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§5 气相色谱法原理Gas Chromatography 教学目的: 1.掌握色谱法的基本原理,概念和踏板理论,速率理论 2.了解色谱法的定性,定量测定方法 3.了解GC的特点 4.了解气相色谱仪的组成 5.掌握如何选择分离操作条件 6.了解GC的应用 7.掌握有关计算 重点: 踏板理论,速率理论,分离操作条件,检测器 学时:6学时 §3-1 概述 3.1.1. 色谱法:一种分离技术 1. 由俄国植物学家Tsweett创立 2.原理 使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动 的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固 定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留 的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法 3.分类 (1)气相色谱和液相色谱(流动相) (2)柱色谱,纸(PC)色谱,薄层色谱(TLC)(固定相) (3)吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色谱(物理化学原理) (4)洗脱法,顶替法,迎头法 § 4.死体积VM: VM = tM.F0(流动相体积流速) 5.保留体积VR: VR= tR . F0(流动相体积流速) 6.调整保留体积VR’: VR’= VR- VM 7.相对保留值r21: r21= VR’(2)/ VR’(1) = tR’(2)/ tR’(1) r21只与柱温,固定相性质有关,是色谱定性分析的重要参数,可用来表示固定相的选择性 分配比k(partition ratio): 分配过程 分配系数K=CS/CM 分配比k:在一定温度,压力下,在两相间达到平衡时,组分在两相之中的质量比 k=nS/nM k=KVS/VM (why?) r21=k2/k1=K2/K1 k= tR’/ tM 色谱峰高区域宽度(Peak width):色谱峰宽度1．标准偏差（σ）即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。2．半峰宽（Y1/2）峰高一半处色谱峰的宽度 Y1/2=2.354σ3．基线宽度（Y）Y=4σ从色谱图得到的信息:1.样品中所含组分数(峰个数)2.定性分析(色谱峰的保留值)3.定量分析(色谱峰面积或峰高)4,评价色谱柱分离性能(区域宽度)  §5-2 色谱分离法基本理论涉及到试样中各组分在两相间的分配情况和各组分在色谱柱中的运动情况5.2.1 踏板理论1.假定:(1)在每小段,气相平均组成与液相平均组成可以很快达到平衡,每小段高度称为理论踏板高度(2)载气进入色谱柱是脉动似的,每次进气为一个板体积(3)试样开始均加在第0号板上(4)分配系数在各踏板上是常数(线性色谱)2内容(1) 理论踏板数n50(n=L/H)时,可得到基本对称的峰型曲线(2)样品进入色谱柱后,可得到良好分离(3)n与半峰宽及峰底宽的关系式 当tR一定时,如果色谱峰越窄,则n越大,H越小,柱效能越高 (4)有效踏板数 踏板理论只能定性给出板高的概念 例题:p366 例1,例2 5.2.2 速率理论(rate theory) 1956年, Van Deemter等人提出的色谱过程的动力学理论,吸取 了踏板理论中板高的概念,考虑影响板高的动力学因素,导出方程 5.2.2 速率理论(rate theory)  H=A+B/u+u 1.涡流扩散项A(eddy diffusion term) A=2?dp 使用适当细粒度和颗粒均匀的担体,尽量填充均匀,是减少涡流扩散,提高柱效的有效途径 2.分子扩散项(纵向扩散项)B(molecular diffusion term) B=2 ?Dg 采用相对分子质量较大的载气;担体填充均匀,可减少分子扩散 采用较高的载气流速,控制较低的柱温 3.传质项Cu)(resistance to mass transfer) 采用粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可提高柱效 固定相的液膜厚度薄,组分在液相的扩散系数大,则液相传质阻力就小  板高方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义,它指出了色谱柱填充的均匀程度,填料粒度的大小,流动相的种类与流速,固定相的液膜厚度对柱效的影响 4.载