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1、学习必备 欢迎下载 第十四章 色谱法分离原理 一 教 学 内 容 1.色 谱 分 离 的 基 本 原 理 和 基 本 概 念 2.色 谱 分 离 的 理 论 基 础 3.色 谱 定 性 和 定 量 分 析 的 方 法 二 重 点 与 难 点 1.塔 板 理 论，包 括 流 出 曲 线 方 程、理 论 塔 板 数(n)及 有 效 理 论 塔 板 数(ne f f)和 塔 板 高 度(H)及 有 效 塔 板 高 度(He f f)的 计 算 2.速 率 理 论 方 程 3.分 离 度 和 基 本 分 离 方 程 三 教 学 要 求 1.熟 练 掌 握 色 谱 分 离 方 法 的 原 理 2.掌 握
2、 色 谱 流 出 曲 线（色 谱 峰）所 代 表 的 各 种 技 术 参 数 的 准 确 含 义 3.能 够 利 用 塔 板 理 论 和 速 率 理 论 方 程 判 断 影 响 色 谱 分 离 各 种 实 验 因 素 4.学 会 各 种 定 性 和 定 量 的 分 析 方 法 四 学 时 安 排 4 学 时 第 一 节 概 述 色 谱 法 早 在 1903年 由 俄 国 植 物 学 家 茨 维 特 分 离 植 物 色 素 时 采用。他 在 研 究 植 物 叶 的 色 素 成 分 时，将 植 物 叶 子 的 萃 取 物 倒 入 填 有学习必备 欢迎下载 碳 酸 钙 的 直 立 玻 璃 管 内，然
3、 后 加 入 石 油 醚 使 其 自 由 流 下，结 果 色 素中 各 组 分 互 相 分 离 形 成 各 种 不 同 颜 色 的 谱 带。这 种 方 法 因 此 得 名 为色 谱 法。以 后 此 法 逐 渐 应 用 于 无 色 物 质 的 分 离，“色 谱”二 字 虽 已失 去 原 来 的 含 义.但 仍 被 人 们 沿 用 至 今。在 色 谱 法 中，将 填 入 玻 璃 管 或 不 锈 钢 管 内 静 止 不 动 的 一 相（固体 或 液 体）称 为固定相；自 上 而 下 运 动 的 一 相（一 般 是 气 体 或 液体）称 为流动相；装 有 固 定 相 的 管 子（玻 璃 管 或 不 锈
4、 钢 管）称 为色谱柱 。当流 动 相 中 样 品 混 合 物 经 过 固 定 相 时，就会 与 固 定 相 发生 作 用，由 于 各 组 分 在 性 质 和 结 构 上 的 差 异，与 固 定 相 相 互 作 用 的类 型、强 弱 也 有 差 异，因 此 在 同 一 推 动 力 的 作 用 下，不 同 组 分 在 固定 相 滞 留 时 间 长 短 不 同，从 而 按 先 后 不 同 的 次 序 从 固 定 相 中 流 出。从 不 同 角 度，可 将 色 谱 法 分 类 如 下：1.按 两 相 状 态 分 类 气 体 为 流 动 相 的 色 谱 称 为 气 相 色 谱（GC）根 据 固 定 相
5、 是 固 体 吸 附 剂 还 是 固 定 液（附 着 在 惰 性 载 体 上 的 一 薄 层 有 机 化 合 物 液 体），又 可 分 为 气 固 色 谱（GSC）和 气 液 色 谱（GLC）。液 体 为 流 动 相 的 色 谱 称 液 相 色 谱（LC）同 理 液 相 色 谱 亦 可 分 为 液 固 色 谱（LSC）和 液 液 色 谱（LLC）。超 临 界 流 体 为 流 动 相 的 色 谱 为 超 临 界 流 体 色 谱（SFC）。随 着 色 谱 工 作 的 发 展，通 过 化 学 反 应 将 固 定 液 键 合 到 载 体 表 面，这 种 化 学 键 合 固 定 相 的 色 谱 又 称
