1、色谱分析法导论色谱分析法导论此处添加副标题内容215-1 概概 述述15-2 色谱分离原理色谱分离原理15-3 色谱法基本理论色谱法基本理论15-4 分离度分离度15-5 气相色谱定性分析气相色谱定性分析15-6 气相色谱定量分析气相色谱定量分析3一、一、色谱法色谱法（Chromatography）利用样品在两相间的分配来分离、分析利用样品在两相间的分配来分离、分析多组分混合物的技术。多组分混合物的技术。色谱法是一种物理化学分析方法，它利色谱法是一种物理化学分析方法，它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，当溶质在两相间作相对移动时，各物别，当溶质在两相
2、间作相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使各组分质在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。得到分离。41.色谱法的产生及发展色谱法的产生及发展 色谱法是一种分离技术，色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离植物叶年创立的。分离植物叶子中的色素时，将叶片的石子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充液倒入玻璃管中，柱中填充CaCO3粉末（粉末（CaCO3 有吸附有吸附能力能力)，用纯石油醚洗脱（淋，用纯石油醚洗脱（淋洗）。色素受两种作用力影洗）。色素受两种作用力影响。响。5（1）一种
3、是）一种是CaCO3 吸附，使色素在吸附，使色素在柱中停滞下来柱中停滞下来（2）一种是被石油醚溶解，使色素向）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动下移动 各种色素结构不同，受两种作用各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱色的谱带，这种分离方法称为色谱法。法。6固定相固定相(stationary phase):CaCO3颗粒颗粒流动相流动相(mobile phase):石油醚石油醚 7 茨维特在当时的实验中观察到茨维特在当时的实验中观察到4个色个色带，它们
4、分别是胡萝卜素、叶黄素和叶带，它们分别是胡萝卜素、叶黄素和叶绿素绿素A和和B。随着被分离样品种类的增多，该方随着被分离样品种类的增多，该方法广泛地用于无色物质的分离，法广泛地用于无色物质的分离，“色谱色谱”名称中的名称中的“色色”失去了原有的意义，但失去了原有的意义，但“色谱色谱”这一名称沿用至今。这一名称沿用至今。8 1906年茨维特在德国植物学杂志发年茨维特在德国植物学杂志发表文章，首次命名上述分离后色带为表文章，首次命名上述分离后色带为色谱图，称此方法为色谱法。色谱图，称此方法为色谱法。1952年年Martin和和Synge因色谱的理论因色谱的理论与应用研究获得诺贝尔化学奖。与应用研究获
5、得诺贝尔化学奖。9 1952年，年，Martin和和James发表第一篇气发表第一篇气液色谱论文，首次用气体作流动相，配合液色谱论文，首次用气体作流动相，配合微量酸碱滴定，发明了气相色谱，它给挥微量酸碱滴定，发明了气相色谱，它给挥发性化合物的分离测定带来了划时代的革发性化合物的分离测定带来了划时代的革命。命。Van Deemter等对色谱理论的研究极等对色谱理论的研究极大地促使色谱技术的发展。大地促使色谱技术的发展。1955年，第一台商品气相色谱问世，年，第一台商品气相色谱问世，标志着现代色谱分析的建立。标志着现代色谱分析的建立。10 1956年，荷兰的年，荷兰的Van Deemter在总结前
6、人在总结前人工作的基础上提出速率理论。工作的基础上提出速率理论。1957年戈雷年戈雷(Golay)发表发表“涂壁毛细管气涂壁毛细管气液分配色谱理论和实践液分配色谱理论和实践”论文，实现了毛论文，实现了毛细管气相色谱分离。细管气相色谱分离。1979年弹性石英毛细管应用于气相色谱。年弹性石英毛细管应用于气相色谱。80年代将固定液固载化是毛细管色谱技术年代将固定液固载化是毛细管色谱技术的又一个重要发展。它大大提高了色谱柱的又一个重要发展。它大大提高了色谱柱的稳定性的稳定性,延长了柱寿命延长了柱寿命,提高了色谱性能提高了色谱性能。11二二.色谱法的分类色谱法的分类1.按两相所处的状态分类按两相所处的状
