儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件

第二章氣相色譜分析(GasChromatography)2-1氣相色譜法概述色譜法(Chromatography)是一種分離分析方法。它是利用各物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)的分配來(lái)達(dá)到分離的目的

1903年,俄國(guó)植物學(xué)家MikhailTswett首先采用色譜法分離植物色素NobelPrizeLaureates:A.J.P.Martin,andR.L.M.Synge(英國(guó));Tiselins(瑞典)；1937-1972,12NobelPrizeawardsrelatedtochromatography第二章氣相色譜分析(GasChromatography1色譜分析示意圖:固定相:不動(dòng)的一相;流動(dòng)相：攜帶樣品流過(guò)固定相的流動(dòng)體Tswett方法(經(jīng)典方法)Offline現(xiàn)代色譜法Online色譜分析示意圖:22.色譜法分類

1．按兩相狀態(tài)分類

A.氣相色譜(GC):氣體為流動(dòng)相的色譜 氣固色譜:固定相是固體吸附劑 氣液色譜:固定相是固定液

B.液相色譜(LC):液體為流動(dòng)相的色譜 液固色譜:固定相是固體吸附劑 液液色譜:固定相是固定液

C.超臨界流體色譜(SFC):流動(dòng)相為超臨界流體2.色譜法分類1．按兩相狀態(tài)分類32．按分離機(jī)理分類

分配色譜:利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法,氣液/液液

吸附色譜:利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法,氣固/液固

離子交換色譜:利用組分在離子交換劑（固定相）上的親和力大小不同而達(dá)到分離的方法,LC一種

尺寸排阻色譜法(凝膠色譜法):利用大小不同的分子在多孔固定相中的選擇滲透而達(dá)到分離的方法,LC一種

親和色譜法:利用不同組分與固定相（固定化分子）的高專屬性親和力進(jìn)行分離的技術(shù)稱為親和色譜法，常用于蛋白質(zhì)的分離,LC一種2．按分離機(jī)理分類 分配色譜:利用組分在固定液（固定相）43．按固定相的形式分類固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為柱色譜。固定相填充滿玻璃或金屬管中的稱為填充柱色譜；固定相固定在管內(nèi)壁的稱為開(kāi)管柱色譜或毛細(xì)管柱色譜。

固定相呈平板狀的色譜法，稱為平板色譜，它又可分為薄層色譜和紙色譜。

柱色譜–填充柱色譜和開(kāi)管柱色譜平板色譜–薄層色譜和紙色譜3．按固定相的形式分類固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為柱色譜。固54.按固定相材料分類

離子交換色譜:以離子交換劑為固定相尺寸排阻色譜法(凝膠色譜法):以孔徑有一定范圍的多孔玻璃或多孔高聚物為固定相化學(xué)鍵合相色譜:采用化學(xué)鍵合相（即通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將固定液分子鍵合于多孔載體，如硅膠上）親和色譜法:以固定化的具有高專屬性親和力蛋白質(zhì)/抗體/抗原為固定相4.按固定相材料分類離子交換色譜:以離子交換劑為固定相6儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件7氣相色譜法簡(jiǎn)介以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離分析方法，可分為氣液色譜法和氣固色譜法。GC具有分離效率高、靈敏度高(檢測(cè)下限10-12—10-14g)、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。GC能分離性質(zhì)極相似的物質(zhì)，如同位素、同分異構(gòu)體、對(duì)映體以及組成極復(fù)雜的混合物，如石油、污染水樣及天然精油等。凡能夠氣化且熱穩(wěn)定、不具腐蝕性的液體或氣體，都可用氣相色譜法分析。高沸點(diǎn)及熱不穩(wěn)定物物質(zhì)可衍生化.氣相色譜法簡(jiǎn)介以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離分析方法，可分為氣液8氣相色譜儀氣相色譜儀9

10GC工作過(guò)程GC工作過(guò)程111.氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)的目的是將樣品載入色譜柱分離后進(jìn)入檢測(cè)器測(cè)定氣相色譜常用的載氣為氮?dú)?、氫氣和氦氣等。載氣的選擇主要由檢測(cè)器性質(zhì)及分離要求所決定載氣在進(jìn)入色譜儀前必須經(jīng)過(guò)凈化處理載氣流量由穩(wěn)壓閥或穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)控制1.氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)的目的是將樣品載入色譜柱分離后進(jìn)入檢測(cè)器12

2.進(jìn)樣系統(tǒng)(進(jìn)樣器，氣化室)液體樣品的進(jìn)樣通常采用微量注射器，氣體樣品的進(jìn)樣通常采用醫(yī)用注射器或六通閥。2.進(jìn)樣系統(tǒng)13氣化室氣化室的作用是將液體或固體樣品瞬間氣化而不分解,后進(jìn)柱分離氣化室氣化室的作用是將液體或固體樣品瞬間氣化而不分解,后進(jìn)柱143.分離系統(tǒng):分離樣品

（色譜柱，控制溫度系統(tǒng)）色譜柱

色譜柱是色譜儀的心臟，安裝在溫控的柱室內(nèi)，色譜柱有填充柱和開(kāi)管柱（亦稱毛細(xì)管柱）兩大類。3.分離系統(tǒng):分離樣品

（色譜柱，控制溫度系統(tǒng)）色譜柱15控制溫度系統(tǒng)色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。程序升溫指在一個(gè)分析周期內(nèi)柱溫隨時(shí)間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時(shí)間獲得最佳分離的目的。對(duì)于沸點(diǎn)范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進(jìn)行分析。控制溫度系統(tǒng)16TemperatureProgrammingTemperatureProgramming17儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件184.檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測(cè)器把進(jìn)入的組分按時(shí)間及其濃度或質(zhì)量的變化，轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的放大傳遞給記錄儀或計(jì)算機(jī)，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。常見(jiàn)的有熱導(dǎo)檢測(cè)器、火焰離子化檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器等

4.檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測(cè)器把進(jìn)入的組19氣相色譜儀可以大致分為以下幾大部分：1.氣路系統(tǒng)2.進(jìn)樣系統(tǒng)3.分離系統(tǒng)4.檢測(cè)系統(tǒng)5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)氣相色譜儀可以大致分為以下幾大部分：20色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語(yǔ)

流出曲線和色譜峰

色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語(yǔ)

流出曲線和色譜峰21基本術(shù)語(yǔ)(1)

1.基線

柱中僅有流動(dòng)相通過(guò)時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)訊號(hào)的記錄值，即圖中O—t線．穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線．2.死時(shí)間tM

不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí)，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，如圖中O′A′基本術(shù)語(yǔ)(1)1.基線223.

保留時(shí)間tR

試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為保留時(shí)間，如圖O′B．它相應(yīng)于樣品到達(dá)柱末端的檢測(cè)器所需的時(shí)間.3.保留時(shí)間tR試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極23某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份的調(diào)整保留時(shí)間，即

tR′=tR-tM4．調(diào)整保留時(shí)間tR′某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份的調(diào)24

指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和．當(dāng)后兩項(xiàng)很小而可忽略不計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與流動(dòng)相體積流速F0（L／min）計(jì)算：

VM=tM·F0

5．死體積VM指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所25

從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相體積。保留體積與保留時(shí)間tR的關(guān)系如下：

VR=tR·F0

6．保留體積VR從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所26

某組份的保留體積扣除死體積后，稱該組份的調(diào)整保留體積，即

VR′=VR-VM7．調(diào)整保留體積VR′7．調(diào)整保留體積VR′27色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示，如圖中B′A

8.峰高色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示，如圖中289、區(qū)域?qū)挾?.標(biāo)準(zhǔn)偏差σ

即0．607倍峰高處色譜峰寬的一半，圖中EF距離的一半。2.半峰寬Y1/2

即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬，如圖中GH間的距離．它與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的關(guān)系是：

Y1/2=2.354σ3.峰底寬Y

即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上的截距，如圖中IJ的距離．它與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的關(guān)系是：Y=4σ

