第五节 分离条件的选择
一, 分离度 ( 分辨率 ) 及影响因素
二, 实验条件的选择
一、分离度(分辨率)及影响因素
1.分离度定义式
2.影响分离的因素(分离方程,分离度计算式)
1.分离度定义式
? 分离度, 相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍
(衡量色谱分离条件优劣的参数)
讨论:
2
21
12
WW
ttR RR
?
???
峰宽和之半
)保留值之差(峰顶间距
)2(21)1(21
12
21
12 )(1 7 7.1)(2
WW
tt
WW
ttR RRRR
?
??
?
??
完全未分开
完全分离
基本分离
??
?????
?????
0.1
65.1
40.1
R
tR
tR
R
R
?
?
2.影响分离的因素(计算式)
前提 —— 定义式基础上,相邻两组分的 n一致(假设)
2
2
1
1
4 k
knR
??
???
?
?
柱选择项
柱容量项柱效项

理 H
Ln ? uCuBAH ???? /
'
1
'
2
1
2
1
2
R
R
t
t
k
k
K
K ????
a.柱效项及其影响因素:
影响色谱峰的宽窄
主要取决于色谱柱性能及载气流速
nR ?因为 ??? Rn所以
HnLn
1?? 或已知 ????? RnHL,或所以
nR ??
HRLR
1??? 或
续前
? 讨论:
? 增加柱效是提高分离度的一个直接有效手段
? 提高柱效, 改善分离的途径:增加柱长;降低板高
? 根据速率理论, 降低板高, 提高柱效的方法是:
1) 采用粒度较小, 均匀填充的固定相 ( A项 ↓ )
2) 分配色谱应控制固定液液膜厚度 ( C项 ↓ )
3) 适宜的操作条件:
流动相的性质和流速, 柱温等等 ( B项 ↓ )
? 选用分子量较大、线速度较小的载气 —— N2气,
? 控制较低的柱温
b.柱选择项及其影响因素:
影响峰的间距
主要受固定相性质,以及柱温影响
?
? 1??R因为 ????? R,所以
?
?? 1
,无法分离01 ??? R?
的影响都很大微小变化对 R?
一倍???? R2.11.1?
续前
? 讨论:
? 增大柱选择性是改善分离度的最有力手段
? 气相色谱中, 柱选择性取决于固定相性质和柱温
? 选择合适的固定相使与不同组分的作用产生差别
才能实现分离
? 一般说, 降低柱温可以增大柱的选择性
c.柱容量项及其影响因素:
影响峰位
主要受固定相用量、柱温和载气流速的影响
k
kR
?? 1?
00 ??? Rk
????? Rkkk,1
???
?????
,峰扩张
,的影响对时
Rt
Rk
变慢时,???? Rkk 5
?????? RtRkk 很少,时,10
续前
? 讨论:
? 综合考虑分离度, 分离时间和峰检测几项因素
控制 k的最佳范围 2~5
? GC中, 增加固定液用量和降低柱温可以增加 k
图示
k 影响峰位
n 影响峰宽窄
α影响两峰间距
练习 如何根据具体情况改进分离度?
? α太小,两组分未分开
? 应改变固定相极性,降低柱温
? k 太小,n 也太小,
? 应增大固定液用量,降低柱温
? n 太小,许多组分未分开
? 应设法降低板高,提高柱效
二、实验条件的选择:
? 色谱条件包括分离条件和操作条件
? 分离条件是指色谱柱
? 操作条件是指载气流速, 进样条件及检测器
1,色谱柱的选择
2,柱温的选择
3,载气与流速的选择
4,进样条件的选择
1.色谱柱的选择(以气液分配色谱为主)
( 1) 固定相的选择
( 2)柱长的选择
( 1)固定相的选择
? 固定液的选择:
1) 按, 相似相溶, 原则:极性相似或官能团相似
2) 按组分性质主要差别:
沸点相差大的选非极性固定液
沸点相差小的选极性固定液
3) 柱温 < 固定液最高使用温度 —— 防止固定液流失
? 载体的选择,种类,粒度,分布
续前
? 固定液配比的选择:
? 高沸点组分 →比表面积小的载体
低固定液配比 ( 1%~3%)
低柱温
? 低沸点组分 →高固定液配比 ( 5%~25%)
加大 k值, 达到良好分离
? 难分离组分 →毛细管柱
( 2)柱长的选择
? 注:根据 R>1.5选择 L,一般较短 (0.6~6m)
不可以无限延长柱子
??????,柱压,峰宽,RnL
LnH
k
??不变
不变不变,?
2
12
2
1 )(
L
L
R
R ??
练习
例:两组分在 1 m长柱子上的分离度为 0.75,问使用
多长柱子可以使它们完全分离?
解,LRnR ????
2
1
2
1
L
L
R
R ?
