色譜分析法理論基礎PPT課件

.,1,7.2.1流出曲線及有關術語,在氣相色譜分析法中，將以組分濃度為縱坐標，流出時間為橫坐標，繪得的組分及其濃度隨時間變化的曲線稱為色譜圖，也稱色譜流出曲線。下面是單個組分的色譜圖，用以說明色譜分析法的相關術語。,.,2,基線和保留值,1.基線：圖中的Ot表示只有載氣通過檢測器時響應信號的記錄。在條件穩(wěn)定時為一直線。,2.保留值：表示試樣中各組分在色譜柱內停留的時間數值。通常用時間或相應的載氣體積來表示。,.,3,（1）用時間表示的保留值,保留時間tR：指待測組分從進樣到柱后出現濃度最大值時所需的時間,如圖中的OB。死時間tM：指不與固定相作用的氣體（如空氣、甲烷等）的保留時間，如圖中OA所示。,.,4,（1）用時間表示的保留值（二）_,調整保留時間tR：指扣除了死時間的保留時間，如圖中的AB。即：tR=tRtM注意：當固定相一定，在確定的實驗條件下，任何物質都有一定的保留時間，它是色譜分析法的基本參數。,.,5,保留體積VR：指從進樣到柱后出現待測組分濃度極大值時所通過的載氣體積。VRtRF0F0色譜柱出口處載氣流速（mL/min）,死體積VM：指色譜柱內除了填充物固定相以外的空隙體積、色譜儀中管路和連接頭間的空間及檢測器的空間的總和。VMtMF0調整保留體積VR：指扣除了死體積后的保留體積。,（2）用體積表示的保留值,.,6,3.相對保留值,相對保留值r21：指組分2和組分1調整保留值之比，是一個無因次量。r21=tR2/tR1=VR2/VR1,注意：相對保留值只與柱溫及固定相性質有關，與其他色譜操作條件無關，它表示了色譜柱對這兩種組分的選擇性。,.,7,4.區(qū)域寬度（一）,（1）標準偏差：1/2EF1/4IJ（1/4Wb）即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。峰高h是色譜峰頂到基線的距離。h、是描述色譜流出曲線形態(tài)的兩個重要參數。h、與的關系如何？,即色譜峰寬度。習慣上常用以下三個量來表示。,.,8,區(qū)域寬度（二）,（2）半峰寬Y1/2:峰高一半處色譜峰的寬度。如圖中的GH。半峰寬與標準偏差的關系為：,注意：由于半峰寬容易測量，使用方便，所以一般用它來表示區(qū)域寬度。,.,9,區(qū)域寬度（三）,（3）峰基寬度Wb：即通過流出曲線的拐點所作的切線在基線的截距，如圖IJ所示。Wb與的關系：Wb4,.,10,7.2.2色譜法中的主要參數和關系式分配系數Kp和容量因子K,（1）分配系數Kp：定溫定壓下物質在固定相和流動相中的濃度比。KPAs/Am（s固定相；m流動相）（2）容量因子K：分配系數與兩相體積有關的參數，表示溶質A在兩相中的質量之比。K=mAs/mAm=KPVS/Vm,.,11,分配系數Kp和體積保留值VR的關系,VR=VM+KpVs即：VR=VM（1+K）或：K（VRVM）/VM當流動相流速一定時有：K（tRtM）/tMtR/tM從上兩式可以看到，色譜分析法中各組分保留值隨K而變化，而tM、tR都可以從色譜圖上測得，從而可以求出K。容量因子K是描述溶質保留行為的一個重要參數。,.,12,（3）分離比a,色譜分析法中A、B兩種物質的分離效率可用分離比表示。當兩相體積一定時，分離比與保留值的關系為：aKp(B)/Kp(A)K(B)/K(A)tR(B)/tR(A)B，A在色譜法中，分離比等于被分離兩種物質的調整保留值之比。tR(B)/tR(A)B，A也稱相對保留值。,.,13,7.2.3色譜柱的效能塔板理論,在50年代，色譜技術發(fā)展的初期，Martin等人把色譜分離過程比作分餾過程，并把分餾中的半經驗理論塔板理論用于色譜分析法。,.,14,7.2.3色譜柱的效能塔板理論（二）,這理論把色譜柱比作一個分餾塔，假設柱內有n個塔板，在每個塔板高度間隔內，試樣各組分在兩相中分配并達到平衡，最后,揮發(fā)度大的組分和揮發(fā)度小的組分彼此分離，揮發(fā)度大的最先從塔頂（即柱后）逸出。盡管這個理論（概念）并不完全符合色譜柱的分離過程，色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差別，但是因為這個比喻形象簡明，因此幾十年來一直沿用。,.,15,7.2.3色譜柱的效能塔板理論（三）,按照塔板理論，色譜柱的分離效能可以用塔板數來表示，由塔板理論導出的理論塔板數n的計算公式是：n=5.54(tR/y1/2)216(tR/Wb)2注：使用該公式，分子分母應取相同單位。