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色谱理论基础塔板理论假定塔板理论假定:塔板之间不连续塔板之间不连续;塔板之间无分子扩散塔板之间无分子扩散;组组分分在在各各塔塔板板内内两两相相间间得得分分配配瞬瞬间间达达至至平平衡衡,达达一次平衡所需柱长为一次平衡所需柱长为理论塔板高度理论塔板高度H H;某组分在所有塔板上得分配系数某组分在所有塔板上得分配系数K K相同相同;流流动动相相以以不不连连续续方方式式加加入入,即即以以一一个个一一个个得得塔塔板板体积加入。体积加入。当当塔塔板板数数n n较较少少时时,组组分分在在柱柱内内达达分分配配平平衡衡得得次次数数较较少少,流流出出曲曲线线呈呈峰峰形形,但但不不对对称称;当当塔塔板板数数n50n50时时,峰峰形接近正态分布。形接近正态分布。根根据据呈呈正正态态分分布布得得色色谱谱流流出出曲曲线线可可以以导导出出计计算算塔塔板板数数n n得得公公式式,用用以以评评价价一一根根柱柱子子得得柱柱效效。由由于于色色谱谱柱柱并并无无真真正正得得塔塔板板,故故塔塔板板数数又又称称理理论论塔塔板数板数:上上式式中中,t,tR R为为保保留留时时间间;W;W1/21/2为为半半峰峰宽宽(以以时时间间为为单单位位);W);Wb b为为峰峰底底宽宽度度(以以时时间间为为单单位位)。可可见见,理理论论塔塔板数板数n n由组分保留值和峰宽决定由组分保留值和峰宽决定。若柱长为若柱长为L,L,则每块理论塔板高度则每块理论塔板高度H H为为:由由上上述述两两式式知知道道,理理论论塔塔板板数数n n越越多多、理理论论塔塔板板高度高度H H越小、色谱峰越窄越小、色谱峰越窄,则柱效越高。则柱效越高。上上述述两两式式包包含含死死时时间间t t0 0,她她与与组组分分在在柱柱内内得得分分配配无无关关,因因此此不不能能真真正正反反映映色色谱谱柱柱得得柱柱效效。通通常常以以有有效效理论塔板数理论塔板数n neffeff和和有效理论塔板高度有效理论塔板高度H Heffeff表示表示:有关塔板理论得说明有关塔板理论得说明说说明明柱柱效效时时,必必须须注注明明该该柱柱效效就就是是针针对对何何种种物物质质、固固定定液液种种类类及及其其含含量量、流流动动相相种种类类及及流流速速、操操作作条条件等件等;应应定定期期对对柱柱效效进进行行评评价价,以以防防柱柱效效下下降降,延延长长柱柱寿寿命。命。塔塔板板理理论论描描述述了了组组分分在在柱柱内内得得分分配配平平衡衡和和分分离离过过程程,导导出出流流出出曲曲线线得得数数学学模模型型,解解释释了了流流出出曲曲线线形形状状和位置和位置,提出了计算和评价柱效得参数。提出了计算和评价柱效得参数。但但该该理理论论就就是是在在理理想想情情况况下下导导出出得得,未未考考虑虑分分子子扩扩散散因因素素、其其她她动动力力学学因因素素对对柱柱内内传传质质得得影影响响。因因此此她不能解释她不能解释:v 峰形为什么会扩张？峰形为什么会扩张？v 影响柱效得动力学因素就是什么？影响柱效得动力学因素就是什么？19561956年年,荷荷兰兰化化学学工工程程师师Van Van DeemterDeemter等等在在研研究究气气-液液色色谱谱时时,提提出出了了色色谱谱过过程程动动力力学学理理论论-速速率率理理论论。该该理理论论吸吸收收了了塔塔板板理理论论中中得得塔塔板板高高度度H H得得概概念念,同同时时考考虑虑了了组组分分在在两两相相间间得得扩扩散散和和传传质质过过程程,导导出出了了速速率率理理论论方方程程式式,较较完完善善地地解解释释了了影影响响塔塔板高度得各种因素。适用于气相色谱和液相色谱。板高度得各种因素。适用于气相色谱和液相色谱。二、速率理论二、速率理论(Rate theory)Van Deemter Van Deemter方程方程:式中式中,u u为流动相线速度为流动相线速度;A;A、B B、C C为常数。为常数。AA分别表示涡流扩散项系数分别表示涡流扩散项系数;B;B分子扩散项系数分子扩散项系数;C C传质阻力项系数传质阻力项系数(包括液相和固相传质阻力系数包括液相和固相传质阻力系数)该该式式从从动动力力学学角角度度很很好好地地解解释释了了影影响响板板高高(柱柱效效)得得各各种种因因素素。任任何何减减少少方方程程右右边边三三项项数数值值得得方方法法,都都可可降降低低H,H,从而提高柱效。从而提高柱效。