第2章 色谱基本理论

4. 不对称度（As）或拖尾因子(T) （tailing factor） As(不对称因子)=B/A（ x=0.10 h） T(拖尾因子)=（A+B）/2A（ x=0.05 h）
Asymmetry
A factor describing the shape of a chromatographic peak. Theory assumes a Gaussian shape peak that is symmetrical. The peak asymmetry factor is the ratio (at 10 percent of the peak height) of the distance between the peak apex and the back side of the chromatographic curve to the distance between the peak apex and the front side of the chromatographic curve. A value >1 is a tailing peak, while a value <1 is a fronting peak
分配容量是描述溶质在两相中分布的 简便形式。它将溶质在色谱系统中的分 布与其热力学性质联系起来，是选择控 制色谱条件的一个最重要的参数. k不仅 与固定相、流动相性质及温度有关，还 与色谱柱床的结构有关，但与流动相流 速及柱长无关。
分配系数是由组分和固定相的热力学性质决 定的，它是每一个溶质的特征值，与固定相和温 度有关。它与两相体积、柱管的特性以及所使用 的仪器无关。
第2节色谱学基础理论
• 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。 • 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。
它包括三个基本理论问题： • ①色谱过程热力学：色谱分离的第一个条件是两 相邻组分保留值存在一定差别，洗出两个色谱峰 具有足够远的距离。溶质、流动相、固定相的分 子结构和溶质与固定相、流动相之间的分子作用 力及分布平衡常数与色谱保留值的关系，即分子 结构与保留值关系及溶质在各种色谱条件下保留 值的变化规律是色谱热力学研究的主要课题；它 是发展高选择性色谱体系，探讨色谱分离机理、 评价色谱固定相、流动相，建立色谱定性方法的 理论基础。
开。两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。 因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先 决条件。 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。
浓 度
KA > KB
A
A
B
B
沿柱移动距离 L
溶质A和B在沿柱移动时不同位置处的浓度轮廓
图中KA>KB ，因此，A组分在移动过程中 滞后。随着两组分在色谱柱中移动距离的增加， 两峰间的距离逐渐变大，同时，每一组分的浓度 轮廓（即区域宽度）也慢慢变宽。显然，区域扩 宽对分离是不利的，但又是不可避免的。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。
过时响应信号－时间曲线。 2 、基线噪声（ baseline noise ）由各种因素所引起的基线 波动。(一般计算峰前后1-2min内的噪声） 3、基线漂移（baseline drift） 基线随时间定向的缓慢移 动
（三）色谱峰（chromatographic peak） 1、正常色谱峰：呈正态分布 2. 拖尾峰（tailing peak）：前沿陡峭，后沿拖尾 的不对称色谱峰 3、前伸峰（ leading peak） :前沿平缓，后沿陡峭 的不对称色谱峰
（3） 调整保留时间 (t ' R ) 保留时间减去死时间即为调整保留时间 :
tR ' (tR tM )
（4） 死体积
指色谱柱中不被固定相占据的空间及进样系统和到检测 系统的总体积.当色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测系 统的空间的总体积很小而可忽略不计时，等于死时间乘以载 气的流速。
特点的又一个参数。例如，对填充气相柱，其β 值一般为5~35；对毛细管气相柱，其β值为 50~200。 4. 分配系数 K 及分配比 k 与选择因子α的关系 对A、B两组分的选择因子，用下式表示： α= tr (A) / tr (B) = k（A） / k（B） =K（A） / K（B） 通过选择因子α把实验测量值k与热力学性质 的分配系数K直接联系起来，α对固定相的选择 具有实际意义。如果两组分的K或k值相等，则 α=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不
3-1 分布平衡(distribution equilibrium)
Ka 称为吸附平衡常数(adsoption equilibrium constant)
描述溶质在固定相和流动相中分布的另一个重要 参数是分配容量k(partition capacity), 也称为容量因 子capacity factor)或容量比(capacity ratio),定义为 溶质在固定相和流动相中分配量(重量、摩尔数)之比， 用下式表示：
Z)
保留指数差
• 化合物x在某一固定液s上测得的保留指 数减去在角鲨烷（异三十烷）固定液上 得到的保留指数。
三 、柱效参数
（一）. 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。
（ 2 ）半峰宽 ( W1/2)：色谱峰高
在一定色谱条件下被测组份2和组份1调整保留值 之比。
r
式中
21
=α＝t’R2 /t’R1 = V´R2 / V´R1
t’R2 ——组份2的调整保留时间; t ‘R1 ——组份1的调整保留时间。
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
（四）保留指数(retention index）
