2色谱导论PPT课件

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1、色谱导论色谱导论色谱概述及分类色谱概述及分类色谱分离过程和色谱图色谱分离过程和色谱图柱色谱法的定性定量分析方法柱色谱法的定性定量分析方法第一节第一节 概述及分类概述及分类一、色谱法的由来一、色谱法的由来 19061906年年由由俄俄国国植植物物学学家家TsweetTsweet创创立立植物色素分离植物色素分离 固定相固定相CaCOCaCO3 3颗粒颗粒流动相流动相石油醚石油醚 色谱柱：玻璃管色谱柱：玻璃管 二二 色谱法的发展历史色谱法的发展历史A.J. P. MARTIN 和R.L.M. Synge A.J. P. MARTIN. (1910-2002) of the British Natio

2、nal Institute for Medical Research shared with fellow countryman R. L. M Synge the Nobel Prize in Chemistry (1952) for the invention of partition chromatography.R.L.M. Synge born Oct. 28, 1914, Liverpool, Eng.died Aug. 18, 1994, Norwich, Norfolk. Synge studied at Winchester College, Cambridge, and r

3、eceived his Ph.D. at Trinity College there in 1941. 19061906TswettTswett用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。19311931Kuhn, Kuhn, LedererLederer用氧化铝和碳酸钙分离用氧化铝和碳酸钙分离a-a-、b-b-和和g-g-胡萝卜素胡萝卜素。使色谱法开始。使色谱法开始为人们所重视。为人们所重视。19381938IzmailovIzmailov, , ShraiberShraiber最先使用最先使用薄层薄层色谱法。色谱法。19381938Tay

4、lor, Taylor, UrayUray用用离子交换色谱法离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。分离了锂和钾的同位素。19411941Martin, SyngeMartin, Synge提出色谱塔板理论；发明液提出色谱塔板理论；发明液- -液分配色谱；预言了气体可作液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。为流动相（即气相色谱）。19441944ConsdenConsden等等发明了发明了纸色谱纸色谱。19491949MaclleanMacllean在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。阶段。19521952Mar

5、tin, JamesMartin, James从理论和实践方面完善了气从理论和实践方面完善了气- -液分配色谱法。液分配色谱法。19561956Van Van DeemterDeemter等等提出色谱提出色谱速率速率理论，并应用于气相色谱。理论，并应用于气相色谱。19571957基于离子交换色谱的基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器氨基酸分析专用仪器问世。问世。19581958GolayGolay发明发明毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱。19591959PorathPorath, , FlodinFlodin发表发表凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱的报告。的报告。19641964MooreMoore发

6、明凝胶渗透色谱。发明凝胶渗透色谱。19651965GiddingsGiddings发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。19751975SmallSmall发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。制型电导检测的新型离子色谱法。19811981JorgensonJorgenson等等创立了创立了毛细管电泳法毛细管电泳法。三三 色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作年代年代获奖学科获奖学科获奖研究工作获奖研究工作193

7、71937化学化学类胡萝卜素化学，维生素类胡萝卜素化学，维生素A A和和B B19381938化学化学类胡萝卜素化学类胡萝卜素化学19391939化学化学聚甲烯和高萜烯化学聚甲烯和高萜烯化学19501950生理学、医学生理学、医学性激素化学及其分离、肾皮素化学及其分离性激素化学及其分离、肾皮素化学及其分离19511951化学化学超铀元素的发现超铀元素的发现19551955化学化学脑下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素脑下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素19581958化学化学胰岛素的结构胰岛素的结构19611961化学化学光合作用时发生的化学反应的确认光合作用时发生的化学反应的确认1970197

8、0生理学、医学生理学、医学关于神经元触处迁移物质的研究关于神经元触处迁移物质的研究19701970化学化学糖核苷酸的发现及其在生物合成碳水化合物糖核苷酸的发现及其在生物合成碳水化合物中的作用中的作用19721972化学化学核糖核酸化学酶结构的研究核糖核酸化学酶结构的研究19721972生理学、医学生理学、医学抗体结构的研究抗体结构的研究四四 色谱法定义、实质和目的色谱法定义、实质和目的定定义义：利利用用物物质质的的物物理理化化学学性性质质建建立立的的分离、分析方法分离、分析方法实质：分离实质：分离目的：定性分析或定量分析目的：定性分析或定量分析五五 分类：分类：1 1按按两相分子的聚集状态两相

9、分子的聚集状态分：分：流动相流动相 固定相固定相 类型类型液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱液体液体液体液体 固体固体固体固体 液液液液- - - -固色谱固色谱固色谱固色谱液体液体液体液体 液体液体液体液体 液液液液- - - -液色谱液色谱液色谱液色谱气体气体气体气体 固体固体固体固体 气气气气- - - -固色谱固色谱固色谱固色谱气体气体气体气体 液体液体液体液体 气气气气- - - -液色谱液色谱液色谱液色谱气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱2 2按按固定相的外形固定相的外形分分柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱 填充柱色谱填充柱色谱填充柱色谱填充柱色谱 毛细管柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱

10、色谱 平面色谱平面色谱平面色谱平面色谱 纸色谱纸色谱纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱薄层色谱薄层色谱 高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱3 3按按分离机制分离机制分：分：分配色谱：分配色谱：分配色谱：分配色谱：利用利用利用利用分配系数分配系数分配系数分配系数的不同的不同的不同的不同吸附色谱吸附色谱吸附色谱吸附色谱：利用：利用：利用：利用物理吸附性能物理吸附性能物理吸附性能物理吸附性能的差异的差异的差异的差异离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱：利用：利用：利用：利用离子交换离子交换离子交换离子交换原理原理原理原理空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱：

11、利用：利用：利用：利用排阻作用力排阻作用力排阻作用力排阻作用力的不同的不同的不同的不同六六 色谱法的特点色谱法的特点优点优点：高选择性高选择性高选择性高选择性可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开可将性质相似的组分分开高效能高效能高效能高效能反复多次利用组分性质的差异产生很好的分反复多次利用组分性质的差异产生很好的分反复多次利用组分性质的差异产生很好的分反复多次利用组分性质的差异产生很好的分离效果离效果离效果离效果 高灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度10101010-11-11-11-1110101010-13-13-13-13g g g g，适于痕量分析，适于痕量分

12、析，适于痕量分析，适于痕量分析分析速度快分析速度快分析速度快分析速度快几几十分钟完成一次分离，可测多种几几十分钟完成一次分离，可测多种几几十分钟完成一次分离，可测多种几几十分钟完成一次分离，可测多种样品样品样品样品 应用范围广应用范围广应用范围广应用范围广气体，液体、固体物质，化学衍生化再气体，液体、固体物质，化学衍生化再气体，液体、固体物质，化学衍生化再气体，液体、固体物质，化学衍生化再色谱分离分析色谱分离分析色谱分离分析色谱分离分析 缺点缺点缺点缺点：对未知物分析的定性专属性差：对未知物分析的定性专属性差：对未知物分析的定性专属性差：对未知物分析的定性专属性差 需要与其他分析方法联用需要与

13、其他分析方法联用需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)(GC-MS,LC-MS)(GC-MS,LC-MS)(GC-MS,LC-MS)第二节第二节 色谱分离过程和色谱图色谱分离过程和色谱图一一 色谱过程：被分离组分在两相中的色谱过程：被分离组分在两相中的“分配分配”平衡过程平衡过程 以分配色谱为例：以分配色谱为例： 进进入入固固定定相相返返回回流流动动相相再再进进入入固固定定相相再再返返回回流流动动相相反反复复多多次次分分配配被被测测组组分分分分配系数不同配系数不同 差速迁移差速迁移 分离分离 微微小小差差异异积积累累较较大大差差异异吸吸附附能能力力弱弱的的组分先

14、流出；吸附能力强的组分后流出组分先流出；吸附能力强的组分后流出二二 色谱流出曲线和色谱峰色谱流出曲线和色谱峰1 1流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰 由检测器输出的由检测器输出的电信号强度电信号强度对对时间时间作图，所作图，所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰是色谱峰2. 2. 基线基线 色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线，曲线称为基线，S/NS/N大、稳定的基线为水平直线大、稳定的基线为水平直线 3. 3. 峰高峰高 色谱峰色谱峰顶点顶点与与基线基线之间的垂直距离，以之间的垂直距离，以h

15、 h表示表示 4. 4. 保留值保留值 保保留留值值是是试试样样中中各各组组分分在在色色谱谱柱柱内内滞滞留留时时间间的的数数值值，反反映映了了组组分分分分子子与与固固定定相相分分子子间间作作用用力力的的大大小小，是是组分的色谱行为。组分的色谱行为。(1)(1)死时间死时间 t tM M 不不被被固固定定相相保保留留的的组组分分（如如空空气气、甲甲烷烷）进进入入色色谱谱柱柱时时，从从进进样样到到出出现现色色谱谱峰峰极极大大值值所所需需的的时时间间称称为为死死时时间间。死死时时间间也也是是流流动动相相流流经经色色谱谱柱柱所所需需要要的的时间，时间，流动相平均线速度可表示为：流动相平均线速度可表示为

16、： (2) (2) 保留时间保留时间t tR R：试样：试样组分组分从进样从进样到柱后出现浓度最到柱后出现浓度最大值时的大值时的时间。时间。 保留时间就是保留时间就是组分通过色谱柱的时组分通过色谱柱的时间间，或者说，或者说组分在柱内运行的时间。组分在柱内运行的时间。(3) (3) 调整保留时间：某组份的保留时间扣除死时间后调整保留时间：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即 t tR R=t tR R-t-tM M 由于保留时间为色谱定性依据。但同一组份的保由于保留时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间与流速有关，