7、态分类气相色谱气相色谱(GC)液相色谱液相色谱(LC)按流动相的状态分类按流动相的状态分类 适用于气体和低沸点有机化合物的适用于气体和低沸点有机化合物的分析，仪器简单，操作方便，应用广泛。分析，仪器简单，操作方便，应用广泛。可在不同操作温度条件下使用。可在不同操作温度条件下使用。12按固定相不同又分为按固定相不同又分为气固色谱气固色谱(GSC)气液色谱气液色谱(GLC)液相色谱液相色谱液固色谱液固色谱(LSC)液液色谱液液色谱(LLC)适用于高沸点、不易气化的、热不稳适用于高沸点、不易气化的、热不稳定及生物活性物质的分析，通常在室温定及生物活性物质的分析，通常在室温条件下工作。条件下工作。13
8、色谱法色谱法液相色谱法液相色谱法气相色谱法气相色谱法气气-液色谱法液色谱法气气-固色谱法固色谱法液液-固色谱法固色谱法液液-液色谱法液色谱法14 2.按固定相所处的外形分类按固定相所处的外形分类平板色谱平板色谱填充柱色谱填充柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱薄层色谱和纸色谱薄层色谱和纸色谱柱色谱柱色谱3.按组分在两相间的分离机理分类按组分在两相间的分离机理分类 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空间排阻色谱、毛细管电泳间排阻色谱、毛细管电泳1516 三、色谱法的特点三、色谱法的特点1.分离效率高分离效率高 复杂混合物、性质相近的有机同系物复杂混合物、性质相近的有
9、机同系物及旋光异构体等。及旋光异构体等。对于那些性质极为相似的组分对于那些性质极为相似的组分,如同如同位素、同分异构体位素、同分异构体,采用高选择性固定采用高选择性固定相，使它们之间的分配系数产生足够大相，使它们之间的分配系数产生足够大的差异的差异,从而实现良好分离。从而实现良好分离。17 多种高灵敏检测器，痕量杂质分析多种高灵敏检测器，痕量杂质分析的有力工具。可以检测出的有力工具。可以检测出ppt(10-9)级甚级甚至至ppb(10-12)级。级。2.灵敏度高灵敏度高184.应用范围广应用范围广可分析有机或无机的气、液、固体试样可分析有机或无机的气、液、固体试样组分的定性较为困难组分的定性较
10、为困难缺点：缺点：3.分析速度快分析速度快解决方法：发展联用技术解决方法：发展联用技术19四四.气相色谱分析法与其它方法比较气相色谱分析法与其它方法比较1.1.气相色谱法与分馏法的比较气相色谱法与分馏法的比较 色谱分离比分馏快，得到的物质纯度色谱分离比分馏快，得到的物质纯度比分馏法高。石油化学家采用分馏法花比分馏法高。石油化学家采用分馏法花了了2020多年才鉴别出石油中的多年才鉴别出石油中的200200余种组分，余种组分，而当今采用毛细管而当今采用毛细管GCGC仅需数小时即可完仅需数小时即可完成。成。20 苯和环己烷的沸点仅差苯和环己烷的沸点仅差0.60.6，如，如用精馏分离柱进行分离是不可能
11、的。用精馏分离柱进行分离是不可能的。环己烷苯212.2.气相色谱法与经典化学分析的比较气相色谱法与经典化学分析的比较 化学分析根据物质具有某种独特的化学化学分析根据物质具有某种独特的化学性质来进行测定性质来进行测定,而色谱分析能使许多化而色谱分析能使许多化学性质相同学性质相同/相似的复杂组分相互分离后测相似的复杂组分相互分离后测定。定。3.3.气相色谱法与光谱、质谱分析法的比较气相色谱法与光谱、质谱分析法的比较 光谱、质谱主要是定性分析工具光谱、质谱主要是定性分析工具,色谱是色谱是分离分析的工具。色谱法的最大优越性在分离分析的工具。色谱法的最大优越性在于它最擅长分离分析多组分的复杂体系。于它最
12、擅长分离分析多组分的复杂体系。22热力学因素：热力学因素：分配系数分配系数动力学因素：组分在色谱柱的扩散和传质动力学因素：组分在色谱柱的扩散和传质23色谱分离过程简述色谱分离过程简述 在色谱分析中，当流动相携带样品通过在色谱分析中，当流动相携带样品通过固定相时，样品分子与固定相分子之间发生固定相时，样品分子与固定相分子之间发生相互作用，使样品分子在流动相和固定相之相互作用，使样品分子在流动相和固定相之间进行分配。与固定相分子作用越大的组分间进行分配。与固定相分子作用越大的组分向前移动越慢，与固定相分子作用越小的分向前移动越慢，与固定相分子作用越小的分子向前移动速度越快，经过一定距离后，由子向前
