色譜法分離的基本原理

色譜法分離的基本原理第1頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19-1概述色譜法(Chromatography)與蒸餾、重結(jié)晶、溶劑萃取、化學(xué)沉淀及電解沉積法一樣是一種分離分析方法。色譜法由俄國(guó)植物學(xué)家茨維特(Tsweet)早在1903年創(chuàng)立。茨維特在研究植物葉子的色素成分時(shí)，將植物葉子的石油醚萃取物，倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內(nèi)，然后加入石油醚使其自由流下，結(jié)果色素中各組分在玻璃管內(nèi)互相分離，形成不同顏色的譜帶，因看到色帶與光譜一樣，因此取名為色譜法。第2頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六茨維特認(rèn)為這是一種很好的分離方法，特別適合于易分解的植物成分，以后此法逐漸應(yīng)用于無(wú)色物質(zhì)的分離，現(xiàn)在“色譜”二字雖已失去原來(lái)的含義，但仍被人們沿用至今。第3頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內(nèi)靜止不動(dòng)的一相（固體或液體）稱為固定相；自上而下流動(dòng)的一相（一般是氣體或液體）稱為流動(dòng)相；裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為色譜柱。第4頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜法的分類按相系統(tǒng)的形式與特征分為柱色譜、平板色譜。固定相裝于柱內(nèi)流動(dòng)相依靠重力或外加壓力的作用使其流動(dòng)并達(dá)到色譜分離的方法，稱為柱色譜。固定相均勻的鋪在玻璃板上或直接利用多孔濾紙作固定相，流動(dòng)相借助毛細(xì)現(xiàn)象或重力作用達(dá)到色譜分離的方法，因這類方法固定相呈平板狀，稱為平板色譜，它又可分為薄層色譜和紙色譜。第5頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六依據(jù)兩相物理狀態(tài)分類依據(jù)流動(dòng)相的物理狀態(tài)分為：氣相色譜（GC）；液相色譜（LC)；超臨界流體為流動(dòng)相的色譜為超臨界流體色譜（SFC）。氣相色譜又可分為氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）。液相色譜亦可分為液固色譜（LSC）和液液色譜（LLC）第6頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六按色譜動(dòng)力學(xué)過(guò)程，可將色譜法分為：迎頭法、頂替法和洗脫法色譜法。洗脫法也稱沖洗法。工作時(shí)，首先將樣品加到色譜柱頭上，然后用吸附或溶解能力比試樣組分弱得多的氣體或液體作沖洗劑。由于各組分在固定相上的吸附或溶解能力不同，被沖洗劑帶出的先后次序也不同，從而使組分彼此分離。其流出曲線為tC第7頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六頂替法是將樣品加到色譜柱頭后，在惰性流動(dòng)相中加入對(duì)固定相的吸附或溶解能力比所有試樣組分強(qiáng)的物質(zhì)為頂替劑（或直接用頂替劑作流動(dòng)相），通過(guò)色譜柱，將各組分按吸附或溶解能力的強(qiáng)弱順序，依次頂替出固定相。第8頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六迎頭法是將試樣混合物連續(xù)通過(guò)色譜柱，吸附或溶解能力最弱的組分首先以純物質(zhì)的狀態(tài)流出，其次則以第一組分和吸附或溶解能力較弱的第二組分混合物，以此類推。AA+B第9頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六按分離原理分類利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法，稱為吸附色譜法。利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法稱為分配色譜法。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，稱為離子交換色譜法。第10頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六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，稱為凝膠色譜法或尺寸排阻色譜法。最近，又有一種新分離技術(shù)，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。第11頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第12頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19-2線性洗脫色譜及有關(guān)術(shù)語(yǔ)洗脫色譜是基于樣品組分在固定相和流動(dòng)相之間達(dá)到分配平衡，并隨著流動(dòng)相向前流動(dòng)時(shí)，反復(fù)多次的達(dá)到這種分配平衡。由于這個(gè)過(guò)程涉及到兩相之間的分配平衡，所以可以用分配系數(shù)K來(lái)進(jìn)行定量討論。分配系數(shù)K指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。第13頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分配等溫線圖19-1是溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中之間的分配等溫線。若分配系數(shù)K與濃度無(wú)關(guān)，則分配等溫線是線性（圖中C線）所進(jìn)行的色譜過(guò)程為線性色譜。第14頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六A、B型曲線是一條典型的吸附等溫線。吸附色譜法屬于這類線曲。從圖19-1可以看出，溶質(zhì)濃度低時(shí)Cs基本上正比于Cm，曲線近似于直線，一般情況下由于色譜柱中溶質(zhì)的濃度較低．因此可以認(rèn)為K為常數(shù)。K為常數(shù)時(shí)所進(jìn)行的色譜過(guò)程稱為線性色譜。容易理解，溶質(zhì)流過(guò)色譜柱時(shí)，分配系數(shù)K值大，則保留時(shí)間就長(zhǎng)，分配系數(shù)K值小，則保留時(shí)間就短。由于不同的組分這種分配系數(shù)上的差異，產(chǎn)生流動(dòng)的速率不同，最終實(shí)現(xiàn)組分的分離。第15頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜法常用術(shù)語(yǔ)（一）色譜流出曲線和色譜峰由檢測(cè)器輸出的電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。

