色譜基本理論

色譜基本理論第一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（二）基線（baseline）1、基線

（baseline）在正常操作條件下，僅有流動相通過時響應(yīng)信號－時間曲線。2、基線噪聲（baselinenoise）由各種因素所引起的基線波動。(一般計算峰前后1-2min內(nèi)的噪聲）3、基線漂移（baselinedrift）

基線隨時間定向的緩慢移動第二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（三）色譜峰（chromatographicpeak）1、正常色譜峰：呈正態(tài)分布2.拖尾峰（tailingpeak）：前沿陡峭，后沿拖尾的不對稱色譜峰3、前伸峰（leadingpeak）:前沿平緩，后沿陡峭的不對稱色譜峰第三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二4.不對稱度（As）或拖尾因子(T)（tailingfactor）

As(不對稱因子)=B/A（x=0.10h）

T(拖尾因子)=（A+B）/2A（x=0.05h）第四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二AsymmetryAfactordescribingtheshapeofachromatographicpeak.TheoryassumesaGaussianshapepeakthatissymmetrical.Thepeakasymmetryfactoristheratio(at10percentofthepeakheight)ofthedistancebetweenthepeakapexandthebacksideofthechromatographiccurvetothedistancebetweenthepeakapexandthefrontsideofthechromatographiccurve.Avalue>1isatailingpeak,whileavalue<1isafrontingpeak第五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二5.假峰（ghostpeak）又稱鬼峰：由于儀器條件的變化等原因而在譜圖上出現(xiàn)的色譜峰，即并非由試樣所產(chǎn)生的峰。第六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二色譜峰：

1個樣品組分的色譜峰可用3個參數(shù)來描述，即峰高(或峰面積)、峰位和峰寬。峰高(或峰面積)用于定量；峰位用于定性；峰寬可用于衡量柱效。若描述一組色譜峰，還需用分離參數(shù)表述相鄰峰的重疊程度。第七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二二、保留值－定性參數(shù)（一）保留時間(retentiontime)（1）死時間(deadtime):tM（2）保留時間(retentiontime)（tR）（3）調(diào)整保留時間(adjustedretentiontime)（tR

＇）：tR＇=tR－tM（二）保留體積(retentionvolume)（1）死體積（VM）：

VM=tM×Fc（2）保留體積（VR）：VR=tR×Fc（3）調(diào)整保留體積(VR＇)：V

R＇=VR

－VM

Fc：載氣流速（mL/min)第八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（1）死時間tM

一些不被固定相吸收或吸附的氣體通過色譜柱時，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間（它正比于色譜柱的空隙體積）。如用熱導(dǎo)池作檢測器時，從注射空氣樣品到空氣峰頂出現(xiàn)時的時間。以s或min為單位表示。第九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（2）保留時間(tR)

試樣（某一組分）從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時所經(jīng)歷的時間為試樣中某一組分的保留時間。以s或min為單位表示。第十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（3）調(diào)整保留時間

保留時間減去死時間即為調(diào)整保留時間:第十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（4）死體積

指色譜柱中不被固定相占據(jù)的空間及進(jìn)樣系統(tǒng)和到檢測系統(tǒng)的總體積.當(dāng)色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測系統(tǒng)的空間的總體積很小而可忽略不計時，等于死時間乘以載氣的流速。第十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（

5）保留體積

從注射樣品到經(jīng)過柱后色譜峰頂出現(xiàn)時，通過色譜系統(tǒng)流動相的體積，一般可用保留時間乘載氣流速求得，以mL為單位表示。

第十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（6）調(diào)整保留體積

保留體積減去死體積即為調(diào)整保留體積(VR－VM)。

第十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（三）相對保留值(r

21)

在一定色譜條件下被測組份2和組份1調(diào)整保留值之比。

r

21=α＝t’R2/t’R1

=V′R2/V′R1式中t’R2

——組份2的調(diào)整保留時間;t‘R1

——組份1的調(diào)整保留時間。它與流動相的流速和色譜柱的物理指標(biāo)無關(guān)；僅與柱溫和固定相的性質(zhì)有關(guān)第十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（四）保留指數(shù)(retentionindex）t’R(x)---待測物X的調(diào)整保留時間t’R(z)---碳原子數(shù)為Z的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時間t’R(z+n)---碳原子數(shù)為z+n的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時間t’R(z)≤t’R(x)≤t’R(z+n)（通常n=1）規(guī)定正構(gòu)烷烴的I值是其原子數(shù)的100倍，如：正庚烷I=700－第十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二保留指數(shù)差化合物x在某一固定液s上測得的保留指數(shù)減去在角鯊?fù)椋ó惾椋┕潭ㄒ荷系玫降谋Ａ糁笖?shù)。第十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（一）.區(qū)域?qū)挾扔脕砗饬可V峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法：（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(W1/2)：色譜峰高一半處的寬度W1/2=2.354（3）峰底寬(W)：W=4三、柱效參數(shù)第二十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二從色譜圖中，可得許多信息：

