6 色谱法

b. 死体积VM
Vm指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪 管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两相可以忽略 不计时死体积可由死时间与色谱柱出口的载气体积流速F0(mL· -1)来 min 计算。
VM = tM · 0 F
c. 保留时间tR
指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需要的时间。
气相色谱(GC) 液相色谱(LC)
液-液色谱(LLC)
5
填充柱色谱
按固定相的固定方式 分类 柱色谱 平板色谱 毛细管柱色谱 纸色谱 薄层色谱
平板色谱
6
吸附色谱
根据分离机理 可分为
分配色谱
离子交换色谱
排阻色谱 迎头法
根据展开程序 可分为
顶替法 洗脱法
7
三、色谱图流出曲线及相关术语
（1）色谱流出曲线和色谱峰 由检测器输出的电信号强度对时间作图，所 得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是
这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，它 指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相 的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。
}
2
植物色素分离图示
3
什么是色谱法？
是利用混合物不同组分在固定相和流动相 中分配系数(或吸附系数、渗透性等)的差 异，使不同组分在作相对运动的两相中进 行反复分配，实现分离的分析方法。
4
二、 色谱法的分类
气-固色谱(GSC) 气-液色谱(GLC) 液-固色谱(LSC)
根据流动相的 物态可分为
{
质。影响该过程的阻力，称为传质阻力。 传质阻力系数C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系 数C1两项，即
C = Cg+ C1
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气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表
面的过程。
dp 0.01k Cg ' 2 (1 k ) Dg
'2
2
采用粒度小的填充物和相对分子质量小的气体（如氢气） 做载气，可使Cg减小，提高柱效。
第三，n 与半峰宽及峰底宽的关系式为：
tR tR n 5.54 16 Y1/ 2 Yb
2
2
式中tR 与Y1/2 ( Yb )应采用同一单位（时间或距离）。 tR 一定时，色谱峰越窄，n 越大，H 越小，柱效能越高。
26
在实际工作中，计算出来的 n 和 H 值有时并不能充
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例：已知某组分峰的峰底宽为40 s，保留时间为400 s ，计算此 色谱柱的理论塔板数。 解：
tR 2 400 2 n 16( ) 16( ) 1600 （块） WY 40
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塔板理论
一种半经验性的平衡理论
贡献
1. 用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡
和分离过程
2. 解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 3. 提出了计算和评价柱效的参数
（3）峰 高
色谱峰顶点与之间的垂直距离，以（h）表示。
（4） 保留值
保留值是用来表示试样中各组分在色谱柱中滞留时间
的数值。通常用时间或用组分流出色谱柱所需流动相的体 积来表示。
10
tM指不与固定相作用（吸附，溶解）的物质（如空气，甲烷）从 进样开始到柱后出现浓度最大值时所需要的时间。
a. 死时间tM
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液相传质过程是指试样组分从固定相的气/液界面移
动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后 又返回气/液界面的传质过程。
d 2 k' Cl 2 3 (1 k ') Dl
2 f
降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k值随之变小， 又会使C1增大。
当固定液含量较高，液膜较厚，载气以在中等的线速下时，板高主 要受液相传质系数Cl的控制。此时，气相传质系数值很小，可以忽略。
分地反映色谱柱的分离效能，因为采用tR 计算时，没有 扣除死时间tM， 所以常用有效塔板数 n有效 表示柱效：
n有效
t t 5.54 16 Y1/ 2 Yb
' R ' R
2
2
有效板高 ：
H 有效
L n有效
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在相同的色谱条件下，对不同的物质计算的塔板数
动相由于受到固定相颗粒障碍 ，不断改变流动方向，使组分
分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称涡流扩散。
A = 2λdp
dp: 填充物的平均直径 λ:填充不规则因子 A 与流动相的性质、线速度和组 分性质无关。 对于空心毛细管，不存在涡流扩 散，因此 A = 0。
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(2) 分子扩散项—B / ū （纵向扩散项）
效能的依据；
(5) 色谱峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）
选择是否合适的依据。
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三、色谱法的特点和应用
1.分离效能高 2.灵敏度高 可检测10-11~10-13g,适于痕量分析. 色谱分析需试样量极少(g或ng).
