第15章 色谱分析法导论

液液色谱
适用于高沸点、不易气化的、热不稳定及
生物活性物质的分析，通常在室温条件下工作。
超临界流体色谱
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2、按固定相所处的外形分类
按分离柱不同可分为： 柱色谱和平板色谱。
柱色谱又分为： 填充柱色谱和毛细管柱色谱； 平板色谱又分为： 薄层色谱和纸色谱。
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3.按组分在两相间的分离机理分类 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空间 排阻色谱等。
色谱柱内未被固定相占据的空隙体积
VM = tM ×F0
3）调整保留体积( VR' )：
VR' = VR －VM = tR' ×F0
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3、相对保留值 r21
组分2与组分1调整保留值之比：
t R 2 VR 2 r21 t R1 VR1
相对保留值r21可作为衡量固定相选择性的指标，又称选择性因子。
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2.分配比k
在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡
时，分配在固定相和流动相中的总质量之比，用 k 表示：
mS k mM
k 值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的
容量大，因此又称分配容量。 它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。
k 值也取决于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、
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在色谱发展史上占有重要地位的英 国人A.J. P. Martin(马丁)和R.L.M. Synge(辛格)，他们提出色谱塔板理论； 发明液-液分配色谱；预言了气体可作为 流动相（即气相色谱）。
A.J. P. Martin (1910-2002)
1952年，因为他们对分配色谱理 论的贡献获诺贝尔化学奖。
由于Tswett的开创性工作，因此人们尊称他 为"色谱学之父"，而以他的名字命名的Tswett奖也 成为了色谱界的最高荣誉奖。
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试样混合物的分离过程也就是试 样中各组分在色谱分离柱中的两相间 不断进行分配的过程。 固定相 (stationary phase ):
CaCO3颗粒
流动相 (mobile phase): 石油醚 作用机理：分配 吸附 离子交换 π－π 相互作用 被分析物：无色和有色化合物 （80％的有机化合物）
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气相色谱分离过程
当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定 相溶解或吸附。 随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相 中挥发或脱附，挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又 再次被固定相溶解或吸附。 随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反 复地进行。由于组分性质的差异，固定相对它们的溶解或吸 附能力将不同。 易被溶解或吸附的组分，挥发或脱附较难，随载气移动 的速度慢，在柱内停留的时间长。 反之，不易被溶解或吸附的组分随载气移动的速度快， 在柱内停留的时间短。所以，经过一定的时间间隔后，性质 不同的组分便彼此分离。 20
第十五章 色谱分析法导论
§15-1 §15-2 §15-3 §15-4 §15-5 §15-6 概 述 色谱分离原理 色谱法基本理论 色谱分离基本方程 色谱定性分析 色谱定量分析
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§15-1
一、 色谱法
概
述
色谱法是一种分离、分析多组分混合 物的技术。俄国植物学家茨维特在1906年 使用的色谱装置如图15-1所示。
1906年， Tsweet 发现色谱分离现象
石油醚 色素混合液
(流动相） 色谱柱
碳酸钙 （固定相）
色带
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植物色素分离图示
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Chromatography
Tswett将这种方法命名为色谱 法（Chromatography），很显然 色谱法 （Chromatography）这个 词是由希腊语中“色”的写法 （chroma）和“书写”(graphein) 这两个词根组成的。
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§15-2
色谱分离原理
一、分离原理 气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的，气固色谱和 气液色谱，两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相： 多孔性的固体吸附剂颗粒，其分离是基于固体吸附剂 对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相： 由担体和固定液所组成，其分离是基于固定液对试样
中各组分的溶解能力的不同。
t R 2 VR 2 r21 t R1 VR1 t V
M
M
k2 t R 2 VR 2 r21 = t R1 VR1 k1
—
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四、区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：
（1）标准偏差（）：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。
图15-5 气相色谱流出曲线
mS
填充柱（Packing column）: 毛细管柱（Capillary column）:
6~35 50~1500
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§15-3
色谱流出曲线及有关术语
图15-3 气相色谱流出曲线
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一、基线
色谱柱中仅有流动相通过检测器时，检测 到的信号。
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二、峰高
从色谱峰顶点到基线之间的垂直距离（h）。
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它只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条
件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。
r21越大，相邻两组分的tR'相差越大，分离得越好； r21=1，两组分不能分离。
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4.保留值与分配系数 K 的关系
VR KVs
5.保留值与分配比 k 的关系
tR = tM (1+k )
k =
—
tR - tM tM
组分在固定相中的浓度cS K 组分在流动相中的浓度cM
（15-1）
一定温度下，组分的分配系数 K 越大，出峰越慢。
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某组分K = 0时(即不被固定相保留)最先 流出。

试样中的各组分具有不同的 K 值是分离 的基础，K 值相差越大，越容易实现分离。 试样一定时，K 值主要取决于固定相性质， 选择适宜的固定相可改善分离效果。
（2）根据色谱峰的保留值（或位置），可以进行定性
分析； （3）根据色谱峰的面积和峰高，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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§15-4
色谱法基本理论
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达 到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由 组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性 质有关。
分配系数的微小差异 → 吸附能力的微小差异 微小差异积累 → 较大差异 → 作用能力弱的组分先流出； 作用能力强的组分后流出
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二、分配系数和分配比
1.分配系数K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱 附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。 在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓 度比，称为分配系数，用 K 表示，即：
环 己 烷 苯
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2.气相色谱法与经典化学分析的比较
化学分析根据物质具有某种独特的化学性 质来进行测定, 而色谱分析能使许多化学性质 相同/相似的复杂组分相互分离后测定。 3.气相色谱法与光谱、质谱分析法的比较
光谱、质谱主要是定性分析工具, 色谱是 分离分析的工具。色谱法的最大优越性在于它 最擅长分离分析多组分的复杂体系。
发明的色谱方法或重要应用 用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。 用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。 最先使用薄层色谱法。 用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。 提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气 相色谱）。 发明了纸色谱。 在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。 从理论和实践方面完善了气-液分配色谱法。 提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。 发明毛细管柱气相色谱。 发表凝胶过滤色谱的报告。 发明凝胶渗透色谱。 发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。 发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的 新型离子色谱法。 创立了毛细管电泳法。
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四. 气相色谱分析法与其它方法比较
1. 气相色谱法与分馏法的比较 色谱分离比分馏快，得到的物质纯度比分 馏法高。 石油化学家采用分馏法花了20多年才鉴别 出石油中的200余种组分，而当今采用毛细管 GC仅需数小时即可完成。
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苯和环己烷的沸点仅差0.6℃，如用 精馏分离柱进行分离是不可能的。
三、保留值 1、用时间表示的保留值
1）保留时间( tR )： 组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间。
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2）死时间( tM )：
不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。
因为这种物质不被固定相吸附 或溶解，故其流动速度将与流动相 的流动速度相近。 测定流动相平均线速度u0时， 可用柱长 L 与 tM 的比值计算。
பைடு நூலகம்
但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼 此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱 中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。
因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。
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一、塔板理论
塔板理论把色谱柱比作一个 分馏塔，假设柱内有n个塔板，每 个塔板高度称为理论塔板高度， 用H表示，在每个塔板内，试样各 组分在两相中分配并达到平衡， 最后，挥发度大的组分和挥发度 小的组分彼此分离，挥发度大的 最先从塔顶（即柱后）逸出。
他为了分离植物色素，将植物绿叶的石油醚 提取液倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并用石 油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸钙颗 粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进行，不同色 素向下移动的速度不同，形成一圈圈不同颜色的 色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离 图15-1色谱原型 方法命名为色谱法（chromatography）。 2