第八章色谱法原理.优秀PPT.ppt

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1、第八章第八章 色谱法原理色谱法原理（Principles of Chromatography）第一节第一节 概述概述 一、色谱法简介一、色谱法简介 色谱法（色谱法（Chromatography）是一种分）是一种分别分析方法。它是利用各物质在两相中具别分析方法。它是利用各物质在两相中具有不同的安排系数，当两相作相对运动时，有不同的安排系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的安排来这些物质在两相中进行多次反复的安排来达到分别的目的。达到分别的目的。色谱法早在色谱法早在1903年由俄国植物学家年由俄国植物学家Tswett分别植物色素时接受。后来不仅用分别植物色素时接受。后来不仅用于分

2、别有色物质，还用于分别无色物质，于分别有色物质，还用于分别无色物质，并出现了种类繁多的各种色谱法。很多气并出现了种类繁多的各种色谱法。很多气体、液体和固体样品都能找到合适的色谱体、液体和固体样品都能找到合适的色谱法进行分别和分析。目前色谱法已广泛应法进行分别和分析。目前色谱法已广泛应用于很多领域，成为特别重要的分别分析用于很多领域，成为特别重要的分别分析手段。手段。色谱分别过程色谱分别过程123在色谱发展史上占有重要地位的英国人在色谱发展史上占有重要地位的英国人A.J.P.Martin（马丁）（马丁）和和R.L.M.Synge（辛格），他们提精彩谱塔板理论；独创液（辛格），他们提精彩谱塔板理论

3、；独创液-液液安排色谱；预言了气体可作为流淌相（即气相色谱）。安排色谱；预言了气体可作为流淌相（即气相色谱）。1952年，因为他们对安排色谱理论的贡献获诺贝尔化学奖。年，因为他们对安排色谱理论的贡献获诺贝尔化学奖。R.L.M.Synge（1914-1994）A.J.P.MARTIN.(1910-2002)色谱法其共同的基本特点是具备两相：不动的一相，称为固定相；另一相是携带样品流过固定相的流淌体，称为流淌相。当流淌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

4、而按先后不同的次序从固定相中流出。组分分别示意图组分分别示意图 流淌相流淌相 检测器检测器 记录仪记录仪A+BABABBAABBA 二、色谱法分类二、色谱法分类 1按两相状态分类按两相状态分类 气气 体体 为为 流流 淌淌 相相 的的 色色 谱谱 称称 为为 气气 相相 色色 谱谱（GC），依依据据固固定定相相是是固固体体吸吸附附剂剂还还是是固固定定液液（附附着着在在惰惰性性载载体体上上的的一一薄薄层层有有机机化化合合物物液液体体），又可分为气固色谱（又可分为气固色谱（GSC）和气液色谱（）和气液色谱（GLC）。）。液液体体为为流流淌淌相相的的色色谱谱称称液液相相色色谱谱（LC），同同理理，液

5、液相相色色谱谱亦亦可可分分为为液液固固色色谱谱（LSC）和和液液液色谱（液色谱（LLC）。）。超超临临界界流流体体为为流流淌淌相相的的色色谱谱称称为为超超临临界界流流体体色谱（色谱（SFC）。）。通通过过化化学学反反应应将将固固定定液液键键合合到到载载体体表表面面，这这种种化化学学键键合合固固定定相相的的色色谱谱又又称称化化学学键键合合相相色色谱谱（CBPC）。）。2按分别机理分类按分别机理分类 利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附实力强弱不同而得以分别的方法，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别的方法称为安排色谱法。利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而

6、达到分别的方法，称为离子交换色谱法。利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分别的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。最近，又有一种新分别技术，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别的技术称为亲和色谱法，常用于蛋白质的分别。3按固定相的外形分类按固定相的外形分类 固定相装于柱内的色谱法，称为固定相装于柱内的色谱法，称为固定相装于柱内的色谱法，称为固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱，柱色谱，柱色谱，柱色谱，柱色谱又可分为又可分为又可分为又可分为填充柱色谱和开管柱色谱填充柱色谱和开管柱色谱填充柱色谱和开管柱色谱填充柱色谱和开管柱色谱。固定相呈平板状的