9、區(qū)域?qū)挾?.標(biāo)準(zhǔn)偏差σ29

某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值：10．相對(duì)保留值r21(柱選擇因子)

r值越大，表示固定相對(duì)組分的選擇性越高，則兩組分分離得越開(kāi)。r等于1時(shí)，兩組分重疊。必須注意:相對(duì)保留值絕對(duì)不是兩個(gè)組份保留時(shí)間或保留體積之比。某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比30線速度流動(dòng)相線速度:組分速度:線速度流動(dòng)相線速度:組分速度:31色譜曲線之用途根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組份的最少個(gè)數(shù)依據(jù)色譜峰的保留值(或位置）進(jìn)行定性分析依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析依據(jù)色譜峰的保留值以及峰寬評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相(和流動(dòng)相)選擇是否合適的依據(jù)色譜曲線之用途根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組份的最32

2-2色譜分析理論基礎(chǔ)色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的綜合表現(xiàn)熱力學(xué)過(guò)程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關(guān)的過(guò)程(兩峰間的距離)動(dòng)力學(xué)過(guò)程是指組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過(guò)程(峰的寬或窄)各待測(cè)組分在色譜體系中的熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的不同決定了它們的分離程度2-2色譜分析理論基礎(chǔ)色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過(guò)程和動(dòng)力33分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相/流動(dòng)相之間反復(fù)多次地分配過(guò)程，即組分在固定相上的溶解--揮發(fā)或吸附--解吸過(guò)程,這種分離過(guò)程可用樣品分子在兩相間的分配系數(shù)來(lái)描述。分配系數(shù):在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值分配系數(shù)K

分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相/流34分配系數(shù)與分離性能K決定于組分和兩相的熱力學(xué)性質(zhì)。在一定溫度下，K小的組分在流動(dòng)相中濃度大，先流出色譜柱；反之，后流出色譜柱。兩組分K值之比大，（不是指每一組分的K的絕對(duì)值越大），是獲得良好色譜分離的關(guān)鍵。分配系數(shù)與溫度成反比，增加溫度，分配系數(shù)變小。在氣相色譜分離中，柱溫是一個(gè)很重要的操作參數(shù)，溫度的選擇對(duì)分離影響很大，而對(duì)液相色譜分離的影響小分配系數(shù)與分離性能K決定于組分和兩相的熱力學(xué)性質(zhì)。在一定溫度35分配比k(容量因子)分配比是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，在固定相和流動(dòng)相中的總質(zhì)量比。即

K與k關(guān)系分配比不但與組分和兩相性質(zhì)有關(guān)，而且還與兩相體積有關(guān)分配比k(容量因子)分配比是指在一定溫36基本保留方程:表示組分保留時(shí)間與柱長(zhǎng)、流動(dòng)相速度、分配比、分配系數(shù)和兩相體積之間的關(guān)系?；颈Ａ舴匠?表示組分保留時(shí)間與柱長(zhǎng)37

一塔板理論由Martin等人提出,獲NobelPrize.塔板的概念是從精餾中借用來(lái)的,該理論將一根色譜柱當(dāng)作一個(gè)精餾塔，其中的每一小段色譜柱相當(dāng)于精餾塔中的一個(gè)塔板,從而描述組分在色譜柱內(nèi)的分配行為.塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，但它能成功地解釋色譜流出曲線呈正態(tài)分布。同時(shí)引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)。

色譜分離的基本理論一塔板理論色譜分離的基本理論38精餾塔示意圖精餾塔示意圖39把色譜柱比作精餾塔，視作由許許多多小段(塔板)組成,且塔板與塔板之間不連續(xù);塔板之間無(wú)分子擴(kuò)散。組分在每塊塔板的兩相間的分配平衡瞬時(shí)達(dá)到，達(dá)到一次分配平衡所需的最小柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度H。一個(gè)組分在每塊塔板上的分配系數(shù)相同流動(dòng)相以不連續(xù)的形式加入，即以一個(gè)一個(gè)的塔板體積加入，連續(xù)的色譜過(guò)程視作一個(gè)塔板中的兩相平衡過(guò)程的重復(fù)。塔板數(shù)越多，組分在柱內(nèi)兩相間達(dá)到分配平衡的次數(shù)也越多，柱效越高，分離就越好。理論塔板數(shù)為:塔板理論假定把色譜柱比作精餾塔，視作由許許多多小段(塔板)組成,且塔板與40

m=1g,k=1m=1g,k=141塔板理論之推導(dǎo)結(jié)論:當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大于50時(shí)，可得到基本對(duì)稱的峰形曲線在色譜柱中，n值一般都是很大的，如GC中可達(dá)103－106，其流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線；當(dāng)樣品進(jìn)入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數(shù)K有微小差異，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的平衡后，仍可獲得良好的分離塔板理論之推導(dǎo)結(jié)論:當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大42理論塔板數(shù)(注意單位)

而理論塔板高度（H）即：理論塔板數(shù)(注意單位)而理論塔板高度（H）即：43例：在柱長(zhǎng)2m、5%阿皮松柱、柱溫100OC、記錄紙速為2.0cm/min的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定苯的保留時(shí)間為1.5min，半峰寬為0.20cm。求此色譜柱的理論塔板高度。例：在柱長(zhǎng)2m、5%阿皮松柱、柱溫100OC、記錄紙速為2.44解：依據(jù)：

=1.2×103H=2000/1.2×103=1.7（mm）解：依據(jù)：45對(duì)于一個(gè)色譜系統(tǒng)來(lái)講，理論塔板數(shù)越多，理論塔板高度越小，色譜峰越窄，表明柱效越高。因此，理論塔板數(shù)可以用來(lái)1、比較色譜儀的性能――用兩臺(tái)不同的色譜儀測(cè)定同一個(gè)物質(zhì)，比較塔板數(shù)2、比較色譜柱的性能――用同一臺(tái)色譜儀對(duì)于一個(gè)色譜系統(tǒng)來(lái)講，理論塔板數(shù)越多，理論塔板46塔板理論之局限性塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論，它用熱力學(xué)的觀點(diǎn)定量說(shuō)明了溶質(zhì)在色譜柱中分配平衡和分離過(guò)程，導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，并成功地解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)但是色譜過(guò)程不僅受熱力學(xué)的因素影響，而且還與分子的擴(kuò)散、傳質(zhì)等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，塔板理論它的某些基本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)際發(fā)生的分離過(guò)程，只能定性地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響，也不能說(shuō)明為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，因而限制了它的應(yīng)用塔板理論之局限性塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論，它用熱力學(xué)的觀47二速率理論1956年vanDeemter等提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論——速率理論。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對(duì)氣相、液相色譜都適用。vanDeemter方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化式為式中u為流動(dòng)相的線速度；A，B，C為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)項(xiàng)系數(shù)。現(xiàn)分別敘述各項(xiàng)系數(shù)的物理意義。二速率理論1956年vanDeemter等提出了色譜過(guò)程48A.渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)

在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類似“渦流”的流動(dòng)，故稱渦流擴(kuò)散.A.渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)49渦流擴(kuò)散與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關(guān)，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無(wú)關(guān)。為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散。因此A＝0。渦流擴(kuò)散展寬度渦流擴(kuò)散與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關(guān)，50B.縱向擴(kuò)散（longitudinaldiffusion）

縱向擴(kuò)散(縱向分子擴(kuò)散)是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子”狀。隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發(fā)地向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。B.縱向擴(kuò)散（longitudinaldiffusion51γ為彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況,一般小于1Dg為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)。

Dg隨柱溫升高而增加，與柱壓成反比;Dg與流動(dòng)相的相對(duì)分子質(zhì)量M的關(guān)系為DgM-1/2，故在GC中，若用氫氣作流動(dòng)相產(chǎn)生的縱向分子擴(kuò)散要比用氮?dú)鈺r(shí)嚴(yán)重。縱向分子擴(kuò)散展寬度γ為彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻52C.傳質(zhì)阻力

傳質(zhì)阻力分為氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力，組分從流動(dòng)相擴(kuò)散到流動(dòng)相與固定相界面的傳質(zhì)過(guò)程中所受到的阻力稱為氣相傳質(zhì)阻力符號(hào)同前如何減小流氣相傳質(zhì)阻力?采用細(xì)顆粒的固定相增大組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)適當(dāng)降低流動(dòng)相線速選用短柱C.傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力分為氣相53D.液相傳質(zhì)阻力組分從兩相界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部，達(dá)到分配平衡后又返回兩相界面時(shí)受到的阻力，稱為液相傳質(zhì)阻力。

