色谱理论基础.ppt

当操作条件一定时，被测组分的质量mi或浓度与其色谱峰面积或峰高成正比---定量分析的依据。?????mi=fiAimi：i的质量；fi：比例常数，校正因子；Ai：i的峰面积。二、定量分析第31页,共32页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第32页,共32页，星期六，2024年，5月关于色谱理论基础1952年，Martin等人提出的塔板理论将一根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔，用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精馏中借用的，是一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布。一、塔板理论（Platetheory）第2页,共32页，星期六，2024年，5月塔板理论假定:①塔板之间不连续；②塔板之间无分子扩散；③组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论塔板高度H；④某组分在所有塔板上的分配系数K相同；⑤流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形，但不对称；当塔板数n50时，峰形接近正态分布。第3页,共32页，星期六，2024年，5月根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数n的公式，用以评价一根柱子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称理论塔板数：上式中，tR为保留时间；W1/2为半峰宽（以时间为单位）；Wb为峰底宽度（以时间为单位）。可见，理论塔板数n由组分保留值和峰宽决定。第4页,共32页，星期六，2024年，5月若柱长为L，则每块理论塔板高度H为：由上述两式知道，理论塔板数n越多、理论塔板高度H越小、色谱峰越窄，则柱效越高。上述两式包含死时间t0，它与组分在柱内的分配无关，因此不能真正反映色谱柱的柱效。通常以有效理论塔板数neff和有效理论塔板高度Heff表示：第5页,共32页，星期六，2024年，5月有关塔板理论的说明①说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等；②应定期对柱效进行评价，以防柱效下降，延长柱寿命。③塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程，导出流出曲线的数学模型，解释了流出曲线形状和位置，提出了计算和评价柱效的参数。第6页,共32页，星期六，2024年，5月但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释：峰形为什么会扩张？影响柱效的动力学因素是什么？第7页,共32页，星期六，2024年，5月1956年，荷兰化学工程师VanDeemter等在研究气-液色谱时，提出了色谱过程动力学理论--速率理论。该理论吸收了塔板理论中的塔板高度H的概念，同时考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，导出了速率理论方程式，较完善地解释了影响塔板高度的各种因素。适用于气相色谱和液相色谱。二、速率理论（Ratetheory）第8页,共32页，星期六，2024年，5月VanDeemter方程：式中，u为流动相线速度；A、B、C为常数。A—分别表示涡流扩散项系数；B—分子扩散项系数；C—传质阻力项系数（包括液相和固相传质阻力系数）该式从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种因素。任何减少方程右边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。第9页,共32页，星期六，2024年，5月1.涡流扩散项A（Multipathterm）在填充柱中，由于受到固定相颗粒的阻碍，组分在迁移过程中随流动相不断改变方向，形成紊乱的“涡流”。从图中可见，因填充物颗粒大小及填充的不均匀性——同一组分运行路线长短不同——流出时间不同——峰形展宽。流动方向第10页,共32页，星期六，2024年，5月展宽程度以A表示：A=2?dp其中dp—填充物平均直径；?—填充不规则因子。可见，使用细粒的固定相并填充均匀可减小A，提高柱效。对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0。流动方向第11页,共32页，星期六，2024年，5月2.纵向扩散项B/u（Longitudinaldiffusionterm）纵向分子扩散是由于浓度梯度引起的。当样品被注入色谱柱时，它呈“塞子”状分布。随着流动相的推进，“塞子”因浓度梯度而向前后自发地扩散，使谱峰展宽。其大小B=2?Dm?—弯曲因子，表示固定相几