2第二章：色谱基本理论课件.ppt

1、1第二章：色谱基本理论第二章：色谱基本理论2.1色谱图与色谱分配平衡色谱图与色谱分配平衡 2.1.1 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语 1、基线、基线2、峰峰 3、基线噪声基线噪声4、死时间死时间 tM5、保留时间保留时间 tR6、整保留时间整保留时间 tR=tR-tM 7、峰宽峰宽 W 8、半高峰宽半高峰宽 Wh/2 9、标准偏差标准偏差：峰高峰高0.607倍处，倍处，峰宽的一半峰宽的一半 W=4 W1/2=2.354。22.1.2 色谱分配平衡色谱分配平衡 1、分配平衡、分配平衡（1）GSC中的吸附平衡常数中的吸附平衡常数 在一定的柱温下，单位重量固定相吸附的组分量与单位体积流

2、动相在一定的柱温下，单位重量固定相吸附的组分量与单位体积流动相中组分量之比。中组分量之比。a=有时以吸附剂表面积代替吸附剂重量，以有时以吸附剂表面积代替吸附剂重量，以Ka表示。表示。Ka=（2）GLC中的分配平衡常数中的分配平衡常数 在一定的温度、压力下，分离体系达到平衡时，组分在两相的浓度在一定的温度、压力下，分离体系达到平衡时，组分在两相的浓度之比为一常数，称为分配系数。之比为一常数，称为分配系数。K=量量每每毫毫升升流流动动相相中中组组分分的的的的量量每每克克固固定定相相中中吸吸附附组组分分量量每每m ml l流流动动相相中中组组分分的的组组分分的的量量每每c cm m吸吸附附剂剂表表面

3、面吸吸附附组组分分在在流流动动相相的的浓浓度度组组分分在在固固定定相相的的浓浓度度M Ms sC CC C3 分配系数是由组分和固定相的热力学性质决定的，它是每一个溶质的特征值，它分配系数是由组分和固定相的热力学性质决定的，它是每一个溶质的特征值，它仅与两个变量有关：固定相和温度。与两相体积、柱管的特性以及所使的仪器无关。仅与两个变量有关：固定相和温度。与两相体积、柱管的特性以及所使的仪器无关。（3）容量因子）容量因子K2)(lnCoCRTGTdKd 在一定的温度、压力下，组分在两相达到分配平衡时，在在一定的温度、压力下，组分在两相达到分配平衡时，在两相中分配量之比。（重量、体积、摩尔数等）两

4、相中分配量之比。（重量、体积、摩尔数等）)52(KVCVCnnkmmSSmSK是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。式中式中为相比。为相比。填充柱相比：填充柱相比：635；毛细管柱的相比：毛细管柱的相比：5015002、保留值、保留值（1）阻滞因素：）阻滞因素：Rr 组分滞留在流动相中的时间分数组分滞留在流动相中的时间分数 从概率统计学意义上说，滞留在流动相时间分数等于组分在流从概率统计学意义上说，滞留在流动相时间分数等于组分在流动相中分子数目与组分分子总数之比动相中分子数目与组分分子总数之比 4 =11KRr=ssMMMMVCVCVCMsVV

5、K11（2）组分在柱内移动速率）组分在柱内移动速率UiUi=UR=U K K1 11 1 )K K(1(1t t)K K(1(1U UL LU UL Lt tM Mi iR RM MR RM MM MR Rt tt tt tt tt tK K5（3）保留体积）保留体积 VR 组分从进样到出峰极大值所通过的流动相体积。组分从进样到出峰极大值所通过的流动相体积。VR=tR F VR=tM(1+K)F=VM(1+K)VR=VM+KVs（4）相对保留值）相对保留值 同一条件下，某组分与一标准物的调整保留值之比同一条件下，某组分与一标准物的调整保留值之比 R Rs s R Ri it tt tri,s=

6、R Rs s R Ri iV VV Vs si iK KK K s s i iK KK K又称为选择性系数，是二组分在色谱分配过程中热力学差值的量度。又称为选择性系数，是二组分在色谱分配过程中热力学差值的量度。（5）吸附等温线）吸附等温线 吸附色谱中，当固定相是固体吸附剂时，组分在吸附吸附色谱中，当固定相是固体吸附剂时，组分在吸附 剂上的吸附剂上的吸附和解吸达到平衡时，可以用一种曲线来描述组分在两相上吸附量的关和解吸达到平衡时，可以用一种曲线来描述组分在两相上吸附量的关系。简言之组分在两相上量的关系曲线。系。简言之组分在两相上量的关系曲线。6样品量增加样品量增加保留时间保留时间 柱长方向柱长方

