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1、2022-8-19第一节第一节 概述概述第二节第二节 基本理论基本理论第三节第三节 高效液相色谱的定性和定量分析高效液相色谱的定性和定量分析第四节第四节 实际操作中的问题实际操作中的问题第五节第五节 在药物分析中的应用在药物分析中的应用高效液相色谱法高效液相色谱法第1页/共236页第2页/共236页2022-8-191、历史： 1903年 茨维特分离绿叶色素(Tswett实验) 40年代 TLC，纸色谱 50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能 60年代末 HPLC出现，使色谱分析范围进一步扩大2、展望： 1新型固定相和检测器 2联用仪器：GC-MS，HPLC-MS 3智能化发展第一节第
2、一节 概述概述第3页/共236页2022-8-19Tswett实验实验第4页/共236页2022-8-19茨维特的实验（图示）第5页/共236页2022-8-19色谱三要素： Tswett实验实验第6页/共236页2022-8-19经典液相色谱法柱层析第7页/共236页高效液相色谱法（ high performance liquid chromatography；HPLC）是在经典液相色谱法的基础上，引入了气相色谱的理论与高压技术，以高压输送流动相，采用高效固定相及高灵敏度检测器，发展而成的现代液相色谱分离分析方法。第8页/共236页概述 高效液相色谱(HPLC)是以溶剂液体为流动相的色谱方法
3、。 早期液相色谱，包括Tswett的工作，都是在直径1-5cm, 长50-500cm的玻璃柱中进行的。为保证有一定的柱流速，填充的固定相颗粒直径多在150-200 m范围内。即使这样，流速仍然很低(流动相极性流动相极性正相分配色谱正相分配色谱（正相柱）（正相柱）组分极性越大，保留组分极性越大，保留时间越长；使用极性时间越长；使用极性化合物的分离。化合物的分离。反相分配色谱反相分配色谱（反相柱）（反相柱）固定相极性固定相极性流动相极性流动相极性组分极性越小，保留组分极性越小，保留时间越长；适用非极时间越长；适用非极性化合物的分离。性化合物的分离。第70页/共236页 将固定液的官能团键合在载体的
4、表面，而构成化学键合相。 以化学键合相为固定相的色谱法称为化学键合相色谱法，简称键合相色谱法（BPC）。正相正相键合相键合相色谱色谱反相反相键合相键合相色谱色谱分类三、化学键合相色谱三、化学键合相色谱第71页/共236页 固定相非常稳定，在使用中不易流失。由于固定相非常稳定，在使用中不易流失。由于可将各种极性的官能团键合到载体表面，因此它可将各种极性的官能团键合到载体表面，因此它适用于种类繁多样品的分离。适用于种类繁多样品的分离。特点 将各种不同基团通过化学反应键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上。第72页/共236页1. 键合固定相制备键合固定相制备ODS(C18)键合相键合相硅胶硅胶十八烷基
5、十八烷基氯硅烷氯硅烷非极性非极性硅烷化反应硅烷化反应使用使用pH范围：范围： 2-8第73页/共236页2. 键合固定相类型键合固定相类型类型反相柱正相柱氨丙基氰乙基、醚和醇等极性基团不同碳原子数的烷烃（C8和C18）、苯基等疏水基团第74页/共236页保留时间：保留时间：例：以例：以ODS键合色谱柱、甲醇键合色谱柱、甲醇- -水为流动相分离水为流动相分离以下两种苯甲酸，试判断出峰次序。以下两种苯甲酸，试判断出峰次序。COOHOHOHCOOHOHOHHO没食子酸没食子酸3,4-二羟基苯甲酸二羟基苯甲酸固定相固定相: 非极性非极性; 流动相流动相: 极性极性组分极性组分极性: 3,4-二羟基苯甲
6、酸二羟基苯甲酸 固定相极性 底剂 + 有机调节剂（极性调节剂） 例：水 + 甲醇，乙腈，THF第81页/共236页4保留行为的影响因素：1）溶质的分子结构： 溶质极性，疏水性，k，组分tR2）流动相极性与k的关系： 流动相极性，洗脱能力，k，组分tR3）固定相： 碳链，疏水性，k，组分tR5出柱顺序：极性大的组分先出柱 极性小的组分后出柱6适用：非极性中等极性组分（HPLC80%问题）第82页/共236页固定相极性小固定相极性小 如硅胶如硅胶-C18，硅胶硅胶-苯基；苯基； 流动相极性大流动相极性大 甲醇甲醇-水、乙腈水、乙腈-水、水和无机盐的缓冲液。水、水和无机盐的缓冲液。 反相键合色谱法反
7、相键合色谱法 分析对象分析对象 多用于多环芳烃多用于多环芳烃(PAHs)等低极性化合物分离；改变流等低极性化合物分离；改变流动相配比，动相配比，也可分离极性化合物；缓冲液可用于易离也可分离极性化合物；缓冲液可用于易离解的化合物，如有机解的化合物，如有机有机酸、有机酸、有有机机碱和酚碱和酚类类。 固定相极性固定相极性大大 硅胶硅胶-OH(或双或双-OH)，硅胶硅胶-CN 流动相极性流动相极性小小 烃类烃类+适量极性溶剂适量极性溶剂(CHCl3，CH3OH，CH3CN) 正正相键合色谱法相键合色谱法 分析对象分析对象 多用于极性或中等极性化合物的分离。多用于极性或中等极性化合物的分离。还可用于分离
