色谱法基本理论
色谱分析的基本理论和方法
色谱分析的基本理论和方法色谱分析是一种通过物质在不同条件下在固定相和流动相之间的物理或化学作用而实现分离、富集和检测目标物质的分析方法，它是现代化学分析中最常用的方法之一。
色谱分析主要应用于化学合成、生物化学、医药研究、环境监测、食品安全等领域。
本文将从色谱分析的基本理论、方法和实现过程三个方面阐述色谱分析的原理和应用。
基本理论色谱分析基于物质在固定相和流动相中的物理或化学作用，实现物质之间的分离和富集。
在色谱分析中，固定相是一种具有在温度和压力下稳定的化学性质的物质，称为固定相。
流动相是一种可以移动并与固定相相互作用的溶液或气体。
色谱分析常用的固定相有硅胶、氢氧化铝、聚乙烯醇、聚四氟乙烯等，流动相则可以根据不同的具体情况选择有机溶剂、缓冲液或气体。
色谱分析的基本原理是物质在固定相和流动相中的行为存在差异，这种差异可以通过物质与固定相的相互作用特性来实现分离。
常见的固定相有分子筛、离子交换树脂和填料柱等，它们都拥有独特的分离机制。
当样品进入色谱柱，被保留在柱中，而流动相则将未被保留的样品带出柱外，实现物质之间的分离。
不同的物质在流动相和固定相之间的相互作用力量不同，它们在色谱柱中停留时间的长短也不同，这就是基于物质在固定相和流动相中化学或物理性质不同而实现的分离。
实现过程色谱分析实现过程包括前处理、分离、富集和检测四个阶段。
前处理是为了加速色谱分离和提高检测灵敏度，它一般包括样品的提取、洗脱、浓缩和纯化等步骤。
在提取中，可以利用溶剂把样品中的目标化合物转移到有机相中，去除其他杂质。
浓缩和纯化则是为了提高样品中目标化合物的浓度和纯度，这样可以增加检测灵敏度和准确度。
分离是色谱分析的核心，它是通过不同组分在色谱柱中的相互作用特性来实现物质之间的分离。
富集则是为了提高检测灵敏度和准确度，采用加强色谱性能、提高目标化合物在柱中保留时间的方法，比如固定相和流动相的配比调整、温度控制等。
最后，检测是为了确定分离的组分及其含量，这可以使用不同的检测器进行检测，如荧光检测器、紫外线检测器和电导检测器等。
仪器分析化学 第一章 色谱基本理论
n理5.54 (Yt1R /2)216 (tYR)2
n有效
5.54( tR' Y1/ 2
)2
16(tR' Y
)2
H有效
L n有效
（二） 塔板数和塔板高度
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 试样一定时，K主要取决于固定相性质； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。 同一条件下，若两组分的K值相等，则色谱峰重合， 差别越大，色谱峰的距离越大
三. 速率理论-影响柱效的因素
（一）. 范.弟姆特（Van Deemter）方程式－ 气相色谱速率理论
H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s)
减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
A─涡流扩散项（eddy diffusion）
（四） 分配比与保留时间的关系
tR = tM(1+k) tR’=ktM
（五） 分配比、分配系数与选择性因子的关系
a = t´R（2）/ t´R（1）= k2 /k1= K2 /K1
讨论：如何使A、B组分完全分离
浓
度
A
B
A
B
组分A、B在沿柱移动时不同位置的浓度轮廓
1.两组分的分配系数必须有差异 2.区域宽度的扩展速度应小于区域分离的速度 3.在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱
色谱基本理论
2-1
2-2 色谱流出曲线及有关色谱术语
2.2.1 流出曲线和色谱峰
2-1
试样中各组分经色谱柱分离后，以此流出色 谱柱，经检测器转换为电信号，然后用数据 记录装臵将各组分的浓度变化记录下来，即 得色谱图。 色谱图是以组分的浓度变化引起的的电信号 作为纵坐标，流出时间作为横坐标的，这种 曲线称为色谱流出曲线。
（5） 保留体积 VR
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 t。 的关系如下： VR = tR· F0
（6） 调整保留体积VR′
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
（7）相对保留值γ2.1
某组份 2 的调整保留值与组份 1 的调整保留值之比， 称为相对保留值：
2-3 色谱法分析的基本原理
色谱分析根本目的：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。
γ 2.1 t R2 t R1 VR1 VR2
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 .