6、化 学 键 合 相 色 谱（CBPC）.2.按 分 离 机 理 分 类 利 用 组 分 在 吸 附 剂（固 定 相）上 的 吸 附 能 力 强 弱 不 同 而 得 以 分离 的 方 法，称 为 吸 附 色 谱 法。利 用 组 分 在 固 定 液（固 定 相）中 溶 解 度 不 同 而 达 到 分 离 的 方 法称 为 分 配 色 谱 法。利 用 组 分 在 离 子 交 换 剂（固 定 相）上 的 亲 和 力 大 小 不 同 而 达 到分 离 的 方 法，称 为 离 子 交 换 色 谱 法。定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度
7、的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 利 用 大 小 不 同 的 分 子 在 多 孔 固 定 相 中 的 选 择 渗
8、透 而 达 到 分 离的 方 法，称 为 凝 胶 色 谱 法 或 尺 寸 排 阻 色 谱 法。最 近，又 有 一 种 新 分 离 技 术，利 用 不 同 组 分 与 固 定 相（固 定 化分 子）的 高 专 属 性 亲 和 力 进 行 分 离 的 技 术 称 为 亲 和 色 谱 法，常 用 于蛋 白 质 的 分 离。3.按 固 定 相 的 外 型 分 类 固 定 相 装 于 柱 内 的 色 谱 法，称 为 柱 色 谱。固 定 相 呈 平 板 状 的 色 谱，称 为 平 板 色 谱，它 又 可 分 为 薄 层 色 谱和 纸 色 谱。4.按 照 展 开 程 序 分 类 按 照 展 开 程 序 的
9、不 同，可 将 色 谱 法 分 为 洗 脱 法、顶 替 法、和 迎 头 法。洗 脱 法 也 称 冲 洗 法。工 作 时，首 先 将 样 品 加 到 色 谱 柱 头 上，然 后 用 吸 附 或 溶 解 能 力 比 试 样 组 分 弱 得 多 的 气 体 或 液 体 作 冲 洗 剂。由 于 各 组 分 在 固 定 相 上 的 吸 附 或 溶 解 能 力 不 同.被 冲 洗 剂 带 出 的 先 后 次 序 也 不 同，从 而 使 组 分 彼 此 分 离。这 种 方 法 能 使 样 品 的 各 组 分 获 得 良 好 的 分 离，色 谱 峰 清 晰。此外，除 去 冲 洗 剂 后，可 获 得 纯 度 较
10、 高 的 物 质。目 前，这 种 方 法 是 色谱 法 中 最 常 用 的 一 种 方 法。顶 替 法 是 将 样 品 加 到 色 谱 柱 头 后，在惰 性 流 动 相 中 加 入 对 固 定相 的 吸 附 或 溶 解 能 力 比 所 有 试 样 组 分 强 的 物 质 为 顶 替 剂（或 直 接 用顶 替 剂 作 流 动 相），通 过 色 谱 柱，将 各 组 分 按 吸 附 或 溶 解 能 力 的 强弱 顺 序，依 次 顶 替 出 固 定 相。很 明 显，吸 附 或 溶 解 能 力 最 弱 的 组 分最 先 流 出，最 强 的 最 后 流 出。此 法 适 于 制 备 纯 物 质 或 浓 缩
11、分 离 某 一 组 分；其 缺 点 是 经 一 次使 用 后，柱 子 就 被 样 品 或 顶 替 剂 饱 和，必 须 更 换 柱 子 或 除 去 被 柱 子吸 附 的 物 质 后，才 能 再 使 用。迎 头 法 是 将 试 样 混 合 物 连 续 通 过 色 谱 柱，吸附 或 溶 解 能 力 最 弱的 组 分 首 先 一 纯 物 质 的 状 态 流 出，其次 则 以 第 一 组 分 和 吸 附 或 溶 解定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出
12、曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 能 力 较 弱 的 第 二 组 分 混 合 物，以 此 类 推。该 法 在 分 离 多 组 分 混 合 物时，除 第 一 组 分 外，其 余 均 非 纯 态，因 此
