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1、第六章色谱学概论第1页，共39页，编辑于2022年，星期三第2页，共39页，编辑于2022年，星期三1、色谱分析的历史、定义与分类、色谱分析的历史、定义与分类Historyanddefinitionandclassificationofchromatography2、一些重要的参数、一些重要的参数Chromatographicseparationparameters3、色谱与色谱分析、色谱与色谱分析Chromatographyandchromatographicanalysis第3页，共39页，编辑于2022年，星期三1、Tswett的方法是借助于各组分在固定相中吸附能力的强的方法是借助于各组
2、分在固定相中吸附能力的强弱不同而进行分离的，称为吸咐色谱。弱不同而进行分离的，称为吸咐色谱。一、色谱分析的历史、定义与分类一、色谱分析的历史、定义与分类(一一)、色谱分离发展史、色谱分离发展史分离分析技术分离分析技术分离技术分离技术第一节第一节色谱法概述色谱法概述第4页，共39页，编辑于2022年，星期三吸附色谱法吸附色谱法(AdsorptingChromatography)石油醚石油醚(Movingphase)叶片的石油醚萃取液叶片的石油醚萃取液样品样品（Sample）碳酸钙颗粒碳酸钙颗粒（Stationeryphase）色谱柱色谱柱（Column）色谱图色谱图（Chromatogram）洗
3、脱洗脱(Elution)第5页，共39页，编辑于2022年，星期三2 2、1941年年Martin和和Synge把氨基酸的混合液注入到以硅把氨基酸的混合液注入到以硅胶作固定相的柱中胶作固定相的柱中,用氯仿作流动相用氯仿作流动相,借助于氨基酸在借助于氨基酸在硅胶中的水和有机溶剂氯仿两相中的溶解度不同而达硅胶中的水和有机溶剂氯仿两相中的溶解度不同而达到分离，故称为分配色谱到分离，故称为分配色谱(PartitionChromatography)(PartitionChromatography)。3、1944年年Martin和和Synge用滤纸代替硅胶用滤纸代替硅胶,不用色谱柱，不用色谱柱，固定相是滤
4、纸中含有水份的纤维素，流动相用有机溶剂，固定相是滤纸中含有水份的纤维素，流动相用有机溶剂，也成功地分离了氨基酸，从而创立了纸色谱法也成功地分离了氨基酸，从而创立了纸色谱法（PaperChromatography）。第6页，共39页，编辑于2022年，星期三第7页，共39页，编辑于2022年，星期三4、1952年年Martin等又提出以气体作流动相的等又提出以气体作流动相的气相色谱法。气相色谱法。5、50年代又出现了将固定相涂布在玻璃板上的年代又出现了将固定相涂布在玻璃板上的薄层色谱法。薄层色谱法。第8页，共39页，编辑于2022年，星期三第9页，共39页，编辑于2022年，星期三(二二)、色谱
5、分析的定义与分类、色谱分析的定义与分类色谱法是一种物理化学的分离分析方法。它是色谱法是一种物理化学的分离分析方法。它是利用样品中各种组分在固定相与流动相中受到利用样品中各种组分在固定相与流动相中受到的作用力不同，而将待分析样品中的各种组分的作用力不同，而将待分析样品中的各种组分进行分离，然后顺序检测各组分含量的一种分进行分离，然后顺序检测各组分含量的一种分离分析方法。离分析方法。Keulemans definition serves as well as any:chromatography is a physical method of separation,in which the com
6、ponents to be separated are distributed between two phases,one of these phase constituting a stationary bed of large surface area,the other being a fluid that percolates through or along the stationary bed.第10页，共39页，编辑于2022年，星期三1、按流动相及固定相的状态分类、按流动相及固定相的状态分类气相色谱：气液色谱、气相色谱：气液色谱、气固色谱气固色谱液相色谱：液液色谱、液相色谱：
