2第二章 色谱法概论
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第二章 色谱法概论-速率理论讲解
三、速率理论
色谱1时95，6年提荷出兰了学色者谱v过an程D动ee力m学ter理等论在—研—究速气率液 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、液相色谱都适 用。 van Deemter方程的数学简化式为
C＝Cg＋Cl
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。这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换， 即进行浓度分配。有的分子还来不及进入两相界面，就 被气相带走；有的则进人两相界面又来不及返回气相。 这样，使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡， 引起滞后现象，从而使色谱峰变宽。对于填充柱，气相 传质阻力系数Cg为
（2）对于液液分配色谱，传质阻力系数（C） 包含流动相传质阻力系数（Cm）和固定相传质 系数（Cs），即
C＝Cm＋Cs
其中Cm又包含流动的流动相中的传质阻力和滞留 的流动相中的传质阻力，即
Cm
md
2 p
Dm
sm
d
2 p
Dm
式中右边第一项为流动的流动相中的传质阻力。当流 动相流过色谱柱内的填充物时，靠近填充物颗粒的流 动相流速比在流路中间的稍慢一些，故柱内流动相的 流速是不均匀. ωm是由柱和填充的性质决定的因子。
本一致，主要区别在液液色谱中纵向扩 散项可忽略不计，影响柱效的主要因素 是传质阻力项。
4．流动相线速度对板高的影响
（1）LC和GC的H－u图表明， 对于一定长度的 柱子，柱效越高，理论塔板数越大，板高越小。但 究竟控制怎样的线速度，才能达到最小板高呢？根 据van Deemter公式分别作LC和GC的H－u图，见图a （b）。由图a和（b）不难看出：LC和GC的H－u图 十分相似，对应某一流速都有一个板高的极小值， 这个极小值就是柱效最高点； LC板高极小值比GC 的极小值小一个数量级以上，说明液相色谱的柱效 比气相色谱高得多LC的板高最低点相应流速比起 GC的流速亦小一个数量级，说明对于LC，为了取 得良好的柱效，流速不一定要很高。
色谱1时95，6年提荷出兰了学色者谱v过an程D动ee力m学ter理等论在—研—究速气率液 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、液相色谱都适 用。 van Deemter方程的数学简化式为
C＝Cg＋Cl
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。这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换， 即进行浓度分配。有的分子还来不及进入两相界面，就 被气相带走；有的则进人两相界面又来不及返回气相。 这样，使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡， 引起滞后现象，从而使色谱峰变宽。对于填充柱，气相 传质阻力系数Cg为
（2）对于液液分配色谱，传质阻力系数（C） 包含流动相传质阻力系数（Cm）和固定相传质 系数（Cs），即
C＝Cm＋Cs
其中Cm又包含流动的流动相中的传质阻力和滞留 的流动相中的传质阻力，即
Cm
md
2 p
Dm
sm
d
2 p
Dm
式中右边第一项为流动的流动相中的传质阻力。当流 动相流过色谱柱内的填充物时，靠近填充物颗粒的流 动相流速比在流路中间的稍慢一些，故柱内流动相的 流速是不均匀. ωm是由柱和填充的性质决定的因子。
本一致，主要区别在液液色谱中纵向扩 散项可忽略不计，影响柱效的主要因素 是传质阻力项。
4．流动相线速度对板高的影响
（1）LC和GC的H－u图表明， 对于一定长度的 柱子，柱效越高，理论塔板数越大，板高越小。但 究竟控制怎样的线速度，才能达到最小板高呢？根 据van Deemter公式分别作LC和GC的H－u图，见图a （b）。由图a和（b）不难看出：LC和GC的H－u图 十分相似，对应某一流速都有一个板高的极小值， 这个极小值就是柱效最高点； LC板高极小值比GC 的极小值小一个数量级以上，说明液相色谱的柱效 比气相色谱高得多LC的板高最低点相应流速比起 GC的流速亦小一个数量级，说明对于LC，为了取 得良好的柱效，流速不一定要很高。
色谱分析法概论
第一章色谱分析法概论第一节概述色谱分析法简称色谱法或层析法(chromatography)，是一种物理或物理化学分离分析方法。
从本世纪初起，特别是在近50年中，由于气相色谱法、高效液相色谱法及薄层扫描法的飞速发展，而形成一门专门的科学——色谱学。
色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混合物的最重要的分析方法，在各学科中起着重要作用。
历史上曾有两次诺贝尔化学奖是授予色谱研究工作者的：1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附分析的研究而获奖，1952年英国的Martin和Synge因发展了分配色谱而获奖；此外在1937～l972年期间有12次诺贝尔奖的研究中，色谱法都起了关键的作用。
色谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗。
在管的不同部位形成色带，因而命名为色谱。
管内填充物称为固定相(stationary phase)，冲洗剂称为流动相(mobile phase)。
随着其不断发展，色谱法不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色物质的分离。
虽然“色”已失去原有意义，但色谱法名称仍沿用至今。
