第一章 气相色谱法

Y1/ 2 2 2 ln 来自百度文库 2.354
27
3. 峰底宽度 Y （peak width at peak base）
即色谱峰两侧拐点上的切线在基 线上的截距，如图1-2中 IJ 间的距离。 它与标准偏差σ的关系是： Y = 4σ
Y 1.7Y1 / 2
28
从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息：
uS tM RS u tR
33
RS可以用质量分数表示，即
mS 1 1 Rs mS mS mM 1 k 1 mM
组分和流动相通过长度为L的色谱柱， 其所需时间分别为
tR
L uS
tM
L u
34
整理后可得
t R t M (1 k )
t R t M t R VR k tM t M VM
气固色谱法（固定相是固体吸附剂）
液相色谱法
（液体为流动相）
液固色谱法 液液色谱法
7
超临界流体为流动相的色谱称为超临界流体 色谱（SFC）。
随着色谱工作的发展，通过化学反应将固定 液键合到载体表面，这种化学键合固定相的 色谱又称化学键合相色谱（CBPC）。
8
二、按分离原理分类 按色谱法分离所依据的物理或物理化学性 质的不同，又可将其分为： 1.吸附色谱法 2.分配色谱法 3.离子交换色谱法 4.尺寸排阻色谱法 5.亲和色谱法
t r21 t
' R2 ' R1
V V
' R2 ' R1
由于相对保留值只与柱温及固定相的性质有关， 而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此， 它是色谱法中，特别是气相色谱法中，广泛使用的定 性数据．
必须注意，相对保留值绝对不是两个组份保留时间 或保留体积之比 .
25
选择因子
在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准(s)，
4
几个概念
色谱柱：进行色谱分离用的细长管。 固定相：管内保持固定、起分离作用的填充物。
流动相：流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。
优点 能较好的分离物理常数相近、化学性质类似 的同系物和异构体。
5
色谱法分类
一、按两相所处的状态分类
气相色谱法 （气体为流动相） 气液色谱法（惰性载体上的有机化合
物液体）
分配比又称容量因子或容量比，它是指在 一定温度和压力下，组分在两相间达到分配平 衡时，分配在固定相和流动相中的质量比，即：
组分在固定相中质量 mS k 组分在流动相中质量 mM
32
滞留因子RS（retardation factor）
分配比 k 值可直接从色谱图测得。设流动 相（载气）在柱内的线速度为u，组分在柱内线 速度为us，由于固定相对组分有保留作用，所 以us＜u．此两速度之比称为滞留因子Rs。
r 然后再求其它峰(i)对这个峰的相对保留值。此时，i s 可 能大于1，也可能小于1．在多元混合物分析中，通常选 择一对最难分离的物质对，将它们的相对保留值作为重 要参数。在这种特殊情况下，可用符号α表示：

t t
' R2 ' R1
式中tR2′为后出峰的调整保留时间，所以这时 26 α总是大于 1 的 。
29
§1-3 色谱法分析的基本原理
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。
大小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法 （ion exchange chromatography）。
利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗
透而达到分离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色
谱法（Gel Chromatography）。
最近，又有一种新分离技术，利用不同组分与 固定相（固定化分子）的高专属性亲和力进行分离的 技术称为亲和色谱法（ Affinity Chromatography ）， 常用于蛋白质的分离 。
38
理论塔板数可根据色谱图上所测得的保 留时间（tR）和峰宽（Y）或半峰宽（ Y1/2 ） 按下式计算： tR 2 tR 2 n 5.54( ) 16( ) Y1 Y
2
而理论塔板高度（H）为：
L H n
39
可以看出，色谱峰峰宽Y 越小，n就越大，而 H就越小，柱效能越高。因此，n和H是描述柱效 能的指标。 通常填充色谱柱的n＞103，H＜1 mm。而毛细 管柱 n=105-106，H＜0.5 mm 由于死时间 tM 包括在 tR 中，而实际的 tM 不参 与柱内分配，尽管所计算的n值很大，H很小，但 与实际柱效能相差甚远。所以，提出把 tM 扣除， 采用有效理论塔板数n有效和有效塔板高度H有效来 评价柱效能。
色谱条件一定时，K或k值越大，组分的保留值也越大。
两个组分的K或k值相等，两个组分的色谱峰必将重合。
两个组分的K或k值差别越大，相应的两色谱峰相距就越 远。
37
二、塔板理论
塔板理论把色谱柱比作一个精馏塔，用塔板的 概念来描述组分在两相间的分配行为，同时引 入理论塔板数作为衡量柱效率的指标。
塔板理论认为，一根柱子可以分为n段，在每 段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称 为一块理论塔板。设柱长为L，理论塔板高度 为H，则 H=L/n 式中n为理论塔板数。
仪器分析
Instrumental Analysis
讲授内容 第一章 第二章 第三章 第四章 气相色谱分析 紫外-可见吸收光谱分析 电位分析法 红外吸收光谱分析
2
第1章 气相色谱分析
Gas Chromatography（GC）
3
§1-1 概述
色谱法是在1903年由俄国植物学家茨维特 分离植物色素时首先采用的。后来不仅用于分 离有色物质，还用于分离无色物质，并出现了 种类繁多的各种色谱法。许多气体、液体和固 体样品都能找到合适的色谱法进行分离和分析。 目前色谱法已广泛应用于许多领域，成为 十分重要的分离分析手段。
22
4．死体积 VM （dead volume） 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．当后两项很小而可忽 略不计时，死体积可由死时间与流动相体积流速 F0（mL／min）计算：
VM = tM· 0 F
23
