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1、仪器分析色谱法的基本原理第1页，本讲稿共39页本章基本要求本章基本要求 理解混合物中各组分在色谱柱内分离的原因；理解混合物中各组分在色谱柱内分离的原因；了解色谱流出曲线和术语；了解色谱流出曲线和术语；理解柱效率的物理意义及计算方法；理解柱效率的物理意义及计算方法；理解速率理论方程对实际分离的指导意义；理解速率理论方程对实际分离的指导意义；掌握分离度的计算方法及影响分离度的色谱参数。掌握分离度的计算方法及影响分离度的色谱参数。第2页，本讲稿共39页2.1 概概述述2.1.1色谱法发展史色谱法发展史色色谱谱法法是是俄俄国国植植物物学学家家Tswett（茨茨维维特特）于于1903年年首首先先提提出出
2、的的。他他把把植植物物色色素素的的石石油油醚醚抽抽提提液液倒倒入入一一根根装装有有固固体体碳碳酸酸钙钙颗颗粒粒（固固定定相相）的的竖竖直直玻玻璃璃管管（色色谱谱柱柱）中中，并并再再从从管管的的上上部部加加入入纯纯的的石石油油醚醚（流流动动相相），任任其其自自由由流流下下。这这时时植植物物色色素素的的抽抽提提液液沿沿玻玻璃璃管管流流动动，在在管管内内形成具有不同颜色的色带，每个色带代表不同的组分。形成具有不同颜色的色带，每个色带代表不同的组分。-“色谱色谱”（色层）因而得名（色层）因而得名第3页，本讲稿共39页胡萝卜素（橙色）胡萝卜素（橙色）胡萝卜素（橙色）胡萝卜素（橙色）植物色素植物色素植物色
3、素植物色素叶绿素（绿色）叶绿素（绿色）叶绿素（绿色）叶绿素（绿色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）石油醚石油醚石油醚石油醚CaCOCaCO3 3固定相固定相固定相固定相19411941年，年，年，年，MartinMartin、SyugeSyuge发发发发明了液液色谱。明了液液色谱。明了液液色谱。明了液液色谱。19521952年，年，年，年，JamesJames、MartinMartin发明了气相色谱。发明了气相色谱。发明了气相色谱。发明了气相色谱。2020世纪世纪世纪世纪6060年代，出现了高效年代，出现了高效年代，出现了高效年代，出现了高效液相色谱。液相色谱。液相色谱
4、。液相色谱。第4页，本讲稿共39页色谱法：色谱法：借助在两相间分配系数的差异，而使混合物中各组分获得借助在两相间分配系数的差异，而使混合物中各组分获得分离的技术称为色谱分离技术。分离的技术称为色谱分离技术。固定相：固定相：填充柱内的填料（固体或液体）。填充柱内的填料（固体或液体）。流动相：流动相：携带样品流过固定相携带样品流过固定相(气体、液体和超临界流体气体、液体和超临界流体)。色谱柱：色谱柱：装有固定相的柱。装有固定相的柱。色谱分离过程：色谱分离过程：当流动相中携带混合物经过固定相时，与固定相发生作当流动相中携带混合物经过固定相时，与固定相发生作用，由于各组分的结构性质（溶解度、极性、蒸汽
5、压和吸附能力等）不用，由于各组分的结构性质（溶解度、极性、蒸汽压和吸附能力等）不同，这种相互作用产生强弱的差异。在同一推动力的作用下，不同组分同，这种相互作用产生强弱的差异。在同一推动力的作用下，不同组分在固定相在固定相滞留时间滞留时间长短不同，按先后不同的次序从固定相中流出。长短不同，按先后不同的次序从固定相中流出。几个基本术语：几个基本术语：第5页，本讲稿共39页 气相色谱气相色谱 -用气体作流动相用气体作流动相用气体作流动相用气体作流动相 液相色谱液相色谱 -用液体作流动相用液体作流动相用液体作流动相用液体作流动相由于固定相可分为固体吸附剂和涂在固体担体上或毛细管内壁上由于固定相可分为固