7、向组分在流动组分在流动相中的浓度相中的浓度 组分在固组分在固定相中的浓度定相中的浓度组分在柱中组分在柱中的浓度分布的浓度分布响应值响应值保留时间保留时间 A:A:线性理想等温线，分配线性理想等温线，分配系数系数K 于浓度无关于浓度无关B:B:朗格缪尔等温线分配，朗格缪尔等温线分配，随着组分浓度增加，随着组分浓度增加，K 减小减小、在流动相中在流动相中Cm比例相对增大，意味比例相对增大，意味着组分流出加快着组分流出加快C:C:反朗格缪尔等温线分配，反朗格缪尔等温线分配，随着组分浓度增加，随着组分浓度增加，K 增加增加、在流动相中在流动相中Cm比例相对减小，组分流比例相对减小，组分流出减慢出减慢C

8、S2CS1Cm2Cm172.2 塔板理论塔板理论 1、塔板理论的提出、塔板理论的提出 塔板理论是把色谱柱与精溜塔相比拟为出发塔板理论是把色谱柱与精溜塔相比拟为出发点的半经验理论，是从热力学的角度说明组分点的半经验理论，是从热力学的角度说明组分在色谱柱内的分离原理。在色谱柱内的分离原理。待分离物进入具有一定温度的分馏塔，混合待分离物进入具有一定温度的分馏塔，混合物立即在两块塔板之间达成一次气液分配平衡，物立即在两块塔板之间达成一次气液分配平衡，即进行了一次分离。显然，混合物在这个塔内即进行了一次分离。显然，混合物在这个塔内进行了进行了6次分离。次分离。对于一定高度对于一定高度L的分馏塔来说，两块

9、塔板之的分馏塔来说，两块塔板之间的高度间的高度H越小，分离次数（塔板数）越小，分离次数（塔板数）n越多，越多，分离效率越高。即分离效率越高。即nL H8 因此，早期在石油化工生产因此，早期在石油化工生产中，以中，以塔板数塔板数n或塔板高度或塔板高度H来评来评价不同分馏塔的分离效率价不同分馏塔的分离效率，从而，从而建立了建立了塔板理论。塔板理论。2、塔板理论的假设、塔板理论的假设(1).在柱内一小段长度在柱内一小段长度H内，组分可以在内，组分可以在两相间迅速达到平两相间迅速达到平 衡。这一小段柱长称衡。这一小段柱长称为理论塔板高度为理论塔板高度H。色谱柱长为色谱柱长为L 时时，柱的理论塔板数为柱

10、的理论塔板数为 N=L/H.(2).所有样品组分均只加在第所有样品组分均只加在第0块塔板上，块塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。(3).载气进入色谱柱不是连续进行的，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而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（积（Vm）。）。(4).分配系数在各板上是常数。分配系数在各板上是常数。9 根据上述假设并结合实例进根据上述假设并结合实例进行考察，发现组分在色谱柱内分行考察，发现组分在色谱柱内分离次数离次数N不多（一般不大于不多（一般不大于20次）次）时，组分在色谱柱内各板上的量时，组分在色谱柱内各板上的量或浓

11、度符合二项式分布，因此，或浓度符合二项式分布，因此，可用二项式定理来计算组分在色可用二项式定理来计算组分在色谱柱内各板上的量或浓度，绘制谱柱内各板上的量或浓度，绘制的曲线为二项式分布曲线，见右的曲线为二项式分布曲线，见右图。图。二项式分布曲线二项式分布曲线103、色谱流出曲线方程色谱流出曲线方程 当当N大于大于50时，则不能用二项式定理来计算组分在色谱柱内各板上的量时，则不能用二项式定理来计算组分在色谱柱内各板上的量或浓度，但可由二项式定理，再经适当的数学推导得出或浓度，但可由二项式定理，再经适当的数学推导得出流出曲线方程流出曲线方程或或（a1）（b1）式（式（a1）和（）和（b1）又称为）又