*选择因子
在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标 准（s），然后再求其它峰（i）对这个峰的相对 保留值．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：
第6章 色谱分析法
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。
（二）基线(baseline)
在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流 出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。
基线漂移(baseline drift): 基线噪声(baseline noise):
因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。
（一）分配系数K和分配比k
1. 分配系数(partition coefficient) K
分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之 间反复多次的分配过程，而吸附色谱的分离是基于反 复多次的吸附-脱附过程。
这种分离过程经常用样品分子在两相间的分配来描述， 而描述这种分配的参数称为分配系数K。
某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留
时间，即 tR´= tR tM
由于组分在色谱柱中的保留时间tR包含了组分随流动相通 过柱子所需的时间和组分在固定相中滞留所需的时间，所 以tR实际上是组分在固定相中保留的总时间。
保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分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来表示保留值。
指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点时所通过的 流动相的体积。保留时间与保留体积关系：
VR= tR Fo 6. 调整保留体积(adjusted retention volume) VR
某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体 积。
VR = VR VM = tR Fo
7. 相对保留值r21 组分2与组分1调整保留值之比： r21 = t´R2 / t´R1= V´R2 / V´R1
色谱分析方法基本理论
色谱分析方法基本理论一、保留时光理论保留时光是样品从进入色谱柱到流精彩谱柱所需要的时光，不同的物质在不同的色谱柱上以不同的流淌相洗脱会有不同的保留时光，因此保留时光是色谱分析法比较重要的参数之一。
保留时光由物质在色谱中的分配系数打算： tR=t0（1＋KVs/Vm）式中：tR —某物质的保留时光； t0—色谱系统的死时光，即流淌相进入色谱柱到流精彩谱柱的时光，这个时光由色谱柱的孔隙、流淌相的流速等因素打算； K－分配系数； Vs,Vm—固定相和流淌相的体积。
这个公式又叫做色谱过程方程，是色谱学最基本的公式之一。
在薄层色谱中没有样品进入和流出固定相的过程，因此人们用比移值标示物质的色谱行为。
比移值是一个与保留时光相对应的概念，它是样品点在色谱过程中移动的距离与流淌相前沿移动距离的比值。
与保留时光一样，比移值也由物质在色谱中的分配系数打算： Rf＝Vm/(Vm＋KVs) 式中：Rf—比移值；K一色谱分配系数； Vs，Vm—固定相和流淌相的体积。
二、塔板理论塔板理论是色谱学的基础理论。
塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分别组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流淌相之间形成平衡，随着流淌相的流淌，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板并不断形成新的平衡。
色谱柱的塔板数越多，其分别效果越好。
按照塔板理论，待分别组分流精彩谱柱时的浓度随时光展现二项式分布，当色谱柱的塔板数很高时，二项式分布趋于正态分布。
流出曲线上组分浓度与时光的关系可以表示如下：式中：Ct—t时刻的组分浓度； C0—组分总浓度，即峰面积；σ—半峰宽，即正态分布的标准差； tR—组分的保留时光。
该方程称作流出曲线方程。
按照流出曲线方程，色谱柱的理论塔板高度被定义为单位柱长度的色谱峰方差： H=σ2/T 理论塔板高度越低，在单位长度色谱柱中的塔板数越多，分别效果越好。
打算理论塔板高度的因素有固定相的材质、色谱柱的匀称程度、流淌相的理化性质以及流淌相的流速等。
色谱基本理论
色谱基本理论第一节色谱图及基本参数一、谱图：色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图，其纵标为信号强度(mv)，横坐标为保留时间(min)。
