气相色谱中常用的术语和参数

1. 典型的色谱图

在用热导检测器时, 往色谱仪中注入带有少量空气的单一样品时, 得到图1-3-4的典型气相色谱图。在图1-3-4中当没有样品进入色谱仪检测器时0t 是噪声随时间变化的曲线, 一般是一条直线, 叫作 “基线” 。 h是峰高, 其他符号将在后边解释。

2. 区域宽度

区域宽度是色谱流出曲线中很重要的参数, 它的大小反映色谱柱或所选色谱条件的好坏。区域宽度有以下三种表示方法:

(1) 半高峰宽 (peak width at half height) (Wh/2) 是在峰高一半处的色谱峰的宽度, 即图 1-3--2中的CD , 单位可用时间或距离表示。

(2) 峰宽 (peak width ) (W ) 是在流出曲线拐点处作切线, 在图1-3-2中于基线上相交于

E ,F 处, 此两点间的距离叫峰宽, 有些色谱书上叫做 “基线宽度” 。 (3) 标准偏差 (σ ) 在图 1-3-2中AB 距离的一半叫标准偏差。 在这三种表示方法中以前两者使用较多, 三者的关系是:

3. 保留值 (retention value) 保留值是总称, 具体参数的名称有以下一些: (1) 死时间 (dead time )(tM) 一些不被固定相吸收或吸附的气体通过色谱柱的时间, 如用热导池作检测器时, 从注射空气样品到空气峰顶出现时的时间, 以s 或min 为单位表示。

(2) 死体积 (dead volume ) (Vm ) 指色谱柱中不被固定相占据的空间及进样系统管道和检

测系统的总体积, 等于死时间乘以载气的流速。

(3) 死区域 (dead zone) ( Vg) 指色谱柱中不被固定相占据的空间。

(4) 保留时间 (retention time) ( tR) 从注射样品到色谱峰顶出现时的时间, 以s 或min 为单位表示。

(5) 调整保留时间 (adjusted retention time )保留时间减去死时间即为调整保留时间 (tR-tM ) 。

(6) 保留体积 (retention volume) ( Vr) 从注射样品到色谱峰顶出现时, 通过色谱系统载气的体积, 一般可用保留时间乘载气流速求得, 以mL 为单位表示。

(7) 调整保留体积 (adjusted retention volume )保留体积减去死体积即为调整保留体积 (Vr-Vm ) 。

(8) 净保留体积 (net retention volume) (Vn ) 经压力修正的调整保留体积, 即

式中 j—色谱柱进口和出口之间的压力梯度校正系数。

式中 Pj—色谱柱进口压力; Po —色谱柱出口压力。

(8) 比保留体积 (specific retention volume ) (Vg ) 把净保留体积进一步校正到单位质量固定液和273K 时的保留体积, 如下式:

式中 VL—固定液的体积; ρL--固定液的密度; VLρL —固定液的质量。

(10) 相对保留值 (reative retention)在一定色谱条件下被测化合物和标准化合物调整保留时间之比。

很多文献用分离因子 (Spearation factor)α来表示相对保留值,

(11) 保留指数 (retention index )(I ) 保留指数是1958年克瓦茨 (Kovats ) 提出来的, 用以表示化合物在一定温度下在某种固定液上的相对保留值, 具体说它是以一系列正构烷烃作标准的相对保留值, 其定义如下:

【例】 求在120℃下正丁醇在SE-30固定液上的保留指数差。

在SE-30固定液上测得正丁醇的保留指数为643;在角鲨烷固定液上测得正丁醇的保留指数为590。

4. 容量因子 (capacity factor), 容量因子 (也称为分配容量) 的定义是在平衡状态下组分在固定相与流动相中质量之比,

式中 VL—色谱柱内固定相的体积; VG—色谱柱内流动相的体积。 从上述定义可导引出下列的关系式:

(1-3-12) 式中的β叫做 “相比率” 。其含义是在色谱柱中流动相体积和固定相体积之比。填充柱气相色谱柱的β值在5-35的范围, 而毛细管气相色谱柱的β值在50-200的范围。

5. 色谱柱的柱效率和分离度

(1) 柱效率 (column efficiency)和溶剂效率 (solvent efficiency)

色谱理论主要包括两方面的问题, 即柱效率和溶剂效率。柱效率是指溶质通过色谱柱之后其区域宽度增加了多少, 它与溶质在两相中的扩散及传质情况有关, 这是所谓色谱的动力学过程。溶剂效率是与两个物质在固定相上的相对保留值大小有关, 从微观角度讲是与两个物质和固定相 (在液相色谱中还与流动相) 的分子间作用力不同有关。这是所谓色谱的热力学过程。柱效率常以理论塔板数(n )或理论塔板高度(H )表示。而溶剂效率是以相对保留值表示。要提高柱效率, 就得改善色谱柱性能和操作条件; 要提高溶剂效率就得提高固定相的选择性。