2
1
5.1
75.0
L
??
mL 42 ??
2.柱温的选择
? 原则:
1) 在能保证 R的前提下, 尽量使用低柱温,
但应保证适宜的 tR及峰不拖尾, 减小检测本底
2) 根据样品沸点情况选择合适柱温
柱温应低于组分沸点 50~1000C
宽沸程样品应采用程序升温
??T
?
?
??
??
固定相检测本底
K
D
C
DB
L
g
1
2?
续前
? 程序升温好处:
改善分离效果
缩短分析周期
改善峰形
提高检测灵敏度
3.载气与流速的选择
? 选择载气应与检测器匹配
? TCD→选 H2,He( u 大, 粘度小 )
? FID→选 N2( u小, 粘度大 )
minHu op ?
CBu op ?
BCAH 2m i n ??
op
op
uu
uu
??
??
分析时间是主要矛盾
分离是主要矛盾
? 选择流速和载气应同时考虑对柱效和分析时间的影响
?????
????
uCHuu
uBNuu
op
op
气选
气选
2
2
4.进样条件的选择
? 气化室温度 —— 一般稍高于样品沸点
? 检测室温度 —— 应高于柱温 30~500C
? 进样量 —— 不可过大,否则造成拖尾峰
? 注:
检测器灵敏度足够 →进样量尽量小
最大允许进样量 —— 使理论塔板数降低 10%的进样量
练习
例:已知物质 A和 B在一根 30.0cm长的柱上的保留时间分别为
16.40和 17.63min,不被保留组分通过该柱的时间为 1.30min,
峰底宽为 1.11和 1.21min,试计算
( 1)柱的分离度( 2)柱的平均塔板数( 3)塔板高度
( 4)达 1.5分离所需柱长
解:
06.121.111.1 )40.1663.17(2)(2
21
12 ?
?
??
?
??
WW
ttR RR
2)(16
W
tn R??
3 4 9 3)11.1 40.16(16 21 ??? n
3 3 9 7)21.1 63.17(16 22 ??n
3 4 4 52 )3 3 9 73 4 9 3(2 21 ????? nnn
续前
mmnLH 3107.83 4 4 53 0 0 ?????
LRnR ????
cmL 602 ??
2
1
2
1
L
L
R
R ?
2
30
5.1
06.1
L
??
第六节 定性定量分析
一, 定性分析
二, 定量分析
一、定性分析
1,利用保留值定性
1) 已知对照物定性:定性专属性差
? 注:不同组分如在某一色谱条件下保留值相同, 应
更改色谱柱再检测, 粗步推算是否为一个纯物质峰
2) 相对保留值定性
3) 利用保留指数定性:唯一可靠, 准确, 重复性好
2,利用化学反应定性:收集柱后组分, 官能团反应
定性鉴别 ( 非在线 )
3,利用两谱联用定性,GC-MS,GC-FTIR
二、定量分析:
以峰高或峰面积定量
(一)峰面积的测量
(二)定量校正因子
( 三 ) 定量方法
(一)峰面积的测量
2.非正常峰(不对称峰)
1.对于正常峰
iii ACm ?? )( 或定量依据
21605.1 WhA ???
)(216 0 5.1 85.015.0 WWhA ?????
3.自动求和(自动积分仪或色谱工作站):
直接给出 A,h,W1/2
注:当色谱操作条件一定时, 在一定进样量范围内
( 不超载 ), W1/2与进样量无关
(二)定量校正因子
1,两种表示方法
i
i
iiii A
mfAfm ??? ''
关)分性质、仪器灵敏度有—绝对校正因子(与组—'if
的量或质量—进入检测器中的物质—im
si
is
ss
ii
s
i
mi mA
mA
Am
Am
f
ff ???
'
'
][ giwi
mi
ff
f
,相对重量校正因子相对摩尔校正因子
作条件变化无关)—相对校正因子(与操—
定量)(或不可以直接用
同一检测器响应不同相同量的不同物质对于
不同质对于不同检测器响应前提:相同量的同种物
iii ACm ?
续前
2,相对校正因子的测定
3,注意事项:
? 相对校正因子与待测物, 基准物和检测器类型有关,
与操作条件 ( 进样量 ) 无关
? 基准物,TCD→ 苯; FID→ 丁庚烷
? 以氢气和氦气作载气测的校正因子可通用
以氮气作载气测的校正因子与两者差别大
si AAsi 和测混匀进样基准物纯品过程:精称 ???
保留时间接近与前提,si
s
i
i
s
mi
ss
ii
s
i
m
m
A
Af
Af
Af
m
m ???
?
??