30与40年代相继出现了薄层色谱法与纸色谱法。
50年代气相色谱法兴起，把色谱法提高到分离与“在线”分析的新水平，奠定了现代色谱法的基础，l957年诞生了毛细管色谱分析法。
60年代推出了气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)，有效地弥补了色谱法定性特征差的弱点。
70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起，为难挥发、热不稳定及高分子样品的分析提供了有力手段。
扩大了色谱法的应用范围，把色谱法又推进到一个新的里程碑。
80年代初出现了超临界流体色谱法(SFC)，兼有GC与HPLC的某些优点。
80年代末飞速发展起来的高效毛细管电泳法(high performance capillary electrophoresis，HPCE)更令人瞩目，其柱效高，理论塔板数可达l07m-1。
关于色谱法导论 (2)课件
❖ 玻璃管为色谱柱， 管内的碳酸钙填料 为固定相，石油醚 淋洗液为流动相。
❖ 现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其 方法也早已得到了极大的发展，但其分离的 原理仍然是一样的。
❖ 色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理 分离技术，能够分离性质相近的成为色谱分析法。
❖ 选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组 分具有不同的K值是分离的基础；
❖ 3.色谱流动相流速 ❖ 稳定的流动相流速是色谱系统正常运行的基本条件。 ❖ 流动相的流速通常有两种表达方式 ❖ 体积流量Fc mL/min，单位时间流过色谱柱的平均
体积。 ❖ Fc采用容器收集柱后一定时间内流出流动相的体积
❖ 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。W1/2=2.354 ❖ 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间
的距离。W= 4。
❖ 5.保留值
❖ 保留值是试样各组分在色谱柱或色谱体系中保留行 为的度量，反映溶质与色谱固定相作用力类型和大 小，是色谱热力学参数和定性依据。
❖ 比移值Rf：溶质通过色谱柱的平均线速度u与流动 相平均线速度ux之比。
动相作用力的差异 ❖ 2.分子分布离散：同种组分分子在迁移过程中分布
空间扩展 ❖ 分子分布离散取决于同种分子运动速率的差异 ❖ 色谱分离要求：差异速率(保留值大)，分子分布离
散(色谱区带)窄。
❖ 2.分布平衡
❖ 色谱涉及溶质在两相中的分布平衡，平衡常数K称 为分布系数或分配系数
❖ K=cs/cm ❖ cs是溶质在固定相的浓度，cm是溶质在流动相中的
❖ 色谱法分类
❖ 1.按固定相形态分类
❖ 柱色谱：固定相装在色谱柱内。包括填充柱、 整体柱、毛细管柱或开管柱。
❖ 平面色谱：固定相呈平面状。包括薄层色谱 和纸色谱。
色谱法概论PPT课件
能。
色谱法与其他技术的联用
色谱-质谱联用（GC-MS, LC-MS）
通过将色谱的分离能力与质谱的高灵敏度检测相结合，可实现对复杂样品中目标化合物 的定性和定量分析，广泛应用于药物代谢、环境监测等领域。
色谱-光谱联用（GC-IR, LC-UV/Vis）
色谱与光谱技术的联用可以提供更丰富的化合物结构和组成信息，有助于深入了解化合 物的性质和行为。
实验材料
确保色谱柱、试剂、溶 剂等材料的质量和纯度，
以满足实验要求。
实验设备
检查色谱仪、检测器、 注射器等设备的运行状 况，确保实验过程中设
备正常工作。
实验设计
根据实验目的和要求， 设计合理的色谱条件和
实验方案。
实验安全
注意实验过程中的安全 问题，如使用有毒有害
试剂时的防护措施。
实验操作步骤
色谱柱安装与条件设置
数据整理
整理实验过程中记录的数据，包括 色谱图、峰面积等。
结果分析
对实验结果进行深入分析，探究可 能的原因和影响因素。
03
02
结果判断
根据实验目的和要求，判断实验结 果是否符合预期。
结论总结
总结实验结果，得出结论，并提出 进一步改进和完善的建议。
04
04 色谱法在分析化学中的应 用
在食品分析中的应用
食品成分分析
色谱法用于分离和检测食品中的营养 成分，如脂肪、蛋白质、碳水化合物、 维生素和矿物质等，以确保食品质量 和安全。
食品添加剂分析
食品污染物分析
色谱法用于检测食品中的有害物质， 如农药残留、重金属、霉菌毒素等， 以防止食品污染和保障食品安全。
色谱法用于检测食品中添加的防腐剂、 色素、香料等成分，以控制食品添加 剂的使用量，保障消费者健康。
色谱法概论
高效液相色谱 - 组分分离
水 甜味剂
人工色素 (柠檬黄)
人工香精
(香橙)
芬达样品
色谱图
高效液相系统
液体样品
液体传输
高效液相色谱柱 高效液相系统
检测器
数据处理
高效液相系统和色谱柱
Agilent 1100 高效液相系统
高效液相色谱柱
可更换卡套
液体医药样品 溶剂
色谱柱
硅胶填料
以不同速率 流出的组分
色谱图
（2）溶解于流动相中，随流动相同速前进，这时u组分=um。 所以组分分子在柱内的移动速度总是≤流动相在柱内的速度，
即um 是极限速度。 组分移动速度的大小，决定于固定相对组分的保留能力，即固
定相与组分间作用力的大小。
不同的组分，固定相对它的保留能力不同，其移动速度不同。
设组分的移动速度为u组分（u组分=L/tR）， 即绝对速度，此速 度受到流动相流速的影响，人们将两个组分的速度都与流动相 相比较，就得保留速度
4. 被分离组分（样品） 如色素
5. 洗脱
将流动相连续不断地加入色谱柱,使之通过固定相,把被 分离的物质冲洗出柱的过程,叫洗脱。
洗脱是色谱过程中必要而又重要的步骤—选择适宜的流 动相、固定相实现分离。
6. 洗脱剂
在洗脱过程中加入色谱柱的流动相即洗脱剂。
7. 洗脱液(流出液)
