色谱分析导论(4)
第十三章色谱分析法导论
18
4.温控系统
作用对象：气化室、柱箱、检测器 控温方式：恒温和程序升温
19
5.检测系统
作用：将经色谱柱分离后顺序流出的化学组分 的信息转变为便于纪录的电信号，然后对被分 离物质的组成和含量进行鉴定和测量。
常用的检测器： 氢火焰离子化检测器 热导池检测器 电子捕获检测器(ECD 质谱检测器
20
3.分离系统
17
色谱柱：U型或螺旋型金属管（内径2～6mm，长1～ 3m）、 固定液、 载体（担体）组成。
包括：填充柱和毛细管柱
填充柱：多为U形或螺旋形；内填固定相。 毛细管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱，内径 0.1 ～ 0.5mm，长达几十至100m，通常弯成直径 10 ～ 30cm的螺旋状；其特点为渗透性好、传质快， 分离效率高（n可达106）、分析速度快、样品量小。
记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱 流出曲线。
24
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。 ➢ 稳定情况下是一条直线 ➢ 基线上下波动称为噪音
25
2. 色谱峰的高度（峰高，h ）
➢ 色谱峰最高点与基线之间的距离 ➢ 峰高低与组分浓度有关，峰越高越窄越
好
h
3. 色谱峰的宽度(区域宽度)
根据色谱图可得到的重要信息：
32
（1）色谱峰个数
—判断样品中所含组分的最少个数
（2）色谱峰的位置即保留值
—进行定性分析
（3）色谱峰的h 、A
—进行定量分析
（4）色谱峰的位置及峰的宽度 —可评价色谱柱效（分离效能）
（5）色谱峰两峰间的距离 —可评价固定相或流动相选择是否合适
33
四、气相色谱的应用
(完整word版)色谱分析法导论
第14章色谱分析法导论【14-1】 在仪器分析中，色谱的独特特点是什么？ 答：具有能同时进行分离和分析的特点. 【14-2】 导致谱带展宽的因素有哪些？【14-3】 哪些参数可以改进色谱分离的分离度以及怎样在色谱图上测定这些参数？ 【14-4】 影响选择性因子α的参数有哪些？ 【14-5】 如何控制和调节容量因子k '?【14—6】 色谱柱效n 由哪些因素决定?如何提高柱效？答：根据速率理论，影响n 的因素有： （1）固定相,包括固定相的粒径、填充均匀程度、固定液种类、液膜厚度等。
（2）流动相，包括流动相的种类、组成、流速 (3）柱温。
提高柱效的方法有： （1）优化流动相组成、流速及柱温来优化柱效。
（2)增大柱长可以增加理论塔板数，但会使分析时间增长. （3）降低塔板高度H 。
【14-7】 色谱定量分析中,为什么要定量校正因子？校正因子有几种表示方法？实验中如何测定定量校正因子？【14—8】 已知某色谱峰的半峰宽为4.708mm,求此色谱峰的峰底宽。
答：8.000mm【14-9】 组分A ，B 在某气液色谱柱上的分配系数分别为495和467。
试问在分离时哪个组分先流出色谱柱？答：根据分配系数的定义:agc K c =，K 值表示组分与固定相作用力的差异，K 值大，说明组分与固定相的亲和力越大，其在柱中滞留的时间长。
由于A 组分的分配系数大于B 组分，因此B 组分先流出色谱柱。
【14-10】 组分A 从色谱柱流出需15。
0min ，组分B 流出需25。
0min,而不被色谱柱保留的组分P 流出色谱柱需2.0min 。
问：(1）B 组分相对于A 组分的相对保留时间是多少？ （2）A 组分相对于B 的相对保留时间是多少？ （3）组分A 在柱中的容量因子是多少?（4）组分A 通过流动相的时间占通过色谱柱的总时间的百分之几？ （5）组分B 通过固定相上平均停留时间是多少? 解：(1）/B A t t =(25.0-2.0）/（15.0—2。
新编仪器分析第八章色谱分析导论
4.应用
生命科学、材料科学、环境科学、农业、 医药卫生等。
6
8.1.1 按两相状态分类
1.流动相为气体——气相色谱法（GC）
气－固色谱：固定相为固体吸附剂 气－液色谱：固定相为液体 （附着在惰性固定载体表面的薄层液体）
7
2.流动相为液体——液相色谱法（LC）
液－固色谱：固定相为固体 液－液色谱：固定相为液体
0
当N足够大时， 二项式的分布符 合正态分布
1
2
3
4
5号
37
塔板理论导出的流出曲线的表达式
C m n VR
n V 2 exp[ (1 ) ] 2 VR 2
式中，m为组分的质量；VR为组分的保留体积；V为从
色谱柱中流出的流动相体积；n为理论塔板数；C为流出液中 组分的浓度；当V=VR时浓度最大，此时为色谱峰峰高，即：
n有效 5.54(
) 16( ) W12 W
2
' tR
' tR 2
H 有效
L n有效
n有效和H有效消除了死时间的影响，用来评价柱效更符合 实际。n有效与理论塔板数n的关系为：
n有效
k 1 k
2 n
41
1.同一根色谱柱用不同组分的保留值计算塔板数和 塔板高度其结果不同。 2.用塔板数和塔板高度说明柱效时，应注明对何种 组分而言。 3.分配系数不等是分离的前提。
另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体
（气体或液体），称为流动相(mobile phase) 。
4