(2) 理论塔板数(n )的计算和测定 色谱柱的柱效率可以用理论板数(n ) , 也可以用理论板高 (HEPT ) (H ) 表示。 H=L/n

式中 L是色谱柱的柱长,L,H 均以mm 表示。 计算理论塔板数(n )的计算公式是:

测定理论塔板数(n )是在一定的色谱条件下(即一定的色谱柱,一定的柱温、流速下),注入某一测试样品,记录色谱图,测定色谱峰的半高峰宽(或峰宽)和进样点到色谱峰极大点的距离,二者的单位要一致。如半高峰宽(Wh/2)=2mm,进样点到色谱峰极大点的距离(tR)=18mm按公式(1-3-15)计算得

(3)有效板数(neff )为了消除色谱柱中死体积对柱效的影响,人们常用有效理论塔板数(neff )表征色谱柱的实际柱效,按下式计算

相应的有效理论塔板高度(Heff )为

(4) 溶剂效率 溶剂效率是固定相对某两个混合物分离能力的表征,即用

值表示:

值又称作分离因子(α)、“选择性因子”,是描述固定相分离混合物能力的参数。 (5)分离度(resolution )(R )分离度又称作分辨率。是把柱效率和溶剂效率结合在一起的参数,是表示色谱柱在一定的色谱条件下对混合物综合分离能力的指标。在色谱文献中有下列一些表示方法:

①分离度(R )如两个物质的峰高相当,分离度(R )是2倍的峰顶距离除以两峰宽之和:

当R=1时, 两峰的峰面积有5%的重叠, 即两峰分开的程度为95%。当R=1,5时, 分离程度可达到99.7%, 可视为达到基线分离。

②半高峰宽分离度(R1/2)和R 近似,只是用半高峰宽代替峰宽度。

③峰高分离度(Rh )当一对被分离物质分离较差时,可用峰高分离度表示,用下式进行计算

hI 、hM 的定义如图1-3-5。

6. 各色谱参数间的关系

(1) 保留时间和分配容量的关系

这是一个在色谱中很重要的公式, 也可以写成下式:

式中

—载气的平均线流速;

L —色谱柱柱长。 从 (1-3-23)式可导出

(2)分离度、柱效率和容量因子间的关系当某一物质对用某一色谱柱进行分离时,此两物质的α和K' 已知,要使它们的分离度达到R ,要求色谱柱的Nne 为

把(1-3-25)改写一下,又可得到下边的重要公式:

公式(1-3-26)可由前边的公式(1-3-16),(1-3-17),(1-3-22)和(1-3-25)导出。

1. 典型的色谱图

在用热导检测器时, 往色谱仪中注入带有少量空气的单一样品时, 得到图1-3-4的典型气相色谱图。在图1-3-4中当没有样品进入色谱仪检测器时0t 是噪声随时间变化的曲线, 一般是一条直线, 叫作 “基线” 。 h是峰高, 其他符号将在后边解释。

2. 区域宽度

区域宽度是色谱流出曲线中很重要的参数, 它的大小反映色谱柱或所选色谱条件的好坏。区域宽度有以下三种表示方法:

(1) 半高峰宽 (peak width at half height) (Wh/2) 是在峰高一半处的色谱峰的宽度, 即图 1-3--2中的CD , 单位可用时间或距离表示。

(2) 峰宽 (peak width ) (W ) 是在流出曲线拐点处作切线, 在图1-3-2中于基线上相交于

E ,F 处, 此两点间的距离叫峰宽, 有些色谱书上叫做 “基线宽度” 。 (3) 标准偏差 (σ ) 在图 1-3-2中AB 距离的一半叫标准偏差。 在这三种表示方法中以前两者使用较多, 三者的关系是:

3. 保留值 (retention value) 保留值是总称, 具体参数的名称有以下一些: (1) 死时间 (dead time )(tM) 一些不被固定相吸收或吸附的气体通过色谱柱的时间, 如用热导池作检测器时, 从注射空气样品到空气峰顶出现时的时间, 以s 或min 为单位表示。

(2) 死体积 (dead volume ) (Vm ) 指色谱柱中不被固定相占据的空间及进样系统管道和检

测系统的总体积, 等于死时间乘以载气的流速。

(3) 死区域 (dead zone) ( Vg) 指色谱柱中不被固定相占据的空间。

(4) 保留时间 (retention time) ( tR) 从注射样品到色谱峰顶出现时的时间, 以s 或min 为单位表示。

(5) 调整保留时间 (adjusted retention time )保留时间减去死时间即为调整保留时间 (tR-tM ) 。

(6) 保留体积 (retention volume) ( Vr) 从注射样品到色谱峰顶出现时, 通过色谱系统载气的体积, 一般可用保留时间乘载气流速求得, 以mL 为单位表示。