17、留时间与流速有关，流动相流速大，保留时间相应流动相流速大，保留时间相应降低降低，两者的乘积仍为常数；而，两者的乘积仍为常数；而保留体积与流速无保留体积与流速无关关，因此有时需用保留体积来表示保留值。，因此有时需用保留体积来表示保留值。 （4 4）死体积）死体积V VM M：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相体积，本意指动相体积，本意指未被固定相占据的空隙体积未被固定相占据的空隙体积，还包括，还包括色谱仪管路色谱仪管路，连接头间空隙和检测器间隙连接头间空隙和检测器间隙。死体积可由。死体积可由死时间死时间与与流动相体积流速流动相体积流速(F Fo o与温度和

18、气压有关与温度和气压有关) )来计来计算：算： V VM M = =t tM M F Fo o（5 5）保留体积）保留体积V VR R：指从进样到：指从进样到待测物待测物在柱后出现浓度极在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积大点时所通过的流动相的体积 V VR R = =t tR R F Fo o（6 6）调整保留体积：某组份的保留体积扣除死体积后的）调整保留体积：某组份的保留体积扣除死体积后的体积体积 V VR R= V= VR R-V-VM M= =t tR R F Fo ol死体积死体积反映了反映了色谱柱色谱柱和仪器系统和仪器系统的的几何特性几何特性，它，它与待与待测物的性质无关测物

19、的性质无关，故保留体积值中扣除死体积后将更，故保留体积值中扣除死体积后将更加合理的反映被测组分的保留特性。加合理的反映被测组分的保留特性。l保留值保留值: :试样的各组分在色谱柱中的滞留时间，通常用试样的各组分在色谱柱中的滞留时间，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积表示。时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积表示。 被分离组分在色谱柱中的被分离组分在色谱柱中的滞留时间滞留时间主要取决于它在主要取决于它在两相间的分配过程两相间的分配过程，保留值是由色谱分离过程中的，保留值是由色谱分离过程中的热热力学因素力学因素所控制的，在一定的所控制的，在一定的固定相和操作条件固定相和操作条件下，下，

20、任何一种物质都有确定的保留值。任何一种物质都有确定的保留值。l只要只要柱温柱温，固定相性质固定相性质不变，即使不变，即使柱径，柱柱径，柱长，填充情况及流动相流速长，填充情况及流动相流速有所变化，保有所变化，保留体积和调整保留体积都不变。同一组份留体积和调整保留体积都不变。同一组份的的保留时间与流速有关保留时间与流速有关；保留体积保留体积V VR R和调整和调整保留体积保留体积V VR R与流速无关。与流速无关。5 5 相对保留值相对保留值 r r2,12,1（1 1）组份组份2 2的调整保留值与组份的调整保留值与组份1 1的调整保留值之比的调整保留值之比（2 2）表示表示固定相的选择性固定相的

21、选择性，等于，等于1 1不能分离不能分离（3 3）相对保留值的优点是只要相对保留值的优点是只要柱温，固定相性质柱温，固定相性质不变，不变，即使即使柱径，柱长，填充情况级流动相流速柱径，柱长，填充情况级流动相流速有所变化，有所变化，相对保留值仍保持不变，因此它是色谱定性分析的重相对保留值仍保持不变，因此它是色谱定性分析的重要参数要参数 相对保留值相对保留值绝对不是绝对不是两个组份两个组份保留时间保留时间或或保留保留体积体积之比之比6 6 选择因子选择因子 在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（s s），然后再求其它峰（），然后再求其它峰（i i）对这个

22、峰的）对这个峰的相对保留相对保留值值，以，以表示：表示：式中式中t tr r(i(i)为后出峰的调整保留时为后出峰的调整保留时间，所以这时间，所以这时总是大于总是大于1 1的的7 7 区域宽度区域宽度 色谱峰的区域宽度是组份在色谱柱中色谱峰的区域宽度是组份在色谱柱中谱带扩张谱带扩张的函的函数，它反映了色谱操作条件的数，它反映了色谱操作条件的动力学动力学因素度量色谱峰因素度量色谱峰区域宽度通常有三种方法：区域宽度通常有三种方法：1. 1. 标准偏差标准偏差 即即0.6070.607倍峰高处色谱峰宽的一半倍峰高处色谱峰宽的一半 EFEF距离的一半距离的一半2. 2. 半峰宽半峰宽W W1/2 1/

23、2 即即峰高一半处对应的峰宽峰高一半处对应的峰宽， GHGH间的距离间的距离W W1/21/2 = 2.354 = 2.3543. 3. 基线宽度基线宽度W W 即即色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点上上的的切切线线在在基基线线上上的的截截距距，如如图图18183 3中中IJIJ的的距距离离它它与与标标准准偏差偏差的关系是：的关系是： W = 4W = 4 色谱流出曲线得到的重要信息色谱流出曲线得到的重要信息 ( (l)l)根根据据色色谱谱峰峰的的个个数数，可可以以判判断断样样品品中中所所含含组组份份的的最最少个数少个数 (2)(2)根根据据色色谱谱峰峰的的保保留留值值( (或或位位置置），可可以以