7、液液色谱、液固色谱液固色谱色谱法分类色谱法分类柱色谱柱色谱纸色谱纸色谱薄层色谱薄层色谱平板色谱平板色谱2、按固定相形状分类、按固定相形状分类第11页，共39页，编辑于2022年，星期三(1)吸吸附附色色谱谱：用用固固体体吸吸附附剂剂作作固固定定相相的的色色谱谱。它它是是利利用用组组分分在在吸吸附附剂剂上上吸吸附附力力的的不不同同，因因而而吸吸附附平平衡衡常常数数不不同同而而将将组组分分分分离的色谱。离的色谱。3、按色谱过程的物理化学机理分类、按色谱过程的物理化学机理分类(3)离子交换色谱：离子交换色谱：利用离子交换原理进行分离的色谱。利用离子交换原理进行分离的色谱。(2)分分配配色色谱谱：用用
8、液液体体作作固固定定相相，利利用用组组分分在在液液相相中中的的溶溶解解度度不同，因而分配系数不同而进行分离的色谱。不同，因而分配系数不同而进行分离的色谱。(4)排阻色谱排阻色谱:利用分子大小不同而进行分离的色谱。利用分子大小不同而进行分离的色谱。第12页，共39页，编辑于2022年，星期三气相色谱气相色谱(Gaschromatography)填充柱气相色谱填充柱气相色谱（Packedcolumngaschromatography)毛细管气相色谱毛细管气相色谱(Capillarycolumngaschromatography)裂解气相色谱裂解气相色谱(Pyrolysisgaschromatogr
9、aphy)顶空气相色谱顶空气相色谱(Headspacegaschromatography)液相色谱液相色谱(Liquidchromatography)高效液相色谱高效液相色谱(Highperformanceliquidchromatography)超临界流体色谱超临界流体色谱(Supercriticalfluidchromatography)高效毛细管电泳高效毛细管电泳(Highperformancecapillaryelectrophoresis)毛细管电色谱毛细管电色谱(Capillaryelectrochromatography)第13页，共39页，编辑于2022年，星期三二、一些重要的
10、参数二、一些重要的参数(一一)、色谱图中一些重要参数、色谱图中一些重要参数第14页，共39页，编辑于2022年，星期三4、色谱峰的对称性、色谱峰的对称性(Chromatographicpeaksymmetry)高斯高斯（Gaussian）曲线：曲线：在理想情况下，色谱峰的形状在理想情况下，色谱峰的形状可以近似地用高斯曲线描述。可以近似地用高斯曲线描述。第15页，共39页，编辑于2022年，星期三不对称因子不对称因子(Asymmetryfactor)：实际色谱很少符合高斯实际色谱很少符合高斯分布，而是具有一定的不对称性。定义不对称因子分布，而是具有一定的不对称性。定义不对称因子As来定量地表示色
11、谱峰的不对称程度。来定量地表示色谱峰的不对称程度。拖尾峰拖尾峰(Tailedpeak)：As大于大于1主要原因是溶质在固定相中存在吸附作用，因此，主要原因是溶质在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰也称为吸附峰。拖尾峰也称为吸附峰。伸舌峰伸舌峰(leadingpeak)：As小于小于1因为伸舌峰主要是固定相不能给溶质提供足够数因为伸舌峰主要是固定相不能给溶质提供足够数量合适的作用位置，使一部分溶质超过了峰的中心，量合适的作用位置，使一部分溶质超过了峰的中心，即产生了超载，所以也称超载峰。即产生了超载，所以也称超载峰。As=b/a第16页，共39页，编辑于2022年，星期三（二）、色谱分离中的一些
12、重要参数（二）、色谱分离中的一些重要参数1、相对保留值、相对保留值relativeretention()亦称选择性因子亦称选择性因子tR2/tR12、容量因子、容量因子capacityfactor(k)容量因子亦称容量比，分配比或质量分配比。是指平衡容量因子亦称容量比，分配比或质量分配比。是指平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比。时，组分在固定相和流动相中的质量比。k值一般控制在值一般控制在3-7之间。之间。ktR/t0第17页，共39页，编辑于2022年，星期三3、塔板数、塔板数numberofplates（N）组分在柱中固定相和流动相中反复分配平行的次数。组分在柱中固定相和流动相中反复分
13、配平行的次数。N越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显著，越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显著，柱效越高。柱效越高。N=L/H=16(tR/W)24、分离度、分离度resolution（R）分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。第18页，共39页，编辑于2022年，星期三 tR1tR2Y1Y2 2(tR2tR1)R=W1+W2当当 R=1.0时，有时，有2%未分离；未分离；R=1.25时，有时，有0.6%未分离；未分离；R=1.5时，时，有有0.3%未分离未分离第19页，共39页，编辑于2022年，星期三（三）、各种参数