8、还可用于分离异构体、异构体、极性不同的化合物以及不同类型的化合物。极性不同的化合物以及不同类型的化合物。 正相和反相键合色谱法 在HPLC分析中，有时要在流动相中加入适量的盐(碳酸铵、四烷基铵盐)或酸，为什么？答：都是为了防止峰形拖尾。加入盐类是为了减少待测物与键合相表面的残留硅醇基作用；加入酸是抑制酸类待测物的离解，使其以游离酸在柱内分离。第83页/共236页固定相与流动相固定相与流动相反相HPLC 极性:固定相 流动相 固定相 - 极性强 流动相(己烷, 庚烷)- 极性弱 极性物质后出峰正相色谱正相色谱 20%反相色谱反相色谱80%正相色谱正相色谱 20%反相色谱反相色谱80%与固定相与固
9、定相极性相近极性相近tR长长主流第84页/共49页第84页/共236页流动相流动相( (反相反相) )常用溶剂：乙腈、甲醇、水等乙腈、甲醇、水等实际使用：甲醇甲醇- -水水/ /乙腈乙腈- -水混合体系水混合体系等度洗脱：流动相比例恒定流动相比例恒定梯度洗脱：逐步提高有机溶剂比例逐步提高有机溶剂比例第85页/共49页第85页/共236页正相色谱正相色谱低极性流动相低极性流动相反相色谱反相色谱高极性流动相高极性流动相中等极性流动相中等极性流动相中等极性流动相中等极性流动相时间时间时间时间时间时间时间时间待测物极性：待测物极性：ABC正、反相色谱中极性和保留时间的关系正、反相色谱中极性和保留时间的
10、关系第86页/共236页四、离子交换色谱四、离子交换色谱固定相：阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。阳离子：阳离子：SO3H(强强)CO2H(弱弱)阴离子：阴离子：N+R3(强强)NH2 (弱弱)担体苯乙烯苯乙烯-二二乙烯苯共乙烯苯共聚物微球聚物微球键合基团键合第87页/共236页流动相：阳离子交换树脂固定相，采用酸性水溶液；阴离子交换树脂固定相，采用碱性水溶液。基本原理： 试样组分在固定相上发生的反复离子交换反应，依据组分与离子交换剂之间亲和力的不同而分离。第88页/共236页阳离子交换：RSO3H + M+ = RSO3 M + H+ 阴离子交换：RNR4OH + X- = RNR4 X +
11、OH-一般形式： RA + B = RB + A 试样组分与交换基团间的作用力的大小决定色谱的保留行为。第89页/共236页阳离子交换：RSO3H + M+ = RSO3 M + H+ 阴离子交换：RNR4OH + X- = RNR4 X + OH- 组分与离子交换剂之间作用力的大小与离子半径、电荷、存在形式等有关。作用大，保留时间长。应用：离子及可离解的化合物， 氨基酸、核酸、蛋白质等。第90页/共236页五、离子对色谱五、离子对色谱离子对色谱: 用正向或反向色谱柱分离离子和中性化合物混合物的方法。 离子对：两个相反电荷的离子相互作用形成一个中 性化合物。第91页/共236页原理：将一种（或
12、多种）与溶质离子电荷相反的离子（对离子或反离子）加到流动相（固定相）中使其与溶质离子结合形成疏水性离子对化合物，使其能够在两相之间进行分配。第92页/共236页 由于待测离子的性质不同，与对离子形成离子对的能力不同，形成的离子对的疏水能力不同，在两相间的分配系数不同，从而实现色谱分离。阴离子分离：烷基铵类，如氢氧化四丁基铵或氢氧化十六烷基三甲铵作为对离子。阳离子分离：烷基磺酸类，如己烷磺酸钠作为对离子。第93页/共236页六、空间排阻色谱六、空间排阻色谱-凝胶色谱凝胶色谱 原理：原理：利用凝胶中孔径大小的不同，按分利用凝胶中孔径大小的不同，按分子大小分离。子大小分离。小分子可以扩散到凝胶空隙，
13、由小分子可以扩散到凝胶空隙，由其中通过，出峰最慢；中等分子只能通过部分其中通过，出峰最慢；中等分子只能通过部分凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外，凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外，出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。 快速分离不同分子量混合物的色谱方法。 第94页/共236页相对分子质量差别相对分子质量差别大于大于10的化合物的化合物才可以分离才可以分离排阻色谱分离示意图排阻色谱分离示意图第95页/共236页七、亲和色谱七、亲和色谱 原理原理：利用生物大分子和固定相表面存在的某：利用生物大分子和固定相表面存在的某种特性亲和力，进行选择性分离的一种色
14、谱方法。种特性亲和力，进行选择性分离的一种色谱方法。具有反应活性的连接链（环氧、联胺等） 酶、抗原等第96页/共236页第一节 色谱图流出曲线及有关术语 一、色谱流出曲线及色谱峰（一）色谱流出曲线色谱图（chromatogram）是样品被流动相冲洗，通过色谱柱，流经检测器，所形成的浓是样品被流动相冲洗，通过色谱柱，流经检测器，所形成的浓度信号随洗脱时间变化而形成的曲线称为色谱流出曲线度信号随洗脱时间变化而形成的曲线称为色谱流出曲线(简称流出曲线简称流出曲线)，即浓度，即浓度时间曲线。时间曲线。动画动画第97页/共236页（二）（二） 基线（基线（baseline）1、基线、基线 （baseli
