第二章_气相色谱基本理论

合集下载
  1. 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. 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. 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)。
12
保留值的基本参数
➢ 死时间(tM)(Dead time): 不被固 定相滞留的组分从进样到出现峰 最大值所需的时间(空气或甲 烷)。
➢ 保留时间(tR)(Retention time): 组 分从进样到出现峰最大值所需时 间。 不同的物质在不同的色谱 柱上以不同的流动相洗脱会有不 同的保留时间,因此保留时间是 色谱定性分析的重要参数。
21
由此可见,单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱 柱中分离情况,故需引人一个综合性指标——分离度R。分离 度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标,称总分离效能指 标。分离度又叫分辨率,它定义为相邻两组分色谱峰保留值之 差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值,即
R = t2 t1 = 2 t2 t1
规定正构烷烃的I 值是其碳原子的100倍,
如:正庚烷I=700
24
2.3 色谱学基本理论
➢ 研究色谱理论的目的——解决色谱峰的分离问题 ➢ 两组分的峰间距离,由各组分在两相间的分配系 数决定,即由色谱过程的热力学性质决定。 ➢ 每个组分的峰宽大小,由组分在色谱柱中的传质 和扩散决定,即由色谱过程的动力学性质决定。 ➢ 组分能否有效分离与峰间距离和峰的宽度有关。 因此,研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学 两方面进行。
增加快,后半部分信号减少慢。引起峰拖尾的主要原因 是溶质在固定相中存在吸附作用,因此,拖尾峰也称为 吸附峰。
伸舌峰(前伸峰): 当As小于1时,色谱峰是前半部分
信号增加慢,后半部分信号减小快。因为伸舌峰主要是 固定相不能给溶质提供足够数量合适的作用位置,使一 部分溶质超过了峰的中心,即产生了超载,所以也称超 载峰。