24、进进行行定定性性分分析析 (3)(3)根据色谱峰下的根据色谱峰下的面积或峰高面积或峰高，可以进行，可以进行定量分析定量分析 (4)(4)色色谱谱峰峰的的保保留留值值及及其其区区域域宽宽度度，是是评评价价色色谱谱柱柱分分离离效能效能的依据的依据 (5)(5)色谱峰色谱峰两峰间的距离两峰间的距离，是评价固定相，是评价固定相( (和流动相和流动相) )选选择是否合适的依据择是否合适的依据三三 色谱分析理论基础色谱分析理论基础 两组分两组分峰间距峰间距足够远：由各组分在两相间的足够远：由各组分在两相间的分配系数分配系数决定，决定，即由色谱过程的即由色谱过程的热力学热力学性质决定。性质决定。 每个组分每

25、个组分峰宽峰宽足够小：由组分在色谱柱中的足够小：由组分在色谱柱中的传质和扩散传质和扩散决定，即由色谱过程决定，即由色谱过程动力学动力学性质决定。性质决定。 因此因此, ,研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方面进行。面进行。 一一 描述分配过程的参数描述分配过程的参数 1 1 分配系数（平衡常数）分配系数（平衡常数） 在一定的在一定的压力和温度压力和温度下，组分在两相间达到分配下，组分在两相间达到分配平衡时，组分在固定相中的平衡时，组分在固定相中的浓度浓度CsCs与在流动相中的与在流动相中的浓浓度度CmCm之比。之比。 K K与与组分，组分，固

26、定相，固定相，流动相性质，温度和压力流动相性质，温度和压力有关，有关，与两相与两相体积、柱管特性和所用仪器体积、柱管特性和所用仪器无关；分配系数无关；分配系数K K越越大，越晚流出色谱柱；分配系数大，越晚流出色谱柱；分配系数K K越小，越早流出色谱越小，越早流出色谱柱，柱，组分在柱中移动速度与其分配系数成反比。组分在柱中移动速度与其分配系数成反比。 2 2 分配比（容量因子，容量比）分配比（容量因子，容量比） 在一定在一定温度和压力温度和压力下，组份在两相间的分配达平衡下，组份在两相间的分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的时，分配在固定相和流动相中的质量比质量比，反映了组分，反映了组分在柱中

27、的在柱中的迁移速率。迁移速率。 k值决定于值决定于组分，两相热力学性质组分，两相热力学性质，随，随柱温、柱压柱温、柱压变变化而变化，还与流动相及固定相的化而变化，还与流动相及固定相的体积体积有关，有关，VmVm为柱中为柱中流动相的体积，色谱柱固定相颗粒间的空隙体积流动相的体积，色谱柱固定相颗粒间的空隙体积，VsVs为为柱中柱中固定相的体积固定相的体积。3 3 分配系数分配系数K K与分配比与分配比k的关系的关系（1 1）称为称为相比率相比率，它也是反映，它也是反映色谱柱柱型特点色谱柱柱型特点的参数。对填充的参数。对填充柱，柱，=6=63535；对毛细管柱，；对毛细管柱，=60=60150015

28、00。（2 2）分配系数分配系数K K只决定于只决定于组分和两相性质组分和两相性质，与两相体积无关；，与两相体积无关；分分配比配比k k不仅取决于不仅取决于组分和两相的性质组分和两相的性质，且与，且与相比相比有关，即组分的有关，即组分的分分配比随固定相的量而改变。配比随固定相的量而改变。（3 3）二者在表征组分的分离行为时是完全等效的。二者在表征组分的分离行为时是完全等效的。 4 4、 保留值与分配比保留值与分配比k的关系的关系VR = VM +K Vsk = VR， /VM= tR， /tM分配比分配比是调整保留时间（体积）与死时间（体积）之比，是调整保留时间（体积）与死时间（体积）之比，表

29、示表示组分分子花费在固定相中的时间比在流动相中长多少组分分子花费在固定相中的时间比在流动相中长多少倍；也说明调整保留值与分配比成正比。倍；也说明调整保留值与分配比成正比。5 5、分配系数、分配系数K K及分配比及分配比k与选择因子与选择因子的关系的关系 K K或或k反映的是反映的是某一组分在两相间的分配情况某一组分在两相间的分配情况；而；而是是反映反映两组分间的分离两组分间的分离情况！当两组分情况！当两组分K K或或k k相同时，相同时，=1=1时，时，两组分不能分开；当两组分两组分不能分开；当两组分K K或或k k相差越大时，相差越大时，越大，分越大，分离得越好。也就是说，两组分在两相间的离

