第六章 分离分析导论ppt

1、分配系数 K(浓度分配系数)
K=
组分在固定相中的浓度 组分在流动相中的浓度
=cs/cm
K随T变化，与固定相、流动相的体积无关
三、色谱图及常用术语
2、分配比k’(又叫容量因子，容量比) 组分在固定相中的质量 k’ = 组分在流动相中的质量 = ms/ mm =svs/ mvm =K vs/vm
Cs —固定项传质阻力系数
即组分从两相界面移动
到固定相内部，达分配平衡后，又返回到两相界面， 在这过程中所受到的阻力为固定相传质阻力。
2 k' d f CS 2 3 (1 k ' ) DS
2
固定液膜厚度
组分在固定相中扩散系数
四、色谱法的基本理论
二、色谱基本分离方程
１、分离度Ｒ——色谱柱的总分离效能指标 定义：相邻两个峰的保留值之差与两峰宽度平均 值之比
三、色谱图及常用术语
一、色谱图
混合物样品（A+B）→色谱柱中分离→检测器→记录
下来。组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所 产生的信号随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。 记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线
三、色谱图及常用术语
二、色谱图中的基本术语
• 1、基线—在实 验操作条件下， 色谱柱后没有组 分流出的曲线叫 基线。 • • 稳定情况下，一 条直线。 基线上下波动称
值，定性参数。
二、原子吸收光谱仪
（3）调整保留时间 t’R—扣除了死时
t’ R
间的保留时间。
t’R=tR-t0又称校 正保留时间，实
际保留时间。
t’R体现的是组分 在柱中被吸附或
溶解的时间。
三、色谱图及常用术语
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 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。
（1）涡流扩散项A
在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时， 流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向， 使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动， 故称涡流扩散。
四、色谱法的基本理论
A＝2λdp A与填充物的平均直径dp的大小和 填充不规则因子λ有关。 减小Ａ：固定相颗粒应适当细小、均 匀填充要均匀。
四、色谱法的基本理论
（3）传质阻力项Cu
传质阻力系数包括两部分， Ｃ＝Ｃm +Cs两项组成 Cm —流动相传质阻力系数 组分从流动相移动到固定相 表面进行两相之间的质量交换时所受到的阻力，质量 交换慢，引起色谱峰变宽。
0.01k ' d p Cm n 2 (1 k ' Leabharlann Baidu Dg
2
2
四、色谱法的基本理论
二、色谱分析法分类
2、按操作形式分类
（1）柱色谱：
填充柱色谱—固定相填充到柱管内 毛细管柱色谱—把固定相涂在毛细管内壁上， 空的。 中间是
二、色谱分析法分类
（2）纸色谱：滤纸为固定相的色谱法，流动相 是含一定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开 进行分离。 （3）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜 的色谱法。
四、色谱法的基本理论
四、色谱法的基本理论
2、柱效能—指色谱柱在分离过程中的分离效能，常用n，Ｈ 来描述，n 越大，Ｈ越小，柱效越高，对单个组分而言。 对多个组分的分离来说，无法用n ,H 来描述，n 大，Ｈ 小，几个峰未必分的开。
下面我们将对公式中的各项进行讨论
四、色谱法的基本理论
B H A Cu u
（ 1）提出了影响Ｈ的三项因素：涡流扩散项，分子 扩散项， 传质阻力项。 （2）在流动相流速一定时， 当Ａ、Ｂ、Ｃ最小时，Ｈ才小，n 才最高，柱效高。 当Ａ、Ｂ、Ｃ最大时，Ｈ才大，n 才最小，柱效低。
四、色谱法的基本理论
二、色谱分析法分类
3、按分离原理分类
（1）吸附色谱：利用吸附剂表面对被分离的各组分吸
附能力不同进行分离。
（2）分配色谱：利用不同组分在两相分配系数或溶解度
不同进行分离。 （3）离子交换色谱：利用不同组分对离子交换剂亲和力 不同进行分离。 （4）凝胶色谱：利用凝胶对分子的大小和形状不同的组 分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。
k’随T、固定相、流动相的体积变化而变化
k’越大，组分在固定相中质量越多， tR越长
K、k’越大，组分在固定相中tR就越长
经推导得k’与tR之间的关系：
三、色谱图及常用术语
k’= t’R / t0 = (tR-t0) / t0 k’= V’R / V0 = (VR-V0) / V0
总结 （1）色谱峰的位置即保留值—进行定性分析。 （2）色谱峰的h .A —进行定量分析。 （3）色谱峰的位置及峰的宽度—可评价色谱 柱效 的高度。
三、色谱图及常用术语
（7）相对保留值 γ2，1或γi ,s —在相同操作条件下，组 分2或组分i对另一参比组分1或s调整保留值之比
2.1
VR2 t R2 t R1 VR1