(i)根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個數(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?，是評價色譜柱分離效能的依據(jù)；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相（或流動相）選擇是否合適的依據(jù)。第二十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第2節(jié)色譜學(xué)基礎(chǔ)理論色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離，組分要達(dá)到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn)，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但是兩峰間雖有一定距離，如果每個峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的，即與色譜過程的動力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此，要從熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面來研究色譜行為。第二十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二它包括三個基本理論問題：①色譜過程熱力學(xué)：色譜分離的第一個條件是兩相鄰組分保留值存在一定差別，洗出兩個色譜峰具有足夠遠(yuǎn)的距離。溶質(zhì)、流動相、固定相的分子結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)與固定相、流動相之間的分子作用力及分布平衡常數(shù)與色譜保留值的關(guān)系，即分子結(jié)構(gòu)與保留值關(guān)系及溶質(zhì)在各種色譜條件下保留值的變化規(guī)律是色譜熱力學(xué)研究的主要課題；它是發(fā)展高選擇性色譜體系，探討色譜分離機(jī)理、評價色譜固定相、流動相，建立色譜定性方法的理論基礎(chǔ)。第二十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

2色譜過程動力學(xué)：色譜分離的第二個條件是色譜峰區(qū)域?qū)挾纫?。色譜峰的寬窄與溶質(zhì)在流動相和固定相的連續(xù)重復(fù)分配過程中流體分子擴(kuò)散、傳質(zhì)等有關(guān)，色譜分離過程流體分子運(yùn)動規(guī)律是色譜動力學(xué)的研究課題。它是發(fā)展高效色譜柱和色譜方法的理論基礎(chǔ)。第二十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二③色譜分離理論：色譜實(shí)際分離既要求各組分保留值差別足夠大，也要求色譜峰窄；而改變色譜條件兩者均發(fā)生變化，即分離度隨色譜條件變化．在解決多元混合物分離問題時，不僅要求各組分間達(dá)到一定分離度，還要求分離速度快，分離的組分多。這是一個與色譜熱力學(xué)和動力學(xué)有關(guān)的綜合性理論問題。它是研制和設(shè)計高效、高速、高選擇性、高峰容量色譜柱材料、色譜體系和選擇分離操作條件的理論基礎(chǔ)。第二十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3-1分布平衡(distributionequilibrium)第二十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第二十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二Ka稱為吸附平衡常數(shù)(adsoptionequilibriumconstant)第二十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二描述溶質(zhì)在固定相和流動相中分布的另一個重要參數(shù)是分配容量k(partitioncapacity),也稱為容量因子capacityfactor)或容量比(capacityratio),定義為溶質(zhì)在固定相和流動相中分配量(重量、摩爾數(shù))之比，用下式表示：第二十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二分配容量是描述溶質(zhì)在兩相中分布的簡便形式。它將溶質(zhì)在色譜系統(tǒng)中的分布與其熱力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，是選擇控制色譜條件的一個最重要的參數(shù).k不僅與固定相、流動相性質(zhì)及溫度有關(guān)，還與色譜柱床的結(jié)構(gòu)有關(guān)，但與流動相流速及柱長無關(guān)。第三十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二分配系數(shù)是由組分和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)決定的，它是每一個溶質(zhì)的特征值，與固定相和溫度有關(guān)。它與兩相體積、柱管的特性以及所使用的儀器無關(guān)。

2.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，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比。即

k=組分在固定相中的質(zhì)量/組分在流動相中的質(zhì)量=

ms/mm第三十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

k值越大，說明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大。它是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)。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，而且還與流動相及固定相的體積有關(guān)。

k=ms/mm=CsVS/CmVm

式中cs,cm分別為組分在固定相和流動相的濃度；Vm為柱中流動相的體積，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。第三十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

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值可直接從色譜圖中測得

k=(tr–t0)/t0=tr/t0=Vr/V0

3.分配系數(shù)K與分配比k的關(guān)系

K=k.