6、体吸附剂和涂在固体担体上或毛细管内壁上由于固定相可分为固体吸附剂和涂在固体担体上或毛细管内壁上由于固定相可分为固体吸附剂和涂在固体担体上或毛细管内壁上的液体固定相，故可将色谱法分为下述四类：的液体固定相，故可将色谱法分为下述四类：的液体固定相，故可将色谱法分为下述四类：的液体固定相，故可将色谱法分为下述四类：气气气气 固色谱固色谱固色谱固色谱气体气体气体气体固体固体固体固体 流动相流动相流动相流动相固定相固定相固定相固定相 液体液体液体液体 1、按两相所处的状态分类、按两相所处的状态分类液液-固固色谱色谱气气-液液色谱色谱液液液液 液色谱液色谱液色谱液色谱2.1.2色谱法分类色谱法分类第6页，
7、本讲稿共39页柱柱色色谱谱：固固定定相相装装在在柱柱管管内内。它它又又可可分分为为填填充充柱柱色色谱谱和和毛毛细管柱色谱。固定相装在色谱柱（玻璃管或毛细管）内。细管柱色谱。固定相装在色谱柱（玻璃管或毛细管）内。纸纸色色谱谱：用用滤滤纸纸作作固固定定相相或或载载体体，把把试试样样液液体体滴滴在在滤滤纸纸上上，用用溶溶剂剂将将它它展展开开，根根据据其其在在纸纸上上有有色色斑斑点点的的位位置置与与大大小小，进行鉴定与定量测定。进行鉴定与定量测定。薄薄层层色色谱谱：将将固固定定相相研研磨磨成成粉粉末末，再再涂涂敷敷成成薄薄膜膜。样样品品的分离形式类似纸色谱。的分离形式类似纸色谱。2、按固定相形状分类、
8、按固定相形状分类第7页，本讲稿共39页 吸附色谱吸附色谱吸附色谱吸附色谱（L-SL-S，G-SG-S）：利用吸附剂对不同组分物理吸附性能）：利用吸附剂对不同组分物理吸附性能）：利用吸附剂对不同组分物理吸附性能）：利用吸附剂对不同组分物理吸附性能的差异进行分离。的差异进行分离。的差异进行分离。的差异进行分离。分配色谱分配色谱分配色谱分配色谱（L-LL-L，G-LG-L）：利用不同组分在两相中分配系数的不同）：利用不同组分在两相中分配系数的不同）：利用不同组分在两相中分配系数的不同）：利用不同组分在两相中分配系数的不同进行分离。进行分离。进行分离。进行分离。在液在液-液分配色谱中，根据流动相和固定
9、相相对极性不同，液分配色谱中，根据流动相和固定相相对极性不同，又分为正相分配色谱和反向分配色谱。又分为正相分配色谱和反向分配色谱。离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱（L-SL-S）：利用组分离子与离子交换剂的交换能力不同）：利用组分离子与离子交换剂的交换能力不同）：利用组分离子与离子交换剂的交换能力不同）：利用组分离子与离子交换剂的交换能力不同进行分离。进行分离。进行分离。进行分离。空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱（凝胶色谱法，（凝胶色谱法，（凝胶色谱法，（凝胶色谱法，L-SL-S）：用多孔物质对不同大小分子）：用多孔物质对不同大小分子）：用多孔物质对不同大小分子
10、）：用多孔物质对不同大小分子的阻碍作用进行分离。的阻碍作用进行分离。的阻碍作用进行分离。的阻碍作用进行分离。固定相是一种分子筛或凝胶，利用各组分的分固定相是一种分子筛或凝胶，利用各组分的分子体积大小不同而进行分离的方法。子体积大小不同而进行分离的方法。亲和色谱亲和色谱亲和色谱亲和色谱：利用不同组分与固定相的高专属性亲合力进行分离的技术，：利用不同组分与固定相的高专属性亲合力进行分离的技术，常用于蛋白质的分离。常用于蛋白质的分离。3、按分离过程的物理化学原理分类、按分离过程的物理化学原理分类第8页，本讲稿共39页色谱法的分类大致如下：色谱法的分类大致如下：根据以上所述，将色谱法的分类总结于下表中
11、：根据以上所述，将色谱法的分类总结于下表中：第9页，本讲稿共39页2.2色谱分离原理色谱分离原理2.2.1分配系数和分配比分配系数和分配比分配系数：分配系数：分配系数：分配系数：分配比分配比分配比分配比k k（又称容量因子）（又称容量因子）（又称容量因子）（又称容量因子）定定定定义义义义：在在在在一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度、压压压压力力力力下下下下，组组组组分分分分在在在在气气气气 液液液液两两两两相相相相间间间间达达达达平平平平衡衡衡衡 时时时时，分分分分配在液相中的重量与分配在气相中的重量之比。即配在液相中的重量与分配在气相中的重量之比。即配在液相中的重量与分配在气相中的重量
