第2章_色谱分析法基础调整

1、第二章第二章 色谱分析法基础色谱分析法基础张艳玲张艳玲内蒙古大学化学化工学院内蒙古大学化学化工学院E-mail: 第二章第二章 色谱分析法基础色谱分析法基础第一节第一节 概述概述1.1 1.1 色谱法简介色谱法简介1.2 1.2 色谱法的分类色谱法的分类1.3 1.3 色谱法的特点色谱法的特点第二节第二节 色谱法基本原理色谱法基本原理2.1 2.1 色谱分离过程及相关术语色谱分离过程及相关术语2.2 2.2 色谱理论基础色谱理论基础2.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式第三节第三节 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析3.1 3.1 定性分析定性分析3.2 3.2

2、 定量分析定量分析2n 经典的分离方法经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取；沉淀、蒸馏和萃取；p 现代分析中，大量采用现代分析中，大量采用色谱和电泳分离色谱和电泳分离方法。迄方法。迄今为止，今为止，色谱方法是最为有效的现代分离分析手段色谱方法是最为有效的现代分离分析手段！第一节第一节 概概 述述 色谱法是一种色谱法是一种物理化学物理化学分离方法。将这种分离方法分离方法。将这种分离方法与适当的与适当的检测手段检测手段相结合，应用于分析化学领域，就相结合，应用于分析化学领域，就是色谱分析法。是色谱分析法。31.1 1.1 色谱法简介色谱法简介 l 19031903年，俄国植物学家茨维特年，俄国植物学家

3、茨维特 （Mikhail Tswett Mikhail Tswett ）最先发明）最先发明。 在色谱法中，将装填在玻璃或金在色谱法中，将装填在玻璃或金属管内固定不动的物质称为属管内固定不动的物质称为固定相固定相（碳酸钙），在管内自上而下连续（碳酸钙），在管内自上而下连续流动的液体或气体称为流动的液体或气体称为流动相流动相（石（石油醚），装填有固定相的玻璃管或油醚），装填有固定相的玻璃管或金属管称为金属管称为色谱柱色谱柱。4p色谱法分离原理：色谱法分离原理：根据混合物中各组分在根据混合物中各组分在固定相固定相和和流动相流动相中具有不同的中具有不同的分分配系数配系数，当两相作，当两相作相对移动相对

4、移动时，各组分在两相间进行时，各组分在两相间进行反复反复多次分配多次分配，就使性质或结构不同的各组分产生了明显的分，就使性质或结构不同的各组分产生了明显的分离效果，从而依先后顺序流出色谱柱。根据色谱流出曲线离效果，从而依先后顺序流出色谱柱。根据色谱流出曲线给出的各种信息，可对各组分进行分析和测定。给出的各种信息，可对各组分进行分析和测定。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。51.1 1.1 色谱法简介色谱法简介 1.2 1.2 色谱法的分类色谱法的分类1 1、按两相物理状态分类、按两相物理状态分类 1 1）气相色谱气相色谱：气气固色谱（固色谱（GSC

5、GSC）、气）、气液色谱（液色谱（GLCGLC）2 2）液相色谱液相色谱：液液固色谱（固色谱（LSCLSC）、液）、液液色谱（液色谱（LLCLLC）3 3）超临界流体色谱超临界流体色谱62 2、按固定相的形式分类、按固定相的形式分类1 1）柱色谱柱色谱：填充柱色谱、毛细：填充柱色谱、毛细管柱色谱管柱色谱2 2）平板色谱平板色谱：薄层色谱、纸色：薄层色谱、纸色谱谱3 3、 按组份在固定相上的分离机理分类按组份在固定相上的分离机理分类1 1）吸附色谱吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；：不同组份在固定相的吸附作用不同；2 2）分配色谱分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；：不同组份在固

6、定相上的溶解能力不同；3 3）按其它作用原理按其它作用原理：离子交换色谱、凝胶色谱（尺寸排阻色谱）等。：离子交换色谱、凝胶色谱（尺寸排阻色谱）等。1.2 1.2 色谱法的分类色谱法的分类71.3 1.3 色谱法的特点色谱法的特点分离效率高分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体（手性异构体）复杂混合物，有机同系物、异构体（手性异构体）2. 2. 灵敏度高灵敏度高： 可以检测出可以检测出1010-11-111010-9-9克的物质，适于作痕量分析。需要克的物质，适于作痕量分析。需要的样品量极少，一般以微克计，有时仅以纳克计。的样品量极少，一般以微克计，有时仅以纳克计。 3. 3. 分析速度快