流出色谱柱的溶液,即洗脱液。
结果 检测器
气相色谱系统
气源
进样器
检测器
数据处理
GAS
色谱柱
柱温箱
气相-质谱系统
色谱柱
色谱分析领域(1)
生命科学
色谱分析实例 体液和组织中的药品 血醇水平 药品纯度
色谱概论1-3章
气相色谱图
二、色谱流出曲线的意义： 从色谱图上可获得的信息有： 色谱峰的个数，可判断样品中所含组份的最少个数； 色谱峰的保留值，可进行定性分析； 色谱峰的峰高或峰面积，可进行定量分析；
色谱的保留值或区域宽度，是评价色谱柱分离性能的
色谱峰间距是固定相或流动相选择是否合适的依据。
依据；
a.死时间(tM) ：不与固定相作用的物质从进样到出现 峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。 由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的 流速相近。如用热导池检测器时，从注射空气样品到空气峰 顶出现时的时间。 b.保留时间（tR）：试样从进样到出现峰极大值时的时
间。它包括组份随流动相通过柱子的时间tM和组份在固定相
第三节 色谱法的定义与分类
一、色谱法的定义
色谱法或色谱分析也称之为层析法，是一种物理化学的分 析方法，它利用混合物中各组分在两相间分配系数的差别，当 溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配， 从而使各组分得到分离。分离的仪器即色谱仪。
二、色谱法的分类
色谱法可按两相的状态及应用领域的不同分为两大类。 （一）按流动相与固定相的状态分类 1 ．气相色谱 气相色谱又可分为气固色谱和气液色谱，前者是以气体为 流动相，以固体为固定相的色谱，后者是以气体为流动相，以 液体为固定相的色谱。 2 ．液相色谱 液相色谱又可分为液固色谱和液液色谱，前者是以液体为 流动相，以固体为固定相的色谱；后者是以一种液体为流动相， 以另一种液体为固定向的色谱。
色谱分析
概论
第一章 绪论
第二章 色谱法的原理
第三章 色谱仪
第一章 绪论
1
色谱法的发展简史 色谱法与其他方法的比较和配合
第二章色谱法基本原理
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数=样品中组份的最少个数； 色谱保留值—— 定性依据； 色谱峰高或面积—— 定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标； 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据。
例1：在某色谱分析中得到下列数据：保留
时间（tR）为5.0min，死时间（tm）为 1.0min，液相体积（VS）为2.0mL，柱出口 载气体积流速（FO）为50mL/min，试计算： （1）保留因子k（2）死体积Vm（3）分配系 数K（4）保留体积VR 解：（1）k= tRˊ/ tm=（5.0-1.0）/1.0=4.0
p和q可以从组分的分配比来计算确定。
若组分A的kA=2.0 (p=0.667 , q=0.333),组 分B的 kB=0.5 (p=0.333,q=0.667),经过4次转 移以后，各塔板上A 、B组分的含量符合由 二项式展开后所得的各项值：
(p+q)4 = p4 + 4qp3 + 6q2p2 + 4q3p + q4 A组分： (0.333+0.667)4 =0.198+0.395+0.296+0.0990+0.0120=1.000 B组分： (0.667 + 0.333)4 =0.0124+0.0990+0.296+0.395+0.198=1.000
检测器 0.032
检测器 0.032
N=6,进6△V载气
0.016 0.016
0.079 0.079
0.157 0.157
0.157 0.157
0.079 0.079
检测器 0.032
平衡时
0.016
色谱法基本理论PPT课件
阐述本ppt课件的目的，即帮助学习者 系统了解和掌握色谱法的基本原理、 技术和应用，提高分析问题和解决问 题的能力。
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
通过自动化和智能化技术的引入，实现色谱分析的远程控制、实时监 测和数据分析，提高分析效率和准确性。
感谢您的观看
分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
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分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
第二章第1节 色谱法概述
2010/3/29
1903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
2010/3/29
植物色素分离图示
2010/3/29
固相萃取
2010/3/29
2.色谱法分类
气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
流体（气体或液体），称为流动相。
2010/3/29
色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时， 其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组 分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生 的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移 动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡 ，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而 按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检 测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检 测。 ♦ 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础 （动画）