12、之比。即配在液相中的重量与分配在气相中的重量之比。即s s：固定相固定相固定相固定相mm：流动相：流动相：流动相：流动相k k 随柱温、柱压、相体积变化，由组分及固定液的热力学性质决定随柱温、柱压、相体积变化，由组分及固定液的热力学性质决定随柱温、柱压、相体积变化，由组分及固定液的热力学性质决定随柱温、柱压、相体积变化，由组分及固定液的热力学性质决定：相比：相比第10页，本讲稿共39页进样进样A AB B空气空气B BA AA+BA+B流动相流动相B BB BA A流动相流动相固定相固定相检测和纪录检测和纪录2.2.2分离原理分离原理例：气相色谱法例：气相色谱法例：气相色谱法例：气相色谱法载气
13、（即流动载气（即流动载气（即流动载气（即流动相，是一种不与待测物作用、用来相，是一种不与待测物作用、用来相，是一种不与待测物作用、用来相，是一种不与待测物作用、用来载送试样的惰性气体，如氮气等）载送试样的惰性气体，如氮气等）载送试样的惰性气体，如氮气等）载送试样的惰性气体，如氮气等）载着待分离的试样通过色谱柱中的载着待分离的试样通过色谱柱中的载着待分离的试样通过色谱柱中的载着待分离的试样通过色谱柱中的固定相，使试样在两相中发生反复固定相，使试样在两相中发生反复固定相，使试样在两相中发生反复固定相，使试样在两相中发生反复多次的分配，最后使各组分分离，多次的分配，最后使各组分分离，多次的分配，最后
14、使各组分分离，多次的分配，最后使各组分分离，然后分别检测，记录各自的响应信然后分别检测，记录各自的响应信然后分别检测，记录各自的响应信然后分别检测，记录各自的响应信号。号。号。号。第11页，本讲稿共39页2.3色谱流出曲线色谱流出曲线色谱流出曲线（色谱图）即色谱柱流出物通过检测器时所色谱流出曲线（色谱图）即色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图，其纵坐标为信号强度，产生的响应信号对时间的曲线图，其纵坐标为信号强度，横坐标为保留时间。横坐标为保留时间。峰高峰高色谱峰色谱峰保留时间（分）保留时间（分）响应值响应值第12页，本讲稿共39页第13页，本讲稿共39页1、有关术语有关术语
15、基线：柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值，基线：柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值，基线：柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值，基线：柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值，即图中即图中即图中即图中O-O-t t 线。稳定的基线应该是一条水平直线。线。稳定的基线应该是一条水平直线。线。稳定的基线应该是一条水平直线。线。稳定的基线应该是一条水平直线。峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，h h 标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差 峰面积峰面积峰面积峰面
16、积 A A 半峰宽半峰宽半峰宽半峰宽Y Y1/21/2 =2.354=2.354 峰底宽峰底宽峰底宽峰底宽Y Y=4=4 、Y Y1/21/2、Y Y：区域宽度：区域宽度：区域宽度：区域宽度第14页，本讲稿共39页死死时时间间tm:不不被被固固定定相相吸吸附附或或溶溶解解的的组组分分进进入入色色谱谱柱柱时时，从从进进样样到到柱柱后后出出现现浓浓度度最最大大值值所所需需的的时时间间。对对于于气气相相色色谱谱，常常把把空空气气(TCD)和和甲甲烷烷(FID)从从进进样样到到出出峰峰的的时时间间称称为为tm。如如图图中中O-A。这这种种物物质质不不被被固固定定相相吸吸附附或或溶溶解解，其其流流速速与