30、得越好。也就是说，两组分在两相间的分配系数不同分配系数不同，是是色谱分离的先决条件。色谱分离的先决条件。 二二 塔板理论塔板理论 最早由最早由MartinMartin等人提出塔板理论，把色谱柱比作一个精馏等人提出塔板理论，把色谱柱比作一个精馏塔，用精馏塔中塔，用精馏塔中塔板塔板的概念来描述组分在的概念来描述组分在两相间的分配两相间的分配行为，行为，同时引入同时引入理论塔板数理论塔板数(n)(n)作为衡量柱效率的指标，即色谱柱是由作为衡量柱效率的指标，即色谱柱是由一系列连续的、相等水平的塔板组成。每一块塔板的高度用一系列连续的、相等水平的塔板组成。每一块塔板的高度用H H表表示，称为塔板高度。示

31、，称为塔板高度。塔板理论假设：塔板理论假设：1.1.在在柱柱内内一一小小段段长长度度H H内内，组组分分可可以以在在两两相相间间迅迅速速达达到到平平衡衡，这这一小段柱长称为一小段柱长称为理论塔板高度理论塔板高度H H。2.2.以以气气相相色色谱谱为为例例，载载气气进进入入色色谱谱柱柱不不是是连连续续进进行行的的，而而是是脉脉动式动式，每次进气为一个塔板体积（，每次进气为一个塔板体积（VVm m）。）。3. 3. 所有组分开始时存在于第所有组分开始时存在于第0 0号塔板上，而且试样沿号塔板上，而且试样沿轴（纵）轴（纵）向扩散可忽略。向扩散可忽略。4. 4. 分配系数分配系数在所有塔板上是在所有塔

32、板上是常数常数，与组分在某一塔板上的量无，与组分在某一塔板上的量无关。关。 可以理解为：每一块塔板上，溶质在两相间快速形成分配可以理解为：每一块塔板上，溶质在两相间快速形成分配平衡，而随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对平衡，而随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长为于一根长为L L的色谱柱，溶质平衡的次数应为：的色谱柱，溶质平衡的次数应为： n = L/Hn = L/H。n n称为理论塔板数称为理论塔板数, ,与精馏塔一样，色谱柱的与精馏塔一样，色谱柱的柱效柱效随理论塔随理论塔板数板数n n的增加而增加，随板高的增加而增加，随板高H H的增大而减小。的增大而减小。为简化起见

33、，假设色谱柱由为简化起见，假设色谱柱由5 5块块塔板（塔板（n n5 5）组成，以）组成，以r r表示塔表示塔板编号，板编号，0,10,1，22；某组分的；某组分的分配比分配比k=1=1。 在色谱分离过程中，该组分的分布可计算如下：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，即开始时，若有单位质量，即m=1m=1（例（例1mg1mg或或1g1g）的该组分）的该组分加到第加到第0 0号塔板上，分配平衡后，由于号塔板上，分配平衡后，由于k=1=1，故，故p=q=0.5p=q=0.5。以此。以此类推。类推。 每当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时，上述过每当一个新的板体积载

34、气以脉动式进入色谱柱时，上述过程就重复一次程就重复一次( (见下表见下表) )。塔板理论得出：塔板理论得出： 第一，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数第一，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数n n大于大于5050时，时，可得到基本对称的可得到基本对称的峰形曲线峰形曲线。通常填充色谱柱的通常填充色谱柱的n n约为约为10103 3 10106 6 ，H H1mm1mm。而毛细管柱。而毛细管柱 n=10n=105 5-10-106 6，H H0.5mm0.5mm 。第二，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的第二，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数分配系数有微小差异有微小差异，

35、经过多次的分配平衡后，可获得，经过多次的分配平衡后，可获得良好的分离。良好的分离。第三，第三，n n与半峰宽及峰底宽的关系式为：与半峰宽及峰底宽的关系式为： n = 5.54(tn = 5.54(tr r/W/W1/21/2) )2 2 = 16 (t = 16 (tr r/W)/W)2 2若扣除死时间若扣除死时间t tM M，用有效塔板数，用有效塔板数n n有效有效表示柱效表示柱效: : n n有效有效= 5.54(= 5.54(t tr r /W/W1/21/2) )2 2=16(t=16(tr r /W)/W)2 2 色谱峰色谱峰W W越小，越小，n n就越大，而就越大，而H H就越小，

36、柱效能越高，因就越小，柱效能越高，因此，此，n n和和H H是描述柱效能的指标。是描述柱效能的指标。 塔板理论用塔板理论用热力学热力学观点形象地描述了溶质在色观点形象地描述了溶质在色谱柱中的谱柱中的分配平衡和分离过程分配平衡和分离过程，导出，导出流出曲线流出曲线的数学模型的数学模型，并成功地解释了，并成功地解释了流出曲线的形状流出曲线的形状及浓度极大值的位置及浓度极大值的位置，还提出了，还提出了计算和评价柱计算和评价柱效效的参数。的参数。谱带会为什么扩张？谱带会为什么扩张？影响柱效的因素以及提高柱效的途径？影响柱效的因素以及提高柱效的途径？载气流速对柱效有没有影响载气流速对柱效有没有影响? ?