1 1、涡流扩散项、涡流扩散项A A(Multipath term)(Multipath term)在在填填充充柱柱中中,由由于于受受到到固固定定相相颗颗粒粒得得阻阻碍碍,组组分分在在迁迁移移过过程程中中随随流流动动相相不不断断改改变变方方向向,形形成成紊紊乱乱得得“涡涡流流”。从从图图中中可可见见,因因填填充充物物颗颗粒粒大大小小及及填填充充得得不不均均匀匀性性同同一一组组分分运运行行路路线线长长短短不不同同流出时间不同流出时间不同峰形展宽。峰形展宽。流动方向流动方向展宽程度以展宽程度以A A表示表示:A=2 A=2 d dp p其中其中d dp p 填充物平均直径填充物平均直径;填充不规则因子。填充不规则因子。可可见见,使使用用细细粒粒得得固固定定相相并并填填充充均均匀匀可可减减小小A,A,提提高高柱效。对于空心毛细管柱柱效。对于空心毛细管柱,无涡流扩散无涡流扩散,即即A=0A=0。流动方向流动方向11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流 2 2、纵向扩散项、纵向扩散项B/u(Longitudinal diffusion term)B/u(Longitudinal diffusion term)纵纵向向分分子子扩扩散散就就是是由由于于浓浓度度梯梯度度引引起起得得。当当样样品品被被注注入入色色谱谱柱柱时时,她她呈呈“塞塞子子”状状分分布布。随随着着流流动动相相得得推推进进,“,“塞塞子子”因因浓浓度度梯梯度度而而向向前前后后自自发发地地扩散扩散,使谱峰展宽。其大小使谱峰展宽。其大小 B=2 B=2 D Dm m 弯弯曲曲因因子子,表表示示固固定定相相几几何何形形状状对对自自由由分分子子扩扩散散得阻碍情况得阻碍情况;D Dm m组分在流动相中得扩散系数。组分在流动相中得扩散系数。讨讨 论论q 流动相分子量大流动相分子量大,Dg小小,即即B小小q Dg 随柱温升高而增加随柱温升高而增加,随柱压降低而减小随柱压降低而减小;q u 增加增加,组分停留时间短组分停留时间短,纵向扩散小纵向扩散小;(B/u)q 对于液相色谱对于液相色谱,因因Dm 较小较小,B 项可忽略。项可忽略。球状颗粒球状颗粒大分子量流动相大分子量流动相适当增加流速适当增加流速短柱短柱低温低温B=2 Dm 3 3、传质阻力项传质阻力项Cu(Mass-transfer term)Cu(Mass-transfer term)因因传传质质阻阻力力得得存存在在,使使分分配配不不能能“瞬瞬间间”达达至至平平衡衡,因因此此产产生生峰峰形形展展宽宽。气气相相色色谱谱以以气气体体为为流流动动相相,液液相相色色谱谱以以液液体体为为流流动动相相,二二者者传传质质过过程程不完全相同。不完全相同。传传质质阻阻力力项项C C包包括括流流动动相相传传质质阻阻力力系系数数C Cm m和和固固定相传质阻力系数定相传质阻力系数C Cs s。讨讨 论论F 减小填充颗粒直径减小填充颗粒直径d dp p。F 采采用用分分子子量量小小得得流流动动相相,使使组组分分在在气气相相中中得得扩扩散散系数系数D Dg g增加。增加。F 减减小小液液膜膜厚厚度度d df f,液液相相传传质质阻阻力力系系数数C Cl l下下降降。但但此此时时k k又又减减小小。因因此此,当当保保持持固固定定液液含含量量不不变变时时,可可通通过过增增加加固固定定液液载载体体得得比比表表面面来来降降低低d df f。但但比比表表面面过大又会因吸附过强使峰拖尾。过大又会因吸附过强使峰拖尾。F 增增加加柱柱温温,可可增增加加组组分分在在液液相相中中得得扩扩散散系系数数D Dl l,但但k k值也减小值也减小,为保持合适为保持合适C Cl l值值,应控制柱温。应控制柱温。当当u u一一定定时时,仅仅在在A A、B B和和C C较较小小时时,H,H较较小小,柱柱效效较较高高;反反之之,则则柱柱效效较较低低,色谱峰将展宽。色谱峰将展宽。以以u u对对H H作作图图,可可得得H-uH-u曲曲线线(如如左左图图),),从从该该曲曲线线得到得到:板高板高,H(cm)HminA+B/u+CuCmuCsuAB/u4 4、流速、流速u u由由Van DeemterVan Deemter方程方程 H=A+B/u+Cu H=A+B/u+Cu可知可知涡流扩散项涡流扩散项A A与流速与流速u u无关无关;低低流流速速区区(u(u小小),B/u),B/u大大,分分子子扩扩散散项项占占主主导导,此此时时选选择择分分子子量量大大得得气气体体如如N N2 2和和ArAr为为载载气气,可可减减小小扩扩散散,提高柱效提高柱效;高高流流速速区区(u(u大大),Cu),Cu大大,传传质质阻阻力力项项占占主主导导,此此时时选选择择分分子子量量小小得得气气体体如如H H2 2和和HeHe为为载载气气,可可增增加加扩扩散散系系数数,提高柱效提高柱效;曲曲 线线 得得 最最 低低 点点 对对 应应 最最 佳佳 线线 速速(u(uopt opt )下得最小板高下得最小板高H Hmin min 。