其中β稱為相比率，它是反映各種色譜柱柱型第三十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二特點(diǎn)的又一個參數(shù)。例如，對填充氣相柱，其β值一般為5~35；對毛細(xì)管氣相柱，其β值為50~200。4.分配系數(shù)K及分配比k

與選擇因子α的關(guān)系

對A、B兩組分的選擇因子，用下式表示：

α=tr

(A)/tr

(B)=k（A）

/k（B）

=K（A）

/K（B）

通過選擇因子α把實(shí)驗(yàn)測量值k與熱力學(xué)性質(zhì)的分配系數(shù)K直接聯(lián)系起來，α對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α=1，兩個組分的色譜峰必將重合，說明分不第三十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二開。兩組分的K或k值相差越大，則分離得越好。因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。下圖是A、B兩組分沿色譜柱移動時，不同位置處的濃度輪廓。

溶質(zhì)A和B在沿柱移動時不同位置處的濃度輪廓濃度沿柱移動距離LABABKA>KB第三十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

圖中KA>KB

，因此，A組分在移動過程中滯后。隨著兩組分在色譜柱中移動距離的增加，兩峰間的距離逐漸變大，同時，每一組分的濃度輪廓（即區(qū)域?qū)挾龋┮猜儗?。顯然，區(qū)域擴(kuò)寬對分離是不利的，但又是不可避免的。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，提供足夠長的色譜柱。第三十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

第一、二點(diǎn)是完全分離的必要條件。作為一個色譜理論，它不僅應(yīng)說明組分在色譜柱中移動的速率，而且應(yīng)說明組分在移動過程中引起區(qū)域擴(kuò)寬的各種因素。塔板理論和速率理論均以色譜過程中分配系數(shù)恒定為前提，故稱為線性色譜理論。第三十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二討論：如何使A、B組分完全分離ABAB組分A、B在沿柱移動時不同位置的濃度輪廓濃度1.兩組分的分配系數(shù)必須有差異2.區(qū)域?qū)挾鹊臄U(kuò)展速度應(yīng)小于區(qū)域分離的速度3.在保證快速分離的前提下，提供足夠長的色譜柱第三十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二練習(xí)題1.混合樣品a,b,c,d,e在柱上的分配系數(shù)分別為105，85，310，50，205，則各個組分流出柱的先后順序?yàn)椋ǎ〢

d，b，a，e，cB.c，d，a，b，eC.c，e，a，b，dD.a，b，c，d，e第三十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二下列參數(shù)改變時，會引起分配系數(shù)變化的是…………（）A柱長增加

B.固定相改變

C.相比減少

D.流動相流速增加

下列參數(shù)改變時，會引起分配比變大的是…………（）A柱長增加

B.固定相改變

C.相比減少

D.流動相流速增加

第四十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的熱力學(xué)和動力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制；（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬：色譜過程的動力學(xué)因素控制；（兩相中的運(yùn)動阻力，擴(kuò)散）兩種色譜理論：塔板理論和速率理論；第四十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

塔板理論的假設(shè)：(1)在每一個平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；(2)將載氣看作成脈動（間歇）過程；(3)試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略；(4)每次分配的分配系數(shù)相同。（5）所有物質(zhì)在開始時全部進(jìn)入零號塔板二、

塔板理論

（1）.塔板理論（platetheory）半經(jīng)驗(yàn)理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）；第四十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二組分在n=5,k,=1,m=1柱內(nèi)任一板上分配表載氣體積01234柱出口N=010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.1250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.03260.0160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1160.2750.2750.11880.0040.0320.0860.1960.2750.13890.0020.0180.0590.1410.2460.138100.0010.1010.0380.1000.1890.118第四十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

色譜柱長：L，

虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：保留時間包含死時間，在死時間內(nèi)不參與分配!第四十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（2）.有效塔板數(shù)和有效塔板高度

單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在tM時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：第四十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（二）塔板數(shù)和塔板高度柱效：也叫柱效能理論塔板數(shù)n有效塔板數(shù)neff理論塔板高度HH=L/n有效塔板高度HeffHeff=L/neff第四十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二得出色譜流出曲線方程：

C0:進(jìn)樣的濃度tR:保留時間σ:標(biāo)準(zhǔn)偏差第四十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二較好地解析了色譜曲線形狀2濃度極大點(diǎn)Cmax的位置是tR(即VR)3計算評價柱效塔板理論成功之處:第四十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二塔板理論不足之處

不能解析載氣流速u對N影響

不能指出板高H受那些因素影響第四十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（3）.塔板理論的理解(1)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。

(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。(4)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第五十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二三.