17、与流流动动相相的的流流速速接接近近。测测定定流流动动相相平均线速度平均线速度 时可用柱长时可用柱长L与死时间与死时间tm的比值计算。的比值计算。2、保留值保留值第15页，本讲稿共39页保留时间保留时间 t tR R 试样从进样开始到柱后出现色谱峰极大值所需要时间。如图中试样从进样开始到柱后出现色谱峰极大值所需要时间。如图中O-B。它。它相应于样品到达检测器所需的时间。相应于样品到达检测器所需的时间。tR=tR+tm调整保留时间调整保留时间t tR R 扣除死时间后的组份保留时间，扣除死时间后的组份保留时间，即即 tR=tR tm 组组分在色分在色谱谱柱中的保留柱中的保留时间时间t tR R包含
18、了包含了组组分随流分随流动动相通相通过过柱子所需的柱子所需的时间时间和和组组分在固定相中滞留的分在固定相中滞留的时间时间；t tR R实际实际上是上是组组分在固定相中滞留的分在固定相中滞留的时间时间。单单位位(s)(s)或或(cm)(cm)。第16页，本讲稿共39页死体积死体积 V Vm 不不能能被被固固定定相相滞滞留留的的（惰惰性性）组组分分从从进进样样到到出出现现峰峰最最大大值值时时所所消消耗耗的的流流动动相相的的体体积积。死死体体积积可可由由死死时时间间与流动相体积流速与流动相体积流速F F0 0（L Lminmin）计算：）计算：V Vm=t tmF F0 0保留体积保留体积 V VR
19、 R 从进样开始到柱后被测组份出现浓度最大值时所通从进样开始到柱后被测组份出现浓度最大值时所通过的流动相体积。如下：过的流动相体积。如下：V VR R=t tR RF F0 0第17页，本讲稿共39页调整保留体积调整保留体积VR 某组份的保留体积扣除死体积后，称该组份的调整保留体积某组份的保留体积扣除死体积后，称该组份的调整保留体积VR=tRF0或或VR=VR-Vm相对保留值相对保留值2,1 某组份某组份2与组份与组份1的调整保留值之比，是一个无因次量。的调整保留值之比，是一个无因次量。2,1的的大大小小与与两两组组分分的的选选择择性性有有关关。2,1越越大大，选选择择性性越越好好，越越容容易
20、易分分离离。2,1只只与与柱柱温温及及固固定定相相的的性性质质有有关关，而而与与柱柱径径、柱柱长长、填填充充情情况况及及流流动动相相流流速速无无关关。因因此此是是色色谱谱法法中中，特特别别是是气气相相色谱法中广泛使用的定性数据。色谱法中广泛使用的定性数据。第18页，本讲稿共39页从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息：从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息：根据色谱峰个数，可以判断样品中所含组份的最少个数。根据色谱峰个数，可以判断样品中所含组份的最少个数。根据色谱峰的保留值（或位置），可以进行定性分析。根据色谱峰的保留值（或位置），可以进行定性分析。根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析。根
21、据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析。色色谱谱峰峰的的保保留留值值及及其其区区域域宽宽度度，是是评评价价色色谱谱柱柱分分离离效效能能的的依据。依据。色色谱谱峰峰两两峰峰间间的的距距离离，是是评评价价固固定定相相(和和流流动动相相)选选择择是是否否合适的依据。合适的依据。第19页，本讲稿共39页在自然科学上，科学理论：在自然科学上，科学理论：假设假设假设假设理论模型理论模型理论模型理论模型(数学表达式数学表达式数学表达式数学表达式)实验验证实验验证实验验证实验验证修改模型修改模型修改模型修改模型完善完善完善完善1.1.塔板理论假设塔板理论假设在每块塔板上气液平衡是瞬间建立的。在每块塔板上气液平
