色谱分离原理 ppt

溶质分子 的 极化率 溶质分子的 偶极矩
2

B3 B4 0
溶质分子 的氢键 其他作用能
（
6—17
）
6.4 色谱保留值
6.4.3 气相色谱保留规律 气相色谱通常为气固色谱和气液色谱两种分离模式。对气液色谱而言，
色谱保留主要取决于溶质在气液两相的分配系数K，其热力学表达式为
s S s InK RT R
谱柱的一端，流动相连续通过色谱固定相将样品中的组分一次洗脱出色谱柱， 样品组分在两相中的分配系数不同使其在两相中的竞争性分配能力产生差异，
因此按一定顺序一次分开。此法是最简便的色谱分离分析方法，分析型色谱
通常都用此法。 在置换色谱中，样品一次性加到柱上后采用置换剂作为流动相连续流
经色谱柱，依次将组分置换下来。作为流动相或流动相的组分，置换剂与
6.3 区带迁移
在柱色谱中，被分离组分区带的迁移完全发生在流动相中。
迁移是系统中不可缺少的组成部分。
通常，柱色谱实验都是把样品从色谱柱一端引入，在另 一端检测从柱中流出的流动相。 实现色谱的选择性区带 迁移的三种基本方式： 洗脱法 置换法 前沿法
6.3 区带迁移
在洗脱色谱中，流动相和固定相通常处于平衡状态，样品一次性加在色
键合相色谱（BPC）
尺寸排斥色谱（SEC） 离子交换色谱（IEC）
色 谱 法
6.2 色谱过程及分类
根据流动相和固定相相对极性不同可分为正相分配色谱和
反相分配色谱。
上述所有将固定相装在色谱柱中的方法都属于柱色谱。如 果将固定相均匀涂抹在玻璃板、铝箔或塑料等支撑物上，使固 定相呈平板状，流动相则沿薄板移动进行分离，此法称为薄层 色谱法。如果采用滤纸作为支撑物则成为纸色谱。薄层色谱和 纸色谱合称为平面色谱。 纸色谱由于分离能力差，目前基本已被薄层色谱取 代。
lg k lg k n lg V lg Vn I 100 (n ) 100 (n ) lg k n1 lg k n lg Vn1 lg Vn
(6—16) 含有n个碳数的正构烷烃的k值
Kovates指数消除了色谱过程的流速，色谱柱的相比等多因 素的影响，且在特定温度和特定固定色谱柱上为常数。
6.4 色谱保留值
6.4.1 基本关系 色谱过程中流动相通常与固定相之间不发生相互作用并以
快于溶质的速度u流过色谱柱（凝胶色谱除外），而溶质则与固
定相相互作用，其谱带平均迁移速度ux为流动相u的一个分量， 两者之比定义为比移值Rf ，即 Rf 值主要用于描述平面 色谱的保留行为，是色谱定 性的依据。
在前沿法中，样品作为流动相或流动相的组成部分连续流经色谱柱。
与固定相亲和力弱的组分。首先以纯物质的状态流出色谱柱，其次是亲
和力较弱的第二个组分与第一个组分别的混合物流出色谱柱，以此类推。 前沿法用于测定单一组分或简单混合物的吸附等温线，以及从主组 分中分离作用较弱的微量成分。前沿法很少用于制备分离。
Vm
（6—7）
色谱保留时间tR,流速u和保留体积VR有如下关系：
VR utR
当色谱柱死体积为 V 调整保留体积 VR
/
（6—8）
、死时间为
0
与调整保留时间 t
to
，色谱过程 之间的关系： （6—9）
R
VR VR V0 u (t R t0 ) ut R
6.4 色谱保留值
Rf
ux u
（6—1）
Rf值也用于描述柱色谱中的溶质的保留，与溶质的分
配容量相关。对一个溶质分子而言，其在流动相中消耗的时 间分数与该组分瞬间分布在流动相中的总的分子数相近，经
6.4 色谱保留值
一定时间后，这两分数在统计极限内是相等的，也就是说溶质分
子在流动相中平均消耗的时间分数等于溶质分子瞬间分布在流动 相中的总分子数，即
若溶质在流动相中消耗的时间分数为1，则溶质分子分布
在流动相中。 溶质在流动相中消耗的时间越多，分子分布在流动相中 的分数越高，ux越大，Rf也越大。
当溶质在两相中达到平衡时，溶质在流动相和固定相中 的浓度比值称为分配系数K，即
K
c c
s
cs和cm分别为溶质在固
定相和流动相中的浓度。 （6—4）
m
S a
：吸附熵
由此可见，气固色谱和气液色谱具有相同的保留值变化
形式，只是溶质与固定相的相互作用机理不同而已。
6.4 色谱保留值
同系物碳数规律：
Inkn 1n C1 RT R 1 0 2 2 0 3 B4 0 V 0 C1 In RT VB 1 1 CH 2 VCH 2
后来，该法分离了许多无色物质，虽然在分离过程中看不到
颜色，但是色谱法这个名一直沿用到至今。
6.1 概述
茨维特发明的液相色谱并未立即引起人们的重视，直到20世
纪30年代初，随着色谱法逐渐成为实验室常规方法才受到广泛重 视。
