石河子大学化学化工学院 教案 开课单位：化学化工学院 课程名称：分析化学（二） 专业年级：药学、中药专业 任课教师：赵芳 教材名称：分析化学
石河子大学化学化工学院 教 案 开课单位：化学化工学院 课程名称：分析化学（二） 专业年级：药学、中药专业 任课教师： 赵 芳 教材名称： 分析化学
学年第学期 授课 内容 气相色谱分析法 课时安排6学时 掌握气相色谱法的特点，气相色谱仪的基本构造，定性和定量分析及其应用。 要求 教学 教学重点：色谱法基本原理：分离度：基本色谱分离方程式。 重点 难点 教学难点：基本色谱分离方程式。 教学 方法 多媒体课件，以讲授为主 手段
2 学年第 学期 授课 内容 气相色谱分析法 课时安排 6 学时 教学 目的 要求 掌握气相色谱法的特点，气相色谱仪的基本构造，定性和定量分析及其应用。 教学 重点 难点 教学重点：色谱法基本原理；分离度；基本色谱分离方程式。 教学难点：基本色谱分离方程式。 教学 方法 手段 多媒体课件，以讲授为主
第一节气相色谱理论基础 教 塔板理论 学 、 速率理论 内 三、 色谱基本分离方程 第二节气相色谱法 容 一、 气相色谱法的特点 提 二 气相色谱仪 纲 三、 气相色谱流动相与固定相 四、 定性与定量分析 课外 学习 理解并掌握本章内容，完成课后思考题10,13,14,16,19,20。 要求 教学 气相色谱分析法 第一节气相色谱理论基础 1塔板理论 11分配平衡：用分配系数、分配比来描述组分在给定两相间的分配行为。 分配系数K:在一定的温度、压力下，组分在液相和气相之间分配达到平衡 时的浓度比： K-8 (12-6) 分配比k:在一定的温度、压力下，组分在液相和气相之间分配达到平衡时 3
3 教 学 内 容 提 纲 第一节 气相色谱理论基础 一、 塔板理论 二、 速率理论 三、 色谱基本分离方程 第二节 气相色谱法 一、 气相色谱法的特点 二、 气相色谱仪 三、 气相色谱流动相与固定相 四、 定性与定量分析 课外 学习 要求 理解并掌握本章内容，完成课后思考题 10，13，14，16，19，20。 教学 后记 气相色谱分析法 第一节 气相色谱理论基础 1 塔板理论 1.1 分配平衡：用分配系数、分配比来描述组分在给定两相间的分配行为。 分配系数 K：在一定的温度、压力下，组分在液相和气相之间分配达到平衡 时的浓度比： g e C C K = （12－6） 分配比 k：在一定的温度、压力下，组分在液相和气相之间分配达到平衡时
的质量比： k品 (12-7) k品兴k.÷ (12-8) 分配系数和分配比都与组分及固定液的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而 变化。分配系数与两相体积无关，而分配比随固定液的量的改变而改变，k越大，组分分 配在固定液中的量越多，相当于柱的容量越大，因此又称它为容量因子。 某组分的k可以由实验测得，它等于该组分的调整保留时间与死时间的比值，即 k告 to (12-9) 上式表明，某组分的保留时间越长则k值越大，色谱柱对该组分的保留能力就越强。 色谱保留方程： tR =to(1+k) (12-10) 若载气流量F0恒定，根据保留体积的定义，将式(12-4a)、(12-4b)和(12-8) 代入上式，得： VR=Vg+KVe (12-11) 上式称色谱基本保留方程。色谱柱确定以后，Vg和VI即为定值。由此可见，分配系数 不同的各组分具有不同的保留值，因而在色谱图上有不同位置的色谱蜂。 1.2塔板理论 将色谱柱假想为一个精馏塔，塔内有一系列连续的、相等体积的塔板，每 一块塔板的高度称理论塔板高度H。并假设在每一块塔板上被分离组分在气液两 相间瞬时达到一次分配平衡，若色谱柱长为L则： n理论塔板数(12-12) 根据色谱图可计算出n n=554=16 (12-13) 实际塔板数nc nm=t=542P=6 (12-14) 4
4 的质量比： g c m m k = （12－7） g e g g e e g e V V K C V C V m m k = • • • = = (12－8) 分配系数和分配比都与组分及固定液的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而 变化。分配系数与两相体积无关，而分配比随固定液的量的改变而改变，k 越大，组分分 配在固定液中的量越多，相当于 柱的容量越大，因此又称它为容量因子。 某组分的 k 可以由实验测得，它等于该组分的调整保留时间与死时间的比值，即 0 R 0 R 0 t t t t t k = − = (12－9) 上式表明，某组分的保留时间越长则 k 值越大，色谱柱对该组分的保留能力就越强。 色谱保留方程： t R = t 0 (1 + k) (12－10) 若载气流量 F0 恒定，根据保留体积的定义，将式（12-4a）、（12-4b）和（12-8） 代入上式，得： VR＝Vg + KVe （12－11） 上式称色谱基本保留方程。