仪器分析讲义第二章

1、mscck mmssvcvck kvvvcvcksmmmssmartin and synge 1941） h = l / n 理论塔板高度为h，柱长为l，理论塔板数n 。塔板理论前提假设：1. 每段间隔内，气相平均组成与液相平均组成迅速达到分配平衡。2. 载气进入色谱柱不是连续的，而是脉动式的，每次进气为一个板体积。3. 试样开始时都加在0号塔板上，并且试样沿色谱柱方向的扩散可忽略。4. 分配系数在各塔板上是常数。 色谱柱塔板数n=5某一组分分配比k=1单位质量m=1以载气板体积数为横坐标，柱出口浓度为纵坐标，作出组分流出曲线图当n值很大时（103-106），流出曲线趋近于正态分布，流出曲线上

2、浓度 c 与时间 t 关系为：222)(02rttecc理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留时间（tr）和峰底宽（w）或半峰宽（ wh/2 ）按下式推算：2)(16wtnr22)(54. 5hrwtn 或有效塔板数（neff）的计算公式为；222/)(16)(54. 5wtwtnrhreff 通常用有效塔板数（n neffeff）来评价柱的效能比较符合实际。 neff 越大或h heffeff越小，则色谱柱的柱效越高。 heff=l/neff j. j. van deemter 1956） 吸收了塔板理论的概念，结合影响塔板高度的动力学因素，导出塔板高度h与载气线速度u的关系 cuuba

3、h a，b，c为常数，a项为涡流扩散项涡流扩散项；b/ u项为分子扩散项为分子扩散项；c u为传质项传质项，；u为载气线速度，单位为cm/s。a=2dp 填充的不均匀性填充的不均匀性，dp填充物的平均颗粒直径（填充物的平均颗粒直径（cm）b=2dg 弯曲因子，弯曲因子， dg 组分在气相中的扩散系数（组分在气相中的扩散系数（cm2 s-1）gpgddkkc222)1 (01. 0gflddkkc22)1 (32范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明 ，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。 uddkkddkkuddhgfggp

4、p22222)1 (32)1 (01. 022resolutionresolution相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用r表示。分离度可用来衡量色谱峰分离效能的指标。21) 1 ()2(21) 1 ()2()( 22wwttwwttrrrrr r 越大，表明两组分分离效果越好 保留值之差取决于固定液的热力学性质 色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素及柱效能高低两组分如何能够完全分离？两组分色谱峰间距足够大峰必须窄对于峰形对称且满足正态分布的色谱峰：r=1, 分离程度为98%； r=1.5，分离程度可达99.7%。 所以所以r=1.5时可认为色谱峰已完全时可认为色谱峰已完全分开

5、。分开。当两组分色谱峰分离较差，峰底宽度难测量时，可用半峰宽代替峰底宽度。21) 1 ()2(21) 1 ()2()( 22wwttwwttrrrrra、标准偏差、标准偏差 0.607倍峰高处色谱宽度的一半倍峰高处色谱宽度的一半b、标准偏差峰宽、标准偏差峰宽 w0.607h=2 c、半高峰宽、半高峰宽 wh/2=2(2ln2)1/2=2.35 峰高一半处的宽度峰高一半处的宽度d 、峰底宽、峰底宽 wd = 4r=0.59r设两相邻峰的峰宽相等，即w1=w2，则2)1()2(21)1()2()(2wttwwttrrrrr2)(16wtnrntntwrr)2(2)2(2416又知另1 , 2121

6、2)1()2(rkkttttttmrmrrr ）（）（2)2(kttmr )1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnr)1)(4(1 , 21 , 2rrnreff )1(1 , 21 , 2rr)1(22kk称为柱效项；称为柱选择项；容量因子项。4n r12，相对保留因子)1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnr)1)(4(1 , 21 , 2rrnreff kknr114色谱分离基本方程色谱分离基本方程)1 (kttmr222/)(16)(54. 5wtwtnrhreff222)(16)(54. 5wtwtnrhr)1 (kttmreffnkkn2)1(14effnr

