2+第二章+色谱法原理.ppt

1、教师：冯荣秀电话：27403041 Email:第2章，色谱原理，2.1色谱分析基本原理，2.2色谱常用术语和参数，2.3色谱基本理论板理论，2.4色谱理论速率理论，第2章，色谱原理，2.1色谱分析基本原理。色谱分离原理在色谱分析中，当流动相携带样品通过固定相时，样品分子和固定相分子之间发生相互作用，因此样品分子分布在流动相和固定相之间。与固定相分子相互作用较大的组分向前移动较慢，与固定相分子相互作用较小的分子向前移动较快。经过一定距离后，由于重复分布(柱层析为103，106次)，组分的原始性质(沸点、极性等)差别不大。)也可以很好地分开。所有色谱分离的分布系数的差异被反复放大。苯(80.1)

2、和环己烷(80.7)的沸点相差只有0.6，但它们在琥珀酸乙二醇酯固定相上的分布系数却大不相同。条件为：50cm0.5cm(内径)，5%乙二醇琥珀酸酯聚酯/硅藻土载体(100-120目)2.2常用色谱术语和参数1。色谱图2中的基本术语。色谱保留值的定性基础3。与分离相关的参数4。色谱柱效率参数2.2常用色谱术语和参数1。色谱图中的基本术语(1)由色谱柱中的分离检测器记录的色谱混合物样品(A和B)。当组分流出色谱柱时，每个组分在检测器上产生的信号随时间变化，形成的曲线称为色谱图。它记录每种成分流出色谱柱的情况，也称为色谱流出曲线和色谱流出曲线。在实验操作条件下，色谱柱后无组分流出的曲线称为基线。(

3、2)基线：稳定条件下的直线。基线的波动称为噪声。(3)色谱峰高：色谱峰的最高点和基线之间的距离可以用毫米、毫伏和毫安表示。峰高与组分浓度和响应值有关，峰值越高，越窄越好。(4)峰宽和峰底宽W:色谱峰两侧拐点处的切线与基线之间的距离；半峰宽W1/2:半峰高W1/2=0.589W时色谱峰的宽度、(5)色谱峰面积a色谱峰和峰底所包围的面积。对于对称色谱峰A=1.065W1/2，对于非对称色谱峰A=1.065 h1(0.15 W 0.85 W)/2，2。色谱保留值的定性基础和色谱柱中组分的保留值可用时间t和消耗的流动相体积表示。组分在固定相中的溶解度越好，或者固定相的吸附越强，在柱中的保留时间越长，消

4、耗的流动相体积越大，固定相和流动相是固定的。在一定条件下，组分的保留值是一个固定值和定性基础。停滞时间tM是未被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。惰性气体(空气、甲烷等)所需的时间。)流出气相色谱中的色谱柱。组分流经色谱柱所需的时间。从进样开始到柱后最大峰值的时间。当操作条件不变时，部件具有固定的tR值，这是一个定性参数。(2)保留时间tR，扣除保留时间后的停滞时间。TR=tR-tM tR反映了组分在色谱柱中被吸附或溶解的能力。tr，(3)调整保留时间tR，保留值以体积表示，即流动相的死体积(未被流过色谱柱的固定相保留的组分所消耗)和色谱柱中载气所占据的体积。VM=t MF，其中f是

5、柱后出口处流动相的体积流速，毫升/分钟，(4)死体积VM，(5)保留体积VR，混合所需的流动相体积，(7)通过压力校正调整的净保留体积，j压力校正因子Pi柱入口压力Po柱出口压力，(1)相对保留值ri，s(也称为选择性系数或选择性因子)在一定色谱条件下，被测化合物与标准化合物的调整保留时间之比，=1，两组分不能分离，改变的途径是：改变固定相；改变流动相；改变样品的性质(如衍生化)。或3。关于分离参数，即两个相邻色谱峰的保留值之差与两个峰宽之和的一半之比，当峰形不对称或两个峰略有重叠时，很难测量峰底宽度，可以用半峰宽代替。这时，上面的公式可以表示为：(2)分辨率，分辨率，分辨率，分辨率越大，表示