13、移动速度越快，经过一定距离后，由于反复多次的分配（柱色谱为于反复多次的分配（柱色谱为103106次），次），使原本性质（沸点、极性等）差异很小的组使原本性质（沸点、极性等）差异很小的组分之间也可得到很好的分离。分之间也可得到很好的分离。24分配系数的微小差异分配系数的微小差异吸附能力的微小差异吸附能力的微小差异微小差异积累微小差异积累较大差异较大差异作用能力弱的组分先流出；作用能力弱的组分先流出；作用能力强的组分后流出作用能力强的组分后流出25 一、分离原理一、分离原理 固定相是多孔性的固体吸附剂颗粒，固定相是多孔性的固体吸附剂颗粒，其分离是基于固体吸附剂对试样中各组其分离是基于固体吸附剂对试
14、样中各组分的吸附能力的不同；分的吸附能力的不同；1.气固色谱气固色谱:26 固定相由担体和固定液所组成，固定固定相由担体和固定液所组成，固定液涂敷在担体表面，其分离混合物是基液涂敷在担体表面，其分离混合物是基于固定液对试样中各组分的溶解能力的于固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。不同。2.气液色谱气液色谱:27试样中的各组分试样中的各组分K值不同是分离的基础值不同是分离的基础二、分配系数和分配比二、分配系数和分配比 1.分配系数分配系数K(distribution coefficient)在一定温度和压力下，组分在两相间分在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数。
15、配达到平衡时的浓度比，称为分配系数。一定温度和压力下，一定温度和压力下，K越大，出峰越慢越大，出峰越慢MSCCK 28 2.分配比分配比 k(distribution ratio)在一定温度和压力下，组分在两相间在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡时，分配在固定相和流动分配达到平衡时，分配在固定相和流动相中的质量之比。相中的质量之比。MSmmk 29l k值越大，说明组分在固定相中的值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又量越多，相当于柱的容量大，因此又称分配容量。它是衡量色谱柱对被分称分配容量。它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。离组分保留能力的重要参数
16、。k值也值也取决于组分及固定相热力学性质。它取决于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、柱压变化而变化，而且不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相及固定相的体积有关。还与流动相及固定相的体积有关。30l3 3、分配系数和分配比之间的关系、分配系数和分配比之间的关系l 分配系数分配系数K与柱中固定相和流动相与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。质，并随柱温、柱压变化而变化。容量因子容量因子k决定于组分及固定相的热决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动
17、相及固定相的体积有关。还与流动相及固定相的体积有关。31l理论上可以推导出：理论上可以推导出：Phase ratio(相比，相比，b b):反映各种色谱柱柱型及反映各种色谱柱柱型及其结构特征其结构特征填充柱（填充柱（Packing column）:635 毛细管柱（毛细管柱（Capillary column）:501500bkVVkVmVmCCKSMMMSSMS32三、气相色谱流出曲线三、气相色谱流出曲线1.基线基线(baseline)色谱柱中仅有流动相通过检测器时，色谱柱中仅有流动相通过检测器时，所检测到的信号。所检测到的信号。2.峰高峰高从色谱峰顶点到基线之间的垂直距离。从色谱峰顶点到基线
18、之间的垂直距离。333.区域宽度区域宽度1）半峰宽（）半峰宽（Y1/2）：）：2）峰底宽（）峰底宽（Wb）色谱峰高一半处的宽度色谱峰高一半处的宽度 色谱峰两侧拐点上的切线在基线色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距之间的距离。上截距之间的距离。34气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线354.保留值保留值(retention value)1）用时间表示的保留值）用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现：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间。浓度极大值时所需的时间。不与固定相作用的气体的保留时间。不与固定相作用的气体的保留时间。调整保留时间调整保留时间(tR)：tR=tRtM