37、塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足三三 速率理论速率理论 1956 1956 年，荷兰学者年，荷兰学者 Van Van DeemterDeemter 提出了色提出了色谱过程谱过程动力学速率理论动力学速率理论。 吸收了塔板理论的概念，考虑了组分在两吸收了塔板理论的概念，考虑了组分在两相间的相间的扩散和传质扩散和传质过程，给出了过程，给出了 van van DeemterDeemter 方程方程 ： H = A + B / u + C uH = A + B / u + C u u u为流动相的线速度；为流动相的线速度；A A、涡流扩散项；涡流扩散项； B B、分子扩散项系数、分子扩散项系数、

38、 C C、传质阻力项系数。传质阻力项系数。1 1 涡流扩散项涡流扩散项 (A)(A) 在填充柱中，由于受到固在填充柱中，由于受到固定相定相颗粒颗粒的阻碍，组份在迁的阻碍，组份在迁移过程中随流动相不断改变移过程中随流动相不断改变方向，形成方向，形成紊乱的紊乱的“涡流涡流”： 从图中可见，因填充物从图中可见，因填充物颗颗粒大小粒大小及填充的及填充的不均匀性不均匀性：同一组分运行路线长短不同同一组分运行路线长短不同流出时间不同流出时间不同（形成一（形成一个统计分布）个统计分布） 峰形展宽。峰形展宽。 A=2dp A=2dp dpdp 填充物平均直径填充物平均直径；填充不规则因子填充不规则因子 上式表

39、明，上式表明，A A与填充物的平均直径与填充物的平均直径dpdp的大小和填的大小和填充不规则因子充不规则因子有关，与有关，与流动相的性质、线速和组流动相的性质、线速和组分性质无关分性质无关。为了减少涡流扩散，提高柱效，使用。为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒细而均匀的颗粒，并且，并且填充均匀填充均匀是十分必要的。是十分必要的。 对于空心毛细管，不存在涡流扩散，因此对于空心毛细管，不存在涡流扩散，因此A A0 02 2 分子扩散项分子扩散项 (B/u) (B/u) 纵向分子扩散是由于纵向分子扩散是由于色谱柱轴向上的色谱柱轴向上的浓度梯度浓度梯度引引起的。当样品被注入色谱柱起的。当样品

40、被注入色谱柱时，它呈时，它呈“塞子塞子”状分布。状分布。随着流动相的推进，随着流动相的推进，“塞子塞子”因浓度梯度而向因浓度梯度而向“塞子塞子”前后前后自发地扩散自发地扩散，组分分子，组分分子从高浓度处向低浓度处扩散，从高浓度处向低浓度处扩散，引起谱峰展宽。引起谱峰展宽。 B B2D2Dg g ：弯曲因子，填充柱色谱，：弯曲因子，填充柱色谱，11.51.5， R R增加不大增加不大) )。改变改变的方法有：的方法有：降低柱温、改变流动相及降低柱温、改变流动相及固定相的性质和组成。固定相的性质和组成。 3 ) 3 ) 分离度分离度R R与分配比与分配比k的关系的关系 k与与两组分的性质和柱子两组

41、分的性质和柱子都有关。都有关。k增加，增加，分离度分离度R R增加，但当增加，但当k1010，则，则R R的增加不明的增加不明显。通常显。通常k在在2 21010之间之间改变改变k的方法有：适当的方法有：适当增加柱温增加柱温(GC)(GC)、改变、改变流动相性质流动相性质和和组成组成(LC)(LC)以及以及固定相含量固定相含量 例：两组分在例：两组分在1m1m长柱子上的分离度为长柱子上的分离度为0.750.75，问使用，问使用 多长柱子可以使它们完全分离？多长柱子可以使它们完全分离？解：解：例：已知物质例：已知物质A A和和B B在一根在一根30.0cm30.0cm长的柱上的保留时长的柱上的保

42、留时间分别为间分别为16.4016.40和和17.63min17.63min，不被保留组分通过该柱不被保留组分通过该柱的时间为的时间为1.30min1.30min，峰底宽为，峰底宽为1.111.11和和1.21min1.21min，试计试计算（算（1 1）柱的分离度（）柱的分离度（2 2）柱的平均塔板数（）柱的平均塔板数（3 3）塔板）塔板高度（高度（4 4）达）达1.51.5分离所需柱长分离所需柱长解：解：第三节第三节 色谱法的定性定量方法色谱法的定性定量方法一一 定性分析定性分析1 1、利用、利用保留值保留值定性定性 1 1）已知对照物定性：定性）已知对照物定性：定性专属性差专属性差 不不