第二章 色谱分析法
第一节 色谱法概述
一、 色谱法的特点、分 类和作用 二、分配系数 K20103/29第一节 色谱法概述
一、 色谱法的特点、分类和作用
1.概述 2.分类 3.特点
二、分配系数 K
2010/3/29
传统的分离方法有： 1. 沉淀法 是利用物质溶解度的不同而进 行分离。 2. 蒸馏法 是利用有机物沸点的差异进 行分离。 3. 萃取法 是利用组分在水相和有机相 （互不相溶）中的分配系数不同进行而 分离。
2010/3/29
2010/3/29
液相色谱
液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固 定相，不同pH值的水溶液为流动相。
1903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
2010/3/29
植物色素分离图示
2010/3/29
固相萃取
2010/3/29
2.色谱法分类
气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
流体（气体或液体），称为流动相。
2010/3/29
色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时， 其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组 分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生 的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移 动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡 ，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而 按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检 测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检 测。 ♦ 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础 （动画）
第二章 色谱分析法
第一节 色谱法概述
一、 色谱法的特点、分 类和作用 二、分配系数 K20103/29第一节 色谱法概述
一、 色谱法的特点、分类和作用
1.概述 2.分类 3.特点
二、分配系数 K
2010/3/29
传统的分离方法有： 1. 沉淀法 是利用物质溶解度的不同而进 行分离。 2. 蒸馏法 是利用有机物沸点的差异进 行分离。 3. 萃取法 是利用组分在水相和有机相 （互不相溶）中的分配系数不同进行而 分离。
2010/3/29
2010/3/29
液相色谱
液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固 定相，不同pH值的水溶液为流动相。
仪器分析-气相色谱分析
• 3、保留值：是试样各组分在
色谱柱中保留行为的量度，它 反映组分与固定相间作用力大 小，通常用保留时间和保留体 积表示。 死时间tM：不被固定相吸附或 溶解的组分（如空气、甲烷） 从进样到出现其色谱蜂最大值 所需的时间，图中O'A'所示。 保留时间tR ：指某组分通过 色谱柱所需时间，即试样从进 样到出现峰极大值时的时间， 图中Ｏ‘Ｂ所示。 调整保留时间tR’ 死时间后的 保留时间，它是组分在固定相 中的滞留时间。图中A’B所示， 即 tR’ = tR － tM
通常以有效塔板数neff 和有效塔板高度Heff 表示：
neff H eff
t t 2 5.5 4( ) 1 6( )2 W1 / 2 Wb L neff
' R
' R
2-2-3 速率理论
• 塔板理论存在的假定有缺陷,不能解释塔板高度H
受那些因素影响. 1956年，荷兰化学工程师van Deemter提出了色谱过程动力学速率理论。 • van Deemter方程：H=A+B/u+C*u u 为流动相线速度； A，B，C 为常数. 其中: A — 涡流扩散系数； B — 分子扩散系数； C — 传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系 数）
• 1、气路系统
• 载气：H2，N2，He，Ar等 • 净化器：提高载气纯度 • 稳压恒流装置，气体流速控制和测量。
• 2、进样系统
• 进样器： 微量注射器、六通阀 • 气化室：瞬间气化，死体积尽可能小
• 3、分离系统
• 色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类
2-1-3 组成
• • • • •
4、温控系统 色谱柱、气化室、检测室三处温度控制 气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解； 检测器除氢火焰外都对温度敏感； 柱温的变化影响柱的选择性和柱效，因此柱室的 温度控制要求精确，温控反复根据需要可以恒温， 也可以程序升温。
色谱法的基本原理PPT课件
（三）离子交换色谱法
✓ 要求：
固定相→离子交换树脂
流动相→水为溶剂的缓冲溶液
被分离组分→离子型的有机物或无机物
ห้องสมุดไป่ตู้✓ 分离机制见图示