7、色谱法，称为固定相呈平板状的色谱法，称为固定相呈平板状的色谱法，称为固定相呈平板状的色谱法，称为平板色谱平板色谱平板色谱平板色谱，它又，它又，它又，它又可分为可分为可分为可分为薄层色谱和纸色谱薄层色谱和纸色谱薄层色谱和纸色谱薄层色谱和纸色谱。三、色谱法的特点三、色谱法的特点1 1、高高选选择择性性；2 2、高高效效能能；3 3、高高灵灵敏敏度度可可以以分分析析质质量量分分数数为为10-610-610-910-9数数量量级级、检检出出限限量量低低至至10-1lg10-1lg的的物物质质，适适于于微量和痕量分析。微量和痕量分析。四、色谱法的应用四、色谱法的应用1 1、色谱分析广泛应用于极为困难的混

8、合物成分分析；、色谱分析广泛应用于极为困难的混合物成分分析；2 2、液液相相色色谱谱法法，在在糖糖类类、氨氨基基酸酸、农农药药、染染料料、贵贵金金属属、有机金属化合物等方面得到了广泛的应用。有机金属化合物等方面得到了广泛的应用。3 3、色色谱谱分分别别是是一一种种特特别别有有效效的的提提纯纯物物质质的的技技术术，常常用用于于制制备分别，得到高纯样品。备分别，得到高纯样品。4 4、色谱、色谱质谱联用仪已成为探讨分子结构的重要手段。质谱联用仪已成为探讨分子结构的重要手段。其次节其次节 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语一色谱流出曲线一色谱流出曲线 从色谱柱先后流出的各组分进入从色谱柱先后

9、流出的各组分进入检检测器，检测测器，检测器产生响应信号，信号大小与组分浓度成正比，该器产生响应信号，信号大小与组分浓度成正比，该信号放大后输送到记录仪，信号放大后输送到记录仪，记录仪所画出的与样品记录仪所画出的与样品浓度相关的曲线就称为色谱流出曲线。浓度相关的曲线就称为色谱流出曲线。色色谱谱图图色谱峰保留时间基线峰宽 二、基线 当仪器中没有注入样品，仅有流淌相通过时，检测器响应信号的记录值，即图中Ot线。稳定的基线应当是一条水平直线。三、峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，如图中B A。四、保留值四、保留值 1死时间死时间tM 不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱不被固定相吸附或溶解

10、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柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，如图中时间，如图中 OA。因为这种物质不被固定相。因为这种物质不被固定相吸附或溶解，故其流淌速度将与流淌相的流淌速吸附或溶解，故其流淌速度将与流淌相的流淌速度相近测定流淌相平均线速度相近测定流淌相平均线速时，可用柱长时，可用柱长L与与tM的比值计算。的比值计算。2保留时间保留时间tR 试样从进样起先到柱后出现峰极大点时所试样从进样起先到柱后出现峰极大点时所经验的时间，称为保留时间，如图中经验的时间，称为保留时间，如图中OB它它相当于样品到达柱末端的检测器所需的时间相当于样品到达柱末端的检测器

11、所需的时间 3调整保留时间调整保留时间tR 某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整保留时间，即保留时间，即保留时间，即保留时间，即t tR R =t=tR R-t-tMM 由于组份在色谱柱中的保留时间tR包含了组份随流淌相通过柱子所需的时间和组份在固定相中滞留所需的时间，所以tR事实上是组份在固定相中停留的时间保留时间可用时间单位（如s）或距离单位（如cm）表示。保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组份的保留时间常受到流淌相流速的影响，因此色谱工作者有时用

12、保留体积等参数进行定性检定。4死体积死体积 VM 指指色色谱谱柱柱在在填填充充后后，柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间所所剩剩留留的的空空间间、色色谱谱仪仪中中管管路路和和连连接接头头间间的的空空间间以以及及检检测测器器的的空空间间的的总总和和当当后后两两项项很很小小而而可可忽忽视视不不计计时时，死死体体积积可可由死时间与流淌相体积流速由死时间与流淌相体积流速F0（Lmin）计算：）计算：VM=tMF0 5保留体积保留体积 VR 指从进样起先到被测组份在柱后出现浓度极指从进样起先到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流淌相体积。保留体积与保留时大点时所通过的流淌相体积。保留体积与保留时间间

13、tR的关系如下：的关系如下：VR=tRF0 6调整保留体积调整保留体积VR 某某组组份份的的保保留留体体积积扣扣除除死死体体积积后后，称称该该组组份份的的调调整保留体积，即整保留体积，即 VR=VR-VM 7相对保留值相对保留值2.1 某某组组份份2的的调调整整保保留留值值与与组组份份1的的调调整整保保留留值值之之比比，称为相对保留值：称为相对保留值：由由于于相相对对保保留留值值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、填填充充状状况况及及流流淌淌相相流流速速无无关关，因因此此，它它是是色色谱谱法法中中，特特殊殊是气相色谱法中，广泛运用的定性数据。是气相

