第二章气相色谱法教育研究

1、第二章第二章 气气 相相 色色 谱谱 分分 析析 1章节课堂 “色谱法色谱法”名称的由来名称的由来石油醚石油醚(流动相流动相)碳酸钙碳酸钙( (固定相固定相) )色色谱谱带带叶绿素叶绿素a叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素2.1 概述概述19061906年，俄国植物学家茨维特年，俄国植物学家茨维特( (m.tswettm.tswett) )创立创立色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术2章节课堂 在色谱法中，将填入玻璃管或不锈在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为体）称为固定相固定相 ； 自上而下运动的一相（一般是气体自上而下运动的一相（

2、一般是气体或液体）称为或液体）称为流动相流动相 ； 装有固定相的管子（玻璃管或不锈装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为钢管）称为色谱柱色谱柱 。3章节课堂是利用混合物不同组分在是利用混合物不同组分在和和中分配系数中分配系数(或吸附系数、渗透或吸附系数、渗透性等性等)的差异，使不同组分在作相对的差异，使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配，实现分运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。离的分析方法。色谱法色谱法4章节课堂1.根据固定相的外形分根据固定相的外形分柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱平平 板板 色色 谱谱 色谱法的分类色谱法的分类5章节课堂2.根据分离机理根据分离机理可分为可分

3、为吸附色谱吸附色谱分配色谱分配色谱离子交换色谱离子交换色谱排阻色谱排阻色谱6章节课堂一般分类一般分类分离方法分离方法固定相固定相所用平衡所用平衡液相色谱液相色谱lc液液分配液液分配涂在载体表面的液体涂在载体表面的液体不同溶液之间分不同溶液之间分配平衡配平衡化学键合相化学键合相有机物被键合在载体表面有机物被键合在载体表面在液体与固定相在液体与固定相表面的分配表面的分配液固吸附液固吸附固体吸附剂固体吸附剂吸附吸附离子交换离子交换离子交换树脂离子交换树脂离子交换离子交换尺寸排阻尺寸排阻凝胶凝胶筛分筛分气 相 色 谱气 相 色 谱 g c（流动相为气（流动相为气体）体）气、液气、液涂在载体表面的液体涂

4、在载体表面的液体分析物与固定分析物与固定气气-键相键相有机物被键合在载体表面有机物被键合在载体表面气气-固固固体吸附剂固体吸附剂吸附吸附超临界流体色超临界流体色谱谱sfc（流动（流动相超临界流体）相超临界流体）固体表面键合的有机物固体表面键合的有机物超临界流体与键超临界流体与键合表面的分配合表面的分配相间的相互作用相间的相互作用3.按流动相不同分类按流动相不同分类7章节课堂2.2 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语色谱图（色谱图（chromatogram）：试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转

5、变检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号时间时间曲线或信号曲线或信号流动相体积曲线，流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，称为色谱流出曲线，8章节课堂基线：基线： 在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。时的流出曲线。9章节课堂( (一）保留值一）保留值定性参数定性参数1 死时间死时间tm(或或t0)：不被保留的样品通过色谱不被保留的样品通过色谱柱的时间柱的时间。mtl 流动相流动相平均线速度平均线速度柱长柱长10章节课堂2 2 保留时间保留时间t tr r （或（或t

6、 tr r ） 某组分从进样开始到柱后出现峰极大点某组分从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间，称为保留时间，它相应于时所经历的时间，称为保留时间，它相应于样品到达柱末端的检测器所需的时间样品到达柱末端的检测器所需的时间 11章节课堂3 调整保留时间调整保留时间tr (或或tr)tr=tr-tm某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调调整保留时间整保留时间12章节课堂 由于组份在色谱柱中的保留时间由于组份在色谱柱中的保留时间tr包含了包含了组份随流动相通过柱子所需的时间和组份在组份随流动相通过柱子所需的时间和组份在固定相中滞留所需的时间，所以固定相

7、中滞留所需的时间，所以tr实际上实际上是组份在固定相中停留的总时间保留时间是组份在固定相中停留的总时间保留时间可用时间单位（如可用时间单位（如s s）或距离单位（如）或距离单位（如cmcm）表）表示。示。 保留时间是色谱法定性的基本依据，保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组但同一组份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积等参数进行定性检定工作者有时用保留体积等参数进行定性检定13章节课堂4 死体积死体积vm(或或v0)0,vmmqtv 指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱

8、仪中管路和连接头间间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和当后两项的空间以及检测器的空间的总和当后两项很小而可忽略不计时，其值就相当于色谱柱很小而可忽略不计时，其值就相当于色谱柱内流动相的体积。死体积可由死时间与流动内流动相的体积。死体积可由死时间与流动相体积流速相体积流速qv,0（mlmin-1）计算：计算：14章节课堂5 保留体积保留体积vr(或或vr)：从进样开始到色谱峰从进样开始到色谱峰最大值出现时所通过的流动相的体积，单位最大值出现时所通过的流动相的体积，单位ml0,vrrqtv 6 调整保留体积调整保留体积vr(或或vr r): :保留体积保留体积减去死体

9、积，即组分停留在固定相时所消耗减去死体积，即组分停留在固定相时所消耗的流动相体积的流动相体积 或或0,vrrqtv mrrvvv 15章节课堂7.7.相对保留值相对保留值r r2,12,1 某组分某组分2 2的调整保留值与组分的调整保留值与组分1 1的调整保的调整保留值之比，称为相对保留值。留值之比，称为相对保留值。 由于相对保留值只与柱温及固定相性质由于相对保留值只与柱温及固定相性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特别相流速无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛是在气相色谱法中，广泛用作定性的依据用作定性的

10、依据。)1()2()1()2(21rrrrvvttr 16章节课堂 在定性分析中，通常固定一个色谱峰在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（作为标准（s s），然后再求其它峰（），然后再求其它峰（i i）对）对这个峰的相对保留值，此时可用符号这个峰的相对保留值，此时可用符号 表表示，即示，即 =tr (i)/tr (s) 式中式中t tr r (i)(i)为后出峰的调整保留时间，为后出峰的调整保留时间，所以所以 总是大于总是大于1 1的。相对保留值往往可作的。相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的指标，又称选择性为衡量固定相选择性的指标，又称选择性因子。因子。 17章节课堂 ( (二二) )

11、 区域宽度区域宽度柱效柱效 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量柱效率及反的重要参数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色映色谱操作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通常有谱峰区域宽度通常有三种方法三种方法。18章节课堂（1 1）标准偏差）标准偏差( ( ) )： 即即0.6070.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2 2）半峰宽）半峰宽( (y1/2) )： 色谱峰高一半处的宽度色谱峰高一半处的宽度 y y1/21/2 =2.354 =2.354 （3 3）峰底宽）峰底宽( (y) )：通过流出曲

12、线的拐点所作的通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距切线在基线上的截距 y=4 =4 19章节课堂（三）峰高与峰面积（三）峰高与峰面积定量定量峰高峰高h：从色谱峰顶点到基线的距离从色谱峰顶点到基线的距离峰面积峰面积a：峰与基线延长线所包围的面积峰与基线延长线所包围的面积a=1.065hy1/220章节课堂1.根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。数。2.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。3.根据色谱峰的面积或峰高根据色谱峰的面积或峰高,可以进行定量分析可以进行定量分析4.色谱峰的保留值及其区域宽度是

13、评价色谱柱分离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效能的依据5.色谱峰两峰间的距离，色谱峰两峰间的距离，是评价固定相是评价固定相(或流动相或流动相)选择是否合适的依据。选择是否合适的依据。( (四）色谱流出曲线上的信息四）色谱流出曲线上的信息21章节课堂 色谱分析的色谱分析的目的目的是将样品中是将样品中各组分彼此分离各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。即与色谱过程的热力学性质有关。 但是两峰

14、间虽有一定距离，如果每个峰都很但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。和动力学两方面来研究色谱行为。 2.3 色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理22章节课堂（一）分配系数（一）分配系数k和分配比和分配比k k1.分配系数分配系数k 分配色谱的分离是基于样品组分在固定分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流

15、动相之间反复多次的分配过程，而吸相和流动相之间反复多次的分配过程，而吸附色谱的分离是基于反复多次的附色谱的分离是基于反复多次的吸附吸附- -脱附脱附过过程。程。 这种分离过程经常用样品分子在两相间这种分离过程经常用样品分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的参数称为的分配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数分配系数k。 23章节课堂mscck 组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度分配系数定义分配系数定义在一定温度和压力下，组分在固定相和在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值，用流动相间达到分配平衡时的浓度比值，用k表

16、示。表示。24章节课堂 分配系数是由组分和固定相的热分配系数是由组分和固定相的热力学性质决定的，它是每一个溶质的力学性质决定的，它是每一个溶质的特征值，它仅与两个变量有关：特征值，它仅与两个变量有关：固定固定相和温度相和温度。与两相体积、柱管的特性与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪器无关。以及所使用的仪器无关。25章节课堂组分一定时，组分一定时，k主要取决于固定相性质主要取决于固定相性质组分及固定相一定时组分及固定相一定时, ,温度增加温度增加, ,k减小减小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