(7) 调整保留体积 (adjusted retention volume )保留体积减去死体积即为调整保留体积 (Vr-Vm ) 。

(8) 净保留体积 (net retention volume) (Vn ) 经压力修正的调整保留体积, 即

式中 j—色谱柱进口和出口之间的压力梯度校正系数。

式中 Pj—色谱柱进口压力; Po —色谱柱出口压力。

(8) 比保留体积 (specific retention volume ) (Vg ) 把净保留体积进一步校正到单位质量固定液和273K 时的保留体积, 如下式:

式中 VL—固定液的体积; ρL--固定液的密度; VLρL —固定液的质量。

(10) 相对保留值 (reative retention)在一定色谱条件下被测化合物和标准化合物调整保留时间之比。

很多文献用分离因子 (Spearation factor)α来表示相对保留值,

(11) 保留指数 (retention index )(I ) 保留指数是1958年克瓦茨 (Kovats ) 提出来的, 用以表示化合物在一定温度下在某种固定液上的相对保留值, 具体说它是以一系列正构烷烃作标准的相对保留值, 其定义如下:

【例】 求在120℃下正丁醇在SE-30固定液上的保留指数差。

在SE-30固定液上测得正丁醇的保留指数为643;在角鲨烷固定液上测得正丁醇的保留指数为590。

4. 容量因子 (capacity factor), 容量因子 (也称为分配容量) 的定义是在平衡状态下组分在固定相与流动相中质量之比,

式中 VL—色谱柱内固定相的体积; VG—色谱柱内流动相的体积。 从上述定义可导引出下列的关系式:

(1-3-12) 式中的β叫做 “相比率” 。其含义是在色谱柱中流动相体积和固定相体积之比。填充柱气相色谱柱的β值在5-35的范围, 而毛细管气相色谱柱的β值在50-200的范围。

5. 色谱柱的柱效率和分离度

(1) 柱效率 (column efficiency)和溶剂效率 (solvent efficiency)

色谱理论主要包括两方面的问题, 即柱效率和溶剂效率。柱效率是指溶质通过色谱柱之后其区域宽度增加了多少, 它与溶质在两相中的扩散及传质情况有关, 这是所谓色谱的动力学过程。溶剂效率是与两个物质在固定相上的相对保留值大小有关, 从微观角度讲是与两个物质和固定相 (在液相色谱中还与流动相) 的分子间作用力不同有关。这是所谓色谱的热力学过程。柱效率常以理论塔板数(n )或理论塔板高度(H )表示。而溶剂效率是以相对保留值表示。要提高柱效率, 就得改善色谱柱性能和操作条件; 要提高溶剂效率就得提高固定相的选择性。

(2) 理论塔板数(n )的计算和测定 色谱柱的柱效率可以用理论板数(n ) , 也可以用理论板高 (HEPT ) (H ) 表示。 H=L/n

式中 L是色谱柱的柱长,L,H 均以mm 表示。 计算理论塔板数(n )的计算公式是:

测定理论塔板数(n )是在一定的色谱条件下(即一定的色谱柱,一定的柱温、流速下),注入某一测试样品,记录色谱图,测定色谱峰的半高峰宽(或峰宽)和进样点到色谱峰极大点的距离,二者的单位要一致。如半高峰宽(Wh/2)=2mm,进样点到色谱峰极大点的距离(tR)=18mm按公式(1-3-15)计算得

(3)有效板数(neff )为了消除色谱柱中死体积对柱效的影响,人们常用有效理论塔板数(neff )表征色谱柱的实际柱效,按下式计算

相应的有效理论塔板高度(Heff )为

(4) 溶剂效率 溶剂效率是固定相对某两个混合物分离能力的表征,即用

值表示:

值又称作分离因子(α)、“选择性因子”,是描述固定相分离混合物能力的参数。 (5)分离度(resolution )(R )分离度又称作分辨率。是把柱效率和溶剂效率结合在一起的参数,是表示色谱柱在一定的色谱条件下对混合物综合分离能力的指标。在色谱文献中有下列一些表示方法:

①分离度(R )如两个物质的峰高相当,分离度(R )是2倍的峰顶距离除以两峰宽之和:

当R=1时, 两峰的峰面积有5%的重叠, 即两峰分开的程度为95%。当R=1,5时, 分离程度可达到99.7%, 可视为达到基线分离。

②半高峰宽分离度(R1/2)和R 近似,只是用半高峰宽代替峰宽度。

③峰高分离度(Rh )当一对被分离物质分离较差时,可用峰高分离度表示,用下式进行计算

hI 、hM 的定义如图1-3-5。

6. 各色谱参数间的关系

(1) 保留时间和分配容量的关系

这是一个在色谱中很重要的公式, 也可以写成下式:

式中

—载气的平均线流速;

L —色谱柱柱长。 从 (1-3-23)式可导出

(2)分离度、柱效率和容量因子间的关系当某一物质对用某一色谱柱进行分离时,此两物质的α和K' 已知,要使它们的分离度达到R ,要求色谱柱的Nne 为

把(1-3-25)改写一下,又可得到下边的重要公式:

公式(1-3-26)可由前边的公式(1-3-16),(1-3-17),(1-3-22)和(1-3-25)导出。


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