13、仅 适 用 于 从 含 有 微 量 杂 质的 混 合 物 中 切 割 出 一 个 高 纯 组 分（组 分 A），而 不 适 用 于 对 混 合 物进 行 分 离。第 二 节 色谱流出曲 线及有关术语 （一）色 谱 流 出 曲 线 和 色 谱 峰 由 检 测 器 输 出 的 电 信 号 强 度 对 时 间 作 图，所 得 曲 线 称 为 色 谱 流 出 曲 线。曲 线 上 突 起 部 分 就 是 色 谱 峰。如 果 进 样 量 很 小，浓 度 很 低，在 吸 附 等 温 线（气 固 吸 附 色 谱）或 分 配 等 温 线（气 液 分 配 色 谱）的 线 性 范 围 内，则 色 谱 峰 是 对 称
14、 的。（二）基 线 在 实 验 操 作 条 件 下，色 谱 柱 后 没 有 样 品 组 分 流 出 时 的 流 出 曲 线 称 为 基 线，稳 定 的 基 线 应 该 是 一 条 水 平 直 线。（三）峰 高 色 谱 峰 顶 点 与 基 线 之 间 的 垂 直 距 离，以（h）表 示。基 线（a）峰 高（h）（四）保 留 值 1.死 时 间 t0 不 被 固 定 相 吸 附 或 溶 解 的 物 质 进 入 色 谱 柱 时，从进 样 到 出 现 峰 极 大 值 所 需 的 时 间 称 为 死 时 间，它 正 比 于 色 谱 柱 的 空 隙 体 积，因 为 这 种 物 质 不 被 固 定 相 吸
15、附 或 溶 解，故 其 流 动 速 度 将 与 流动 相 流 动 速 度 相 近。测 定 流 动 相 平 均 线 速 时，可 用 柱 长 L与 t0的 比值 计 算，即 =L/t0 2.保 留 时 间 tr 试 样 从 进 样 到 柱 后 出 现 峰 极 大 点 时 所 经 过 的 时 间，称 为 保 留 时 定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素
16、时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 间 3.调 整 保 留 时 间 tr 某 组 分 的 保 留 时 间 扣 除 死 时 间 后，称 为 该 组 分 的 调 整 保 留 时间，即 tr=tr t0 由 于 组 分 在 色 谱 柱 中 的 保 留 时 间 tr包 含 了 组 分 随 流 动 相 通
17、过 柱子 所 须 的 时 间 和 组 分 在 固 定 相 中 滞 留 所 须 的 时 间，所 以 tr实 际 上 是组 分 在 固 定 相 中 保 留 的 总 时 间。保 留 时 间 是 色 谱 法 定 性 的 基 本 依 据，但同 一 组 分 的 保 留 时 间 常受 到 流 动 相 流 速 的 影 响，因此 色 谱 工 作 者 有 时 用 保 留 体 积 来 表 示 保留 值。4.死 体 积 V0 指 色 谱 柱 在 填 充 后，柱 管 内 固 定 相 颗 粒 间 所 剩 留 的 空 间、色 谱 仪 中 管 路 和 连 接 头 间 的 空 间 以 及 检 测 器 的 空 间 的 总 和。当
18、后 两 相 很 小 可 忽 略 不 计 时，死 体 积 可 由 死 时 间 与 色 谱 柱 出 口 的 载 气 流 速 Fc o （cm3min-1）计 算。V0 =t0Fc o 式 中 Fc o为 扣 除 饱 和 水 蒸 气 压 并 经 温 度 校 正 的 流 速。仅 适 用 于 气 相 色 谱，不 适 用 于 液 相 色 谱。5.保 留 体 积 Vr 指 从 进 样 开 始 到 被 测 组 分 在 柱 后 出 现 浓 度 极 大 点 时 所 通 过 的 流 动 相 的 体 积。保 留 时 间 与 保 留 体 积 关 系：Vr=tr Fc o 6.调 整 保 留 体 积 Vr 某 组 分 的
19、 保 留 体 积 扣 除 死 体 积 后，称 为 该 组 分 的 调 整 保 留 体积。Vr =Vr V0 =tr Fc o 7.相 对 保 留 值 r2,1 定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍
20、被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 某 组 分 2的 调 整 保 留 值 与 组 分 1的 调 整 保 留 值 之 比，称 为 相 对 保 留 值。r2,1=tr 2 /tr 1=Vr2 /Vr1 由 于 相 对 保 留 值 只 与 柱 温 及 固 定 相 性 质 有 关，而 与 柱 径、柱 长、填 充 情 况 及 流 动 相 流 速 无 关，因 此，它 在 色 谱 法 中，特 别 是 在 气 相 色 谱 法 中，广 泛 用 作 定 性 的 依
21、据。在 定 性 分 析 中，通 常 固 定 一 个 色 谱 峰 作 为 标 准（s），然 后 再 求 其 它 峰（i）对 这 个 峰 的 相 对 保留 值，此 时 可 用 符 号 表 示，即 =tr (i)/tr (s)式 中 tr (i)为 后 出 峰 的 调 整 保 留 时 间，所 以 总 是 大 于 1的。相 对 保 留 值 往 往 可 作 为 衡 量 固 定 相 选 择 性 的 指 标，又 称 选 择 因 子。(五)区 域 宽 度 色 谱 峰 的 区 域 宽 度 是 色 谱 流 出 曲 线 的 重 要 参 数 之 一，用 于 衡 量 柱 效 率 及 反 映 色 谱 操 作 条 件 的
22、动 力 学 因 素。表示 色 谱 峰 区 域 宽 度 通 常 有 三 种 方 法。1.标 准 偏 差 即 0.607倍 峰 高 处 色 谱 峰 宽 的 一 半。2.半 峰 宽 W1/2 即 峰 高 一 半 处 对 应 的 峰 宽。它 与 标 准 偏 差 的 关 系 为 W1/2=2.354 3.峰 底 宽 度 W 即 色 谱 峰 两 侧 拐 点 上 的 切 线 在 基 线 上 截 距 间 的 距 离。它 与 标 准偏 差 的 关 系 是 W=4 从 色 谱 流 出 曲 线 中，可 得 许 多 重 要 信 息：(i)根 据 色 谱 峰 的 个 数，可 以 判 断 样 品 中 所 含 组 分 的
23、最 少 个 数；(i i)根 据 色 谱 峰 的 保 留 值，可 以 进 行 定 性 分 析；(i ii)根 据 色 谱 峰 的 面 积 或 峰 高，可 以 进 行 定 量 分 析；(i v)色 谱 峰 的 保 留 值 及 其 区 域 宽 度，是 评 价 色 谱 柱 分 离 效 能 的 依定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的
24、色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 据；(v)色 谱 峰 两 峰 间 的 距 离，是 评 价 固 定 相（或 流 动 相）选 择 是 否 合适 的 依 据。色 谱 分 析 的 目 的 是 将 样 品 中 各 组 分 彼 此 分 离，组分 要 达 到 完 全分 离，两 峰 间 的 距 离 必 须 足 够 远，两 峰 间
25、的 距 离 是 由 组 分 在 两 相 间的 分 配 系 数 决 定 的，即 与 色 谱 过 程 的 热 力 学 性 质 有 关。第 三 节 色谱法基 本原理 （一）分 配 系 数 K和 分 配 比k 1.分 配 系 数 K 分 配 色 谱 的 分 离 是 基 于 样 品 组 分 在 固 定 相 和 流 动 相 之 间 反复 多 次 的 分 配 过 程，而 吸 附 色 谱 的 分 离 是 基 于 反 复 多 次 的 吸 附-脱附 过 程。这 种 分 离 过 程 经 常 用 样 品 分 子 在 两 相 间 的 分 配 来 描 述，而描 述 这 种 分 配 的 参 数 称 为 分 配 系 数 K。
