色谱分析法概论PPT课件

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C ·u —传质阻力项
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：
C =（Cg + CL）
Cg
0.01k2 (1 k)2
dp2 Dg
CL
2 3
k (1k)2
d2f DL
k为容量因子； Dg 、DL为扩散系数。
减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质 阻力。
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2.载气流速与柱效——最佳流速
n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n5.5(4tR )21(6tR)2
Y1/2
Wb
保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!
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2.有效塔板数和有效塔板高度
• 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。
• 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
• 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效 塔板数和有效塔板高度：
峰高一半处的宽 度GH
w1 2.354 2
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3.标准偏差 σ
两个拐点E和F之间的距离 的 一半
4.峰面积 A 色谱峰与基 线延长线所包围的面积， 精确计算时
w A1.06h5 1 2
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• 保留值的定义
1.保留时间 t R
从进样开始到色 谱峰最大值出现 时所需的时间
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• 保留值的定义
n理5.5(4Yt1R /2)21(6W tRb)2
n有效
5.54(
t
' R
Y1/ 2
)2
16(
t
' R
Wb
)2
L H有效 n有效
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3.塔板理论的特点和不足
(1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越 小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所 得色谱峰越窄。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔 板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定 物质。
峰较窄。
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B/u —分子扩散项
B = 2 νDg
ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。
Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1） (1) 存在着浓度差，产生纵向扩散;
(2) 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差;
(3) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑;
(4) 扩散系数：Dg ∝(M载气)-1/2 ； M载气↑，B值↓。
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附：根据所使用的技术不同分
色
谱
高效液相色谱(HPLC)
法
化学键合相色谱
分
衍生气相(液相)色谱
类
裂解色谱
顶空气相色谱
色谱制备
色谱分析
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第二节 色谱过程
一、色谱过程
实现色谱操作的基本条件是必须具备相对 运动的两相，固定相(stationary phase)和流 动相(mobile phase)。
谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。
R＝tR2 tR1 ＝ 2(tR2 tR1) (W 1W 2)/2 W 1W 2
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• 设正常峰，W1≈W2= 4σ ， • 则R=1.5时，99.7%面积(tR ±3σ)被分开，
∆ tR =6 σ ，称 6 σ分离 。
R＜1, 峰重叠，未分开
R = 1, 认为基本分开，4σ分 离
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分配系数与色谱分离
• 容量因子(capacity factor；k)：在一定温度和压力 下，达到分配平衡时，组分在固定相和流
动相中的质量(m)之比。（摩尔数？）
• 又称为质量分配系数或分配比。 还与固定相和流动相的体积有关。
容量因子与分配系数的关系
k
m s
CV ss
K
V s
m
CV mm
m
V m
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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;
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色谱图及常用术语
色谱图
被分析试样从进样开 始，经 色谱柱分离，到 各组分全部流过检测器
在此期间所记录下 来的响应信号随时间而 变化的曲线（分布的图 像），称为色谱流出曲 线或色谱图。
分
间作相对运动
离
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色 • 分离依据： 谱 各组分在两相之间作用力 法 实 不同 (吸附能力 分配系 质 数 离子交换能力大小排阻 — 能力 其他亲合作用) 分 • 各组分差速异行→分离 离
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按两相状态分
色
谱
法 分
色谱法
类
气相色谱 （GC）
液相色谱 （LC）
气固色谱（GSC） 气液色谱（GLC） 液固色谱（LSC） 液液色谱（LLC）
t t t '
R
R
M
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色
色谱保留值
谱 表明色谱峰在色谱图中的位置
常 （可用时间t、体积V、距离d表
用 示）。它是由色谱分离过程中
术 的热力学因素所决定的。
语
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保留值的定义
4.保留体积 V R 从进样开始到色谱峰 最大值出现时所需通过的流动相的体
积 VRFctR 5.死体积 V M
在LC中为实测值（mL/min)
• 药学（药物分析）：各国药典收载了许多色 谱分 析方法。中国药典二部，700多，纯 度 检 查 、 定性鉴别或含量测定，一部， 600 多 鉴 别 或 含 量测定。
• 中药复方制剂质量测检和中药配伍中的应用
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6
色 谱 色谱分离的基本条件：
法
1.互不相溶的两相（流
实 动相、固定相）；
质 是
2.被分离组分在两相之
组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？ 组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；
（组分和固定液的结构和性质） 色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；
（两相中的运动阻力，扩散） 两种色谱理论：塔板理论和速率理论；
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10-2-1 塔板理论-柱分离效能指标
1.塔板理论（plate theory） 半经验理论；
t 2.死时间 M 不被固
定相保留的组分，从 进样开始到色谱峰最 大值出现时所需的时 间 。(空气、甲烷或乙 醚峰的保留时间）。
实际上为流动相流
经色谱柱所需要的时
间：t L ——柱长（cm)
M
u ——流动相平均
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线速度(cm/s) 26
保留值的定义
3.调整保留时间
t
' R
组分的保留时间与
死时间之差
Fc 在GC中为校正到柱稳住压下 的平均流速
6.调整保留体积
V Ft VV ' '
R
cR
RM
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• 相对保留值
某一组分与基准物质的调整 保留值之比：
'
'
r t V K is
i '
i '
i
t V K s s
s
t t
Ri M
t t is
RM s
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• 总分离效能指标
• 分离度(resolution；R)：又称分辨率。是相邻两色
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按分离过程机制分
