5.2 色谱理论基础
合集下载
色谱理论基础
（动画）
09:14:25
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的理论塔 板数：n，则三者的关系为：
n=L/H 色谱峰的方差 与柱长或保留时间的关系为：
H
2 L
L
t2 L
t
2 R
理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
tR 2 tR 2 n 5.54( ) 16( ) Y1/ 2 Wb
09:14:25
d2 f
d2 f
2.载气流速与柱效——最佳流速
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速,柱效 。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影 响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度 对流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速 即为最佳流速。
区域宽度──色谱过程的动力学因素。
色谱分离中的四种情况如图所示：
09:14:25
讨论：
色谱分离中的四种情况：
① 柱效较高，△K(分配系数)较大，完全分离。 ② △K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本分离。 ③柱效较低，△K较大，但分离的不好。 ④ △K小，柱效低，分离效果更差。
09:14:25
分离度的表达式：
09:14:25
例题2：
在一定条件下，两个组分的保留时间分别为12.2s和 12.8s，计算分离度（柱长 1m，n=3600）。要达到完全 分离，即R=1.5，所需要的柱长。 解： t 4 12.2
Wb1 4
R1
3600 t R 2 4 12.8 Wb 2 4 0.8533 n 3600
09:14:25
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的理论塔 板数：n，则三者的关系为：
n=L/H 色谱峰的方差 与柱长或保留时间的关系为：
H
2 L
L
t2 L
t
2 R
理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
tR 2 tR 2 n 5.54( ) 16( ) Y1/ 2 Wb
09:14:25
d2 f
d2 f
2.载气流速与柱效——最佳流速
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速,柱效 。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影 响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度 对流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速 即为最佳流速。
区域宽度──色谱过程的动力学因素。
色谱分离中的四种情况如图所示：
09:14:25
讨论：
色谱分离中的四种情况：
① 柱效较高，△K(分配系数)较大，完全分离。 ② △K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本分离。 ③柱效较低，△K较大，但分离的不好。 ④ △K小，柱效低，分离效果更差。
09:14:25
分离度的表达式：
09:14:25
例题2：
在一定条件下，两个组分的保留时间分别为12.2s和 12.8s，计算分离度（柱长 1m，n=3600）。要达到完全 分离，即R=1.5，所需要的柱长。 解： t 4 12.2
Wb1 4
R1
3600 t R 2 4 12.8 Wb 2 4 0.8533 n 3600
色谱理论基础ppt课件
色谱基本理论
传质阻力项Cu 对于气液色谱，传质阻力系数C包括气相传质阻 力系数Cg和液相传质阻力系数Cl两项， 即 C＝Cg＋Cl 气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表 面的过程。这一过程中试样组分将在两相间进行 质量交换，即进行浓度分配。有的分子还来不及 进入两相界面，就被气相带走；有的则进入两相 界面又来不及返回气相。这样，使得试样在两相 界面上不能瞬间达到分配平衡，引起滞后现象， 从而使色谱峰变宽。对于填充柱，气相传质阻力 系数Cg为
色谱基本理论
它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要 参数。k值也决定于组分及固定相热力学性 质。它不仅随柱温、柱压变化而变化，而且 还与流动相及固定相的体积有关。 tr tm tr Vr k 分配系数K与 tm tm Vm 分配比k的关系
β称为相比率，它是 反映各种色谱柱型特 点的又一个参数。
分离度、柱效、理论塔板数、有效 塔板数的概念在“色谱基本理论”介绍。
色谱有关术语
选择因子 在定性中，通常固定一个色谱峰作为 标准（s），然后再求其它峰（i）对这 个峰的相对保留值。将它们的相对保留 值作为重要参数，可用符号α 表示： tR2′为后出峰的 t R2 调整保留时间， 所以这时α总是 t R1 大于1的
色谱法的历史
1944年，Martin发展了纸色谱 1952年，Martin和 James发展了气-液分配色 谱，气相色谱问世。 1956年，Van Deemter等发表了速率理论。 1957年，制作了离子色谱交换氨基酸分析仪。 1959年，凝胶过滤色谱。 Giddings 于1963年奠定色谱理论。 1969年，现代液相色谱，1975年，离子色谱法。 1981年，毛细管电泳。
从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息： (l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组 分的最少个数。 （2）根据色谱峰的保留值，进行定性分析。 (3) 根据色谱峰的峰面积或峰高，进行定量分析。 （4）色谱峰的保留值及其区域宽度（峰高、峰 面积），是评价色谱柱分离效能的依据。 （5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流 动相)选择是否合适的依据。
色谱基本概念和理论