= 100[Z

n(
lg lg
tR, (
t
, R(
X ) lg Z n) lg
tR, ( z
t
, R(
Z
) )
)]
t’R(x)---待测物X的调整保留时间
t’R(z)---碳原子数为Z的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z+n)---碳原子数为z+n的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) (通常 n=1)
37
3、色谱流出曲线方程(正态分布方程) 描述组分流出色谱柱的浓度变化:
C=
C0
-(t-tR )2
e 2 2
2
为标准差,tR为保留时间,C为任意时间t时的 浓度,C0为峰面积A,即相当于某组分的总量。
25
三个色谱基本理论问题 ➢ 色谱热力学问题——发展高选择性色谱柱 ➢ 色谱动力学问题——发展高效能色谱柱 ➢ 分离条件的最优化问题——分离条件优化
26
塔板理论 (热力学理论:研究分配(分离)过程)
速率理论 (动力学理论:研究各种动力学因素 对峰展宽的影响)
平衡色谱理论 扩散理论 块状液膜理论
10
色谱峰的区域宽度
组分在色谱柱中谱带扩展(由于纵向扩散,传质阻 力等因素的影响,使组分在色谱柱内移动过程中谱带 宽度增加的现象)的函数,反映了色谱操作条件的动力 学因素 。 标准偏差s 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 半峰宽 W1/2 峰高一半处对应的色谱峰的宽度
W1/2 = 2 .354 s
7
色谱峰的对称性
在理想情况下,色谱峰的形状可以近似地用高斯曲线 (Gaussian)描述。
σ为标准偏差(拐点处的半峰宽),
h为最大峰高,w为峰宽
8
不对称因子 在实际的色谱过程中,很少符合高斯分布,而是具有
一定的不对称性。可以定义一个不对称因子As来定量地表
示色谱峰的不对称程度。
9
拖尾峰: 当As大于1时,色谱峰的形状是前半部分信号
第 2 章 色谱基本理论
2.1 色谱过程 色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配“平衡” 的过程。混合物中,若两个组分的分配系数不等,则被流 动相携带的速率不等,即形成差速迁移而被分离。
1
色谱过程及色谱图
2
2.2 色谱图及基本参数
色谱图 试样中各组分经色谱柱分离后,随流动相依次进入检
测器,检测器将各组分的浓度(或质量)的变化转换为电 压(或电流)信号,再由记录仪记录下来。所得到的电信 号强度-时间曲线即浓度(或质量)-时间曲线,称为流出 曲线,也叫色谱图。
29
流动相 固定相
塔板号 0
1
2
3
r-1
r
塔板理论示意图
如果把上述错流萃取过程继续下去,即“平衡→ 转移→再平衡→再转移→。。。”
流动
流动
0 加样
0 平衡
01
01 再平衡
塔板理论示意图
01 2
为简单起见,设色谱柱由5块塔板(n=5, n为柱子的塔板数)组成,并以r表示塔板编 号,r=1,2…,n-l;某组分的分配比k=1.
K’→∞ 18
讨论: K’=0 则 tR = tM 组分无保留行为 K’=1 则 tR = 2tM K’→∞ tR很大 组分峰出不来
所以 K’=1-5 最好 如何控制K’?
主要选择合适的固定液、流动相。
19
色谱柱效能的参数
理论塔板数n n = 5.54( tR )2 = 16( tR )2
W1/ 2
W1/2=2.35 σ
➢ 标准偏差(σ)(Standard Error): 峰高0.607倍处峰宽的一半。
6
色谱图相关术语
➢ 峰面积 (Peak Area): 色谱峰与基线(延长线)所包 围的面积称为峰面积。峰面积与进入检测器的组分的 量呈正比。 ➢ 拖尾峰 (Tailing Peak): 后沿较前沿平缓的不对称峰。 ➢ 前伸峰(Leading Peak):前沿较后沿平缓的不对称 峰。 ➢ 假(鬼)峰(Ghost Peak):不是试样本身所产生 的峰 。
33
34
35
流出曲线方程
1、二项式分布曲线
以组分A在柱出口处的质量分数对N作图。
N 柱出口
00
10
20
30
40
5 0.032
6 0.079
7 0.118
k=1的组分从n=5色谱柱中的流出曲线图
8 0.137 9 0.137
10 0.124
36
2、色谱流出曲线 当塔板数很大时,流出曲线趋于正态分布曲线。
根据上述假定,在色谱分离过程中,该组分 的分布可计算如下:
32
开始时,若有单位质量,即m=1(例1mg或1μg) 的该组分加到第0号塔板上,分配平衡后,由于k=1, 即ns=nm故nm=ns=0.5。当一个板体积(lΔV)的载气 以脉动形式进入0号板时,就将气相中含有nm部分组 分的载气顶到1号板上,此时0号板液相(或固相)中 ns部分组分及1号板气相中的nm部分组分,将各自在 两相间重新分配。故0号板上所含组分总量为0.5,其 中气液(或气固)两相各为0.25而1号板上所含总量 同样为0.5.气液(或气固)相亦各为0.25。以后每 当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时,上述 过程就重复一次(见下表)。
W1/2=2.35 σ
➢ 峰高 h (Peak Height):色谱峰 顶点与基线之间的垂直距离。
5
色谱图相关术语
➢ 峰(底)宽 W (Peak Width): 峰 两侧拐点处所作切线与峰底相交 两点之间的距离。
➢ 半(高)峰宽 W1/2 (Peak Width at Half Height): 在峰高一半处 的色谱峰的宽度,单位可用时间 或距离表示。
(i)在柱内一小段长度H内,组分可以在两相间 迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。 (ii)以气相色谱为例,载气进入色谱柱不是连续 进行的,而是脉动式,每次进气为一个塔板体积 (ΔVm)。 (iii)所有组分开始时存在于第0号塔板上,而且 试样沿轴(纵)向扩散可忽略。 (iv)分配系数在所有塔板上是常数,与组分在某 一塔板上的量无关。
基线宽度(峰底宽度) W 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截 距 W = 4s
11
色谱峰所能提供的重要信息 ➢ 样品中所含组分的最少个数 ➢ 保留值---定性分析 ➢ 色谱峰面积(或峰高)---定量分析 ➢ 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能 ➢ 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件
简言之,色谱图是指色谱柱流出物通过检测器时所产 生的响应信号对时间的曲线图,其纵坐标为信号强度,横坐 标为保留时间。
3
W1/2=2.35 σ
典型的色谱图
4色谱Biblioteka 相关术语➢ 色谱峰(Peak):色谱柱流出组 分通过检测器时产生的响应信号 的微分曲 线。
➢ 基线(Baseline):在一定色谱条 件下,仅有流动相通过检测系统 时所产生的信号的曲线。实验条 件稳定时,基线应是一条平行于 横轴的线。
1 2