速率理論-影響柱效的因素（一）.范.弟姆特（VanDeemter）方程式－氣相色譜速率理論

H=A+B/u+C·u

H：理論塔板高度，u：載氣的線速度(cm/s)減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；存在著最佳流速；

A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？第五十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二A─渦流擴(kuò)散項(xiàng)（eddydiffusion）

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。（動畫）第五十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二B/u—分子擴(kuò)散項(xiàng)

moleculardiffusion）

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散;(2)擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時間↑，擴(kuò)散↑;(4)擴(kuò)散系數(shù)：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。（動畫）第五十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

k為容量因子；Dg、DL為擴(kuò)散系數(shù);dp：固定相的平均顆粒直徑;df

液膜的厚度。

減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，降低固定相液膜厚度，可降低傳質(zhì)阻力。C·u—傳質(zhì)阻力項(xiàng)

傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）（動畫）第五十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（二）范氏方程討論

1、顆粒大小與粒度范圍

（1）顆粒太大，填充均勻性越差λ,（2）dP

太小氣阻大，固定相顆粒直徑一般40—60，60—80，80—100目。

A=2λdp

第五十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時：

傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速，柱效。載氣流速低時：

分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，流速,柱效。H-u曲線與最佳流速：

由于流速對這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。第五十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二(三）影響譜帶變寬的其它因素1、非線性分配色譜2、載體表面活性吸附中心造成的拖尾峰3、柱外效應(yīng)第五十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二當(dāng)溶質(zhì)濃度較低時，K為常數(shù)，Cs與Cm成線性關(guān)系，其相應(yīng)的色譜過程稱為線性色譜。CSCM1、非線性分配色譜第五十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二CMCSCSCM非線性色譜。其具有以下幾個特點(diǎn)：a、溶質(zhì)洗脫峰不再是對稱的正態(tài)分布，而是有“拖尾”或“伸舌”現(xiàn)象；b、樣品的保留值可變。線性色譜中同一樣品的保留值是常數(shù)，只隨樣品不同而變化；c、色譜峰的峰高與濃度不是線性關(guān)系。在線性色譜中峰高與組分是線性關(guān)系。峰高是定量分析的重要數(shù)據(jù)。在非線性色譜中，峰高增加的速率隨濃度的增加而逐漸降低，因而峰高不能作為定量分析的指標(biāo)。第五十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（3）.氣相色譜速率理論的要點(diǎn)(1)組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所造成的分子擴(kuò)散及傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展柱效下降的主要原因。(2)通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。第六十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（二）.Giddings方程式－液相色譜速率理論液相色譜與氣相色譜的的主要區(qū)別在于液體和氣體性質(zhì)的差異參數(shù)氣體液體擴(kuò)散系數(shù)Dm/cm2.s-1密度ρ/g.cm-3粘度η/g(cm.s)-110-110-510-3110-410-2第六十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二1.渦流擴(kuò)散項(xiàng)HeHe＝2λdp1958年，Giddings和Snyder等提出液相色譜速率方程式：第六十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.縱向擴(kuò)散項(xiàng)Hd第六十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)(1)固定相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(2)流動相傳質(zhì)阻力項(xiàng)(i)流動的流動相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hm(ii)滯留的流動相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)Hsm第六十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第六十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第六十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第六十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第六十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二在高效液相色譜中,液體的擴(kuò)散系數(shù)僅為氣體的萬分之一，則速率方程中的分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U較小，可以忽略不計，即：

H=A+B/u+Cu故液相色譜H-u曲線與氣相色譜的形狀不同，如圖所示。提高柱內(nèi)填料裝填的均勻性和降低粒度選用低粘度的流動相或適當(dāng)提高柱溫

第六十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二4.柱外展寬(超柱效應(yīng))柱前展寬:主要是由進(jìn)樣引起的柱后展寬：主要是由連接管、檢測器流通池體積所引起的第七十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二色譜峰越窄，理論塔板數(shù)就越_________，理論塔板高度就越______，柱效能就越_____。