Ⅱ 基本概念和理论一、基本概念和术语1.色谱图和峰参数⊕色谱图（chromatogram）--样品流经色谱柱和检测器，所得到的信号－时间曲线，又称色谱流出曲线（elution profile）.⊕基线（base line）--流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线。
一般应平行于时间轴。
⊕噪音（noise）――基线信号的波动。
通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色谱柱被污染所致。
⊕漂移（drift）基线随时间的缓缓变化。
主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起，柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。
⊕色谱峰（peak）--组分流经检测器时相应的连续信号产生的曲线。
流出曲线上的突起部分。
正常色谱峰近似于对称性正态分布曲线（高斯Gauss曲线）。
不对称色谱峰有两种：前延峰（leading peak）和脱尾峰（tailing peak ）.前者少见。
⊕拖尾因子（tailing factor,T）--T=B/A,用以衡量色谱峰的对称性。
也称为对称因子（symmetry factor）或不对称因子（asymmetry factor）《中国药典》规定T应为0.95～1.05。
T<0.95为前延峰，T>1.05为拖尾峰。
⊕峰底――基线上峰的起点至终点的距离。
⊕峰高（Peak height,h）――峰的最高点至峰底的距离。
⊕峰宽（peak width,W）--峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。
W=4σ。
⊕半峰宽（peak width at half-height,Wh/2）--峰高一半处的峰宽。
W h/2＝2.355σ。
⊕标准偏差（standard deviation, σ）--正态分布曲线x=±1时（拐点）的峰宽之半。
正常峰宽的拐点在峰高的0.607倍处。
标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱过程中的分散程度。
第二章 色谱基本理论
第一章 色谱法基础
第一节 色谱图流出曲线及有关术语 一、色谱流出曲线及色谱峰
（一）色谱流出曲线－色谱图（chromatogram） 是样品被流动相冲洗，通过色谱柱，流经检测器，所形成的浓 度信号随洗脱时间变化而形成的曲线．称为色谱流出曲线 (简称流出曲线)，即浓度—时间曲线。
动画
（二） 基线（baseline） 1、基线 （baseline）在正常操作条件下，仅有流动相通
0.235 0.116
0 0 0.125 0.125 0.313
0.313 0.275
0 0 0 0.063 0.157
0.235 0.275
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0 0 0.032
0.079 0.118
8 9 10
0.004 0.002 0.001
0.032 0.018 0.101
0.086 0.059 0.038
5. 假峰（ghost peak）又称鬼峰：由于仪器 条件的变化等原因而在谱图上出现的色 谱峰，即并非由试样所产生的峰。
色谱峰：
1个样品组分的色谱峰可用3个参数来描述， 即峰高(或峰面积)、峰位和峰宽。峰高 (或峰面积)用于定量；峰位用于定性； 峰宽可用于衡量柱效。若描述一组色谱 峰，还需用分离参数表述相邻峰的重叠 程度。
色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动 力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效 与分离度的评价指标及其关系。 组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？ 组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制； （组分和固定液的结构和性质） 色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制； （两相中的运动阻力，扩散） 两种色谱理论：塔板理论和速率理论；
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1） 规定正构烷烃的I 值是其原子数的100倍，
第一节 色谱图流出曲线及有关术语 一、色谱流出曲线及色谱峰
（一）色谱流出曲线－色谱图（chromatogram） 是样品被流动相冲洗，通过色谱柱，流经检测器，所形成的浓 度信号随洗脱时间变化而形成的曲线．称为色谱流出曲线 (简称流出曲线)，即浓度—时间曲线。
动画
（二） 基线（baseline） 1、基线 （baseline）在正常操作条件下，仅有流动相通
0.235 0.116
0 0 0.125 0.125 0.313
0.313 0.275
0 0 0 0.063 0.157
0.235 0.275
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0 0 0.032
0.079 0.118
8 9 10
0.004 0.002 0.001
0.032 0.018 0.101
0.086 0.059 0.038
5. 假峰（ghost peak）又称鬼峰：由于仪器 条件的变化等原因而在谱图上出现的色 谱峰，即并非由试样所产生的峰。
色谱峰：
1个样品组分的色谱峰可用3个参数来描述， 即峰高(或峰面积)、峰位和峰宽。峰高 (或峰面积)用于定量；峰位用于定性； 峰宽可用于衡量柱效。若描述一组色谱 峰，还需用分离参数表述相邻峰的重叠 程度。
色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动 力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效 与分离度的评价指标及其关系。 组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？ 组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制； （组分和固定液的结构和性质） 色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制； （两相中的运动阻力，扩散） 两种色谱理论：塔板理论和速率理论；
