1、關于色譜法的基本原理第一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.1 色譜法概述 2.1.1 色譜法的起源和發展 胡蘿卜素(黃色)石油醚+植物色素石油醚CaCO3固定相葉綠素(綠色)葉黃素(黃色)第二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月液液分配色譜硅膠水乙醇氯仿(流動相) 各種氨基酸硅膠為載體水為固定相第三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月年代發明者發明的色譜方法或重要應用1906Tswett用碳酸鈣作吸附劑分離植物色素。最先提出色譜概念。1931Kuhn, Lederer用氧化鋁和碳酸鈣分離a-、b-和g-胡蘿卜素。使色譜法開始為人們所重視。1938Izmailov, Shrai

2、ber最先使用薄層色譜法。1938Taylor, Uray用離子交換色譜法分離了鋰和鉀的同位素。1941Martin, Synge提出色譜塔板理論；發明液-液分配色譜；預言了氣體可作為流動相（即氣相色譜）。1944Consden等發明了紙色譜。1949Macllean在氧化鋁中加入淀粉黏合劑制作薄層板使薄層色譜進入實用階段。1952Martin, James從理論和實踐方面完善了氣-液分配色譜法。1956Van Deemter等提出色譜速率理論，并應用于氣相色譜。1957基于離子交換色譜的氨基酸分析專用儀器問世。1958Golay發明毛細管柱氣相色譜。1959Porath, Flodin發表凝

3、膠過濾色譜的報告。1964Moore發明凝膠滲透色譜。1965Giddings發展了色譜理論，為色譜學的發展奠定了理論基礎。1975Small發明了以離子交換劑為固定相、強電解質為流動相，采用抑制型電導檢測的新型離子色譜法。1981Jorgenson等創立了毛細管電泳法。第四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月一、色譜法的定義2.1.2 色譜法定義和分類定義：利用不同溶質（樣品）與固定相和流動相之間的作用力（分配、吸附、離子交換等）的差別，當兩相做相對移動時，各溶質在兩相間進行多次平衡，使各溶質達到相互分離。特點： 高超的分離能力，是一種物理化學分析方法第五張，PPT共九十頁，創作于202

4、2年6月具體優點：（1）分離效率高。（2）應用范圍廣。（3）分析速度快。（4）樣品用量少。（5）靈敏度高。（6）分離和測定一次完成。（7）易于自動化，可在工業流程中使用。 定性能力較差。 色譜法的缺點第六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月二、色譜法的重要概念固定相流動相色譜柱 第七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月1、按流動相所處的狀態分類 氣相色譜 - 用氣體作流動相 液相色譜 - 用液體作流動相氣固色譜氣液色譜液固色譜液液色譜三、色譜法的分類超臨界流體色譜第八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2、按固定相使用的形狀分類柱色譜：固定相裝在柱管內。紙色譜薄層色譜(紙色譜和薄層

5、色譜又統稱作平板色譜)第九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月3、按分離過程的物理化學原理分類 吸附色譜 (LS，GS) 分配色譜 (LL，GL) 離子交換色譜 (LS) 空間排阻色譜 (LS)第十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月吸附色譜 (LS，GS)第十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月分配色譜 (LL，GL)Conditioned sorbentGood transport between sampleand sorbent硅膠水第十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月離

6、子交換色譜 (LS)OHElectrostatic attractionSilica baseCO2HCO2-OCON(CH3)2+NNH3+SO3- 第十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月空間排阻色譜 (LS)第十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.2 色譜分離原理1. 分配系數（K）Cs： 被測組分在固定相中的濃度Cm： 被測組分在流動相中的濃度2.2.1 分配系數和分配比 第十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月分配系數意義：K是熱力學常數，K值除了與溫度、壓力有關外，還與被測物、固定相和流動相的性質有關。K值大Cs大tR長移動速度慢。若兩組分的K值相等兩個組分分

