第15章-色谱分析法导论S

分为填充柱色谱和空心毛细 管柱色谱。 （2）平板色谱：固定相呈平板状的色谱。 它又可分为薄层色谱（固定 相压成或涂成薄膜的色谱） 和纸色谱（固定相为滤纸的 色谱）。
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2.按两相状态分类（使用最普遍） （1）气相色谱（GC）：
流动相是气体的色谱。 分为 气固色谱（GSC）
气液色谱（GLC） （2）液相色谱法（LC） ：
分离效果； ⑥试样中不同组分在相同分离条件下，K不同，
得以分离。
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2.分配比k′（分配容量或容量因子）
分配比又称容量因子，它是指在一定温度和 压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配 在固定相和流动相中的质量比。即
k
组 组
分 分
在 在
固 流
定 动
相 相
中 中
的 的 mm 质 质ms 量 量
k CS VS K VS K1
①死体积VM 指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所 剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空 间以及检测器的空间的总和。
当后两相很小可忽略不计时，死体积可由死 时间与色谱柱出口的载气流速Fo（cm3·min-1） 计算。 VM = tM Fo
VM反映了柱和仪器系统的几何特性，与 被测组分的性质无关。
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②保留体积VR 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。
VR= tR Fo 载气流速越大，保留时间降低， VR不变
—VR与载气流速无关。
③调整保留体积VR
某组分的保留体积扣除死体积后的保留体积。
VR = VR VM = tR Fo 同理： VR与载气流速无关，并更合理地反
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3.分配比与保留值的关系
k tR tM
r21
α21
tR tR
(2)
(1)
k2tM k1tM
k2 k1
K2 K1
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讨论： ①K和k′除与组分及固定相的热力学性质有关外，
还随柱温、柱压的变化而变化。 ②K只与组分和两相性质有关，与两相体积无
关。而k′又称容量因子、分配容量、容量比， 其随固定相的量的增加而增大。 ③ k′越大，保留时间越长。
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3.峰高h 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表 示。用纸高（mm）或电信号大小（mv或mA） 表示。
4.峰的区域宽度 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参 数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条 件的动力学因素。 表示色谱峰区域宽度通常有三种方法。
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①标准偏差 即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半（即拐点峰
k′= 0， tR´= 0，tR= tM
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15-3 色谱分析的基本理论
试样在色谱柱中的分离过程包括两方面： 热力学 — 各组分在两相间的分配情况 （tR由K决定） 动力学 — 各组分在两相间的传质情况 （Y1/2）
一、塔板理论
塔板理论：1941年，Martin提出的半经验热 力学理论。 —— 给出衡量柱效的指标
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色谱图
Y
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二、色谱图基本术语
1.基线 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。
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2.色谱峰 组分浓度随时间变化的曲线。 如果进样量很小，浓度很低，在线性范围内， 则色谱峰是对称的。标准的色谱峰为正态分 布曲线。
每一色谱峰至少代表一个组分； 每一峰的峰值出峰时间——定性； 每一峰的峰面积（峰高）——定量。
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三、分配平衡
★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，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。
Golay柱（1957年）为易碎的玻 璃柱，长8~10~100m ；
石英毛细柱φ0.1、0.22、0.32、0.53mm
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●进口色谱仪器品牌有： HP（安捷伦）、Waters、岛津、戴安
●国产仪器有： 北分（SP）、上分、鲁南
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二、色谱法分类
1.按操作（固定相使用）形式分类 （1）柱色谱：固定相装于柱内的色谱法。
15-1 概述
一、色谱法的由来与发展
1.由来 色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特 (Tswett）分离植物色素时提出。 Tswett在研究植物叶的色素成分时，将植物叶 子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内， 然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中 各种组分互相分离，形成
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各种不同颜色的谱带。 在玻璃管上，每一种 色带即为一种色素 （完全分离）。色带 犹如光谱分析中的谱 线（带），因此60年代，各国相继出版了有关色谱教科 书及专著—色谱成为一门独立 学科。
（11）1962年，超临界流体色谱技术— SFC （12）80年代，毛细管电泳色谱— CEC
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• 仪器的发展 ☆ 1955年，美国商品色谱仪出现； ☆ 1957年，日本商品色谱仪出现； ☆ 1960年，美国液相色谱仪，Waters ☆ 1979年，“弹性石英毛细柱”；