19、死时间死时间(dead time,tM)：362）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值组分从进样到柱后出现浓度极大值时所组分从进样到柱后出现浓度极大值时所通过的流动相体积通过的流动相体积VR =tRF0色谱柱内未被固定相占据的空隙体积色谱柱内未被固定相占据的空隙体积调整保留体积调整保留体积(VR)：VR=VR VM 死体积死体积(VM)：VM=tM F0保留体积保留体积(VR)：371212RRRR21VVttrsRKVVtR=tM(1+k)3）相对保留值）相对保留值 r21又称选择因子，只与柱温和固定相性质有关又称选择因子，只与柱温和固定相性质有关表示了固定相对这两种组分的选择性表示了固定
20、相对这两种组分的选择性6.保留值与分配比保留值与分配比 k 的关系的关系5.保留值与分配系数保留值与分配系数K的关系的关系38色谱峰反映的信息：色谱峰反映的信息：1）根据峰的个数，判断样品中所含最）根据峰的个数，判断样品中所含最少的组分数少的组分数2）根据保留值对色谱峰进行定性分析）根据保留值对色谱峰进行定性分析3）根据峰高或面积进行定量分析）根据峰高或面积进行定量分析39 塔板理论塔板理论(plate theory)速率理论速率理论(rate theory)40一、塔板理论一、塔板理论 塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假设柱内有，假设柱内有n个塔板，每个塔板高度
21、个塔板，每个塔板高度称为理论塔板高度，用称为理论塔板高度，用H表示，在每个表示，在每个塔板内，试样各组分在两相中分配并达塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的最先度小的组分彼此分离，挥发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱分离和一般的分馏塔分离有着重大的差分离和一般的分馏塔分离有着重大的差别，但是因为这个比喻形象简明，因此别，但是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直沿用。几十年来一直沿用。4
22、1理论假设：理论假设：1）色谱柱由一块一块的虚拟塔板组成，）色谱柱由一块一块的虚拟塔板组成，在一个塔板内组分在气液两相间可以很在一个塔板内组分在气液两相间可以很快达到平衡；快达到平衡；2）塔板内一部分空间由固定相占据，）塔板内一部分空间由固定相占据，另一部分由流动相占据，称为板体积；另一部分由流动相占据，称为板体积；1941 Martin425）分配系数在各塔板上是常数。）分配系数在各塔板上是常数。3）载气进入色谱柱不是连续而是）载气进入色谱柱不是连续而是脉动的，每次进气为一个板体积；脉动的，每次进气为一个板体积；4）试样沿色谱柱方向的扩散可以忽）试样沿色谱柱方向的扩散可以忽略不计；略不计；4
23、3设色谱往由设色谱往由5块塔板（块塔板（n5，n为色谱柱的塔板数）组成，并为色谱柱的塔板数）组成，并以以r表示塔板编号，表示塔板编号，r0，1，2，nl；某组分的分配比；某组分的分配比k=1，根据上述假定，在色谱分离过程中，该组分的分布可计算如根据上述假定，在色谱分离过程中，该组分的分布可计算如下：开始时，若有单位质量的，即下：开始时，若有单位质量的，即m1的组分加到的组分加到0号塔板上，号塔板上，分配平衡，即分配平衡，即mSmM0.5。444546色谱流出曲线色谱流出曲线 将离开色谱柱物质的量作纵坐标，将离开色谱柱物质的量作纵坐标，载气塔板体积做横坐标得到色谱图载气塔板体积做横坐标得到色谱图
24、 47l 随着脉冲载气的加入，组分从色谱随着脉冲载气的加入，组分从色谱柱出口流出进入检测器。实际上，组分柱出口流出进入检测器。实际上，组分在柱内的分布就是二项式的展开式：在柱内的分布就是二项式的展开式：4322344464)(qpqqpqppqp P为组分分配在液相中的质量，为组分分配在液相中的质量，q为组为组分分配在气相中的质量。当分分配在气相中的质量。当n100，流，流出曲线的形状就呈高斯分布，一般气相出曲线的形状就呈高斯分布，一般气相色谱柱的色谱柱的n 约为约为103106。48)(2exp22RRRVVVnVnmC 对于色谱过程而言，对于色谱过程而言，n n很大，采用数学上近似很大，采