7、分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一次色谱分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一次色谱分析。84. 4. 应用范围广应用范围广： 分析有机物、无机物、高分子和生物大分子；不仅可分析有机物、无机物、高分子和生物大分子；不仅可以分析气体，也可以分析液体和固体物质。以分析气体，也可以分析液体和固体物质。 不足之处：不足之处： 对未知物的定性较为困难。对未知物的定性较为困难。91.3 1.3 色谱法的特点色谱法的特点第二章第二章 色谱分析法基础色谱分析法基础第一节第一节 概述概述1.1 1.1 色谱法简介色谱法简介1.2 1.2 色谱法的分类色谱法的分类1.3 1.3 色谱法的特点色谱法

8、的特点第二节第二节 色谱法基本原理色谱法基本原理2.1 2.1 色谱分离过程及相关术语色谱分离过程及相关术语2.2 2.2 色谱理论基础色谱理论基础2.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式第三节第三节 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析3.1 3.1 定性分析定性分析3.2 3.2 定量分析定量分析102.1 2.1 色谱分离过程及有关术语色谱分离过程及有关术语2.1.1 2.1.1 色谱分离过程色谱分离过程混合组分的分离过程混合组分的分离过程及检测器对各组份在及检测器对各组份在不同阶段的响应不同阶段的响应11p色谱过程是多组分混合物在流动相带动下通过色谱固定色谱

9、过程是多组分混合物在流动相带动下通过色谱固定相，实现各组分分离的。相，实现各组分分离的。基本特点：基本特点：1 1、混合物中不同组分在柱内产生、混合物中不同组分在柱内产生差速迁移差速迁移提供了实现提供了实现分离的可能性。分离的可能性。2 2、同种组分分子沿柱子的、同种组分分子沿柱子的扩散分布扩散分布（开始时的一条很窄的（开始时的一条很窄的线逐渐展宽）线逐渐展宽）不利于实现不同组分之间的分离。不利于实现不同组分之间的分离。 122.1.1 2.1.1 色谱分离过程色谱分离过程2.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语 检测器响应信号随时间变化的微分曲线，即色谱流出曲线检测器响应信号随时间变

10、化的微分曲线，即色谱流出曲线，也称色谱图，也称色谱图 。132.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语1 1、色谱峰：、色谱峰：当某组分从色谱柱中流出时，检测器对该组分的当某组分从色谱柱中流出时，检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。142.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语2 2、基线：、基线：在正常操作条件下，色谱柱后没有组分进入检测器在正常操作条件下，色谱柱后没有组分进入检测器时，检测器的响应信号随时间变化的曲线称为基线。稳定的基时，检测器的响应信号随时间变化的曲线称为基线。稳定的基线为水平直线。图中线为水平直线。图中CD

11、CD所示。所示。152.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语3 3、峰高：、峰高：色谱峰顶点与基线的距离。以色谱峰顶点与基线的距离。以h h表示，图中表示，图中ABAB。16标准偏差标准偏差 ：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 ，图中，图中EFEF的一半的一半 。半峰宽半峰宽W W1/21/2：峰高一半处的峰宽，图中峰高一半处的峰宽，图中GH GH 。W W1/21/2 = 2.354 = 2.354 或以或以2 2X X1/21/2(mm(mm或或cm)cm)、时间、时间2 2t t1/21/2(min(min或或s)s)或流动相体积或流动相体积2

12、 2V V1/21/2(mL)(mL)表示。表示。峰底宽峰底宽W Wb b：色谱峰两侧拐点上切线：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离，图中与基线的交点间的距离，图中IJ IJ 。 W Wb b = 4 = 4 4 4、区域宽度：、区域宽度：用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力学因素。通常有三种表示方法：学因素。通常有三种表示方法：172.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语0tLu 死时间死时间柱长柱长1 1） 死时间死时间t t0 0：不被固定相吸附或不被固定相吸附或溶解的组分（如空气、甲烷）从进溶解的组分（如空气、甲烷）从进样到出现其色

13、谱蜂最大值所需的时样到出现其色谱蜂最大值所需的时间，图中间，图中O O A A 所示。所示。 t t0 0也是也是流动相流动相流经色谱柱所需的时间流经色谱柱所需的时间。据。据 t t0 0 可可求出流动相平均流速：求出流动相平均流速： 5 5、保留值、保留值R R：是试样各组分在色谱柱中保留行为的量度，是试样各组分在色谱柱中保留行为的量度，它它反映组分与固定相间作用力大小反映组分与固定相间作用力大小，通常用保留时间和保，通常用保留时间和保留体积表示。它是色谱定性分析和色谱过程热力学特性的留体积表示。它是色谱定性分析和色谱过程热力学特性的重要参数。重要参数。 182.1.2 2.1.2 色谱常用

