第十五章色谱法导论2012s

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2 f
Dl
①液膜厚度df：df↓，Cl↓。 ②Dl：组分在液相中的扩散系数。 Dl↑， Cl ↓。
3、流动相的流速：u↓，(Cu)↓。
4、消除传质阻力项的方法： （1）采用粒度小的均匀填充物； （2）采用合适分子量的气体作载气； （3）降低固定相的液膜厚度； （4）增大组分在液相中的扩散系数； （5）选择合适的柱温柱压； （6）选择合适流速的载气。
二、色谱法的分类：
1、按两相物理状态分类
按固定相分 气固色谱（GSC）
气相色谱（GC） 气液色谱（GLC） 液固色谱（LSC） 液相色谱（LC） 液液色谱（LLC）
按流动相分
超临界流体色谱（SFC）
2、按固定相的形式分类
填充柱色谱法 柱色谱 按固定相在支持 体中的形状分 毛细管柱色谱法
平板色谱
纸色谱 薄层色谱
二、色谱常用术语
1、色谱流出曲线和色谱峰：由检测 器输出的电信号强度对时间作图， 所得曲线称为色谱流出曲线。曲线 上突起部分就是色谱峰。 如果进样量很小，浓度很低，在吸 附等温线（气固吸附色谱）或分配 等温线（气液分配色谱）的线性范 围内，则色谱峰是对称的。
2、基线—在实 验操作条件下， 色谱柱中只有 流 动 相 通 过 （没有组分流 出时）的曲线 叫基线。 稳定情况下： 一条水平直线。 基线上下波动 称为噪音。
1. 理论板数和理论塔板高度的计算
色谱柱长：L 理论塔板高度H ：使组分在柱内两相间达到一 次分配平衡所需要的柱长 理论塔板数n ：组分流过色谱柱时，在两相间 进行平衡分配的总次数，则三者的关系为： n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n 5.54( tR W1/ 2 ) 16(
1.涡流扩散项 A A = 2λdp （1）影响因素： ①λ：填充物的不规则程度。λ↓，A↓。 ②dP：填充物的平均颗粒直径。 dP ↓，A↓。 （2）减小A的方法： ①填充色谱柱时要均匀、紧密； ②使用适当细度、颗粒均匀的填充物。
2. 分子扩散项 B / u 以GC为例： B / u = 2γ Dg / u （1）影响因素： ①γ：弯曲因子，填充物对分子扩散的障 碍因素， γ ↓，B↓，(B/u)↓。 ②Dg：组分在流动相中的扩散系数。 Dg ↓， B↓，(B/u)↓。 影响Dg的因素： 与载气分子量的平方根成反比； 随T柱↓而↓，随P柱↑而↓。
3、色谱峰的高度h
峰高h —色谱峰最高点与基线之间的距离， 可用mm，mV，mA表示。峰的高低与组 分浓度有关，峰越高越窄越好。
h
4. 色谱峰的宽度 标准偏差σ——峰高0.607倍处的色谱 峰宽的一半。
σ
峰底宽Wb——色谱峰两侧拐点所作切 线在基线上的距离 Wb =4 σ 半峰宽W1/2——峰高一半处色谱峰的 宽度 W1/2 =2 .354 σ W1/2 =0.589Wb W
b
5. 色谱峰面积A
——色谱峰与峰底所围的面积。 对于对称的色谱峰 A=1.065h W1/2 对于非对称的色谱峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2
6. 色谱保留值——定性的依据
（1）死时间t0——不被固定相吸附或溶解的组分 流经色谱柱所需的时间。 从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。 气相色谱—惰性气体（空气、甲烷等）流出色 谱柱所需的时间。
由色谱流出曲线，可以看出： (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。
③流动相的流速：u↑，(B/u)↓。 （2）减小(B/u)的方法： ①选用合适分子量的载气； ②增大流动相的流速； ③选择合适的柱温、柱压。 3、传质阻力项(Cu)： 以GLC为例：
（1）气相传质阻力Cg：试样从气相到 达气液两相界面上受到的阻力。
Cu = (Cg+ C1) u
C
g