第七十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二一、分離度:評價分離情況的綜合指標(biāo)

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差──色譜過程的熱力學(xué)因素；

區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過程的動力學(xué)因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：第四節(jié)分離度與基本色譜分離方程式第七十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二討論：色譜分離中的四種情況的討論：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，，△K較大,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。第七十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二分離度的表達(dá)式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。第七十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二令W2=W1=W（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：二.色譜分離基本方程式色譜分離基本方程式柱效項(xiàng)柱容量項(xiàng)柱選擇項(xiàng)第七十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二1.分離度與柱效的關(guān)系提高分離度的方法:增加柱長,或降低理論板高注：對于一定理論板高的柱子第七十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）

1<k<10改變k的方法:改變柱溫和相比第七十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）

增大α的最有效方法是選擇合適的固定液。第七十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二α太小，兩組分未分開應(yīng)改變固定相極性，降低柱溫k太小，n也太小，應(yīng)增大固定液用量，降低柱溫n太小，許多組分未分開應(yīng)設(shè)法降低板高，提高柱效如何根據(jù)具體情況優(yōu)化分離第七十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二已知任何兩項(xiàng)，可求第三項(xiàng)4.分離度、柱效和選擇性參數(shù)關(guān)系第八十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二有效塔板表示的色譜基本方程：n與n有效關(guān)系：第八十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二

R=1

分離程度達(dá)98%

R>=1.5

完全分離,達(dá)>=99.7

也叫基線分離

R<1

二峰明顯重疊第八十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)分離條件的選擇要求1.兩峰間有一定距離—tR不同要求2.峰寬要窄—W1/2要小第八十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二提問:怎樣制備一根好的色譜柱?怎樣評價?怎樣選色譜條件?一般:1.選擇性(相對保留值α或保留指數(shù)I)－－評價固定液對物質(zhì)的保留作用2.柱效能(n，neff)－－評價柱效能3.分離度R(總分離效能指標(biāo)參數(shù))分離度是將以上二者綜合考慮既反映柱效能,又反映選擇性

第八十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二三、分離條件的優(yōu)化改變n和Hn=L/HLn但分析時間也增加最好是在不增加柱長的條件下,減少H,以達(dá)到增加n根據(jù)范氏方程選擇操作條件,使H(1).Uopt

選U實(shí)稍高于Uopt,一般30ml/min∵右側(cè)平坦U稍變化不會引起H大的變化

U大使tR小,分析速度加快B/UCU第八十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二(2).固定液及配比降低Cs項(xiàng)(液相阻力),dl(膜厚)要小即配比要低

dl太小有兩個缺點(diǎn):

a.進(jìn)樣量小(肚子小)

b.載體表面被固定液覆蓋小,使載體出現(xiàn)極性,因吸附作用會產(chǎn)生拖尾峰第八十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二(3).載體粒徑影響A項(xiàng)Cm項(xiàng)要求惰性,顆粒小而均勻一般80~100目(178-150mm)篩分范圍窄好(4).采用小內(nèi)徑的色譜柱柱徑4mmHUH柱徑2.2mmU40~50目100~150目20~30目第八十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.改變k如圖k>5,R變化就很小了GC分析:最好k=2~5

一般不超過10否則大大延長分析時間如何改變k.降低柱溫Tc,使k上升；改變固定相

第八十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3.改變

α1.2

α1.2是準(zhǔn)熱力學(xué)常數(shù),在流動相,固定相一定時,只與Tc相關(guān)當(dāng)α1.2=1時,改變H,k

都無法使1和2兩個組分分離∴應(yīng)當(dāng)保持k=2~10的前提下,設(shè)法改變α1.2

方法是:a.改變柱溫Tcb.更換色譜柱

c.衍生化法(即利用化學(xué)反應(yīng)改變待測物結(jié)構(gòu))4.程序升溫程序升溫可使待測物在適當(dāng)溫度下流出,以保證每個組分有合適的K/值,同時改變分離度程序升溫是分離復(fù)雜多組分沸程寬的混合物的有效方法第八十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二5.進(jìn)樣

δi<0.204δδi進(jìn)樣峰標(biāo)準(zhǔn)偏差

δ實(shí)際峰標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)樣快防止縱向擴(kuò)散進(jìn)樣量小使峰對稱,一般進(jìn)樣0.1~10μL