14、术语色谱常用术语2) 2) 保留时间保留时间t tR R：指某组分通过色谱柱所需时间，即试样从指某组分通过色谱柱所需时间，即试样从进样到出现峰极大值时的时间，图中进样到出现峰极大值时的时间，图中O O B B所示。所示。 在一定色谱体系和操作条件下，任何一种化合物都有在一定色谱体系和操作条件下，任何一种化合物都有一个确定的保留时间，这是色谱定性的依据。一个确定的保留时间，这是色谱定性的依据。 195 5、保留值、保留值R R3 3） 调整保留时间调整保留时间 t tR R ：扣除死时间后的保留时间，它是组扣除死时间后的保留时间，它是组分在固定相中的滞留时间。图中分在固定相中的滞留时间。图中A

15、A B B所示，即所示，即 t tR R = t= tR R t tO Ot tR R 反映了组分在色谱反映了组分在色谱过程中，与固定相相互过程中，与固定相相互作用所消耗的时间，是作用所消耗的时间，是各组分产生差速迁移的各组分产生差速迁移的物理化学基础。物理化学基础。 205 5、保留值、保留值R R4 4）死体积）死体积V V0 0：色谱柱内载气所占的体积。色谱柱内载气所占的体积。其中，其中，F Fcoco为柱出口的载气流速（为柱出口的载气流速（mL/min)mL/min)。5 5）保留体积）保留体积V VR R：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所

16、通过的流动相的体积。所通过的流动相的体积。6 6）调整保留体积）调整保留体积 V VR R：扣除死体积后的保留体积。扣除死体积后的保留体积。 coRRFtVcoRRRFtVVV0co00FtV 215 5、保留值、保留值R R7 7）相对保留值）相对保留值r r2,12,1或或 ：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的调整的调整保留值之比。保留值之比。注意：注意： r r2,12,1只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长L L、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析中，尤、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其其

17、是是GCGC中广泛用于定性的依据中广泛用于定性的依据！121212121 ,2RRRRRRRRVVttVVttr225 5、保留值、保留值R R色谱流出曲线的意义（重要信息色谱流出曲线的意义（重要信息 ）：）： 色谱峰数色谱峰数样品中单组份的最少个数；样品中单组份的最少个数； 色谱保留值色谱保留值定性依据；定性依据； 色谱峰高或面积色谱峰高或面积定量依据；定量依据； 色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱柱分离效能评价指标；色谱柱分离效能评价指标； 色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相选择是否合适的依据。固定相或流动相选择是否合适的依据。232.1.2 2.1.2 色谱常用术语色谱常用术语

18、2.2 2.2 色谱理论基础色谱理论基础基本要求：基本要求：实现混合物中各组分的分离。实现混合物中各组分的分离。 基本理论：基本理论：1 1）各组分在两相间的分配情况（两组分峰间距足）各组分在两相间的分配情况（两组分峰间距足够远）：由各组份在两相间的分配系数决定够远）：由各组份在两相间的分配系数决定色色谱过程的谱过程的热力学热力学性质决定。性质决定。2 2）各组分在色谱柱中的运动情况（每个组分峰宽）各组分在色谱柱中的运动情况（每个组分峰宽足够小）：由组分在色谱柱中的传质和扩散决定足够小）：由组分在色谱柱中的传质和扩散决定色谱过程的色谱过程的动力学动力学性质决定。性质决定。242.2.1 2.2

19、.1 描述分配过程的参数描述分配过程的参数1 1、分配系数、分配系数(Distribution constant, (Distribution constant, K K) )描述组分在固定相和流动相间的分配过程或吸附描述组分在固定相和流动相间的分配过程或吸附- -脱附过程脱附过程的参数，称为分配系数。的参数，称为分配系数。mscc组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K25K K 只 与 固只 与 固定相和温度定相和温度有关，与两有关，与两相体积、柱相体积、柱管特性和所管特性和所用仪器无关用仪器无关。K K值表明了组分值表明了组分与固定相间作用与固定相间作用力的大小力的大小。K K值值大，

20、说明组分与大，说明组分与固定相的亲和力固定相的亲和力大，即组分在柱大，即组分在柱中滞留的时间长中滞留的时间长，移动速度慢。，移动速度慢。 2. 2. 分配比分配比(Retention factor or capacity factor, (Retention factor or capacity factor, k k) )： 在一定温度和压力下，组分在两相间的分配达平衡时在一定温度和压力下，组分在两相间的分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。它，分配在固定相和流动相中的质量比。它反映了组分在柱反映了组分在柱中的迁移速率中的迁移速率。其中其中V Vm m V V0 0，V V s s为

21、固定相体积。为固定相体积。mmssmsVcVcmmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量262.2.1 2.2.1 描述分配过程的参数描述分配过程的参数 k k又称为保留因子，又称为保留因子，是衡量色谱柱对被分离是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。某组分的组分保留能力的重要参数。某组分的k k值可由实值可由实验测得验测得，它等于该组分的调整保留时间与死时间，它等于该组分的调整保留时间与死时间的比值的比值 ，即，即)1 (00000kttVVtttttkRRRR或272.2.1 2.2.1 描述分配过程的参数描述分配过程的参数3. K 3.