如果進(jìn)樣量很小，濃度很低，在吸附等溫線（氣固吸附色譜）或分配等溫線（氣液分配色譜）的線性范圍內(nèi)，則色譜峰是對(duì)稱的。第16頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜流出曲線和色譜峰第17頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）基線色譜柱后僅有流動(dòng)相流出，并通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)的信號(hào)。穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線。（三）峰高色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離，以h表示。（四）保留值1.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，它正比于色譜柱的空隙體積。第18頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六因?yàn)檫@種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流動(dòng)速度將與流動(dòng)相流動(dòng)速度相近。測(cè)定流動(dòng)相平均線速ū時(shí)，可用柱長(zhǎng)L與t0的比值計(jì)算，即第19頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.保留時(shí)間tR試樣從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大值時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，稱為保留時(shí)間。3.調(diào)整保留時(shí)間tR′某組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后，稱為該組分的調(diào)整保留時(shí)間，即

tR′=tR

tM由于組分在色譜柱中的保留時(shí)間tM包含了組分隨流動(dòng)相通過(guò)柱子所須的時(shí)間和組分在固定相中滯留所須的時(shí)間，所以tM實(shí)際上是組分在固定相中保留的總時(shí)間。第20頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六保留時(shí)間是色譜法定性的基本依據(jù)，但同一組分的保留時(shí)間常受到流動(dòng)相流速的影響，因此色譜工作者有時(shí)用保留體積來(lái)表示保留值。4.相對(duì)保留值2,1

某組分2的調(diào)整保留值與組分1的調(diào)整保留值之比，稱為相對(duì)保留值。

2,1=tR2/tR1′

第21頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，因此，它在色譜法中，特別是在氣相色譜法中，廣泛用作定性的依據(jù)。在定性分析中，通常固定一個(gè)色譜峰作為標(biāo)準(zhǔn)（s），然后再求其它峰（i）對(duì)這個(gè)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)可用符號(hào)表示，即

=tR(i)/tR(s)

式中tR(i)為后出峰的調(diào)整保留時(shí)間，所以總是大于1的。相對(duì)保留值往往可作為衡量固定相選擇性的指標(biāo)，又稱選擇因子。第22頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（五）區(qū)域?qū)挾壬V峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之一，它直接反映了色譜操作條件的動(dòng)力學(xué)因素，某時(shí)間點(diǎn)上的色譜峰的區(qū)域?qū)挾仍叫?，?duì)組分的分離越有利，因此該項(xiàng)指標(biāo)可用于衡量色譜柱的分離效率。表示色譜峰區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法。標(biāo)準(zhǔn)偏差、半峰寬W1/2、峰底寬度W。第23頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.標(biāo)準(zhǔn)偏差當(dāng)色譜峰為高斯曲線時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差可衡量，該曲線的離散程度。理論上0.607倍峰高處色譜峰寬的一半剛好等于標(biāo)準(zhǔn)偏差。2.半峰寬Y1/2