7、与柱效的关系（柱效因子）r nr n1/21/2提高分离度r的方法：增加柱长和减小塔板高度n=l/h与容量因子k的关系k值增大，有利于分离，但k 10时，对r的增加不明显，也会显著增加分析时间k的最佳范围：1 10k值调整方法： 改变柱温 和 改变相比。与柱选择性的关系越大，柱选择性越好，分离效果越好。如果两个相邻峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的理论塔板数较小，也可以实现分离。 增加值的方法：改变固定相，使组合分配系数有较大差别分离度、柱效、柱选择性的关系effeffeffhrhnl22)1(1614effnr22)1(16rneff设有一对物质，其r2,1=1.15,要求在heff=0.1

8、cm的某填充柱上得到完全分离，试计算至少需要多长的色谱柱？解：要实现完全分离，r1.5,故所需有效理论塔板数为：使用普通色谱柱，有效塔板高度为0.1cm,故所需柱长应为：)(2)(2 .2111 . 02112mcml2112115. 115. 15 . 11622effn实际工作中，为了缩短分析时间，常使流速稍高于最佳流速。bcah2mincuubah cubdudh2cb最佳u填充柱最佳实用线速： n2 10-12 cms-1, h2 15-20 cms-1,用体积流量表示时，当色谱柱内径为3mm时n2 15-25 mlmin-1, h2 30-40 mlmin-1体积流速f0与线速度之间

9、的关系：201/cm60/)/(柱截面积fscmugflddkkc22)1 (324. 担体性质和粒度担体性质和粒度要求：担体表面积大，表面和孔径分布均匀。以使固定液在担体表面成为均匀薄膜，液相传质快，提高柱效能。担体粒度匀细可提高柱效。过细阻力大，使柱压降增。3-6mm色谱柱，常使用80-100目担体。5.进样时间和进样进样时间和进样尽量快，注射器或进样阀进样，常在1秒内。过长试样原始宽度变大，半峰宽变宽，使峰变形。液体 0.1-0.5 l，气体 0.1-10 ml。进样量过大造成峰重叠，分离不好，太小信号弱。6. 汽化温度汽化温度在试样不分解情况下，提高汽化温度对分离及定量有利。汽化温度常

10、比柱温高30-70.一、固定相的类型： 1.吸附剂型固定相 固定相 2.担体+固定液型固定相气固色谱法常用吸附剂及性能：见p25，表2-4，p26，表2-5 气液色谱固定相气液色谱固定相担体：一种化学惰性、多孔性固体颗粒，其作用是提供一大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。要求：1. 表面化学惰性，表面没有吸附性或吸附性很弱，绝不能与被测物起化学反应。2. 多孔性，即表面积较大，使固定液与试样接触面较大。3. 热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎。4. 担体粒度均匀，细小，以利于提高柱效。通常60-80目，或80-100目。常用担体+固定液型固定相中：常用担体有：1

11、、红色担体：（101型担体） 特点是：表面空隙小、比表面积大、机械强度 高、担液能力强、表面有吸附中心。2、白色担体：（6201型担体） 特点是：表面空隙较大、比表面积较小、机械 强度较差、担液能力中、表面无吸附中心。3、非硅藻土型担体：聚合氟塑料担体、玻璃 微球担体、高分子微球担体等。特点是：表面空隙适中、比表面积适中、机械强 度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。二、固定液：要求：1.挥发性小，在操作温度下有较低蒸气压，不易流失。二、固定液分离特征： 固定液分离特征是选择是固定液的基础，一般根据“相似

12、相溶”原理进行，即：固定液的性质和固定液的性质和被测组分有某些相似性时，其溶解度就大。如果组分与固定液分子性质 ( 极性 ) 相似，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大，分配系数就大，被测组分在固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用的大小有关 rttqqqqqprrxx2121211lglg100100)(， 三、固定液选择三、固定液选择“相似相溶相似相溶”原理原理：1.分离非极性物质，一般选用非极性固定液。这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。2.分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分

13、主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。 3.分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分 ( 或易被极化的组分 ) 后出峰。 4.对于能形成氢键的试样，如醇、酚、胺和水等的分离。一般选择极性的或是氢键型的固定液，这时试样中各组分按与固定液分子形成氢键的能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。 通用检测器有：通用检测器有：1 1、热导池检测器，、热导池检测器，tcd (thermal conductivity tcd (thermal conductivity detector) detector)2 2、氢火焰离