22、K 与与 k k 的关系：的关系： 称为相比称为相比，它也是，它也是反映色谱柱柱型及其结构的重要特反映色谱柱柱型及其结构的重要特性性。对填充柱，。对填充柱， =6=63535；对毛细管柱，；对毛细管柱， =50=5015001500。 kVVkV/mV/mccKsmmmssmsmsVVK1Kk即：282.2.1 2.2.1 描述分配过程的参数描述分配过程的参数注意：注意： K K 或或 k k 反映的是某一组分在两相间的分配，反映的是某一组分在两相间的分配，它们都与组分及两相的性质有关，并随柱温、柱压它们都与组分及两相的性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化。的变化而变化。K K与两相体积无关与

23、两相体积无关，而，而k k则随固定相则随固定相的量而改变的量而改变，k k值越大，组分分配在固定相中的量值越大，组分分配在固定相中的量越多（保留时间越长），相当于柱的容量越大，因越多（保留时间越长），相当于柱的容量越大，因此此k k又称容量因子又称容量因子。 292.2.1 2.2.1 描述分配过程的参数描述分配过程的参数1. 1. 塔板理论（塔板理论（Plate theory)Plate theory) 1952 1952年，年，MartinMartin等人提出。等人提出。 用塔板概念来描述组分在柱中用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精馏塔中借的分配行为。塔板是从精馏塔中借用的，

24、是一种半经验理论，但它成用的，是一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分功地解释了色谱流出曲线呈正态分布。布。302.2.2 2.2.2 峰间距、峰形状和峰宽的理论描述峰间距、峰形状和峰宽的理论描述1. 1. 塔板理论（塔板理论（Plate theory)Plate theory)塔板理论的假定：塔板理论的假定：（1 1）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到平衡。这一小段内，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柱长称为理论塔板高度H H。（2 2）以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，）以气相色谱为例，载气进

25、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（每次进气为一个塔板体积（VmVm）。）。（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，而且试样沿轴（纵）向扩散可号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。忽略。（4 4）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。）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。 为简单起见，设色谱往由为简单起见，设色谱往由5 5块塔板（块塔板（n n5 5，n n为柱子的塔板数）组成，为柱子的塔板数）组成，并以并以r r表示塔板编号，表示塔板编号，r=0r=0，1 1，2 2，n nl l；某组分的分配

26、比；某组分的分配比k=1k=1 根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数塔板数n n的公式，用以的公式，用以评价一根柱子的柱效评价一根柱子的柱效。理论塔板数理论塔板数：可见理论塔板数由组分保留值和峰宽决定。可见理论塔板数由组分保留值和峰宽决定。 若柱长为若柱长为L L，则每块理论塔板高度，则每块理论塔板高度H H为为 由上述两式知道，由上述两式知道，理论塔板数理论塔板数n n越多、理论塔板高度越多、理论塔板高度H H越小、色谱峰越窄，则柱效越高越小、色谱峰越窄，则柱效越高。222/1)(16)(54.5bRRWtWtnnLH 331. 1. 塔板理

27、论（塔板理论（Plate theory)Plate theory) 但上述两式包含死时间但上述两式包含死时间t t0 0 ，它与组分在柱内的分配，它与组分在柱内的分配无关，因此不能真正反映色谱柱的柱效。通常以无关，因此不能真正反映色谱柱的柱效。通常以有效塔有效塔板数板数n neffeff 和有效塔板高度和有效塔板高度H Heff eff 表示表示：effeffbRReffnLHWtWtn222/1)(16)(54.5341. 1. 塔板理论（塔板理论（Plate theory)Plate theory)有关塔板理论的说明：有关塔板理论的说明：1 1）说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固

28、定液）说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等；种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等；2 2）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。3 3）塔板理论）塔板理论（意义）把色谱柱看成一个精馏塔，借用精馏（意义）把色谱柱看成一个精馏塔，借用精馏塔中塔中“塔板塔板”概念来描述组分在柱内的分配平衡和分离过程概念来描述组分在柱内的分配平衡和分离过程、导出流出曲线的数学模型、解释了流出曲线形状和位置、导出流出曲线的数学模型、解释了流出曲线形状和位置、提出了计算和评价柱效的参数提出了计算和评价柱

29、效的参数。351. 1. 塔板理论（塔板理论（Plate theory)Plate theory)2. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory） 19561956年，荷兰化学工程师年，荷兰化学工程师van Deemtervan Deemter提出了色谱过程动力提出了色谱过程动力学速率理论。学速率理论。 van Deemtervan Deemter方程：方程：H H塔板高度；塔板高度；u u流动相线速度；流动相线速度；A A，B B，C C为常数，其中为常数，其中A A涡流扩散系数；涡流扩散系数；B B分子扩散系数；分子扩散系数；C C传质阻力系数（包括液相和固相