14、色谱法中，广泛运用的定性数据。必必需需留留意意，相相对对保保留留值值确确定定不不是是两两个个组组份份保保留留时时间间或或保保留留体体积积之比之比.五、区域宽度五、区域宽度 色色谱谱峰峰的的区区域域宽宽度度是是组组份份在在色色谱谱柱柱中中谱谱带带扩扩张张的的函函数数，它它反反映映了了色色谱谱操操作作条条件件的的动动力力学学因因素素度度量量色色谱峰区域宽度通常有三种方法：谱峰区域宽度通常有三种方法：1.标准偏差标准偏差 正正态态分分布布曲曲线线两两侧侧拐拐点点之之间间距距离离的的一一半半，即即0.607倍倍峰高处色谱峰宽的一半，峰高处色谱峰宽的一半，如图中如图中EF距离的一半。距离的一半。2.半峰

15、宽半峰宽W1/2 即峰高一半处对应的峰宽，如图中即峰高一半处对应的峰宽，如图中GH间的距离。间的距离。它与标准偏差它与标准偏差的关系是：的关系是：W1/2=2.354 3.基线宽度基线宽度W 即即色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点上上的的切切线线在在基基线线上上的的截截距距，如如图中图中IJ的距离。它与标准偏差的关系是：的距离。它与标准偏差的关系是：W=4 从色谱流出曲线上，可以得到很多重要信息：从色谱流出曲线上，可以得到很多重要信息：（l）依据色谱峰的个数，可以推断样品中所含组份的最少个数 （2）依据色谱峰的保留值(或位置），可以进行定性分析 （3）依据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析 （4）

16、色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分别效能的依据 （5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流淌相)选择是否合适的依据 第三节第三节 色谱法分析的基本原理色谱法分析的基本原理两组份峰间距足够远：两组份峰间距足够远：由各组份在两相间的安排系数确定，即由色谱过程由各组份在两相间的安排系数确定，即由色谱过程的热力学性质确定。的热力学性质确定。每个组份峰宽足够小：每个组份峰宽足够小：由组份在色谱柱中的传质和扩散确定，即由色谱过由组份在色谱柱中的传质和扩散确定，即由色谱过程动力学性质确定。程动力学性质确定。因此，探讨、说明色谱分别行为应从热力学和动力因此，探讨、说明色谱分别行为应从热力学和动力学两

17、方面进行。学两方面进行。一、安排系数一、安排系数K K和安排比和安排比k k 1安排系数安排系数K 安排色谱的分别是基于样品组分在固定相和安排色谱的分别是基于样品组分在固定相和流淌相之间反复多次地安排过程，而吸附色谱的流淌相之间反复多次地安排过程，而吸附色谱的分别是基于反复多次地吸附一脱附过程。这种分分别是基于反复多次地吸附一脱附过程。这种分别过程常常用样品分子在两相间的安排来描述，别过程常常用样品分子在两相间的安排来描述，而描述这种安排的参数称为安排系数，它是指在而描述这种安排的参数称为安排系数，它是指在确定温度和压力下，组分在固定相和流淌相之间确定温度和压力下，组分在固定相和流淌相之间安排

18、达平衡时的浓度之比值，即安排达平衡时的浓度之比值，即 2.安排比安排比k 安排比又称容量因子，它是指在确定温度和压力下，组分在两相间安排达平衡时，安排在固定相和流淌相中的质量比。即 k k 值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又称安排容量或容量因子。容量大，因此又称安排容量或容量因子。容量大，因此又称安排容量或容量因子。容量大，因此又称安排容量或容量因子。它是衡量色谱柱对被分别组分保留实力的重要参数。它是衡量色谱柱对被分别组分保留实力的

19、重要参数。它是衡量色谱柱对被分别组分保留实力的重要参数。它是衡量色谱柱对被分别组分保留实力的重要参数。k k 值也确定于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、值也确定于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、值也确定于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、值也确定于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、柱压变更而变更，而且还与流淌相及固定相的体积有关。柱压变更而变更，而且还与流淌相及固定相的体积有关。柱压变更而变更，而且还与流淌相及固定相的体积有关。柱压变更而变更，而且还与流淌相及固定相的体积有关。式中CS，Cm分别为组分在固定相和流淌相的浓度；Vm为柱中流淌相的体积，近似等于死体积。Vs为柱中