25、用数学上近似处理方法，可推导处理方法，可推导色谱流出曲线上任意一点样品色谱流出曲线上任意一点样品的浓度值的浓度值：C色谱流出曲线上任意一点样品的浓度；色谱流出曲线上任意一点样品的浓度；n理论塔板数；理论塔板数；m溶质的质量；溶质的质量；VR溶质的保留体积；溶质的保留体积；V色谱流出曲线上任意一点的保留体积色谱流出曲线上任意一点的保留体积49l l 进样量越大，峰高越大；进样量越大，峰高越大；l l 相同保留时间，塔板数越大，峰高越相同保留时间，塔板数越大，峰高越大；大；l l固定进样量和塔板数，保留时间越小，固定进样量和塔板数，保留时间越小，色谱峰高且窄；反之，保留时间长的组色谱峰高且窄；反之
26、，保留时间长的组分色谱峰低且宽。分色谱峰低且宽。RVmnC2max50而理论塔板高度（而理论塔板高度（H）即：）即：222/1)(16)(54.5WtWtnrrnLH512bR22/1R)(16)(54.5WtYtn有效有效有效nLH注意：同一色谱柱用不同物质计算可得注意：同一色谱柱用不同物质计算可得到不同的塔板数。到不同的塔板数。有效塔板数有效塔板数有效塔板高度有效塔板高度52塔板理论的优点塔板理论的优点:塔板理论是一种半经验理论，它初步塔板理论是一种半经验理论，它初步揭示了色谱分离过程。塔板理论在色谱揭示了色谱分离过程。塔板理论在色谱中的意义在于：中的意义在于：色谱流出曲线符合高斯峰分布；
27、色谱流出曲线符合高斯峰分布；塔板数作为衡量柱效指标是有效的；塔板数作为衡量柱效指标是有效的；浓度极大点的位置浓度极大点的位置Cmax符合实验结果。符合实验结果。532.用有效塔板数和有效塔板高度作为用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。质。1.柱长一定，有效塔板数柱长一定，有效塔板数 n 越大，被越大，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能越高。效能越高。3.柱效不能表示被分离组分的实际分离柱效不能表示被分离组分的实际分离效果。效果。54l塔板理论假设的缺点：塔板理论假设的缺点：l在气相色谱中，忽略分子
28、纵向扩散；在气相色谱中，忽略分子纵向扩散；l流动相的运动是跳跃式的、不连续的流动相的运动是跳跃式的、不连续的假设显然违背了实际色谱过程；假设显然违背了实际色谱过程；l实际色谱过程难于达到真正的平衡状实际色谱过程难于达到真正的平衡状态；态；l分配系数与浓度无关只在一定的范围分配系数与浓度无关只在一定的范围内成立。内成立。55l塔板理论的最大缺点：塔板理论的最大缺点：l说明不了色谱流出曲线峰展宽的本质及说明不了色谱流出曲线峰展宽的本质及曲线形状变化的影响因素；曲线形状变化的影响因素；l说明不了各种实验操作条件变化所引起说明不了各种实验操作条件变化所引起的色谱峰峰宽变化的原因；的色谱峰峰宽变化的原因
29、；l无法把各种色谱参数与塔板高度定量地无法把各种色谱参数与塔板高度定量地关联起来，特别是不能解释流速对柱效关联起来，特别是不能解释流速对柱效率的影响。率的影响。综上所述：塔板理论虽为半经验理论，但综上所述：塔板理论虽为半经验理论，但在色谱学发展中起到了率先作用和对实际工作在色谱学发展中起到了率先作用和对实际工作的指导作用。的指导作用。56 前面已知，用塔板理论来说明色谱柱前面已知，用塔板理论来说明色谱柱内各组分的分离过程并不合理，因为色内各组分的分离过程并不合理，因为色谱柱内并没有塔板。当同一试样进入同谱柱内并没有塔板。当同一试样进入同一色谱柱，当流动相速度变化时，得到一色谱柱，当流动相速度变
30、化时，得到不同的色谱图。测得的不同的色谱图。测得的 n 和和 H 也不同，也不同，充分说明塔板理论不足以说明色谱柱的充分说明塔板理论不足以说明色谱柱的分离过程。分离过程。5758二、速率理论二、速率理论影响柱效的因素影响柱效的因素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(cms-1)A：涡流扩散项：涡流扩散项：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 荷兰荷兰 Van Deemter591.涡流扩散项涡流扩散项(eddy diffusion)气体碰到填充物颗粒时，不断改变流气体碰到填充物颗粒时，不断改变流动方向，使试样在气相