26、它 是 指 在 一 定 温 度 和 压 力 下，组分 在 固 定 相 和 流 动 相 之 间 分配 达 平 衡 时 的 浓 度 之 比 值，即 K=溶 质 在 固 定 相 中 的 浓 度 /溶 质 在 流 动 相 中 的 浓 度 =Cs/Cm 分 配 系 数 是 由 组 分 和 固 定 相 的 热 力 学 性 质 决 定 的，它是 每 一个 溶 质 的 特 征 值，它 仅 与 两 个 变 量 有 关：固 定 相 和 温 度。与 两 相 体积、柱 管 的 特 性 以 及 所 使 用 的 仪 器 无 关。2.分 配 比 k 分 配 比 又 称 容 量 因 子，它 是 指 在 一 定 温 度 和 压
27、 力 下，组 分 在两 相 间 分 配 达 平 衡 时，分 配 在 固 定 相 和 流 动 相 中 的 质 量 比。即 k=组 分 在 固 定 相 中 的 质 量 /组 分 在 流 动 相 中 的 质 量 =ms/mm k值 越 大，说 明 组 分 在 固 定 相 中 的 量 越 多，相 当 于 柱 的 容 量 大，因 此 又 称 分 配 容 量 或 容 量 因 子。它是 衡 量 色 谱 柱 对 被 分 离 组 分 保 留定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法
28、的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 能 力 的 重 要 参 数。k值 也 决 定 于 组 分 及 固 定 相 热 力 学 性 质。它 不 仅随 柱 温、柱 压 变 化 而 变 化，而
29、且 还 与 流 动 相 及 固 定 相 的 体 积 有 关。k=ms/mm=CsVS/CmVm 式 中 cs,cm分 别 为 组 分 在 固 定 相 和 流 动 相 的 浓 度；Vm为 柱 中 流 动相 的 体 积，近 似 等 于 死 体 积。Vs 为 柱 中 固 定 相 的 体 积，在 各 种 不 同的 类 型 的 色 谱 中 有 不 同 的 含 义。例 如：在 分 配 色 谱 中，Vs表 示 固 定 液 的 体 积；在 尺 寸 排 阻 色 谱 中，则 表 示 固 定 相 的 孔 体 积。分 配 比 k 值 可 直 接 从 色 谱 图 中 测 得（推 导 过 程 教材 P.296 297）。
30、k=(t r t 0)/t 0=t r/t 0=Vr/V 0 4.分 配 系 数 K与 分 配 比 k 的 关 系 K=k.其 中 称 为 相 比 率，它是 反 映 各 种 色 谱 柱 柱 型 特 点 的 又 一 个 参数。例 如，对 填 充 柱，其 值 一 般 为 635；对 毛 细 管 柱，其 值 为60600。4.分 配 系 数 K 及 分 配 比 k 与 选 择 因 子 的 关 系 对 A、B两 组 分 的 选 择 因 子，用 下 式 表 示：=t r(B)/t r(A)=k（A）/k（B）=K（A）/K（B）通 过 选 择 因 子 把 实 验 测 量 值k与 热 力 学 性 质 的
31、分 配 系 数 K直接 联 系 起 来，对 固 定 相 的 选 择 具 有 实 际 意 义。如 果 两 组 分 的 K或k值 相 等，则 =1，两 个 组 分 的 色 谱 峰 必 将 重 合，说 明 分 不 开。两 组分 的 K或k值 相 差 越 大，则 分 离 得 越 好。因 此 两 组 分 具 有 不 同 的 分 配系 数 是 色 谱 分 离 的 先 决 条 件。定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排
32、学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 图 中 KAKB，因 此，A组 分 在 移 动 过 程 中 滞 后。随 着 两 组 分 在 色谱 柱 中 移 动 距 离 的 增 加，两 峰 间 的 距 离 逐 渐 变 大，同 时，每 一 组 分的 浓