12、称为塔板理论方程塔板理论方程，用于描述流出色谱柱的组，用于描述流出色谱柱的组分浓度分浓度c随载气体积或洗脱时间而变化的关系。随载气体积或洗脱时间而变化的关系。22)(2exp2CRRRVVVnVnm22)(2exp2tCRRRtttnnm11或或22()exp22RVVmc22()exp22Rttmc 用该方程所画的曲线，是一条左右对称的钟形曲线，即正用该方程所画的曲线，是一条左右对称的钟形曲线，即正态分布曲线。那么，式态分布曲线。那么，式(a)或或(b)完全可以用正态分布方程完全可以用正态分布方程(高斯高斯方程方程)来替代来替代,即即 式中式中mC0为单一物质进入并全部流出色谱柱的总量，非试

13、为单一物质进入并全部流出色谱柱的总量，非试样（混合物！）的总量。样（混合物！）的总量。与式（与式（a1）（）（b1）比较，可得）比较，可得:ntR为正态分布方程的标准差。为正态分布方程的标准差。（a2）（b2）124色谱流出曲线方程的讨论色谱流出曲线方程的讨论（1）当）当 时时 由式（由式（b2）可知，）可知，c值最大，即值最大，即 式（式（3）中，）中，cmax相当于色谱峰的峰高（相当于色谱峰的峰高（h），因），因此，由式（此，由式（3）可知：）可知：当当一定时，一定时，h与与m（进样量）成正比，即（进样量）成正比，即h是色是色谱定量分析的参数。谱定量分析的参数。当当m、tR一定时，一定时，

14、h与与 成正比。成正比。当当m、n一定时，一定时，h与与tR成反比。成反比。Rtt nmax22Rmn mccht（3）13（2）当）当t tR，t tR或或 t tR时，时，c cmax或或 h hmax。（4）145柱效方程柱效方程根据根据 ，则，则 ，将，将 和和 ，代入得，代入得 由上式可见，色谱峰越窄，塔板数由上式可见，色谱峰越窄，塔板数n越多，板高越多，板高H就越小，就越小，柱效能越高。柱效能越高。通常通常:气相色谱填充柱的气相色谱填充柱的n在在103以上，以上，H在在1mm左右；左右；毛细管柱毛细管柱n为为105106，H在在0.5mm左右。左右。ntR2)(Rtn 355.22

15、hW4W22221654.5WtWttnRhRR不同物质在同一色谱柱上有不同的理论塔板数。不同物质在同一色谱柱上有不同的理论塔板数。其原因是：不同物质在同一色谱柱上分配系数不同其原因是：不同物质在同一色谱柱上分配系数不同（5）15有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度因组分在因组分在tM时间内不参与柱内分配，时间内不参与柱内分配，所以计算出来的所以计算出来的n大于实际柱效，大于实际柱效，因此因此需引入有效塔板数和有效塔板高度。需引入有效塔板数和有效塔板高度。221/25.5 4()1 6()RRttnWWLHn有 效e f fe f f为什么组分在为什么组分在tM时间内不能被分离？时

16、间内不能被分离？MMCVtF死体积包含从进样口到检测器出口一切未被固定相占领的空间死体积包含从进样口到检测器出口一切未被固定相占领的空间tM为以一定的载气体积通过死体积区域所消耗的时间。为以一定的载气体积通过死体积区域所消耗的时间。理论与有效的关系：理论与有效的关系：)2 n neff=()1(kk 气相色谱填充柱的气相色谱填充柱的n在在103以以上，上，H在在1mm左右；左右；毛细管柱毛细管柱n为为105106，H在在0.5mm左右。左右。166.塔板理论的成功与不足塔板理论的成功与不足 成功成功（1）解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的 位置。位置。

17、（2）阐明了保留值与）阐明了保留值与K的关系。的关系。（3）提出了评价柱效高低的）提出了评价柱效高低的n和和H的计算式。的计算式。不足不足（1）无法阐明）无法阐明n和和H的色谱本质和含义。的色谱本质和含义。（2）不能解释造成谱峰扩张的原因和影响板高的各）不能解释造成谱峰扩张的原因和影响板高的各 种因素。种因素。（3）无法说明在不同载气流速下具有不同的理论塔）无法说明在不同载气流速下具有不同的理论塔 板数。板数。17平衡塔板理论假设中偏离实际情况平衡塔板理论假设中偏离实际情况K K=f f(浓度、柱长浓度、柱长),),不是常数不是常数 样品不完全是加在一块塔板上样品不完全是加在一块塔板上 流动相