30、传质阻力系数）传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数） 该式从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种该式从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种因素！因素！CuuBAH 362.2.2 2.2.2 峰间距、峰形状和峰宽的理论描述峰间距、峰形状和峰宽的理论描述1 1）涡流扩散项）涡流扩散项A A A=2 A=2 d dp pd dp p填充物平均颗粒直径；填充物平均颗粒直径； 填充不规则因子。填充不规则因子。 可见，可见，固定相颗粒越小固定相颗粒越小d dp p，填充，填充的越均匀，的越均匀，AA，HH，柱效，柱效nn。表现。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象在涡流扩散所引起的色

31、谱峰变宽现象减轻，色谱峰比较窄减轻，色谱峰比较窄。对于空心毛细对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即管柱，无涡流扩散，即A=0A=0。流动方向流动方向372. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）2 2）分子扩散项）分子扩散项 B/u (Longitudinal diffusion term)B/u (Longitudinal diffusion term) B=2 B=2 D D 弯曲因子，它表示柱填充物对分子扩散的阻碍情况弯曲因子，它表示柱填充物对分子扩散的阻碍情况DD组分在流动相中的扩散系数。组分在流动相中的扩散系数。讨论：讨论：q 流动相分子量大流动相分子

32、量大，D Dg g小，即小，即B B小小q D Dg g 随随柱温降低柱温降低而减小，随而减小，随柱压降低（短柱）柱压降低（短柱）而减小而减小q u u 增加增加，组分停留时间短，纵向扩散小；，组分停留时间短，纵向扩散小；(B/u)(B/u)q 对于液相色谱，因对于液相色谱，因D Dm m 较小，较小，B B 项可勿略。项可勿略。)/ 1(流动相MDg382. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）3 3）传质阻力项）传质阻力项 Cu (Mass-transfer term)Cu (Mass-transfer term)a a）气液色谱）气液色谱：包括气相传质

33、阻力系数：包括气相传质阻力系数C Cg g和液相传质阻力系数和液相传质阻力系数C Cl l)1 (32)1 (01. 022222lfgplgDdkkDdkkCCC固液界面固液界面流动相流动相固定液固定液组分分子组分分子C Cl lC Cg g392. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）讨论：讨论：F 减小填充颗粒减小填充颗粒直径直径d dp p；F 用用分子量小的流动相分子量小的流动相，使，使D Dg g增加；增加；F 减小液膜厚度减小液膜厚度d df f，C Cl l下降。下降。F 增加柱温，可增加增加柱温，可增加D Dl l，但，但k k值也减小，值

34、也减小，F 为保持合适为保持合适C Cl l值，应值，应控制柱温控制柱温。402. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）b b）液液色谱）液液色谱：包括流动相传质阻力系数：包括流动相传质阻力系数C Cm m和固定相和固定相传质阻力系数传质阻力系数C Cs s。s2fsm2psmmsmDdDd)(CCC smsm412. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）讨论：讨论：v 流动相传质阻力包括：流动相中的传质阻力流动相传质阻力包括：流动相中的传质阻力m m、滞留的、滞留的流动相传质阻力流动相传质阻力smsm。分别与填充物大小。

35、分别与填充物大小 d dp p、扩散系数、扩散系数(D(Dm m) )、微孔大小及其数量等有关。微孔大小及其数量等有关。 降低方法降低方法：细颗粒细颗粒、孔径大的固定相孔径大的固定相、增加组分在流动相、增加组分在流动相中的扩散系数中的扩散系数D Dm m 、粘度低的流动相粘度低的流动相、短柱短柱v 固定相传质阻力与液膜厚度固定相传质阻力与液膜厚度d df f、容量因子、容量因子 k k 和扩散系数和扩散系数D Ds s等有关。等有关。 降低方法降低方法：与气液色谱中的表述相同。：与气液色谱中的表述相同。422. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）板高，板高

36、，H(cm)H(cm)H HminminA+B/u+CuA+B/u+CuC Cm mu uC Cs su uA AB/uB/uH = A + B/u + CuH = A + B/u + CuCBuCuBdudHopt02BCAH2min432. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory）4 4）流速）流速u u 由由van Deemtervan Deemter方程方程 H = A + B/u + CuH = A + B/u + Cu知道：知道： 当当u u一定时，仅在一定时，仅在A A、B B、C C 较小时，较小时，H H 较小，柱效较高；反之则柱效较小，柱效较