现代色谱技术的发展过程中有许多科学家做出了出色的贡献，
其中最突出的是Martin。他于1952年与Synge因发明了分配色谱பைடு நூலகம் 术获得诺贝尔奖，同年又与James合作发展出气—液色谱技术。 虽然20世纪40年代色谱法在实验室中的应用得到飞速发展， 但50年代气—液色谱法的创立和发展才是划时代的里程碑。因为 其不仅引领分离进入仪器方法方法时代，而且催生了目前使用的 许多现代色谱方法。
（6—22）
0 ：同系物起点化合物的极化率
CH 2 ：CH2的极化率
VCH 2 ：CH2的体积增量
n ：同系物的碳数
6.4 色谱保留值
（6—20）
6.4 色谱保留值
式（6—20）是气相色谱保留值变化最基本的规律，也称为气相
色谱保留方程，它表明气相色谱主要通过改变温度来实现化合物的
分离、改变选择性和调节保留值。
对于气固色谱模式，容量因子的热力学表达式为
a S a Ink In RT R
a ：吸附焓
（6—21）
，即
t 2 R
VR2
（ 6—15）
与 主要是为了消除流动相流速变化而采用的保留值定性参
数，而后者更能准确的描述对两种溶质分离程度的大小，尤其是在 k值较小的情况下。
6.4 色谱保留值
对气相色谱流出组分进行定性的参数还有比保留体积和Kovates保 留指数。用保留指数I定性，是以一系列正构烷烃的保留值作为参照， 通过下式计算特定化合物的保留指数：
6.4 色谱保留值
在恒温下，K为常数，仅取决于固定相、流动相和溶质的分子 结构，反映了溶质与两相间作用的差别。 在分配色谱中，浓度浓度采用单位体积的固定相和流动相中的 溶质量来表示，K称为分配系数。而在吸附色谱中，溶质在溶剂中的 浓度以单位质量固定相中吸附溶质的量或单位表面积吸附溶质的量 表示，其与单位体积流动相中溶质的量之比Ka，称为吸附平衡常数。 容量因子k，或称容量比是另一个描述溶质在固定相和流 动相中分布特性的重要参数，其定义为
kn n
cs vs Vs K cm vm Vm m
s
cs和cm分别为溶质在固定相和流动相中 的浓度。Vs和Vm分别为固定相和流动相 的体积。
（6—5）
6.4 色谱保留值
比移值和溶质容量因子的关系为
Rf ux nm 1 u nm ns 1 k
（6—6）
)
1 1 ux u( ) u( KVs 1 k 1
固定相间的亲和力比样品中的任何组分都强。置换剂使样品组分沿色 谱柱移动，如果色谱柱足够长则可达到稳定状态，色谱柱中形成连续
的纯组分的矩形区带，与固定相亲和力弱的组分在前，每一个组分置
换在其前面的组分，以此类推，最后与固定相作用最强的组分被置换 剂置换。
6.3 区带迁移
置换色谱主要用于制备色谱和工业流程色谱，达到高通量制备纯化合物的 目的。根据实验条件，各组分区带间的边界不一定是连续的，纯物质的收 集可以控制在各置换区带的中心区域。
6.3 区带迁移
色谱实验所得到的信息都包含在色谱图中。在洗脱色谱中，色谱
图通常是柱流出物通过检测器产生的响关系应信号与时间或流动相流
过色谱柱的体积之间的关系曲线图。在正常的色谱条件下，根据色谱
图中的峰数可以判断样品组分的复杂程度提供混合试样中的最低组分
数。
通过色谱峰位置的准确确定可以对样品组分进行定性鉴定， 而色谱图给出的各个组分的峰高或峰面积是定量的依据。
6.2 色谱过程及分类
色谱理论的形成和色谱技术的发展使分离技术上升为“分离 科学”。早期色谱只是一种分离方法，类似于萃取、蒸馏等分离 技术，不同的是其分离效率要高得多。许多性质极为相似而不能 用蒸馏或萃取等方法分离的混合物通过色谱法可以得到分离。随 着色谱检测技术的发展，色谱法已不仅是一种分离技术，也成为 一种分析方法。
（6—18）
s 、 S s 为溶质在固定液中的溶解焓和溶解熵。从色谱容量
因子与分配系数的基本关系式（6—13），可得Van't Hoff,即
s S s Ink In RT R
或表达为
（6—19）
Ink
S s In R s
ux nm Rf u nm ns
（6—2）
ux ns 同理，溶质在固定相中停留的时间分数= 1 u nm ns
（6—3）
nm、ns分别为溶质瞬间分布在流动相和固定相中的分子数。 如果溶质在流动相中的时间分数为0，则溶质停留在 固定相，谱带不移动，ux=0,Rf=0。
6.4 色谱保留值
6.2 色谱过程及分类
色谱法是一种物理化学分离和分析方法。其原理：根据物质溶 解度、蒸汽压、吸附能力、立体结构或离子交换等物理化学性质的 微小差异，使其在流动相和固定相之间的分配系数不同，而当两相