22、衡是瞬间建立的。载气以脉冲式载气以脉冲式(塞子式塞子式)进入色谱柱进行冲洗，每次恰好为一个塔板体进入色谱柱进行冲洗，每次恰好为一个塔板体积。积。所有组分开始都加在第零号塔板上，且不考虑沿色谱柱方向的纵向扩散。所有组分开始都加在第零号塔板上，且不考虑沿色谱柱方向的纵向扩散。所有组分开始都加在第零号塔板上，且不考虑沿色谱柱方向的纵向扩散。所有组分开始都加在第零号塔板上，且不考虑沿色谱柱方向的纵向扩散。在所有塔板上同一组分的分配系数是常数，和组分的量无关。在所有塔板上同一组分的分配系数是常数，和组分的量无关。柱分成几段，柱分成几段，n为理论塔板数，每段高为为理论塔板数，每段高为H，柱长为，柱长为L，
23、n=L/H。2.4塔板理论塔板理论第20页，本讲稿共39页假定：假定：假定：假定：K K=1=1V Vs s/V Vmm=1=1k k=1=1n n=5=5进样量进样量进样量进样量ww=1=10.50.50.250.250.250.250.1250.250.1250.12550.250.1250.06250.1880.1880.06250.06250.1880.1880.06250.031250.1250.1880.1250.031250.031250.1250.1880.1250.03125w=1g1V2V3V4V分布有一最大，两边分布有一最大，两边分布有一最大，两边分布有一最大，两边逐渐减
24、小逐渐减小逐渐减小逐渐减小最大及整个分布曲最大及整个分布曲最大及整个分布曲最大及整个分布曲线向后推移线向后推移线向后推移线向后推移流出曲线方程流出曲线方程流出曲线方程流出曲线方程（塔板理论方程）（塔板理论方程）（塔板理论方程）（塔板理论方程）在此检测得到位移随时在此检测得到位移随时在此检测得到位移随时在此检测得到位移随时间变化曲线间变化曲线间变化曲线间变化曲线第21页，本讲稿共39页这一理论得到结果：这一理论得到结果：1分布有一最大，两边逐渐减小；分布有一最大，两边逐渐减小；2最大及整个分布曲线向后推移；最大及整个分布曲线向后推移；3流出曲线方程流出曲线方程(也称塔板理论方程也称塔板理论方程)
25、，即，即数学表达式：数学表达式：C：不同流出体积时的组分浓度：不同流出体积时的组分浓度m：进样量：进样量VR：保留体积：保留体积N：塔板数：塔板数V：流出体积：流出体积SV(t,x)被测物流出色谱柱时流动相中被测物浓度随体积被测物流出色谱柱时流动相中被测物浓度随体积(或时间或时间)的变化的变化曲线：曲线：第22页，本讲稿共39页在气相色谱柱内，理论塔板数一般达在气相色谱柱内，理论塔板数一般达10103 310106 6。塔板数越多，其流。塔板数越多，其流出曲线越接近于正态分布。根据塔板理论可以导出出曲线越接近于正态分布。根据塔板理论可以导出N N 与色谱峰与色谱峰半宽度或峰底宽度的关系：半宽度
26、或峰底宽度的关系：理论塔板高度理论塔板高度H H：色色谱谱峰峰W W 越越小小，N N 越越大大，H H 越越小小，柱柱效效能能越越高高。因因此此，N N 和和H H 是是描述描述柱效能柱效能的指的指标。标。在在实实际际工工作作中中，计计算算出出来来的的N N 和和H H 值值时时,有有时时并并不不能能充充分分地地反反映映色色谱谱柱柱的的分分离离效效能能，因因为为用用t tR R计计算算时时，没没有有扣扣除除死死时时间间t tmm，应应予予扣扣除。除。所以用所以用t tR R代替代替t tR R 计算出来的计算出来的N N 值称为有效理论塔板数值称为有效理论塔板数N Neffeff。第23页，
27、本讲稿共39页为了准确评价色谱柱效能，宜采用有效塔板数为了准确评价色谱柱效能，宜采用有效塔板数N Neffeff和有效塔板高度和有效塔板高度H Heffeff。有效塔板数。有效塔板数N Neffeff和有效塔板高度和有效塔板高度H Heffeff消除了死体积消除了死体积影响，较真影响，较真实的反映了色谱柱的好坏。实的反映了色谱柱的好坏。有效塔板高度：有效塔板高度：根据根据t tR R=t tR R-t tmm，k k=t tR R/t tm m，t tR R=t tmm(1+(1+k k)，可得，可得第24页，本讲稿共39页塔板理论的塔板理论的成功与局限成功与局限成功成功导出流出曲线数学表达式