37、高；反之则柱效较低，色谱峰将展宽。较低，色谱峰将展宽。 以以u u 对对H H 作图，可得作图，可得H-u H-u 曲线（如图），从该曲线得到：曲线（如图），从该曲线得到： 涡流扩散项涡流扩散项A A与流速与流速u u无关；无关； 低流速区低流速区（u u小），小），B/uB/u大，分子扩散项占主导，大，分子扩散项占主导，应选择分子应选择分子量大的气体如量大的气体如N N2 2和和ArAr为载气为载气，可减小扩散系数，提高柱效；，可减小扩散系数，提高柱效； 高流速区高流速区（u u大），大），CuCu大，传质阻力项占主导，大，传质阻力项占主导，应选择分子应选择分子量小的气体如量小的气体如H H

38、2 2和和HeHe为载气为载气，可增加扩散系数，提高柱效；，可增加扩散系数，提高柱效； 曲线的最低点对应最佳线速曲线的最低点对应最佳线速u uoptopt（ ）下的最小板高）下的最小板高H Hminmin（ ）；）； LC LC 的的H Hmin min 和和u uopt opt 均比均比GC GC 的小一个数量级，即在的小一个数量级，即在LC LC 中，较中，较低流速可获得较大的柱效。低流速可获得较大的柱效。2ABC/B C442. 2. 速率理论（速率理论（Rate theoryRate theory） 速率理论速率理论是在塔板理论的基础上，把色谱分配过程与组是在塔板理论的基础上，把色谱分

39、配过程与组分在两相中的扩散和传质过程相联系，提出色谱峰受涡流扩分在两相中的扩散和传质过程相联系，提出色谱峰受涡流扩散、分子扩散和传质阻力等因素控制，散、分子扩散和传质阻力等因素控制，从动力学基础上较好从动力学基础上较好解释影响板高的各种因素，对选择合适的色谱分离条件具有解释影响板高的各种因素，对选择合适的色谱分离条件具有指导意义指导意义。它比较全面地概括了柱填充物颗粒度，填充均匀。它比较全面地概括了柱填充物颗粒度，填充均匀性，固定液液膜厚度，载气种类及流速等对柱效能和色谱峰性，固定液液膜厚度，载气种类及流速等对柱效能和色谱峰变宽的影响。变宽的影响。 452. 2. 速率理论（速率理论（Rate

40、 theoryRate theory）2.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式46（一）分离度（一）分离度R R (Resolution)(Resolution) 同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标。也称总。也称总分离效能指标。分离效能指标。R R定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰峰底宽度平均值之比分色谱峰峰底宽度平均值之比 ，即，即利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度R R。 R R 越大，相邻组分分离越好越大，相邻组分分

41、离越好。当。当R R=1 =1 时，分离程度可达时，分离程度可达98%98%；当；当R R=1.5 =1.5 时，分离程度可达时，分离程度可达99.7%99.7%，因此，因此R R=1.5 =1.5 通常用作是否分开的判据通常用作是否分开的判据。21122112)(2)(21bbRRbbRRWWttWWttR472.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式 对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数 K K 相差小相差小，可合理假设，可合理假设k k1 1 k k2 2 = k= k，

42、W Wb1 b1 W Wb2b2。因此可导出。因此可导出R R与与n n（n neffeff）、）、 r r2,12,1和和 k k 的关系：的关系：1 ,21 ,214rrnReff)1()1(41 , 21 , 2kkrrnR或：482.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式附：具体推导过程如下：附：具体推导过程如下：2122122112)(21bRRbRRbbRRWttWttWWttR（带入上式得）222224)(16ReffbbRefftnWWtn1 , 21 , 2212144rrntttnReffRRReff2)1(kknneff又)1()1(41 ,21

43、 ,2kkrrnR49（二）色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式有关色谱基本方程式的讨论：有关色谱基本方程式的讨论：1 1）分离度）分离度R R与柱效的关系与柱效的关系 由色谱基本方程式可得：由色谱基本方程式可得： 可通过增加柱长提高可通过增加柱长提高R R。但分析时间也相应增加，且峰宽。但分析时间也相应增加，且峰宽也展宽！也展宽！为提高柱效为提高柱效，用，用减小塔板高度减小塔板高度H H的方法比增加柱长更的方法比增加柱长更有效。有效。2121221)(LLnnRR50（二）色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式2 2）分离度）分离度R R与选择性与选择性r r2,1 2,1 值的关

44、系值的关系 r r2,1 2,1 越大，柱选择性越好，对分离有利。越大，柱选择性越好，对分离有利。 r r2,12,1 的微小的微小变化可引起变化可引起 R R 较大改变。较大改变。 改变改变r r2,12,1的方法：的方法：降低柱温、改变流动相及固定相的性降低柱温、改变流动相及固定相的性质和组成质和组成。 3 3）分离度）分离度R R分配比分配比k k的关系的关系 k k，R R ，但当，但当k10k10，则，则R R的增加不明显。通常的增加不明显。通常k k 在在2 210 10 。 改变改变k k 的方法：的方法：增加柱温增加柱温(GC)(GC)、流动相性质和组成、流动相性质和组成(LC