17、效果影响影响k的因素的因素 固定相固定相温度温度26章节课堂2.分配比分配比(容量因子容量因子) k kmsmmk 组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量 在一定温度和压力下，组分在固定相和在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用容量因子，也称分配比，用k k表示。表示。 27章节课堂 k k值越大，说明组分在固定相中的量越多，值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又称相当于柱的容量大，因此又称分配容量分配容量或或容量因子容量因子。它是衡

18、量色谱柱对被分离组分它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。保留能力的重要参数。k与与k k都是与组分及固定相的热力学性质有都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数。关的常数。k与与k k都是衡量色谱柱对组分保留能力的参都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。数，数值越大，该组分的保留时间越长。k k可直接从色谱图上求得。可直接从色谱图上求得。28章节课堂 其中其中称为相比率称为相比率，它是反映各种色谱，它是反映各种色谱柱型特点的又一个参数。例如，柱型特点的又一个参数。例如， 对填充柱，对填充柱，其其值一般为值一般为6 63535； 对毛细管柱，对毛细管柱，其

19、其值为值为6060600600。 3.分配系数分配系数k与分配比与分配比k k的关系的关系 kvvkvmvmvnvnccksmmmssmmssms/29章节课堂结论结论a.分配系数分配系数是组分在两相中的浓度之比，是组分在两相中的浓度之比， 分配比分配比则是组分在两相中分配总量之比则是组分在两相中分配总量之比. . 它们都与组分及固定相的热力学性质有关，它们都与组分及固定相的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化并随柱温、柱压的变化而变化. . b.分配系数分配系数只决定于组分和两相性质，与两相只决定于组分和两相性质，与两相体积无关体积无关. . 分配比分配比不仅决定于组分和两相性质，且与

20、相不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改变变. .30章节课堂c.对于一给定色谱体系（分配体系），组分对于一给定色谱体系（分配体系），组分的分离最终决定于组分在两相中的相对量的分离最终决定于组分在两相中的相对量，而不是相对浓度，因此，而不是相对浓度，因此分配比是衡量色分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数谱柱对组分保留能力的重要参数.k.k值越大值越大，保留时间越长，保留时间越长，k k值为零的组分，其保值为零的组分，其保留时间即为死时间留时间即为死时间. .d.d.若流动相（载气）在柱内的线速度为若流动相（载气）在

21、柱内的线速度为u.由由于固定相对组分有保留作用，所以组分在于固定相对组分有保留作用，所以组分在柱内的线速度柱内的线速度us将小于将小于u， 则两速度之比称为则两速度之比称为滞留因子滞留因子rs. . rs=us/u31章节课堂4.保留值与保留值与k、k k的关系的关系推导推导1：当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰好有一半的量随着好有一半的量随着vr体积的流动相流出柱子，其余一半则留体积的流动相流出柱子，其余一半则留在柱内，即留在柱内的流动相在柱内，即留在柱内的流动相(体积为体积为vm)与固定相与固定相(体积为体积为vs)中。根据物料等衡原理

22、得：中。根据物料等衡原理得：vrcm=vmcm+vscsvr=vm+vscs/cm=vm+kvs即：即： vr=kvs色谱过程的基本方程色谱过程的基本方程 vr=vm(1+k k)和和tr=tm(1+k k)色谱基本保留方程色谱基本保留方程smvvkk 由由得，得，k=kvs/vm，将代入得：将代入得：k k=(vrvm)/vm=vr/vm=tr/tm=(trtm)/tmk k=vr/vm=tr/tm32章节课堂推导推导2：滞留因子滞留因子rs若用质量分数来表示若用质量分数来表示整理可得：整理可得：tr=tm(1+k k)色谱基本保留方程色谱基本保留方程变形可得：变形可得：uurss kmmm

23、mmwrmsmsms 11/11srult ultm mrmmrtttttk 33章节课堂5.分离因子分离因子与与分配系数分配系数k及及分配比分配比k k的关系的关系上式表明：上式表明：实验测量值实验测量值k k与热力与热力学性质的学性质的分配系数分配系数k直接联系起来，直接联系起来，对固定相的对固定相的选择具有实际意义。选择具有实际意义。如果两组分的如果两组分的k k或或k k值相等，则值相等，则=1=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。两组分的两组分的k k或或k k值相差越大，则分离得越好。因此值相差越大，则分离得越好。因此两两组分具有不同的分