20、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：在安排色谱中，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。3.安排系数安排系数K与安排比与安排比k的关系的关系 其中其中称为相比率，它是反映各种色谱柱型特点的称为相比率，它是反映各种色谱柱型特点的又一个参数。又一个参数。例如，对填充柱，其例如，对填充柱，其值一般为值一般为635；对；对毛细管柱，其毛细管柱，其值为值为60600。二、塔板理论二、塔板理论 把色谱柱比作一个精馏塔，沿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用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的安排行为，同时引入理在两相间的安排行为，同时引

21、入理论塔板数作为衡量柱效率的指标，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。每一块塔板的高的水平塔板组成。每一块塔板的高度用度用H表示，称为塔板高度，简称表示，称为塔板高度，简称板高。板高。塔板理论假设：1.在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间快速达到平 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）。3.全部组分起先时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽视。4.安排系数在全部塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。简洁地认为：在每一

22、块塔板上，溶质在两相间很快达到安排平衡，然后随着流淌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。当当当当n n5050时，就可以得到对称的峰形曲线。时，就可以得到对称的峰形曲线。时，就可以得到对称的峰形曲线。时，就可以得到对称的峰形曲线。其次，当样品进入色谱柱后，

23、只要各组分在两相间的安排系数其次，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的安排系数有微小差异，经过反复多次安排平衡后，仍可获得良好的分别。有微小差异，经过反复多次安排平衡后，仍可获得良好的分别。第三，第三，n与半峰宽及峰底宽的关系式为：与半峰宽及峰底宽的关系式为：n=5.54（tr/W1/2）2=16（tr/W）2 从公式可以看出，在从公式可以看出，在tr 确定时，假如色谱峰很窄，则说明确定时，假如色谱峰很窄，则说明n越大，越大，H越小，柱效能越高。越小，柱效能越高。在实际工作中，由公式在实际工作中，由公式 n=L/H 和和n=5.54(tr/W1/2)2=16(tr/W)2 计算出来的的计算

24、出来的的n和和H值有时并不能充分地反映色谱柱的分别值有时并不能充分地反映色谱柱的分别效能，因为接受效能，因为接受tR计算时，没有扣除死时间计算时，没有扣除死时间tM，所以常用有效所以常用有效塔板数塔板数n有效表示柱效：有效表示柱效：n有效有效=5.54(tr /W1/2)2=16(tr /W)2 有效板高有效板高：H有效有效=L/n有效有效有关塔板理论的说明：有关塔板理论的说明：1）说明柱效时，必需注明该柱效是针对何种物质、固定）说明柱效时，必需注明该柱效是针对何种物质、固定 液种类及其含量、流淌相种类及流速、操作条件等；液种类及其含量、流淌相种类及流速、操作条件等；2）应定期对柱效评价，以防

25、柱效下降、延长柱寿命。）应定期对柱效评价，以防柱效下降、延长柱寿命。3）塔板理论描述了组分在柱内的安排平衡和分别过程、）塔板理论描述了组分在柱内的安排平衡和分别过程、导出流出曲线的数学模型、说明白流出曲线形态和位导出流出曲线的数学模型、说明白流出曲线形态和位 置、提出了计算和评价柱效的参数。置、提出了计算和评价柱效的参数。但但该该理理论论是是在在志志向向状状况况下下导导出出的的，未未考考虑虑分分子子扩扩散散因因素素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能说明：其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能说明：峰形为什么会扩张？峰形为什么会扩张？影响柱效的动力学因素是什么？影响柱效的动力学因素

26、是什么？三、速率理论三、速率理论 1956年荷兰学者年荷兰学者van Deemter（范第姆特）（范第姆特）等在探讨气液色谱时，提出了色谱过程动力学理等在探讨气液色谱时，提出了色谱过程动力学理论论速率理论。他们吸取了塔板理论中板高的速率理论。他们吸取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说明白影响板过程，从而在动力学基础上较好地说明白影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。适用。van Deemter方程的数学简化式为方程的数学简化式为:H=A+