15、ne）在正常操作条件下，仅有流动相通过时响应信号时间曲线。2、基线噪声（、基线噪声（baseline noise）由各种因素所引起的基线波动。(一般计算峰前后1-2min内的噪声）3、基线漂移（、基线漂移（baseline drift） 基线随时间定向的基线随时间定向的缓慢移动缓慢移动第98页/共236页（三）色谱峰（三）色谱峰（chromatographic peak）1、正常色谱峰：呈正态分布、正常色谱峰：呈正态分布2. 拖尾峰（拖尾峰（tailing peak）：前沿陡峭，后沿拖尾的不对称色谱峰）：前沿陡峭，后沿拖尾的不对称色谱峰3、前伸峰（、前伸峰（leading peak）:前沿平缓
16、前沿平缓，后沿陡峭的不对称色谱峰后沿陡峭的不对称色谱峰第99页/共236页4. 4. 不对称度（不对称度（A As）或拖尾因子或拖尾因子( (T) T) （tailing tailing factorfactor）As(不对称因子)=B/A（ x=0.10 h）T(拖尾因子)=（A+B）/2A（ x=0.05 h）第100页/共236页AsymmetryA factor describing the shape of a chromatographic peak. Theory assumes a Gaussian shape peak that is symmetrical. The pea
17、k asymmetry factor is the ratio (at 10 percent of the peak height) of the distance between the peak apex and the back side of the chromatographic curve to the distance between the peak apex and the front side of the chromatographic curve. A value 1 is a tailing peak, while a value 1 is a fronting pe
18、ak 第101页/共236页5. 假峰（ghost peak）又称鬼峰：由于仪器条件的变化等原因而在谱图上出现的色谱峰，即并非由试样所产生的峰。第102页/共236页色谱峰： 1 1个样品组分的色谱峰可用3 3个参数来描述，即峰高( (或峰面积) )、峰位和峰宽。峰高( (或峰面积) )用于定量；峰位用于定性；峰宽可用于衡量柱效。若描述一组色谱峰，还需用分离参数表述相邻峰的重叠程度。第103页/共236页二、 保留值定性参数（一）保留时间(retention time)（1）死时间(dead time):tM（2）保留时间(retention time) （tR）（3）调整保留时间(adjus
19、ted retention time) （tR ）：tR= tRtM（二）保留体积(retention volume)（1）死体积（VM）： VM = tM Fc（2）保留体积（VR）：VR = tRFc（3）调整保留体积(VR)：V R = VR VM Fc：载气流速（mL/min)第104页/共236页（1 1） 死时间t tM M 一些不被固定相吸收或吸附的气体通过色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间（它正比于色谱柱的空隙体积）。如用热导池作检测器时，从注射空气样品到空气峰顶出现时的时间。以 s s 或 min min 为单位表示。第105页/共236页（2 2）保留时间 ( (t
20、tR R) ) 试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间。以 s s 或 min min 为单位表示。第106页/共236页（3） 调整保留时间 保留时间减去死时间即为调整保留时间 : : ) (Rt )(MRtttR第107页/共236页（4 4） 死体积 指色谱柱中不被固定相占据的空间及进样系统和到检测系统的总体积. .当色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测系统的空间的总体积很小而可忽略不计时，等于死时间乘以载气的流速。0MFtVM第108页/共236页（ 5） 保留体积 从注射样品到经过柱后色谱峰顶出现时，通过色谱系统流动相的体积，一般可用保留
21、时间乘载气流速求得，以 mL mL 为单位表示。 0RFtVR第109页/共236页（6）调整保留体积 保留体积减去死体积即为调整保留体积( (V VR RV VM M) )。 RV0RFtVR第110页/共236页（三）相对保留值( r 21 ) 在一定色谱条件下被测组份2 2和组份1 1调整保留值之比。 r r 2121 = =t tR2R2 /t /tR1R1 = VR2 / VR1式中式中 t tR2R2 组份组份2 2的调整保留时间的调整保留时间; ; t t R1R1 组份组份1 1的调整保留时间。的调整保留时间。它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定相的性质有关第