,.,16,7.2.3色譜柱的效能塔板理論（四）,由于死體積VM(或死時間tM)內并沒有發(fā)生分配作用，在考慮柱的實際分離效能時應予扣除，扣除死時間后色譜柱效用有效塔板數n有效和有效塔板高度H有效。,H有效L/n有效,由于同一色譜柱對不同物質的柱效能不同，故用H、n、H有效、n有效等指標表示柱效能時應注明被測物質和色譜條件。,.,17,7.2.3色譜柱的效能塔板理論（五）,n有效也可以用下式表達：,n有效與R的關系式為：,柱長,符號與上面討論的相同。,.,18,7.2.3色譜柱的效能塔板理論（六）,理論塔板高度（H）：HL/nL色譜柱長度n大或H小，表示柱的分離效能愈高。有效塔板數（高度）：扣除了死體積或死時間后的塔板數（高度）。色譜柱內的死體積或相應的死時間實際上并沒有參與分配作用。,.,19,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論（一）,前面已知，用塔板理論來說明色譜柱內各組分的分離過程并不合理，因為色譜柱內并沒有塔板。當同一試樣進入同一色譜柱，當流動相速度變化時，得到不同的色譜圖。測得的n和H也不同，充分說明塔板理論不足以說明色譜柱的分離過程。,.,20,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論（二）,1956年，荷蘭學者范德姆特（VanDeomter）等提出一個描述色譜柱分離過程中復雜因素使色譜峰擴寬而致柱效降低（即：使H增大）影響的方程。此方程經簡化后寫為:,該式稱為速率方程（范氏方程）。下面我們將對公式中的各項進行討論,.,21,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論（三）,A渦流擴散項,反映溶質分子受固定相顆粒障礙改變移動方向，形成渦流引起擴散。與填充顆粒的大小及填充的均勻性有關，而與流動相的流速無關。A越大，色譜峰變寬更嚴重。,（范氏方程）。,.,22,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論（四）,由于溶質區(qū)帶前后存在著濃度差，因而產生縱向擴散使區(qū)帶（色譜峰）擴寬。由于分子在液體中的擴散速率大約是在氣體中的1/105，所以該項對液相色譜來說很小，而對氣相色譜則很重要。擴散的嚴重與否，關鍵是取決于流動相的線速度。,.,23,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論（五）,此兩項對色譜峰的影響均與流速成正比。在流速很高的情況下，由于沒有足夠的時間建立平衡，偏離更為嚴重。,C固定相傳質阻力項D流動相傳質阻力項(非平衡狀態(tài)作用),對于一定的色譜體系，速率方程中A、B、C、D其值為一定。速率方程描述了流動相的平均線速度對柱效能的影響。,.,24,7.2.4影響色譜柱效能的因素速率理論(六),固定填充柱，對某一物質在不同的載氣流速下,測定塔板高度，即可作右圖。,從圖中可以看出，曲線最低點處H最小，即柱效能最高，該點對應的載氣流速為最佳流速。上述做法可用來求某條件下對某種物質的最佳載氣流速。,氣相色譜分析法中，,.,25,7.2.5分離效率的表示方法分離度,分離效率的表示方法分離度（分辨率）一個混合物（設只有A、B兩種組分）經色譜分離后，得到的譜圖可能為：,試評價（1）（2）（3）的分離效果。（考慮兩方面因素：溶質的保留值和溶質區(qū)帶的區(qū)域寬度）色譜分離效率用參數分離度（分辨率）R來表示。,.,26,7.2.5分離效率的表示方法分離度（一）,色譜分離效率用分離度（分辨率）R來表示：,式中：分子反映了溶質在兩相中分配行為對分離的影響，是色譜分離的熱力學因素。分母反映了動態(tài)過程溶質區(qū)帶的擴寬對分離的影響，是色譜分離的動力學因素。從中得到：兩溶質保留時間相差越大，色譜峰越窄，分離越好。,.,27,7.2.5分離效率的表示方法分離度（二）,對于兩個面積相等的對稱峰，理論上可以證明：R0.81.01.5分離效果89%98%99.7%,一般當R1.5時，可以認為兩個組分分離完全。R也稱為色譜總分離效能指標。,.,28,7.2.5分離效率的表示方法分離度（三）,分離度R與容量因子K、理論塔板數n、分離比a的關系為：,以n有效表示，則有：,另外，當兩組分的色譜峰分離較差，峰底寬度難于測量時，可用半峰寬代替峰底寬度，此時：,R0.59R,.,29,7.2.5分離效率的表示方法分離度（四）,關于R、n有效、r2.1、H有效、L柱長間關系如下：,對于一定的色譜柱和一定的