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1） 规定正构烷烃的I 值是其原子数的100倍，
色谱分析基本理论
色谱分析基本理论一、色谱分析基本理论二、气相色谱仪相关配置及问题解决三、气相色谱安装和调试四、气相色谱柱的安装五、毛细管分析常见问题的解决六、液相色谱仪相关配置及问题解决七、色谱分析常见问题解决八、相关气相色谱仪的使用经验九、常见色配件及消耗品价目表色谱基本理论一、色谱法原理：又称层析法。
根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱与排阻色谱等方法。
1、吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分离。
常用的吸附剂剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。
2、分配色谱是利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同，以使组分分离。
其中一相为液体，涂布或使之键全在固体载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。
常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。
3、离子交换色谱是利用被分离物质在离子交换树脂上的离子交换势不同而使组分分离。
常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂，流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。
4、排阻色谱又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱，是利用被分离物质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组分分离常用的填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等到，可根据载体和试样的性质，选用水或有机溶剂为流动相。
二、色谱法的分离方法：通常色谱的分离方法有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等。
色谱所用溶剂(流动相)应与试样不起化学反应，并应用纯度较高的溶剂。
色谱时的温度，除气相色谱法或另有规定外，一般指在室温下操作。
分离后各成分的检出，应采用各单体中规定的方法。
通常用柱色谱、绝色谱或薄层色谱分离有色物质时，可根据其色带进行区分，对有些无色物质，可在245-365nm 的紫外灯下检视。
纸色谱或薄层色谱也可喷显色剂使之显色。
薄层色谱还可用加有荧光物质的薄层硅胶，采用荧光熄灭法检视。
用纸色谱进行定量测定时，可将色谱斑点部分剪下或挖取，用溶剂溶出该成分，再用分光光度法或比色法测定，也可用色谱扫描仪直接在纸或薄层板上测出，也可用色谱扫描仪直接以纸或薄层板测出。
色谱理论基础知识
2) 区域扩宽的速度应小于区域分离的速度， 即色谱柱的柱效要高。 3) 在保证快速分离的前提条件下，色谱柱 应足够长。
气相色谱实验技术
气相色谱仪
载气系统
分离系统
检测和 记录系统
进样系统
温控系统
（一）载气系统
载气系统
{
气源 净化干燥管 载气流速控制装臵 检测器
常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气 载气选择依据
固体吸附剂应用
吸附剂 活性碳 石墨化炭 黑 硅胶 氧化铝 分子筛 主要成 分 C C Tmax 性质 度 300 500 非极性 非极性 氢键型 弱极性 极性 分离对象 永久气体，非极性烃 永久气体，高沸点化合 物 永久气体，非极性烃， 气体硫化物 烃，有机异构体 永久气体，惰性气体
SiO2· 2 400 XH O Al2O3 硅铝酸 盐 400 400
毛细管柱
毛细管柱又叫空心柱：
涂壁空心柱：将固定液均匀地涂在内径0.10.5毫米的毛细管内壁而成。 多孔层空心柱（PLOT）：在管壁涂渍一层多 孔吸附剂颗粒，不涂固定液，实际上毛细 管气固色谱柱。
毛细管柱的优点：
毛细管内没有固体填料，气阻比填充柱小的多， 可以采用较长的柱管和较小的内径，以及较高的 载气流速，既没有涡流扩散，又减小了纵向扩散 造成的谱带展宽。较薄的液膜又在一定程度上抵 消了由于载气流速增大引起的传质阻力增大。
液相传质阻力
固定液粘度及液膜厚度越小 液相传质阻力越小
4) 流动相线速度对板高的影响
四 分离度
定义：
tr2, tr1: 组分2和组分1的保留时间 W2, W1: 组分2和组分1的峰底宽度
R=1.5 完全分离
五 基本色谱分离方程式
对于难分离相邻两组分：
气相色谱实验技术
气相色谱仪
载气系统
分离系统
检测和 记录系统
进样系统
温控系统
（一）载气系统
载气系统
{
气源 净化干燥管 载气流速控制装臵 检测器
常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气 载气选择依据
固体吸附剂应用
吸附剂 活性碳 石墨化炭 黑 硅胶 氧化铝 分子筛 主要成 分 C C Tmax 性质 度 300 500 非极性 非极性 氢键型 弱极性 极性 分离对象 永久气体，非极性烃 永久气体，高沸点化合 物 永久气体，非极性烃， 气体硫化物 烃，有机异构体 永久气体，惰性气体
SiO2· 2 400 XH O Al2O3 硅铝酸 盐 400 400
毛细管柱
毛细管柱又叫空心柱：
涂壁空心柱：将固定液均匀地涂在内径0.10.5毫米的毛细管内壁而成。 多孔层空心柱（PLOT）：在管壁涂渍一层多 孔吸附剂颗粒，不涂固定液，实际上毛细 管气固色谱柱。
毛细管柱的优点：
毛细管内没有固体填料，气阻比填充柱小的多， 可以采用较长的柱管和较小的内径，以及较高的 载气流速，既没有涡流扩散，又减小了纵向扩散 造成的谱带展宽。较薄的液膜又在一定程度上抵 消了由于载气流速增大引起的传质阻力增大。
液相传质阻力
固定液粘度及液膜厚度越小 液相传质阻力越小
4) 流动相线速度对板高的影响
四 分离度
定义：