如何減小液相傳質(zhì)阻力?采用低含量固定液，以減小固定液液膜厚度，但使k也減小選用低粘度固定液，增大組分在固定液中的擴(kuò)散系數(shù)適當(dāng)提高柱溫及降低流速盡可能使用短柱D.液相傳質(zhì)阻力組分從兩相界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部54VanDeemter方程:

A為渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；B為縱向分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；C為氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)之和由此可知:流動(dòng)相線速u(mài)一定時(shí)，僅在A、B、C較小時(shí)，塔板高度H才能較小，柱效才較高；反之柱效較低，色譜峰將展寬。

VanDeemter方程:A為渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；B為縱向分55流動(dòng)相線速度,分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)流動(dòng)相線速度,分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)562-3色譜分離條件的選擇

1.分離度

選擇性,柱效(理論塔板數(shù))均不能很好地衡量一個(gè)色譜系統(tǒng)的分離好壞,如右圖分離度可很好判斷分離好壞:分離度是既能反映柱效又能反映選擇性的指標(biāo)，又稱總分離效能指標(biāo)或分辨率.2-3色譜分離條件的選擇

1.分離度選擇性,柱效(理論57[例]已知某色譜柱的理論塔板數(shù)為3600,組分A和B在該柱上的保留時(shí)間為27mm和30mm,求兩峰的半峰寬和分離度.

Y(1)=27/(3600/16)1/2=1.8mmY1/2(1)＝1.8/1.7＝1.06mmY(2)=30/(3600/16)1/2=2.0mmY1/2(2)＝2.0/1.7＝1.18mmR＝2(30-27)/(1.8+2)＝6/3.8＝1.6解Y=1.7Y1/2[例]已知某色譜柱的理論塔板數(shù)為3600,組分A和B在該柱58R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。R＝1時(shí)，分離程度可達(dá)97.7％(兩個(gè)峰高相同)對(duì)于兩個(gè)峰高相同的對(duì)稱峰，達(dá)到基線分離時(shí)，R=1.5，此時(shí)，兩組分的分離程度達(dá)99.7%,

故常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志。如何判斷完全分離?R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。如何判斷完全分離?59不同分離度時(shí)色譜峰分離的程度不同分離度時(shí)色譜峰分離的程度60

色譜分離基本方程:

柱效的影響

柱長(zhǎng)L∝n，柱長(zhǎng)

R，但分析時(shí)間，且峰寬。因此為了增高柱效，用減小塔板高度H的辦法比增加柱長(zhǎng)要好。

給定R下的塔板數(shù):

色譜分離基本方程:柱效的影響柱長(zhǎng)L∝n，柱長(zhǎng)61

分配比的影響

k,R,但k值越大，分析時(shí)間越長(zhǎng)，峰越展寬。通常k值選在1-10范圍相對(duì)保留值

α越大，柱選擇性越好，對(duì)分離越有利。

62色譜分離操作條件的選擇:1．柱長(zhǎng)的選擇

固然增加柱長(zhǎng)可使理論塔板數(shù)增大，但同時(shí)使峰寬加大，分析時(shí)間延長(zhǎng)。因此，填充柱的柱長(zhǎng)要選擇適當(dāng)。過(guò)長(zhǎng)的柱子，總分離效能也不一定高。一般情況下，柱長(zhǎng)選擇以使組分能完全分離，分離度達(dá)到所期望的值為準(zhǔn)。色譜分離操作條件的選擇:1．柱長(zhǎng)的選擇63［例]在一根1m長(zhǎng)的色譜柱上測(cè)得兩組分的分離度為0.68,要使它們完全分離,則柱長(zhǎng)應(yīng)為多少？

解:根據(jù)公式，有即在其他操作條件不變的條件下，色譜柱長(zhǎng)要選擇4.87m左右才能使分離度達(dá)R=1.5,組分達(dá)到完全分離。［例]在一根1m長(zhǎng)的色譜柱上測(cè)得兩組分的分離度為0.68,642.載氣及其流速的選擇

2.載氣及其流速的選擇65最小塔板高度和最佳線速最小塔板高度和最佳線速66

例：已知一色譜柱在某溫度下的速率方程的A=0.08cm;B=0.65cm2/s;C=0.003s,求最佳線速度u和最小塔板高H.

例：已知一色譜柱在某溫度下的速率方程的A=0.08cm;67解:欲求u最佳和H最小,要對(duì)速率方程微分,即dH/du＝d(A+B/u+Cu)/du＝-B/u2+C＝0而最佳線速:u最佳＝(B/C)1/2最小板高:H最小＝A+2(BC)1/2可得u最佳＝(0.65/0.003)1/2＝14.7cm/sH最?。?.08+2(0.65×0.003)1/2＝0.1683cm解:欲求u最佳和H最小,要對(duì)速率方程微分,即683．柱溫的選擇

提高柱溫可使氣相、液相傳質(zhì)速率加快，有利于降低塔板高度，改善柱效增加柱溫同時(shí)又加劇縱向擴(kuò)散，從而導(dǎo)致柱效下降較高柱溫會(huì)導(dǎo)致固定液流失，縮短柱子使用壽命較低柱溫可改善分離，提高選擇性，但會(huì)增長(zhǎng)分析時(shí)間。因此，選擇柱溫要兼顧幾方面的因素。一般原則是：

1、在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞?，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度

2、對(duì)于寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法3．柱溫的選擇提高柱溫可使氣相、液相傳質(zhì)速率加快，有利于降694．載體粒度及篩分范圍的選擇

載體的粒度愈小，填裝愈均勻，柱效就愈高。但粒度也不能太小。否則，阻力壓也急劇增大。一般粒度直徑為柱內(nèi)徑的1／20～l／25為宜。

5．進(jìn)樣量的選擇

在實(shí)際分析中最大允許進(jìn)樣量應(yīng)控制在使半峰寬基本不變，而峰高與進(jìn)樣量成線性關(guān)系。如果超過(guò)最大允許進(jìn)樣量，線性關(guān)系遭破壞。4．載體粒度及篩分范圍的選擇

載體的粒度愈小702-4固定相及其選擇

GC按使用的固定相性質(zhì)分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜固定相為吸附劑，氣液色譜填充柱固定相由固定液和載體組成。由于使用惰性氣體作流動(dòng)相，可以認(rèn)為組分與流動(dòng)相分子之間基本沒(méi)有作用力，決定色譜分離的主要因素是組分和固定相分子之間的相互作用力2-4固定相及其選擇GC按使用的固定相性質(zhì)分為氣固711.氣-固色譜固定相—固體吸附劑

炭,非極性吸附劑;可分離醇、酸、酚、胺等多種極性化合物也可分離某些異構(gòu)體。如Carbopack氧化鋁,中等極性吸附劑，熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都很好，主要用于分析C1-C4烴類及其異構(gòu)體硅膠,強(qiáng)極性吸附劑,用于分析硫化物,如DG系列多孔硅珠，Chromosil、Porasil、Spherosil等分子篩,強(qiáng)極性吸附劑，人工合成的硅鋁酸鹽，可分析H2、O2、N2、CH4和CO高分子多孔微球,新型的合成有機(jī)固定相,可分析極性的多元醇、脂肪酸或非極性的烴、醚等要求:吸附容量大，熱穩(wěn)定性好，在使用溫度下不發(fā)生催化活性1.氣-固色譜固定相—固體吸附劑炭,非極性吸附劑;可分72氣－液色譜固定相

1.擔(dān)體（載體）載體要求:化學(xué)惰性，無(wú)表面吸附作用，孔穴均勻，比表面大，耐熱性強(qiáng)，無(wú)催化活性以及有一定機(jī)械強(qiáng)度和浸潤(rùn)性。硅藻土載體使用前須酸洗、堿洗、硅烷化等方法進(jìn)行處理，目的是要分別消除堿性作用中心、酸性作用中心、硅醇基活性氫與組分的作用，以減少峰的拖尾，或不可逆吸附，改進(jìn)分離。氣－液色譜固定相

1.擔(dān)體（載體）載體要求:化學(xué)惰性，無(wú)表面73載體類型硅藻土和非硅藻土兩類。硅藻土載體是目前氣相色譜中常用的一種載體紅色硅藻土和白色硅藻土紅色硅藻土適宜于分析非極性或弱極性物質(zhì)。白色硅藻土分析各種極性化合物非硅藻土載體有有機(jī)玻璃微球載體，氟載體，高分子多孔微球等。這類載體常用于特殊分析，如HF、Cl2分析載體類型硅藻土和非硅藻土兩類。硅藻土載體是目前氣相色譜中常用74