33、度 轮 廓（即 区 域 宽 度）也 慢 慢 变 宽。显 然，区 域 扩 宽 对 分 离 是不 利 的，但 又 是 不 可 避 免 的。若 要 使 A、B组 分 完 全 分 离，必 须 满 足以 下 三 点：第 一，两 组 分 的 分 配 系 数 必 须 有 差 异；第 二，区 域 扩 宽 的 速 率 应 小 于 区 域 分 离 的 速 度；第 三，在 保 证 快 速 分 离 的 前 提 下，提 供 足 够 长 的 色 谱 柱。第 一、二 点 是 完 全 分 离 的 必 要 条 件。作 为 一 个 色 谱 理 论，它不 仅 应 说 明 组 分 在 色 谱 柱 中 移 动 的 速 率，而且 应 说
34、 明 组 分 在 移 动 过程 中 引 起 区 域 扩 宽 的 各 种 因 素。塔板 理 论 和 速 率 理 论 均 以 色 谱 过 程中 分 配 系 数 恒 定 为 前 提，故 称 为 线 性 色 谱 理 论。（二）塔 板 理 论 把 色 谱 柱 比 作 一 个 精 馏 塔，沿用 精 馏 塔 中 塔 板 的 概 念 来 描 述组 分 在 两 相 间 的 分 配 行 为，同时 引 入 理 论 塔 板 数 作 为 衡 量 柱 效 率 的指 标，即 色 谱 柱 是 由 一 系 列 连 续 的、相 等 的 水 平 塔 板 组 成。每 一 块塔 板 的 高 度 用 H表 示，称 为 塔 板 高 度，简
35、 称 板 高。塔 板 理 论 假 设：1.在 柱 内 一 小 段 长 度 H内，组 分 可 以 在 两 相 间 迅 速 达 到 平 衡。这一 小 段 柱 长 称 为 理 论 塔 板 高 度 H。2.以 气 相 色 谱 为 例，载 气 进 入 色 谱 柱 不 是 连 续 进 行 的，而 是 脉 动式，每 次 进 气 为 一 个 塔 板 体 积（Vm）。定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱
36、法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 3.所 有 组 分 开 始 时 存 在 于 第 0号 塔 板 上，而 且 试 样 沿 轴（纵）向 扩散 可 忽 略。4.分 配 系 数 在 所 有 塔 板 上 是 常 数，与 组 分 在 某 一 塔 板 上 的 量 无 关
37、。简 单 地 认 为：在 每 一 块 塔 板 上，溶 质 在 两 相 间 很 快 达 到 分 配平 衡，然 后 随 着 流 动 相 按 一 个 一 个 塔 板 的 方 式 向 前 移 动。对 于 一 根长 为 L的 色 谱 柱，溶 质 平 衡 的 次 数 应 为：n=L/H n称 为 理 论 塔 板 数。与 精 馏 塔 一 样，色 谱 柱 的 柱 效 随 理 论 塔板 数 n的 增 加 而 增 加，随 板 高 H的 增 大 而 减 小。塔 板 理 论 指 出：第 一，当 溶 质 在 柱 中 的 平 衡 次 数，即 理 论 塔 板 数 n大 于 50时，可 得 到 基 本 对 称 的 峰 形 曲
38、 线。在 色 谱 柱 中，n值 一 般 很 大，如气 相 色 谱 柱 的 n约 为 103 106，因 而 这 时 的 流 出 曲 线 可 趋 近 于 正 态分 布 曲 线。第 二，当样 品 进 入 色 谱 柱 后，只 要 各 组 分 在 两 相 间 的 分 配系 数 有 微 小 差 异，经 过 反 复 多 次 的 分 配 平 衡 后，仍 可 获 得 良 好 的 分离。第 三，n与 半 峰 宽 及 峰 底 宽 的 关 系 式 为：n=5.5 4(tr/W1/2)2=16 (tr/W)2 式 中 tr 与 W1/2 (W)应 采 用 同 一 单 位（时 间 或 距 离）。从 公 式可 以 看 出
