第9章 色谱分析法导论

(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
(2)液相色谱：和液液色谱。
其他色谱方法
色谱质谱 联用仪
§9.1 概述
四、色谱法的特点 （1）分离效率高
复杂混合物，有机同系物、异构体，手性异构体等。
固定相
另一相是携带试样混合物流过固定相的流体（气体或液体）， 称为流动相。 色谱法（ Chromatography）：利用当流动相带着混合组分在 固定相间流动时，由于各组分在两相中有不同的吸附能力、 溶解度或渗透性等特性，因而当两相作相互运动时，组分会 在两相间进行反复多次分配，使原来微小的分配差异变大， 移动速度不同，从而使混合组分得到分离。
目前，它是生命科学、材料科学、环境科学、医药科学、食品科学 、法庭科学以及航天科学等的重要研究手段。各种色谱仪器已成为各类 研究室、实验室的极为重要的仪器设备。
俄国植物学家茨维特采用的分离装置如图。 色谱法是一种分离技术；是混合物最有效 的分离、分析方法。 试样混合物的分离过程也就是试样中各组 分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的 分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流 体（气体或液体），称为流动相。 （动画）
色谱分析在仪器分析中的地位
• 这可从2004年中国市场一些主要分析仪器的销 售情况看出： • 气相色谱 大约6000台； • 液相色谱 大约4000台； • 有机质谱 大约600台； • 无机质谱 大约70台 ； • 原子吸收 大约1800台； • 电镜 大约150台； • 直读光谱 大约500台； • 紫外/可见分光光度计 大约4万台
5）某组分在所有塔板上的分配系数K相同；
计算题
例1：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和 100秒，要达到完全分离。计算需要多少块有效塔板。若填充 柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？ 解： α = tR2’ / tR1’ = 100 / 85 = 1.18
Rs k n 1 ( )( )或Rs 4 1 k n eff 1 ( ) 4
1952年，Martin等人提出的塔板理论将一根色谱柱当作
一个由许多塔板组成的精馏塔，用塔板概念来描述组分
在柱中的分配行为。是一种半经验理论，但它成功地解 释了色谱流出曲线呈正态分布。
（1）基本假设：
1）色谱柱由一系列连续的、高度相等的水平塔板组成；
2 ）组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平 衡所需柱长为理论塔板高度H； 3 ）塔板之间是不连续的，流动相不是连续通过色谱柱的， 而是跳跃式的； 4）全部组分开始时都集中在0塔板上，组分沿色谱柱方向的 扩散可忽略。
• 调整保留时间（tR ＇）：tR＇= tR－tM
§9.2 色谱流出曲线
2、保留值 （2）用体积表示的保留值 • 保留体积（VR）： VR = tR × qv
qv为柱出口处的载气流量， 单位：m L / min。
• 死体积（VM）：
VM = tM ×qv • 调整保留体积(VR＇)： V R＇ = VR －VM
色谱分析的特点
• 优点是具有非常高的分离能力。 • 缺点是定性功能较弱
色谱分析法
是一种复杂物质的分离、分析方法。
主要从下面几个方面进行介绍： 1 概述
历史、色谱分离过程、分类、相关术语
2 气相色谱基本原理 塔板理论及速率理论、分离方程
3气相色谱法
4 高效液相色谱法 5 色谱分离方式的选择
1 概述
GC或LC分析是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测 物的量成正比的原理进行定量。因此必须准确测定峰高h或峰面积A。
1、峰面积的测量 （了解） （ 1）峰高（ h）乘半峰宽（ Y 1/2）法：近似将色谱峰当作等腰三 角形。此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍： A = 1.064 hY1/2 （2）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处 分别测定峰宽，由下式计算峰面积： A = h（Y 0.15 + Y 0.85 ）/ 2 （ 3）峰高乘保留时间法：在一定操作条件下，同系物的半峰宽与 保留时间成正比，对于难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰（未完全重 叠），可用此法测定峰面积： A = h· b· tR （4）自动积分和微机处理法
可分别进行定性、定量分析。
色谱分析方法的分类
classification of chromatographic analysis 超临界色谱法 气相色谱法 色谱分析法 薄层色谱法
液相色谱法
电色谱法
激光色谱法
• 色谱分析的分类方法： 1. 按固定相外形分： • 柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱）。 2. 按组份在固定相上的分离机理分： • 吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同； • 分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同； • 离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力 不同； • 凝胶色谱（尺寸排阻色谱）：不同尺寸分子在固定相上的渗透作 用。 • 电色谱：不同组分在单位电场强度下迁移速度不同： • 激光色谱：几何尺寸不同的组分受到的激光辐射压不同。 3. 按流动相分： 气相色谱 液相色谱 超临界色谱