18、是连续加入流动相是连续加入 存在分子纵向扩散存在分子纵向扩散 样品在固定相和流动相间分配达到平衡需要一定的样品在固定相和流动相间分配达到平衡需要一定的时间时间 由于存在传质效率的差异由于存在传质效率的差异,每块塔板高度不尽相同每块塔板高度不尽相同 实际分离过程是不平衡过程实际分离过程是不平衡过程 填料的不均匀性引起流动相线速度的不均匀填料的不均匀性引起流动相线速度的不均匀18 热力学因素热力学因素：精馏的分离基础是纯组分蒸汽压的差别精馏的分离基础是纯组分蒸汽压的差别.色谱除了蒸汽压色谱除了蒸汽压的因素外还有组分与固定相之间的作用力（溶解度、吸附的因素外还有组分与固定相之间的作用力（溶解度、吸附

19、力等），力等），忽略了两相体积的大小。忽略了两相体积的大小。色谱过程实质是非平衡过程。色谱过程实质是非平衡过程。动力学因素：动力学因素：忽略流动相的流动速度忽略流动相的流动速度,忽略了两相体积的大小忽略了两相体积的大小.这就这就忽视了组分分子在两相中扩散的传质的动力学过程忽视了组分分子在两相中扩散的传质的动力学过程.过程需过程需要时间以及要时间以及色谱动力学过程。色谱动力学过程。19例：一液相色谱柱长为例：一液相色谱柱长为25 cm，流动相的速度为，流动相的速度为0.5ml/min，流动相体积，流动相体积0.45ml，固定相的体积为，固定相的体积为1.25ml，现测的萘、蒽、菲、芘四个组分（分

20、，现测的萘、蒽、菲、芘四个组分（分别以别以A、B、C、D表示）的保留值及峰宽如下表表示）的保留值及峰宽如下表 组组 分分 tR(min)W(min)非滞留非滞留 4.0 A 6.5 0.41 B 13.5 0.97 C 14.6 1.10 D 20.1 1.38 根据已知条件请计算：根据已知条件请计算：1、各组分容量因子及分配系数、各组分容量因子及分配系数 2、各组分的值、各组分的值n及及neff值。值。3、各组分的值、各组分的值H及及Heff值。值。20解：解：1、kA=tR/tM=(6.5-4.0)/4.0=0.60 KA=kA=0.600.45/1.25=0.22 同理同理 kB=2.3

21、8 KB=0.86 kc=2.65 Kc=0.96 kD=4.03 KD=1.45 2、nA=16(tR/W)2=16(6.5/0.41)2=4021 neffA=16(6.5-4.0)/0.41 2=595 同理同理 nB=3099 neffB=1535 nc=2818 neffc=1486 nD=3394 neffD=2178 3、H=L/n HA=0.06 HB=0.08 Hc=0.09 HD=0.07 HeffA=0.42 HeffB=0.16 Heffc=0.17 HeffD=0.1121 1.范氏方程的提出范氏方程的提出 2.3 速率理论速率理论为解决为解决塔板理论所存在的这些局限

22、性，塔板理论所存在的这些局限性，1956年荷兰色谱专家年荷兰色谱专家Van Deemter从动力学角度进行了详细的研究，给出了影响柱效的主要因素。从动力学角度进行了详细的研究，给出了影响柱效的主要因素。用于评价柱效的板数，受两方面因素的影响，用于评价柱效的板数，受两方面因素的影响，保留值保留值和和峰宽峰宽。保留值保留值固定相的性质、柱温固定相的性质、柱温热力学热力学塔板理论塔板理论峰宽峰宽载气流速、扩散、传质载气流速、扩散、传质动力学动力学速率理论速率理论2.速率理论的模型速率理论的模型 组分分子在柱内的行为大致是：组分分子由载气携带组分分子在柱内的行为大致是：组分分子由载气携带向前走，而固定

