第六章 分离分析导论ppt

k’随T、固定相、流动相的体积变化而变化
k’越大，组分在固定相中质量越多， tR越长
K、k’越大，组分在固定相中tR就越长
经推导得k’与tR之间的关系：
三、色谱图及常用术语
k’= t’R / t0 = (tR-t0) / t0 k’= V’R / V0 = (VR-V0) / V0
总结 （1）色谱峰的位置即保留值—进行定性分析。 （2）色谱峰的h .A —进行定量分析。 （3）色谱峰的位置及峰的宽度—可评价色谱 柱效 的高度。
（1）涡流扩散项A
在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时， 流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向， 使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动， 故称涡流扩散。
四、色谱法的基本理论
A＝2λdp A与填充物的平均直径dp的大小和 填充不规则因子λ有关。 减小Ａ：固定相颗粒应适当细小、均 匀填充要均匀。
四、色谱法的基本理论
（2）分子扩散项B/u（纵向扩散项）
待测组分是以“塞子”的形式被流动相带入 色谱柱的，在“塞子”前后存在浓度梯度，由浓→ 稀方向扩散，产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。
四、色谱法的基本理论
B＝2γD γ——是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，也 称弯曲因子，它反映了固定相的几何形状对分子扩散 的阻碍情况。 D——为组分在流动相中扩散系数（c m2· s-1）。 Dg气相扩散系数比液相扩散系数Dm大的多（约105倍） 减小纵向扩散项Ｂ／u 采取措施： ① 适当提高流动相流速u，减小保留时间 ② 用相对分子质量较大的气体作流动相。 ③ 适当降低柱温Ｔc .
四、色谱法的基本理论
四、色谱法的基本理论
2、柱效能—指色谱柱在分离过程中的分离效能，常用n，Ｈ 来描述，n 越大，Ｈ越小，柱效越高，对单个组分而言。 对多个组分的分离来说，无法用n ,H 来描述，n 大，Ｈ 小，几个峰未必分的开。
t R 2 t R1 R (Wb 2 Wb1 ) / 2
式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响，
是色谱分离的
热力学因素。
分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是
色谱分离的动力
学因素。
从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分离越好。
四、色谱法的基本理论
两个峰tR 相差越大，W越窄，Ｒ值越大， 说明柱分离较能高。 Ｒ≥１.5 两个组分能完全分开。 Ｒ＝１.0 两组分能分开，满足分析要求。 Ｒ＜１.0 两峰有部分重叠。
四、色谱法的基本理论
（3）传质阻力项Cu
传质阻力系数包括两部分， Ｃ＝Ｃm +Cs两项组成 Cm —流动相传质阻力系数 组分从流动相移动到固定相 表面进行两相之间的质量交换时所受到的阻力，质量 交换慢，引起色谱峰变宽。
0.01k ' d p Cm n 2 (1 k ' ) Dg
2
2
四、色谱法的基本理论
四、色谱法的基本理论
一、塔板理论
在50年代，色谱技术发展的 初期，Martin等人把色谱 分离过程比作分馏过程，并 把分馏中的半经验理论－塔 板理论用于色谱分析法。
四、色谱法的基本理论
1、 塔板理论把色谱柱比作一个分馏
塔，假设柱内有n个塔板，每个塔板高度 称为理论塔板高度，用H表示，在每个 塔板内，试样各组分在两相中分配并达 到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发 度小的组分彼此分离，挥发度大的最先 从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论 并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱 分离和一般的分馏塔分离有着重大的差 别，但是因为这个比喻形象简明，因此 几十年来一直沿用。
值，定性参数。
二、原子吸收光谱仪
（3）调整保留时间 t’R—扣除了死时
t’ R
间的保留时间。
t’R=tR-t0又称校 正保留时间，实
际保留时间。
t’R体现的是组分 在柱中被吸附或
溶解的时间。
三、色谱图及常用术语
保留值用体积表示：
（ 4）死体积 V0 —不被固定相滞留的组分流经色谱柱所 消耗的流动相体积称死体积，色谱柱中载气所占的体 积。 V0=t 0F0 柱后出口处流动相的体积流速mL/min （ 5）保留体积 VR — 组分从进样开始到色谱柱后出现最 大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动 相体积 VR =t RF 0 （6）调整保留体积V’R—扣除了死体积的保留体积，真 实的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相 体积。V’R= t’RF 0 V0、t0与被测组分无关，因而V’R . t’R更合理 地反映了物质在柱中的保留情况。
三、色谱图及常用术语
4. 色谱峰面积A ——色谱峰与峰底所围的面积。
对于对称的色谱峰
对于非对称的色谱峰
A=1.065h W1/2
A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 5. 色谱保留值——定性的依据
组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t 和所消耗流动相的体积 来表示。组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱 中滞留的时间越长，消耗的流动相体积越大，固定相、流动相固定，条 件一定时，组分的保留值是个定值。
二、色谱分析法分类
2、按操作形式分类
（1）柱色谱：
填充柱色谱—固定相填充到柱管内 毛细管柱色谱—把固定相涂在毛细管内壁上， 空的。 中间是
二、色谱分析法分类
（2）纸色谱：滤纸为固定相的色谱法，流动相 是含一定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开 进行分离。 （3）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜 的色谱法。
=16 (tR/Wb )2
四、色谱法的基本理论
有时n 大，分离效果也不好，因用tR 内含tm ， 后来改用有效塔板数。 n 有效= 5.54 (t’R /W 2 ) 1/2 =16 (t’R/Wb )2 n理 = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2
H有效＝Ｌ／n 有效 塔板理论的成功之处，提出了计算理论塔板高度、 塔板数的公式及评价柱效的方法，具有开创性， 但有一定局限性。
三、色谱图及常用术语
（7）相对保留值 γ2，1或γi ,s —在相同操作条件下，组 分2或组分i对另一参比组分1或s调整保留值之比
2.1
VR2 t R2 t R1 VR1