H=A+B/u+Cu 单单独独用用柱柱效效或或选选择择性性不不能能真真实实反反映映组组分分在在色色谱谱柱柱中中得得分分离离情情况况,需需要要引引进进一一个个综综合合指指标标分分离度离度,作为色谱柱总分离效能得指标。作为色谱柱总分离效能得指标。三、分离度三、分离度(Resolution)R=1.5 R=0.75R=1.0响应信号保留时间保留时间 t,min 就就是是同同时时反反映映色色谱谱柱柱效效能能和和选选择择性性得得综综合合性性指标指标,也称总分离效能指标或分辨率。定义为也称总分离效能指标或分辨率。定义为:利用此式利用此式,可直接从色谱流出曲线上求出分离度可直接从色谱流出曲线上求出分离度 R R越越大大,相相邻邻组组分分分分离离越越好好。当当R=1R=1、5 5时时,分分离离程程度度可可达达9999、7%,7%,R=1R=1、5 5通通常常用用作作就就是是否否分分开开得判据。得判据。R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间保留时间 t,min 分分离离度度R R就就是是柱柱得得总总分分离离效效能能指指标标,既既反反映映两两组组分分保保留留值值得得差差值值,即即固固定定液液对对两两组组分分得得选选择择性性r r2,12,1得得大大小小(由由固固定定液液得得热热力力学学性性质质决决定定),),又又考考虑虑到到色色谱谱峰峰宽宽度度对对分分离离得得影影响响,即即柱柱效效能能n neffeff得得高高低低(取决于色谱过程得动力学因素取决于色谱过程得动力学因素)。对对于于相相邻邻得得两两组组分分,假假设设其其色色谱谱峰峰底底宽宽相相等等,即即W Wb1b1=W=Wb2b2,可导出可导出R R与与n neffeff、和和r r2,12,1得关系式得关系式色谱基本分离方程色谱基本分离方程70%CH3OH+30%H2O60%CH3OH+40%H2O50%CH3OH+50%H2O40%CH3OH+60%H2O溶剂溶剂(流动相流动相)组成对色谱分离得影响组成对色谱分离得影响1:9,10-蒽醌蒽醌;2:2-甲基甲基-9,10-蒽醌蒽醌;3:2-乙基乙基-9,10-蒽醌蒽醌4:1,4-二甲基二甲基-9,10-蒽醌蒽醌;5:2-特丁基甲基特丁基甲基-9,10-蒽醌蒽醌改变组成改变组成 使使 k 最佳最佳色谱分离中的问题色谱分离中的问题 由由于于分分析析物物组组成成复复杂杂，以以某某组组成成的的流流动动相相可可能能使使部部分分待待测测物物得得到到好好的的分分离离，但但同同时时出出使使其其它它待待测测物物的的分分离离不不令令人人满满意意。实实际际工工作作中中采采用用程程序序升升温温（GC）和和梯梯度度淋洗（淋洗（LC）来解决这个问题。）来解决这个问题。一、定性分析一、定性分析 色谱定性分析就就是确定各色谱峰所代表得化合物。色谱定性分析就就是确定各色谱峰所代表得化合物。1 1、利用保留值定性、利用保留值定性 (1)(1)利用已知物保留值对照定性利用已知物保留值对照定性 当有待测组分得纯样品时当有待测组分得纯样品时,用用对照法对照法进行定性极进行定性极为简单。用已知物质与未知样对照定性为简单。用已知物质与未知样对照定性,就是色谱分就是色谱分析中最可靠得定性方法。析中最可靠得定性方法。定性依据就是保留值定性依据就是保留值。(2)(2)相对保留值法相对保留值法 由于绝对保留值受操作条件得影响较大由于绝对保留值受操作条件得影响较大,重重复性较差。可采用相对保留值作为定性指标复性较差。可采用相对保留值作为定性指标,消消除操作条件得影响。相对保留值就是某组分除操作条件得影响。相对保留值就是某组分i i与与基准物基准物s s得调整保留值得比值得调整保留值得比值:(3)(3)利用双柱保留值法定性利用双柱保留值法定性 双柱定性就是利用两根极性差别较大得色谱双柱定性就是利用两根极性差别较大得色谱柱对混合物进行分离柱对混合物进行分离,然后用纯物质分别在两根柱然后用纯物质分别在两根柱子上进行保留值对照定性。如果得到得结果一致子上进行保留值对照定性。如果得到得结果一致,即可确定该组分即可确定该组分,结果较可靠。结果较可靠。