22、111页/共236页（四）保留指数(retention index）t tR(x)R(x)-待测物待测物X X的调整保留时间的调整保留时间t tR(z)R(z)-碳原子数为碳原子数为Z Z的正构烷烃的调整保留时间的正构烷烃的调整保留时间t tR(z+n)R(z+n)-碳原子数为碳原子数为z+nz+n的正构烷烃的调整保留时间的正构烷烃的调整保留时间t tR(z)R(z) t tR(x)R(x) t tR(z+n) R(z+n) （通常通常 n=1n=1） 规定正构烷烃规定正构烷烃的的I I 值是其原子数的值是其原子数的100100倍，倍，如：正庚烷如：正庚烷I=700I=700)lglglglg
23、(100,)(,)(,)(,)(ZRnZRzRXRttttnZ第112页/共236页)lglglglg()()()()()()()(ZttttItttZRZRZRXRXZRXRZR11100第113页/共236页第114页/共236页保留指数差保留指数差化合物化合物x x在某一固定液在某一固定液s s上测得的保留指上测得的保留指数减去在角鲨烷（异三十烷）固定液数减去在角鲨烷（异三十烷）固定液上得到的保留指数。上得到的保留指数。第115页/共236页（一）（一）. . 区域宽度区域宽度 用来衡量色谱峰宽度的参用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：数，有三种表示方法：（1 1）标准偏差）标准偏
24、差( ( ) )：即即0.6070.607倍倍峰高处色谱峰宽度的一半。峰高处色谱峰宽度的一半。（2 2）半峰宽）半峰宽( (WW1/21/2) )：色谱峰高色谱峰高一半处的宽度一半处的宽度 WW1/21/2 =2.354 =2.354 （3 3）峰底宽）峰底宽( (WW) )：WW=4 =4 三三 、柱效参数、柱效参数第116页/共236页从色谱图中，可得许多信息：1 1 色谱峰的个数，可推断所含组分的个数；2 2 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；3 3 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；4 4 色谱峰的保留值及其区域宽度，评价柱效依据；5 5 色谱峰两峰间的距离判断组分选择性
25、第117页/共236页( (一）一）. . 分配系数分配系数（ partition factor） K在一定温度、压力下，组分在固定相和流动相中平在一定温度、压力下，组分在固定相和流动相中平衡浓度的比值。衡浓度的比值。Ms ccK 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度第三节 色谱法基本原理一、分配系数和分配比：相平衡参数，是用来描述色谱过一、分配系数和分配比：相平衡参数，是用来描述色谱过程中，样品组分在相对运动的两相中的分配情况程中，样品组分在相对运动的两相中的分配情况动画动画第118页/共236页分配系数 K 的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；
26、越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；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效果；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；某组分的某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。同一条件下，若两组分的同一条件下，若两组分的K值相等，则色谱峰重合，值相等，则色谱峰重合，差别越大，色谱峰的距离越大差别越大，色谱峰的距离越大 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 K第119页/共236页（二）（二）. .分配比分配
27、比 （partion ratio）k 或或 K 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：相间分配达到平衡时的质量比：Ms mmk 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 1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。离柱温度、柱压的改变而变化。 2.分配系数决定于组分和两相性质分配系数决定
28、于组分和两相性质,与两相体积无关与两相体积无关.而分配比与组分和两相而分配比与组分和两相性质有关性质有关,也两相体积有关也两相体积有关 3. 分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该分配系数与分配比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。组分的保留时间越长。 分配比也称：分配比也称： 容量因子容量因子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；第120页/共236页（三）分配比与分配系数的关系（三）分配比与分配系数的关系 式中式中为相比。为相比。 填充柱相比：填充柱相比：535；毛细管柱的相比：；毛细管