43、同同组组分分如如在在某某一一色色谱谱条条件件下下保保留留值值相相同同，应应更更改改色色谱谱柱柱再再检测，粗步判断是否为一个纯物质。检测，粗步判断是否为一个纯物质。 2 2）相对保留值相对保留值定性定性 在在样样品品和和标标准准中中分分别别加加入入同同一一种种基基准准物物s s ，将将样样品品的的ri,s 和和标标准物的准物的ri,s 相比较来确定样品中是否含有相比较来确定样品中是否含有i i组分。组分。 3 3 利用利用保留指数保留指数定性定性保留指数是把保留指数是把物质的保留行为物质的保留行为用两个紧靠它的用两个紧靠它的标准物标准物（一般是（一般是两个正构烷烃两个正构烷烃）来标定，设正构烷烃

44、的保留指）来标定，设正构烷烃的保留指数为数为碳数碳数100100；测定时，将碳数为；测定时，将碳数为Z Z和和Z+1Z+1的正构烷烃的正构烷烃加入到样品加入到样品x x中进行色谱分析，测得这三个物质的调整中进行色谱分析，测得这三个物质的调整保留值分别为：保留值分别为：t tR R（i i) ) ，t tR R （Z Z) ) 和和t tR R (z+1)(z+1)，且待，且待测物测物x x的调整保留值需要介于两个烷烃之间。的调整保留值需要介于两个烷烃之间。 保留指数保留指数仅与仅与固定相的性质、柱温固定相的性质、柱温有关，与其有关，与其它实验条件无关它实验条件无关；其准确度和重现性都很好其准确

45、度和重现性都很好, ,只只要柱温与固定相相同，就可应用文献值进行鉴要柱温与固定相相同，就可应用文献值进行鉴定，而不必用纯物质相对照定，而不必用纯物质相对照。2 2利用利用化学反应化学反应定性：收集柱后组分，官能团定性：收集柱后组分，官能团反应定性鉴别（非在线）。反应定性鉴别（非在线）。3 3利用利用两谱联用两谱联用定性：定性：GC-MSGC-MS，GC-FTIRGC-FTIR。二二 定量分析定量分析 色谱定量的色谱定量的依据依据是当操作条件一致时，被测组分的是当操作条件一致时，被测组分的质量质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比，即：，即： i i =

46、 = f fi i A Ai i 式中式中 i i为被测组分为被测组分i i的质量；的质量； A Ai i为被测组分为被测组分i i的峰的峰面积；面积； f fi i为被测组分为被测组分i i的的校正因子。校正因子。进行色谱定量分析时需要：进行色谱定量分析时需要：（1 1）准确测量检测器的响应信号）准确测量检测器的响应信号 峰面积或峰高峰面积或峰高；（2 2）准确求得比例常数）准确求得比例常数 校正因子校正因子；（3 3）正确选择合适的）正确选择合适的定量计算方法定量计算方法，将测得的峰面积，将测得的峰面积或峰高换算为组分的百分含量。或峰高换算为组分的百分含量。 （一）峰面积的测量（一）峰面积

47、的测量1 1对于对称峰对于对称峰 : :A=1.605h WA=1.605h W1/21/22 2非正常峰（不对称峰）非正常峰（不对称峰）: : A=1.605hA=1.605h (W0.15+W0.85)3 3自动求和（自动积分仪或色谱工作站）：自动求和（自动积分仪或色谱工作站）： 直接给出直接给出A A，h h，W W1/21/2（二）定量校正因子（二）定量校正因子 为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰面积进行校正，即在定量计算中引入面积进行校正，即在定量计算中引入校正因子校正因子 f fi i = m = mi i / A / Ai i

48、 式中式中f fi i值与组分值与组分i i质量绝对值成正比，称为质量绝对值成正比，称为绝对校绝对校正因子正因子。在定量分析时要精确求出。在定量分析时要精确求出f fi i值是比较困难的：值是比较困难的：一方面由于一方面由于精确测量绝对进样量精确测量绝对进样量困难；另一方面峰面积困难；另一方面峰面积与与色谱条件色谱条件有关，要保持测定有关，要保持测定f fi i值时的色谱条件相同，值时的色谱条件相同，既不可能又不方便。既不可能又不方便。1 1 相对校正因子相对校正因子 相对校正因子相对校正因子f fi i 为为组分组分i i与标准物质与标准物质s s的绝对校正的绝对校正因子之比因子之比 f f

49、i i = =f fi i/f/fs s = =（m mi i /A/Ai i）/ /（m ms s/A/As s）= =（m mi i/m/ms s） （A As s/A/Ai i） 相对校正因子相对校正因子f fi i 是当组分是当组分i i的质量与标准物质的质量与标准物质s s相相等时，标准物质的峰面积是组分等时，标准物质的峰面积是组分i i峰面积的倍数峰面积的倍数。通过相通过相对校正因子，可以把各个对校正因子，可以把各个组分的峰面积组分的峰面积分别分别换算换算成与其成与其质量相等的质量相等的标准物质的峰面积标准物质的峰面积，于是比较标准就统一了，于是比较标准就统一了，这就是归一化法求算