二、关术语：色谱峰(Peak)：色谱柱流出组分通过检测器时产生的响应信号的微分曲线。
峰底(Peak Base)：峰的起点与终点之间连接的直线。
峰高h(Peak Height)：峰最大值到峰底的距离。
峰(底)宽W(Peak Width)：峰两侧拐点处所作切线与峰底相交两点之间的距离.就是从色谱峰两侧的转折点(拐点)作切线，在基线上的截距叫峰底宽；简称峰宽；峰高一半处色谱峰的宽度叫半峰宽。
由于色谱峰顶呈圆孤形，色谱峰的半峰宽并不等于峰底宽的一半半(高)峰宽W1/2(Peak Width at Half Height)：通过峰高的中点作平行于峰的直线，其与峰两侧相交两点之间的距离。
峰面积(Peak Area)：峰与峰底之间的面积，又称响应值。
标准偏差(σ)(Standard Error)：峰高的0.607倍处所对应峰宽的一半。
拖尾峰(Tailing Peak)：后沿较前沿平缓的不对称峰。
前伸峰(Leading Peak)：前沿较后沿平缓的不对称峰。
鬼峰(Ghost Peak)：不是试样所产生的峰，亦称假峰。
基线(Baseline)：在正常操作条件下,仅由流动相所产生的响应信号的曲线。
基线飘移(Baseline Drift)：基线随时间定向的缓慢变化。
基线噪声(N) (Baseline Noise)；由各种因素所引起的基线波动。
谱带扩展（Band Broadening）：由于纵向扩散，传质阻力等因素的影响，使组分在色谱柱内移动过程中谱带宽度增加的现象。
三、保留值的基本参数保留时间(t R)(Retention time)：组分从进样到出现峰最大值所需的时间。
死时间(t M)(Dead time)：不被固定相滞留的组分从进样到出现峰最大值所需的时间调整保留时间(t’R )：t R’= t R-t M，即扣除了死时间的保留时间。
色谱分析理论基础
d
2 p
Dg
容量因子
液相传质阻力项CL u
试样组分从固定相表面移动到固定相内部的过程中， 由于质量交换过程需要一定时间（即传质阻力）而使分 子有滞留倾向。在此过程中，部分组分分子先离开固定 相表面，发生分子超前，引起色谱峰扩展。
C L
2 3
k (1 k)2
d
2 f
DL
液膜厚度
液相扩 散系数
气相色谱中的速率方程
1 2
(Y1
Y2
)
R1/ 2
tR(2) tR(1)
1 2
(Y1/ 2(1)
Y1/ 2(2) )
R越大，说明两组分分离得越好。 由于该定义综合了色谱动力学和热力学因素，可作为色 谱柱的总分离效能指标。
(2) 色谱分离基本方程（Purnell方程）
公式推导
tR
L uS
，tM
L u
tM tR
• 分离度R与理论塔板数N的平方根成正比关系， 增加塔板数，有利于提高分离度。
• 增加柱长可增加N，改善分离，但分析时间将 大大延长，峰产生扩展。
• 减小塔板高度H：
– 根据速率方程的启示制备一根性能优良的色谱柱是 十分重要的。
– 根据速率方程选择合适的色谱条件同样有效。
K的影响，如何改变k？
• 分离度与容量因子有关，容量因子越大，分离越好。
• 优点：应用简便，不需要其他仪器。 • 缺点：定性结果的可信度不高。
➢ 提高可信度的方法：双柱、双体系定性
文献值对照定性分析 （GC）
• 实现方法
➢ 测定相对保留值ri,s ➢ 测定保留指数I
• 优点：无需纯物质；保留指数具有较好的重现 性和精密度；只与固定相和柱温有关。
色谱法基本理论PPT课件
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
通过自动化和智能化技术的引入，实现色谱分析的远程控制、实时监 测和数据分析，提高分析效率和准确性。
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分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
色谱分析法基本理论
以吸附色谱为例：
过程： 吸附（固定相）→ 解吸（流动相）→再吸附 →再解吸 …… “分配”系数的微小差异→吸附能力的微小差异 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出
吸附能力强的组分后流出
5—2 色谱流出曲线及有关概念 一、色谱过程、分离原理及特点
2、色谱分离特点 1）不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等
纸色谱（PC） 薄层色谱（TLC） 薄膜色谱（TFC）
3、按分离机制分
分配色谱：利用组分在固定液中分配系数的不同 吸附色谱：利用组分在吸附剂上吸附能力的差异 离子交换色谱：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小差异 尺寸排阻色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中选择渗 透性的不同
5—1 概述
三、分类
色谱法简单分类
色谱分离前提→各组分分配系数不等
t
B R