色谱法分离原理： 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。
5
色谱学导论-色谱分析的定义与分类
一、塔板理论
• 塔板理论的基本假设
L 0 12 345 △V
H
column
1、柱内各段塔板高度 H不变，柱子塔板数 N = L/H
2、在塔板高度 H 内，组分在两相间达到瞬时平衡。
3、流动相以脉冲方式进入一个体积。
4、分配系数K在每个塔板上均不变，是常数。
5、组分加在0号塔板上，轴向扩散可忽略。
设有两组分A、B，KA=1，KB=0.25，N=5
（三）、各种参数对分离的综合影响
2(tR2– tR1 )
N1/2 α-1
R = ─────── = ──× ─── × ───
Y1 + Y2
4
α
k' k' +1
讨论:
原始 增大 α
1. 分离度与k'的关系 决定洗出峰位置，k'值一般控制 在3-7之间。改变k'有如下办法: A.改变流动相或固定相 对于GC,流动相只有少数几个, 难奏效。选择固定相较为理想。
• 色谱法是一种物理化学的分离分析方法。 它是利用样品中各种组分在固定相与流 动相中受到的作用力不同，而将待分析 样品中的各种组分进行分离，然后顺序 检测各组分含量的一种分离分析方法。
色谱法分类
1、按固定相及流动相的状态分类 气相色谱：气液色谱、 气固色谱 液相色谱：液液色谱、 液固色谱
2、按固定相形状分类 柱色谱。纸色谱。薄层色谱。
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仪器分析色谱导论
§3-3 色谱法的基本理论
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离， 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， 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， 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。 质有关。 但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽， 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。 此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱 传质和扩散行为决定的 即与色谱过程的动力学性质有关。 决定的， 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。 因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。 热力学和动力学两方面来研究色谱行为
塔板理论的假设： 塔板理论的假设：
• 在每一个平衡过程间隔内 ， 平衡可 在每一个平衡过程间隔内， 以迅速达到； 以迅速达到； • 将载气看作成脉动（间歇）过程； 将载气看作成脉动（间歇）过程； • 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； • 每次分配的分配系数相同。 每次分配的分配系数相同。
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 。 标准偏差σ 峰高 607倍处的色谱峰宽的一半 峰高0 倍处的色谱峰宽的一半。 • 半峰宽Y1/2—峰高一半处对应的峰宽。 半峰宽Y 峰高一半处对应的峰宽。 峰高一半处对应的峰宽 354σ Y1/2 =2.354σ • 基线宽度Y—色谱峰两侧拐点所作切线在基线上 基线宽度 Y 色谱峰两侧拐点所作切线在基线上 的距离。 的距离。 Y =4σ 色谱峰与峰底所围的面积。 4、色谱峰面积A—色谱峰与峰底所围的面积。 色谱峰面积A 色谱峰与峰底所围的面积 峰面积
第六章 色谱分析导论
第六章色谱分析导论基本要求：1. 理解混合物中各组分在色谱柱内得到分离的原因2. 理解柱效率的物理意义及其计算方法3. 理解速率理论方程对实际分离的指导意义4. 掌握分离度的计算及影响分离度的重要色谱参数6．1 色谱法及其分类6.1.1 色谱法色谱法(Chromatography)是一种分离分析方法。
它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。
俄国植物学家M.Tswett于1906年首先提出色谱法。
Tswett把植物绿叶的色素混合液加在一根装有干燥固体碳酸钙颗粒（称固定相）的玻璃长管（称为填充色谱柱）上端，然后让洗脱剂（亦称流动相）石油醚自上而下流过。
在石油醚不断冲洗下，原来在柱子上端的色素混合液向下移动。
由于色素中各组分的性质的差异，与碳酸钙的作用力大小不同，作用力小的先流出，作用力大的后流出，最后分离成不同颜色的清晰色带。
因此称这种方法为色谱法。
然后将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管，用刀将各色带切下，对其中的组分用合适的分析方法分别进行测定。
这是经典色谱法，各色素的分离过程与其含量测定过程是离线的，即不能连续进行。
现代色谱法的分离过程与其含量测定过程是在线的，即连续进行。