tr2, tr1: 组分2和组分1的保留时间 W2, W1: 组分2和组分1的峰底宽度
R=1.5 完全分离
五 基本色谱分离方程式
对于难分离相邻两组分：
色谱分析理论基础
d
2 p
Dg
容量因子
液相传质阻力项CL u
试样组分从固定相表面移动到固定相内部的过程中， 由于质量交换过程需要一定时间（即传质阻力）而使分 子有滞留倾向。在此过程中，部分组分分子先离开固定 相表面，发生分子超前，引起色谱峰扩展。
C L
2 3
k (1 k)2
d
2 f
DL
液膜厚度
液相扩 散系数
气相色谱中的速率方程
1 2
(Y1
Y2
)
R1/ 2
tR(2) tR(1)
1 2
(Y1/ 2(1)
Y1/ 2(2) )
R越大，说明两组分分离得越好。 由于该定义综合了色谱动力学和热力学因素，可作为色 谱柱的总分离效能指标。
(2) 色谱分离基本方程（Purnell方程）
公式推导
tR
L uS
，tM
L u
tM tR
• 分离度R与理论塔板数N的平方根成正比关系， 增加塔板数，有利于提高分离度。
• 增加柱长可增加N，改善分离，但分析时间将 大大延长，峰产生扩展。
• 减小塔板高度H：
– 根据速率方程的启示制备一根性能优良的色谱柱是 十分重要的。
– 根据速率方程选择合适的色谱条件同样有效。
K的影响，如何改变k？
• 分离度与容量因子有关，容量因子越大，分离越好。
• 优点：应用简便，不需要其他仪器。 • 缺点：定性结果的可信度不高。
➢ 提高可信度的方法：双柱、双体系定性
文献值对照定性分析 （GC）
• 实现方法
➢ 测定相对保留值ri,s ➢ 测定保留指数I
• 优点：无需纯物质；保留指数具有较好的重现 性和精密度；只与固定相和柱温有关。
色谱法基本理论PPT课件
阐述本ppt课件的目的，即帮助学习者 系统了解和掌握色谱法的基本原理、 技术和应用，提高分析问题和解决问 题的能力。
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
通过自动化和智能化技术的引入，实现色谱分析的远程控制、实时监 测和数据分析，提高分析效率和准确性。
感谢您的观看
分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
通过自动化和智能化技术的引入，实现色谱分析的远程控制、实时监 测和数据分析，提高分析效率和准确性。
感谢您的观看
分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/9/26
2. 分子扩散项—B
B = 2 νDg
ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。 Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）。 由于柱中存在着浓度差，产生纵向扩散：
（动画）
a. 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差。 b. 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑
Y1/ 2
)2
16(
t
' R
Wb
)2
H 有效
L n有效
2020/9/26
塔板理论的特点和不足：
(1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越 高，所得色谱峰越窄。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数及理论塔板 数不同，用塔板数和塔板高度作为衡量柱效能的指标时， 应指明测定物质。
2020/9/26
分离度的表达式：
R 2(tR(2) tR(1) ) Wb(2) Wb(1)
2(tR(2) tR(1) )
1.699(Y1/ 2(2) Y1/ 2(1) )
R =0.8：两峰的分离程度可达89%； R =1.0：分离程度98%； R =1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。
第五章 色谱分析法
第三节 色谱理论基础
5.3.1 色 谱 基 本 关 系式
5.3.3 塔板理论 5.3.4 速率理论 5.3.5 分离度
2020/9/26
5.2.1 色谱基本关系式
1.分配比
分配系数K：组分在两相间的浓度比； 分配比 （partition ratio，也称容量因子） k：平衡时，组 分在各相中总的质量比；
k tR tM
t
' R
tM
tM
2020/9/26
5.分配系数与分离温度的关系
分离过程中的温度变化必然要影响到溶质在两相中的 分配，即分配系数是物质的一种热力学参数。
对于一定的溶质和固定相，溶质的分配系数与分离温 度间存在以下关系：
a lgk b
TC
式中，a，b为常数，TC为分离时的绝对温度。 由上式可见，分离温度越高，分配系数越小，即溶质
4. 载气流速与柱效-最佳流速
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效 ，右图曲 线的右边。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速 ，柱效 ，右 图曲线的左边。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总 影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高 度对流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速 即为最佳流速。
难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素 的综合影响：保留值之差──色谱过程的热力学因素；
色谱峰宽──色谱过程的动力学因素。
2020/9/26
色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高，△K (分配系数差)较大，完全分离； ② △K 不是很大，柱效较高(峰较窄)，基本上完全分离； ③ 柱效较低，△K 较大，但分离的不好； ④ △K 小，柱效低，分离效果更差。
(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的 影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大， 又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子 扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。
