第06章 色谱分析导论_2016

B = 2 Dm , 扩散路径的弯曲因子; Dm, 组分在流动相中的扩散系数(cm2 S-1)
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B + Cu H = A+ u (3) 传质阻力项 C u = (C m + Cs ) u P114
组分(Component) 担体 (Substrate)
dp
df 固定液(Liquid stationary phase)

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Байду номын сангаас
本 章 重 点



色谱流出曲线和术语 基本概念： 保留值（保留时间，保留体积；调整保留时间，调 整保留体积；死时间，死体积） 分配系数，分配比 6.4、6.6、6.7 相对保留值 6.17 分离度及公式 6.30 基本方程： 基本保留方程 6.14、6.16 基本分离方程 6.32 理解范蒂姆特方程 6.26、6.27
两峰明显重叠 两峰达97.7%分离
Rs 1.5
两峰完全分开
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6.3.6 基本分离方程
若假定相邻两组份1,2的峰底宽相等，
n2 a - 1 k’2 Rs = a 1 + k’2 4
它说明了分离度Rs与重要色谱参数n、 k’和α 之间的关系，是色谱法中最重要的方程之一。
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计算分离度； 计算出达到某一分离度所需要的色谱柱长 度？
B + Cu H = A+ u (1) 涡流扩散项 A
A = 2dp , 不规则因子 dp,填充物颗粒的 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.
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B + Cu H = A+ u
B (2)纵向分子扩散项 u
大流速；或低柱温、 相对分子质量大的载气
Vs
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6.3.2 保留值 1. 保留时间，保留体积
调整保留时间，调整保留体积 死时间，死体积
流动相的线速度、体积流速
死体积、保留体积、调整保留体积
Vm = t o Fc ; VR = t R Fc ;
V = VR - Vm
' R
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分配比可直接从色谱图上求得
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3. 相对保留值---定性分析
相对保留值由两组分的热力学性质决定，与 色谱柱的长短粗细无关。
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6.3.3 塔板理论和速率理论
1. 塔板理论

