1第二章色譜基本理論第一節色譜圖及色譜基本概念第二節塔板理論第三節速率理論2第一節色譜圖及色譜基本概念一、色譜圖及相關名詞

（一）色譜圖色譜圖（流出曲線）：色譜柱流出物通過檢測器系統時所產生的響應信號強度隨時間或載氣流出體積的變化曲線圖。基線：當沒有待測組分進入檢測器時，檢測器響應信號的變化的曲線。穩定的基線是一條水平直線。信號時間或載氣流出體積3（二）相關名詞1、色譜峰：色譜柱流出組分通過檢測器系統時所產生的響應信號的微分曲線。2、峰底：峰的起點和終點之間連接的直線，與基線重合。3、峰高（h）：峰最大值到峰底的距離。4、峰面積（A）:色譜峰與峰底之間的面積。45、峰寬(W)：在峰兩側拐點處所作的切線與峰底兩交點之間的距離。6、半高峰寬(W1/2)：通過峰高的中點做平行于峰底的直線，此直線與峰兩側相交，這兩點之間的距離。7、標準偏差（σ）：對應0.607倍峰高處峰寬的一半。以上三個區域寬度均反映色譜柱及色譜條件的選擇是否合適5正常峰（對稱）畸峰前伸峰拖尾峰色譜峰8、畸峰：形狀不對稱的峰。拖尾峰：后沿較前沿平緩的畸峰。前伸峰：與拖尾峰相對應。前沿較后沿平緩的畸峰。拖尾峰前伸峰69、假峰：不是樣品產生的峰。10、基線噪音（N）：儀器本身所固有的，以噪音帶表示。（儀器越好，噪音越小）11、基線漂移：基線向某個方向穩定移動。（儀器不穩定造成）7從色譜流出曲線中，可得許多重要信息：(i)根據色譜峰的個數，可以判斷樣品中所含組分的最少個數；(ii)根據色譜峰的保留值，可以進行定性分析；(iii)根據色譜峰的面積或峰高，可以進行定量分析；(iv)色譜峰的保留值及其區域寬度，是評價色譜柱分離效能的依據；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評價色譜條件選擇是否合適的依據。8二．色譜基本參數這是一段含有兩個樣品組分（彩色的圓點）的色譜柱的橫截面，它既沒有填料，也沒有涂層，這樣的色譜柱只是空柱。如果過幾分鐘后再觀察，色譜柱內的情況就發生了改變。由于載氣流的帶動，樣品向柱的右端移動，并且由于樣品區域和周圍載氣中樣品濃度的不同而使得樣品區帶展寬。樣品組分仍然是混合在一起的。9現在我們在柱子的內表面涂一層高沸點物質，然后重復此實驗。我們選用能夠溶解蘭色圓點組分而不能溶解黃色圓點組分的固定液。蘭色組分在固定相和載氣兩相之間進行分配，黃色組分則停留在氣相中，幾秒鐘以后我們再觀察色譜柱。黃色組分與涂層之間沒有作用，它隨載氣一同流過色譜柱，并首先從色譜柱中流出。蘭色組分在固定液和載氣之間進行分配，它以較慢的速度流過色譜柱，而后流出色譜柱。樣品已經開始分離為兩個峰。101、死時間tM：不被固定相溶解或吸附的物質進入色譜柱時，從進樣到出現峰極大值所需要的時間。即組分在流動相中的所消耗的時間，或流動相充滿柱內空隙體積占據的空間所需要的時間。可以用死時間測定流動相平均線速度（u）。