23、液分子将其回拉，由于载气分子的连续流动，向前走，而固定液分子将其回拉，由于载气分子的连续流动，逐渐释放，由于各组分与固定相分子作用力不同，在柱中滞逐渐释放，由于各组分与固定相分子作用力不同，在柱中滞留时间不同，运行速度不同。组分分子还受到载体阻力，浓留时间不同，运行速度不同。组分分子还受到载体阻力，浓差扩散、传质阻力等影响。差扩散、传质阻力等影响。22在柱内的过程：在柱内的过程：随机行走模型随机行走模型 运动着的组分分子在柱中走着无规则运动着的组分分子在柱中走着无规则向前或向后的步子。这个分子只能在一维空间按一系列随机行走而运动，向前或向后的步子。这个分子只能在一维空间按一系列随机行走而运动，

24、不同的色谱过程有其一定的平均步长不同的色谱过程有其一定的平均步长L，组分在柱中走，组分在柱中走N步，前进的结果，步，前进的结果，一定时间后，各分子离开原点有一定的分布，这种距离偏差可用正态分一定时间后，各分子离开原点有一定的分布，这种距离偏差可用正态分标准偏差标准偏差来表示。考虑各种随机过程，来表示。考虑各种随机过程，总的偏差：总的偏差：2=12+22+32+42+.)2=16(W WL L4 4L L2 22 2L Ln=16()2 =nL2 22 2L LL LL L2 2H=总的板高：总的板高：L21L22L23L24H=+23 V V V V12随机行走模型随机行走模型 24 V V

25、V Vhhhnh=L3253.速率理论方程速率理论方程（1）涡流扩散项）涡流扩散项 在填充柱中，流动相向前移动会碰到固定相颗粒的阻力而不断改变流在填充柱中，流动相向前移动会碰到固定相颗粒的阻力而不断改变流动方向，形类似涡流的现象，由于颗粒大小的不均匀性，使组分走过的动方向，形类似涡流的现象，由于颗粒大小的不均匀性，使组分走过的路径长度不同，到达柱口时间不同，使峰加宽。路径长度不同，到达柱口时间不同，使峰加宽。H1 =2dPL21其中：其中：填充不规则因子填充不规则因子 dP固定相颗粒直径固定相颗粒直径（2）分子扩散项）分子扩散项 组分以组分以“塞子塞子”壮进入色谱柱，由于进样量很小，组分不占据

26、整个柱壮进入色谱柱，由于进样量很小，组分不占据整个柱子。因此，在浓差梯度，随流动相向前移动，运动着的组分分子势必产子。因此，在浓差梯度，随流动相向前移动，运动着的组分分子势必产生浓差扩散，扩散的结果使峰加宽。生浓差扩散，扩散的结果使峰加宽。H2 =2 rDg/uL22其中其中:r为弯曲因子为弯曲因子,表示固定相对自由分子的阻碍作用，一般小于表示固定相对自由分子的阻碍作用，一般小于1；Dg组分在流动相中的扩散系数组分在流动相中的扩散系数 26（3）流动相传质阻力）流动相传质阻力 组分进入色谱柱后，要在两相间分配，首先从流动相主体扩散到流动组分进入色谱柱后，要在两相间分配，首先从流动相主体扩散到流

27、动相与固定相界面，这一扩散过程所受阻力。相与固定相界面，这一扩散过程所受阻力。H3=0.01 uL L2 23 32 222)kk(1(1k kg g2 2p pD Dd d 其中：其中：k容量因子容量因子 dP固定相颗粒直径固定相颗粒直径 Dg组分在流动相扩散系数组分在流动相扩散系数 u流动相线速度流动相线速度（4）固定相传质阻力）固定相传质阻力组分从两相界面扩散到固定相内部，又返回界面所受阻力。组分从两相界面扩散到固定相内部，又返回界面所受阻力。H4=u L L2 24 43 32 22 2)k k(1 1k k L L2 2f fD Dd d 其中：其中：df 固定液液膜厚度固定液液膜厚