7、離開。 第十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2. 分配比（k）：相比 第十九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月分配比的意義：k隨K和的變化而變化；k值越大ms越多柱的容量大 k又稱作容量因子。 k是表征色譜柱對被測組分保留能力的主要參數。 第二十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.2.2 色譜法分離原理第二十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月色譜分離過程的特點：不同組分在通過色譜柱時移動速度不等。流動相 BBA空氣B A+B A檢測和記錄A+B+空氣進樣固定相流動相第二十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月10020030040050.0310.00160

8、.0780.00470.1180.00880.1380.01490.1380.021100.1250.03110.1050.04120.0830.045130.0630.05第二十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.3 色譜流出曲線 五種磺胺的色譜圖第二十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月氣相色譜分離多環芳烴色譜圖第二十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月一、色譜流出曲線或色譜圖 以檢測器對組分的響應信號為縱坐標，流出時間(或流出體積)為橫坐標作圖所得的曲線。 Rf (t, V)二、色譜流出曲線構成： 由基線和色譜峰組成。基線：指僅有流動相通過而沒有待測物，檢測器響應信

9、號隨流出時間的變化。色譜峰：在基線上突起的部分，它是由引入流動相中被測物引起的。第二十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月色譜圖或色譜流出曲線第二十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月描述色譜峰三種參數峰高(或峰面積) 峰的大小區域寬度 峰的形狀保留值(時間t、體積v) 峰的位置2.3.1 色譜峰高斯分布曲線第二十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月1峰高h2標準偏差，0.607h處，拐點處，峰寬正好為23峰面積A A1.065hY1/24半峰寬Y1/2 Y1/2=2.3545峰底寬Y=4，拐點作切線與基線相交，相交兩點間距離為峰底寬Y。Y1/2、Y統稱為區域寬度第二十九張，

10、PPT共九十頁，創作于2022年6月 通常用將各組分帶出色譜柱所需的載氣體積或時間表示。2.3.2 保留值定義： 在一定的固定相和操作條件下，任何一種物質都有一個固定的保留值，故組分的保留值可用于該組分的定性鑒定。 特點：第三十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月1死時間tM說明：實際上就是流動相通過色譜柱所需要的時間?；蚴墙M分在流動相中所消耗的時間。 tM由色譜柱中流動相體積Vm與流動相流速決定，與被測組分和固定相無關。 第三十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2. 保留時間tR 定義：從進樣開始到柱后, 組分出現響應信號極大值 時所需時間。說明：組分的保留時間就是組分通過色譜柱

11、所需的時間。即組分在色譜柱內運行的時間。影響因素：流 動 相性質、在色譜柱中的體積Vm和流速固 定 相性質、在色譜柱中的體積Vs；被測組分性質 第三十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月3. 調整保留時間（ ）定義：扣除死時間后的保留時間。說明：組分在固定相中停留的時間。= 注意：第三十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月4. 流動相的流速 定義：單位時間流動相所通過的距離-線流速，u單位時間通過流動相的體積-體積流速，F單位時間通過流動相的量-質量流速，Fm和摩爾流速，Fn)F、Fm和Fn常稱作流量。第三十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月線流速 l/t (m/min)體

12、積流速v/t (ml/min)質量流速m/t (g/min)F說明： 在流路的任何一點， 質量流速或摩爾流速相等。 Fm=Fn 對于氣相色譜，線流速和體積流速可能各處不同； 對于液相色譜，線流速可能不一樣，但體積流速可視為各處相同。 氣體狀態方程不同位置處，線流速不同第三十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月氣相色譜中柱內平均體積流速的確定c點處的平均體積流速 為柱內氣體的平均摩爾流速 為流量計內r處氣體的摩爾流速 Fc很難測，且為柱內平均值，Fr易測，求Fr與Fc的關系即可。第三十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第三十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第三十八張，PP