• 据统计，21世纪授予的诺贝尔奖项目中， 物理学科项目的68．4％ ，化学学科项目 的74．6％ ，生物医学学科项目的90％ ， 都是借助各种先进仪器完成的。1992年诺 贝尔化学奖获得者RR．Ernst说“现代科学 的进步越来越依靠尖端仪器的发展!”所以 说科学仪器技术和产业的发展、创新是人 类科学发展、社会发展的基础。
n有效 = 16Rs [α / (α —1) ]2 = 16×1.5 ×(1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（块） L有效 = n有效· H有效 = 1547×0.1 = 155 cm
即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。
一、定性方法
5、与其他分析仪器联用定性 组分的结构鉴定
• 小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS）
色谱分离基本原理： 使用外力使含有样品的流动相（气体、液体或超临界 流体）通过一固定于柱或平板上、与流动相互不相溶的固 定相表面。样品中各组份在两相中进行不同程度的作用。 与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢，反之，与 固定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。由于流出的 速度的差异，使得混合组份最终形成各个单组份的“带 (band)”或“区(zone)”，对依次流出的各个单组份物质
§9.2 色谱流出曲线
3、相对保留值 r21 组分2与组分1调整保留值之比：
r21 = t´R2 / t´R1= V´R2 / V´R1
相对保留值只与柱温和固 定相性质有关，与其他色谱操 作条件无关； 它可以表示固定相对组分 的选择性。
§9.2 色谱流出曲线
4、区域宽度
衡量色谱峰宽度的参数，三种表示方法：
（2）灵敏度高
可以检测出μg·g-1(10-6)级甚至ng· g-1(10-9)级的物质。
（3）分析速度快
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。
（4）应用范围广
气相色谱：沸点< 400℃的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。
不足之处：
被分离组分的定性较为困难。
（1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱 峰宽度的一半。 （2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354 。
（3）峰底宽(Wb)：Wb=4 ；Wb= 1.7 Y1/2
5、峰高和峰面积
峰高（h） 峰面积（A）：A = 1.605h Y1/2
二、色谱法的理论描述
1、塔板理论（Plate theory)
§9.1 概述
• 50年代，色谱发展最快（一些色谱技术不断涌现；用于复杂组分分析）
• 1957-1972年，15年中有12个Nobel奖是有关色谱研究的！
• 色谱法是目前混合物最有效的分离、分析方法。
流动相
二、色谱分离过程
分离过程：试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间 不断进行着的分配。 一相固定不动，称为固定相。
二、定量方法
2、定量校正因子
检测器对不同物质的响应不同，因而相同峰面积的不同物质的量不
一定相等。因此计算组分含量时，必须对峰面积A进行“校正”。 （1）绝对校正因子
试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： m i = fi · Ai
绝对校正因子：比例系数fi ，单位面积对应的物质量，即
f i =m i / Ai 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：
光谱分析法
原于光谱法 分子光谱法 X射线光谱法 核磁共振波谱法 光学分析法
电位分析法 电导分析法 电解分析法 库仑分析法 极谱分析法 电化学分析法
非光谱分析法
仪器分析 方法 色谱分析法 其他仪器 分析法 质谱分析法 热分析法 放射化学分板法
气相色谱分析法 高效液相色谱分析法 薄层色谱分析法 纸色谱法
• 近年来分析仪器向小型化、专用化、简 用化(甚至“傻瓜化”)的另一极端方向发 展也已经成为潮流、满足现代社会和经 济发展的多样化要求。分析仪器已经由 传统的落地式——台式——移动式——便 携式——袋装式——芯片式变化；分析仪 器的应用也已由条件可控的实验室，经 过专门培训的分析人员向现场、野外、 家庭和非专业人员转移，出现了种种单 键(start)操作，即插即用(plug and play)、 无需控制(nocontro1)、无维护甚至“用过 即弃”的简便、专用分析仪器。
20 世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取。
但它们对复杂物质的分离无能为力。
历史：1903年，俄国植物学家Mikhail Tswett 最先发明。采用填充有固 体CaCO3细粒子的玻璃柱，将植物色素的混合物(叶绿素和叶黄素)加于柱