39、，在 tr 一 定 时，如 果 色 谱 峰 很 窄，则 说 明 n越 大，H越 小，柱 效 能 越 高。在 实 际 工 作 中，由 公 式 n=L/H 和 n=5.5 4(tr/W1/2)2=16(tr/W)2 计 算 出 来 的 的 n和 H值 有 时 并 不 能 充 分 地 反 映 色 谱 柱 的 分 离 效 能，因为 采 用 tR计 算 时，没 有 扣 除 死 时 间 tM，所 以 常 用 有 效 塔 板 数 n有 效表示 柱 效：n有 效=5.54(tr /W1/2)2=16(tr /W)2 定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及
40、有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 有 效 板 高 ：H有 效=L/n有 效 因 为 在 相 同 的 色
41、 谱 条 件 下，对 不 同 的 物 质 计 算 的 塔 板 数 不 一样，因 此，在 说 明 柱 效 时，除 注 明 色 谱 条 件 外，还 应 指 出 用 什 么 物质 进 行 测 量。例 已 知 某 组 分 峰 的 峰 底 宽 为 40 s，保 留 时 间 为 400 s ，计 算 此色 谱 柱 的 理 论 塔 板 数。解：n=16(tR/W)2 =16 （400/40）2 =1600 块 塔 板 理 论 是 一 种 半 经 验 性 理 论。它用 热 力 学 的 观 点 定 量 说 明了 溶 质 在 色 谱 柱 中 移 动 的 速 率，解 释 了 流 出 曲 线 的 形 状，并 提 出
42、了计 算 和 评 价 柱 效 高 低 的 参 数。但 是，色 谱 过 程 不 仅 受 热 力 学 因 素 的影 响，而 且 还 与 分 子 的 扩 散、传 质 等 动 力 学 因 素 有 关，因 此 塔 板 理论 只 能 定 性 地 给 出 板 高 的 概 念，却 不 能 解 释 板 高 受 哪 些 因 素 影 响；也 不 能 说 明 为 什 么 在 不 同 的 流 速 下，可 以 测 得 不 同 的 理 论 塔 板 数，因 而 限 制 了 它 的 应 用。（三）速 率 理 论 1956年 荷 兰 学 者 va n D ee mter（范 第 姆 特）等 在 研 究 气 液 色 谱时，提 出
43、了 色 谱 过 程 动 力 学 理 论 速 率 理 论。他 们 吸 收 了 塔 板 理论 中 板 高 的 概 念，并 充 分 考 虑 了 组 分 在 两 相 间 的 扩 散 和 传 质 过 程，从 而 在 动 力 学 基 础 上 较 好 地 解 释 了 影 响 板 高 的 各 种 因 素。该理 论 模型 对 气 相、液 相 色 谱 都 适 用。va n Deemter 方 程 的 数 学 简 化 式 为 H=A+B/u+C u 式 中 u为 流 动 相 的 线 速 度；A、B、C、为 常 数，分 别 代 表 涡 流 扩散 系 数、分 子 扩 散 项 系 数、传 质 阻 力 项 系 数。第 三
44、节 色 谱 法基 本原理 1.涡 流 扩 散 项 A 在 填 充 色 谱 柱 中，当 组 分 随 流 动 相 向 柱 出 口 迁 移 时，流 动 相由 于 受 到 固 定 相 颗 粒 障 碍，不 断 改 变 流 动 方 向，使 组 分 分 子 在 前 进定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学
45、习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 中 形 成 紊 乱 的 类 似 涡 流 的 流 动，故 称 涡 流 扩 散。由 于 填 充 物 颗 粒 大 小 的 不 同 及 填 充 物 的 不 均 匀 性，使 组 分 在 色 谱 柱 中 路 径 长 短 不 一，因 而 同 时 进 色 谱 柱 的 相 同 组 分 到 达 柱 口 时 间 并 不 一 致，引 起 了