6、两个分量的分离越好。R1.5，两个峰可以完全分离。(3)分配系数k和分配比(容量因子k)，分配系数K:平衡状态下固定相(Cs)和流动相(Cm)组分浓度的比值。K=Cs/Cm，分配比(容量因子)k:平衡状态下固定相和流动相组分的质量比。Vs指的是真正参与两相之间组分分布的有效体积。在不同色谱中的含义：在分配色谱中，它指的是吸附色谱中固定液的体积，在离子交换色谱中，它指的是吸附剂的表面积，它指的是离子交换剂的交换容量，Vm由两部分组成：固定相颗粒之间的流动相，它是多孔固定相颗粒内部孔隙中的流动相，是固定的。如果k=0，tR=tM组件没有保留行为。如果k=1，tR=2tM k tR=110是最好的。

7、分配比或容量因子k是衡量分配系统对部件的保持能力的一个重要参数。它不仅取决于组分和两相的性质，还取决于两相的体积。K=tR/tM=(tR-tM)/tM，分配系数K与分配比K的关系为： K=k=Vm/Vs=K/k，(4)分离度r与柱效、选择性因子和容量因子K的关系，a:柱效项：塔板数决定，n越大，柱效越高，分离效果越好。b:可选项目：r2，1越大，tR()和tR(1)之间的差异就越大，分数就越高。c:柱容量项：较大的k有利于分析；太大，tR长，列容量合适，点数好。一般来说，k，分辨率与柱效的关系，选择性，k，n，对分辨率的影响，t，S，初始，增加k，增加n，改变k，n，对分辨率的影响r，在这三个

8、参数中，选择性因子的增加是提高分辨率最有效的(1)理论塔板数n (2)有效理论塔板数neff (3)理论塔板高度H=L/n，对色谱术语和参数进行了总结， (1)色谱峰位置是定性分析的保留值，(2)色谱峰h /A是定量分析的保留值，(3)色谱峰位置(保留值)和峰宽w可以评价色谱柱的效率。 2.3单塔板理论的推导2理论塔板数和理论塔板高度的计算3塔板理论的优点和缺点2.3色谱的基本理论塔板理论将色谱柱比作分馏塔，它假设色谱柱中有N个塔板，每个塔板的高度称为理论塔板高度，用h表示。在每个塔板中，样品的每种组分分布在两相中并达到平衡。最后，高挥发性和低挥发性组分相互分离，挥发性最高。虽然这一理论并不完

9、全符合色谱柱的分离过程，而且色谱分离与一般的分馏塔分离有显著的区别，但这一比喻因其形象简洁而被使用了几十年。1.塔板理论的推导塔板理论推导过程中的一些假设：色谱柱被视为蒸馏塔。色谱柱由一系列连续的水平塔盘组成。每个塔盘的高度为h，组分气体以脉冲方式进入塔盘。组分在每个托盘上快速达到分配平衡。每个托盘上的分配系数是恒定的。气体的纵向扩散可以忽略不计。塔板理论推导示意图：理论上应得到正态分布的平滑曲线、色谱柱内组分的运动过程和色谱流出曲线。色谱图是以离开色谱柱的物质的量为纵坐标，以载气塔盘的体积为横坐标得到的。右边有11个理论塔板的色谱柱是不对称的，但当塔板数大于100时，曲线是对称的。误差分布曲

10、线称为高斯曲线。由于分布系数不同，两种物质进入色谱柱后出现不完全分离的峰。右图显示了两种物质k通过带有11个理论塔板的色谱柱时的分布。通常，填充色谱柱的数量为几百至几千个，因此可以获得完全分离的色谱峰。K=Cs/Cm，K=3，对于色谱过程，n很大，溶质组分的保留方程和色谱流出曲线方程可以通过数学近似得到。将二项分布展开为高斯分布，得到色谱流出曲线方程：(1)色谱流出曲线上任意点的样品浓度；理论车牌号码；m溶质质量；虚拟现实溶质的保留体积；色谱流出曲线上任意点的保留体积决定了色谱峰的最大浓度：l进样量越大，峰高越大；相同的停留时间，塔板数越多，峰高越高；保留时间越短，峰高越大，即色谱峰越高越窄；

11、相反，保留时间长的组分色谱峰低且宽。决定色谱峰面积宽度的因素有：L保留值越大，峰宽越大，L塔板数越大，峰宽越小，色谱峰半高宽度越小，理论塔板数和理论塔板高度计算塔板理论的成功。提出了理论塔板高度和塔板数的计算公式以及评价塔板效率的方法，具有开创性。(1)理论塔板数的计算公式：(2)长度为l的色谱柱的理论塔板高度：马丁引入理论塔板数作为衡量色谱柱效率的指标！(3)有效塔板数： (消除色谱柱死体积对柱效的影响)(4)有效塔板高度：(3)塔板理论的优缺点，它是一种半经验理论，初步揭示了色谱分离过程。其意义在于托盘理论简单易懂，可以解释某些问题；可以推导出色谱流出曲线和数学表达式，高斯峰分布与色谱流出