31、中形成类似动方向，使试样在气相中形成类似“涡流涡流”的流动，引起色谱峰的扩张。的流动，引起色谱峰的扩张。60A=2dp：固定相的填充不均匀因子：固定相的填充不均匀因子dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的平均颗粒直径固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对于毛细管柱，对于毛细管柱，A=0涡流扩散项系数涡流扩散项系数612.分子扩散项分子扩散项(molecular diffusion)62B=2 Dg：组分分子在柱内扩散路径的弯曲程度：组分分子在柱内扩散路径的弯曲程度 有关的因子有关的因子Dg：试样组分在气相中的扩散系数：试样组分在气相中的扩散系数(cm
32、2s-1)填充柱色谱填充柱色谱:=0.5 0.7毛细管柱毛细管柱:=1流速流速，滞留时间，滞留时间，扩散因子，扩散因子扩散系数：扩散系数：Dg M载气载气-1/2；M载气载气，B值值分子扩散项系数分子扩散项系数63 减小纵向扩散项减小纵向扩散项u u 采取措施：采取措施：适当提高流动相流速适当提高流动相流速u u，减小保留，减小保留时间时间 用相对分子质量较大的气体作流动用相对分子质量较大的气体作流动相。相。适当降低柱温适当降低柱温c c。rGMD1GDB2643.传质阻力项传质阻力项 传质阻力系数传质阻力系数C等于气相传质阻力系数等于气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数和液相传质阻力系数C
33、l之和：之和：C=CC=Cg g+C+Cl l65 气相传质阻力：是指组分分子由气相气相传质阻力：是指组分分子由气相移动到气液两相界面进行交换，这一传移动到气液两相界面进行交换，这一传质过程中所受到的阻力。质过程中所受到的阻力。gpDdkkC222g)1(01.0固定相颗粒越小固定相颗粒越小 dp，Cg；Dg，Cg66lDdkkC2f2l)1(32Dl为组分在液相中的扩散系数，为组分在液相中的扩散系数，Dl，Cl 液相传质阻力：组分分子由气液两相液相传质阻力：组分分子由气液两相界面扩散至固定液内部，进行质量交换界面扩散至固定液内部，进行质量交换达到分配平衡后，再返回气液两相界面达到分配平衡后，
34、再返回气液两相界面的传质过程中所受到的阻力。的传质过程中所受到的阻力。df为固定相液膜厚度，为固定相液膜厚度，df，Cl67减小采取措施：减小采取措施：采用粒度小的填充物采用粒度小的填充物 Cgdp2 相对分子质量小的载气，相对分子质量小的载气，D DG G大。大。Cg1/DG 降低固定液液膜厚度降低固定液液膜厚度(C(Cl ldf2)并且液膜要并且液膜要均匀；若膜厚，扩散，费时；但不能太薄，均匀；若膜厚，扩散，费时；但不能太薄，否则包不住载体。否则包不住载体。D DL L越大越好，增加柱温是提高越大越好，增加柱温是提高D DL L的方法之一。的方法之一。68范氏方程讨论：范氏方程讨论：H=A
35、+B/u+Cu 作作Hu图图69讨论讨论1.曲线有一最低点曲线有一最低点 uopt(即即Hmin)将方程微分将方程微分:2.2.对开管柱对开管柱(毛细柱毛细柱)A=0)A=0 得得GolayGolay方程方程 H=B/u+CuH=B/u+Cu 对填充柱对填充柱A A项与项与u u无关无关,决定于柱的填充情况决定于柱的填充情况02CuBdudHCBAH/2minCBuopt/703.u很小时：很小时：Cu项可忽略项可忽略,方程简化为方程简化为:H=A+B/u 作作H1/u直线直线,斜率为斜率为B分子扩散项对分子扩散项对H影响大影响大4.u很大时很大时:B/u项可忽略项可忽略,方程简化为方程简化为
36、:H=A+Cu 作作Hu直线直线,斜率为斜率为C，截距，截距A传质阻力项对传质阻力项对H影响大影响大5.k 对板高对板高H的影响的影响(比较复杂比较复杂):n随随k的变化而变化的变化而变化71综合考虑综合考虑:u实际稍高于实际稍高于uopt 因为:1.右侧曲线斜率小,u稍变 不会引起H的大变化 2.为提高分析速度 因为u 则tR 72uDkkdDdkkuDdHlfgpgp)1(32)1(01.02222222讨论：影响柱效的因素讨论：影响柱效的因素1）被分离组分在色谱柱内的涡流扩散、）被分离组分在色谱柱内的涡流扩散、分子扩散及传质阻力是造成色谱峰扩展，分子扩散及传质阻力是造成色谱峰扩展，柱效下