13、T共九十頁，創作于2022年6月柱內平均壓力 Pcr點處載氣的壓力Pr Pr = PoPw 第三十九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月壓力校正項濕度校正項溫度校正項第四十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月5. 死體積VM定義：不被固定相保留的組分，通過色譜柱時所需流動相的體積。 計算：VM = tM 第四十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月6. 保留體積VR 定義：從進樣開始到柱后出現待測組分響應信號極大值時所通過的載氣體積。計算： VR = tR 注意：各種保留時間受流動相流速的影響，各種保留體積與流動相流速無關。第四十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月7. 調整

14、保留體積定義： 保留體積扣除死體積后的體積計算公式： = = VR VM 計算公式：第四十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月8. 相對保留值 r2,1 （選擇性因子 ）定義：相對保留值 r2,1是指組分2的調整保留值與組分1的調整保留值之比公式：越大兩組分容易分離； = 1時兩組分不能分開。 說明： 只與柱溫和固定相性質有關 第四十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月9. 保留值與分配比的關系被測物在色譜柱內的平均線流速x為 流動相在色譜柱內的平均線流速為 L為色譜柱長被測物出現在流動相中的幾率為 x 與 的關系為 第四十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月色譜柱長是一定的

15、，所以 第四十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月色譜過程方程：表達了保留時間與分配系數或容量因子兩個重要參數的關系。 容量因子越大，溶質的保留時間也越長。 對于混合物，分配系數不等是分離的前提。第四十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月例2.1 已知Vs = 2.0 mL，Fc = 50 mLmin-1，tR = 5 min，tM = 1 min。求VM，VR， ，k，K。 第四十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第四十九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月 色譜流出曲線可以解決的問題1樣品所含最少組分個數 2可以進行定性分析3可以進行定量分析4可對色譜柱效能進行評價

16、5. 色譜過程的熱力學問題6. 色譜過程的動力學問題總結第五十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月色譜理論 色譜理論需要解決的問題： 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及其關系 色譜分離過程的熱力學和動力學問題。第五十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.4 塔板理論 第五十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.4.1 塔板理論的假設1. 柱分成n段，n為理論塔板數，每段高為H，H為塔板高度，柱長為L，則n=L/H2. 所有組分開始都加在第零號塔板上。3. 在每塊塔板上被測物在兩相間平衡是瞬間建立的。4. 流動相是以脈沖式(塞子式)進入色譜柱進行沖

17、洗的，每次恰好為一個塔板體積V。5. 在所有塔板上，同一組分的分配系數為常數，即和組分的量無關。6. 沿色譜柱方向不存在塔板與塔板間被測物的縱向擴散。第五十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第五十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月假定：K=1 Vs/Vm=1 k=1 n=5 進樣量 m=1mg 板體積數（V）0123400.50.51V0.250.250.250.252V0.1250.250.1250.1250.250.1253V0.06250.1880.1880.06250.06250.1880.1880.06254V0.03120.1250.1880.1250.03120.

18、03120.1250.1880.1250.0312檢測器第五十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月這一理論得到結果1分布有一最大，兩邊逐漸減小2色譜流出曲線的形狀類似于數學上的正態分布曲線正態分布方程為：第五十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月C：不同流出體積時的組分濃度m：進樣量 VR：保留體積n：塔板數 V ：流出體積將正態分布方程用于色譜流出曲線方程的數學表達式，也稱塔板理論方程 ： 第五十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月令：為標準偏差 令：m = 1 當VVR時， 當則則：第五十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月將代入第五十九張，PPT共九十頁，創作于2

19、022年6月由Y1/2 = 2.354 和 Y = 4 可證明Y1/2=0.5885Y第六十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月為了準確評價色譜柱效能，宜采用有效塔板數neff和有效塔板高度Heff第六十一張，PPT共九十頁，創作于2022年6月理論塔板數和有效塔板數關系說明：對于n和neff以及H和Heff，用同一色譜柱時對不同物質是不一樣的；同一物質，對不同柱子也不一樣。第六十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月塔板理論的成功與不足成功：1、導出了色譜流出曲線的數學表達式；2、說明了色譜峰的形狀呈正態分布；3、解釋了濃度極大點；4、提出了評價柱效的參數(n)及其計算式 不足：1、