u=L/tM

(L是柱長)112、保留時間tR：組分從進樣開始到出現峰極大點時所經歷的時間，即組分通過色譜柱，到達檢測器所需要的時間。包含了組分隨流動相通過柱子所需的時間和組分在固定相中滯留的時間。3、調整保留時間tR’：組分的保留時間與死時間的差值。即組分在固定相中滯留的時間。124、死體積Vm：不被保留的組分通過色譜柱所消耗的流動相的體積，又指色譜柱中未被固定相所占據的空隙體積，以及色譜儀中的部分管路、連接頭的空間、以及進樣器和檢測器的空間總和。5、保留體積VR：從進樣開始到組分出現濃度極大點時所消耗的流動相的體積。6、調整保留體積VR’：保留體積與死體積之差，即組分停留在固定相時所消耗流動相的體積。137、分離度兩個相鄰色譜峰的分離程度。以兩個組分保留值之差與其平均峰寬值之比來表示。W2W1t信號tR2tR1W1W2tR2t信號tR114R﹤1，兩個色譜峰未完全分離，峰部分重疊R=1，色譜峰明顯分離R≥1.5，在實際操作中認為色譜峰可以完全分離15W△xx1x2分離度在TLC中的應用x16色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離，組分要達到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數決定的，即與色譜過程的熱力學性質有關。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和擴散行為決定的，即與色譜過程的動力學性質有關。因此，要從熱力學和動力學兩方面來研究色譜行為。8、分配系數K和分配比k17

分配系數是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達平衡時的濃度之比值，即

K=組分在固定相中的濃度

/

組分在流動相中的濃度（1）分配系數K

吸附色譜的分離是基于反復多次的吸附-脫附過程。這種分離過程經常用樣品分子在兩相間的分配來描述。K=

分配系數是由組分和固定相的熱力學性質決定的，它僅與固定相和溫度兩個變量有關。與兩相體積、柱管的特性以及所使用的儀器無關。18（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平衡時，分配在固定相和流動相中的物質的量之比。即

k=ns/nLk值是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數。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。19（3）分配系數K與分配比k的關系

K=Cs/CL=nsVL/nL

VS=k.

相比率（β）：色譜柱中氣相與液相體積之比。

=V

L/VS

20（4）等溫線和分離條件等溫線：指一定溫度下，某組分在兩相中分配達平衡時，在兩相中的濃度關系曲線。線性等溫線理想→對稱峰非線性等溫線凸形→拖尾峰凹形→前伸峰斜率=K對稱峰前伸峰拖尾峰21線性等溫線（理想）→對稱峰非線性等溫線凸形→拖尾峰凹形→前沿峰固定相表面活性吸附中心未達飽和，K一定，與溶質濃度無關

固定相表面吸附中心活性不均，K不同,先占據強吸附中心,再占據弱吸附中心，K隨著溶質濃度的增加而減小溶質與固定相作用，改變其表面性質,K隨著溶質濃度的增加而增加斜率=K對稱峰前沿峰拖尾峰229、相對保留值ri,s（選擇性系數α）：某組分i與s的調整保留值之比。由于相對保留值只與柱溫及固定相的性質有關，而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關，因此它是色譜法中，特別是氣相色譜法中廣泛使用的定性數據。這里，組分s為標準樣品，i為其它待求組分。可見，相對保留值可能大于1，也可能小于1。

在多元組分混合物中，通常選擇一對最難分離的物質對，將他們的相對保留值作為重要參數。2310、保留指數IX：以色譜圖上位于待測物X兩側的相鄰正構烷烴的保留值為基準，用對數內差法求得。這是定性指標的一種參數。對于正構烷烴，規定其保留指數為碳原子數乘100。z+1xztc24作業1由氣相色譜分析中獲得下列數據。死時間是多少？并分別計算A和B的保留時間和調整保留時間。3.762.330.15保留時間（min）BA空氣組分名稱作業2在一色譜圖上有六個色譜峰，各個峰的保留時間如下：（單位：min）空氣2.5；正庚烷16.4；正己烷9.0；甲苯19.2；環己烷15.1；正辛烷31.5計算甲苯和環己烷的保留指數。25作業3：計算分離度（單位：分鐘）

0.110.090.130.110.230.2026一、關于塔板理論的假設在柱內一小段長度（H）內，組分可以在兩相間迅速達到平衡。這一小段柱長稱為理論塔板高度（H），簡稱板高。對于一根長為L的色譜柱，平衡的次數應為