2020/9/26
5.2.4 分离度
塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实 际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全 分离。
在流动相中的浓度越大，保留时间越短，组分色谱峰流出 分离柱也越快。
2020/9/26
5.2.2 塔板理论-柱分离效能指标
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为：
n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
c. 扩散系数：Dg ∝（M载气）-1/2 ； M载气↑，B值↓
2020/9/26
3.传质阻力项— C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻 力。
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL ，液相 传质阻力大于气相传质阻力。
即： C =（Cg + CL）
CL
d
2 f
DL
（动画）
2020/9/26
2020/9/26
5. 速率理论的要点
(1)组分分子在柱内运行的多瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。
(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度 及载气流速可提高柱效。
(3)为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了 流速和柱温对柱效及分离的影响。
k =MS / Mm MS、 Mm分别为组分在固定相和流动相中的质量。
2020/9/26
2. 容量因子k与分配系数K的关系
k
MS
MS VS
VS
cs
VS
K
Mm
MS Vm
Vm
cm Vm
式中β为相比。 填充柱相比：6～35； 毛细管柱的相比：50～1500
3. 分配比与保留时间的关系
容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出 容量因子：
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两 组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱的塔板数多大 ，都无法分离。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速 下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提 高柱效的途径。
2020/9/26
5.2.3 速率理论-影响柱效的因素
速率方程（也称范.弟姆特方程式）: H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s) 减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
2020/9/26
1. 涡流扩散项－A
A = 2λdp
dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
（动画）
固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效 n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱 峰较窄。
Y1/ 2
Wb
2020/9/26
有效塔板数和有效塔板高度
• 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 • 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有 效塔板数和有效塔板高度：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
Y1/ 2
Wb
n有效
5.54(
t
' R
2. 分子扩散项—B
B = 2 νDg
ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。 Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）。 由于柱中存在着浓度差，产生纵向扩散：
（动画）
a. 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差。 b. 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑
Y1/ 2
)2
16(
t
' R
Wb
)2
H 有效
L n有效
2020/9/26
塔板理论的特点和不足：
(1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越 高，所得色谱峰越窄。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数及理论塔板 数不同，用塔板数和塔板高度作为衡量柱效能的指标时， 应指明测定物质。
2020/9/26
分离度的表达式：
R 2(tR(2) tR(1) ) Wb(2) Wb(1)
2(tR(2) tR(1) )
1.699(Y1/ 2(2) Y1/ 2(1) )
R =0.8：两峰的分离程度可达89%； R =1.0：分离程度98%； R =1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。
第五章 色谱分析法
第三节 色谱理论基础
5.3.1 色 谱 基 本 关 系式
5.3.3 塔板理论 5.3.4 速率理论 5.3.5 分离度
2020/9/26
5.2.1 色谱基本关系式
1.分配比
分配系数K：组分在两相间的浓度比； 分配比 （partition ratio，也称容量因子） k：平衡时，组 分在各相中总的质量比；
k tR tM
t
' R