46、色 谱 峰 的 变 宽。色 谱 峰 变 宽 的 程 度 由 下 式 决 定：A=2 dp 上 式 表 明，A与 填 充 物 的 平 均 直 径 dp的 大 小 和 填 充 不 规 则 因 子 有 关，与 流 动 相 的 性 质、线 速 度 和 组 分 性 质 无 关。为 了 减 少 涡 流扩 散，提 高 柱 效，使 用 细 而 均 匀 的 颗 粒，并 且 填 充 均 匀 是 十 分 必 要的。对 于 空 心 毛 细 管，不 存 在 涡 流 扩 散。因 此 A=0。2.分 子 扩 散 项 B/u （纵 向 扩 散 项）纵 向 分 子 扩 散 是 由 浓 度 梯 度 造 成 的。组 分 从 柱 入
47、 口 加 入，其 浓度 分 布 的 构 型 呈“塞 子”状。它 随 着 流 动 相 向 前 推 进，由 于 存 在 浓度 梯 度，“塞 子”必 然 自 发 的 向 前 和 向 后 扩 散，造 成 谱 带 展 宽。分子 扩 散 项 系 数 为 B=2 Dg 是 填 充 柱 内 流 动 相 扩 散 路 径 弯 曲 的 因 素，也 称 弯 曲 因 子，它 反 映 了 固 定 相 颗 粒 的 几 何 形 状 对 自 由 分 子 扩 散 的 阻 碍 情 况。Dg为 组 分 在 流 动 相 中扩散系数（cm3s-1）,分 子 扩 散 项 与 组分 在 流 动 相 中扩散系数Dg成 正 比.Dg与 流 动
48、相 及 组 分 性 质 有 关：(a)相 对 分 子 质 量 大 的 组 分 Dg小，Dg反 比 于 流 动 相 相 对 分 子 质 量 的平 方 根，所 以 采 用 相 对 分 子 质 量 较 大 的 流 动 相，可 使 B项 降 低；(b)Dg随 柱 温 增 高 而 增 加，但 反 比 于 柱 压。另 外 纵 向 扩 散 与 组 分 在 色 谱 柱 内 停 留 时 间 有 关，流 动 相 流 速小，组 分 停 留 时 间 长，纵 向 扩 散 就 大。因 此 为 降 低 纵 向 扩 散 影 响，要 加 大 流 动 相 速 度。对 于 液 相 色 谱，组 分 在 流 动 相 中 纵 向 扩 散
49、 可 以忽 略。3.传 质 阻 力 项 Cu 由 于 气 相 色 谱 以 气 体 为 流 动 相，液 相 色 谱 以 液 体 为 流 动 相，定性和定量分析的方法二重点与难点塔板理论包括流出曲线方程理论塔板数及有效理论塔板数和塔板高度及有效塔板高度的计算速率理论方程分离度和基本分离方程三教学要求熟练掌握色谱分离方法的原理掌握色谱流出曲线色谱峰性和定量的分析方法四学时安排学时第一节概述色谱法早在年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用他在研究植物叶的色素成分时将植物叶子的萃取物倒填有学习必备欢迎下载碳酸钙的直立玻璃管内然后加入石油醚使其自由流的分离色谱二字虽已失去原来的含义但仍被人们沿用至今在色
50、谱法中将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相固体或液体称为固定相自上而下运动的一相一般是气体或液体称为流动相装有固定相的管子玻璃管或不锈钢管称为色谱学习必备 欢迎下载 它 们 的 传 质 过 程 不 完 全 相 同。（1）气 液 色 谱 传 质 阻 力 系 数 C包 括 气 相 传 质 阻 力 系 数 Cg和 液 相 传 质 阻 力 系 数C1两 项，即 C=Cg+C1 气相传质过程是 指 试 样 组 分 从 气 相 移 动 到 固 定 相 表 面 的 过 程。这 一 过 程 中 试 样 组 分 将 在 两 相 间 进 行 质 量 交 换，即 进 行 浓 度 分 配。有 的 分 子 还 来 不