24、配系数是色谱分离的先决条件。组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。34章节课堂下图是下图是 a a、b b两组分沿色谱柱移动时，两组分沿色谱柱移动时，不同位置处的浓度轮廓。不同位置处的浓度轮廓。 浓度浓度沿柱移动距离沿柱移动距离 l lababkakb 图中图中k ka akkb b ，因此，因此，a a组分在移动过程中滞后。组分在移动过程中滞后。随着两组分在色谱柱中移动距离的增加，两峰间的随着两组分在色谱柱中移动距离的增加，两峰间的距离逐渐变大，同时，每一组分的浓度轮廓（即区距离逐渐变大，同时，每一组分的浓度轮廓（即区域宽度）也慢慢变宽。显然，区域扩宽对分离是不域宽度）也慢慢变宽。显然

25、，区域扩宽对分离是不利的，但又是不可避免的。若要使利的，但又是不可避免的。若要使a a、b b组分完全分组分完全分离，必须满足以下三点：离，必须满足以下三点： 35章节课堂第一第一，两组分的分配系数必须有差异；两组分的分配系数必须有差异；第二第二，区域扩宽的速率应小于区域分区域扩宽的速率应小于区域分 离的速度；离的速度；第三第三，在保证快速分离的前提下，提在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱。供足够长的色谱柱。36章节课堂 第一、二点是完全分离的必要条件。第一、二点是完全分离的必要条件。而作而作为一个色谱理论，它不仅应说明组分在色谱柱为一个色谱理论，它不仅应说明组分在色谱柱中移动的速率，

26、而且应说明组分在移动过程中中移动的速率，而且应说明组分在移动过程中引起区域扩宽的各种因素。因此引入了引起区域扩宽的各种因素。因此引入了塔板理塔板理论和速率理论论和速率理论，二者均以色谱过程中分配系数，二者均以色谱过程中分配系数恒定为前提，故称为线性色谱理论。恒定为前提，故称为线性色谱理论。 色谱法研究的核心色谱法研究的核心-选择最适合的选择最适合的色谱体系和条件、在最短的时间达到最佳色谱体系和条件、在最短的时间达到最佳的分离效果的分离效果。37章节课堂 2.4 色谱理论色谱理论 一、一、塔板理论塔板理论柱分离效能指标 最早由最早由martinmartin等人提出塔板理论，把色等人提出塔板理论，

27、把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为，同时概念来描述组分在两相间的分配行为，同时引入理论塔板数作为引入理论塔板数作为衡量柱效率的指标衡量柱效率的指标。即色谱柱是由一系列连续即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每的、相等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用一块塔板的高度用h表示，称表示，称为塔板高度，简称板高为塔板高度，简称板高。38章节课堂 简单地认为：在每一块塔板上，溶质简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对

28、动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根于一根长为长为l l的色谱柱的色谱柱，溶质平衡的次数应，溶质平衡的次数应为：为： n n称为理论塔板数称为理论塔板数。与精馏塔一样，色谱柱与精馏塔一样，色谱柱的柱效随的柱效随理论塔板数理论塔板数n n的增加而增加，随的增加而增加，随板板高高h h的增大而减小。的增大而减小。 39章节课堂该理论假定该理论假定： （i i）在柱内一小段长度在柱内一小段长度h h内，组分可以在两相间迅速达内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度h h。 （iiii）以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行以气相色谱

29、为例，载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（vvm m）。）。 （iiiiii）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，而且试样号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。沿轴（纵）向扩散可忽略。 （iviv）分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。板上的量无关。 为简单起见，设色谱柱由为简单起见，设色谱柱由5 5块塔板（块塔板（n n5 5，n n为柱子为柱子的塔板数）组成，并以的塔板数）组成，并以r r表示塔板编号，表示塔板编号，r=1r=1，2

30、2，n-1n-1；某组分的分配比某组分的分配比k=1.k=1.40章节课堂*k=141章节课堂塔板号塔板号载气塔板体积数载气塔板体积数01234柱出口柱出口01234567891011121314151610.50.250.1250.0630.0320.0160.0080.0040.0020.00100000000.50.50.3750.250.1570.0950.0560.0320.0180.0100.0050.0020.001000000.250.3750.3750.3130.2350.1650.1110.0720.0450.0280.0160.0100.0050.0020.0010.00

31、0.1250.250.3130.3130.2740.220.1660.0940.0700.0490.0330.0220.0140.00800000.0630.1570.2350.2740.2740.2470.2070.1510.1100.080.0570.0400.027000000.0320.0790.1180.1380.1380.1240.1040.0760.0560.0400.0280.02042章节课堂 塔板理论指出塔板理论指出： 第一第一，当溶质在柱中的平衡次数，即，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数理论塔板数n n大于大于5050时时，可得到基本对称，可得到基本对称的峰形曲线。在