50、各组分百分含量的基础这就是归一化法求算各组分百分含量的基础(2). (2). 相对校正因子的表示方法相对校正因子的表示方法 常用的标准物质，对于常用的标准物质，对于热导检测器（热导检测器（TCDTCD）是是苯苯，对对氢氢焰检测器（焰检测器（FIDFID）是是正庚烷正庚烷相对相对质量质量校正因子校正因子相对相对摩尔摩尔校正因子校正因子相对相对体积体积校正因子校正因子（三）定量方法（三）定量方法1 1归一化法归一化法2 2外标法外标法 3 3内标法内标法 1 1归一化法归一化法定义：所有出峰组分含量之和按定义：所有出峰组分含量之和按100%100%计定量方法计定量方法依据：组分依据：组分含量含量与

51、与峰面积峰面积成成正比正比. 特特点点：简简便便，准准确确，样样品品的的所所有有组组分分必必须须全全部部流流出出，且且出出峰峰；某某些些不不需需要要定定量量的的组组分分也也必必须须测测出出其其峰峰面面积积及及f f i i值值。此此外外，测测量量低低含含量量尤尤其是其是微量杂质微量杂质时，误差较大时，误差较大. .2 2外标法外标法 外标法实际上就是常用的外标法实际上就是常用的标准曲线法标准曲线法：首先用纯物：首先用纯物质配制一系列不同浓度的标准试样，在一定的色谱条质配制一系列不同浓度的标准试样，在一定的色谱条件下准确定量进样，测量峰面积（或峰高），绘制标件下准确定量进样，测量峰面积（或峰高）

52、，绘制标准曲线。进样品测定时，要在与绘制标准曲线准曲线。进样品测定时，要在与绘制标准曲线完全相完全相同的色谱条件同的色谱条件下准确进样，根据所得的峰面积（或峰下准确进样，根据所得的峰面积（或峰高），从曲线查出被测组分的含量。高），从曲线查出被测组分的含量。 外标法特点：外标法特点：1 1）不需要校正因子，不需要所有组分出峰。）不需要校正因子，不需要所有组分出峰。 2 2）结果受）结果受进样量、进样重复性和操作条件进样量、进样重复性和操作条件影响大影响大每次进样量应一致，否则产生误差。每次进样量应一致，否则产生误差。3 3 内标法内标法 所谓内标法，是将一定量的所谓内标法，是将一定量的纯物质纯物

53、质作为内作为内标物加入到标物加入到准确称量准确称量的试样中，根据的试样中，根据试样和内标试样和内标物的质量物的质量以及以及被测组分和内标物的峰面积被测组分和内标物的峰面积可求出可求出被测组分的含量。由于被测组分与内标物质量之被测组分的含量。由于被测组分与内标物质量之比等于峰面积之比，即比等于峰面积之比，即 m mi i/m/ms s= =A Ai if f i i/A/As sf f s s m mi i= =m ms sA Ai if f i i/A/As sf f s s式中下标式中下标s s代表内标物代表内标物,i,i代表组分代表组分, ,若试样质量为若试样质量为m m，则，则 P Pi

54、 i% =(m% =(mi i/m)/m)100%=100%=m ms sA Ai if f i i/A/As sf f s sm m 100%100% 内标法的选择条件：内标法的选择条件：（1 1）内标物应是试样中原来不存在的纯物质，）内标物应是试样中原来不存在的纯物质，性质与被测物相近，能完全溶解于样品中，性质与被测物相近，能完全溶解于样品中，但不能与样品发生化学反应。但不能与样品发生化学反应。（2 2）内标物的峰位置应尽量靠近被测组分的峰，）内标物的峰位置应尽量靠近被测组分的峰，或位于几个被测物峰的中间并与这些色谱或位于几个被测物峰的中间并与这些色谱峰完全分离。峰完全分离。（3 3）内标

55、物的质量应与被测物质的质量接近，）内标物的质量应与被测物质的质量接近，能保持色谱峰大小差不多。能保持色谱峰大小差不多。内标法的优点内标法的优点：（1 1）因为）因为m ms s/m/m比值恒定，所以比值恒定，所以进样量进样量不必准确。不必准确。（2 2）又因为该法是通过测量）又因为该法是通过测量A Ai i/A/As s比值进行计算的，比值进行计算的，操操作条件作条件稍有变化时对结果没有什么影响，因此定量结果稍有变化时对结果没有什么影响，因此定量结果比较准确。比较准确。（3 3）该法适宜于）该法适宜于低含量组分低含量组分的分析，且不受归一法使的分析，且不受归一法使用上的局限。用上的局限。内标法的主要缺点内标法的主要缺点：每次分析都要用分析天平准确称出：每次分析都要用分析天平准确称出内标物和样品的质量；其次，在样品中加入一个内标物，内标物和样品的质量；其次，在样品中加入一个内标物，显然对分离度的要求比原样品更高。显然对分离度的要求比原样品更高。