即峰高一半處對(duì)應(yīng)的峰寬。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為

Y1/2=2.3543.峰底寬度Y

即色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上的切線在基線上截距間的距離。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系是Y=4第24頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六從色譜流出曲線中，可得許多重要信息：(i)根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個(gè)數(shù)；(ii)根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析；(iii)根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析；(iv)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾龋窃u(píng)價(jià)色譜柱分離效能的依據(jù)；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相（或流動(dòng)相）選擇是否合適的依據(jù)。第25頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（六）分配比k

分配比又稱容量因子，它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)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比。即第26頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中Cs，Cm分別為組分在固定相和流動(dòng)相的濃度；Vm為柱中流動(dòng)相的體積，近似等于死體積。Vs為柱中固定相的體積，在各種不同的類型的色譜中有不同的含義。例如：在分配色譜中，Vs表示固定液的體積；在尺寸排阻色譜中，則表示固定相的孔體積。分配比k是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)，k值越大，說(shuō)明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又稱分配容量或容量因子。k值也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動(dòng)相及固定相的體積有關(guān)。第27頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

分配比k值可直接從色譜圖中測(cè)得（推導(dǎo)過(guò)程教材P.351~352）。

(19-10)分配系數(shù)K與分配比k的關(guān)系(推導(dǎo)過(guò)程P.352)(19-11)第28頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六其中β稱為相比率，它是反映各種色譜柱柱型特點(diǎn)的又一個(gè)參數(shù)。例如，對(duì)填充柱，其β值一般為6~35；對(duì)毛細(xì)管柱，其β值為60~600。分配系數(shù)K及分配比k

與選擇因子α的關(guān)系

對(duì)A、B兩組分的選擇因子，用下式表示：(19-13)第29頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六通過(guò)選擇因子α把實(shí)驗(yàn)測(cè)量值k與熱力學(xué)性質(zhì)的分配系數(shù)K直接聯(lián)系起來(lái)，α對(duì)固定相的選擇具有實(shí)際意義。如果兩組分的K或k值相等，則

2,1=1，兩個(gè)組分的色譜峰必將重合。兩組分的K或k值相差越大，則越可能分離得好。第30頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19-3色譜法基本理論圖19-3示出了A、B兩組分沿色譜柱移動(dòng)時(shí)，分離與濃度擴(kuò)散的基本情況。由圖可知：溶質(zhì)A和B在沿柱移動(dòng)時(shí)，隨著兩組分在色譜柱中移動(dòng)距離的增加有兩種現(xiàn)象發(fā)生：兩峰間的距離逐漸變大，同時(shí)，每一組分的濃度輪廓（即區(qū)域?qū)挾龋┮猜儗?。顯然，兩峰間距離變大與區(qū)域擴(kuò)寬是一對(duì)矛盾。第31頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第32頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六若要使A、B組分完全分離，必須滿足以下三點(diǎn)：第一，兩組分的分配系數(shù)必須有差異；第二，區(qū)域擴(kuò)寬的速率應(yīng)小于區(qū)域分離的速度；第三，在保證快速分離的前提下，提供足夠長(zhǎng)的色譜柱。一個(gè)完善的色譜理論應(yīng)該能夠較好的建立起能準(zhǔn)確描述這兩種情況變化的數(shù)學(xué)模型。塔板理論與速率理論均以色譜過(guò)程中的分配系數(shù)恒定為前提分別從不同的角度討論了色譜分離問(wèn)題，故都稱線性色譜理論。第33頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、塔板理論將一根色譜柱比作一個(gè)精餾塔，即色譜柱的分離過(guò)程是在一系列連續(xù)、相等的水平塔板上進(jìn)行的精餾。每一塊塔板的高度用H表示，稱為塔板高度，簡(jiǎn)稱板高。塔板理論假設(shè)：在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達(dá)到分配平衡，然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式向前移動(dòng)。第34頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)于一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的色譜柱，溶質(zhì)平衡的次數(shù)應(yīng)為：

n=L/Hn稱為理論塔板數(shù)。與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論塔板數(shù)n的增加而增加，隨板高H的增大而減小。第35頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