i.s
t Ri

t Rs

VRi

VRs
三、色谱图及常用术语
三、分配平衡
在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所达到 的平衡叫分配平衡，组分在两相中的分配行为常采用分 配系数K和分配比k’来表示。
H理＝Ｌ／n 理
四、色谱法的基本理论 ２、速率理论—范第姆特方程
1956年，荷兰学者范第姆特VanDeomter） 提出一个描述色谱柱分离过程中复杂因素使色谱 峰变宽而致柱效降低（即：使 H 增大）影响的方 程。此方程经简化后写为:
B H A Cu u
该式称为速率方程（范氏方程）。
u为流动相线速 度cm.s-1，线速 度=柱长/死时间
三、色谱图及常用术语
（1）死时间t0——不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱 柱所需的时间。 从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。 气相色谱 — 惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱所需 的时间。
t0
三、色谱图及常用术语
(2) 保留时间 t R ———
组分流经色谱柱时 所需时间。进样开 始到柱后出现最大 值时所需的时间。 操作条件不变时， 一种组分有一个 tR定
一、概述
定义
分离分析法是一种利用试样中共存的组分间的吸附、分配、交换、迁移速率及 其性能上的差异，先将其分离，而后通过检测器按一定顺序进行分析的一种方法。
色谱法的产生
色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离 植物叶子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中， 柱中填充CaCO3粉末（CaCO3 有吸附能力)，用纯石油醚洗脱（淋洗）。色素 受两种作用力影响： （1）一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中停滞下来 （2）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动 各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后， 色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱法。
三、色谱图及常用术语
一、色谱图
混合物样品（A+B）→色谱柱中分离→检测器→记录
下来。组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所 产生的信号随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。 记录了各个组分流
二、色谱图中的基本术语
• 1、基线—在实 验操作条件下， 色谱柱后没有组 分流出的曲线叫 基线。 • • 稳定情况下，一 条直线。 基线上下波动称
1、分配系数 K(浓度分配系数)
K=
组分在固定相中的浓度 组分在流动相中的浓度
=cs/cm
K随T变化，与固定相、流动相的体积无关
三、色谱图及常用术语
2、分配比k’(又叫容量因子，容量比) 组分在固定相中的质量 k’ = 组分在流动相中的质量 = ms/ mm =svs/ mvm =K vs/vm
Cs —固定项传质阻力系数
即组分从两相界面移动
到固定相内部，达分配平衡后，又返回到两相界面， 在这过程中所受到的阻力为固定相传质阻力。
2 k' d f CS 2 3 (1 k ' ) DS
2
固定液膜厚度
组分在固定相中扩散系数
四、色谱法的基本理论
二、色谱基本分离方程
１、分离度Ｒ——色谱柱的总分离效能指标 定义：相邻两个峰的保留值之差与两峰宽度平均 值之比
四、色谱法的基本理论
对一个色谱柱来说，若色谱柱长度固定L，每一个 塔板高度H越小，塔板数目越多，分离的效果越好，柱 效越高。塔板数用n 表示。
n =L/H
或 H=L/n