色谱理论基础演示文稿

色谱理论基础演示文稿目前一页\总数二十七页\编于十九点（优选）色谱理论基础目前二页\总数二十七页\编于十九点塔板理论假定:①塔板之间不连续；②塔板之间无分子扩散；③组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论塔板高度H；④某组分在所有塔板上的分配系数K相同；⑤流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形，但不对称；当塔板数n>50时，峰形接近正态分布。目前三页\总数二十七页\编于十九点

根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数n的公式，用以评价一根柱子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称理论塔板数：

上式中，tR为保留时间；W1/2为半峰宽（以时间为单位）；Wb为峰底宽度（以时间为单位）。可见，理论塔板数n由组分保留值和峰宽决定。

目前四页\总数二十七页\编于十九点若柱长为L，则每块理论塔板高度H为：

由上述两式知道，理论塔板数n越多、理论塔板高度H越小、色谱峰越窄，则柱效越高。上述两式包含死时间t0，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。通常以有效理论塔板数neff和有效理论塔板高度Heff表示：目前五页\总数二十七页\编于十九点有关塔板理论的说明①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；②应定期对柱效进行评价，以防柱效下降，延长柱寿命。③塔板理论描述了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，提出了计算和评价柱效的参数。目前六页\总数二十七页\编于十九点但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释：峰形为什么会扩张？影响柱效的动力学因素是什么？目前七页\总数二十七页\编于十九点

1956年，荷兰化学工程师VanDeemter等在研究气-液色谱时，提出了色谱过程动力学理论--速率理论。该理论吸收了塔板理论中的塔板高度H的概念，同时考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，导出了速率理论方程式，较完善地解释了影响塔板高度的各种因素。适用于气相色谱和液相色谱。二、速率理论（Ratetheory）目前八页\总数二十七页\编于十九点VanDeemter方程：

式中，

u为流动相线速度；A、B、C为常数。

A—分别表示涡流扩散项系数；B—分子扩散项系数；C—传质阻力项系数（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）的各种因素。任何减少方程右边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。目前九页\总数二十七页\编于十九点

1.涡流扩散项A（Multipathterm）在填充柱中，由于受到固定相颗粒的阻碍，组分在迁移过程中随流动相不断改变方向，形成紊乱的“涡流”。从图中可见，因填充物颗粒大小及填充的不均匀性——同一组分运行路线长短不同——流出时间不同——峰形展宽。流动方向目前十页\总数二十七页\编于十九点展宽程度以A表示：

A=2dp其中dp—填充物平均直径；—填充不规则因子。

可见，使用细粒的固定相并填充均匀可减小A，提高柱效。对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0。流动方向目前十一页\总数二十七页\编于十九点

2.纵向扩散项B/u（Longitudinaldiffusionterm）纵向分子扩散是由于浓度梯度引起的。当样品被注入色谱柱时，它呈“塞子”状分布。随着流动相的推进，“塞子”因浓度梯度而向前后自发地扩散，使谱峰展宽。其大小B=2Dm—弯曲因子，表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况；Dm—组分在流动相中的扩散系数。目前十二页\总数二十七页\编于十九点讨论流动相分子量大，Dg小，即B小Dg随柱温升高而增加，随柱压降低而减小；u增加，组分停留时间短，纵向扩散小；（B/u）

对于液相色谱，因Dm较小，B

项可忽略。球状颗粒大分子量流动相适当增加流速短柱低温B=2Dm目前十三页\总数二十七页\编于十九点

3.传质阻力项Cu（Mass-transferterm）因传质阻力的存在，使分配不能“瞬间”达至平衡，因此产生峰形展宽。气相色谱以气体为流动相，液相色谱以液体为流动相，二者传质过程不完全相同。传质阻力项C包括流动相传质阻力系数Cm和固定相传质阻力系数Cs。目前十四页\总数二十七页\编于十九点讨论减小填充颗粒直径dp。采用分子量小的流动相，使组分在气相中的扩散系数Dg增加。减小液膜厚度df，液相传质阻力系数Cl下降。但此时k又减小。因此，当保持固定液含量不变时，可通过增加固定液载体的比表面来降低df。但比表面过大又会因吸附过强使峰拖尾。增加柱温，可增加组分在液相中的扩散系数Dl，但k值也减小，为保持合适Cl值，应控制柱温。目前十五页\总数二十七页\编于十九点当u一定时，仅在A、B和C较小时，H较小，柱效较高；反之，则柱效较低，色谱峰将展宽。以u对H作图，可得H-u曲线（如左图），从该曲线得到：板高，H(cm)HminA+B/u+CuCmuCsuAB/u4.流速u由VanDeemter方程H=A+B/u+Cu可知目前十六页\总数二十七页\编于十九点涡流扩散项A与流速u无关；低流速区（u小），B/u大，分子扩散项占主导，此时选择分子量大的气体如N2和Ar为载气，可减小扩散，提高柱效；高流速区（u大），Cu大，传质阻力项占主导，此时选择分子量小的气体如H2和He为载气，可增加扩散系数，提高柱效；曲线的最低点对应最佳线速（uopt）下的最小板高Hmin。H=A+B/u+Cu目前十七页\总数二十七页\编于十九点

单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱柱中的分离情况，需要引进一个综合指标—分离度，作为色谱柱总分离效能的指标。三、分离度（Resolution）R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间t,min目前十八页\总数二十七页\编于十九点是同时反映色谱柱效能和选择性的综合性指标，也称总分离效能指标或分辨率。定义为：

利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度R越大，相邻组分分离越好。当R=1.5时，分离程度可达99.7%，R=1.5通常用作是否分开的判据。目前十九页\总数二十七页\编于十九点R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间t,min目前二十页\总数二十七页\编于十九点分离度R是柱的总分离效能指标，既反映两组分保留值的差值，即固定液对两组分的选择性r2,1的大小（由固定液的热力学性质决定），又考虑到色谱峰宽度对分离的影响，即柱效能neff的高低（取决于色谱过程的动力学因素）。对于相邻的两组分，假设其色谱峰底宽相等，即Wb1=Wb2，可导出R与neff、和r2,1的关系式目前二十一页\总数二十七页\编于十九点色谱基本分离方程目前二十二页\总数二十七页\编于十九点70%CH3OH+30%H2O60%CH3OH+40%H2O50%CH3OH+50%H2O40%CH3OH+60%H2O溶剂(流动相)组成对色谱分离的影响1：9,10-蒽醌；2：2-甲基-9,10-蒽醌；3：2-乙基-9,10-蒽醌4：1,4-二甲基-9,10-蒽醌；5：2-特丁基甲基-9,10-蒽醌改变组成使k

最佳目前二十三页\总数二十七页\编于十九点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得到好的分离，但同时出使其它待测物的分离不令人满意。实际工作中采用程序升温（GC）和梯度淋洗（LC）来解决这个问题。目前二十四页\总数二十七页\编于十九点§15-4色谱定性定量分析一、定性分析

色谱定性分析就是确定各色谱峰所代表的化合物。

1.利用保留值定性

（1）利用已知物保留值对照定性

当有待测组分的纯样品时，用对照法进行定性极为简单。用已知物质与未知样对照定性，是色谱分析中最可靠的定性方法。定性依据是保留值。目前二十五页\总数二十七页\编于十九点

（2）相对保留值法

由于绝对保留值受操作条件的影响较