28、导出流出曲线数学表达式(模型模型)；解释了流出曲线形状、浓度极大点；解释了流出曲线形状、浓度极大点；提出了评价柱效的参数提出了评价柱效的参数(N)及其计算公式。及其计算公式。局限局限仅考虑了热力学因素，没有考虑动力学因素；仅考虑了热力学因素，没有考虑动力学因素；不能说明影响柱效的原因及谱带扩张的原理；不能说明影响柱效的原因及谱带扩张的原理；不能说明流速对柱效的影响，实验测得流速不同时不能说明流速对柱效的影响，实验测得流速不同时N和和H不同。不同。第25页，本讲稿共39页 2.5速率理论速率理论1956年年荷荷兰兰化化学学家家VanDeemter等等在在研研究究气气-液液色色谱谱时时，讨讨论论扩
29、扩散散传传质质等等与与色色谱谱过过程程物物料料平平衡衡和和质质量量平平衡衡的的关关系系，考考察察溶溶质质通通过过色色谱谱体体系系总总浓浓度度的的变变化化。他他提提出出了了色色谱谱过过程程动动力力学学理理论论速速率率理理论论。随随后后Giddings吸吸收收了了塔塔板板理理论论中中板板高高的的概概念念，并并充充分分考考虑虑了了组组分分在在两两相相间间的的扩扩散散和和传传质质过过程程，认认为为把把色色谱谱过过程程看看作作分分子子无无规规则则运运动动的的随随机机过过程程，从从而而在在动动力力学学基基础础上上较好地解释了影响板高的各种因素。较好地解释了影响板高的各种因素。第26页，本讲稿共39页 该理
30、论模型对气相、液相色谱都适用。该理论模型对气相、液相色谱都适用。Van Deemter Van Deemter方程的数学简化式为方程的数学简化式为:式中：式中：u为流动相的线速度；为流动相的线速度；A，B，C为常数为常数A涡涡流扩散项系数流扩散项系数B纵向分子扩散项系数纵向分子扩散项系数C传质阻力项系数传质阻力项系数（CCsCm)。其中。其中Cs：固定：固定相传质阻力项系数；相传质阻力项系数；Cm：流动相传质阻力项系数。：流动相传质阻力项系数。第27页，本讲稿共39页A=2dP填充不规则因子填充不规则因子dP 填充物颗粒的平均直径。填充物颗粒的平均直径。影响影响A的因素：的因素：填充物颗粒大小
31、填充物颗粒大小填充物颗粒大小填充物颗粒大小dP和填充均匀性和填充均匀性和填充均匀性和填充均匀性(取决取决取决取决于填充物颗粒的大小分布和装柱情况）有关于填充物颗粒的大小分布和装柱情况）有关于填充物颗粒的大小分布和装柱情况）有关于填充物颗粒的大小分布和装柱情况）有关,与载气性质、与载气性质、与载气性质、与载气性质、线速和组分无关。线速和组分无关。线速和组分无关。线速和组分无关。减小涡流扩散提高柱效的有效途径：减小涡流扩散提高柱效的有效途径：使用适当的粒使用适当的粒度且颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀。度且颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀。A AB B涡流扩散项涡流扩散项A第28页，本讲稿共39页分子
32、扩散项分子扩散项B/uB=2B=2 D Dg g 固定相填充在柱内后使气体扩散路径变弯曲的因素固定相填充在柱内后使气体扩散路径变弯曲的因素固定相填充在柱内后使气体扩散路径变弯曲的因素固定相填充在柱内后使气体扩散路径变弯曲的因素.DDgg组分在气相中的扩散系数（组分在气相中的扩散系数（cm2 2/s/s）。填充柱填充柱填充柱填充柱=0.5-0.7=0.5-0.7毛细管柱毛细管柱毛细管柱毛细管柱 =1.0=1.0分子量大的组分分子量大的组分分子量大的组分分子量大的组分D Dg小，小，Dg反比于载气密度（分子量）反比于载气密度（分子量）反比于载气密度（分子量）反比于载气密度（分子量）的平方根的平方根