29、柱的相比：501500。VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积； VS为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱， VS的含义不同；的含义不同； 气气-液色谱柱：液色谱柱： VS为固定液体积；为固定液体积； 气气-固色谱柱：固色谱柱： VS为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；KVVccVVmVVmmmkmSmsmmmSSSmS第121页/共236页（四）（四） 分配比与保留时间的关系分配比与保留时间的关系 tR = tM(1+k)tR=ktM第122页/共236页（五）（五） 分配比、分配系数与选择性因子的关分配比、分配系
30、数与选择性因子的关系系 a a = tR（2）/ tR（1）= k2 /k1= K2 /K1第123页/共236页讨论：如何使A、B组分完全分离ABAB组分组分A、B在沿柱移动时不同位置的浓度轮廓在沿柱移动时不同位置的浓度轮廓浓浓度度1.两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2.区域宽度的扩展速度应小于区域分离的速度区域宽度的扩展速度应小于区域分离的速度3.在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱第124页/共236页练习题1.混合样品a, b, c, d, e在柱上的 分配系数分别为105，85，310，50，205，则各个组分流出柱
31、的先后顺序为（ ）A d，b，a，e，c B. c，d，a，b，e C. c，e， a，b，d D. a，b，c，d，e第125页/共236页下列参数改变时，会引起分配系数变化的是（ ）A 柱长增加 B. 固定相改变 C. 相比减少 D. 流动相流速增加 下列参数改变时，会引起分配比变大的是（ ）A 柱长增加 B. 固定相改变 C. 相比减少 D. 流动相流速增加 第126页/共236页 色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动力学问题。影响分色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效与分离度的评价指标及其关系。离及柱效的因素与
32、提高柱效的途径，柱效与分离度的评价指标及其关系。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制； （组分和固定液的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽：色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；色谱过程的动力学因素控制； （两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理论；两种色谱理论：塔板理论和速率理论；第127页/共236页 塔板理论的假设：塔板理论的假设： (1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；在每一个平衡过程间隔内，平衡可以
33、迅速达到； (2) (2) 将载气看作成脉动（间歇）过程；将载气看作成脉动（间歇）过程； (3) (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； (4) (4) 每次分配的分配系数相同。每次分配的分配系数相同。（5 5）所有物质在开始时全部进入零号塔板）所有物质在开始时全部进入零号塔板二、 塔板理论 （1 1）. .塔板理论塔板理论（plate theory）半经验理论；半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复分割成多次的平衡过程的重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡（类似于蒸
34、馏塔塔板上的平衡过程）；过程）；第128页/共236页组分在n=5,k,=1,m=1柱内任一板上分配表载气体积 01234柱出口N=010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.1250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.03260.0160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1160.2750.2750.11880.0040.0320.0860.1960.2750.13890.0020.0180.0590.1410.2460.