'
'
(三)定量方法
1,归一化法
2.外标法
3.内标法
4.内标对比法
1.归一化法
? 前提:试样中所有组分都产生信号并能检出色谱峰
? 依据:组分含量与峰面积成正比
? 优点:
? 简便, 准确
? 定量结果与进样量, 重复性无关 ( 前提 →柱子不超载 )
? 色谱条件略有变化对结果几乎无影响
? 缺点:
? 所有组分必须在一定时间内都出峰
? 必须已知所有组分的校正因子
? 不适合微量组分的测定
%100%100%
11
???????? ?
nnii
ii
ii
ii
i fAfAfA
fA
fA
fAC
??
%100%100%
1
??????? ?
ni
i
i
i
i AAA
A
A
AC
??同系物或结构异构体
2.外标法,以待测组分纯品为对照物,与试样中待测
组分的响应信号相比较进行定量的方法
a.工作曲线法,i纯品 → 工作曲线,同体积样品与之比较 c
? 前提:进入检测器样品量与峰面积成正比
b,外标一点法,一种浓度对照物对比样品中待测组分含量
? 前提:截距为 0,对照品浓度与待测组分浓度接近
c,外标两点法:
? 前提:选 取两点对照品的浓度, 需涵盖待测浓度
si
i
si
i
A
A
C
C
)()( ?
? 外标法特点:
1)不需要校正因子,不需要所有组分出峰
2) 结果受进样量, 进样重复性和操作条件影响大
→ 每次进样量应一致, 否则产生误差
图示
back
3.内标法,无待测物纯品,加入样品中不含对照物,
以待测组分和对照物的响应信号对比定量
? 对内标物要求:
a,内标物须为原样品中不含组分
b,内标物与待测物保留时间应接近且 R>1.5
c,内标物为高纯度标准物质, 或含量已知物质
? 内标法优点:
? 进样量不超量时, 重复性及操作条件对结果无影响
? 只需待测组分和内标物出峰, 与其他组分是否出峰无关
? 适合测定微量组分
? 内标法缺点:
制样要求高;找合适内标物困难;已知校正因子
ss
ii
s
i
fA
fA
m
m
?
??? %100%100% ??????
m
m
fA
fA
m
mC s
ss
iii
i
siis AAmmm 和测混匀进样)(含过程,???
4.内标对比法 (已知浓度样品对照法)
配制等量加入内标物的样品溶液和对照品溶液
? 内标对比法特点:
不需要校正因子
进样量对结果影响不大
? 注:对于正常峰, 可以 h代替 A计算含量




)()( si
si
i
i
AA
AA
C
C )(
%
%)( ?
s
isi
i A
ACfC ???
si
si
mm
mm
?
?
)纯(
)样过程:( sisi ffAA 和的比值消除利用?
0~ 的截距为前提,sisi AAmm



样 )()(
)()( %%
i
si
si
i CAA
AAC ???
示例
? 例 1:内标法测定无水乙醇中微量水分(见书 P358)
60.4130.0065.1)(065.1 21 ?????? ii hWA
30.4187.0065.1)(065.1 21 ?????? ss hWA
%23.0
%100
37.79
2 5 7 2.0
58.030.4187.0065.1
55.060.4130.0065.1
%100%
2
?
??
???
???
?
??
?
?
?
m
m
fA
fA
OH
s
ss
ii
比较
补充概念
? 相比, 流动相与固定相体积比
s
m
V
V??
?
K
V
VKk
m
s ???
练习
? 见书后 P361题 11
? 解:
m in0.160.10.17
m in0.130.10.14
'
2
'
1
???
???
R
R
t
t
mm
n
L
H
W
t
n
e f f
e f f
R
e f f
73.0
4 0 9 6
3 0 0 0
4 0 9 6)
1
0.16
(16)(16
22
2
'
2
???
???
0.16
1
0.16
0.13
1
0.13
0
'
2
2
0
'
1
1
???
???
t
t
k
t
t
k
R
R
续前
2.10.13 0.16
1
2 ???
k
k?
4 6 2 4)0.1 0.17(16)(16 22
2
2 ????
W
tn R
0.3114
2
2 ?
??
???
k
knR
?
?
cmL
LL
L
R
R 75.03
5.1
3
2
22
1
2
1 ?????
练习
? 见书后 P362题 12
? 解:
mlFtV c 5.1075.4324.000 ?????
m in94.324.018.4
m in43.224.067.2
m in17.124.041.1
'
'
'
???
???
???
RC
RB
RA
t
t
t
s
mR
s
m
m
s
V
V
t
t
V
Vk
C
CK ????
0
'
? 0VVm ?
2.12
1.14
5.10
24.0
93.3
54.7
1.14
5.10
24.0
43.2
63.3
1.14
5.10
24.0
17.1
???
???
???
C
B
A
K
K
K
62.1
54.7
2.12
08.2
63.3
54.7
,
,
???
???
B
C
BC
A
B
AB
K
K
K
K
?
?