塔板理論指出：

第一，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值一般很大，如氣相色譜柱的n約為103~106

，因而這時(shí)的流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線。第二，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)有微小差異，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分配平衡后，仍可獲得良好的分離。第36頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中tR

與Y1/2(Y)應(yīng)采用同一單位(時(shí)間或距離)。從公式可以看出，在tR

一定時(shí)，如果色譜峰很窄，則說(shuō)明n越大，H越小，柱效能越高。在實(shí)際工作中，由上式計(jì)算出來(lái)的n和H值，有時(shí)并不能充分地反映色譜柱的分離效能，因?yàn)椴捎胻R計(jì)算時(shí)，沒(méi)有扣除死時(shí)間tM。第三，n與半峰寬及峰底寬的關(guān)系式為：（19-17）第37頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六有效板高：H有效

=L/n有效因?yàn)樵谙嗤纳V條件下，用不同的物質(zhì)測(cè)量后計(jì)算出來(lái)的塔板數(shù)不一定相同。因此，在說(shuō)明柱效時(shí)，除注明色譜條件外，還應(yīng)指出用什么物質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。所以常用有效塔板數(shù)n有效表示柱效：（19-18）（19-19）第38頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例已知某組分峰的峰底寬為40s，保留時(shí)間為400s，計(jì)算此色譜柱的理論塔板數(shù)。解：n=16(tR/W)2=16(400/40)2=1600塊例2P354第39頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六塔板理論是一種半經(jīng)驗(yàn)性理論。它用熱力學(xué)的觀點(diǎn)定量說(shuō)明了溶質(zhì)在色譜柱中移動(dòng)的速率，解釋了流出曲線的形狀，并提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效高低的參數(shù)。但是，色譜過(guò)程不僅受熱力學(xué)因素的影響，而且還與分子的擴(kuò)散、傳質(zhì)等動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，因此塔板理論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。第40頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、速率理論

1956年荷蘭學(xué)者vanDeemter（范第姆特）等在研究氣液色譜時(shí)，提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論——速率理論。他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

H=A+B/u+Cu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)散系數(shù)、分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)。第41頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、渦流擴(kuò)散項(xiàng)（A）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。

由于填充物顆粒大小的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜柱中路徑長(zhǎng)短不一，因而同時(shí)進(jìn)色譜柱的相同組分到達(dá)柱口時(shí)間并不一致，引起了色譜峰的變寬。第42頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第43頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六色譜峰變寬的程度由下式?jīng)Q定：

A=2λdp

上式表明，A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)管色譜柱，不存在渦流擴(kuò)散。因此A=0。第44頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）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。它隨著流動(dòng)相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發(fā)的向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)為B=2γDgγ是填充柱內(nèi)流動(dòng)相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子，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。

Dg為組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)（cm3·s-1）,分子擴(kuò)散項(xiàng)與組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)Dg成正比。第45頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Dg與流動(dòng)相及組分性質(zhì)有關(guān)：

(a)相對(duì)分子質(zhì)量大的組分Dg小，Dg反比于流動(dòng)相相對(duì)分子質(zhì)量的平方根，所以采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的流動(dòng)相，可使B項(xiàng)降低；

(b)Dg隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。另外縱向擴(kuò)散與組分在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間有關(guān)，流動(dòng)相流速小，組分停留時(shí)間長(zhǎng)，縱向擴(kuò)散就大。因此為降低縱向擴(kuò)散影響，要加大流動(dòng)相速度。對(duì)于液相色譜，組分在流動(dòng)相中縱向擴(kuò)散可以忽略。第46頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu

由于氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色譜以液體為流動(dòng)相，它們的傳質(zhì)過(guò)程不完全相同。（1）氣液色譜傳質(zhì)阻力系數(shù)C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C1兩項(xiàng)，即

C=Cg+C1

氣相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面的過(guò)程。這一過(guò)程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即進(jìn)行濃度分配。有的分子還來(lái)不及進(jìn)入兩相界面，第47頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六就被氣相帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來(lái)不及返回氣相。這樣使得試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。對(duì)于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為：