35、138100.0010.1010.0380.1000.1890.118第129页/共236页 色谱柱长：色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n，则三者的关系为：则三者的关系为： n = L / H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：保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配! !222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn第130页/共236页（2 2）. .有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数
36、越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：板高度：有效有效有效nLHYtYtnRR222/1)(16)(54. 5222/1)(16)(54. 5YtYtnRR理第131页/共236页（二） 塔板数和塔板高度 柱效：也叫柱效能理论塔板数n有效塔板数neff理论塔板高度H H=L/n有效塔板高度 Heff Heff =L/neff222/1)(16)(54. 5WtWtnRR2,22/1,)(16)(54. 5WtWtnRR
37、eff第132页/共236页222)(02Rttecc得出色谱流出曲线方程得出色谱流出曲线方程： C0:进样的浓度tR:保留时间:标准偏差第133页/共236页1 1 较好地解析了色谱曲线形状较好地解析了色谱曲线形状2 2 浓度极大点浓度极大点CmaxCmax的位置是的位置是t tR R ( (即即V VR R) )3 3 计算评价柱效计算评价柱效塔板理论成功之处塔板理论成功之处: :第134页/共236页第135页/共236页（3 3）. .塔板理论的理解塔板理论的理解 (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 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越小越小)，被测组分在柱，
38、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。内被分配的次数越多，柱效能则越高，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，用有效塔板数和有效塔板高度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，应指明测定物质。作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。 (3) (3)柱效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柱效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K K相同时相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 (4) (4)塔板理论无法解释同一色
39、谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果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的途径。，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。第136页/共236页三. 速率理论- -影响柱效的因素（一）（一）. . 范范. .弟姆特（弟姆特（Van DeemterVan Deemter）方程式方程式气相色谱速率理论气相色谱速率理论 H = A + B/u + Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度， u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s) 减小减小A、B、C三项可提高柱效；三项可提高柱效； 存在着最佳流速；存在着最佳流速； A、B、C三项各
40、与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？第137页/共236页A涡流扩散项（eddy diffusion） A = 2dp dp：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dp，填充的越均匀，填充的越均匀，A，H，柱效，柱效n。表现在涡流扩。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。散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。（动画）（动画）第138页/共236页B/u 分子扩散项molecular diffusion） B = 2 Dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，11。 Dg：试样组分分子在
41、气相中的扩散系数（：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2s-1） (1) 存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散; (2) 扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差分离变差; (3) 分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散; (4) 扩散系数：扩散系数：Dg (M载气载气)-1/2 ； M载气载气，B值值。（动画）（动画）第139页/共236页 k为容量因子；为容量因子； Dg 、DL为扩散系数为扩散系数; dp：固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径;df 液膜的厚度。液膜的厚度。 减小担体粒度，选择小分子量的
