第11章色谱法

C
填充均匀程度，粒度、载气种类、 载气流连、柱温、固定相液膜厚 度等对柱效，峰扩张有影响
Hmim
H
A
uopt.
u
5 分离度（resolution）Rs
1
2
a 选择性 ~ K, k, a
1
2
b
柱
效~ n
1
2
c
综 合 指 标
Rs
5 分离度（resolution）Rs 相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组 分色谱峰峰底宽度总和之半的比值 2
4.3 传质阻力项 Cu
C u = (C g + C l )u
担体 (Substrate)
组分(Component)
dp
df
固定液(Liquid stationary phase)
2 0 . 01 k 2 d p Cg = (1 + k ) 2 D g
k——容量因子(分配比) ； dp——填充物平均颗粒直经（cm）； Dg——组分在气相中扩散系数。
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。
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。
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。
Schematic Diagram of Chromatography 气相色谱流程图
Flow or pressure controller
Column
Detector
Injection port or valve
W
Data station (Recorder)
Carrier gas
Schematic Diagram of Chromatography
《仪器分析》课程
第十一章
色谱法引论
Chapter Eleven Introduction to Chromatography
色谱法的基本原理
Common Concepts and Principles of Chromatography
1 概述 Introduction
a) 色谱法的发展简史 A Brief History of chromatography 1903, Russian botanist, M. S. Tswett Father of Chromatography petroleum ether CaCO3 Sample: Plant pigments Chromat (o) + graph (y)
t = tR - t0
' R
对应于组分在固定相中停留的总时间
d 死体积、保留体积、调整保留体积
V0 = t 0 F0 ;
VR = t R F0 ;
V = V R - V0
' R
VM
色谱法的流出曲线及有关术语
Chromatogram and Its corresponding terms e 相对保留值---定性分析 组分2的调整保留值与另一组分1调整保留值之比
Nobel Prize in Chemistry
A Brief History of Chromatography
1956, Rate theory, the Dutch scientist, Van Deemter 1963, HPLC was born, Giddings High Performance Liquid Chromatography High Pressure Liquid Chromatography ------------Today,……
Y1/2=2.354σ
c 峰宽度 Y 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距
Y = 4s
色谱图所能提供的重要信息 What can one get from the chromatogram
1 2 3 4
样品中所含组分的最少个数 保留值---定性分析 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 色谱峰的保留值和区域宽度---评价 色谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合 适的色谱分离条件
4.1 涡流扩散项 A
A = 2dp
, 不规则因子 dp,填充物的平均 直径
A 与流动相的性质、线速 度和组分的性质无关；与 填料的粒度、均匀性及色 谱柱的均匀填充程度有关.
B 4.2 分子扩散项 u
柱内谱带构型
相应的响应信号 B = 2 g Dg g, 扩散路径的弯曲因子; Dg, 组分在气相中的扩散系数(cm2 S-1)
色谱法的基本原理
Common Concepts and Principles of Chromatography
a) All chromatographic separations are based on a common concept: The distribution of components in a mixture between two immiscible phases, one a stationary phase and another a moving (mobile) phase. However, for each chromatographic mode the nature of the physicochemical processes can be different. 混合物中各组分在互不相溶的固定相和流动相之间的分配；而 每一种形式的色谱分离的物理化学过程可以是不同的。
色谱法的流出曲线及有关术语
Chromatogram and Its corresponding terms
4) 色谱峰的区域宽度 组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力 学因素 a 标准偏差 s b 半峰宽 Y1/2 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 峰高一半处对应的色谱峰的宽度
粒度小、相对分子质量小的载气，高柱温
2 k Cl = 3 (1 + k ) 2 D l
d2 f
df——固定相液膜厚度； Dl——组分在液相中扩散系数； df越薄，Dl越大，液相中传质阻力越小。
增加担体的比表面积、“高柱温”
H = 2d p +
B
2g D g
u
2 kd 2 0 . 01 k 2 dp2 f +[ + ]u (1 + k ) 2 D g 3 (1 + k ) 2 D l
集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏 度的分析方法