n=L/Hn稱為理論塔板數塔板模型將一根色譜柱視為一個精餾塔，即色譜柱是由一系列連續的、相等的水平塔板組成。第二節塔板理論27載氣L01234n=H與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論塔板數的增加而增加，隨板高的增大而減小。283.所有組分開始時存在于第0號塔板上，而且樣品沿軸（縱）向擴散可忽略。2.載氣進入色譜柱不是連續進行的，而是脈動式，每次進入載氣為一個塔板體積。載氣LH294.假定組分在所有的塔板上都是線性等溫分配。分配系數（K）在所有塔板上是常數，與組分在某一塔板上的量無關，這就是所謂的線性色譜。3.所有組分開始時存在于第0號塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴散可忽略。2.載氣進入色譜柱不是連續進行的，而是脈動式，每次進氣為一個塔板體積。載氣LH30二、塔板理論簡介1、以圖形講解塔板理論的實質2、用表格將圖形抽象化31載氣01234Ln=H載氣1005050K=1樣品=100當量000000252525250505032載氣01234Ln=H載氣10005050505000252525252525252500VVCC3313.724.716.67.21.80.2913.727.422.011.13.20.4811.827.427.416.56.60.877.923.531.323.59.51.663.215.731.331.315.73.2506.32537256.340012.537.537.512.53000255025200005050100000100043210體積柱后樣品塔板號載氣100當量的物質在柱中及柱后的分布情況34組分流出

的百分數流動相進入的塔板數35CV物質A和B在色譜柱中的分配及流出曲線β＝1，n=11KA=1/3KB=336

1、理論塔板數n大于50時，可得到基本對稱的峰形曲線。在氣相色譜柱的n約為103~106

，因而這時的流出曲線可趨近于正態分布曲線。

2、當樣品進入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數有微小差異，仍可獲得良好的分離。

3、n與半峰寬及峰底寬的關系式為：

n=5.54(tR/Wh/2)2=16(tR/W)2

式中tR

與Wh/2(W)應采用同一單位（時間或距離、體積）。從公式可以看出，在tR

一定時，如果色譜峰很窄，則說明n越大，H越小，柱效能越高。

三、塔板理論的結論37有效塔板數

neff=5.54(tR

/Wh/2)2=16(tR

/W)2

有效板高：Heff=L/neff在不同的色譜條件下，對不同物質求算理論塔板數不同，因此在說明柱效時，除了注明色譜條件，還應指出用何種物質進行測量。對以上三點結論進行修正：38例已知某組分峰的峰底寬為40s，保留時間為400s

，計算此色譜柱的理論塔板數。四、塔板理論的應用tctRW

解：n=16(tR/W)2

=16

（400/40）2

=1600塊39塔板理論的不足：只定性給出塔板高度的概念，卻無法解釋影響板高的因素；排除了一個重要參數——流動相的線速度u，因而無法解釋柱效與流速關系，更無法提出降低板高的途徑。第三節速率理論

載氣流速對柱效的影響：FC(mL/min)4513002100230014520n40一、氣相色譜速率理論FC(mL/min)4513002100230014520n1）FC<45,傳質速率適應分配平衡的要求2）FC>45,縱向擴散的影響減小以上均與擴散有關411956年，VanDeemter（荷蘭）在g-lGC中，引入板高的概念，并從動力學角度較好地解釋了影響柱效的因素。渦流擴散項分子擴散項傳質阻力項假設：1）兩相間分配瞬時完成2）相鄰塔板間無縱向擴散要求：1）載氣流速慢2）載氣流速快42渦流擴散項系數分子擴散項系數傳質阻力項系數VanDeemter方程氣相傳質阻力系數液相傳質阻力系數C=Cg+ClH∝A,B,C，峰越尖銳，柱效，，一定，三個常數--ˉˉnHu43流速與柱效的關系44①②③(1)渦流擴散項：A

產生原因：載氣攜樣品進入色譜柱，遇到來自固定相顆粒的阻力→路徑不同→渦流擴散渦流擴散項系數45(2)縱向擴散項（分子擴散項）：B/u產生原因：縱向擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構型呈“塞子”狀。它隨著流動相向前推進，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發的向前和向后擴散，造成譜帶展寬。影響因素：46載體載氣固定液氣液界面固液界面(3)傳質阻力項：C·u47產生原因：如果載體表面有比較多的毛細深孔，那么在載體表面上的固定液膜厚度不均勻，增加了樣品在溶解和揮發的時間，從而造成譜峰擴張。①氣相傳質過程在氣相和氣液界面上②液相傳質過程在氣液界面和固定相間48對于填充柱GC傳質阻力項系數C對于g－lGC傳質阻力項系數C附：相比率（β）為色譜柱中氣相與液相體積之比。

=V

L/