tM (1 K B
Vs ) Vm
t
A RΒιβλιοθήκη tM(1 KA
Vs Vm
)
t R
t
A R
t
B R
tM
Vs Vm
(K A
KB)
K A K B tR 0
注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K 不等
1）组分一定，K 不等的前提 A、固定相和流动相改变 B、T 改变 2）色谱条件（s，m，T）一定时，K一定 → tR一定
2）保留体积（与流速无关）
A、保留体积 VR VR = tR Fc Fc：流动相的流速（mL/min）
B、死体积 VM VM = tM Fc [固定相颗粒间所剩余的空间、色谱仪 中管路和连接头间的空间、检测器空间]
C、调整保留体积 VR’ VR’ = VR – VM = tR’ Fc
第2章-色谱基本理论a-塔板理论.幻灯片课件
u L tm
2．保留时间tR 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 2-1 O′B．它相应于样品到达柱末端的 检测器所需的时间．
图2-1 色谱流出曲线
（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．
2—3 色谱法分析的基本原理
Retention volume 调整保留值(Adjusted retention value)：Adjusted
retention time & Adjusted retention volume 相对保留值(Relative retention value) 区域宽度(Peak width) 标准偏差(Standard deviation) 半峰宽度(Peak width at half-height) 峰底宽度(Peak width at peak base) 峰高（Peak height）
GH间的距离．它与标准偏差σ的关系是： Y1/2 = 2.354σ
2-1
3. 基线宽度W 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上
的截距，如图2-1中IJ的距离．它与标准 偏差的关系是：
Y = 4σ
Y1.7Y1/2
从色谱流出曲线上，可以得到许多重
要信息：
（l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所合组 份的最少个数．
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．
色谱法的基本原理PPT课件
（三）离子交换色谱法
✓ 要求：
固定相→离子交换树脂
流动相→水为溶剂的缓冲溶液
被分离组分→离子型的有机物或无机物
ห้องสมุดไป่ตู้✓ 分离机制见图示
✓ 阳离子交换树脂 RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
固定离子 可交换离子 待测离子
选择性系数
K S [ [R R3 3 S S H X O O ] ]S S[ [H X ] ]m m [R [R3 S 3 H S X O ]O ] S S[[ H X ]] m
色谱图相关术语
.峰面积(Peak Area): .标准偏差(σ)(Standard Error): .拖尾峰(Tailing Peak): .前伸峰(Leading Peak):
.鬼峰,假峰(Ghost Peak):
色谱图相关术语
. 基线(Baseline): . 基线飘移(Baseline Drift): . 基线噪声(N) (Baseline Noise): . 谱带扩展(Band Broadening):
✓ 分离机制见图示
狭义分配系数
K Cs Xs Vs Cm Xm Vm
Cs为溶质分子在固定的 相浓 中度 Vs为固定相的体积 Cm为溶质分子在流动的 相浓 中度 Vm为流动相的体积
注：K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关 next
图示
✓ 分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离 连续萃取过程 back
注：Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及温度有关 next
图示
✓ 分离机制： 各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离 吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开 back
色谱基本理论
K cs cm
分配系数与组分浓度大小无关，其色谱峰呈正态分布----线性色谱。
分配系数由组分和固定相的热力学性质决定，随柱温而变化，与两相体积
无非关线。性色谱体系的K 不是常数，K 随浓度而变化。
在液相色谱法中，还取决于流动相的性质。
10
第10页，共103页。
第一章 输入标题 一、相平衡参数