27、B/u+C u 式中式中u为流淌相的线速度；为流淌相的线速度；A、B、C、为常数，、为常数，分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数、传质分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。阻力项系数。（）涡流扩散项（）涡流扩散项 2dp（）分子扩散项（）分子扩散项B B 2Dg（）传质阻力项（）传质阻力项C 传质阻力与填充物的粒度和载气的分子量有关。传质阻力与填充物的粒度和载气的分子量有关。说明：说明：填填充充匀匀整整程程度度、担担体体粒粒度度、载载气气种种类类、载载气气流流速速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。1.涡流扩散项涡流扩散项

28、A 在填充色谱柱中，当组分随流淌相向柱出口在填充色谱柱中，当组分随流淌相向柱出口迁移时，流淌相由于受到固定相颗粒障碍，不断迁移时，流淌相由于受到固定相颗粒障碍，不断变更流淌方向，使组分分子在前进中形成紊乱的变更流淌方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流淌，故称涡流扩散。类似涡流的流淌，故称涡流扩散。由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不匀由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不匀整性，使组分在色谱柱中路径长短不一，因而同整性，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样，时进色谱柱的相同组分到达柱口时间并不一样，引起了色谱峰的变宽。引起了色谱峰的变宽。涡流扩散

29、过程示意图涡流扩散过程示意图 色谱峰变宽的程度由下式确定：色谱峰变宽的程度由下式确定：A=2dp 上式表上式表明，明，A与填充物的平均直径与填充物的平均直径dp的大小和填充不规则因的大小和填充不规则因子子有关，与流淌相的性质、线速度和组分性质无关。有关，与流淌相的性质、线速度和组分性质无关。为了削减涡流扩散，提高柱效，运用细而匀整的颗粒，为了削减涡流扩散，提高柱效，运用细而匀整的颗粒，并且填充匀整是特别必要的。对于空心毛细管，不存并且填充匀整是特别必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。因此在涡流扩散。因此 A=0。2.2.分子扩散项分子扩散项 B/u B/u（纵向扩散项）（纵向扩散项）纵向分

30、子扩散是由浓度梯度造成的，样品会自发的纵向分子扩散是由浓度梯度造成的，样品会自发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系数为向前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系数为B=2DgB=2Dg。是填充柱内流淌相扩散路径弯曲的因素，是填充柱内流淌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态对自由也称弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形态对自由分子扩散的阻碍状况。分子扩散的阻碍状况。DgDg为组分在流淌相中扩散系数为组分在流淌相中扩散系数（cm3s-1cm3s-1）,分子扩散项与组分在流淌相中扩散系数分子扩散项与组分在流淌相中扩散系数DgDg成正比成正比.Dg与流淌相及组分性

31、质有关：（a）相对分子质量大的组分Dg小，Dg反比于流淌相相对分子质量的平方根，所以接受相对分子质量较大的流淌相（氩气），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，流淌相流速小，组分停留时间长，纵向扩散就大。因此为降低纵向扩散影响，要加大流淌相速度。对于液相色谱，组分在流淌相中纵向扩散可以忽视。3.传质阻力项传质阻力项 Cu 由于气相色谱以气体为流淌相，液相色谱以液体为流由于气相色谱以气体为流淌相，液相色谱以液体为流淌相，它们的传质过程不完全相同。淌相，它们的传质过程不完全相同。（1）气液色谱）气液色谱 传质阻力系数传质阻力系数C包括气相

32、传质阻力系数包括气相传质阻力系数Cg和液相传和液相传质阻力系数质阻力系数Cl两项，即两项，即C=Cg+Cl dpdf流动相流动相固液界面固液界面固定固定液液组分分子组分分子ClCg 气气相相传传质质过过程程是是指指试试样样组组分分从从气气相相移移动动到到固固定定相相表表面面的的过过程程。这这一一过过程程中中试试样样组组分分将将在在两两相相间间进进行行质质量量交交换换，即即进进行行浓浓度度安安排排。有有的的分分子子还还来来不不及及进进入入两两相相界界面面，就就被被气气相相带带走走；有有的的则则进进入入两两相相界界面面又又来来不不及及返返回回气气相相。这这样样使使得得试试样样在在两两相相界界面面上

33、上不不能能瞬瞬间间达达到到安安排排平平衡衡，引引起起滞滞后后现现象象，从从而而使使色色谱谱峰峰变变宽宽。对对于于填填充充柱柱，气气相相传传质阻力系数质阻力系数Cg为：为：Cg=0.01k2/(1+k)2 dp2/Dg 式式中中k为为容容量量因因子子。由由上上式式看看出出，气气相相传传质质阻阻力力与与填填充充物物粒粒度度dp的的平平方方成成正正比比，与与组组分分在在载载气气流流中中的的扩扩散散系系数数Dg成成反反比比。因因此此，接接受受粒粒度度小小的的填填充充物物和和相相对对分分子子质质量量小小的的气气体体（如如氢氢气气、氦氦气气）做做载载气气，可可使使Cg减减小小，提提高柱效。高柱效。液相传质