3.分析速度快
4.应用范围广
缺点：对未知物的定性分析比较困难。
方向：高选择性检测器；联用技术（ GC-MS、
缺点 1. 不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素
2. 不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不
同的理论塔板数
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二、速率理论
1956年荷兰学者van Deemter（范第姆特）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。 他们吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在 两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解 释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱
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随着快速色谱的发展，当采用低固定 液含量柱和高载气线速进行分析时，气 相传质阻力就会成为影响塔板高度的重
要因素。
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将上面式总结，即可得气液色谱板高方程:
2 2 0.01k '2 d p 2 Dg 2k ' d f H 2 d p u 2 2 u (1 k ') Dr 3(1 k ') Dl
B＝2 Dg
：弯曲因子，填充柱色谱， <1。 Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数 （cm2·-1）。与组分性质、载气性质、 s 柱温、柱压等因素有关。
宜采用相对分子质量较大的 载气（如N2 ），较高载气线速 度，较低柱温。

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(3) 传质阻力项 Cū
物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程，称为传
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g. 相对保留值r2,1或
指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比：
r2 ,1
r2,1
t t
, R ( 2) , R (1)
V , V R (1)
r2 ,1
, R ( 2)
t R ( 2) t R (1)
VR ( 2) V R (1)
r2,1亦可以用来表示固定相（色谱柱）的选择性。 r2,1 值越大，两组分的tR ´相差 也越大 ，分离也越好。 r2,1=1时，两组分不能被分离。r亦可用来表示。
Y1 2 2 ln 2
2
峰底宽度Y 自色谱峰侧的转折点所作切线在基线上的截距，如 图2-3所示。它与标准偏差的关系为
Y=4
15
16
从色谱流出曲线中，可得许多重要信息：
(1) 根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最 少个数； (2) 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析； (3) 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析； (4) 色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离
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(5) 区域宽度
色谱峰区域宽度是色谱流出曲线中的一个重要参数。 从色谱分离的角度看，希望区域宽度越窄越好。
2 h1/2 Y1/2 h
0.607h
Y
图 色谱流出曲线图
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表示色谱峰区域宽度通常有三种方法:
标准偏差 即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 半峰宽度Y1/2 又称半宽度或区域宽度，即二分之一峰高处对应的峰 宽度，它与标准偏差的关系为
色谱峰。
8
A+B+C C B A C B A C B A
C B
C
信 号 A B C
t，min
图 色谱洗脱过程与色谱图
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（2） 基 线
当色谱柱没有组分进入检测器时，在实验操作条件下， 反映检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。稳定的基 线是一条直线。 基线漂移：指基线随时间定向的缓慢变化。 基线噪声：指各种噪声所引起的基线起伏（波动）。
不一样，因此，在说明柱效时，除注明色谱条件外，还
应指出用什么物质进行测量。比较柱效时，必须把操作
条件固定下来，用同一种物质通过不同的色谱柱,分别计 算出n有效进行比较.
t R t M (1 k ' )
n有效
k' 2 n( ) ' 1 k
tR 2 tR 2 n 16( ) 5.54( ) Yb Y1/ 2 ' ' tR 2 tR 2 n有效 16( ) 5.54( ) Yb Y1/ 2
都适用。
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1 液相色谱中的速率理论
van Deemter方程的数学简化式为
B H A Cu u
ū 为流动相的平均线速度，单位：cm/s； A、B、C、为常数，分别代表涡流扩散系数、分子 扩散项系数、传质阻力项系数。
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（1）涡流扩散项 A
在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流
d. 调整保留时间 tR’ ´
指被扣除死时间后的保留时间。
tR’ = tR - tM
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e. 保留体积VR
指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通 过的载气体积，即
VR = tR · 0 F
f. 调整保留体积VR’´
指被扣除死体积后的保留体积。即:
VR ´ = tR ´ · 0 F VR ´ = VR - VM
n 称为理论塔板数 n 越大或 H 越小,柱效率越高,分离能力越强.
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塔板理论指出：
第一，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数 n 大于50时，可
得到基本对称的峰形曲线。在色谱柱中，n 值一般很大，如气相 色谱柱的 n 约为103 -106 ，因而这时的流出曲线可趋近于正态
分布曲线。
第二，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微 小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。
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§3 色谱动力学基本理论
下图是 A、B两组分沿色谱柱移动时，不同位置处的浓度轮廓。 KA > KB
A B
A
浓 度
B
沿柱移动距离 L
若要使A、B组分完全分离，必须满足以下三点： 第一，两组分的分配系数必须有差异；
第二，区域扩宽的速率应小于区域分离的速度；
第三，在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱。
GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR等）。
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§2 色谱分离原理
一、分离原理
特点：不同组分在柱中移动速度不等； 各组分沿柱Байду номын сангаас扩散分布。
19
•
色谱法分离的基本原理是基于组分通过互不 相溶的两相而达到分离的，即样品溶解在流动相 (Mobile Phase)中。从装填在柱子中或涂渍在载体 表面的固定相(Stationary Phase)上通过，依据组 分与固定相之间的相互作用力的不同。经过充分 的运行时间，它们即可被分离。 色谱法是一种分离技术，这种分离技术应用 于分析化学中，就是色谱分析。
•
20
1. 分配系数（平衡常数）K
指在一定和温度和压力下，组分在两相间达到分配平
衡时，组分在固定相中的浓度cs与组分在流动相中的浓度
cm之比。
cs K cm
K： 与温度、压力有关外，还与组分性质、固定相
和流动相性质有关。 不同组分K值的差异，是实现色谱分离的先决条件。
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2、分配比 k
指在一定温度和压力下，组分在两相间达到分配 平 衡时，组分在固定相中的质量 p 与组分在流动相中的质 量 q 之比。
1
§1 概述
一、 “色谱法” 名称的由 来
1906年，俄国植物学家 Tsweet将CaCO3固体粉末装 入竖立的玻璃管中，从顶端 倒入植物色素的石油醚浸出 液，并用石油醚连续地冲洗。碳酸钙 结果在柱中出现了颜色不同 (固定相) 的色带。因此，Tsweet把这 种方法称为色谱法。
色 谱 带
石油醚(流动相)
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一、塔板理论
把色谱柱比作一个精馏塔，即色谱柱是由一系列连续的、相
等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用 H 表示，称为塔板高 度，简称板高。
塔板理论假设：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分
配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前转移。对一 根长为 L 的色谱柱，溶质平衡的次数应为：
L n H
p k q
'
分配系数与容量因子关系：
cs p / Vs p Vm K k' cm q / Vm q Vs
Vm / Vs
称为相比
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k'：与温度、压力有关外，还与组分性质、固 定相 和流动相性质及 有关。 K 与 k' 是两个不同的参数，但在表征组分的分 离行为时，二者完全等效。 k' 可以方便地从色谱 图直接求得，所以它是一个重要的色谱参数。