f g k
理论上可以推导出：
K
s m

ms mm

Vm Vs
k
β称为相比
9、保留值与分配系数、分配比之间的关系
根据物料平衡原理，可推导出保留体积与热力 学平衡常数K之间的关系：
V R V 0 KV
s
V 0 1 k
t R t 0 1 k
2 ,1
t 2 R t 1 R K2
7、分配系数K
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动 相间达到分配平衡时的浓度比值，用K表示。
K
8、分配比k
s m
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质量比，称为分配比， 也称容量因子，用k表示。
k
ms mm
分配系数和分配比之间的关系
分配系数K：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：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。
二、速率理论:色谱过程动力学理论
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GC、LC都适用。 ㈠速率理论方程式：
H=A+B/u+Cu
式中u为流动相的线速度；A、B、C为常数， 分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数及 传质阻力项系数。
t’R
保留值用体积表示： （4）死体积V0—不被固定相滞留的 组分流经色谱柱所消耗的流动相体 积称死体积，色谱柱中载气所占的 体积。 V0=t 0F0 F0 为柱后出口处流动相的体积流速 mL/min
（5）保留体积VR —组分从进样开始到色谱 柱后出现最大值时所需流动相体积，组分 通过色谱柱时所需流动相体积。 VR =t RF 0 （6）调整保留体积V’R—扣除了死体积的 保留体积，真实的将待测组分从固定相中 携带出柱子所需的流动相体积。 V’R= t’RF 0 V0、t0与被测组分无关，因而V’R 、t’R更 合理地反映了物质在柱中的保留情况。
)
2
n有效 5.54(
t
' R
) 16(
2
t
' R
)
2
W1/ 2
Байду номын сангаас
Wb
H 有效
L n有效
n有效 与 H有效 扣除了死时间，更能真实地反 应柱效
3、塔板理论的优缺点
成功之处：解释了色谱流出曲线的形 状，并提出了计算和评价柱效能高低 的参数（n，H）。 局限性： 塔板理论只能定性的给出理论塔板数 和塔板高度的概念，却不能解释板高 受哪些因素影响；也不能说明为什么 在不同的流速下，可以测得不同的理 论塔板数，因而限制了它的应用。
一、塔板理论——平衡理论
在50年代，色谱技术发展 的初期，Martin等人把色 谱分离过程比作分馏过程， 并把分馏中的半经验理论 －塔板理论用于色谱分析 法。
把色谱柱比作一个精馏塔，将 连续的色谱分离过程分割成多 次的平衡过程的重复，同时引 入理论塔板数作为衡量柱效率 的指标。 对一个色谱柱来说，若色谱柱 长度L固定，每一块塔板的高 度用H表示，称为塔板高度。
t0
(2)保留时间tR — —— 组 分 流 经 色谱柱时所需 时间。进样开 始到柱后出现 最大值时所需 的时间。操作 条件不变时， 一种组分对应 有 一 个 tR 定 值 。
（3）调整保留时 间t’R 扣 除 了 死 时 间 的保留时间。 t’R=tR-t0 t’R 体 现 的 是 组 分在柱中被吸 附或溶解的实 际时间。
Tsweet的实验
2、基本术语： 固定相：填入玻璃管或不锈钢管内 静止不动的一相（固体或液体）。
流动相：自上而下运动的一相（一 般是气体、液体或超临界流体）。 色谱柱：装有固定相的管子（玻璃 管或不锈钢管）。
3、色谱分离原理
o 利用不同物质在流动相和固定相中具有 不同的分配系数，当流动相中样品混合 物经过固定相时，就会与固定相发生相 互作用，这些组分在两相间进行反复多 次分配，原来微小的分配差异产生了很 明显的分离效果，不同组分在固定相中 滞留时间长短不同，从而依先后顺序流 出色谱柱。
色谱基本保留方程
k2 k1
K1
§15.3 色谱理论基础
两个组分怎样才算达到完全分离？ 首先 两组分的色谱峰之间的距离必须相差足够大 其次 峰必须窄 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。 溶质A和B在沿柱移动时不同位置处的浓度轮廓 A B 浓 度 A B 沿柱移动距离 L
2
tR Wb
)
2
•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。
2.有效塔板数和有效塔板高度
保留时间包含死时间，在死时间内不参与 分配，即：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：
n理 5.54( tR W1/ 2 ) 16(
2
tR Wb
第十五章 色谱法导论
Chromatography
§15.1 概述
色谱法是一种重要的分 离分析方法，它是根据组 分在两相中作用能力的不 同而达到分离目的。
一、色谱法简介
1、色谱法的由来： 1903年：茨维特（俄）分离植物色素； 植物叶子萃取物 加入石油醚
充 有 碳 酸 钙 的 玻 璃 管
s
t 色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。
3、按分离过程的化学原理分类
吸附色谱法：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。 分配色谱法：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。 离子交换色谱法：利用组分在离子交换 剂（固定相）上的亲和力大小不同而达 到分离的方法。 凝胶色谱法 亲和色谱法