在流动相中分子传质阻力引起离散的步长取决于扩散达到固定相表面建立热力学平衡所需扩散的平均深度路pm即令l分子在色谱柱中向前移动一步所需的时间为pm用来描写传质过程阻力的大小pm在整个色谱柱内由于流动相传质阻力造成的分子集sr流动相的移动速度为u若分子集合在色谱柱固定相中的停留时间为tsm在流动相中的停留时间为trm保留值时间组分分子集合在色谱柱内总停留时间在固定相内停留时间tsm在流动相内停留时间trm分子完成深度dpm的扩散与所需要的时间pm之比就是分子集合相对于流动相移动速度为usr固定相中的传质阻力流动相固定相刚达分配平衡流动相固定相分配平衡后的瞬间由于在固定相中的扩散传质扩散系数为d分子在色谱柱中向前移动一步所需的时间为分子传质阻力引起离散的步长取决于扩散达到两相表面建立热力学平衡所需扩散的平均深度路径d在整个色谱柱内由于流动相传质阻力造成的分子集合的总离散应为流动相低线速有利于达到高柱效
3 第3页，共103页。
第一章 输入标一题 、色谱流出曲线和有关概念
3．色谱峰是流出曲线上的突起部分。
正常色谱峰为对称形正态分布曲线。
不正常色谱峰有两种：拖尾峰和前延峰
色谱峰的对称与否：对称因子（拖尾因子）。
对称因子在0.95～1.05之间的色谱峰为对称峰； 小于0.95者为前延峰 大于1.05者为拖尾峰
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K3.00
K0.33
17次基本分离
2020/5/24
5次
9次
17次
L
2020/5/24
塔板数n
理论塔板数
H板 高
n5.54 tR
2
16tR2
W 1/2
W
HL/n 理论板高
有效塔板数
nef f 5.54W t1 'r/2216W t'r 2
HeffL/neff 有效板高
有关塔板数的说明
说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种 物质、固定液种类及其含量、流动相种类 及流速、操作条件等；
应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、 延长柱寿命
2020/5/24
塔板理论（Plate theory）（2）
贡献
用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和 分离过程
解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 提出了计算和评价柱效的参数
不足
不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素 不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得
定量
归一化法 外标法 内标法
2020/5/24
用已知纯物质对照定性
2020/5/24
醇溶液定性色谱图
A：甲醇 B：乙醇 C：正丙醇 D：正丁醇 E：正戊醇
也可以通过在样品中加 入标准物，看试样中哪 个峰增加来确定
根据经验公式定性
碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间tr
的对数与分子中碳数n成正比：lg t'r A n C n 3
2020/5/24
A/峰面积（定量） t
S
进样 空气峰
t0
t
' r
保留值
组分峰
V0 Vr' Vr
VtFco
FcoF0T Trcp0p0pw
t
L/u
tr
t V t V r2'
r2'
r2
r2
r 2,1
t V t V 2020r1/'5/24
r1'
r1
r1
重要
选择性因 1子 柱温/相 定性
指标
区域宽度
Uop t
B C
u/cms-1
CSU
CmU
A
B/U
Hop t A2BC
固定相粒度大小对板高的影响
H
粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小
2020/5/24
4-3 分离度及色谱分离方程（1）
塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的 实际分离程度：即柱效为多大时，相邻两组份能 够被完全分离?
色谱分离中的四种情况如图所示：
分离度与柱效的关系
R 4 n 1 1 k k R R 1 2 2n n 1 2L L 1 2
增加柱长，可提高分离度，但延长了分析 时间，因此降低板高，提高柱效，才是提 高分离度的好方法。
2020/5/24
分离度与选择因子的关系
R 4n 11 kk
当=1时，R=0，无法分离两组分；增大，是改 善分离度的有效手段
2020/5/24
涡流扩散项A（多途路径项）
试样
分离柱
载气流动方向
A 2dp :填充不规则因子 dp： 填 充 物 平 均 粒 径
减小A的途径： 使用粒度小并且均匀的柱料并均匀填充 毛细管柱？
2020/5/24
分子扩散项B/U（纵向扩散项）
B 2Dg ：弯曲因子 Dg：组分在流动相扩散数系
K 溶质在固定相中的浓c度 s 溶质在流动相中的浓c度 m
组分一定时， 只与两相和温度有关!