硅藻土載體表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇基或含有礦物雜質(zhì)，如氧化鋁、鐵等，使色譜峰產(chǎn)生拖尾。因此，使用前要進(jìn)行化學(xué)處理，以改進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)，屏蔽活性中心。處理方法有酸洗、堿洗、硅烷化及添加減尾劑等。載體的表面處理

硅藻土載體表面不是完全惰性的，具有活性中心。75（i）酸洗：用3--6mol·cm-3鹽酸浸煮載體、過(guò)濾，水洗至中性。甲醇淋洗，脫水烘干?？沙o(wú)機(jī)鹽，F(xiàn)e,Al等金屬氧化物。適用于分析酸性物質(zhì)。（ii）堿洗：用5%或10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化鋁，用于分析堿性物質(zhì)。(iii)硅烷化：用硅烷化試劑與載體表面硅醇基反應(yīng)，使生成硅烷醚，以除去表面氫鍵作用力。如：常用硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷（DMCS），六甲基二硅烷胺（HMDS）等。

（i）酸洗：用3--6mol·cm-3鹽酸浸煮載體、過(guò)濾，水76固定液氣液色譜中使用的固定液是高沸點(diǎn)有機(jī)物，它涂布在惰性載體表面。理想的固定液應(yīng)滿足如下要求：對(duì)被測(cè)組分化學(xué)惰性。熱穩(wěn)定性好，在操作溫度下固定液的蒸氣壓很低，不易流失。對(duì)不同的物質(zhì)具有較高選擇性。粘度小、凝固點(diǎn)低，從而可降低固定液的最低使用溫度，擴(kuò)大溫度使用范圍。對(duì)載體表面具有良好浸潤(rùn)性，易涂布均勻。固定液氣液色譜中使用的固定液是高沸點(diǎn)有機(jī)物，它涂布在惰性載體77組分與固定液分子間的作用力

固定液能將不同組分分離是由于組分在固定液中的溶解度不同，而溶解度的差別與組分和固定液分子間的相互作用力大小有關(guān)分子間的作用力主要有定向力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵等。組分與固定液分子間的作用力固定液能將不同組分分離是由于組分78固定液的特性

固定液的特性主要是指它的極性或選擇性，用它可描述和區(qū)別固定液的分離特征。目前大都采用相對(duì)極性和固定液特征常數(shù)表示。

（i）相對(duì)極性：1959年由Rohrschneider（羅氏）提出用相對(duì)極性P來(lái)表示固定液的分離特征。此法規(guī)定非極性固定液角鯊?fù)榈臉O性為0，強(qiáng)極性固定液β，β′-氧二丙睛的極性為100．然后，選擇一對(duì)物質(zhì)（如正丁烷一丁二烯或環(huán)乙烷一苯），來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。分別測(cè)定它們?cè)谘醵?、角鯊?fù)榧坝麥y(cè)固定液的色譜柱上的相對(duì)保留值，將其取對(duì)數(shù)后，得到:固定液的特性

固定液的特性主要是指它的極性或選79固定液特征常數(shù)

Kovats指數(shù)以正構(gòu)烷烴系列為參比標(biāo)準(zhǔn),表示一個(gè)組分的相對(duì)保留能力的大小,可用以定性分析Rohrschneider和McReynolds常數(shù)Rohrschneider和McReynolds常數(shù)表示固定液的相對(duì)極性,為選擇合適的固定液提供參考固定液特征常數(shù)Kovats指數(shù)80Kovats保留指數(shù)

保留指數(shù)與相對(duì)保留值相似，也是用來(lái)表示一個(gè)組分的相對(duì)保留能力的大小。兩者之間的差別在于，相對(duì)保留值以任意選定的單個(gè)化合物為參比標(biāo)準(zhǔn)，保留指數(shù)以正構(gòu)烷烴系列為參比標(biāo)準(zhǔn)。以正構(gòu)烷烴系列為參比標(biāo)準(zhǔn)Kovats保留指數(shù)

保留指數(shù)與相對(duì)保留值相似，也是用來(lái)表示81Rohrschneider和McReynolds常數(shù)

Rohrschneider常數(shù)表示固定液的相對(duì)極性,用△I表示?！鱅值越大，表示固定液和組分之間的作用力越大。分別測(cè)定五種不同作用力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在被測(cè)固定液和參比固定液角鯊?fù)椋ǚ菢O性）上的保留指數(shù)，并計(jì)算出在兩種固定液上的保留指數(shù)差值，即△IMcReynolds常數(shù)則測(cè)定了十種物質(zhì)(常用前五種),226種固定液的△I△I值反映了固定液與不同功能團(tuán)分子之間的作用,并提供了量化指標(biāo),可指導(dǎo)實(shí)際工作,選擇最佳的固定液Rohrschneider和McReynolds常數(shù)Roh82儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件83固定液的選擇性組分分子的蒸汽壓和其與固定液分子之間的分子作用力決定了其流出色譜柱的次序由于兩種力交叉作用，且力的大小不可能量化，因此只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)才知道正確流出的次序兩組分要獲得良好選擇性，必須滿足：蒸汽壓有足夠差別或活度系數(shù)要有足夠差別如兩組分沸點(diǎn)接近，可通過(guò)選擇與兩者的作用力有足夠大差別的固定液獲得良好分離固定液的選擇性組分分子的蒸汽壓和其與固定液分子之間的分子作用84固定液的選擇原則

對(duì)非極性混合物一般選擇非極性固定液，各組分按沸點(diǎn)順序出峰；若非極性混合物中含有極性組分，測(cè)沸點(diǎn)相近的極性組分先流出對(duì)中等極性混合物一般選擇中等極性固定液。若誘導(dǎo)力很小，則組分基本上按沸點(diǎn)順序出峰。對(duì)強(qiáng)極性組分一般選擇強(qiáng)極性固定液，各組分按極性順序出峰，如果極性組分中含有非極性組分，則非極性組分最先流出。對(duì)易形成氫鍵的組分應(yīng)選用氫鍵型固定液或極性固定液，組分按形成氫鍵能力的大小順序出峰

固定液的選擇原則對(duì)非極性混合物一般選擇非極性固定液，各組分852-5檢測(cè)器GC檢測(cè)器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。1.濃度型檢測(cè)器測(cè)量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，如熱導(dǎo)檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器。2.質(zhì)量型檢測(cè)器測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器某組分的質(zhì)量成正比。如火焰離子化檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器等。

2-5檢測(cè)器GC檢測(cè)器是把載氣里86TCD是根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)原理制成的。TCD結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，通用性好,幾乎對(duì)所有物質(zhì)都有響應(yīng)，且線性范圍寬，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣，最成熟的一種檢測(cè)器。濃度型檢測(cè)器缺點(diǎn)是靈敏度較低。－.熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）

TCD是根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)原理制成的。－.熱導(dǎo)87橋電流

熱導(dǎo)池的靈敏度與橋電流三次方成正比,橋電流增加，靈敏度就提高,但電流太大會(huì)影響鎢絲壽命,且噪聲加大,一般橋電流控制在100～200mA左右（N2作載氣時(shí)為100～150mA，H2作載氣時(shí)150～200mA為宜）載氣

載氣與組分的熱導(dǎo)系數(shù)差別越大，相應(yīng)的輸出信號(hào)也越大,一般采用熱導(dǎo)系數(shù)大的載氣如氫氣或氦氣溫度柱室溫度的波動(dòng)會(huì)使熱絲溫度發(fā)生變化，而檢測(cè)室溫度的波動(dòng)將影響熱傳導(dǎo)的穩(wěn)定性，所以必須嚴(yán)格控制柱室和檢測(cè)室的溫度.影響TCD靈敏度的因素

橋電流熱導(dǎo)池的靈敏度與橋電流三次方成正比,橋電流增加，靈88

二.氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）

FID工作原理FID以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機(jī)物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場(chǎng)作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度，檢測(cè)被色譜柱分離出的組分。二.氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）FID工作原理89