14、对分离的综合影响（三）、各种参数对分离的综合影响2(tR2tR1)N1/2-1kR=W1+W24k+1第20页，共39页，编辑于2022年，星期三原始原始增大增大kA.改变流动相或固改变流动相或固定相定相对于对于GC,选择固选择固定相较为理想。定相较为理想。对于对于LC，选择流，选择流动相的配比较为合动相的配比较为合理。理。B.改变温度改变温度对于对于GC，可采用，可采用程序升温。程序升温。对于对于LC，选择不，选择不同的温度。同的温度。增大增大NN由由L与与H来来控制控制,H与柱与柱的填充、固的填充、固定相的性质定相的性质等有关。等有关。增大增大对于对于GC，用选择，用选择固定液降低柱温固定
15、液降低柱温的办法。对于的办法。对于LC，用选择流动相，用选择流动相配比的办法。再配比的办法。再加上程序升温加上程序升温（GC）或梯度淋）或梯度淋洗（洗（LC）等技术，）等技术，是提高是提高的有效办的有效办法。法。第21页，共39页，编辑于2022年，星期三第二节第二节色谱学基础理论色谱学基础理论塔板理论塔板理论速率理论速率理论扩散理论扩散理论块状液膜模型块状液膜模型平衡色谱理论平衡色谱理论第22页，共39页，编辑于2022年，星期三塔板理论的基本假设塔板理论的基本假设L012345VHcolumn1 1、柱内各段塔板高度、柱内各段塔板高度、柱内各段塔板高度、柱内各段塔板高度HH不变，柱子塔板数
16、不变，柱子塔板数不变，柱子塔板数不变，柱子塔板数N=L/HN=L/H22、在塔板高度、在塔板高度、在塔板高度、在塔板高度HH内，组分在两相间达到瞬时平衡。内，组分在两相间达到瞬时平衡。内，组分在两相间达到瞬时平衡。内，组分在两相间达到瞬时平衡。33、流动相以脉冲方式进入一个体积。、流动相以脉冲方式进入一个体积。、流动相以脉冲方式进入一个体积。、流动相以脉冲方式进入一个体积。44、分配系数、分配系数、分配系数、分配系数KK在每个塔板上均不变，是常数。在每个塔板上均不变，是常数。在每个塔板上均不变，是常数。在每个塔板上均不变，是常数。55、组分加在、组分加在、组分加在、组分加在0 0号塔板上，轴向
17、扩散可忽略。号塔板上，轴向扩散可忽略。号塔板上，轴向扩散可忽略。号塔板上，轴向扩散可忽略。一、塔板理论一、塔板理论第23页，共39页，编辑于2022年，星期三第24页，共39页，编辑于2022年，星期三1、物理意义、物理意义N说明组分在柱中反复分配平行的次数的多少，说明组分在柱中反复分配平行的次数的多少，N越大，越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显，柱效越平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越显，柱效越高。高。形象地说明了色谱柱的柱效，是反映柱效能的指标。形象地说明了色谱柱的柱效，是反映柱效能的指标。能很好地解释色谱图，如曲线形状、浓度最大值位置、能很好地解释色谱图，如曲线形状、
18、浓度最大值位置、色谱峰的宽度和保留值的关系等。色谱峰的宽度和保留值的关系等。N=L/H=16(tR/W)2第25页，共39页，编辑于2022年，星期三不能解释同一色谱柱对不同组分不能解释同一色谱柱对不同组分N或或H的不同。的不同。不能解释不同操作条件下，同一色谱柱对相同组不能解释不同操作条件下，同一色谱柱对相同组分分N或或H的不同。的不同。不能找出影响不能找出影响N或或H的内在因素。的内在因素。不能为操作与应用色谱方法提供改善柱效的途径和不能为操作与应用色谱方法提供改善柱效的途径和方法。方法。2、塔板理论的局限性及原因、塔板理论的局限性及原因原因：原因：只考虑组分热力学因素，而没有考虑动力学因
19、素。只考虑组分热力学因素，而没有考虑动力学因素。第26页，共39页，编辑于2022年，星期三二、速率理论二、速率理论第27页，共39页，编辑于2022年，星期三1、速率理论公式速率理论公式H=A+B/u+(Cs+Cm)uA涡流扩散项涡流扩散项(Eddydiffusion)B/u分子扩散项分子扩散项(Moleculardiffusion)(Cs+Cm)u传质阻力项传质阻力项(Masstransfer)第28页，共39页，编辑于2022年，星期三A、涡流扩散项、涡流扩散项(Eddydiffusion)第29页，共39页，编辑于2022年，星期三 当流动相带着被分离组分分子通过颗粒大小当流动相带着被