12、曲线基本一致。该表达式可以用来表征色谱柱的分离能力，计算理论塔板数和塔板数作为衡量柱效的指标是有效的。峰高Cmax与W、H、VR的关系符合实验结果，可以解释一些色谱现象，如保留时间较长、色谱峰较宽等。塔盘理论假设的缺陷在于，在气相色谱中，忽略分子轴向扩散的移动是跳跃和不连续的，这明显违背了实际的色谱过程。实际色谱过程很难达到真正的平衡状态。分配系数与浓度无关，只在一定范围内有效。塔板理论的局限性不能解释色谱流出曲线峰宽的本质和曲线形状变化的影响因素。它不能解释各种实验操作条件变化引起色谱峰宽变化的原因2.4色谱理论，速率理论1。气相色谱速率理论2。液相色谱速率理论3。液相色谱和气相色谱理论方程

13、的主要区别2.4色谱理论-速率理论。1956年，荷兰学者范迪特等人在研究气液色谱时提出了色谱过程动力学理论。在吸收塔板理论中塔板高度概念的同时，他们还考虑了影响塔板高度的动力学因素，指出理论塔板高度是峰展宽的量度。1。气相色谱范迪梅方程的速率理论：H=A B/u Cu u是流动相的平均线速度，A是涡旋扩散项，B/u是分子扩散项，Cu是传质阻力项。通过降低A、B/u和Cu的值，可以降低塔板高度，减少色谱峰的扩展，提高柱效率。(1)涡流扩散项(a):a的大小与填料的平均粒径dp(以cm计)有关，也与固定相填料的不均匀性因素有关：(1)减少：固定相颗粒应适当细小和均匀；填充应该是均匀的，以避免固定相

14、的破坏。色谱柱中涡旋扩散项示意图、毛细管柱：=1硅藻土填充柱：0.50.7、(2)分子扩散项(B/u)纵向扩散项样品分子沿色谱柱纵向扩散，系数B的值与气路弯曲因子和气体中各组分的扩散系数DG有关(单位为cm2s-1):纵向随着流动相向前移动，由于浓度梯度的作用，“塞”会自发地向前和向后扩散，导致光谱带变宽。减少纵向扩散项(分子扩散项)u的措施：适当增加流动相的流速u，减少停留时间，使用分子量较大的气体作为流动相。适当降低色谱柱温度。(3)传质阻力项(Cu)，传质阻力系数C等于流动相(气相)传质阻力系数Cg与液相传质阻力系数C1之和：Cg是两相之间进行质量交换时，组分从流动相向固定相表面移动的阻

15、力，缓慢的质量交换导致色谱峰变宽。C=Cg C1，液相传质阻力系数C1为：C1固定相(液相)传质阻力系数，组分从两相界面移动到固定相，达到分布平衡后再返回到两相界面，而这个过程中的阻力就是固定相传质阻力。为降低铜的传质阻力，采取了以下措施：小粒径Cgdp2大于小分子量载气的DG。Cg1/DG减小了固定液膜(Cldf2)的厚度，液膜应均匀。如果膜厚、扩散、耗时；但是它不应该太薄，否则它不会覆盖载体。DL越大越好。提高塔温是提高产品质量的方法之一。(4)载气线速度U对板高的影响范氏方程讨论：H=A B/u Cu是一个Hu图，范氏方程讨论曲线有一个最低点uopt(即Hmin)。对于填充柱，戈莱方程H=B/u Cu与U无关，它取决于柱的填充条件。当U较小时，Cu项可简化为方程： H=A B/u为H1/u线，斜率为B，当分子扩散项对H有较大影响时， B/u项可忽略，方程简化为： H=A Cu为Hu线，斜率为c，截距A传质阻力项对H有较大影响，k对板高H有复杂影响，n随k变化，综合考虑： u实际上比uopt略高，因为： u右曲线的斜率很小，u的微小变化不会引起h. 2的大变化。为了提高分析速度，由于U是tR，GC可以通过实验和计算的方法得到GC中的最佳流速，并且可以测量对应于三种流速的板高h，并且可以求解三元线性方程，这样U可以是最好的，h可以通过找到a、b和c而最小。