90

FID能檢測(cè)大多數(shù)含碳有機(jī)化合物(通用型)靈敏度高，比TCD高約103倍；死體積小，響應(yīng)速度快;線性范圍寬，可達(dá)106以上；結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，操作簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用最廣泛的色譜檢測(cè)器之一。(質(zhì)量型檢測(cè)器)缺點(diǎn):不能檢測(cè)永久性氣體:水、CO、CO2、NOX、H2S等FID特點(diǎn)FID能檢測(cè)大多數(shù)含碳有機(jī)化合物(通用型)FI91放射源的β射線將載氣（N2或Ar）電離，產(chǎn)生次級(jí)電子和正離子，在電場(chǎng)作用下，電子向正極走向移動(dòng)，形成恒定基流。當(dāng)電負(fù)性溶質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，電負(fù)性溶質(zhì)就能捕獲這些低能量的自由電子，形成穩(wěn)定的負(fù)離子，負(fù)離子再與載氣正離子復(fù)合成中性化合物，使基流降低而產(chǎn)生負(fù)信號(hào)——倒峰。三.電于捕獲檢測(cè)器(ECD)的工作原理

放射源的β射線將載氣（N2或Ar）電離，產(chǎn)生次級(jí)電子和正離92電子捕獲檢測(cè)器(ECD)

電子捕獲檢測(cè)器(ECD)93ECD特點(diǎn)選擇性很強(qiáng)的檢測(cè)器，對(duì)具有電負(fù)性物質(zhì)（如含鹵素、硫、磷、氰等的物質(zhì)）的檢測(cè)有很高靈敏度（檢出限約10-14g·cm-3）。濃度型檢測(cè)器已廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量、大氣及水質(zhì)污染分析，以及生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中。缺點(diǎn)是線性范圍窄，只有103左右，且響應(yīng)易受操作條件的影響，重現(xiàn)性較差。ECD特點(diǎn)選擇性很強(qiáng)的檢測(cè)器，對(duì)具有電負(fù)性物質(zhì)（如含鹵素、硫94四.火焰光度檢測(cè)器(FPD)

選擇性檢測(cè)器,又稱硫、磷檢測(cè)器，對(duì)含磷、硫有機(jī)化合物具有高選擇性,高靈敏度檢測(cè)器，檢出限可達(dá)10-12g·L-1（對(duì)P）或10-11g·L-1（對(duì)S）。質(zhì)量型檢測(cè)器可用于大氣中痕量硫化物以及農(nóng)副產(chǎn)品，水中的毫微克級(jí)有機(jī)磷和有機(jī)硫農(nóng)藥殘留量的測(cè)定。

四.火焰光度檢測(cè)器(FPD)選擇性檢測(cè)器,又稱硫、磷檢測(cè)器95

96

當(dāng)激發(fā)態(tài)S2*分子返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出特征波長(zhǎng)光λmax為394nm。對(duì)含磷化合物燃燒時(shí)生成磷的氧化物，然后在富氫火焰中被氫還原，生成的HPO碎片可化學(xué)發(fā)光(λmax=526nm)這些光由光電信增管轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)放大后由記錄儀記錄?；鹧婀舛葯z測(cè)器的工作原理當(dāng)激發(fā)態(tài)S2*分子返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出特征波97線性范圍檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)與被測(cè)組分質(zhì)量/濃度呈線性關(guān)系的范圍,常以線性范圍內(nèi)最大進(jìn)樣量與最小進(jìn)樣量的比值來(lái)表示:CA′／CACB′／CB檢測(cè)器的性能指標(biāo)線性范圍檢測(cè)器響應(yīng)信號(hào)與被測(cè)組分質(zhì)量/濃98靈敏度S

響應(yīng)信號(hào)對(duì)進(jìn)樣量的變化率.濃度型A:峰面積qv,0:流動(dòng)相的體積流速質(zhì)量型靈敏度S

響應(yīng)信號(hào)對(duì)進(jìn)樣量的變化率.濃度型質(zhì)量型99

最小檢測(cè)量指產(chǎn)生和躁聲相鑒別的信號(hào)所需的進(jìn)樣量。對(duì)于質(zhì)量型檢測(cè)器組成的色譜儀，最小檢測(cè)量為濃度型檢測(cè)器的最小檢測(cè)量D:檢出限

最小檢測(cè)量

最小檢測(cè)量指產(chǎn)生和躁聲相鑒別的信號(hào)所需100

常見(jiàn)檢測(cè)器性能比較常見(jiàn)檢測(cè)器性能比較1012-6定性和定量分析氣相色譜分析對(duì)象是在氣化室溫度下能成為氣態(tài)的物質(zhì)。除少數(shù)外，大多數(shù)物質(zhì)在分析前都需要預(yù)處理。例如，A.樣品中含有大量的水，乙醇或被強(qiáng)烈吸附的物質(zhì)，可導(dǎo)致色譜柱性能變壞;B.一些非揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入色譜柱，本身還會(huì)逐漸降解，造成嚴(yán)重噪聲。C.還有些物質(zhì)，如有機(jī)酸，極性很強(qiáng)，揮發(fā)性很低，熱穩(wěn)定性差,必須先進(jìn)行化學(xué)處理，如重氮甲烷甲酯化;三甲基硅烷化等,使它們轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的,易揮發(fā)的物質(zhì)后,才能進(jìn)行色譜分析。2-6定性和定量分析氣相色譜分析對(duì)1021.定性分析比較法：采用未知組分的保留值與相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留值進(jìn)行比較必要時(shí)還須應(yīng)用其它化學(xué)方法或儀器分析方法(如質(zhì)譜,光譜)聯(lián)合鑒定，才能準(zhǔn)確判斷存在的組分1.定性分析比較法：采用未知組分的保留值與相同條件下的標(biāo)103氣相色譜定性分析中最方便的方法在相同條件下，如果標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留值與被測(cè)物中某色譜峰的保留值一致，可初步判斷二者可能是同一物質(zhì)。也可以在樣品中加入一已知的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，若某一峰明顯增高，則可認(rèn)為此峰代表該物質(zhì)。

A.利用保留值定性氣相色譜定性分析中最方便的方法A.利用保留值定性104

A.利用已知純物質(zhì)與未知樣品對(duì)照定性A.利用已知純物質(zhì)與未知樣品對(duì)照定性105

利用相對(duì)保留值定性比用保留值定性更為方便、可靠。這種方法要求找一個(gè)基準(zhǔn)物質(zhì)，一般選用苯、正丁烷、環(huán)己烷等作為基準(zhǔn)物。所選用的基準(zhǔn)物的保留值盡量接近待測(cè)樣品組分的保留值。

B.根據(jù)相對(duì)保留值定性利用相對(duì)保留值定性比用保留值定性更為方便、可靠106C.利用保留指數(shù)定性

保留指數(shù)又稱Kovasts指數(shù)，是一種重現(xiàn)性較其他保留數(shù)據(jù)都好的定性參數(shù)，可根據(jù)所用固定相和柱溫直接與文獻(xiàn)值對(duì)照，而不需標(biāo)準(zhǔn)樣品。

C.利用保留指數(shù)定性

保留指數(shù)又稱107Kovats保留指數(shù)

保留指數(shù)與相對(duì)保留值相似，也是用來(lái)表示一個(gè)組分的相對(duì)保留能力的大小。兩者之間的差別在于，相對(duì)保留值以任意選定的單個(gè)化合物為參比標(biāo)準(zhǔn)，保留指數(shù)以正構(gòu)烷烴系列為參比標(biāo)準(zhǔn)。以正構(gòu)烷烴系列為參比標(biāo)準(zhǔn)Kovats保留指數(shù)

保留指數(shù)與相對(duì)保留值相似，也是用來(lái)表示108［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲線（柱溫100℃）。由圖中測(cè)得調(diào)整保留值為：乙酸正丁酯310．0mm，正庚烷174．0mm，正辛烷373．4mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)。

解已知n=7即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為775．6。在與文獻(xiàn)值對(duì)照時(shí)，一定要重視文獻(xiàn)值的實(shí)驗(yàn)條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個(gè)已知組分進(jìn)行驗(yàn)證。［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲線（柱溫100℃）。由109