固定液含量低時(毛細(xì)柱)進(jìn)樣量要少進(jìn)樣技術(shù)之優(yōu)劣,可以從空氣峰,甲烷峰形寬度反映出來柱溫Tc如何選擇?最佳柱溫:最難分離物質(zhì)對所需柱溫恒溫Tc低

Tc高第九十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二如何選Tc恒溫分析:柱溫大概是等于樣品沸點(diǎn)的平均溫度

如有兩個組分混合樣,沸點(diǎn)為70°C,90°C

則選Tc=80°C

汽化室溫度要高于80°C,高20~50°C

檢測器溫度要高于80°C,高20~50°C

程序升溫用與:多組分,寬沸程樣品的毛細(xì)柱分析,一般配FID第九十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二綜上所述:GC的分離優(yōu)化就是要在保證分離度和靈敏度的條件下實(shí)現(xiàn)快速分析實(shí)際:提高分離度,往往犧牲分析速度提高靈敏度,有時要制備分離樣品就降低分離效率

一般:先滿足分離度要求,再提高分析靈敏度,最后考慮縮短時間.分離度靈敏度分析速度GC第九十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第五節(jié)色譜的定性與定量分析色譜法分離好,定性難色譜分析分三個階段儀器調(diào)試操作條件選擇定性定量---保留值定性

---峰高,峰面積定量第九十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二定性方法一.保留值定性（一）氣相色譜法的保留值定性1.利用純物質(zhì)對照定性該法是基于在一定操作條件下，各組分保留時間是一定值的原理。優(yōu)點(diǎn)：簡單缺點(diǎn)：要有純樣，適用于已知物，操作條件要穩(wěn)定:流速、溫度等第九十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二具體做法：1）分別以試樣和標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)樣分析——各自的色譜圖；2）對照：如果試樣中某峰的保留時間和標(biāo)樣中某峰重合，則可初步確定試樣中含有該物質(zhì)。3）也可通過在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物，看試樣中哪個峰增加來確定。第九十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第九十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.相對保留值定性用保留值定性要求兩次進(jìn)樣條件完全一致，這是比較困難的。而用αi,s定性，則只要溫度一定即可。優(yōu)點(diǎn)：比絕對法重現(xiàn)性好(流速不影響）缺點(diǎn)：也需要純樣，比絕對法麻煩第九十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二具體做法：在樣品和標(biāo)準(zhǔn)中分別加入同一種基準(zhǔn)物

s，將樣品的αi,s和標(biāo)準(zhǔn)物的αi,s相比較來確定樣品中是否含有i組分。第九十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3.加入已知物增加峰高法

在未知樣品加入純樣看哪個峰高增加的組分即可能為這種已知物。第九十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二4.保留指數(shù)定性法該指數(shù)定性的重現(xiàn)性最佳。當(dāng)固定液和柱溫一定時，定性可不需要標(biāo)準(zhǔn)物。NISTChemistryWebBook第一百頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二設(shè)正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為碳數(shù)100。測定時，將碳數(shù)為n和n+1的正構(gòu)烷烴加入到樣品x中進(jìn)行色譜分析，此時測得這三個物質(zhì)的調(diào)整保留值有如下關(guān)系：第一百零一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二優(yōu)點(diǎn)：測得Ix值與文獻(xiàn)值對照就可定性。缺點(diǎn)：1.要有正構(gòu)烷烴純樣。2.可供查閱的文獻(xiàn)值太少。3．柱子與柱溫要與文獻(xiàn)規(guī)定相同第一百零二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上進(jìn)行分析（柱溫100℃）。由圖中測得調(diào)整保留時間為：乙酸正丁酯310.0mm，正庚烷174.Omm，正辛烷373.4mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)第一百零三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二解：已知n=7即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為775.6。在與文獻(xiàn)值對照時，一定要重視文獻(xiàn)值的實(shí)驗(yàn)條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個已知組分進(jìn)行驗(yàn)證。第一百零四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二5、其它方法定性1.用比保留體積Vg定性

優(yōu)點(diǎn)：不用純樣缺點(diǎn)：如果固定液流失，則定性不準(zhǔn)。2.利用保留值規(guī)律定性

a.碳數(shù)規(guī)律logVg=A1n+B1b.沸點(diǎn)規(guī)律logVg=A2Tb+B2c.柱溫規(guī)律I=A3Tc+B3比保留體積（Vg）:每克固定液校正到273K的凈保留體積第一百零五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二(二）液相色譜中的保留值定性直接比較法增加峰高法第一百零六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二（三）平板色譜中保留值定性比移值第一百零七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二二.選擇檢測器定性