28、度 DL组分在固定相中扩散系数组分在固定相中扩散系数 k 容量因子容量因子27速率理论方程速率理论方程 L21L22L23L24H=+(单位柱长的总偏差表示柱效单位柱长的总偏差表示柱效)H=2dP+0.01 u+u u2rDg22)k(1kg2pDd322)k(1kL2fDd令：令：2dP=A,2rDg=B,0.01 =Cg 22)k(1kg2pDd=CL322)k(1kL2fDd uCuCuBAHLgCuuBAH284.范氏方程讨论范氏方程讨论（1 1）涡流扩散项涡流扩散项A A A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子：固定相的填充不均匀因子 固

29、定相颗粒固定相颗粒越小，越小，dp，填充的越均匀填充的越均匀AH，柱效，柱效n。色谱峰较。色谱峰较窄。窄。上式表明，上式表明，A A与填充物的平均直径与填充物的平均直径dpdp的大小和填充不规则因子的大小和填充不规则因子有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。为了减少涡流扩散，有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。对于提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。因此空心毛细管，不存在涡流扩散。因此 A=0A=0。（1）颗粒太小，填充均匀性越差）颗粒太小，填充均匀性越差

30、,H,n;（2）dP 太小气阻大，固定相颗粒直径一般太小气阻大，固定相颗粒直径一般4060，6080，80100目。目。注：注：29（2 2）分子扩散项分子扩散项B B由于柱中存在着浓度差，产生纵向扩散由于柱中存在着浓度差，产生纵向扩散色谱峰色谱峰 展宽展宽 a.扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差。，分离变差。b.分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散 c.扩散系数：扩散系数：B=2 Dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，1-2已足够已足够。（2）分离度与选择性因子的关系）分离度与选择性因子的关系 1R因为R，

31、所以1=1，R=055 k00.51.02.03.05.01050100 00.330.50.670.750.850.910.980.991kk当当k很小时，很小时，1kk随随k增大，增大，R增大。增大。k5以后，以后，k增大，增大，R的增加缓慢。的增加缓慢。k10后，增大后，增大k对对R的改进不明显，反而使的改进不明显，反而使Rt 增大k1k10的最佳范围是：（3）分离度与容量因子的关系）分离度与容量因子的关系 Rkkk，156改变k的方法：改变固定相改变柱温（GC）或流动相（LC）改变相比 （改变VS及柱死体积Vm)kVVkKsm57（4）分离度与分离时间的关系）分离度与分离时间的关系 2

32、22222222222322222114111611111211161RMRkRnkknRkLttkkkuuHkkHtRku R根据：（1）n H（）（）=（）un=t（）（）式（1）与式（2）联立求解，得：21122RRRtRt58例例1：已知物质已知物质A和和B在一根在一根30.0cm长的柱上的保留时间分别为长的柱上的保留时间分别为 16.40和和17.63min，不被保留组分通过该柱的时间为，不被保留组分通过该柱的时间为1.30min，峰底宽为峰底宽为1.11和和1.21min，试计算，试计算 （1）柱的分离度（）柱的分离度（2）柱的平均塔板数（）柱的平均塔板数（3）塔板高度）塔板高度

33、（4）达）达1.5分离所需柱长分离所需柱长解：解：06.121.111.1)40.1663.17(2)(22112 WWttRRR2)(16WtnR 2961)11.11.15(1621 n2941)21.133.16(1622 n29382)29142961(221 nnn59mmnLH10.02938300 LRnR cmL602 2121LLRR 2305.106.1L 60 例例2 已知物质已知物质A和和B在一个在一个30.0cm柱上的保留时间分别为柱上的保留时间分别为16.40和和17.63min.不被保留组分通过该柱的时间为不被保留组分通过该柱的时间为1.30min.峰宽为峰宽为1

34、.11和和1.21min,计算计算:(1)柱分辨率柱分辨率;(2)柱的理论塔板数（以组分计）柱的理论塔板数（以组分计）;(3)理论理论塔板高度（以组分计）塔板高度（以组分计）;(4)欲使分离度达到欲使分离度达到1.5所需柱的长度所需柱的长度;(5)在较长柱上把物质在较长柱上把物质B洗脱出柱所需要的时间是多少洗脱出柱所需要的时间是多少？61 解解:(1)R=2(17.63-16.40)/(1.11+1.21)=1.06 (2)n=16(17.63/1.21)2=3397 (3)H=L/n=30.0/3397=8.70810-3cm =8.8310-3cm (4)n2=33972.25/1.124

