid chromatographstationary phases in gas-liquid chromatographstationary phases in gas-liquid chromato
50、graph 气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+担体担体（支持体）：小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。固定液特点：固定液特点：固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。液体状态。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。2023-5-13 1.1.1.作为担体使用的物质应满足的条件作为担体使用的物质应满足的条件作为担体使用的物质应满足的条件
