色谱分析法导论课件

《色谱分析法导论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《色谱分析法导论课件（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十五章第十五章 色谱分析法导论色谱分析法导论15-1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1色谱分析法导论15-1 15-1 概述概述一、一、色谱法色谱法（Chromatography）利利用用样样品品在在两两相相间间的的分分配配来来分分离离、分分析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

2、时，各物别，当溶质在两相间作相对移动时，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。2色谱分析法导论1.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，用纯石油醚洗脱（淋洗）。色素受两种作用（淋洗）。色素受两

3、种作用力影响。力影响。3色谱分析法导论（1）一种是）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。4色谱分析法导论固定相固定相(stationaryphase):CaCO3颗粒颗粒流动相流动相(mobilephase):石油醚石油醚5色谱分析法导论 茨维

4、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，失去了原有的意义，但但“色谱色谱”这一名称沿用至今。这一名称沿用至今。6色谱分析法导论 1906年年茨茨维维特特在在德德国国植植物物学学杂杂志志发发表表文文章章，首首次次命命名名上上述述分分离离后后色色带带为为色谱图，称此方法为色谱法。色谱图，称此方法为色谱法。1952年年Martin

5、和和Synge因因色色谱谱的的理理论论与应用研究获得诺贝尔化学奖。与应用研究获得诺贝尔化学奖。7色谱分析法导论1952年年，Martin和和James发发表表第第一一篇篇气气液液色色谱谱论论文文，首首次次用用气气体体作作流流动动相相，配配合合微微量量酸酸碱碱滴滴定定，发发明明了了气气相相色色谱谱，它它给给挥挥发发性性化化合合物物的的分分离离测测定定带带来来了了划划时时代代的的革革命命。VanDeemter等等对对色色谱谱理理论论的的研研究究极极大地促使色谱技术的发展。大地促使色谱技术的发展。1955年年，第第一一台台商商品品气气相相色色谱谱问问世世，标标志着现代色谱分析的建立。志着现代色谱分析

6、的建立。 8色谱分析法导论1956年，荷兰的年，荷兰的VanDeemter在总结前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“涂壁毛细管涂壁毛细管气液分配色谱理论和实践气液分配色谱理论和实践”论文，实现了论文，实现了毛细管气相色谱分离。毛细管气相色谱分离。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

7、色谱性能。9色谱分析法导论二二.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。10色谱分析法导论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

8、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。11色谱分析法导论色色谱谱法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12色谱分析法导论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吸附附色色谱谱、分分配配色色谱谱、离离子子交交换换色色谱谱、空空间排阻色谱、毛细管电泳间排阻

9、色谱、毛细管电泳13色谱分析法导论14色谱分析法导论三、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。15色谱分析法导论多种高灵敏检测器，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

10、至ppb(10-12)级。级。2.灵敏度高灵敏度高16色谱分析法导论4.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17色谱分析法导论四四.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，得到的物质纯度比色谱分离比分馏快，得到的物质纯度比分馏法高。石油化学家采用分馏法花了分馏法高。石油化学家采用分馏法花了2020多年才鉴别出石油中的多年才鉴别出石油中

11、的200200余种组分，而余种组分，而当今采用毛细管当今采用毛细管GCGC仅需数小时即可完成。仅需数小时即可完成。18色谱分析法导论 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的。用精馏分离柱进行分离是不可能的。环己烷苯19色谱分析法导论2.2.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学而色谱分析能使许多化学性质相同性质相同/ /相似的复杂组分相互分离后测定。相似的复杂组分相互分离后测定。3.3.气相色谱

12、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。于它最擅长分离分析多组分的复杂体系。20色谱分析法导论15-2色谱分离原理色谱分离原理热力学因素：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21色谱分析法导论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

13、，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。22色谱分析法导论分配系数的微小差异分配系数的微小差异吸附能力

14、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23色谱分析法导论一、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:24色谱分析法导论 固固定定相相由由担担体体和和固固定定液液所所组组成成，固固定定液液涂涂敷敷在在担担体体表表面面，其其分分离离混混合合物物是是基基于于固固定定液液对对试试样样中中各各组组分分的的溶溶解解

15、能能力力的的不同。不同。 2. . 气液色谱气液色谱: :25色谱分析法导论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 (distributioncoefficient)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。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26色谱分析法导论2.分配比分配比k (distributionratio)在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组分分在在两两相相间间

16、分分配配达达到到平平衡衡时时，分分配配在在固固定定相相和和流流动动相中的质量之比。相中的质量之比。27色谱分析法导论lk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。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。28色谱分析法导论 l3 3、分配系数和分配比

17、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的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质，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。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，还与流动相及固定相的体积有关。还与流动相及固定相的体积有关。29色谱分析法导论 l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

18、柱（Packing column）: 635 毛细管柱（毛细管柱（Capillary column）: 50150030色谱分析法导论三、气相色谱流出曲线三、气相色谱流出曲线1.基线基线(baseline)色色谱谱柱柱中中仅仅有有流流动动相相通通过过检检测测器器时时，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之间的垂直距离。31色谱分析法导论3.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