45、)(LC)以及固定相含量以及固定相含量。51（二）色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式70%CH70%CH3 3OHOH+30H+30H2 2O O60%CH60%CH3 3OHOH+40H+40H2 2O O50%CH50%CH3 3OHOH+50H+50H2 2O O40%CH40%CH3 3OHOH+60H+60H2 2O O溶剂溶剂( (流动相流动相) )组成对色谱分离的影响组成对色谱分离的影响1 1：9,10-9,10-蒽醌；蒽醌；2 2：2-2-甲基甲基-9,10-9,10-蒽醌；蒽醌；3 3：2-2-乙基乙基-9,10-9,10-蒽醌蒽醌4 4：1,4-1,4-二甲基二甲基

46、-9,10-9,10-蒽醌；蒽醌；5 5：2-2-特丁基甲基特丁基甲基-9,10-9,10-蒽醌；蒽醌；改变组成改变组成 使使 k k 最佳最佳52色谱分离中的问题色谱分离中的问题 由于分析物组成复杂，以某组成的流动相可能使部分待测物由于分析物组成复杂，以某组成的流动相可能使部分待测物得到好的分离，但同时出现其它待测物的分离不令人满意！实际得到好的分离，但同时出现其它待测物的分离不令人满意！实际工作中采用程序升温（工作中采用程序升温（GCGC）和梯度淋洗（）和梯度淋洗（LCLC）来解决这个问题。）来解决这个问题。53 概念、表示方法及计算公式汇总概念、表示方法及计算公式汇总参参 数数 符符 号

47、号 测定或计算测定或计算 死时间死时间( (迁移时间迁移时间) ) ，不参，不参与分配组分与分配组分 0 0t t 色色谱谱图图 保留时间，组分保留时间，组分1 1 和和 2 2 R2R2R1R1t t，t t 色色谱谱图图 调整保留时间，组分调整保留时间，组分 1 1 R1R1t t0 0t tt tt tR1R1R1R1 峰宽，组分峰宽，组分1 1和和 2 2 W Wb1b1，W Wb2b2 色色谱谱图图 柱长柱长 L L 直接直接测测量量 流速流速 F Fcoco 直接直接测测量量 流流( (固固) )定相体积定相体积 V Vm m，V Vs s 填填充充制制备备 记录记录 流流( (固

48、固) )定相浓度定相浓度 c cm m，c c s s分析分析和和制制备备记录记录 参参 数数 符符 号号 测定或计算测定或计算 线速线速 u u 流动相体积流动相体积 m mV V 分配比分配比 分配系数分配系数 选择因子选择因子 分离度分离度 有效塔板数有效塔板数 有效板高有效板高 121,2RRttr2112)(2bbRRWWttR1 ,21 ,214rrnReffeffeffbReffnLHWtn2)(1621 ,21 ,22)1(16rrRneff1,2r0tLu coomFtV000tttttkRRmSmmSSVVKVcVckmSmmmSccK kVVkKSm55第二章第二章 色谱

49、分析法基础色谱分析法基础第一节第一节 概述概述1.1 1.1 色谱法简介色谱法简介1.2 1.2 色谱法的分类色谱法的分类1.3 1.3 色谱法的特点色谱法的特点第二节第二节 色谱法基本原理色谱法基本原理2.1 2.1 色谱分离过程及相关术语色谱分离过程及相关术语2.2 2.2 色谱理论基础色谱理论基础2.3 2.3 分离度及色谱基本分离方程式分离度及色谱基本分离方程式第三节第三节 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析3.1 3.1 定性分析定性分析3.2 3.2 定量分析定量分析563.1 3.1 定性分析定性分析 确定试样中的各组分，即每个色谱峰各代表的何种化合物。确定试样中的各组分，即每

50、个色谱峰各代表的何种化合物。第三节第三节 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析57定定性性的的依依据据保留值：保留值：保留时间（保留时间（t tR R）、保留体积（）、保留体积（V VR R）、）、 相对保留值相对保留值即选择性因子即选择性因子（r ri,si,s, , ）、）、 保留指数保留指数 检测器给出选择性响应信号检测器给出选择性响应信号其他结构分析仪器联用其他结构分析仪器联用1 1、与已知物对照定性、与已知物对照定性 在一定操作条件下，各组分保留时间是一定值。在一定操作条件下，各组分保留时间是一定值。1 1）利用保留时间定性）利用保留时间定性 分别以试样和标准物进样，分析各自的色谱图

51、；对照分别以试样和标准物进样，分析各自的色谱图；对照2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性 通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定3.1.1 3.1.1 保留值定性保留值定性583.1.1 3.1.1 保留值定性保留值定性593 3）根据相对保留值）根据相对保留值 r ri,si,s 定性定性 在样品和标准中分别加入同一种基准物在样品和标准中分别加入同一种基准物 s s，将样品的，将样品的r ri,si,s和标准物的和标准物的r ri,si,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 组组分。只要固定相性质与柱