34、过程是指试样组分从固定相的气/液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到安排平衡，然后又返回气/液界面的传质过程。这个过程也须要确定的时间，此时，气相中组分的其它分子仍随载气不断向柱口运动，于是造成峰形扩张。液相传质阻力系数 C1为：C1=2/3 k/(1+k)2 df2/Dl 由上式看出，固定相的液膜厚度df薄，组分在液相的扩散系数D1大，则液相传质阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k值随之变小，又会使C1增大。当固定液含量确定时，液膜厚度随载体的比表面积增加而降低，因此，一般接受比表面积较大的载体来降低液膜厚度。但比表面积太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利于分别。虽然提高柱温可

35、增大D1，但会使k值减小，为了保持适当的C1值，应限制适宜的柱温。（2）液液安排色谱液液安排色谱 传质阻力系数（传质阻力系数（C）包含流淌相传质阻力系数（）包含流淌相传质阻力系数（Cm）和固定相）和固定相传质阻力系数（传质阻力系数（Cs），即），即 C=Cm+Cs其中其中Cm又包含流淌的流淌相中的传质阻力和滞留的流淌相中的传质又包含流淌的流淌相中的传质阻力和滞留的流淌相中的传质阻力，即：阻力，即：Cm=mdp2/Dm+smdp2/Dm式中右边第一项为流淌的流淌相中的传质阻力。当流淌相流过色谱式中右边第一项为流淌的流淌相中的传质阻力。当流淌相流过色谱柱内的填充物时，靠近填充物颗粒的流淌相流速比在

36、流路中间的稍柱内的填充物时，靠近填充物颗粒的流淌相流速比在流路中间的稍慢一些，故柱内流淌相的流速是不匀整的。这种传质阻力对板高的慢一些，故柱内流淌相的流速是不匀整的。这种传质阻力对板高的影响与固定相粒度影响与固定相粒度dp 的平方成正比，与试样分子在流淌相中的扩散的平方成正比，与试样分子在流淌相中的扩散系数系数Dm成反比，成反比，m是由柱和填充的性质确定的因子。是由柱和填充的性质确定的因子。右边其次项为滞留的流淌相中的传质阻力。这是由于固定相的多孔性，会造成某部分流淌相滞留在一个局部，滞留在固定相微孔内的流淌相一般是停滞不动的流淌相中的试样分子要与固定相进行质量交换，必需首先扩散到滞留区。假如

37、固定相的微孔既小又深，传质速率就慢，对峰的扩展影响就大。式中sm是一常数，它与颗粒微孔中被流淌相所占据部分的分数及容量因子有关。明显，固定相的粒度愈小，微孔孔径愈大，传质速率就愈快，柱效就高。对高效液相色谱固定相的设计就是基于这一考虑。液液色谱中固定相传质阻力系数（液液色谱中固定相传质阻力系数（Cs）可用下式表示：）可用下式表示：Cs=sdf2/Ds 公公式式说说明明试试样样分分子子从从流流淌淌相相进进入入固固定定液液内内进进行行质质量量交交换换的的传传质质过过程程与与液液膜膜厚厚度度df平平方方成成正正比比，与与试试样样分分子子在在固固定定液液的的扩扩散散系系数数Ds成成反反比比。式式中中s

38、是是与与容容量量因因子子k有有关关的系数。的系数。气气相相色色谱谱速速率率方方程程和和液液相相色色谱谱速速率率方方程程的的形形式式基基本本一一样样，主主要要区区分分在在液液液液色色谱谱中中纵纵向向扩扩散散项项可可忽忽视视不不计计,影影响响柱柱效效的主要因素是传质阻力项。的主要因素是传质阻力项。速率理论的要点速率理论的要点 (1)(1)组组分分分分子子在在柱柱内内运运行行的的多多路路径径与与涡涡流流扩扩散散、浓浓度度梯梯度度所所造造成成的的分分子子扩扩散散及及传传质质阻阻力力使使气气液液两两相相间间的的安安排排平平衡衡不不能能瞬瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要缘由。间达到等因素是造成