雙柱、多柱定性利用保留值定性必須注意，在同一柱上，不同的物質(zhì)常常會(huì)有相同的保留值，所以單柱定性是不可靠的解決的辦法是選擇極性不同的二根或二根以上柱子再進(jìn)行比較，若在二根極性不同的柱上，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與被測(cè)組分的保留值相同，則可確定該被測(cè)組分的存在。

雙柱、多柱定性利用保留值定性必須注意，在同一柱上，不同的物110與其他方法結(jié)合定性氣相色譜與質(zhì)譜、Fourier紅外光譜、發(fā)射光譜等儀器聯(lián)用是目前解決復(fù)雜樣品定性分析最有效工具之一。與其他方法結(jié)合定性氣相色譜與質(zhì)譜、Four1112.定量分析

氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測(cè)器對(duì)溶質(zhì)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過(guò)色譜圖上的面積或峰高，計(jì)算樣品中溶質(zhì)的含量2.定量分析氣相色譜定量分析是根112

1.峰面積測(cè)量方法

（l）對(duì)稱形峰面積的測(cè)量---峰高乘半峰寬法A=1．065×h×Y1／2

（2）不對(duì)稱峰面積的測(cè)量---峰高乘平均峰寬法

(3)由色譜儀配有電子積分儀或微處理機(jī)來(lái)自動(dòng)完成1.峰面積測(cè)量方法1132.定量校正因子

色譜定量分析是基于峰面積與組分的量成正比關(guān)系。但由于相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。因此，在計(jì)算時(shí)需將面積乘上一個(gè)換算系數(shù)，使組分的面積轉(zhuǎn)換成相應(yīng)物質(zhì)的量，即

f’i=mi/Ai定量校正因子定義為：?jiǎn)挝环迕娣e的組分的量2.定量校正因子色譜定量分析是基于114由于不易得到準(zhǔn)確的絕對(duì)校正因子(儀器靈敏度變化等影響)，在實(shí)際定量分析中采用相對(duì)校正因子。相對(duì)定量校正因子fi定義為：組分的絕對(duì)校正因子fi’和標(biāo)準(zhǔn)物的絕對(duì)校正因子fS’之比即為該組分的：一般來(lái)說(shuō)，熱導(dǎo)池檢測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)物用苯，火焰離子檢測(cè)器用正庚烷。相對(duì)定量校正因子由于不易得到準(zhǔn)確的絕對(duì)校正因子(儀器靈敏度變化等影響)，在實(shí)115凡文獻(xiàn)查得的校正因子都是指相對(duì)校正因子對(duì)應(yīng)于不同的測(cè)量參數(shù)，分別有質(zhì)量校正因子，摩爾校正因子以及體積校正因子。相對(duì)校正因子的獲得凡文獻(xiàn)查得的校正因子都是指相對(duì)校正因子相對(duì)校正因子的獲得1163．常用的定量計(jì)算方法

（l）歸一化法

歸一化法是氣相色譜中常用的一種定量方法。適合于對(duì)多組分試樣中各組分含量的分析。前提條件是試樣中各組分必須全部流出色譜柱，并在色譜圖上都出現(xiàn)色譜峰。3．常用的定量計(jì)算方法（l）歸一化法117歸一化的計(jì)算公式同分異構(gòu)體,其fi’相同峰高峰面積歸一化的計(jì)算公式同分異構(gòu)體,其fi’相同峰高峰面積118外標(biāo)法是所有定量分析中最通用的一種方法，即所謂校準(zhǔn)曲線法。用被測(cè)組分的純物質(zhì)配制一系列不同含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在一定色譜條件下分別進(jìn)樣分離，測(cè)得相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值（峰高或峰面積），繪制含量——響應(yīng)曲線，在同樣條件下測(cè)得被測(cè)組分的響應(yīng)值，再?gòu)那€上查得相應(yīng)的含量。外標(biāo)法簡(jiǎn)便，不需要校正因子，但進(jìn)樣量要求十分準(zhǔn)確，操作條件也需嚴(yán)格控制。它適用于日?？刂品治龊痛罅客悩悠返姆治?。（2）外標(biāo)法外標(biāo)法是所有定量分析中最通用的一種方法，即所謂校準(zhǔn)曲線法。（119（3）內(nèi)標(biāo)法（有些組分不出峰）內(nèi)標(biāo)法:選擇一種與樣品性質(zhì)相近的物質(zhì)為內(nèi)標(biāo)物，加入到已知質(zhì)量的樣品中，進(jìn)行色譜分離，測(cè)量樣品中被測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)物的峰面積，被測(cè)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：在測(cè)定相對(duì)校正因子時(shí)，常以內(nèi)標(biāo)物本身作為標(biāo)準(zhǔn)物，則fs=1。式中，Ai和As分別為樣品中被測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)物峰面積；fi為相對(duì)校正因子；m和ms分別為樣品和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量。（3）內(nèi)標(biāo)法（有些組分不出峰）內(nèi)標(biāo)法:選擇一種與樣品性質(zhì)120㈠樣品中不含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)㈡峰的位置在各待測(cè)組分之間或與之相近㈢穩(wěn)定、易得純品㈣與樣品能互溶但無(wú)化學(xué)反應(yīng)㈤內(nèi)標(biāo)物濃度恰當(dāng)，使其峰面積與待測(cè)組分相差不太大。內(nèi)標(biāo)物的要求㈠樣品中不含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)內(nèi)標(biāo)物的要求1212-9氣相色譜法的應(yīng)用

氣固色譜常用于永久性氣體及低碳數(shù)化合物的分離。其分離原理是基于不同的氣體在固體表面的吸附能力不同氣液色譜的應(yīng)用更廣泛,可分析幾乎所有可氣化而不分解的物質(zhì),還有通過(guò)化學(xué)衍生法分析熱不穩(wěn)定/難氣化等物質(zhì)分離比較簡(jiǎn)單的樣品，可以用填充柱，分離比較復(fù)雜的樣品應(yīng)用開(kāi)管柱，并采用程序升溫方式2-9氣相色譜法的應(yīng)用氣固色譜常用于永久性氣體及低碳數(shù)化122柱:化學(xué)鍵合交聯(lián)開(kāi)管柱固定液:PEG-20M柱長(zhǎng)30m，I.d.0.25mm，thickness:0.25μm采用程序升溫方式香水的成分GC分析柱:化學(xué)鍵合交聯(lián)開(kāi)管柱香水的成分GC分析123

例有一根1.0m長(zhǎng)的柱子，分離組分1和2得到如圖的色譜圖。圖中橫坐標(biāo)l為記錄筆走紙距離。若欲得到R=1．2的分離度，理論塔板數(shù)應(yīng)為多少？色譜柱要加到多長(zhǎng)？例有一根1.0m長(zhǎng)的柱子，分離組分1和2得到如圖的124解：先求出相對(duì)保留值再求出組分2的分配比k求出組分2的理論塔板數(shù)計(jì)算分離度R=1.2時(shí)所需要的理論塔板數(shù)：

因n∝L(H=L/n,H值不變)，則達(dá)到基線分離時(shí)的柱長(zhǎng)：

解：先求出相對(duì)保留值再求出組分2的分配比k求出組分2的理論125第二章氣相色譜分析(GasChromatography)2-1氣相色譜法概述色譜法(Chromatography)是一種分離分析方法。它是利用各物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)的分配來(lái)達(dá)到分離的目的

1903年,俄國(guó)植物學(xué)家MikhailTswett首先采用色譜法分離植物色素NobelPrizeLaureates:A.J.P.Martin,andR.L.M.Synge(英國(guó));Tiselins(瑞典)；1937-1972,12NobelPrizeawardsrelatedtochromatography第二章氣相色譜分析(GasChromatography126色譜分析示意圖:固定相:不動(dòng)的一相;流動(dòng)相：攜帶樣品流過(guò)固定相的流動(dòng)體Tswett方法(經(jīng)典方法)Offline現(xiàn)代色譜法Online色譜分析示意圖:1272.色譜法分類