色 吸附色谱法—利用吸附剂表面对不同
谱
组分物理吸附性能的差异
法 色谱法—利用离子交换原理
排阻色谱法—利用多孔性物质对不
同大小分子的排阻作用
等等
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色谱法分类
• 按固定相的固定形式分
柱色谱
色谱法
纸色谱
薄层色谱 （平板色谱）
-
-
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色谱法的特点:
高分离效能、高灵敏度、高选择性、 分析速度快、 应用范围广
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色谱学的重要作用
• 诺贝尔化学奖：1948年，瑞典提塞留斯 (Tiselius)， 电 泳和吸附分析；1952年，英国马丁 (Martin) 和辛格(Synge)，分配色谱。
• 应用的科学领域：生命科学、材料科学、环 境科 学等。（科学的科学）
H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s)
减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
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A─涡流扩散项
A = 2λdp
dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效
n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱
稳定的基线是 一条直线。
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• 峰高
从色谱峰顶点到基 线的距离
h AB'
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区域宽度
1.峰底宽度 w b 在色谱峰两边的转 折点(也叫拐点即E F)所画的切线与基 线相交的截距。
两个拐点E和F之间 的距离为 EF= 2 ， 分别位于 0.607h 处。
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区域宽度
2.半峰宽 w 1 2
为最佳流速。
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3. 速率理论的要点
(1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所 造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬 间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。
(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载 气流速可提高柱效。
(3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。 阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。
色谱法
是一种重要的分离、分析技术
混合试样→分离→单组分 →检测→定性、定量分析
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1
色
谱
色谱法的创始人
法
－俄国植物学家
的
茨维特(M.Tswett)
由
来
-
2
色谱法的由来
在茨维特的实中： 装有CaCO3的玻璃管
——色谱柱 CaCO3
——固定相 纯石油醚
—— 流动相
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3
色谱法的由来
在该实验中，碳酸钙 上混合色素被分成不同色 带的现象，像一束光线通 过棱镜时被分成不同色带 的光谱现象一样，因此茨 维特把这种现象称为色谱， 相应的分离方法称为色谱 法（色层法，层析法）
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色谱图及常用术语
色谱峰
在一定色谱条件下，
组分通过检测器时，响应
信号随时间而变化的曲线
称为色谱峰。
色谱过程按近理想条件
和分配系数恒定时的流出
曲线为对称的高斯分布曲
线，对应的高斯分布函数
为：
ht
A
2
exp- (t2itR2)2
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• 基线
在色谱操作条件 下仅有流动相通过 检测器时，反映检 测器噪声随时间变 化的曲线。
R = 1.5, 两峰完全分离，6σ分 离
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三、分配系数与色谱分离
(一) 分配系数和容量因子
• 分配系数 (distribution coefficient；K) 是在 一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分 在固定相 (s) 与流动相 (m) 中的浓度 (C) 之比。
K = Cs Cm
分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质 及温度（和压力）有关。是组分的特征常数。
k
t R
t 0
t' R
tt
0
0
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分配系数与色谱分离
（三）色谱分离的前提
• KA≠KB 或kA≠kB 是色谱分离的前提。
推导过程：
tV
R
=
A
t0(1+KA
V
s m
)
t
R
B=
t0(1+KB
V V
s m
)
tR=
t0
(KA－KB)
V V
s m
tR≠0
KA≠KB kA≠kB
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色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动 力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效 与分离度的评价指标及其关系。
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分
的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分
离。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱
效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效
的途径。
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10-2-2 速率理论-影响柱效的因素
1. 速率方程
H = A + B/u + C·u
(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影
响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使
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分配系数与色谱分离
（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系
R' v u
v=L/tR
u=L/t0
R ' t0 tR
R' 1 1 k
R ' t0 tR
R' tm Nm C m Vm tmts NmNS C m VmC sVs
tR=t0(1+ k) V
tR=t0(1+K V s ) m
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的
主要因素，流速，柱效。 载气流速低时：
分子扩散项成为影响柱效 的主要因素，流速,柱效 。
H - u曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影
响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对
流速的一阶导数有一极小值。
以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即
将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续 的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；
塔板理论的假设：
(1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅
速达到；
(2) 将载气看作成脉动（间歇）过程；
(3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；
(4) 每次分配的分配系数相同。
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色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为：
色谱过程是组分的分子在流动相和固定相 间多次“分配”的过程。
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色谱过程
• 组分的结构和性质微小差异
与固定
相作用差异 随流动相移动的速度不
等
差速迁移 色谱分离。
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1. 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。