14、子化检测器、氢火焰离子化检测器,fid,fid (hydrogen flame (hydrogen flame ionization detector) ionization detector) 专用检测器有：专用检测器有：3 3、电子俘获检测器，、电子俘获检测器，ecd (electron capture ecd (electron capture detector) detector) 4 4、火焰光度检测器，、火焰光度检测器，fpd (flame photometric fpd (flame photometric detector) detector) 特殊检测器有：特殊检测器有：ft

15、irftir、msms、影响热导池检测器灵敏度的因素影响热导池检测器灵敏度的因素(1)桥路工作电流影响：电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。 (2)热导池体的温度的影响：当桥路一定时，钨丝温度一定。 (3)载气的影响：载气与试样的热导系数相差愈大，则灵敏度愈高。 (4)热敏元件阻值的影响：选择阻值高，电阻温度系数较大的热敏元件 ( 钨丝 ) ，当温度有一些变化时，就能引起电阻明显变化，灵敏度就高。 结构：a预热区b点燃区c热解区d反应区质量型检测器灵敏度计算式mams峰面积（mvs）进样量 （g）浓度型检测器灵敏度计算式maqovc,s 色

16、谱出口流量（ml/min）峰面积（mvmin）进样量（mg）n为检测器噪声，指由于各种因素引起的基线在短时间内左右偏差的响应数值。（单位mv）s为检测器灵敏度。d越小，仪器越敏感。 4 响应时间要求检测器能迅速地和真实地反映通过它的物质的浓度变化情况，即要求响应速度快。5 线性范围是指试样量与信号之间保持线性关系的范围，用最大进样量与最小检出量的比值表示，范围越大，越有利于准确定量。 适用于确证已知化合物利用保留值定性分析具体操作注意事项：1. 应采用重现性好和较少受到操作条件影响的保留值。保留时间或保留体积受操作条件影响较大，重现性较差，故常采用仅与柱温有关，不受操作条件影响的相对保留值作定

17、性指标。2. 对较简单多组分混合物，若其中所有待测组分均已知，色谱能分离，为确定各个色谱峰所代表物质，可将色谱峰保留值与相应的标准试样在同一条件下所测得的保留值进行对照比较。3. 对色谱图上出现的未知峰未知峰进行鉴定鉴定，a. 要利用对未知物的了解，估计未知物可能是哪几种化合物. b.从文献中找出这些化合物在某固定相上的保留值，与未知物在同一固定相上的保留值进行比较，排除部分可能化合物。c.将未知物与每一种可能化合物的标准试样在相同色谱条件下进行验证，比较两者保留值是否相同。 4. 未知物与标准试样保留值相同，但峰形不同时，不能认为是同一物质。应将两者混合进行色谱实验。若有新峰或在未知峰上有不

18、 规则形状，表示两者不同物质。若混合后峰增高，且半峰宽不相应增加，表示可能是同一物质。5. 在一根色谱柱上用保留值鉴定组分有时不可靠，因不同物质可能在同一色谱柱上具有相同保留值。所以应用双柱或多柱法进行定性分析。即：采用两根或多根性质不同的色谱柱进行分离，观察未知物和标准物质保留值是否始终重合。)lglglglg(1001zxxxxzzziiiitcabx1x2正庚烷正庚烷:x 正辛烷正辛烷:保留指数测定示意保留指数测定示意保留指数 准确度和重现性好，相对误差小，柱温和固定液相同的情况下，可不用纯物质，直接用文献上发表的保留指数进行定性鉴定。三、与其它方法结合的定性分析法：1.与质谱、红外光谱

19、等仪器联用2.与化学方法配合进行定性分析四、利用检测器的选择性进行定性分析 mi = fi ai待测物质质量待测物质质量待测物质定量校正因子待测物质定量校正因子待测物质色谱峰的积分面积待测物质色谱峰的积分面积色谱定量分析依据色谱定量分析依据 mi = fi ai0103hy1/2signalthyah 2/605. 12)85. 015. 0yyha （tbhyharh 2/quantitative calibration factor）iiiafm iiiamf 1.质量校正因子（质量校正因子（mass calibration factor fm ） siis)m( s)m( immamafff 2.摩尔摩尔校正因子（校正因子（molar calibration factor fm ） 各物质的量以摩尔数计，各物质的量以摩尔数计