5．保留体积 VR （retention volume） 指从进样开始到被测组份在柱后出现浓度 极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保 留时间 tR 的关系如下：
（l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含 组份的最少个数。 （2）根据色谱峰的保留值(或位置），可以进行 定性分析。 (3) 根据色谱峰下的面积或峰高，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(和流 动相)选择是否合适的依据。
14
3.薄层色谱法 (thin-layer chromatography, TLC) 薄层色谱法是将适当粒度的吸附剂 作为固定相涂布在平板上形成薄层，然 后用与纸色谱法类似的方法操作以达到 分离目的。
根据以上所述，将色谱法的分类总结于表 1-1中。
15
16
§1-2 色谱流出曲线及有关术语
一．流出曲线和色谱峰
1．死时间 tM （dead time） 不被固定相吸附或溶解的气体从进样到出现峰 极大值所需的时间称为死时间，如图1- 2中 O′A′。 显然，死时间正比于色谱柱的空隙体积。
20
2．保留时间 tR （retention time）
试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的 时间，称为保留时间，如图中 O′B．它相应于样品 到达柱末端的检测器所需的时间。
11
三、按固定相的几何形式分类
1.柱色谱法
2.纸色谱法
3.薄层色谱法
12
1.柱色谱法 (column chromatography) 柱色谱法是将固定相装在一金属或玻 璃柱中或是将固定相附着在毛细管内壁上 做成色谱柱，试样从柱头到柱尾沿一个方 向移动而进行分离的色谱法。
13
2.纸色谱法（paper chromatography） 纸色谱法是利用滤纸作固定液的载 体，把试样点在滤纸上，然后用溶剂展 开，各组分在滤纸的不同位置以斑点形 式显现，根据滤纸上斑点位置及大小进 行定性和定量分析。
9
利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能 力强弱不同而得以分离的方法，称为吸附色谱 法( adsorption chromatography ) 。
利用组分在固定液（固定相）中溶解度不 同而达到分离的方法称为分配色谱法( partition chromatography )。
10
利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力
35
3. 分配系数 K 与分配比 k 的关系
cS mS / VS VM K k k cM mM / VM VS
其中β称为相比率，它是反映各种色谱柱型 特点的又一个参数。例如，对填充柱，其β 值一般为6～35；对毛细管柱，其β值为60～ 600。
36
分配系数K是组分在两相中浓度之比，与柱中固定相和流 动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、 柱压变化而变化。 分配比k则是组分在两相中分配总量之比，决定于组分及 固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与 流动相及固定相的体积有关，即组分的分配比随固定相的 量而改变。
是柱中仅有流动相通过时，检测器响应 讯号的记录值，即图1-2中 O—t 线．稳定的 基线应该是一条水平直线．
三、峰高（ peak height）
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以 h表示，如图1-2中 B′A
19
四、保留值（retention value）
试样中各组分在色谱柱中停留时间值或将组分带 出色谱柱所需流动相的体积值称为保留值。
30
一、分配系数K和分配比k
1．分配系数 K
物质在固定相和流动相（气相）之间发生的 吸附、脱附和溶解、挥发的过程，叫做分配过程。 在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相 之间分配达到平衡时的浓度之比称为分配系数，用 下式表示：
组分在固定相中的浓度 cS K 组分在流动相中的浓度 cM
31
2. 分配比 k （partition ratio）
17
如果进样量很小，浓度很低，在吸附等温线的 线性范围内，色谱峰如果对称，可用Gauss正态分 布函数表示：
C0 1 t tR 2 C exp[ ( ) ] 2 2
式中：C — 不同时间 t 时某物质的浓度，
C0 — 进样浓度，tR—保留时间，σ—标准偏差。
18
二、基线（baseline）
21
3．调整保留时间 tR′（adjusted retention time） 某组份的保留时间扣除死时间后称为该组 份的调整保留时间，即 t R′ = t R – t M
由于组份在色谱柱中的保留时间tR 包含了组份 随流动相通过柱子所需的时间和组份在固定相中滞 留所需的时间，所以tR′实际上是组份在固定相中停 留的总时间。保留时间可用时间单位（如s）或距离 单位（如cm）表示。 保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组 份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱 工作者有时用保留体积等参数进行定性检定．
VR = tR· 0 F
6．调整保留体积VR′ （adjusted retention volume） 某组份的保留体积扣除死体积后，称该组 份的调整保留体积，即
VR′= VR - VM
24
7．相对保留值 r21 （relative retention value） 某组份2的调整保留值与另一组份1的调整 保留值之比，称为相对保留值：
五、区域宽度（peak width）
色谱峰的区域宽度是组份在色谱柱中谱带扩 张的函数，它反映了色谱操作条件的动力学因 素．度量色谱峰区域宽度通常有三种方法： 1. 标准偏差σ（standard deviation） 即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半，如图1-2 中EF距离的一半。 2. 半峰宽度Y1/2（peak width at half-height） 即峰高一半处对应的峰宽，如图1-2中GH 间的距离．它与标准偏差σ的关系是：