39、色谱峰扩展柱效下降的主要缘由。(2)通通过过选选择择适适当当的的固固定定相相粒粒度度、载载气气种种类类、液液膜膜厚厚度度及及载载气流速可提高柱效。气流速可提高柱效。(3)(3)速速率率理理论论为为色色谱谱分分别别和和操操作作条条件件选选择择供供应应了了理理论论指指导导。阐明白流速和柱温对柱效及分别的影响。阐明白流速和柱温对柱效及分别的影响。(4)各各种种因因素素相相互互制制约约，如如载载气气流流速速增增大大，分分子子扩扩散散项项的的影影响响减减小小，使使柱柱效效提提高高，但但同同时时传传质质阻阻力力项项的的影影响响增增大大，又又使使柱柱效效下下降降；柱柱温温上上升升，有有利利于于传传质质，但但

40、又又加加剧剧了了分分子子扩扩散散的的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。4.流淌相线速度对板高的影响流淌相线速度对板高的影响 5.固定相粒度大小对板高的影响固定相粒度大小对板高的影响 粒度越细，板高越小，并且受线速度影响亦小。粒度越细，板高越小，并且受线速度影响亦小。这就是为什么在这就是为什么在HPLC中接受细颗粒作固定相的依据。中接受细颗粒作固定相的依据。当然，固定相颗粒愈细，柱流速愈慢。只有实行高压当然，固定相颗粒愈细，柱流速愈慢。只有实行高压技术，流淌相流速才能符合试验要求。技术，流淌相流速才能符合试验要求。四、分别度四、分别度 分分别别度度R

41、是是一一个个综综合合性性指指标标。分分别别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，称称总总分分别别效效能能指指标标。分分别别度度又又叫叫辨辨别别率率，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的比值，即半的比值，即 R=2(tr2-tr1)/Y1+Y2 R值值越越大大，表表明明相相邻邻两两组组分分分分别别越越好好。一一般般说说，当当R1时时，两两峰峰有有部部分分重重叠叠；当当R=1时时，分分别别程程度度可可达达98%；当当R=1.5时时，分分别别程程度度可可达达99.7%。通通常常

42、用用R=1.5作作为为相相邻邻两两组组分分已已完完全全分分别别的标记。的标记。第四节第四节 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析一一、色谱的定性分析、色谱的定性分析 色谱定性分析就是要确定各色谱峰所代色谱定性分析就是要确定各色谱峰所代表的化合物。由于各种物质在确定的色谱条件表的化合物。由于各种物质在确定的色谱条件下均有确定的保留值，因此保留值可作为一种下均有确定的保留值，因此保留值可作为一种定性指标。目前各种色谱定性方法都是基于保定性指标。目前各种色谱定性方法都是基于保留值的。但是不同物质在同一色谱条件下，可留值的。但是不同物质在同一色谱条件下，可能具有相像或相同的保留值，即保留值并非专能具有

43、相像或相同的保留值，即保留值并非专属的。因此仅依据保留值对一个完全未知的样属的。因此仅依据保留值对一个完全未知的样品定性是困难的。假如在了解样品的来源、性品定性是困难的。假如在了解样品的来源、性质、分析目的的基础上，对样品组成作初步的质、分析目的的基础上，对样品组成作初步的推断，再结合下列的方法则可确定色谱峰所代推断，再结合下列的方法则可确定色谱峰所代表的化合物。表的化合物。（一）利用纯物质比照定性（一）利用纯物质比照定性 在确定的色谱条件下，一个未知物只有一个在确定的色谱条件下，一个未知物只有一个确定的保留时间。因此将已知纯物质在相同的色确定的保留时间。因此将已知纯物质在相同的色谱条件下的保

44、留时间与未知物的保留时间进行比谱条件下的保留时间与未知物的保留时间进行比较，就可以定性鉴定未知物。若二者相同，则未较，就可以定性鉴定未知物。若二者相同，则未知物可能是已知的纯物质；不同，则未知物就不知物可能是已知的纯物质；不同，则未知物就不是该纯物质。是该纯物质。纯物质比照法定性只适用于组分性质已有纯物质比照法定性只适用于组分性质已有所了解，组成比较简洁，且有纯物质的未知物。所了解，组成比较简洁，且有纯物质的未知物。（二）相对保留值法（二）相对保留值法 相对保留值相对保留值is 是指组分是指组分i与基准物质与基准物质s调整保留值调整保留值的比值的比值 is=tri /trS=Vri /Vrs