33、的平方根的平方根,故采用分子量较大的载气可使故采用分子量较大的载气可使故采用分子量较大的载气可使故采用分子量较大的载气可使B B项降低。项降低。项降低。项降低。保留时间长保留时间长保留时间长保留时间长,分子扩散分子扩散分子扩散分子扩散项对色谱峰变宽的影响显著项对色谱峰变宽的影响显著项对色谱峰变宽的影响显著项对色谱峰变宽的影响显著.第29页，本讲稿共39页Cgu-气相传质阻力项；气相传质阻力项；Cg-气相传质阻力系数气相传质阻力系数;Clu-液相传质阻力项；液相传质阻力项；Cl-液相传质阻力系数液相传质阻力系数传质阻力项传质阻力项CuC u =Cg u+Cl u(Cg+Cl)u气相传质过程：气相
34、传质过程：气相传质阻力项与填充物粒度的平方成正比，气相传质阻力项与填充物粒度的平方成正比，与组分在载气流中的扩散系数成反比，因此采用粒度小的填充与组分在载气流中的扩散系数成反比，因此采用粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可提高柱效。物和分子量小的气体作载气可提高柱效。液相传质过程：液相传质过程：减小液膜厚度，增大组分在液相中的扩散系数，均减小液膜厚度，增大组分在液相中的扩散系数，均可提高柱效。可提高柱效。第30页，本讲稿共39页 速率理论的要点速率理论的要点被分离组分分子在色谱柱内运行的多路径、浓度梯度所造被分离组分分子在色谱柱内运行的多路径、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气成的分子扩
35、散及传质阻力使气-液两相间分配平衡不能瞬间达液两相间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。到等因素是造成色谱峰扩展、柱效下降的主要原因。通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流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。速可提高柱效。速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指导，速率理论为色谱分离和操作条件的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。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。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，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
36、阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升使柱效提高，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，但又加剧了分子扩散的影响。因此，选择最佳条件，高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响。因此，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。才能使柱效达到最高。第31页，本讲稿共39页 速率理论 液相色谱法（P19）第32页，本讲稿共39页2.6分离度分离度一、定义一、定义分离度是两色谱峰分离的程度。分离度是两色谱峰分离的程度。图中：图中：a）两两色色谱谱峰峰距距离离近近并并且且峰峰形形宽宽。两两峰峰严重相叠，表示选择性和柱效都很差。严重相叠，表示选择性和柱效都很差。b）两两峰峰距距离离拉拉开
37、开，但但峰峰形形仍仍很很宽宽，说说明选择性好，但柱效低。明选择性好，但柱效低。c）分分离离最最理理想想，说说明明选选择择性性好好，柱柱效效也高。也高。第33页，本讲稿共39页tR（2），tR（1）：两组分保留时间：两组分保留时间Y1，Y2：两组分色谱峰峰底宽度：两组分色谱峰峰底宽度分离度分离度Rs单单独独用用柱柱效效或或选选择择性性不不能能真真实实反反映映组组分分在在色色谱谱柱柱中中分分离离情情况况，故故需需引引入入一一个个综综合合性性指指标标。分分离离度度是是既既能能反反映映柱柱效效率率又又能能反反映映选选择择性性的的指指标标，称称总总分分离离效效能能指指标标。分分离离度度又又叫叫分分辨辨率
