色谱学lecture2.ppt

最早由Martin等人提出塔板理论，把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为，同时引人理论塔板数作为衡量柱效率的指标。 该理论假定： （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。 为简单起见，设色谱往由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. 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： 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)。 按上述分配过程，对于n=5，k=1，m=1的体系，随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱内任一板上的总量（气液两相中的总质量）,由塔板理论可建流出曲线方程： m为组分质量，Vr为保留体积，n为理论塔板数。 当流动相体积V=Vr 时，C值最大，即 从上两式可以看出，色谱峰W越小，n就越大，而H就越小，柱效能越高。因此，n和H是描述柱效能的指标。 通常填充色谱柱的n＞103，H＜1mm。而毛细管柱 n=105--106，H＜0.5mm 由于死时tM包括在tR中,而实际的tM不参与柱内分配,所计算的n值尽大,H很小,但与实际柱效能相差甚远.所以,提出把tM扣除,采用有效理论塔板数neff和有效塔板高Heff评价柱效能。 塔板理论用热力学观点形象地描述了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，导出流出曲线的数学模型，并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置，还提出了计算和评价柱效的参数。但由于它的某些基本假设并不完全符合柱内实际发生的分离过程，例如，纵向扩能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素，也不能说明为什么在不同流速下可以测得不同的理论塔板数，这就限制了它的应用。 塔板理论的作用与不足 作用：1.塔板理论方程式描述色谱流出曲线应该是正态分布函数，与实际记录的色谱流出曲线相符合，对色谱分配系统有指导意义。 2.理论塔板数公式：n评价色谱柱是成功的。 3.塔板理论提出了塔板高度对色谱峰区域宽度扩张的影响。 不足：1.模拟假设条件提出，同实际情况有差异，所以色谱分配定量关系不准确。 2.塔板理论不能解释H与色谱峰扩张关系。 3.忽略了纵向扩散的作用。 4.流速差异所造成不同的塔板数。 图18d1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。 气相色谱联用技术——GC-MS MS：利用电磁学原理将样品分子转换为带电荷的气态离子，并按照核质比将其分离并记录下来，从而获得分子结构的方法。 质谱单元：真空部分、电离源、质量分析器、检测器 气质联用：接口单元—色谱仪柱出口压力为105Pa，质谱仪必须保证在高真空度下运行。为了解决压力的不协调性—接口。 接口方式：开口分流法—通入保护气流（He），使色谱柱的末端保持常压，而不会降低系统的分离效率。限阻管具有适当的阻力，仅有一小部分被引入质谱（大部分被放空）。 分子分离器：通过分馏技术，使进入质谱的气流获得富集，以保证较高的灵敏度。 直接连接法：毛细管柱内径细，柱流量小，即使色谱出来的所有气流全部流入质谱系统，真空系统仍可以维持较好的状态。 R=1.5 完全分离 分离度与k、n及 的关系 ? k从1增加到3，R增加到原来的1.5倍 (k: 2-7) ? n增加到原