1．按兩相狀態(tài)分類

A.氣相色譜(GC):氣體為流動(dòng)相的色譜 氣固色譜:固定相是固體吸附劑 氣液色譜:固定相是固定液

B.液相色譜(LC):液體為流動(dòng)相的色譜 液固色譜:固定相是固體吸附劑 液液色譜:固定相是固定液

C.超臨界流體色譜(SFC):流動(dòng)相為超臨界流體2.色譜法分類1．按兩相狀態(tài)分類1282．按分離機(jī)理分類

分配色譜:利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法,氣液/液液

吸附色譜:利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法,氣固/液固

離子交換色譜:利用組分在離子交換劑（固定相）上的親和力大小不同而達(dá)到分離的方法,LC一種

尺寸排阻色譜法(凝膠色譜法):利用大小不同的分子在多孔固定相中的選擇滲透而達(dá)到分離的方法,LC一種

親和色譜法:利用不同組分與固定相（固定化分子）的高專屬性親和力進(jìn)行分離的技術(shù)稱為親和色譜法，常用于蛋白質(zhì)的分離,LC一種2．按分離機(jī)理分類 分配色譜:利用組分在固定液（固定相）1293．按固定相的形式分類固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為柱色譜。固定相填充滿玻璃或金屬管中的稱為填充柱色譜；固定相固定在管內(nèi)壁的稱為開(kāi)管柱色譜或毛細(xì)管柱色譜。

固定相呈平板狀的色譜法，稱為平板色譜，它又可分為薄層色譜和紙色譜。

柱色譜–填充柱色譜和開(kāi)管柱色譜平板色譜–薄層色譜和紙色譜3．按固定相的形式分類固定相裝于柱內(nèi)的色譜法，稱為柱色譜。固1304.按固定相材料分類

離子交換色譜:以離子交換劑為固定相尺寸排阻色譜法(凝膠色譜法):以孔徑有一定范圍的多孔玻璃或多孔高聚物為固定相化學(xué)鍵合相色譜:采用化學(xué)鍵合相（即通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將固定液分子鍵合于多孔載體，如硅膠上）親和色譜法:以固定化的具有高專屬性親和力蛋白質(zhì)/抗體/抗原為固定相4.按固定相材料分類離子交換色譜:以離子交換劑為固定相131儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件132氣相色譜法簡(jiǎn)介以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離分析方法，可分為氣液色譜法和氣固色譜法。GC具有分離效率高、靈敏度高(檢測(cè)下限10-12—10-14g)、分析速度快及應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。GC能分離性質(zhì)極相似的物質(zhì)，如同位素、同分異構(gòu)體、對(duì)映體以及組成極復(fù)雜的混合物，如石油、污染水樣及天然精油等。凡能夠氣化且熱穩(wěn)定、不具腐蝕性的液體或氣體，都可用氣相色譜法分析。高沸點(diǎn)及熱不穩(wěn)定物物質(zhì)可衍生化.氣相色譜法簡(jiǎn)介以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離分析方法，可分為氣液133氣相色譜儀氣相色譜儀134

135GC工作過(guò)程GC工作過(guò)程1361.氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)的目的是將樣品載入色譜柱分離后進(jìn)入檢測(cè)器測(cè)定氣相色譜常用的載氣為氮?dú)?、氫氣和氦氣等。載氣的選擇主要由檢測(cè)器性質(zhì)及分離要求所決定載氣在進(jìn)入色譜儀前必須經(jīng)過(guò)凈化處理載氣流量由穩(wěn)壓閥或穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)控制1.氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)的目的是將樣品載入色譜柱分離后進(jìn)入檢測(cè)器137

2.進(jìn)樣系統(tǒng)(進(jìn)樣器，氣化室)液體樣品的進(jìn)樣通常采用微量注射器，氣體樣品的進(jìn)樣通常采用醫(yī)用注射器或六通閥。2.進(jìn)樣系統(tǒng)138氣化室氣化室的作用是將液體或固體樣品瞬間氣化而不分解,后進(jìn)柱分離氣化室氣化室的作用是將液體或固體樣品瞬間氣化而不分解,后進(jìn)柱1393.分離系統(tǒng):分離樣品

（色譜柱，控制溫度系統(tǒng)）色譜柱

色譜柱是色譜儀的心臟，安裝在溫控的柱室內(nèi)，色譜柱有填充柱和開(kāi)管柱（亦稱毛細(xì)管柱）兩大類。3.分離系統(tǒng):分離樣品

（色譜柱，控制溫度系統(tǒng)）色譜柱140控制溫度系統(tǒng)色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。程序升溫指在一個(gè)分析周期內(nèi)柱溫隨時(shí)間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時(shí)間獲得最佳分離的目的。對(duì)于沸點(diǎn)范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進(jìn)行分析?？刂茰囟认到y(tǒng)141TemperatureProgrammingTemperatureProgramming142儀器分析(第四版版)第二章-氣相色譜法課件1434.檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測(cè)器把進(jìn)入的組分按時(shí)間及其濃度或質(zhì)量的變化，轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的放大傳遞給記錄儀或計(jì)算機(jī)，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。常見(jiàn)的有熱導(dǎo)檢測(cè)器、火焰離子化檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器等

4.檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測(cè)器把進(jìn)入的組144氣相色譜儀可以大致分為以下幾大部分：1.氣路系統(tǒng)2.進(jìn)樣系統(tǒng)3.分離系統(tǒng)4.檢測(cè)系統(tǒng)5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)氣相色譜儀可以大致分為以下幾大部分：145色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語(yǔ)

流出曲線和色譜峰

色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語(yǔ)

流出曲線和色譜峰146基本術(shù)語(yǔ)(1)

1.基線

柱中僅有流動(dòng)相通過(guò)時(shí)，檢測(cè)器響應(yīng)訊號(hào)的記錄值，即圖中O—t線．穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線．2.死時(shí)間tM

不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時(shí)，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時(shí)間稱為死時(shí)間，如圖中O′A′基本術(shù)語(yǔ)(1)1.基線1473.

保留時(shí)間tR

試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為保留時(shí)間，如圖O′B．它相應(yīng)于樣品到達(dá)柱末端的檢測(cè)器所需的時(shí)間.3.保留時(shí)間tR試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極148某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份的調(diào)整保留時(shí)間，即

tR′=tR-tM4．調(diào)整保留時(shí)間tR′某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后稱為該組份的調(diào)149

指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的總和．當(dāng)后兩項(xiàng)很小而可忽略不計(jì)時(shí)，死體積可由死時(shí)間與流動(dòng)相體積流速F0（L／min）計(jì)算：

VM=tM·F0

5．死體積VM指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所150

從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相體積。保留體積與保留時(shí)間tR的關(guān)系如下：

VR=tR·F0

6．保留體積VR從進(jìn)樣開(kāi)始到被測(cè)組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所151

某組份的保留體積扣除死體積后，稱該組份的調(diào)整保留體積，即

VR′=VR-VM7．調(diào)整保留體積VR′7．調(diào)整保留體積VR′152色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示，如圖中B′A

8.峰高色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示，如圖中1539、區(qū)域?qū)挾?.標(biāo)準(zhǔn)偏差σ

即0．607倍峰高處色譜峰寬的一半，圖中EF距離的一半。2.半峰寬Y1/2

即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬，如圖中GH間的距離．它與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的關(guān)系是：

Y1/2=2.354σ3.峰底寬Y

即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上的截距，如圖中IJ的距離．它與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的關(guān)系是：Y=4σ

9、區(qū)域?qū)挾?.標(biāo)準(zhǔn)偏差σ154

某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值：10．相對(duì)保留值r21(柱選擇因子)

r值越大，表示固定相對(duì)組分的選擇性越高，則兩組分分離得越開(kāi)。r等于1時(shí)，兩組分重疊。必須注意:相對(duì)保留值絕對(duì)不是兩個(gè)組份保留時(shí)間或保留體積之比。某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比155線速度流動(dòng)相線速度:組分速度:線速度流動(dòng)相線速度:組分速度:156色譜曲線之用途根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組份的最少個(gè)數(shù)依據(jù)色譜峰的保留值(或位置）進(jìn)行定性分析依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析依據(jù)色譜峰的保留值以及峰寬評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相(和流動(dòng)相)選擇是否合適的依據(jù)色譜曲線之用途根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組份的最157