35、=6.80103 源于源于n1/n2=(R1/R2)2 L=nH=6.801038.8310-3=70.7cm (5)tr2=tr1(R2/R1)2=17.631.52/1.062 =35.3min62 例例3 有一根有一根 1m长的柱子，分离组分长的柱子，分离组分1和和2得到的色谱图得到的色谱图如下。图中横坐标为记录笔走纸距离。若欲得到如下。图中横坐标为记录笔走纸距离。若欲得到 R=1.2的分离度，有效塔板数应为多少？色谱柱要加的分离度，有效塔板数应为多少？色谱柱要加到多长？到多长？63解：先求出组分解：先求出组分2对组分对组分1的的值值214951.1455rrtmmmmmmmmt21)(

36、212wwttRrr8.054549mmmmmmR64求有效塔板数求有效塔板数neff neff16（0.8）21.1/(1.1-1)21239 若使若使R=1.2,所需塔板数可计算所需塔板数可计算,即即 因此因此,欲使分离度达到欲使分离度达到1.2,需有效塔板数为需有效塔板数为2788块块,则所需柱长为则所需柱长为 L=2788/12391m=2.25m2788)1.01.1(2.116)1(162222Rneff22)1(16Rneff65例例4：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒秒和和100秒，要达到完全分离，即秒，要达到完全分离，

37、即R=1.5 。计算需要多少块有。计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？，柱长是多少？解：解：r21=100/85=1.18 n有效有效 =16R2 r21 /(r21 1)2 =161.52(1.18/0.18)2 =1547（块）（块）L有效有效 =n有效有效H有效有效 =15470.1=155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，米时，两组分可以得到完全分离。两组分可以得到完全分离。66选择载气应与检测器匹配选择载气应与检测器匹配TCD选H2，He（u 大，粘度小）FID选N2（u 小，粘度大）minHuopCBuopBCAH2

38、minopopuuuu分析时间是主要矛盾分离是主要矛盾 选择流速和载气应同时考虑对柱效和分析时间的影响选择流速和载气应同时考虑对柱效和分析时间的影响uCHuuuBNuuopop气选气选22（1）载气及其流速的选择）载气及其流速的选择3.分离操作条件的选择分离操作条件的选择67 一般原则是：在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取一般原则是：在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。（2）柱温的选择）柱温的选择（a）恒温）恒温 对于高沸点样品（对于高沸点样品（300400），柱温可低于其沸点

39、），柱温可低于其沸点100200，为了改善液相传质阻力，应选用低固定液配比（，为了改善液相传质阻力，应选用低固定液配比（1%3%）的填充柱或薄液膜毛细管柱，并采用高灵敏度检测器。）的填充柱或薄液膜毛细管柱，并采用高灵敏度检测器。对于沸点低于对于沸点低于300的样品，柱温可以在比各组分的平均沸点低的样品，柱温可以在比各组分的平均沸点低50至平均沸点的温度范围内。至平均沸点的温度范围内。（b）程序升温）程序升温 对于宽沸程样品，需采取程序升温方法。即在同一对于宽沸程样品，需采取程序升温方法。即在同一个分析周期内，柱温按预定的加热速度，随时间作线性或非线性的变个分析周期内，柱温按预定的加热速度，随时

40、间作线性或非线性的变化。化。优点：是能优点：是能缩短分析时间、改善峰形、提高分离度与增加检测灵敏缩短分析时间、改善峰形、提高分离度与增加检测灵敏度度。缺点：有时会引起基线漂移。缺点：有时会引起基线漂移。68恒温：恒温：4545o oC C程序升温：程序升温：3030180180o oC C恒温：恒温：145145o oC C温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差6970（4）检测器温度）检测器温度 检测器温度检测器温度:一般选择比柱温高一般选择比柱温高3070。（5）进样时间和进样量）进样时间和进样量 一般在一般在1秒内完成，越快越好秒内完成，越快越好；进样时间长，会导致；进样时间长，会导致色谱峰变宽；色谱峰变宽；进样量适当；进样量适当；进样太多，峰叠在一起，分离不好；进样太多，峰叠在一起，分离不好；进样太少，检测器灵敏度不够，不能出峰。进样太少，检测器灵敏度不够，不能出峰。（3）汽化室温度）汽化室温度 汽化室温度一般比柱温高汽化室温度一般比柱温高20 507172