38、率，它它定定义义为为相相邻邻两两组组分分色色谱谱峰峰保保留留值值之之差差与与两两组组分分色色谱谱峰峰底底宽宽总总和和之之半半的的比值。比值。第34页，本讲稿共39页同同一一色色谱谱柱柱在在相相同同条条件件下下，不不同同组组分分可可有有不不同同的的Rs值值。若若峰峰形形对对称称且且满满足足正正态态分分布布条条件件，当当Rs=1时时，分分离离程程度度可可达达到到98%；Rs=1.5时时，分分离离程程度度可可达达到到99.7%，通通常常用用Rs=1.5作作为为相相邻邻两两色谱峰完全分开的标志。色谱峰完全分开的标志。两个相邻组分达到完全分离的条件：两个相邻组分达到完全分离的条件：（1）两色谱峰间有一定
39、距离；）两色谱峰间有一定距离；（2）两色谱峰宽必须窄。）两色谱峰宽必须窄。Rs=0.75Rs=1.0Rs=1.5第35页，本讲稿共39页Y1=Y2二、色谱分离方程式及影响分离度的因素二、色谱分离方程式及影响分离度的因素两个相邻组分达到完全分离的条件：两个相邻组分达到完全分离的条件：两色谱峰间有一定距离，热力学因素。两色谱峰间有一定距离，热力学因素。两色谱峰宽必须窄，动力学因素。两色谱峰宽必须窄，动力学因素。在色谱分析中，一般选一对在色谱分析中，一般选一对难分离物质难分离物质确定分离度。对于难分确定分离度。对于难分离物质对，近似把两组分峰底宽看成一样。离物质对，近似把两组分峰底宽看成一样。第36
40、页，本讲稿共39页(1)色谱柱效色谱柱效NRs与成正比。当固定相确定后，要使相邻组分的分离达与成正比。当固定相确定后，要使相邻组分的分离达到某一到某一Rs值，柱必须具有最低限度理论塔板数。值，柱必须具有最低限度理论塔板数。柱效相柱效相:反映柱效率对反映柱效率对Rs的作用；的作用；分配比相分配比相：反映分配比对：反映分配比对Rs的作用的作用;分离相或选择性分离相或选择性：反映分离效率对：反映分离效率对Rs的作用的作用.调节方法：调节方法：增加柱长增加柱长L、减小塔板高度、减小塔板高度H。Rs的的定定义义没没有有反反映映影影响响分分离离度度的的诸诸因因素素。Rs是是柱柱效效N、选选择择因因子子和和
41、容容量量因因子子k三三个个参参数数的的函函数数。和和k的的大大小小取取决决于于色色谱谱系系统统与与物物质质对对的的热热力学力学性质，性质，N取决于色谱系统的取决于色谱系统的动力学动力学性质。性质。第37页，本讲稿共39页Rs正比于正比于k/k+1，k 增大，增大，Rs增加，最佳增加，最佳k值：值：110。调节调节k值的方法：值的方法：改变柱温；改变相比；改变流动相的组分改变柱温；改变相比；改变流动相的组分和极性。和极性。(2)分配比分配比 k(3)相对保留值相对保留值越大，越大，Rs越大越大,是是提高分离度的重要变量。提高分离度的重要变量。调调节节方方法法：选选择择合合适适固固定定相相，降降低
42、低柱柱温温；改改变变流流动动相相组组分分和和极极性；利用化学衍生技术改变组分的性质。性；利用化学衍生技术改变组分的性质。衍衍生生技技术术：通通过过化化学学衍衍生生技技术术改改善善样样品品挥挥发发性性，减减弱弱基基团团、化化合合物极性、提高挥发度。常用于气相色谱分析。物极性、提高挥发度。常用于气相色谱分析。第38页，本讲稿共39页 本章基本要求本章基本要求 理解混合物中各组分在色谱柱内分离的原因；理解混合物中各组分在色谱柱内分离的原因；了解色谱流出曲线和术语；了解色谱流出曲线和术语；理解柱效率的物理意义及计算方法；理解柱效率的物理意义及计算方法；理解速率理论方程对实际分离的指导意义；理解速率理论方程对实际分离的指导意义；掌握分离度的计算方法及影响分离度的色谱参数。掌握分离度的计算方法及影响分离度的色谱参数。第39页，本讲稿共39页