第一百零八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第一百零九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二三.聯(lián)用GC-MSGC-FTIR(傅立葉變換紅外光譜)GC-NMR缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)譜圖太少，一般用計算機(jī)檢索第一百一十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第一百一十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二四．雙柱定性：可克服在一根柱上，不同物質(zhì)可能出現(xiàn)相同的保留時間的情況。一根極性柱，一根非極性柱。若二根柱上tR未知與tR已知都吻合，則定性可靠性就增一倍。

例：1－丁烯和異丁烯第一百一十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第一百一十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二五利用化學(xué)反應(yīng)配合色譜定性柱后流出物做官能團(tuán)分析柱前反應(yīng)配合氣相色譜定性第一百一十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二第一百一十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二定量分析分析是根據(jù)檢測器對待測物的響應(yīng)（峰高或峰面積）與待測物的量成正比的原理進(jìn)行定量的。因此必須準(zhǔn)確測定峰高h(yuǎn)或峰面積A。

1.求峰面積定量準(zhǔn)確度決定于2.求相對校正因子

3.選準(zhǔn)確定量方法第一百一十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二峰面積A和峰高h(yuǎn)的測量：hh第一百一十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二一.峰面積1.對稱峰：A=1.065W1/2h2．不對稱峰

A=1/2h（W0.15+W0.85）

式中W0.15和

W0.85

分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬

第一百一十八頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二二.定量校正因子由于檢測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)不同，所以兩個相等量的物質(zhì)得不出相等峰面積?；蛘哒f，相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。第一百一十九頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二例如用TCD，N2作載氣測O2，H2的百分含量若H2、O2峰面積相同,百分含量相同就不對。不能用下式計算：

第一百二十頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二∵H2的熱導(dǎo)系數(shù)大,TCD響應(yīng)大,但實(shí)際含量小∴必須用校正因子.

ACfH250050%0.1O25050%1第一百二十一頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二1）絕對校正因子f叫絕對校正因子,決定于檢測器的靈敏度，f不易測定?！喑Ｓ孟鄬πＵ蜃觙’

通常所指的校正因子都是指相對校正因子。第一百二十二頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.

相對校正因子相對校正因子定義為即某組分i的相對校正因子f’為組分i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對校正因子之比。

相對校正因子的表示方法

質(zhì)量校正因子與摩爾校正因子

第一百二十三頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二）質(zhì)量校正因子m--質(zhì)量A--峰面積）摩爾校正因子M--分子量

準(zhǔn)確定量分析時,應(yīng)該用自己測定的校正因子,而不用文獻(xiàn)值∵校正因子隨檢測器類別,使用載氣的不同而不同第一百二十四頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二相對校正因子的測定方法

f’值可引用文獻(xiàn)值，也可以自己測定。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，TCD是苯，F(xiàn)ID是正庚烷。準(zhǔn)確稱量被測組分mi和標(biāo)準(zhǔn)組分ms的質(zhì)量在線線范圍內(nèi)進(jìn)樣測Ai和As

求f’

m或f’

M

多次測定，求平均值。第一百二十五頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二3.相對響應(yīng)值s’（相對靈敏度）s’=1/f第一百二十六頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二三.定量方法歸一法,內(nèi)標(biāo)法,外標(biāo)法。各有其優(yōu)缺點(diǎn),1歸一化法（normallizationmethod）優(yōu)點(diǎn):是相對法∴與進(jìn)樣量無關(guān),定量較準(zhǔn)確缺點(diǎn):要求全出峰(樣品所有組分都要出峰)

全知峰(有所有組分的標(biāo)準(zhǔn)品)

第一百二十七頁，共一百三十九頁，編輯于2023年，星期二2.外標(biāo)法(externalstandardmethod）標(biāo)準(zhǔn)曲線法)用待測組分的純樣制標(biāo)準(zhǔn)曲線優(yōu)點(diǎn)：快速簡單,只要待測組分出峰且完全分離即可缺點(diǎn)：進(jìn)樣量,操作條件要不變

第一百二十八頁，共一百三十九頁，編輯于202