色谱分离过程 Process of Chromatographic Separation
色谱法的基本原理
Common Concepts and Principles of Chromatography
2 色谱法的流出曲线及有关术语 Chromatogram and Its corresponding terms
Chromatography
A Brief History of Chromatography 1941, British scientists, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge Partition Chromatography（分配色谱） 1944, A.J.P. Martin, R. Cinsden and A.H. Gordon developed paper chromatography 1950, A.J.P. Martin and G.A. Howard developed reversed-phase chromatography 1952, A.J.P. Martin and A.T. James Gas-liquid chromatography 1952, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge were awarded the
色谱图以组分浓度为纵坐标，流出时间为 横坐标，这种曲线称为色谱流出曲线，也 称色谱图。
色谱法的流出曲线及有关术语 Chromatogram and Its corresponding terms 1）基线(baseline) 当色谱柱中仅有流动相通过时，检测器所反映的信号 -- 时间 曲线。 2）峰高(peak height) 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离 h 3) 保留值（retention value) a 死时间(dead time) t0 不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极 大值所需的时间 tM
液相色谱流程图 Column PUMP Detector W Mobile phase or Collection
Data station (Recorder)
色谱法的基本原理
Common Concepts and Principles of Chromatography C) 色谱分析法的特点 Characteristics of Chromatographic Analysis Separation Concentration Detection High Selectivity High Sensitivity High Automatization
色谱法的基本原理
Common Concepts and Principles of Chromatography
b) 色谱分析法的分类 Classification of Chromatographic Techniques 按流动相的物理状态分类，色谱可分为： 气相色谱 Gas Chromatography 液相色谱 Liquid Chromatography
2
tR 2 tR 2 n = 16 ( ) = 5 . 54 ( ) Y Y1
2
n eff
t 2 2 t = 16 ( ) = 5 . 54 ( ) Y Y1
' R
' R
H eff
百度文库
L = n eff
2
3 塔板理论 (Plate theory) 塔板理论的特点和不足
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。
3 塔板理论 (Plate theory)
用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精 馏塔中借用的，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。
塔板高度
H
=
L n
理论塔板数 n 定义为：
n=(
s
tR
)
2
3 塔板理论 (Plate theory)
Y = 4s Y 1 = 2 . 354 s
n a - 1 k2 Rs = a 1 + k2 4 Rs =
1
2
n eff 4
1 + k2 2 n=( ) n eff k2
a -1 ( ) a
t
例题：有一根 1m长的色谱柱，分离 1和 2两个组分，得到如下图所示的色谱图。 横坐标为记录笔的走纸距离(mm)，假设1和2的峰底宽度相等，为5mm。 求 （i）1和2组分之间的分离度（Rs）及有效塔板数（neff）； （ii）若欲得到Rs=1.2的分离度，有效塔板数应为多少？ （iii）若想达到完全分离，色谱柱要加到多长？
g 2 ,1 =
t
t
' R2 ' R1
=
V
V
' R2 ' R1
它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定 相的性质有关 '
a =
t R2 t
' R1
选择因子
色谱法的流出曲线及有关术语
Chromatogram and Its corresponding terms f 分配系数(partion factor) K
色谱法的流出曲线及有关术语
Chromatogram and Its corresponding terms
b 保留时间（retention time）tR 试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的 时间为试样中某一组分的保留时间 c 调整保留时间(adjusted retention time ) t’R
1
t R 2 - t R1 2 ( t R 2 - t R1 ) = Rs = (Y1 + Y2 ) / 2 Y1 + Y2
：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。
t
R=0.8 ：两峰的分离程度可达 89% ； R=1 ：分离程度 95.4% ； R=1.5
5 分离度（resolution）Rs
在一定温度、压力下组分在两相之间分配达到平衡时浓度比
组分在固定相的浓度 C S K= = 组分在流动相的浓度 Cm
分配系数是色谱分离的依据
g 分配比（容量因子）k
在一定温度、压力下，组分在两相间达到分配平衡时在两相中质量比
mS k= mm
mS— 组分分配在固定相中质量 mm— 组分分配在流动相中质量