例如：在分配色谱中，Vs表示固定液的体积； 在尺寸排阻色谱中，则表示固定相的孔体积。 分配比 k 值可直接从色谱图中测得 k = (t r – t 0 ) / t 0 = tr / t 0 = Vr / V 0 3. 分配系数K与分配比 k 的关系 K=k. 其中β称为相比率，它是反映各种色谱柱柱型
5. 假峰（ghost peak）又称鬼峰：由于仪器 条件的变化等原因而在谱图上出现的色 谱峰，即并非由试样所产生的峰。
色谱峰：
1个样品组分的色谱峰可用3个参数来描述， 即峰高(或峰面积)、峰位和峰宽。峰高 (或峰面积)用于定量；峰位用于定性； 峰宽可用于衡量柱效。若描述一组色谱 峰，还需用分离参数表述相邻峰的重叠 程度。
on time) （1）死时间(dead time):tM （2）保留时间(retention time) （tR） （3）调整保留时间(adjusted retention time) （tR ＇）：tR＇= tR－tM （二）保留体积(retention volume) （1）死体积（VM）： VM = tM ×Fc （2）保留体积（VR）：VR = tR×Fc （3）调整保留体积(VR＇)：V R＇ = VR －VM
100[ Z n(
lg t lg t
t’R(x)---待测物X的调整保留时间
, R( X ) , － R( Z n)
lg t lg t
, R( z) , R(Z )
)]
t’R(z)---碳原子数为Z的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z+n)---碳原子数为z+n的正构烷烃的调整保留时间
Fc：载气流速（mL/min)
（1） 死时间tM
一些不被固定相吸收或吸附的气体通过色谱柱时，从进样 到出现峰极大值所需的时间（它正比于色谱柱的空隙体积）。 如用热导池作检测器时，从注射空气样品到空气峰顶出现时 的时间。以 s 或 min 为单位表示。
（2）保留时间 (tR)
•试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经 历的时间为试样中某一组分的保留时间。以 s 或 min 为单 位表示。
第一、二点是完全分离的必要条件。作为 一个色谱理论，它不仅应说明组分在色谱柱中移 动的速率，而且应说明组分在移动过程中引起区 域扩宽的各种因素。塔板理论和速率理论均以色 谱过程中分配系数恒定为前提，故称为线性色谱 理论。
讨论：如何使A、B组分完全分离
浓 度
A
B A B
第2章 色谱法基础
第一节 色谱图流出曲线及有关术语 一、色谱流出曲线及色谱峰
（一）色谱流出曲线－色谱图（chromatogram） 是样品被流动相冲洗，通过色谱柱，流经检测器，所形成的浓 度信号随洗脱时间变化而形成的曲线．称为色谱流出曲线 (简称流出曲线)，即浓度—时间曲线。
（二） 基线（baseline） 1、基线 （baseline）在正常操作条件下，仅有流动相通
2.分配比 k
分配比又称容量因子，它是指在一定温度和 压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固 定相和流动相中的质量比。即
k = 组分在固定相中的质量 /
mm
组分在流动相中的质量 =
ms /
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。它是衡量色谱柱对被分离组 分保留能力的重要参数。 k 值也决定于组分及固 定相热力学性质。它不仅随柱温、柱压变化而变 化，而且还与流动相及固定相的体积有关。 k = ms / mm =CsVS / CmVm 式中 cs,cm 分别为组分在固定相和流动相的浓 度；Vm为柱中流动相的体积，近似等于死体积。 Vs为柱中固定相的体积，在各种不同的类型的色 谱中有不同的含义。
VM tMF0
（ 5） 保留体积
从注射样品到经过柱后色谱峰顶出现时，通过色谱系统
流动相的体积，一般可用保留时间乘载气流速求得，以
mL 为单位表示。
VR tR F0
（6）调整保留体积 V
' R
保留体积减去死体积即为调整保留体积(VR－VM)。
VR t R F0
'
'
（三）相对保留值( r 21 )
• 2色谱过程动力学：色谱分离的第二个条件 是色谱峰区域宽度要窄。色谱峰的宽窄与 溶质在流动相和固定相的连续重复分配过 程中流体分子扩散、传质等有关，色谱分 离过程流体分子运动规律是色谱动力学的 研究课题。它是发展高效色谱柱和色谱方 法的理论基础。
• ③色谱分离理论：色谱实际分离既要求各 组分保留值差别足够大，也要求色谱峰窄； 而改变色谱条件两者均发生变化，即分离 度随色谱条件变化． 在解决多元混合物 分离问题时，不仅要求各组分间达到一定 分离度，还要求分离速度快，分离的组分 多。这是一个与色谱热力学和动力学有关 的综合性理论问题。它是研制和设计高效、 高速、高选择性、高峰容量色谱柱材料、 色谱体系和选择分离操作条件的理论基础。
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1） 规定正构烷烃的I 值是其原子数的100倍，
如：正庚烷I=700
' t R ( Z 1)

' t R( X )
' t R( Z )
' ' lg t R ( X ) lg t R ( Z ) I X 100( ' ' lg t R ( Z 1) lg t R ( Z )
一半处的宽度 W1/2 =2.354 （3）峰底宽(W)：W=4
从色谱图中，可得许多信息：
(i) 根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分 的最少个数； (ii) 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析； (iii) 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分 析； (iv) 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； (v) 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。