37、降的主要原因。柱效下降的主要原因。734）各种因素相互制约，选择最佳条件，）各种因素相互制约，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。才能使柱效达到最高。3）通过选择适当的固定相粒度、载气种类、）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。液膜厚度及载气流速可提高柱效。2）速率理论为色谱的）速率理论为色谱的 分离和操作条件的分离和操作条件的选择提供了理论指导。选择提供了理论指导。74单独用柱效能或单独用选择性都不能反映组分的单独用柱效能或单独用选择性都不能反映组分的实际分离效果实际分离效果,因此引入综合性指标分离度因此引入综合性指标分离度7521)(212WWttRRRs影响因
38、素：影响因素：一、分离度的定义一、分离度的定义区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素决定色谱过程的动力学因素决定保留值之差保留值之差色谱过程的热力学因素决定色谱过程的热力学因素决定76色谱分离关系式色谱分离关系式设两相邻峰的峰宽相等，即设两相邻峰的峰宽相等，即w w1 1=w=w2 2，k k1 1=k=k2 2 2)1()2(21)1()2()(2WttWWttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又根据塔板理论得知：又根据塔板理论得知：771144444222121)2()2()1()2()1()1()2()2()2()2()1()2()2()1()2()2()1(
39、)2(kkrrnRttttttttttnRttttttnRttttnRtttnRMMRMRRRRRRMRRRRRMRRRRRR78 选择性较差，柱效低，分离效果更差。选择性较差，柱效低，分离效果更差。柱 效 较柱 效 较高，选 择高，选 择性较好性较好,完完全分离；全分离；选择性选择性 较差，柱效较高，基本完全分离较差，柱效较高，基本完全分离选择性选择性 较好，但柱效较低，分离的不好；较好，但柱效较低，分离的不好；79Rs=1，分离程度，分离程度98%；Rs=1.5，达，达99.7%80二、柱效能、选择性与分离度的关系二、柱效能、选择性与分离度的关系221212s)1rr(R16有效n有效HL
40、221212s)1rr(R16柱效能柱效能n有效有效越大，越有利于分离；越大，越有利于分离；选择性选择性r21是两种组分能否分离的依据；是两种组分能否分离的依据；分离度分离度Rs是色谱柱的总分离效能指标，可以判是色谱柱的总分离效能指标，可以判断物质在色谱柱中的分离情况，反应了柱效能断物质在色谱柱中的分离情况，反应了柱效能与选择性影响的总和。与选择性影响的总和。81柱效能柱效能n有效有效很大，选择因子很大，选择因子r21接近于接近于1，可能分不开，可能分不开柱效能柱效能n有效有效很大，选择因子很大，选择因子r21很大，分离得很好很大，分离得很好柱效能柱效能n有效有效很大，选择因子很大，选择因子r
41、21等于等于1，一定分不开，一定分不开柱效能柱效能n有效有效很小，选择因子很小，选择因子r21接近于接近于1，一定分不开，一定分不开柱效能柱效能n有效有效很小，选择因子很小，选择因子r21很大，可能分开很大，可能分开82例：在一定条件下，两个组分的保留时间分例：在一定条件下，两个组分的保留时间分别为别为90秒和秒和105秒，死时间为秒，死时间为5秒，要达到完秒，要达到完全分离，计算需要多少块有效塔板。若填充全分离，计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为柱的塔板高度为0.1cm，柱长应是多少？，柱长应是多少？解：解：r21=(105-5)/(90-5)=1.18=161.52(1.18/0
42、.18)2 n有效有效 =16Rs2 r21/(r211)2=1547（块）（块）L有效有效 =n有效有效H有效有效 =15470.1=155 cm83一、利用纯物质对照定性一、利用纯物质对照定性 比较试样中具有与纯物质相同保留值的比较试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质。色谱峰，来确定试样中是否含有该物质。二、利用加入纯物质峰高增加定性二、利用加入纯物质峰高增加定性 将纯物质加入到试样中，观察各组分将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化，峰高增加的组分可色谱峰的相对变化，峰高增加的组分可能为这种纯物质。能为这种纯物质。84三、利用相对保留值定性三、利用相