Cg=0.01k2/(1+k)2

dp/Dg

式中k為容量因子。由上式看出，氣相傳質(zhì)阻力與填充物粒度dp的平方成正比，與組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)Dg成反比。因此，采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使Cg減小，提高柱效。第48頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從固定相的氣/液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部，并發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)到分配平衡，然后又返回氣/液界面的傳質(zhì)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也需要一定的時(shí)間，此時(shí)，氣相中組分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運(yùn)動(dòng)，于是造成峰形擴(kuò)張。液相傳質(zhì)阻力系數(shù)

C1為：

C1=2/3

k/(1+k)2

df2/Dl

由上式看出，固定相的液膜厚度df薄，組分在液相的擴(kuò)散系數(shù)D1大，則液相傳質(zhì)阻力就小。第49頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k值隨之變小，又會(huì)使C1增大。當(dāng)固定液含量一定時(shí)，液膜厚度隨載體的比表面積增加而降低，因此，一般采用比表面積較大的載體來(lái)降低液膜厚度。但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利于分離。雖然提高柱溫可增大D1，但會(huì)使k值減小，為了保持適當(dāng)?shù)腃1值，應(yīng)控制適宜的柱溫。第50頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六板高方程的作用

板高方程對(duì)選擇色譜分離條件具有實(shí)際指導(dǎo)意義。它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料粒度的大小，流動(dòng)相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對(duì)柱效的影響。但是應(yīng)該指出，除上述造成譜峰擴(kuò)寬的因素外，還應(yīng)該考慮柱外的譜峰展寬、柱徑、柱長(zhǎng)等因素的影響。柱徑的影響如圖19-5第51頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第52頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、柱效和選擇性理論塔板數(shù)n(或n有效)是衡量柱效的指標(biāo)，它反映了色譜分離過(guò)程動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。在色譜法中。常用色譜圖上兩峰問(wèn)的距離衡量色譜柱的選擇性，其距離越大說(shuō)明柱子的選擇性越好，一般用選擇因子表示兩組分在給定柱子上的選擇性。柱子的選擇性主要取決于組分在固定相上的熱力學(xué)性質(zhì)。第53頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19-4分離度二、分離度分離度R是一個(gè)綜合性指標(biāo)。分離度是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標(biāo)，稱總分離效能指標(biāo)。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即：

（19-26）第54頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說(shuō)，當(dāng)R<1時(shí)，兩峰有部分重疊；當(dāng)R=1時(shí)，分離程度可達(dá)98%；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志。第55頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六分離度受柱效（n）、選擇因子（α）和容量因子（k）三個(gè)參數(shù)的控制。對(duì)于難分離物質(zhì)對(duì)，由于它們的分配系數(shù)差別小，可合理地假設(shè)k1

≈k2=k，Y1≈Y2=Y。由n=16(

tR/Y)

2得：1/Y=（n/4）（1/

tR）分離度R為：上式即為基本色譜分離方程式。（19-27）第56頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在實(shí)際應(yīng)用中，往往用neff代替n。

基本的色譜方程的表達(dá)式：

第57頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六19-5色譜定性和定量分析一、色譜的定性分析

色譜定性分析任務(wù)就是確定色譜峰所代表的組分。任一物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因此保留值可作為色譜定性的依據(jù)。但不同的組分在同一色譜條件下，可能有相近或相同的保留值，即保留值并非專屬的。因此僅根據(jù)保留值對(duì)一個(gè)完全未知的樣品定性是困難的。如果將色譜與質(zhì)譜或其它光譜法聯(lián)用，則是目前解決復(fù)雜混合物中未知物定性分析的最有效的技術(shù)。如果在了解樣品的來(lái)源、性質(zhì)、分析目的的基礎(chǔ)上，對(duì)樣品組成作初步的判斷，再結(jié)合下列的方法則也可確定色譜峰所代表的化合物。第58頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（一）利用純物質(zhì)對(duì)照定性在一定的色譜條件下，一個(gè)未知物只有一個(gè)確定的保留時(shí)間。因此將已知純物質(zhì)在相同的色譜條件下的保留時(shí)間與未知物的保留時(shí)間進(jìn)行比較，就可以定性鑒定未知物。若二者相同，則未知物可能是已知的純物質(zhì)；不同，則未知物就不是該純物質(zhì)。純物質(zhì)對(duì)照法定性只適用于組分性質(zhì)已有所了解，組成比較簡(jiǎn)單，且有純物質(zhì)的未知物。第59頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）相對(duì)保留值法