19、截距之间的距离。32色谱分析法导论气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线33色谱分析法导论4.保留值保留值(retentionvalue)1）用时间表示的保留值）用时间表示的保留值保保留留时时间间(tR)：组组分分从从进进样样到到柱柱后后出出现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死时间死时间(deadtime,tM)：34色谱分析法导论2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值组组分分从从进进样样到到柱柱后后出出现现浓浓度度极极大大值值时时所所通过的流动相体积通过的流动相体积

20、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=VRVM死体积死体积(VM)：VM=tMF0保留体积保留体积(VR)：35色谱分析法导论tR=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36色谱分析法导论色谱峰反映的信息：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

21、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37色谱分析法导论15-3 15-3 色谱法基本理论色谱法基本理论1.塔板理论塔板理论(platetheory)2.速率理论速率理论(ratetheory)38色谱分析法导论一、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，每个塔板高度称个塔板，每个塔板高度称为理论塔板高度，用为理论塔板高度，用H表示，在每个塔表示，在每个塔板内，试样各组分在两相中分配并达到板内，试样各组

22、分在两相中分配并达到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的最先从小的组分彼此分离，挥发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论并塔顶（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，色谱分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别，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，因此几十但是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直沿用。年来一直沿用。39色谱分析法导论理论假设：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

23、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，另）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；一部分由流动相占据，称为板体积；1941Martin40色谱分析法导论5）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；41色谱分析法导论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，

24、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。42色谱分析法导论43色谱分析法导论44色谱分析法导论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45色谱分析法导论l随着脉冲载气的加入，组分从色谱随着脉

25、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：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。46色谱分析法导论 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

26、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47色谱分析法导论决定色谱峰最大浓度的因素：决定色谱峰最大浓度的因素：l l进样量越大，峰高越大；进样量越大，峰高越大；l l相相同同保保留留时时间间，塔塔板板数数越越大大，峰峰高高越越大；大；l l固固定定进进样样量量和和塔塔板板数数，保保留留时时间间越越小小，色色谱谱峰峰高高且且窄窄；反反之之，保保留留时时间间长长的的组组分分色谱峰低且宽。色谱峰低且宽。48色谱分析法导论由

27、流出曲线方程可推出：由流出曲线方程可推出： 而理论塔板高度（而理论塔板高度（H）即：）即：49色谱分析法导论注注意意：同同一一色色谱谱柱柱用用不不同同物物质质计计算算可可得得到不同的塔板数。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50色谱分析法导论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；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

28、大点的位置Cmax符合实验结果。符合实验结果。51色谱分析法导论2.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的指指标标时时，应应指指明明测测定定物物质。质。 1.柱柱长长一一定定，有有效效塔塔板板数数n越越大大，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，柱柱效能越高。效能越高。3.柱柱效效不不能能表表示示被被分分离离组组分分的的实实际际分分离离效果。效果。52色谱分析法导论l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、不连续的假流动相的运动是跳跃

29、式的、不连续的假设显然违背了实际色谱过程；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态；实际色谱过程难于达到真正的平衡状态；l分配系数与浓度无关只在一定的范围内分配系数与浓度无关只在一定的范围内成立。成立。53色谱分析法导论l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；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，

30、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，但在综上所述：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的色谱学发展中起到了率先作用和对实际工作的指导作用。指导作用。54色谱分析法导论2. 速率理论速率理论前前面面已已知知，用用塔塔板板理理论论来来说说明明色色谱谱柱柱内内各各组组分分的的分分离离过过程程并并不不合合理理，因因为为色色谱谱柱柱内内并并没没有有塔塔板板。当当同同一一试试样样进进入入同同一一色色谱谱柱柱，当当流流动动相相速速度度变变化化时时，得得到到不不同同的的色色谱谱图图。测测得得的的n和和H也

31、也不不同同，充充分分说说明明塔塔板板理理论论不不足足以以说说明明色色谱谱柱柱的的分离过程。分离过程。55色谱分析法导论 1956年年荷荷兰兰学学者者VanDeemter等等人人在在研研究究气气液液色色谱谱时时提提出出色色谱谱过过程程的的动动力力学学理理论论，它它是是在在吸吸收收了了塔塔板板理理论论中中塔塔板板高高度度概概念念的的同同时时，考考虑虑了了影影响响塔塔板板高高度度的的动动力力学学因因素素，指指出出理理论论塔塔板板高高度度是是峰峰展展宽宽的的量量度度，导导出出了了塔塔板板高高度度H与与载载气气线线速速度度u的关系式，即速率理论。的关系式，即速率理论。56色谱分析法导论二、速率理论二、速

32、率理论影响柱效的因素影响柱效的因素H=A+B/u+CuH：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1956荷兰荷兰1957VanDeemter57色谱分析法导论1.涡流扩散项涡流扩散项(eddydiffusion)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。58色谱分析法导论A=2dp：固定相的填充不均匀因子：固定相的填充不均匀

33、因子dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的平均颗粒直径固固定定相相颗颗粒粒越越小小dp，填填充充的的越越均均匀匀，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59色谱分析法导论2.分子扩散项分子扩散项(moleculardiffusion)60色谱分析法导论B=2Dg：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(cm2s-1)填充柱色谱填充柱色谱:=0.50.7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：DgM