32、色谱柱中，的峰形曲线。在色谱柱中，n n值一般很大，值一般很大，如气相色谱柱的如气相色谱柱的n n约为约为10103 3 -10 -106 6 ，因而这，因而这时的流出曲线可趋近于正态分布曲线。时的流出曲线可趋近于正态分布曲线。 第二第二，当样品进入色谱柱后，只要各，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。的分离。43章节课堂 按上述分配过程，对于按上述分配过程，对于n=5n=5，k=1k=1，m=1m=1的体系，的体系，随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组

33、分分布随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱内任一板上的总量（气液两相中的总质量）在柱内任一板上的总量（气液两相中的总质量）, ,由塔板理论可建流出曲线方程：由塔板理论可建流出曲线方程： m为为组分质量，组分质量，vr为保留体积，为保留体积，n为理论塔板数为理论塔板数。 )1(2exp22rrvvnvmnc 44章节课堂当流动相体积当流动相体积v=vr 时，时，c c值最大，即：值最大，即：式中：式中： c为流出曲线上某一点组分浓度；为流出曲线上某一点组分浓度；m为进样量；为进样量；vr为为保留体积。保留体积。 由色谱流出曲线可知，由色谱流出曲线可知，c最大时，最大时，t=tr。因此，

34、上式说明，色谱峰高度与进样量成因此，上式说明，色谱峰高度与进样量成正比。正比。rvmnc 2max45章节课堂当塔板数当塔板数n n较少时，较少时，组分在柱内达组分在柱内达分配平衡的分配平衡的次数较少次数较少，流出曲线呈峰形，但，流出曲线呈峰形，但不对称不对称；当；当塔板数塔板数n50n50时，峰形接近时，峰形接近正态分布正态分布。色谱峰为正态分布时，。色谱峰为正态分布时，色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：46章节课堂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：tr-保留时间保留时间y-色谱峰底宽色谱峰底宽y1/2-色谱峰半峰宽色谱

35、峰半峰宽n-理论塔板数理论塔板数222/11654. 5 ytytnrr47章节课堂nlh 理论塔板数理论塔板数理理论论塔塔板板高高度度色谱柱长度色谱柱长度柱效能柱效能指标指标当当色谱柱长度一定色谱柱长度一定时，塔板数时，塔板数n 越越大大( (塔板高度塔板高度 h越越小小) )，被测，被测组分组分在柱内被在柱内被分配的次数分配的次数越越多多，柱效能越高柱效能越高，所得，所得色谱峰越窄色谱峰越窄。48章节课堂 从上两式可以看出，色谱峰从上两式可以看出，色谱峰y越小，越小，n就越大，而就越大，而h就越小，柱效能越高就越小，柱效能越高。因此，。因此，n和和h是描述柱效能的指标。是描述柱效能的指标。

36、通常填充色谱柱的通常填充色谱柱的n103，h1mm。而。而毛细管柱毛细管柱n=105106，h0.5mm由于死时间由于死时间tm包括在包括在tr中，而实际的中，而实际的tm不不参与柱内分配，所计算的参与柱内分配，所计算的n值较大，值较大，h很小，很小，但与实际柱效能相差甚远。所以，提出把但与实际柱效能相差甚远。所以，提出把tm扣除，采用扣除，采用有效理论塔板数有效理论塔板数neff和有效塔板和有效塔板高高heff评价柱效能。评价柱效能。49章节课堂222/11654. 5 ytytnrreffeffeffnlh 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板

37、数和有效塔板高度作为衡同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。量柱效能的指标时，应指明测定物质。有效塔板数有效塔板数有效板高有效板高50章节课堂(1)(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 n 越大越大( (塔板高度塔板高度 h h 越小越小) )，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，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。所得色谱峰越窄。 (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

38、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（柱效（n n或或h h）不能表示被分离组分的实际分离效果，）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当两组分的分配系数k k相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。都无法分离。 (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。51章节课堂塔板理论塔板理论用用热力学观点热力学观点形象地形象地描述了溶描述

39、了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，导导出流出曲线的数学模型，出流出曲线的数学模型，并成功地解释了并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置流出曲线的形状及浓度极大值的位置，还，还提出了计算和评价柱效的参数提出了计算和评价柱效的参数。 但色谱过程不仅受热力学的影响，而且但色谱过程不仅受热力学的影响，而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关。还与分子的扩散、传质等动力学因素有关。因此，塔板理论只能定性地给出了板高的因此，塔板理论只能定性地给出了板高的概念，却概念，却不能解释影响塔板高度的原因，不能解释影响塔板高度的原因，也不能说明为什么在不同流速下可以测得