tM
tM
2020/9/26
5.分配系数与分离温度的关系
分离过程中的温度变化必然要影响到溶质在两相中的 分配，即分配系数是物质的一种热力学参数。
对于一定的溶质和固定相，溶质的分配系数与分离温 度间存在以下关系：
a lgk b
TC
式中，a，b为常数，TC为分离时的绝对温度。 由上式可见，分离温度越高，分配系数越小，即溶质
4. 载气流速与柱效-最佳流速
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效 ，右图曲 线的右边。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速 ，柱效 ，右 图曲线的左边。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总 影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高 度对流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速 即为最佳流速。
难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素 的综合影响：保留值之差──色谱过程的热力学因素；
色谱峰宽──色谱过程的动力学因素。
2020/9/26
色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高，△K (分配系数差)较大，完全分离； ② △K 不是很大，柱效较高(峰较窄)，基本上完全分离； ③ 柱效较低，△K 较大，但分离的不好； ④ △K 小，柱效低，分离效果更差。
(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的 影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大， 又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子 扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。
2020/9/26
5.2.4 分离度
塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实 际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全 分离。
在流动相中的浓度越大，保留时间越短，组分色谱峰流出 分离柱也越快。
2020/9/26
5.2.2 塔板理论-柱分离效能指标
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为：
n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
c. 扩散系数：Dg ∝（M载气）-1/2 ； M载气↑，B值↓
2020/9/26
3.传质阻力项— C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻 力。
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL ，液相 传质阻力大于气相传质阻力。
即： C =（Cg + CL）
CL
d
2 f
DL
（动画）
2020/9/26
2020/9/26
5. 速率理论的要点
(1)组分分子在柱内运行的多瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。
(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度 及载气流速可提高柱效。
(3)为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了 流速和柱温对柱效及分离的影响。
k =MS / Mm MS、 Mm分别为组分在固定相和流动相中的质量。
2020/9/26
2. 容量因子k与分配系数K的关系
k
MS
MS VS
VS
cs
VS
K
Mm
MS Vm
Vm
cm Vm
式中β为相比。 填充柱相比：6～35； 毛细管柱的相比：50～1500
3. 分配比与保留时间的关系
容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出 容量因子：
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两 组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱的塔板数多大 ，都无法分离。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速 下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提 高柱效的途径。
2020/9/26
5.2.3 速率理论-影响柱效的因素
速率方程（也称范.弟姆特方程式）: H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s) 减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
2020/9/26
1. 涡流扩散项－A
A = 2λdp
dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
（动画）
固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效 n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱 峰较窄。
Y1/ 2
Wb
2020/9/26
有效塔板数和有效塔板高度
• 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 • 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有 效塔板数和有效塔板高度：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
Y1/ 2
Wb
n有效
5.54(
t
' R