45、它仅随固定液及柱温变更而变更，与其它操作条件无它仅随固定液及柱温变更而变更，与其它操作条件无关。关。相对保留值测定方法：在某一固定相及柱温下，分别相对保留值测定方法：在某一固定相及柱温下，分别测出组分测出组分i和基准物质和基准物质s的调整保留值，再按上式计算即的调整保留值，再按上式计算即可。可。用已求出的相对保留值与文献相应值比较即可定性。用已求出的相对保留值与文献相应值比较即可定性。通常选简洁得到纯品的，而且与被分析组分相近的物质通常选简洁得到纯品的，而且与被分析组分相近的物质作基准物质，如正丁烷、环己烷、正戊烷、苯、对二甲作基准物质，如正丁烷、环己烷、正戊烷、苯、对二甲苯、环己醇、环己酮等

46、。苯、环己醇、环己酮等。（三）加入已知物增加峰高法 当未知样品中组分较多，所得色谱峰过密，用上述方法不易分辨时，或仅作未知样品指定项目分析时均可用此法。首先作出未知样品的色谱图，然后在未知样品加入某已知物，又得到一个色谱图。峰高增加的组分即可能为这种已知物。（四）保留指数定性法（四）保留指数定性法 保留指数又称为柯瓦（保留指数又称为柯瓦（Kovts）指数，它表）指数，它表示物质在固定液上的保留行为，是目前运用最广示物质在固定液上的保留行为，是目前运用最广泛并被国际上公认的定性指标。它具有重现性好、泛并被国际上公认的定性指标。它具有重现性好、标准统一及温度系数小等优点。标准统一及温度系数小等优点

47、。保留指数也是一种相对保留值，它是把正构保留指数也是一种相对保留值，它是把正构烷烃中某两个组分的调整保留值的对数作为相对烷烃中某两个组分的调整保留值的对数作为相对的尺度，并假定正构烷烃的保留指数为的尺度，并假定正构烷烃的保留指数为n 100。被测物的保留指数值可用内插法计算。被测物的保留指数值可用内插法计算。保留指数的物理意义在于：它是与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳数乘以100。保留指数仅与固定相的性质、柱温有关，与其它试验条件无关。其精确度和重现性都很好。只要柱温与固定相相同，就可应用文献值进行鉴定，而不必用纯物质相比照。二、定量分析二、定量分析 定量分析的任务是求出混合

48、样品中各组分的百分定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分含量。色谱定量的依据是，当操作条件一样时，被测组含量。色谱定量的依据是，当操作条件一样时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。即：即：i=fi Ai 式中式中 i为被测组分为被测组分i的质量；的质量；Ai为被测组分为被测组分i的峰面的峰面积；积；fi为被测组分为被测组分i的校正因子。的校正因子。可见，进行色谱定量分析时须要：（1）精确测量检测器的响应信号 峰面积或峰高；（2）精确求得比例常数 校正因子；（3）正确选择合适的定量计算方法，将测得的峰面积或峰高换算为组分的百

49、分含量。（一）峰面积测量方法（一）峰面积测量方法 峰面积是色谱图供应的基本定量数据，峰面峰面积是色谱图供应的基本定量数据，峰面积测量的精确与否干脆影响定量结果。对于不同积测量的精确与否干脆影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰接受不同的测量方法。峰形的色谱峰接受不同的测量方法。（1）对称形峰面积的测量）对称形峰面积的测量 峰高乘以半峰宽法峰高乘以半峰宽法 对称峰的面积对称峰的面积 A=1.065 h W1/2（2）不对称形峰面积的测量）不对称形峰面积的测量 峰高乘平均峰宽峰高乘平均峰宽法法 对于不对称峰的测量如仍用峰高乘以半峰宽，对于不对称峰的测量如仍用峰高乘以半峰宽，误差就较大，因此接受峰高乘平

50、均峰宽法。误差就较大，因此接受峰高乘平均峰宽法。A=1/2 h（W0.15+W0.85）式中式中W0.15 和和 W0.85分别为峰高分别为峰高0.15倍和倍和0.85倍处倍处的峰宽。的峰宽。（二）定量校正因子（二）定量校正因子 色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。但是峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且正比。但是峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质有关。即当两个质量相同的不同组分在相还与它的性质有关。即当两个质量相同的不同组分在相同条件下运用同一检测器进行测定时，所得的峰面积却同条件下运用同一检测器进行测定时，所得的峰