塔板理论将色谱柱假象为一个蒸馏塔，塔内存
在许多块塔板，在每块塔板上，组分分子根据
分配系数在两相间进行分配。
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根据塔板理论，理论塔板数可按下式计算 （ ： P112 ）
tR 2 tR 2 n = 16( ) = 5.54( ) Wb W 1
4
6.1.2 分类
固体吸附剂 固定相 按两相状态 分
固定液（液体/载体）
气相色谱（GC）
流动相
液相色谱（LC）
超临界流体色谱（SFC）
5
吸附色谱 按分离原理 分
分配色谱
离子交换色谱
排阻色谱
6
按固定相的 形式分
柱色谱
填充柱色谱 开管柱色谱 纸色谱
平板色谱
薄层色谱
6.2 色谱法的流出曲线及有关术语
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6.3 色谱分析基本原理
6.3.1 分配过程 1、分配系数K，又称平衡常数，是指在一定的温度 和压力下，组分在两相间达到分配平衡时，组分 在固定相中的浓度Cs与在流动相中的浓度Cm之比， 即：K=Cs/Cm
K值的大小说明组分与两相分子间作用力的大小， K值上升，说明组分与固定相的亲和力大，即组分在柱 中滞留时间长，移动速度慢。 组分在柱中移动速度与其分配系数成反比。 不同组分的分配系数的差异，是实现色谱分离的 先决条件。即两组份K值之比大，是获得良好色谱分离 的关键。
2
tR
'
'
相对保留值由两组分的热力学性质决 定，与色谱柱的长短粗细无关。
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选择性： tR, k’~a 柱 效 ： Wb ~ n、H
综 合 指 标
Rs
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分离度
t R2 - t R1 Rs = Wb2 ) /2 ( Wb+ 1
1
2 t
分离度考虑了保留时间和峰宽度，是一个综合指标：
Rs < 1.0 Rs = 1.0
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B + Cu H = A+ u
小流速；
Cm =
wdp2
Dm 2 q k’df C s = (1 + k’ ) D s
粒度小， 高柱温、 相对分子质量小 的载气
增加担体的比表面积, 减小平均液膜厚度，
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速率理论方程-Van Deemter方程：
（速率理论中塔板高度公式）
2Dm +[ H = 2d p + u
1956 荷兰学者Van Deemter (范第姆特) 针对气液色谱考虑 了色谱分离过程中扩散和传质的动力学因素对色谱柱效的影响， 提出了速率理论。 组分在色谱柱内的展宽受四种动力学过程 的控制： 涡流扩散 / 纵向分子扩散 / 传质阻力 （流动相传质阻力和固定相传质阻力） B = A + + C u H u 29
a2,1 =
t t
' R2 ' R1
=
V
V
' R2 ' R1
目的：讨论固定相对组分的分离能力，又称选择因 子。
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相对保留值与分配系数和分配比的关系
k’=
t R-t o to
t = to
' R
Vs k’= K Vm ' ' K2 k’ 2 t R2 VR2 a2,= = = ' = ' 1 K1 k’ 1 t R1 VR1
2
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达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔 板高度H，色谱柱长L，理论塔板数n
H A
L
理论塔板高度
L H= n
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2. 速率理论 (线性色谱)
一支色谱柱H的大小，不仅取决于各组分在柱中分配的 过程，还取决于同一组分的不同分子，在柱中迁移扩散的差 异所引起的色谱峰展宽，实际得到的是展宽的色谱峰
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试样中的各组分经色谱柱分离后，从柱后流出进入检测器， 检测器将各组分浓度（或质量）的变化转为电压（或电流） 信号，再由记录仪下来，所得的信号强度随时间变化的曲 线，称为色谱流出曲线，也称为色谱峰。
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色谱法的流出曲线及有关术语
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1）基线 当色谱柱中仅有流动相通过而无样品时，检测器所反映 的信号－时间曲线。稳定的基线应该是一条水平直线。 2) 死时间to 不在固定相中分配的物质即非滞留组分进入色谱柱时， 从进样到出现峰顶（即浓度极大）所需的时间为死时间。即 流动相流过色谱柱的时间。
B
wdp
2
Dm
+
2 k’d q f ]u (1 + k’ ) Ds
最高柱效条件 B + Cu H = A+ u
H
C A
Hmim
uopt.
u
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色谱柱分离效能指标
峰宽度 Wb
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色谱柱分离效能指标 选择性 an+1，n （tR, k’）
k2 K 2 a2,1 = ' = ' = tR1 k1 K1
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2、分配比k’ ，在一定温度和压力下，分配达到平衡时， 组分在固定相中的总量Ws和在流动相中的总量Wm之 比。即，k’=Ws/Wm 3、k’和K的关系 K=Cs/Cm=WsVm/ WmVs = Vm
k’
β=Vm/Vs ： 色谱柱相比
Vs k’= K Vm
Vs
（Vm 柱内流动相体积，即死体积，Vs参与分配的固定 相体积） Vm K=k’ = k’ β 在描述色谱分离时， K和k’ 是等效的。
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本章作业 8，13
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s
固定相: 碳酸钙
t
Chromatography
3
1941 Martin和Synge提出液-液色谱理论
1952
1956 1967
James和Martin发展了气相色谱
Van Deemter提出速率理论 Kirkland等研制高效液相色谱法
80年代以后
出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系 列其它色谱分析方法
a 半峰宽 b 峰底宽
W1
2
峰高一半处对应的色谱峰的宽度
Wb 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距
c 标准偏差
s 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 = 2.354s W 1
2
Wb = 4s
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色谱流出曲线的意义：
1 保留值---定性分析 2 色谱峰面积或峰高---定量分析 3 色谱峰的保留值和峰宽---评价色谱柱的 分离效能


将混合样品一次注入色谱柱后，流动相不断 地流入色谱柱，由于样品中各组分随流动相 不断向前移动而在两相间反复进行溶解、挥 发或吸附、解吸。如果各组分在固定相重的 分配系数（表示溶解或吸附的能力）不同， 分配系数大的组分与固定相间的作用力大， 滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速 度慢，后流出柱子。分配系数小的组分则相 反。 各组分被流动相携带移动的速度不等，从而 实现分离。
第六章
色谱法－色谱分析导论
Chapter Six
Chromatography
1
6.1 色谱法及其分类
6.1.1 色谱法概述
色谱法是一种重要的分离分析方法。它 是利用各组分在两相中作用能力不同而达到 分离的目的。 历史： 1906 Tswett 研究植物色素分离，提出色谱 法概念