42、气体作载气，降低固定相液膜厚度，可降低传减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，降低固定相液膜厚度，可降低传质阻力。质阻力。C u 传质阻力项 传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL即：即： C =（Cg + CL）gpgDdkkC22)1 (01. 0（动画）（动画）LfLDdkkC22)1 (32第140页/共236页（二）范氏方程讨论（二）范氏方程讨论 1、颗粒大小与粒度范围、颗粒大小与粒度范围 （1）颗粒太大，填充均匀性越差 ,（2） dP 太小气阻大，固定相颗粒直径一般4060，6080，80100目。 A = 2dp 第141页/共23
43、6页2.2.载气流速与柱效载气流速与柱效最佳流速最佳流速载气流速高时：载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主要因素传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 。载气流速低时：载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的主要因分子扩散项成为影响柱效的主要因素，素，流速流速 , ,柱效柱效 。H - u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。02
44、CUBdUdHBCAH2minCBuopt/第142页/共236页(三）影响谱带变宽的其它因素三）影响谱带变宽的其它因素1、非线性分配色谱、非线性分配色谱2、载体表面活性吸附中心造成的拖尾峰、载体表面活性吸附中心造成的拖尾峰3、 柱外效应柱外效应第143页/共236页当溶质浓度较低时，K为常数，Cs与Cm成线性关系，其相应的色谱过程称为线性色谱。CSCM1、非线性分配色谱第144页/共236页CMCSCSCM非线性色谱。其具有以下几个特点：a、溶质洗脱峰不再是对称的正态分布，而是有“拖尾”或“伸舌”现象；b、样品的保留值可变。线性色谱中同一样品的保留值是常数，只随样品不同而变化；c、色谱峰的峰
45、高与浓度不是线性关系。在线性色谱中峰高与组分是线性关系。峰高是定量分析的重要数据。在非线性色谱中，峰高增加的速率随浓度的增加而逐渐降低，因而峰高不能作为定量分析的指标。第145页/共236页（3 3）. .气相色谱速率理论的要点气相色谱速率理论的要点 (1) (1)组分分子在柱内运行的组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成的浓度梯度所造成的分子扩散分子扩散及及传传质阻力质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。的主要原因。 (2)通过选择适当的固定相粒度、载气种
46、类、液膜厚度及载气流速可提高柱效通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。 (3) (3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。柱效及分离的影响。 (4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才
47、能使柱效达到最高。又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。第146页/共236页（二）（二）. . GiddingsGiddings方程式液相色谱速率理论方程式液相色谱速率理论液相色谱与气相色谱的的主要区别在于液体和气体性质的液相色谱与气相色谱的的主要区别在于液体和气体性质的差异差异第147页/共236页1958年，Giddings 和Snyder等提出液相色谱速率方程式：第148页/共236页uDCHmmd第149页/共236页uDdCHsfss2uDdCHmpmm2uDdCHmpmssm2第150页/共236页第151页/共236页第152页/共236页第153页/共23
48、6页第154页/共236页在高效液相色谱中, 液体的扩散系数仅为气体的万分之一，则速率方程中的分子扩散项B/U较小，可以忽略不计，即： H = A +B/u+ C u 故液相色谱H-u曲线与气相色谱的形状不同，如图所示。提高柱内填料装填的均匀性和降低粒度提高柱内填料装填的均匀性和降低粒度选用低粘度的流动相或适当提高柱温选用低粘度的流动相或适当提高柱温 第155页/共236页第156页/共236页色谱峰越窄，理论塔板数就越_，理论塔板高度就越_，柱效能就越_。 第157页/共236页一、 分离度:评价分离情况的综合指标 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为塔板理论和速
49、率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。多大时，相邻两组份能够被完全分离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之保留值之差差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素； 区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：第四节 分离度与基本色谱分离方程式第158页/共236页讨论： 色谱分离中的四种情况的讨论：色谱分离中的四种情况的讨论： 柱效较高，柱效较高，K(分配系数分配系数)较大较大,完全
50、分离；完全分离； K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，K较大较大,但分离的不好；但分离的不好； K小，小，柱效低，分离效果更差。柱效低，分离效果更差。第159页/共236页分离度的表达式：R=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度：分离程度98%；R=1.5：达：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。（相邻两峰完全分离的标准）。21)1()2()(2WWttRRR第160页/共236页令令W2=W1=W（相邻两峰的峰底宽近似相等相邻两峰的峰底宽近似相等），），引入相对保留值和塔板数，可导