✓ 阳离子交换树脂 RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
固定离子 可交换离子 待测离子
选择性系数
K S [ [R R3 3 S S H X O O ] ]S S[ [H X ] ]m m [R [R3 S 3 H S X O ]O ] S S[[ H X ]] m
色谱图相关术语
.峰面积(Peak Area): .标准偏差(σ)(Standard Error): .拖尾峰(Tailing Peak): .前伸峰(Leading Peak):
.鬼峰,假峰(Ghost Peak):
色谱图相关术语
. 基线(Baseline): . 基线飘移(Baseline Drift): . 基线噪声(N) (Baseline Noise): . 谱带扩展(Band Broadening):
✓ 分离机制见图示
狭义分配系数
K Cs Xs Vs Cm Xm Vm
Cs为溶质分子在固定的 相浓 中度 Vs为固定相的体积 Cm为溶质分子在流动的 相浓 中度 Vm为流动相的体积
注：K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关 next
图示
✓ 分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离 连续萃取过程 back
注：Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及温度有关 next
图示
✓ 分离机制： 各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离 吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开 back
2第二章 色谱法概论-速率理论
( R R
1 2
)
2
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n n
1 2
=
L L
1 2
虽说用较长的柱可以提高分离度，但延长了分析时间。 因此提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子， 通过降低板高，以提高分离度。
2.分离度与选择因子的关系 2.分离度与选择因子的关系
由基本色谱方程式判断，当α=1时，R=0，这时，无论 怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，α大，选择性好。 研究证明，α的微小变化，就能引起分离度的显著变化。一 般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有 效增大α值。
A＝2λdp
上式表明，A与填充物的平均直径dp的大小和填充不规 则因子λ有关，与流动相的性质、线速变和组分性质无关。 为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且 填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。 因此A＝0。
2.分子扩散项B/u（纵向扩散项）
纵向分子扩散是由浓 度梯度造成的。组分从柱 人口加入，其浓度分布的 构型呈“塞子”状。如图 18S2所示。它随着流动相 向前推进，由于存在浓度 梯度，“塞子”必然自发 地向前和向后扩散，造成 谱带展宽。分子扩散项系 数为
4.分离度与分析时间的关系 分离度与分析时间的关系
下式表示了分析时间与分离度及其他因素的关系
tr
3 16 R 2 H α 2 (1 + k ) = ) ( u α −1 k 2
从上式，设
16 R 2 H α Q′ = ( )2 u α −1
则可得：
t
r
(1 + k ) ′ = Q k 2
3
tr
(1 + k ) 3 = Q′ k 2
1 2
)
2
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n n
1 2
=
L L
1 2
虽说用较长的柱可以提高分离度，但延长了分析时间。 因此提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子， 通过降低板高，以提高分离度。
2.分离度与选择因子的关系 2.分离度与选择因子的关系
由基本色谱方程式判断，当α=1时，R=0，这时，无论 怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，α大，选择性好。 研究证明，α的微小变化，就能引起分离度的显著变化。一 般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有 效增大α值。
A＝2λdp
上式表明，A与填充物的平均直径dp的大小和填充不规 则因子λ有关，与流动相的性质、线速变和组分性质无关。 为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且 填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。 因此A＝0。
2.分子扩散项B/u（纵向扩散项）
纵向分子扩散是由浓 度梯度造成的。组分从柱 人口加入，其浓度分布的 构型呈“塞子”状。如图 18S2所示。它随着流动相 向前推进，由于存在浓度 梯度，“塞子”必然自发 地向前和向后扩散，造成 谱带展宽。分子扩散项系 数为
4.分离度与分析时间的关系 分离度与分析时间的关系
下式表示了分析时间与分离度及其他因素的关系
tr
3 16 R 2 H α 2 (1 + k ) = ) ( u α −1 k 2
从上式，设
16 R 2 H α Q′ = ( )2 u α −1
则可得：
t
r
(1 + k ) ′ = Q k 2
3
tr
(1 + k ) 3 = Q′ k 2
色谱法概论笔记重点提纲