色谱柱确定以后，Vg 和 Vl 即为定值。由此可见，分配系数 不同的各组分具有不同的保留值，因而在色谱图上有不同位置的色谱蜂。 1.2 塔板理论 将色谱柱假想为一个精馏塔，塔内有一系列连续的、相等体积的塔板，每 一块塔板的高度称理论塔板高度 H。并假设在每一块塔板上被分离组分在气液两 相间瞬时达到一次分配平衡，若色谱柱长为 L 则: n= H L n 理论塔板数 (12－12) 根据色谱图可计算出 n 2 b 2 R y2 R ) w t ) 16( w t n = 5.54( = (12－13) 实际塔板数 neff 2 b 2 R y2 R eff eff ) w t ) 16( w t 5.54( H L n = = = (12－14)
塔板理论的特点和不足： (1)当色谱柱长度一定时，塔板数n越大（塔板高度H越小），被测组分在柱内被分配 的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。 (2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量 柱效能的指标时，应指明测定物质。 (3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该 色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 (4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指 出影响柱效的因素及提高柱效的途径。 2速率理论 1956年，荷兰学者范第姆特Van Deemter))等在研究气-液色谱时，提出了色谱过程动 力学理论一速率理论。吸收了塔板理论高度的概念，并把色谱分配过程与组分在两相中 的扩散和传质过程联系起来，导出速率理论方程式，较完善地解释了影响塔板高度的各 种因素。同时使用于气相和液相色谱。 H=A+Bu+C. (12-15) A、B、C为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项系数 2.1涡流扩散项A 组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起色谱峰变宽 A=2)dp 22分扩散项% 组分在色谱柱内运动，存在浓度梯度，引起色谱峰变宽 B=2YDg 2.3传质阻力项C:包括气相传质和液相传质 c晋 2.4载气流速u对H影响 H=A+%+0 微分后 =-是+c=0 5
5 塔板理论的特点和不足： （1）当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大（塔板高度 H 越小），被测组分在柱内被分配 的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。 （2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量 柱效能的指标时，应指明测定物质。 （3）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数 K 相同时，无论该 色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 （4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指 出影响柱效的因素及提高柱效的途径。 2 速率理论 1956 年，荷兰学者范第姆特(Van Deemter)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。吸收了塔板理论高度的概念，并把色谱分配过程与组分在两相中 的扩散和传质过程联系起来，导出速率理论方程式，较完善地解释了影响塔板高度的各 种因素。同时使用于气相和液相色谱。 Cu u H = A + B + (12－15) A、B、C 为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项系数 2.1 涡流扩散项 A 组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起色谱峰变宽 A＝2λdρ 2.2 分扩散项 u B ： 组分在色谱柱内运动，存在浓度梯度，引起色谱峰变宽 B＝2γDg 2.3 传质阻力项 Cμ： 包括气相传质和液相传质 g 2 2 g D d (2 R) 0.01R C • + = l 2 f 2 l D d (1 R) R 3 2 C • + = • 2.4 载气流速 u 对 H 影响 H＝A＋ Cu u B + 微分后 C 0 u B du dH 2 = − + =