34、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61色谱分析法导论分子扩散项分子扩散项B/u（纵向扩散项）（纵向扩散项） 减小纵向扩散项减小纵向扩散项u u 采取措施：采取措施： 适适当当提提高高流流动动相相流流速速u u，减减小小保保留留时时间间 用用相相对对分分子子质质量量较较大大的的气气体体作作流流动动相。相。 适当降低柱温适当降低柱温c c 。62色谱分析法导论3.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Cl之和：之和： C = CC = Cg g+ C+ Cl l63色谱分析法导论气

35、气相相传传质质阻阻力力：是是指指组组分分分分子子由由气气相相移移动动到到气气液液两两相相界界面面进进行行交交换换，这这一一传传质过程中所受到的阻力。质过程中所受到的阻力。固定相颗粒越小固定相颗粒越小dp，Cg；Dg，Cg64色谱分析法导论Dl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液液相相传传质质阻阻力力：组组分分分分子子由由气气液液两两相相界界面面扩扩散散至至固固定定液液内内部部，进进行行质质量量交交换换达达到到分分配配平平衡衡后后，再再返返回回气气液液两两相相界界面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，Cl

36、65色谱分析法导论传质阻力项传质阻力项Cu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 降降低低固固定定液液液液膜膜厚厚度度(C(Cl ldf2)并并且且液液膜膜要要均均匀匀；若若膜膜厚厚，扩扩散散，费费时时；但但不不能能太太薄薄，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。66色谱分析法导论范氏方程讨论：范氏方程讨论：H=A+B/u+Cu作作Hu图图67色谱分析法导论讨论讨论1.曲线有一最低点曲线

37、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+Cu H=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68色谱分析法导论3.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: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

38、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69色谱分析法导论综合考虑综合考虑: 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 70色谱分析法导论讨论：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，柱效下降的主要原因。柱效下降的主要原因。71色谱分析法导论4）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

39、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。72色谱分析法导论15-4 15-4 分离度分离度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73色谱分析法导论影响因素：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

40、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74色谱分析法导论 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 又根据塔板理论得知：又根据塔板理论得知：75色谱分析法导论76色谱分析法导论选择性较差选择性较差，柱效低，分离效果更差。，柱效低，分离效果更差。柱柱 效效 较较高高，选选择择性性较较好好,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；77色

41、谱分析法导论Rs=1，分离程度，分离程度98%；Rs=1.5，达，达99.7%78色谱分析法导论二、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。79色谱分析法导论柱效能柱效能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

42、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r21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80色谱分析法导论例例：在在一一定定条条件件下下，两两个个组组分分的的保保留留时时间间分分别别为为90秒秒和和105秒秒，死死时时间间为为5秒秒，要要达达到到完完全全分分离离，计计算算需需要要多多少少块块有有效效塔塔板板。若若填填充充柱的塔

43、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(1.18/0.18)2n有效有效=16Rs2r21/(r211)2=1547（块）（块）L有效有效=n有效有效H有效有效=15470.1=155cm81色谱分析法导论15-5 15-5 气相色谱定性分析气相色谱定性分析一、利用纯物质对照定性一、利用纯物质对照定性 比比较较试试样样中中具具有有与与纯纯物物质质相相同同保保留留值值的的色谱峰，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

44、将将纯纯物物质质加加入入到到试试样样中中，观观察察各各组组分分色色谱谱峰峰的的相相对对变变化化，峰峰高高增增加加的的组组分分可可能为这种纯物质。能为这种纯物质。82色谱分析法导论三、利用相对保留值定性三、利用相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

45、为600）。）。83色谱分析法导论保留指数测定方法：保留指数测定方法：通通过过选选定定两两个个相相邻邻的的正正构构烷烷烃烃，其其分分别别具具有有Z和和Z1个个碳碳原原子子。被被测测物物质质X的的保保留留时间应在相邻两个正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)84色谱分析法导论 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85色谱分析法导论15-6 15-6 气相色谱定量分析气相色谱定量分析一、一、峰面积的测量峰面积的测量1.

46、峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法A=1.065hY1/22.峰高乘平均峰宽法：峰高乘平均峰宽法：A=hY1/2A=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称峰86色谱分析法导论3.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87色谱分析法导论二、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

47、，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88色谱分析法导论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fi与标准物质与标准物质的绝对校正因子的绝对校正因子fs之比。之比。1）质量校正因子质量校正因子89色谱分析法导论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标准物：标准物：FID正庚烷正庚烷TCD苯苯90色谱分析法导论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91色谱分析法导论Awi

48、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92色谱分析法导论3.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mi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，93色谱分析法导论内标物的要求：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）出出峰峰位位置置应应位位于于被被测测组组分分附附近近，且且对对各各组分的峰无影响。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；94色谱分析法导论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：准准确确称称取取一一定定量量的的试试样样m，加加入入一一定定量内标物量内标物mS试样配制：试样配制：内标法Ai/Asi95色谱分析法导论