w
1

w2

w1 w2
R值越大,表明相邻两组分分离越好。一般说,当R<1时, 两峰有部分重叠;当R=1时,分离程度可达95%;当R=1.5时, 分离程度可达99.7%。通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离
的标志。
22
23
保留指数 I
1958年克瓦茨(Kovats)提出,用以表示化合物在一 定温度下在某种固定液上的相对保留值,具体说它是以 一系列正构烷烃作标准的相对保留值。
分配系数K
平衡状态时组分在固定相(CL)与流动相(CG)中的浓度之比。
K = CL / CG
分配比(容量因子)K’
平衡状态时组分在固定相(P)与流动相(q)中的质量之比。
K , = CLVG / CGVG = KVL /VG
= (tR tM ) / t M
=
t
, R
/
tM
讨论: K’=0 ; K’=1 ;
14
保留值的基本参数
➢ 死体积(VM)(Dead volume): 不被固定相滞留的组分从进样 到出现峰最大值所需的流动相体积。死体积等于死时间乘以 载气的流速。VM=tMFc
➢ 保留体积(VR)(Retention volume): 组分从进样到出现峰最大 值所需的流动相体积。VR=tRFc
➢ 调整保留体积(VR’)(Adjusted retention volume): 对应于调 整保留时间的流动相体积。VR’= tR’Fc=VR- VM
W
有效理论塔板数neff
neff
= 5.54( tR, )2 W1/ 2
=
16(
t
, R
)2
W
理论塔板高度H
H
=
L n
20
分离度
右图说明了柱效和选择 性对分离的影响。图中(a) 两色谱峰距离近并且峰形 宽。两峰严重相叠,这表 示选择性和柱效都很差。 图中(b)虽然两峰距离拉 开了,但峰形仍很宽,说 明选择性好,但柱效低。 图中(c)分离最理想,说 明选择性好,柱效也高。
➢ 校正保留体积(VR0)(Corrected retention time): 经压力校 正因子修正的保留体积。VR0=j VR
➢ 净保留体积(tN)(Net retention time): 经压力校正因子修正 的调整保留时间。 VN=j VR’
15
相对保留值γ2,1
某组份2的调整保留值与组份1的调整保留值之比
➢ 调整保留时间(tR’)(Adjusted retention time): 扣除了死时间 的保留时间。tR’= tR- t0
13
保留值的基本参数
➢ 校正保留时间(tR0)(Corrected retention time): 经压力校正因子修正的保留时间。tR0=j tR ➢ 净保留时间(tN)(Net retention time): 经压力校正 因子修正的调整保留时间。 tN=j tR’
后再求其它峰(i)对这个峰的相对保留值。此时,γi,s可能大
于1,也可能小于1.在多元混合物分析中,通常选择一对最难 分离的物质对,将它们的相对保留值作为重要参数。在这种特 殊情况下,可用符号α表示:

=
t R2 t R1
式中tR2′为后出峰的调整保留时间,所以这时α总 是大于1的 。
17
分配系数K与分配比(容量因子)K’ :
27
一、塔板理论(plate theory)
1941 年 , Martin 和 Synge阐明了色谱、蒸馏 和萃取之间的相似性,将 色谱柱设想成由许多液液 萃取单元或理论塔板组成; 与精馏相似,色谱分离也 是一个分配平衡过程。
假设→二项式分布(概率密度函数) →流出曲线→实验事实
28
该理论假定:
g'
tR2
= 2,1
'
tR1
=
V' R2
V' R1
由于相对保留值只与柱温及固定相的性质有关,而与 柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关,因此,它是色谱 法中,特别是气相色谱法中,广泛使用的定性数据.必须注 意,相对保留值绝对不是两个组份保留时间或保留体积之比。
16
选择因子α
在定性分析中,通常固定一个色谱峰作为标准(s),然
相关文档
最新文档