1第二章色譜基本理論第一節(jié)色譜圖及色譜基本概念第二節(jié)塔板理論第三節(jié)速率理論2第一節(jié)色譜圖及色譜基本概念一、色譜圖及相關(guān)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(tǒng)時所產(chǎn)生的響應(yīng)信號強度隨時間或載氣流出體積的變化曲線圖。基線：當(dāng)沒有待測組分進(jìn)入檢測器時，檢測器響應(yīng)信號的變化的曲線。穩(wěn)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(guān)名詞1、色譜峰：色譜柱流出組分通過檢測器系統(tǒng)時所產(chǎn)生的響應(yīng)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(cè)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(cè)相交，這兩點之間的距離。7、標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）：對應(yīng)0.607倍峰高處峰寬的一半。以上三個區(qū)域?qū)挾染从成V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(yīng)。前沿較后沿平緩的畸峰。拖尾峰前伸峰69、假峰：不是樣品產(chǎn)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(wěn)定移動。（儀器不穩(wěn)定造成）7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)挾龋窃u價色譜柱分離效能的依據(jù)；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評價色譜條件選擇是否合適的依據(jù)。8二．色譜基本參數(shù)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(nèi)的情況就發(fā)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(qū)域和周圍載氣中樣品濃度的不同而使得樣品區(qū)帶展寬。樣品組分仍然是混合在一起的。9現(xiàn)在我們在柱子的內(nèi)表面涂一層高沸點物質(zhì)，然后重復(fù)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(jìn)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(jìn)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(jīng)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(zhì)進(jìn)入色譜柱時，從進(jìn)樣到出現(xiàn)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(nèi)空隙體積占據(jù)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(jìn)樣開始到出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)歷的時間，即組分通過色譜柱，到達(dá)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(diào)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(jù)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(jìn)樣器和檢測器的空間總和。5、保留體積VR：從進(jìn)樣開始到組分出現(xiàn)濃度極大點時所消耗的流動相的體積。6、調(diào)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(rèn)為色譜峰可以完全分離15W△xx1x2分離度在TLC中的應(yīng)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(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。8、分配系數(shù)K和分配比k17

分配系數(shù)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(dá)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(shù)K

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

分配系數(shù)是由組分和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)決定的，它僅與固定相和溫度兩個變量有關(guān)。與兩相體積、柱管的特性以及所使用的儀器無關(guān)。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(dá)平衡時，分配在固定相和流動相中的物質(zhì)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(shù)。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)。19（3）分配系數(shù)K與分配比k的關(guān)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(dá)平衡時，在兩相中的濃度關(guān)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(dá)飽和，K一定，與溶質(zhì)濃度無關(guān)

固定相表面吸附中心活性不均，K不同,先占據(jù)強吸附中心,再占據(jù)弱吸附中心，K隨著溶質(zhì)濃度的增加而減小溶質(zhì)與固定相作用，改變其表面性質(zhì),K隨著溶質(zhì)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(shù)α）：某組分i與s的調(diào)整保留值之比。由于相對保留值只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關(guān)，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(shù)據(jù)。這里，組分s為標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)對，將他們的相對保留值作為重要參數(shù)。2310、保留指數(shù)IX：以色譜圖上位于待測物X兩側(cè)的相鄰正構(gòu)烷烴的保留值為基準(zhǔn)，用對數(shù)內(nèi)差法求得。這是定性指標(biāo)的一種參數(shù)。對于正構(gòu)烷烴，規(guī)定其保留指數(shù)為碳原子數(shù)乘100。z+1xztc24作業(yè)1由氣相色譜分析中獲得下列數(shù)據(jù)。死時間是多少？并分別計算A和B的保留時間和調(diào)整保留時間。3.762.330.15保留時間（min）BA空氣組分名稱作業(yè)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(huán)己烷15.1；正辛烷31.5計算甲苯和環(huán)己烷的保留指數(shù)。25作業(yè)3：計算分離度（單位：分鐘）

0.110.090.130.110.230.2026一、關(guān)于塔板理論的假設(shè)在柱內(nèi)一小段長度（H）內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)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(shù)應(yīng)為

n=L/Hn稱為理論塔板數(shù)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(xù)的、相等的水平塔板組成。第二節(jié)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(shù)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(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動式，每次進(jìn)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(shù)（K）在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)，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(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動式，每次進(jìn)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(zhì)2、用表格將圖形抽象化31載氣01234Ln=H載氣1005050K=1樣品=100當(dāng)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(dāng)量的物質(zhì)在柱中及柱后的分布情況34組分流出

的百分?jǐn)?shù)流動相進(jìn)入的塔板數(shù)35CV物質(zhì)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(shù)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(tài)分布曲線。

2、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，仍可獲得良好的分離。

3、n與半峰寬及峰底寬的關(guān)系式為：

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

式中tR

與Wh/2(W)應(yīng)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(jié)論37有效塔板數(shù)

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(zhì)求算理論塔板數(shù)不同，因此在說明柱效時，除了注明色譜條件，還應(yīng)指出用何種物質(zhì)進(jìn)行測量。對以上三點結(jié)論進(jìn)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(shù)。四、塔板理論的應(yīng)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(shù)——流動相的線速度u，因而無法解釋柱效與流速關(guān)系，更無法提出降低板高的途徑。第三節(jié)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(zhì)速率適應(yīng)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(guān)411956年，VanDeemter（荷蘭）在g-lGC中，引入板高的概念，并從動力學(xué)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(zhì)阻力項假設(shè)：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(shù)分子擴散項系數(shù)傳質(zhì)阻力項系數(shù)VanDeemter方程氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C=Cg+ClH∝A,B,C，峰越尖銳，柱效，，一定，三個常數(shù)--ˉˉnHu43流速與柱效的關(guān)系44①②③(1)渦流擴散項：A

產(chǎn)生原因：載氣攜樣品進(jìn)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(shù)45(2)縱向擴散項（分子擴散項）：B/u產(chǎn)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(gòu)型呈“塞子”狀。它隨著流動相向前推進(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(zhì)阻力項：C·u47產(chǎn)生原因：如果載體表面有比較多的毛細(xì)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(fā)的時間，從而造成譜峰擴張。①氣相傳質(zhì)過程在氣相和氣液界面上②液相傳質(zhì)過程在氣液界面和固定相間48對于填充柱GC傳質(zhì)阻力項系數(shù)C對于g－lGC傳質(zhì)阻力項系數(shù)C附：相比率（β）為色譜柱中氣相與液相體積之比。

=V

L/