色谱法基本理论一、分类总分类：二、色谱流出曲线图中Y用W代替1.色谱基础线（1）基线在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线，反映了随时间变化的检测器系统噪声。
（2）峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。
2.区域宽度用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。
（1）标准偏差б即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半。
（2）半峰宽W1/2即峰高一半处对应的峰宽。
它与标准偏差的关系为W1/2=2.355б3.基线宽度W即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的距离。
它与标准偏差б的关系是 W= 4б=1.699 W 1/2 3.保留时间 （1）死时间t M不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现（第一个峰）峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积。
其流动速度将与流动相流动速度相近。
测定流动相平均线速ū时，可用柱长L 与t M 的比值计算，即ū = L/t M （2）保留时间t R试样从进样到柱后出现（第二个峰）峰极大点时所经过的时间，称为保留时间。
（3）调整保留时间t R ´某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间， 即 t R ´= t R t M由于组分在色谱柱中的保留时间t R 包含了组分随流动相通过柱子所需的时间和组分在固定相中滞留所须的时间，所以t R 实际上是组分在固定相中保留的总时间。
✐保留时间是色谱法定性的基本依据。
4.保留体积（1）死体积V M指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。
当后两项很小可忽略不计时，死体积可由死时间与色谱柱出口的载气流速Fc （cm3·min-1）计算。
即 V M = t M ·F c式中 Fc 为扣除饱和水蒸气压并经温度校正的流速。
仅适用于气相色谱，不适用于液相色谱。
色谱法概论一.ppt
1、用已知物对照定性 一定操作条件下，各组分保留时间是一定 具体做法： 1）分别以试样和标准物进样 2）对照：试样中某峰的保留时间和标样中某峰重 合，则可初步确定试样 中含有该物质。 3）样品中加入标准物，峰增加来确定。
2. 据经验式定性
1）碳数规律：lgtr’=An+C (n3) 2）沸点规律：lgtr’=ATb+C 3. 据相对保留值 ri,s 定性：温度一定
fm
f' i( m )
f' s( m )
As mi Ai ms
2.摩尔校正因子（Molar calibration factor fM ）
fM
f' i( M )
f' s( M )
Asmi M s Ai ms M i
fm
Ms Mi
注：检测器不同而标准物不同
校正因子只与试样、标准物和检测器类型有关，
三. 定量分析方法
5. 双柱或多柱定性
6. 与其它方法结合定性
如GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS
正构烷烃碳数
2.7 色谱定量方法
• 色谱定量的依据：对于同一组分，峰值与进入检测器的量
成正比。
峰面积 A A=1.065 h W1/2
• 峰值 峰高 h
A=1/2 h (W0.15+W0.85)
•由于检测器对各个组分的灵敏度是不一样的，因此计算某组 分的质量分数时，应将测得的峰值校正后方可进行。
调整保留时间 tr’, min
4. 保留指数(Kovats指数)定性(重现性较好的定性指标)
I
100Z
logtR,i logtR,Z logtR,z1 logtR,Z
求出未知物 Ix，
色谱法概述
差速迁移
分离
在吸附柱色谱法中，固定相是固体吸附剂，吸附剂对不同 的组分表现出程度不同的吸附能力。待分离的组分随流动相通 过吸附剂时，由于吸附剂对不同组分有不同的吸附力，使得不 同组分随流动相迁移运载的速率不同，产生差速迁移，最后使 得不同组分按先后次序流出色谱柱，实现分离。
各组分在结构和性质上的差异
保留时间tR：组分通过色谱柱所需的时间 死时间t0：不被保留的组分从进样到色谱
峰最大值出现的时间
调整保留时间tRˊ：扣除死时间后的保留时 间tRˊ＝tR－t0
死体积VM：指惰性组分从进样开始到柱 后出现浓度极大点时所通过的流动相体 积；指从进样器到柱后出口未被固定相 所占据的一切空间。可由死时间与流动 相流速Fc(mL/min)计算：VM = tM·Fc
作用力的差异
微小差异积累
较大差异
吸附能力弱的组分先流出， 吸附能力强的组分后流出。
在吸附柱色谱法的整个分离过程中，始终贯穿着吸附 剂对被分离组分的吸附与解吸附作用。吸附剂对不同的组 分有不同的吸附能力，使得各组分在吸附剂上滞留的时间 不同，随流动相运动的速率不同而分离开来。分离过程是 一个吸附-解吸附（脱附）的平衡过程。
三、色谱法的基本原理
在色谱分离过程中，当流动相携带试样对固定相做相
对运动时，由于试样中各组分在固定相和流动相之间的作 用力（如吸附力、溶解力、离子交换力、分子排阻力和其 他亲和力等）存在微小差别，使得不同组分被流动相运载 移动的速率不同，产生差速迁移，使得结构和性质有微小
差别的不同组分按先后次序从固定相中流出而分离开来。 差速迁移是色谱分离的基础。
分配系数 K 的讨论
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 试样一定时，K主要取决于固定相性质； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。