当一个二组分（A和B）的混合样品在t1时间从柱头加入，随着流动相不断加入，洗脱作用连续进行，直至A和B组分先后流出柱子而进入检测器，从而使各组分浓度转变成电信号后记录在记录纸上，或显示在荧光屏上，或由电脑贮存后打印出来。
图6-1（a）为色谱柱内A和B的洗脱过程；（b）则为记录下来的色谱图。
一般说，在图上不同位置的峰代表不同的组分，而峰的面积代表各组分的含量。
图6-1 二组分混合样的分离(a) 柱内洗脱过程；(b) 所记录下来的色谱图6.1.2 分类色谱法种类很多，通常按以下几种方式分类。
1．按两相状态分类在Tswett的实验中，碳酸钙是固定不动的，称为固定相；石油醚是流动的，称为流动相。
(完整版)色谱分析法导论吴丽荣
D = Dl + Dg ≈ Dg
高职高专“十二五”规划教材
仪器分析
分子扩散与组分在柱中的停留时间有关， 停留时间越长（u小），分子扩散越严重。 因此，当线速度u大时，B/u项可忽略。
减小的方法： ①采用较高的载气流速 ②选择分子量大的重载气（N2） ③采用较低柱温
k' 组 组 分 分 在 在 固 流 定 动 相 相 中 中 的 的 质 质 量 量 m m m s C C m s V V m s K V V m s
高职高专“十二五”规划教材 仪器分析
§8-2 色谱分析法基本理论
一、塔板理论 二、速率理论 三、色谱分离总效能的衡量
一、 塔板理论
高职高专“十二五”规划教材
设法降低板高，提高柱效，才是提高分离度 的最好方法。
可通过改变固定相、降低柱温、控制流动相 的极性来增大K'。
高职高专“十二五”规划教材 仪器分析
§8-3 定性和定量分析方法
一、定性分析
1.与标样对照的方法 2.与其它分析仪器联用的定性方法
二、定量分析
1.定量校正因子 2.定量方法 1）归一化法；2）内标法； 3）外标法
固定相 液体
1. 气体为流动相的色谱 称气相色谱法（ GC）
2. 液体为流动相的色谱 称液相色谱法(LC）
气-固色谱（GSC） 气相色谱
气-液色谱（GLC）
液-固色谱（LSC） 液相色谱
液-液色谱（LLC）
二、色谱法的分类
2.2 按分离机理分类
吸附色谱：吸附剂对不同组分的吸附能力不同；
分配色谱：不同组分在两相中的溶解度不同；
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色谱分析方法导论
第15页，共105页。
（三）按分离原理分类：可分为：
吸附色谱法：利用吸附剂（固定相 一般是固体）表面对不同组分吸附能 力的差别进行分离的方法；
第16页，共105页。
分配色谱法：利用不同组分在 两相间的分配系数的差别进行分 离的方法。
第17页，共105页。
离子交换色谱：利用溶液中不 同离子与离子交换剂间的交换能力 的不同而进行分离的方法。
第6页，共105页。
一、色谱分离基本原理：
由以上方法可知，在色谱法中存 在两相，一相是固定不动的，我们把 它叫做固定相；另一相则不断流过固 定相，我们把它叫做流动相。
第7页，共105页。
色谱法的分离原理就是利用待 分离的各种物质在两相中的分配系 数、吸附能力等亲和能力的不同来 进行分离的。
第8页，共105页。
谱柱柱型特点的参数。对填充柱，
=6~35；对毛细管柱， =60~600
。
第46页，共105页。
4. 选择因子 ：色谱柱对A、B两组分的选择因子
定义如下：
tr' (B) tr' ( A)
kB kA
KB KA
A为先流出的组分，B 为后流出的组分。
第47页，共105页。
注意：K 或 k 反映的是某一组分在两相间的
分配；而 是反映两组分间的分离情况！当两组分
K 或 k 相同时， =1 时，两组分不能分开；当两组 分 K 或 k 相差越大时， 越大，分离得越好。也就
是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色谱分离的 先决条件。
和 k 是计算色谱柱分离效能的重要参
数！
第48页，共105页。
二、 塔板理论
塔板理论是描述色谱柱中组分在两相间的分配状况及 评价色谱柱的分离效能的一种半经验式的理论。塔板理论将 一根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔，用塔板概念 来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精馏中借用的，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。
14.色谱分析方法导论
传质阻力1k '2 1 k' 2
d
2 p
Dm
2 3
k' 1 k'
2
d
2 f
Ds
讨论：
Cm
组分分子
(1) 减小填充颗粒直径dp；
流动相 固液界面
(2) 采用分子量小的流动相，使Dm增加；
固定液
(3) 减小液膜厚度df，Cs下降，但k减小；
Cs
(4) 增加柱温，可增加Ds，但k值也减小。22
1. 柱分辨率R； 2. 柱平均理论塔板数nav 3. 平均塔板高度Hav 4. 若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？ 5. 使用上述较长的柱进行分析时，其分析时间为多长？ 6. 不增加柱长，要求在原来的分析时间内R达到1.5，该柱
的塔板高度应为多少？
35
1.