20、分离组分分子通过颗粒大小不同、填充松紧不同的固定相时，会形成紊乱的不同、填充松紧不同的固定相时，会形成紊乱的类似类似“涡流涡流”的流动，形成流速不同的流路，造的流动，形成流速不同的流路，造成组分谱带的展宽。固亦称多径项。成组分谱带的展宽。固亦称多径项。HA=A=2dp-填充不规则因子填充不规则因子dp-固定相微粒直径固定相微粒直径第30页，共39页，编辑于2022年，星期三B、分子扩散项、分子扩散项(Moleculardiffusion)第31页，共39页，编辑于2022年，星期三当样品进入色谱柱后，由于存在着浓度梯度，当样品进入色谱柱后，由于存在着浓度梯度，组分分子由浓度高的区域向浓度低的区
21、域运动，组分分子由浓度高的区域向浓度低的区域运动，产生浓度扩散，造成组分谱带展宽。产生浓度扩散，造成组分谱带展宽。HB=B/u=2DM/uB-分子扩散项系数分子扩散项系数-弯曲因子（扩散阻止系数）弯曲因子（扩散阻止系数）DM-组分在流动相中扩散系数组分在流动相中扩散系数第32页，共39页，编辑于2022年，星期三C、传质阻力项、传质阻力项(Masstransfer)第33页，共39页，编辑于2022年，星期三 溶质分子要从流动相转移到固定相中，就要从流动溶质分子要从流动相转移到固定相中，就要从流动相主体扩散到气相主体扩散到气-液、气液、气-固、液固、液-液或液液或液-固界面，阻固界面，阻碍这一
22、扩散过程的阻力称流动相传质阻力碍这一扩散过程的阻力称流动相传质阻力.CMu=f(dP2,k)u/DM第34页，共39页，编辑于2022年，星期三 溶质分子到达两相界面后，将继续扩散到固定相内溶质分子到达两相界面后，将继续扩散到固定相内部达到分配平衡，然后又返回到两相界面。溶质在这一部达到分配平衡，然后又返回到两相界面。溶质在这一移动过程中的阻力称固定相传质阻力。移动过程中的阻力称固定相传质阻力。CSu=f(df2,K)u/Dsdf-固定相液膜平均厚度固定相液膜平均厚度DS-组分在固定相中扩散系数组分在固定相中扩散系数第35页，共39页，编辑于2022年，星期三H=A+B/u+(Cs+Cm)u=
23、2dp+2DM/u+f(df2,k)u/Ds+f(df2,k)u/DM第36页，共39页，编辑于2022年，星期三方法：方法：A、在三个相差较大的流速下，测出三个色谱图。、在三个相差较大的流速下，测出三个色谱图。B、在色谱图上选择某个色谱峰，由公式求出三种、在色谱图上选择某个色谱峰，由公式求出三种u下的下的H。LLWH=()2N16tRC、由、由u和和H建立三条速率方程，然后求取建立三条速率方程，然后求取A，B，C。速率理论公式中速率理论公式中A、B、C的求取的求取第37页，共39页，编辑于2022年，星期三例：氯苯甲酸甲酯在三种不同载气流速下的数据如下：例：氯苯甲酸甲酯在三种不同载气流速下的
24、数据如下：L=2米米tR0(sec)tR(sec)W(sec)47.036148.237.529539.325.019827.7求求H=A+B/u+Cu中的中的A，B，C。解：先求解：先求u、N，后求，后求H。如如u1u1=L/tR0=2100/47.0=4.26cm/sN1=16(tR1/W1)2=16(361/48.2)2=897H1=L/N1=200/897=0.223cm 则：则：0.223AB4.264.26C依此类推，得三个方程组，解三方程组得依此类推，得三个方程组，解三方程组得A，B，C。意义：意义：三项中那一项影响柱效最大，可采取相应措施加以改正。三项中那一项影响柱效最大，可采
25、取相应措施加以改正。第38页，共39页，编辑于2022年，星期三本章应掌握的内容：本章应掌握的内容：色谱法中的基本组成？色谱法中的基本组成？色谱法中的基本组成？色谱法中的基本组成？色谱法的定义？色谱法的定义？色谱法的定义？色谱法的定义？色谱法的分类色谱法的分类色谱法的分类色谱法的分类?色谱图中重要参数表示的意义？色谱图中重要参数表示的意义？色谱图中重要参数表示的意义？色谱图中重要参数表示的意义？相对保留值、分配比、塔板数、分离度基本概念？相对保留值、分配比、塔板数、分离度基本概念？相对保留值、分配比、塔板数、分离度基本概念？相对保留值、分配比、塔板数、分离度基本概念？色谱法的共同特点？色谱法的共同特点？色谱法的共同特点？色谱法的共同特点？速率理论的三项组成？速率理论的三项组成？速率理论的三项组成？速率理论的三项组成？第39页，共39页，编辑于2022年，星期三