2-2色譜分析理論基礎(chǔ)色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的綜合表現(xiàn)熱力學(xué)過(guò)程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關(guān)的過(guò)程(兩峰間的距離)動(dòng)力學(xué)過(guò)程是指組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過(guò)程(峰的寬或窄)各待測(cè)組分在色譜體系中的熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的不同決定了它們的分離程度2-2色譜分析理論基礎(chǔ)色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過(guò)程和動(dòng)力158分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相/流動(dòng)相之間反復(fù)多次地分配過(guò)程，即組分在固定相上的溶解--揮發(fā)或吸附--解吸過(guò)程,這種分離過(guò)程可用樣品分子在兩相間的分配系數(shù)來(lái)描述。分配系數(shù):在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值分配系數(shù)K

分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相/流159分配系數(shù)與分離性能K決定于組分和兩相的熱力學(xué)性質(zhì)。在一定溫度下，K小的組分在流動(dòng)相中濃度大，先流出色譜柱；反之，后流出色譜柱。兩組分K值之比大，（不是指每一組分的K的絕對(duì)值越大），是獲得良好色譜分離的關(guān)鍵。分配系數(shù)與溫度成反比，增加溫度，分配系數(shù)變小。在氣相色譜分離中，柱溫是一個(gè)很重要的操作參數(shù)，溫度的選擇對(duì)分離影響很大，而對(duì)液相色譜分離的影響小分配系數(shù)與分離性能K決定于組分和兩相的熱力學(xué)性質(zhì)。在一定溫度160分配比k(容量因子)分配比是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，在固定相和流動(dòng)相中的總質(zhì)量比。即

K與k關(guān)系分配比不但與組分和兩相性質(zhì)有關(guān)，而且還與兩相體積有關(guān)分配比k(容量因子)分配比是指在一定溫161基本保留方程:表示組分保留時(shí)間與柱長(zhǎng)、流動(dòng)相速度、分配比、分配系數(shù)和兩相體積之間的關(guān)系?；颈Ａ舴匠?表示組分保留時(shí)間與柱長(zhǎng)162

一塔板理論由Martin等人提出,獲NobelPrize.塔板的概念是從精餾中借用來(lái)的,該理論將一根色譜柱當(dāng)作一個(gè)精餾塔，其中的每一小段色譜柱相當(dāng)于精餾塔中的一個(gè)塔板,從而描述組分在色譜柱內(nèi)的分配行為.塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，但它能成功地解釋色譜流出曲線呈正態(tài)分布。同時(shí)引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)。

色譜分離的基本理論一塔板理論色譜分離的基本理論163精餾塔示意圖精餾塔示意圖164把色譜柱比作精餾塔，視作由許許多多小段(塔板)組成,且塔板與塔板之間不連續(xù);塔板之間無(wú)分子擴(kuò)散。組分在每塊塔板的兩相間的分配平衡瞬時(shí)達(dá)到，達(dá)到一次分配平衡所需的最小柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度H。一個(gè)組分在每塊塔板上的分配系數(shù)相同流動(dòng)相以不連續(xù)的形式加入，即以一個(gè)一個(gè)的塔板體積加入，連續(xù)的色譜過(guò)程視作一個(gè)塔板中的兩相平衡過(guò)程的重復(fù)。塔板數(shù)越多，組分在柱內(nèi)兩相間達(dá)到分配平衡的次數(shù)也越多，柱效越高，分離就越好。理論塔板數(shù)為:塔板理論假定把色譜柱比作精餾塔，視作由許許多多小段(塔板)組成,且塔板與165

m=1g,k=1m=1g,k=1166塔板理論之推導(dǎo)結(jié)論:當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大于50時(shí)，可得到基本對(duì)稱的峰形曲線在色譜柱中，n值一般都是很大的，如GC中可達(dá)103－106，其流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線；當(dāng)樣品進(jìn)入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數(shù)K有微小差異，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的平衡后，仍可獲得良好的分離塔板理論之推導(dǎo)結(jié)論:當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大167理論塔板數(shù)(注意單位)

而理論塔板高度（H）即：理論塔板數(shù)(注意單位)而理論塔板高度（H）即：168例：在柱長(zhǎng)2m、5%阿皮松柱、柱溫100OC、記錄紙速為2.0cm/min的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定苯的保留時(shí)間為1.5min，半峰寬為0.20cm。求此色譜柱的理論塔板高度。例：在柱長(zhǎng)2m、5%阿皮松柱、柱溫100OC、記錄紙速為2.169解：依據(jù)：

=1.2×103H=2000/1.2×103=1.7（mm）解：依據(jù)：170對(duì)于一個(gè)色譜系統(tǒng)來(lái)講，理論塔板數(shù)越多，理論塔板高度越小，色譜峰越窄，表明柱效越高。因此，理論塔板數(shù)可以用來(lái)1、比較色譜儀的性能――用兩臺(tái)不同的色譜儀測(cè)定同一個(gè)物質(zhì)，比較塔板數(shù)2、比較色譜柱的性能――用同一臺(tái)色譜儀對(duì)于一個(gè)色譜系統(tǒng)來(lái)講，理論塔板數(shù)越多，理論塔板171塔板理論之局限性塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論，它用熱力學(xué)的觀點(diǎn)定量說(shuō)明了溶質(zhì)在色譜柱中分配平衡和分離過(guò)程，導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，并成功地解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)但是色譜過(guò)程不僅受熱力學(xué)的因素影響，而且還與分子的擴(kuò)散、傳質(zhì)等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，塔板理論它的某些基本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)際發(fā)生的分離過(guò)程，只能定性地給出板高的概念，卻不能解釋板高受哪些因素影響，也不能說(shuō)明為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，因而限制了它的應(yīng)用塔板理論之局限性塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論，它用熱力學(xué)的觀172二速率理論1956年vanDeemter等提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論——速率理論。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對(duì)氣相、液相色譜都適用。vanDeemter方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化式為式中u為流動(dòng)相的線速度；A，B，C為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)項(xiàng)系數(shù)。現(xiàn)分別敘述各項(xiàng)系數(shù)的物理意義。二速率理論1956年vanDeemter等提出了色譜過(guò)程173A.渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)

在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類似“渦流”的流動(dòng)，故稱渦流擴(kuò)散.A.渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)174渦流擴(kuò)散與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關(guān)，與流動(dòng)相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無(wú)關(guān)。為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。對(duì)于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散。因此A＝0。渦流擴(kuò)散展寬度渦流擴(kuò)散與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關(guān)，175B.縱向擴(kuò)散（longitudinaldiffusion）

縱向擴(kuò)散(縱向分子擴(kuò)散)是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子”狀。隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發(fā)地向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。B.縱向擴(kuò)散（longitudinaldiffusion176γ為彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況,一般小于1Dg為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)。

Dg隨柱溫升高而增加，與柱壓成反比;Dg與流動(dòng)相的相對(duì)分子質(zhì)量M的關(guān)系為DgM-1/2，故在GC中，若用氫氣作流動(dòng)相產(chǎn)生的縱向分子擴(kuò)散要比用氮?dú)鈺r(shí)嚴(yán)重。縱向分子擴(kuò)散展寬度γ為彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻177C.傳質(zhì)阻力

傳質(zhì)阻力分為氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力，組分從流動(dòng)相擴(kuò)散到流動(dòng)相與固定相界面的傳質(zhì)過(guò)程中所受到的阻力稱為氣相傳質(zhì)阻力符號(hào)同前如何減小流氣相傳質(zhì)阻力?采用細(xì)顆粒的固定相增大組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)適當(dāng)降低流動(dòng)相線速選用短柱C.傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力分為氣相178D.液相傳質(zhì)阻力組分從兩相界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部，達(dá)到分配平衡后又返回兩相界面時(shí)受到的阻力，稱為液相傳質(zhì)阻力。

如何減小液相傳質(zhì)阻力?采用低含量固定液，以減小固定液液膜厚度，但使k也減小選用低粘度固定液，增大組分在固定液中的擴(kuò)散系數(shù)適當(dāng)提高柱溫及降低流速盡可能使用短柱D.液相傳質(zhì)阻力組分從兩相界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部179VanDeemter方程:

A為渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；B為縱向分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；C為氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)之和由此可知:流動(dòng)相線速u(mài)一定時(shí)，僅在A、B、C較小時(shí)，塔板高度H才能較小，柱效才較高；反之柱效較低，色譜峰將展寬。

VanDeemter方程:A為渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；B為縱向分180流動(dòng)相線速度,分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)流動(dòng)相線速度,分子擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)1812-3色譜分離條件的選擇

1.分離度

選擇性,柱效(