43、对保留值定性相对保留值相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关仅与柱温和固定液性质有关四、利用保留指数定性四、利用保留指数定性保留指数又称保留指数又称Kovats指数，是一种重指数，是一种重现性较好的定性参数。现性较好的定性参数。将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保（如正己烷的保留指数为留指数为600）。）。85保留指数测定方法：保留指数测定方法：通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有有Z和和Z1个碳原子。被测物质个碳原子。被测物质X的保留的保留时间应在相邻两个正
44、构烷烃的保留值之间时间应在相邻两个正构烷烃的保留值之间进样进样空气峰空气峰tR(Z)tR(x)tR(Z+1)86)()()1(ZRxRZRttt)lglglglg(100)Z()1Z()Z()x(xZttttIRRRR 色质谱联用仪；色谱色质谱联用仪；色谱-红外光谱仪联用仪红外光谱仪联用仪五、利用与其他分析仪器联用的定性方法五、利用与其他分析仪器联用的定性方法87一、一、峰面积的测量峰面积的测量1.峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法A=1.065 hY1/2 2.峰高乘平均峰宽法：峰高乘平均峰宽法：A=h Y1/2A=h(Y0.15+Y0.85)/2 峰形对称，且不太窄峰形对称，且不太窄不对称峰不对
45、称峰883.峰高表示峰面积法：峰高表示峰面积法：4.自动积分和微机处理法：自动积分和微机处理法：自动处理数据，报出分析结果自动处理数据，报出分析结果峰形狭窄时，峰高定量法比面积峰形狭窄时，峰高定量法比面积定量法更准确定量法更准确89二、二、定量校正因子定量校正因子1.绝对校正因子绝对校正因子物理意义：单位面积对应的物质量物理意义：单位面积对应的物质量fi与仪器灵敏度及操作条件有关，与仪器灵敏度及操作条件有关，不易不易准确测定，也无法直接应用准确测定，也无法直接应用iiAfm iiAmfii90 2.相对校正因子相对校正因子 组分的绝对校正因子组分的绝对校正因子f i与标准物质与标准物质的绝对校
46、正因子的绝对校正因子f s之比。之比。sfffii1）质量校正因子质量校正因子siismsmmAmAfff)(i(m)91相对校正因子与操作条件、仪器灵相对校正因子与操作条件、仪器灵敏度无关敏度无关2）摩尔校正因子摩尔校正因子ismisisisMsMMMfMmAMmAfff)(i(M)标准物：标准物：FID 正庚烷正庚烷TCD 苯苯92%100%1001iiii1iiininiAfAfmmw仅适用于试样中所有组分全部出峰的情况仅适用于试样中所有组分全部出峰的情况三、常用的定量方法三、常用的定量方法1.归一化法归一化法93Awi 2.外标法外标法外标法不使用校正因子，准确性较高，外标法不使用校正
47、因子，准确性较高，但操作条件变化对结果准确性影响较大但操作条件变化对结果准确性影响较大标准曲线法标准曲线法943.内标法内标法适用于试样中所有组分不能全部出峰的情况，适用于试样中所有组分不能全部出峰的情况，或仅对某几个组分进行定量或仅对某几个组分进行定量%100sssiiiimfAmfAmmwmi待测组份的质量待测组份的质量 m试样质量试样质量 ms 内标物的质量内标物的质量将内标物准确称量加入到准确称量的试样中，将内标物准确称量加入到准确称量的试样中，95内标物的要求：内标物的要求：2）与被测组分性质比较接近；）与被测组分性质比较接近；3）不与试样发生化学反应；）不与试样发生化学反应；4）出峰位置应位于被测组分附近，且对各）出峰位置应位于被测组分附近，且对各组分的峰无影响。组分的峰无影响。1）试样中不含有该物质；）试样中不含有该物质；准确性较高，操作条件和进样量的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。稍许变动对定量结果的影响不大。特点；特点；96若将内标法中的试样取样量和内标物加若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：入量固定，则：常数siiAAw准 确 称 取 一准 确 称 取 一定量的试样定量的试样m，加 入 一 定 量加 入 一 定 量内标物内标物mS试样配制：试样配制：内标法Ai/Asi谢 谢 观 赏共同学习相互提高