52、温确定，相对保留值就是一个分。只要固定相性质与柱温确定，相对保留值就是一个定值。定值。4 4）双柱或多柱定性）双柱或多柱定性 可克服在一根柱上，不同物质可能出现相同的保留可克服在一根柱上，不同物质可能出现相同的保留时间的情况。时间的情况。2. 2. 其他定性方法其他定性方法1 1）根据经验式定性）根据经验式定性碳数规律碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间：在一定温度下，同系物的调整保留时间t tR R的对数与分子中碳数的对数与分子中碳数n n成正比：成正比： lgt lgtR R= An + C (n= An + C (n 3)3)沸点规律沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时

53、间：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时间t tR R的对数与分子中沸点的对数与分子中沸点T Tb b成正比：成正比： lg lg t tR R=AT=ATb b + C + C603.1.1 3.1.1 保留值定性保留值定性2. 2. 其他定性方法其他定性方法2 2）保留指数（）保留指数（KovatsKovats指数）定性指数）定性 该指数该指数定性的重现性最佳定性的重现性最佳，当固定液和柱温一定时，定性可不需要，当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。它是标准物。它是把物质的保留行为用两个靠近它的基准物来标定得到的把物质的保留行为用两个靠近它的基准物来标定得到的。设正构烷烃的设正构烷烃的

54、KovatsKovats指数为碳数指数为碳数 100100。测定时，将碳数为。测定时，将碳数为n n 和和n+1n+1的正的正构烷烃加入到样品构烷烃加入到样品 x x 中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为：留值分别为： t tR R(C(Cn n) ) t tR R(x) (x) t tR R(C(Cn+1n+1) ) 利用此式求出未知物利用此式求出未知物KovatsKovats指数指数I Ix x，然后与文献值对照。，然后与文献值对照。613.1.1 3.1.1 保留值定性保留值定性)(lg)(lg)(lg)(lg1001nRnRnR

55、RxCtCtCtxtnI正构烷烃碳数正构烷烃碳数调整保留时间调整保留时间 t tr r, min, min2,2-2,2-二甲基丁烷二甲基丁烷苯苯甲苯甲苯KovatsKovats指数的计算图示指数的计算图示(Squalane, 60(Squalane, 60o oC)C)62气相色谱：气相色谱： 热导检测器（热导检测器（TCDTCD）-通用型通用型 氢火焰离子化检测器（氢火焰离子化检测器（FICFIC）-有机化合物有机化合物液相色谱：液相色谱： 示差折光检测器（示差折光检测器（RIRI）-通用型通用型 紫外检测器（紫外检测器（UVUV）-含芳环、共轭结构的化合物含芳环、共轭结构的化合物633.

56、1.2 3.1.2 选择性检测响应定性选择性检测响应定性色谱色谱- -质谱：质谱：GC-MS, HPLC-MSGC-MS, HPLC-MS色谱色谱- -傅立叶变换红外光谱（傅立叶变换红外光谱（FTIRFTIR）色谱色谱- -核磁共振波谱（核磁共振波谱（NMRNMR）色谱色谱- -发射光谱（发射光谱（EMEM）643.1.3 3.1.3 色谱色谱- -结构分析仪器联用结构分析仪器联用3.2 3.2 定量分析定量分析3.2.1 3.2.1 定量依据定量依据-是根据检测器对待测物的响应是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测（峰高或峰面积）与待测物的量成正比物的量成正比的原理进行定量的。的原

57、理进行定量的。 峰面积峰面积A A的测量：的测量： 对称峰对称峰：峰高：峰高h h与半峰宽的积：与半峰宽的积： A=1.065 A=1.065 h h W W1/21/2 不对称峰不对称峰：峰高与平均峰宽的积：峰高与平均峰宽的积： A=1/2 A=1/2 h h (W(W0.150.15+W+W0.850.85) )653.2 3.2 定量分析定量分析3.2.2 3.2.2 定量方法定量方法66定定量量的的方方法法（1 1）外标法）外标法 （2 2）内标法）内标法（3 3）归一化法）归一化法（1 1）外标法（）外标法（标准校正法标准校正法或标准曲线法）或标准曲线法）这是一个这是一个绝对定量校正法绝对定量校正法，标样与测定组分为同一化合物，分离，标样与测定组分为同一化合物，分离、检测条件的稳定性对定量结果影响很大。、检测条件的稳定性对定量结果影响很大。单点校正方法：配制一个与测定组分浓度相近的标样，根据单点校正方法：配制一个与测定组分浓度相近的标样，根据物质物质含量与峰面积成线性关系含量与峰面积成线性关系，当测定试样与标样体积相等时，当测定试样与标样体积相等时， fi = mi/Ai