2020/5/24
描述样品与两相作用的参数（2）
分配比（Retention factor or capacity factor/k）
k组 组分 分在 在流 固动 定相 相中 中 m m 的 的 m s 质 质 ccmsV V 量 量 m s
CCmCs 固定相传质阻力系数
流动相传质阻力系数
2020/5/24
气液色谱传质阻力项
Cg 组分分子
C气 液 色 谱 Cg Cl
流动相 气液界面 固定液
0.01k2 (1k)2
dp2 Dg
2 3
k (1k)2
df2 Dl
Cl
小粒度填充物+小分子量载气
降低固定液含量（但是k也减小）；采用比表面积大 的载体（吸附，导致峰脱尾）；提高柱温（增大Dl， 但是减小k）
nm n V2
c
ex p 1
2Vr 2 Vr
8g
16g
8g
阶段3
8g
16g
8g
4g
12g
12g
4g
阶段4
4g
12g
12g
4g
0 12g2 3 4 85g 6 7 8 129g 10 11 182g13 14 1521g6 17
阶段5 2020/5/24
2g
8g
塔1板2g序号 8g
2g
k=0.33and3.00的二组经多次分配后的结果
n e f f1R 6 2 1 2 1 6 1 .5 2 11/0 8 /0 8 0 5 1 0 5 2 154
L n e fH fe f f 15 0 .1 4 1 7c 5m 5
2020/5/24
例：用一根柱长为1 m的色谱柱分离A、B两种物质，其 保留时间分别为14.4和15.4 min，对应的峰底宽分别为 1.07 min和1.16 min（死时间为4.2 min），试计算： 物质A的理论塔板数 分离度R 选择性因子 完 全分离所需的柱长 完全分离所需的时间
响应信号
2020/5/24
分离度（2）
R=0.75 不能分离 R=1.0 互含4%
R=1.5 互含0.3% 完全分离之标准 保留时间 t/min
4-3 分离度及色谱分离方程（2）
R的定义并未反映影响分离度的各种因素， 既未与影响其大小的因素：柱效n、选择因 子和保留因子k联系起来.
2020/5/24
对于GC，增加固定液的用量
或提高柱温，选择合适的k值。
对于LC，改变流动相的组成，
有效的控制k值
分离度与分析时间的关系
tr
t0(1 k)
L (1 k)........(.1) u
n
L H
......................................2( )
R n ( 1)( k )............(3) 4 1k
不同的理论塔板数
2020/5/24
速率理论
—Van Deemter/ 1956
HABCU U
H：单位柱长色谱峰形展宽的程度 A：涡流扩散项 B：分子扩散项系数 C：传质阻力项系数 U : 流动相平均线速
吸收了塔板理论中的板高H概念，考虑了组分在两相间的 扩散和传质过程从动力学角度很好地解释了影响板高（柱 效）的各种因素！（以GC为例讲述）
Vm : 相比 Vs
填充柱：=6~35
毛细管柱： =60~600
tt'r 'r((A B))t'rt(0 B)t'rt(0 A )k kA BK K A B
越大，越容易分离， =1，分离不能实现
2020/5/24
——热力学提出了分离的基本条件
色谱过程动力学
在满足热力学分离基本条件的情况下，如何从动 力学角度优化分离条件，从而实现分离？ 塔板理论 速率理论
2020/5/24
塔板理论（Plate theory）（1）
—詹姆斯/马丁（1941）
小室1
小室2
小室3
四点假设 2020/5/24
小室4
小室1 小室2 小室3 小室4
k=1.0的样品经数次平衡后的结果
溶质/µg 阶段1
小室1
32g 32g
16g
阶段2
16g
小室2
16g 16g
小室3 小室4 小室5
S
0.60h7 2 h/ 2
W1/ 2
W
W 4 W1/2 2.354
用于衡量柱效及反映色谱 操作条件下的动力学因素
t
实际色谱峰是不对称的，通常是拖尾峰，也存在前伸峰
2020/5/24
从色谱流出曲线上可以得到什么信息？
根据色谱峰个数可以判断样品中所含组分的最小个数 根据色谱峰的保留值可以进行定性分析 根据色谱峰高或者峰面积可以进行定量分析 根据色谱峰保留值和区域宽度可评价色谱柱分离效率 可以通过两个色谱峰的距离评价固定相（流动相）的
解： nA1611.04.472 2898R25.44.21.10 14.44.2
L1.501 .8 .5292 7L0.89 72.8m 0
t2.812..081.544.31min
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4-4 色谱法定性及定量
定性
用已知纯物质对照定性 相对保留值r2,1 根据经验公式定性 保留指数（Kovats）定性 与其它方法结合
容量 因子
u suR um m m m m s u u s1 1k
ustL r
uL us t0 t0 u tr
k tr t0 t'r
t0
t0
反映了组分在柱中的迁移速率，又称保留因子；液相色谱中常用k表示
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K 与 k 的关系
k mS
mS VS
VS
cs
VS
K
mm
mS Vm
Vm
cm Vm
色谱过程热力学
色谱分离的热力学本质 样品中各组份在两相中进行了不同程度的作用。 作用表现形式： 范德华力、静电引力等 作用体现形式 分配系数、分配比
2020/5/24