2第二章-色谱法的原理-1解析PPT课件
• 半高峰宽分离度（R1/2）与R近似，计算公 式中用半高峰宽代替峰宽度。
R 1/2
=
2 tR
W h/2(1)+ W h/2(2)
=
2 tR
0 .5 (W (1)+ W (2))
= 2R
2.2.6色谱柱的柱效
常以理论塔板数(n)或理论塔板高度(H)表示
1）理论塔板数的计算 (单位: /m)
n =16
（3）峰底 (peak base)：峰的起点与终点之间连接的直线。
（4）峰高 (peak height)：从峰最大值到峰底的距离。
（5）峰宽 (peak width) ：在峰的两侧拐点处作切线与峰 底相交，两点之间的距离。
（6）半高峰宽 (Wh/2, peak width at half height)
通过峰高的中点作平行于峰底的直线，此直线与峰
两侧相交两点之间的距离。
.
16
色谱图
半高峰宽 峰宽
峰 高
基线
.
18
拖尾峰
.
基线波动大
19
2.2.3保留值
（1）死时间(dead time)： 在色谱柱中无保留的溶质从进样 器随流动相到达检测器所需要的时间，通常用tM表示。
（2）死体积（dead volume）：死时间与流动相流速的乘积， 用VM表示。
（3）保留时间（retention time）：是溶质因与固定相作用 在色谱柱中所停留的时间，单位min或s，通常用 tR 表示。
（4）调整保留时间（adjusted retention time）：保留时间 减去死时间，是溶质的真实保留时间，常以t’R表示。
（5）保留体积（retention volume）：从进样到色谱峰顶出 现时，经过色谱系统的流动相体积，是保留时间与流速的 乘积，用 VR 表示。
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Developing of Chromatographic Technique
1948, 8 days separation for 16 amino acids
Developing of Chromatographic Technique
1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
5
3 P
3
4
5
Q
( Q+P ) 3
经过5次分配平衡后组分在0--5块塔板上的分布 为: Q 5 5Q4 P 10Q3 P2 10Q2 P 3 5QP 4 P
5
=(Q+P)5
经过 n 次分配平衡后组分在 0--n 块塔板上的分 布为: (Q+P)n
组分在色谱柱中的分布为二项式分布(正态 分布), 流出柱子的流出曲线也为正态分布 曲线
2
Y1 = 2.354s
2
c 基线宽度 Y 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距
Y = 4s
*色谱峰所能提供的重要信息
1 样品中所含组分的最少个数 2 保留值---定性分析 3 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 4 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色 谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合 适的色谱分离条件
VR' = VR - VM
色谱法的流出曲线及有关术语
e 相对保留值---定性分析
g 2,1 =
t t
' R2 ' R1
=
V
V
' R2 ' R1
它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和 固定相的性质有关
a=
t
t
' R2 ' R1
选择因子
色谱法的流出曲线及有关术语
f 分配比（容量因子）k
ns t V = = k= nm t M VM
1941, British scientists, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge (Biochem. J., 1941, 35, 1358) water chloroform
300 mm × 10 mm i.d. Chloroform + 0.5% alcohol
Si-OH · · · O H H
*3 塔板理论 (线性色谱)
Y = 4s Y1 = 2.354s
2
tR 2 tR 2 n = 16( ) = 5.54( ) Y Y1
2
neff
t 2 t 2 = 16( ) = 5.54( ) Y Y1
2
' R
' R
H eff
=
L neff
3 塔板理论 (线性色谱)
neff
t 2 t 2 = 16( ) = 5.54( ) Y Y1
Developing of Chromatographic Technique
1982, less than 30 minutes separation for 18 of amino acids
Schematic Diagram of Chromatography
气相色谱流程图
Flow or pressure controller
Solid
色谱法的基本原理
C) 色谱分析法的特点
Separation Concentration Detection High Selectivity High Sensitivity High Automatization
集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和 高灵敏度的分析方法
色谱分离过程
*3 塔板理论 (线性色谱）
塔板高度
H A
L H= n
tR
2
L
理论塔板数 n 定义为：
n=( )
s
塔板理论
塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组 分在分馏塔的塔板间移动 每一个塔板内，由固定相和流动相占据，载气 占据的称为板体积△V。假设： 1. 物质组分能够迅速在流动相和固定相之间建立 平衡 2. 载气是脉动进入色谱柱 3. 试样加在0号塔板上，试样没有沿色谱柱的纵 向扩散 4. 分配系数在各塔板上是常数