R
2 17.63 16.40min 1.11 1.21 min
(1) 分离度R与柱效的关系
R与n有关，即R受热力学性质的影响 对具一定的物质对，R与neff有关，neff代表柱效能 为提高柱效，减小塔板高度 H比增加柱长更有效
(2) 分离度R与保留因子 的关系
越大，柱选择性越好，对分离有利
改变 的方法：降低柱温、改变流动相及固定相的性质和组成
(3) 分离度R与分配比 k 的关系
4
1
推导过程：
n
16
t R
2
W
1 n1 W 4t
R
t t 1 k
R
0
R
2
t R2
t R1
W W
1
2
27
R
n
2
t R2
t R1
4 2t
第15章-色谱分析法导论
k 值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的
容量大，因此又称分配容量。 它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。
k 值也取决于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、
柱压变化而变化，而且还与流动相及固定相的体积有关。
23
3、分配系数和分配比之间的关系
k cSVS cMVM
17
§15-2 色谱分离原理
一、分离原理 气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的，气固色谱和
气液色谱，两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相： 多孔性的固体吸附剂颗粒，其分离是基于固体吸附剂
对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相： 由担体和固定液所组成，其分离是基于固定液对试样
中各组分的溶解能力的不同。
图15-1色谱原型
1
1906年， Tsweet 发现色谱分离现象
碳酸钙 （固定相）
色石素油混醚合液 (流动相） 色谱柱
色带
2
植物色素分离图示
3
Chromatography
Tswett将这种方法命名为色谱 法（Chromatography），很显然 色谱法 （Chromatography）这个 词是由希腊语中“色”的写法 （chroma）和“书写”(graphein) 这两个词根组成的。
2）死时间( tM )： 不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。
因为这种物质不被固定相吸附 或溶解，故其流动速度将与流动相 的流动速度相近。
测定流动相平均线速度u0时， 可用柱长 L 与 tM 的比值计算。
uu0 L tM
29
3）调整保留时间( tR ' )：
tR' = tR － tM
30
《仪器分析》色谱分析导论_OK
0
V 1 2
V VR
4
V1 VR V 2
n
VR (1
V 1
2
)2
Cmax
2
VR
2 C e max
ln
2
n
V1 (2
)2
2 VR
n 8 ln 2( VR )2 5.54( VR )2
2V1
2V1
2
2
H
L
n
L 5.54
2V1
(
2
VR
)2
5
根据色谱峰呈Gaussian分布曲线可以导出计算理论 塔板数的另一个公式。因Gaussian曲线不同高度上 的相对宽度，即色谱区域宽度能够用标准偏差来 衡量，色谱峰的峰底宽W=4 ，因此：
n
Hi
i 1
11
① 涡流扩散
2 e
2d p L
He
2 e
L
2d p
采用细而均匀的填料，均匀填充可降低涡流扩散。
12
② 纵向分子扩散
2 l
2Dm
u
Dm与分子量有关，N2、H2；液相Dm小。
13
③ 流动相传质阻力
a b c
2 m
d
2 p
Lu
Dm
Hm
2 m
L
d p2u
Dm
14
哪些方法可 以提高柱效？
16
H
A
B u
Cu
A
B u
(Cm
Cs )u
H
Hmin
➢ 判断色谱柱填充情况 ➢ 比较色谱柱性能
uopt
H~u曲线
H Cu
A B/u
u17
根据Van Deemter方程可以求出Hmin和uopt：