宽的一半） 。 = ½ Y0.607h
②半峰宽Y1/2 即峰高一半处对应的峰宽。它与标准偏差的
关系为 Y1/ 2 = 2.355
③峰底宽度Y（基线宽度） 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间 的距离。
它与标准偏差的关系是 Y = 4
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Y0.607h = 2σ Y = 4σ Y1/ 2 = 2.355σ Y ≠ 2 Y1/ 2
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把色谱柱比作 一个分馏塔， 引入理论塔板 数（n）作为衡 量柱效率的指 标，即色谱柱 是由一系列连 续的、相等的 水平塔板组成。
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1.塔板理论的建立
①在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间 迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板 高度H。
②以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续 进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板 体积（ΔVm）。
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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， 即 = tR (i) / tR (s) 式中tR (i)为后出峰的调整保留时间，所以
总是大于1的。 相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的 指标，又称选择因子。
当=1时，两组分永不分离； 越大，分离的越好。
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6.色谱保留值 —各种组分在柱上的滞留情况
（1）时间表示的保留值 ①死时间tM
不被固定相吸附或溶解的物质（空气或甲烷） 进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需 的时间称为死时间。它正比于色谱柱的空隙 体积。 测定流动相平均线速ū时，可用柱长L与 tM 的 比值计算 即 ū = L / tM
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分配平衡：一定温度（TC）下，组分在流动 相和固定相间作用达到的平衡。
1.分配系数K 指在一定温度和压力下，组分在固定相和流 动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即
K 组 组分 分在 在流 固动 定相 相中 中的 的浓 浓 CCmS度 度
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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。
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离与分析中。 （5）1952年，Martin（英）发明了GL分配色
谱—诺贝尔化学奖。 （6）1954年，Ray发明了TCD检测器。 （7）1956年，Van.Deemter（荷）提出速率方
程理论。 （8）1957年，Golay（美）发明了玻璃毛细柱
（φ＜1mm）。
（9）几年后，Mcwillian（澳）发明了 FID。 Lovelock（英）发明了ECD。
②LC的流动相为色谱纯液体，需用高压恒流 泵传输，造价高，有机溶剂为流动相，价高、 消耗量大，仪器昂贵，但只要样品具有一定 的溶解性即可用LC分析。
一般，GC可分析15%～20%的有机物；
LC可分析70%～80%的有机物。
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15-2 色谱图及色谱常用术语
一、色谱图 —色谱流出曲线和色谱峰
色谱柱后流出物通过检测器时，系统所产生 的输出响应信号强度（R）对时间（tR）或流 动相流出体积（VR）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。 响应信号—电压（mv）或电流（mA）
Cm Vm
Vm
β
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式中：
①β为相比：反映色谱柱柱型及结构的参数。
填充柱相比约6～35；毛细管柱的相比约 50～1500。 ② β V，M VM为流动相体积，即柱内固定
V相S 颗粒间空隙体积。 VS为固定相体积，其中，GSC中为吸附剂表 面容量，GLC中为固定液体积。
③空气或甲烷的ms=0， ∴ k′= 0
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名称： (1)固定相（stationary phase）
在色谱法中，填入玻璃管或不锈钢管 内静止不动的一相（固体或液体）。 (2)流动相（mobile phase） 携带试样混合物流过固定相的流体（气体 或液体）。 (3)色谱柱（column) 装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）
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色谱法分离过程： 当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定 相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与 固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一 推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不 同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。与适当 的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与 检测。
浓 度
AB
KA＞KB
A
B
沿柱移动距离L 溶质A和B在沿柱移动时不同位置处的浓度轮廓
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★分配系数的要点：
①K值与组分性质、固定相性质、流动相性质、 分离温度有关的参数；
②一定TC下，K越大，出峰越慢； ③提高TC ，组分在固定相中浓度降低，tR变小； ④K=0的组分，不被固定相保留，最先流出； ⑤每个组分的K不同，选择适宜的固定相来改善