40、也不能说明为什么在不同流速下可以测得不同的理论塔板数，更无法提出降低塔板不同的理论塔板数，更无法提出降低塔板高度的途径，高度的途径，这就限制了它的应用。这就限制了它的应用。 52章节课堂 19561956年荷兰学者年荷兰学者vandeemter等在研究等在研究气液色谱时，提出了气液色谱时，提出了色谱过程动力学理论色谱过程动力学理论速率理论。速率理论。他们他们吸收了塔板理论吸收了塔板理论中板高的中板高的概念，并充分概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散考虑了组分在两相间的扩散和和传质过程传质过程，从而在动力学基础上较好地，从而在动力学基础上较好地解释解释了影响板高的各种因素了影响板高的各种因素。该

41、理论模型对气相、。该理论模型对气相、液相色谱都适用。液相色谱都适用。二、速率理论二、速率理论影响柱效的因素影响柱效的因素53章节课堂cuubah 流动相流动相线速度线速度（范第姆特方程）（范第姆特方程）vandeemter方程的数学简化式为方程的数学简化式为：式中：式中：u为流动相的线速度；为流动相的线速度； a 涡流扩散项系数、涡流扩散项系数、 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。 54章节课堂扩扩散，形象地如图所示。散，形象地如图所示。1)涡流扩散项涡流扩散项a（动画）（动画）55章节课堂d dp p：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

42、充不均匀因子：固定相的填充不均匀因子 固定相颗粒越小固定相颗粒越小d dp p，填充的越均匀，填充的越均匀，a a，h h，柱效，柱效n n。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变。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。宽现象减轻，色谱峰较窄。pda 2 56章节课堂 为了减少涡流扩散，提高柱效，为了减少涡流扩散，提高柱效，使用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。 对于空心毛细管柱，不存在涡流对于空心毛细管柱，不存在涡流扩散。因此扩散。因此a a0 0。 57章节课堂 纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。

43、组分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈“塞塞子子”状。如图所示。它随着流动相向前推进，状。如图所示。它随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，由于存在浓度梯度，“塞子塞子”必然自发地向必然自发地向前和向后扩散，造成前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩谱带展宽。分子扩散项系数为：散项系数为：2)分子扩散项分子扩散项b/u(纵向扩散项纵向扩散项)58章节课堂 ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，1henhen2 2；4.4.热敏元件阻值热敏元件阻值 阻值高、电阻温度系数大的热敏阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高；元件，灵敏度高；还取决于池体的体积和载气

44、的纯度还取决于池体的体积和载气的纯度125章节课堂综上：综上：较大的桥电流、较低的池体温较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度灵敏度适用范围适用范围 测量对象：测量对象： 通用通用 色谱柱：色谱柱： 填充柱填充柱 126章节课堂 1. 1. 在发射极和收集极之间加在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（有一定的直流电压（100100300v300v）构成一个外加电场。构成一个外加电场。 2. 2. 氢焰检测器需要用到三种气体：氢焰检测器需要用到三种气体： n n2 2 ：载

45、气携带试样组分；：载气携带试样组分； h h2 2 ：为燃气；：为燃气； 空气：助燃气。空气：助燃气。 使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。最佳。2 2）氢）氢火焰离子化检测器火焰离子化检测器 (fid) (fid) 质量型质量型结构结构 利用有机化合物在氢火焰利用有机化合物在氢火焰中燃烧时能产生带电离子碎片，中燃烧时能产生带电离子碎片，收集其荷电量进行测定。收集其荷电量进行测定。127章节课堂 ch6hc66裂解裂解 cho6e6o3ch62 a a区：预热区区：预热区b b层：点燃火焰层：点燃火焰c c层：热裂解区：层：热裂解区

46、：温度最高温度最高d d层：反应区层：反应区 oh6co6oh6cho632c.c. 生成的正离子生成的正离子cho+ cho+ 与火焰中大量水分子与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：碰撞而发生分子离子反应：b.b. 产生的自由基在产生的自由基在d d层火焰中与外面扩散层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：应：a.a. 当含有机物当含有机物 cnhmcnhm的载气由喷嘴喷出进的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在入火焰时，在c c层发生裂解反应产生自由基层发生裂解反应产生自由基 ：128章节课堂d. d. 化学电离产生的正离子和电子在外加恒

47、定直流化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约（约1010-6-61010-14-14a a）；）；e.e. 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器；型检测器；f f. . 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离；分之一的碳原子被电离；g.g. 离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与