相對(duì)保留值i,s

是指組分i與基準(zhǔn)物質(zhì)s調(diào)整保留值的比值

i,s

=tRi/tRs

i,s僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條件無(wú)關(guān)。用已求出的相對(duì)保留值與文獻(xiàn)值比較即可定性。通常選容易得到純品的，而且與被分析組分相近的物質(zhì)作基準(zhǔn)物質(zhì)，如正丁烷、環(huán)己烷、正戊烷、苯、對(duì)二甲苯、環(huán)己醇、環(huán)己酮等。第60頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（三）加入已知物增加峰高法當(dāng)未知樣品中組分較多，所得色譜峰過(guò)密，用上述方法不易辨認(rèn)時(shí)，或僅作未知樣品指定項(xiàng)目分析時(shí)均可用此法。首先作出未知樣品的色譜圖，然后在未知樣品加入某已知物，又得到一個(gè)色譜圖。峰高增加的組分即可能為這種已知物。第61頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、定量分析色譜定量的依據(jù)是，在一定的條件下，被測(cè)組分的質(zhì)量（或濃度）與檢測(cè)器給出的響應(yīng)信號(hào)成正比。即：

mi=fiAAimi=fihhi

式中mi為被測(cè)組分i的質(zhì)量；Ai為被測(cè)組分i的峰面積；

fi為被測(cè)組分i的校正因子。(19-30)(19-31)第62頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（一）峰面積測(cè)量方法峰面積是色譜圖提供的基本定量數(shù)據(jù)，峰面積測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接影響定量結(jié)果。對(duì)于不同峰形的色譜峰采用不同的測(cè)量方法。（1）對(duì)稱形峰面積的測(cè)量—峰高乘以半峰寬法對(duì)稱峰的面積A=1.065hY1/2（2）不對(duì)稱形峰面積的測(cè)量—峰高乘平均峰寬法第63頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

對(duì)于不對(duì)稱峰的測(cè)量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此采用峰高乘平均峰寬法。

A=1/2h（Y0.15+Y0.85）式中Y0.15

和Y0.85分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬。色譜峰高與面積均與組分的質(zhì)量成正比，但色譜峰高屬單點(diǎn)測(cè)定，容易出現(xiàn)較大誤差，色譜峰面積屬多點(diǎn)均值，結(jié)果的重現(xiàn)性要好些。第64頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）定量校正因子色譜定量分析的依據(jù)是被測(cè)組分的量與其峰面積成正比。但是峰面積的大小不僅取決于組分的質(zhì)量，而且還與它的性質(zhì)有關(guān)。即當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所得的峰面積卻不相同。因此，混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總和中所占的百分率。這樣，就不能直接利用峰面積計(jì)算物質(zhì)的含量。為了使峰面積能真實(shí)反映出物質(zhì)的質(zhì)量，就要對(duì)峰面積進(jìn)行校正，即在定量計(jì)算是引入校正因子。第65頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六校正因子分為絕對(duì)校正因子和相對(duì)校正因子。

fi=mi/Ai

式中fi值與組分i質(zhì)量絕對(duì)值成正比，所以稱為絕對(duì)校正因子。在定量分析時(shí)要精確求出fi值是比較困難的。一方面由于精確測(cè)量絕對(duì)進(jìn)樣量困難；另一方面峰面積與色譜條件有關(guān)，要保持測(cè)定fi值時(shí)的色譜條件相同，既不可能又不方便。另外即便能夠得到準(zhǔn)確的fi值，也由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而無(wú)法直接應(yīng)用。為此提出相對(duì)校正因子的概念來(lái)解決色譜定量分析中的計(jì)算問(wèn)題。(19-34)第66頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.

相對(duì)校正因子相對(duì)校正因子定義為組分i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對(duì)校