From Jan Ake Jonsson Ed., Chromatographic Theory and Basic principles, 1987, Marcel Dekker, Inc., New York
James M. Miller,Chromatography: Concept and Contrasts, 1988, Wiley, New York Leslie S. Ettre, 1941-1951: The Golden Decade of Chromatography, Analyst, 1991,116, 1231
H eff L = neff
2
' R
' R
u1 u1
3 t 4
影响色谱塔板高度的因素 如何解释在不同流速下, 同一个色谱柱具有不同 的塔板高度
Adsorbent
Bonded Mol Sieve
Column Column Column
Liquid Solid C
Bonded Phase C Size Exclusion C
Ion Exchange Column Resin
Ion-Exchange C
超临界流体色谱 Supercritical Fluid Chromatography (SFC) 固定相 Stationary Phase Liquid SFC Column Supercritical Fluid C 配置 名称 Configuration Name
塔板序号 进样量=1 第一次 分配平衡 塔板序号 加入一块塔板 量的流动相 塔板序号 第二次 分配平衡 塔板序号 加入一块塔板 量的流动相 流动相 固定相 流动相 固定相 流动相 固定相 柱子 流动相 固定相 ( P+Q ) 1 1
i=0 P Q i=0 P Q (Q+P ) 1 i=0 Q P Q Q i=0 Q2 i=0 流动相 固定相 Q P 2 Q Q i=0 流动相 固定相 Q3
A Brief History of Chromatography 1944, A.J.P. Martin, R. Cinsden and A.H. Gordon developed paper chromatography 1950, A.J.P. Martin and G.A. Howard developed reversed-phase chromatography 1952, A.J.P. Martin and A.T. James Gas-liquid chromatography 1952, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge were awarded the Nobel Prize in Chemistry
-----------
Amino Acids
Silica gel wetted with water
A Brief History of Chromatography
☆ Partition Chromatography（分配色谱）
Liquid-Liquid Partition Chromatography ☆ Plate Theory （塔板理论） the theoretical plate concept ☆ A gas might be used instead of a liquid in chromatography
Vs k=K Vm
a,
' R
' R
k=K
A
s
Vm
k2 K 2 g 2,1 = = k1 K1
色谱法的流出曲线及有关术语
4) 色谱峰的区域宽度 组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作 条件的动力学因素 a 标准偏差 s 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 峰高一半处对应的色谱峰的宽度 b 半峰宽 Y1
A Brief History of Chromatography
1956, Rate theory, the Dutch scientist, Van Deemter 1963, HPLC was born, Giddings High Performance Liquid Chromatography High Pressure Liquid Chromatography ------------Today,……
色谱法 Chromatography
I 色谱法的基本原理
II 气相色谱法 Gas Chromatography (GC) III 高效液相色谱法 High Performance Liquid Chromatography (HPLC)
色谱法的基本原理
1 概述 Introduction a) 色谱法的发展简史 1903, Russian botanist, M. S. Tswett Father of Chromatography
petroleum ether
CaCO3
Sample: Plant pigments Chromat (o) + graph (y)
Hale Waihona Puke Chromatography
A Brief History of Chromatography Adsorption But, up till 1930s the method of Tswett finally received recognition, and became an important tool in both organic chemistry and biochemistry laboratories. An manual technique requiring considerable skill, manipulation and time.