48、组分质量成正比的色谱流出曲线。分质量成正比的色谱流出曲线。129章节课堂fid特点特点 1）灵敏度高）灵敏度高2）线性范围宽（）线性范围宽（107数量级）数量级）3）噪声低）噪声低4）耐用且易于使用）耐用且易于使用5）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控制与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控制流速恒定。流速恒定。6）对无机物、永久性气体和水基本上无响应（不）对无机物、永久性气体和水基本上无响应（不足？），因此足？）

49、，因此fid特别适于水中和大气中痕量有机特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、物分析或受水、n和和s的氧化物污染的有机物分析。的氧化物污染的有机物分析。7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。度很低或根本无响应。8）样品受到破坏。）样品受到破坏。130章节课堂影响氢焰检测器灵敏度的因素影响氢焰检测器灵敏度的因素 各种气体流速和配比的选择：各种气体流速和配比的选择： n n2 2流速的选择主要考虑分离效能，流速的选择主要考虑分离效能， n n2 2 h h2 2 = 1 = 1 1 11 1 1.5 1.5 氢气氢气 空气空气

50、=1 =1 10 10。 极化电压极化电压 正常极化电压选择在正常极化电压选择在100100300v300v范围内。范围内。131章节课堂3）电子捕获检测器电子捕获检测器 (ecd)浓度型浓度型 结构结构:在检测器池体内有一圆筒状在检测器池体内有一圆筒状放射源（放射源（63ni或或3h）作为负极，一个不锈钢棒作为正极作为负极，一个不锈钢棒作为正极.在此两极间施加在此两极间施加一直流或脉冲电压一直流或脉冲电压.132章节课堂enn22 abeababnnab22 电子电子捕获机理捕获机理原理及工作过程：原理及工作过程：从色谱柱流出的载气（从色谱柱流出的载气（n2或或ar）被）被ecd内腔中的内腔

51、中的放射源电离，形成次级离子和电子（此时放射源电离，形成次级离子和电子（此时电子减电子减速），在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流（基速），在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流（基流流10-910-8a）。当较大电负性有机物被载气带入）。当较大电负性有机物被载气带入ecd内时，内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰倒峰”。133章节课堂饮用水中三卤甲烷色谱图饮用水中三卤甲烷色谱图水水氯氯氯仿氯仿二氯溴甲烷二氯溴甲烷二溴氯甲烷二溴氯甲烷溴仿

52、溴仿ecd主要对含有较大电负性原子的化合物响应。特主要对含有较大电负性原子的化合物响应。特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。染物的分析。卤素、磷、硫、氧卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有等元素的化合物有很高的灵敏度，检很高的灵敏度，检测下限测下限10-14g/ml。高选择性检测器高选择性检测器134章节课堂4）火焰光度检测器火焰光度检测器 (fpd)质量型质量型 结构：结构： 喷嘴喷嘴+滤光片滤光片+光电管光电管原理：原理： 待测物在低温待测物在低温h2-air焰焰中燃烧产生中燃烧产生s、p化合物的化合物的分解产物并发射特征分子分

53、解产物并发射特征分子光谱。测量光谱的强度则光谱。测量光谱的强度则可进行定量分析。可进行定量分析。135章节课堂222socoo2rs s2oh4h4so222 *2c390sss )nm394(hssmax*2 )nm526(hhpohpomax* 响应机理响应机理 适用范围适用范围:fpd对对含含s、p化合物具有高选择性化合物具有高选择性和高灵敏度，因此也称和高灵敏度，因此也称硫磷检测器硫磷检测器。主要用于。主要用于so2、h2s、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。残留物分析等。含含p化合物化合物含含s化合物化合物136章节课堂三

54、三九九一一一一乙乙拌拌磷磷地地亚亚农农倍倍硫硫磷磷对对硫硫磷磷丙丙硫硫磷磷乙乙硫硫磷磷乙乙丙丙硫硫磷磷谷谷硫硫磷磷壤壤虫虫磷磷丰丰索索磷磷蝇蝇毒毒磷磷马马拉拉硫硫磷磷一一0五九五九137章节课堂检测器检测器类型类型最高操作最高操作温 度温 度()最低检测限最低检测限线性范围线性范围主要用途主要用途火焰离子化检火焰离子化检测器（测器（fid）质量型，准质量型，准通用型通用型450丙烷：丙烷：5pg碳碳/s107( 10)各种有机化合物的分各种有机化合物的分析，对碳氢化合物析，对碳氢化合物的灵敏度高的灵敏度高热导检测器热导检测器（tcd）浓度型，通浓度型，通用型用型400丙烷：丙烷：400pg/m