i.s
t Ri

t Rs

VRi

VRs
三、色谱图及常用术语
三、分配平衡
在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所达到 的平衡叫分配平衡，组分在两相中的分配行为常采用分 配系数K和分配比k’来表示。
三、色谱图及常用术语
（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。
t0
三、色谱图及常用术语
(2) 保留时间 t R ———
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， 一种组分有一个 tR定
四、色谱法的基本理论
对一个色谱柱来说，若色谱柱长度固定L，每一个 塔板高度H越小，塔板数目越多，分离的效果越好，柱 效越高。塔板数用n 表示。
n =L/H
或 H=L/n
H越小，n越多，分离效果越好，用 H,n 评价柱效。
由塔板理论导出n与Wb ， W 1/2 的关系。
** n = 5.54 (tR /W 1/2)2
t R 2 t R1 R (Wb 2 Wb1 ) / 2
式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响，
是色谱分离的
热力学因素。
分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是
色谱分离的动力
学因素。
从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分离越好。
四、色谱法的基本理论
两个峰tR 相差越大，W越窄，Ｒ值越大， 说明柱分离较能高。 Ｒ≥１.5 两个组分能完全分开。 Ｒ＝１.0 两组分能分开，满足分析要求。 Ｒ＜１.0 两峰有部分重叠。
一、概述
定义
分离分析法是一种利用试样中共存的组分间的吸附、分配、交换、迁移速率及 其性能上的差异，先将其分离，而后通过检测器按一定顺序进行分析的一种方法。
色谱法的产生
色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离 植物叶子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中， 柱中填充CaCO3粉末（CaCO3 有吸附能力)，用纯石油醚洗脱（淋洗）。色素 受两种作用力影响： （1）一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中停滞下来 （2）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动 各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后， 色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱法。
一、概述
Tsweet的实验
一、概述
色谱法
混合物在流动相的携带下通过色谱柱分离出几种组分的方法。
气体 1952年产生气相 色谱，是色谱法一项 革命性进展。
流动相
液体 流的速度慢，加压， 使其流快，1969年HPLC发 展，高压液相色谱。
一、概述
固定相：
（1）固体吸附剂：CaCO3、Al 2O3等 （2）液体固定相（载体+固定液——高沸点有机化合物，涂在载体
三、色谱图及常用术语
4. 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
对于非对称的色谱峰
A=1.065h W1/2
A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 5. 色谱保留值——定性的依据
组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t 和所消耗流动相的体积 来表示。组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱 中滞留的时间越长，消耗的流动相体积越大，固定相、流动相固定，条 件一定时，组分的保留值是个定值。
四、色谱法的基本理论
一、塔板理论
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。
四、色谱法的基本理论
1、 塔板理论把色谱柱比作一个分馏
塔，假设柱内有n个塔板，每个塔板高度 称为理论塔板高度，用H表示，在每个 塔板内，试样各组分在两相中分配并达 到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发 度小的组分彼此分离，挥发度大的最先 从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论 并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱 分离和一般的分馏塔分离有着重大的差 别，但是因为这个比喻形象简明，因此 几十年来一直沿用。
上）
色谱分离法一定是先分离。后分析 一定具有两相；固定相和流动相
分离：利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异进行分离 （1）分离效能高
特点
（2）灵敏度高 （3）分析速度快 （4）应用范围广
一、概述
我国情况 我国在色谱分析领域的研究起于1954年，由中
国科学院大连化学物理研究所卢佩章院士领衔首先
开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究 和应用技术研究方面具有特色，居世界领先行列。
H理＝Ｌ／n 理
四、色谱法的基本理论 ２、速率理论—范第姆特方程
1956年，荷兰学者范第姆特VanDeomter） 提出一个描述色谱柱分离过程中复杂因素使色谱 峰变宽而致柱效降低（即：使 H 增大）影响的方 程。此方程经简化后写为:
B H A Cu u
该式称为速率方程（范氏方程）。
u为流动相线速 度cm.s-1，线速 度=柱长/死时间
=16 (tR/Wb )2
四、色谱法的基本理论
有时n 大，分离效果也不好，因用tR 内含tm ， 后来改用有效塔板数。 n 有效= 5.54 (t’R /W 2 ) 1/2 =16 (t’R/Wb )2 n理 = 5.54 (tR /W 1/2)2 =16 (tR/Wb )2
H有效＝Ｌ／n 有效 塔板理论的成功之处，提出了计算理论塔板高度、 塔板数的公式及评价柱效的方法，具有开创性， 但有一定局限性。
二、色谱分析法分类
1、按两相状态分类
气相色谱—气体作流动相 （1）气固色谱：气体作流动相，固体吸附剂作固定相。 （2）气液色谱：气体作流动相，固定液作固定相。 液相色谱—液体作流动相
（1）液固色谱：液体作流动相，固体吸附剂作固体相。
（2）液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。 超临界液体色谱——超临界流体作色谱流动相。
四、色谱法的基本理论
（2）分子扩散项B/u（纵向扩散项）
待测组分是以“塞子”的形式被流动相带入 色谱柱的，在“塞子”前后存在浓度梯度，由浓→ 稀方向扩散，产生了纵向扩散，使色谱峰展宽。
四、色谱法的基本理论
B＝2γD γ——是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，也 称弯曲因子，它反映了固定相的几何形状对分子扩散 的阻碍情况。 D——为组分在流动相中扩散系数（c m2· s-1）。 Dg气相扩散系数比液相扩散系数Dm大的多（约105倍） 减小纵向扩散项Ｂ／u 采取措施： ① 适当提高流动相流速u，减小保留时间 ② 用相对分子质量较大的气体作流动相。 ③ 适当降低柱温Ｔc .
为噪音。
三、色谱图及常用术语
2、色谱峰的高度h （1）峰高h —色谱峰最高点与基线之间的距离，可用 mm ,mV， mA表示。峰高低与组分浓度有关，峰越 高越窄越好。
h
三、色谱图及常用术语
3. 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。
三、色谱图及常用术语
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 Wb =4 σ W1/2 =0.589Wb Wb