20、僅考慮了熱力學因素，沒有考慮動力學因素；2、不能說明影響柱效的因素及譜帶擴張的原因；3、不能說明流動相流速對柱效的影響，而實驗事實是流速不同時測得的n (或H)不同 第六十三張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.5 速率理論2.5.1 氣相色譜法色譜過程的動力學理論塔板高度H 與載氣線速度的關系第六十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月A 為渦流擴散項，B 為分子擴散項系數，C 為傳質阻力項系數， 為載氣的平均線流速范弟姆特方程第六十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月1渦流擴散項AA = 2dP：填充不規則因子dP：填充物顆粒的平均直徑第六十六張，PPT共九十頁，創作于20

21、22年6月第六十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月影響： 填充物顆粒的大小、分布以及填充均勻的程度；不受影響：載氣性質、線速度和組分無關。減小渦流擴散提高柱效的有效途徑： 使用適當小的顆粒，且顆粒均勻的填充物，并盡量填充均勻。對于空心毛細管柱，A = 0。 A = 2dP第六十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月12與顆粒的均勻程度有關及填充的均勻程度有關第六十九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2分子擴散項分子擴散項的系數B ： B = 2Dg ： 彎曲因子Dg：組分在氣相中的擴散系數(cm2s-1)第七十張，PPT共九十頁，創作于2022年6月第七十一張，PPT共九十頁

22、，創作于2022年6月與填充物有關： 對于填充柱， = 0.50.7； 對于毛細管柱， = 1.0。 Dg與組分的性質、載氣的性質、柱溫和柱壓等因素有關： 分子量大的組分Dg小； Dg反比于載氣分子量的平方根, 故采用分子量較大的載氣可使B項降低； Dg隨柱溫升高而增大，而隨柱壓增大而減小。B = 2Dg第七十二張，PPT共九十頁，創作于2022年6月3傳質阻力項 C傳質：物質因濃度不均勻而發生的遷移過程稱為傳質 傳質阻力：影響此遷移過程速度的阻力稱為傳質阻力 傳質阻力種類：包括氣相和液相傳質阻力，而傳質阻力系數也包括氣相傳質阻力系數Cg和液相傳質阻力系數ClC = Cg + Cl 第七十三張

23、，PPT共九十頁，創作于2022年6月氣相傳質過程氣相傳質過程是待測組分從氣液界面移動到氣相內部而后又移動到液相表面的過程。第七十四張，PPT共九十頁，創作于2022年6月影 響：Cg與填充物粒度dp的平方成正比，與組分在載氣流中的擴散系數Dg成反比。解決方法：因此采用粒度小的填充物和分子量小的氣體作載氣可使Cg減小,從而提高柱效。對于填充柱：氣相傳質阻力系數第七十五張，PPT共九十頁，創作于2022年6月液相傳質過程液相傳質過程是指待測組分從氣液界面移動到液相內部，發生質量交換以達到分配平衡，然后又返回氣液界面的傳質過程。第七十六張，PPT共九十頁，創作于2022年6月影 響：固定相液膜厚度

24、（df） 和組分在液相中的擴散系數（Dl ）。解決方法：減小液膜厚度df，增大組分在液相中的擴散系數Dl，均可提高柱效。 液相傳質阻力系數第七十七張，PPT共九十頁，創作于2022年6月速率理論方程填料性質：填料顆粒均勻程度、填料顆粒大小填充情況：填料在色譜柱中填充均勻程度流動相：流動相種類和流速固定相：固定液厚度公式說明影響n或H的因素結論：范弟姆特方程對色譜分離條件的選擇具有指導意義第七十八張，PPT共九十頁，創作于2022年6月2.6 分離度(Rs)2.6.1 定義Rs是相鄰兩組分色譜峰保留值 和 之差與兩個組分色譜峰峰底寬Y1和Y2總和的一半的比值 衡量色譜圖中相鄰兩峰分離程度意義第七十九張，PPT共九十頁，創作于2022年6月熱力學因素（兩峰離開距離）動力學因素（兩峰寬