55、l；壬烷：；壬烷：20000mv ml/mg104（ 5）适用于各种无机气体适用于各种无机气体和有机物的分析，和有机物的分析，多用于永久气体的多用于永久气体的分析分析电子俘获检测电子俘获检测器（器（ecd）浓度型，选浓度型，选择型择型400六氯苯：六氯苯：104适合分析含电负性元适合分析含电负性元素或基团的有机化素或基团的有机化合物，多用于分析合物，多用于分析含卤素化合物含卤素化合物氮磷检测器氮磷检测器（npd）质量型，选质量型，选择型择型400用偶氮苯和马拉硫磷的混用偶氮苯和马拉硫磷的混合物测定：合物测定：0.4pg氮氮/s;105适合于含氮和含磷化适合于含氮和含磷化合物的分析合物的分析火焰

56、光度检测火焰光度检测器（器（fpd）质量型，选质量型，选择型择型250用十二烷硫醇和三丁基膦用十二烷硫醇和三丁基膦酸酯混合物测定：酸酯混合物测定：20pg硫硫/s；105磷：磷：106适合于含硫、含磷和适合于含硫、含磷和含氮化合物的分析含氮化合物的分析脉冲脉冲fpd（pfpd）质量型，选质量型，选择型择型400对硫磷：对硫磷：0.1pg磷磷/s；对硫；对硫磷：磷：1pg硫硫/s；硝基苯：；硝基苯：10pg氮氮/s磷：磷：105硫：硫：103氮：氮：102同同fpd 常用常用gc检测器的性能检测器的性能 138章节课堂5）质谱检测器质谱检测器毛毛细细管管柱柱接口接口离子源离子源离子检测器离子检测

57、器加加热热器器温温度度传传感感器器动画动画139章节课堂6）原子发射光谱检测器原子发射光谱检测器140章节课堂141章节课堂142章节课堂2.8 色谱分离操作条件的选择色谱分离操作条件的选择根据根据及及cuubah 11422kknr 143章节课堂1. 1. 色谱柱色谱柱固定相；固定相；固定液液膜厚度；固定液液膜厚度；柱长等柱长等由分离度由分离度r的定义可得：的定义可得：(r1/r2)2=n1/n2=l1/l2即柱越长，理论塔板数越高，分离越好。但柱即柱越长，理论塔板数越高，分离越好。但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长

58、离效能下降，因此柱长l要根据要根据r的要求的要求(r=1.5),选择刚好使组分得到有效分离为宜。选择刚好使组分得到有效分离为宜。144章节课堂2.载气及其线速的选择载气及其线速的选择检测器检测器载气载气柱柱效效u较小时，选择分子量较较小时，选择分子量较大的载气（大的载气（n2，ar）；）；u较大时，选择分子量较较大时，选择分子量较小的载气小的载气(h2，he)u的选的选择择u大，大，t小小145章节课堂3.的选择的选择改变柱温产改变柱温产生的影响生的影响柱柱效效增加柱温可加快气增加柱温可加快气相、液相的传质速相、液相的传质速率，有利于降低塔率，有利于降低塔板高度，改善柱效；板高度，改善柱效；但

59、同时又会加剧纵但同时又会加剧纵向扩散，从而导致向扩散，从而导致柱效下降。柱效下降。分离度分离度柱温升高，柱温升高，k减小，分离度减小，分离度下降。下降。分析时间分析时间降低柱温，分析降低柱温，分析时间增加时间增加146章节课堂1. 柱温应控制在固定液的柱温应控制在固定液的最高使用温度最高使用温度和和最最低使用温度低使用温度范围范围之内。之内。2. 使最难分离的组分有尽可能好的分离前提使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。宜，峰形不拖尾为度。3. 柱温柱温一般选择在组分平均沸点左右。一般选择在组分平均沸点左

60、右。4. 组分复杂，沸程宽的试样，组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。采用程序升温。选择原则选择原则5.气化室温度、检测室温度高于柱温气化室温度、检测室温度高于柱温30-70度度147章节课堂程序升温程序升温50250，8/min恒温恒温150正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较程序升温不仅可以改善分离，而且可程序升温不仅可以改善分离，而且可以缩短分析时间。以缩短分析时间。148章节课堂4.进样量的选择进样量的选择进样量进样量柱柱效效进样量过大，使色进样量过大，使色谱柱超载，柱效急谱柱超载，柱效急剧下降，峰形变宽剧下降，峰形变宽检测器检测器进样量过大，峰高进样量过