仪器分析教案第七章色谱法

的截距叫峰底宽(Y)；简称峰宽；
峰高一半处色谱峰的宽度叫半峰宽(Y1/2)。
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。 a、峰底宽 Y = 4σ=1.70 Y1/2 b、半高峰宽 Y1/2=2.355σ c、标准偏差峰宽 Y0.607h=2σ
08:44:00
例4.2.1
已知记录纸的速度是2.5cm· -1 ，测得 min
08:44:00
1954年我国研究成功第一台色谱仪
1957年Martin & Golay 发明毛细管色谱 1959年Porath & Flodin 发明凝胶色谱 1960年液相色谱技术完善 色谱法(chromatography)：以试样组分在固定相和 流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲 和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方 法称色谱法。 是借助色谱分离原理而使混合物中各组分分离的技 术；将色谱分离技术应用于分析化学，称为色谱分 析。
质量浓度(g· -1) mL
K↑ 溶解度或吸附能力 ↑， 组分在固定相中的量
↑，在气相中的量↓。 K↑ 进入固定相的组分↑，组分在固定相中滞留
的时间越长，流出色谱柱所需的时间也就越长。
08:44:00
（2）分配比(k)
定义：分配比是在一定温度、压力下，组分在两相 间达到分配平衡时，两相间组分的质量比：
☆☆式中：U为流动相平均线速度；
A为涡流扩散项；
B/U为分子扩散项；
CU为传质阻力项。 减少A，B/U，CU三项的值，可以降低塔板高度量， 减少色谱峰的扩张，提高柱效。
08:44:00
tR 2 5.7 2 n 16( ) 16( ) 1444 Y 0.6
L 210 cm H 0.145 cm 1.45mm n 1444
答：塔板高度为1.45mm。
08:44:00
有效塔板数（neff）的计算公式为；
neff t t 2 2 R 5.54 ( ) 16 ( R ) wh / 2 w
某色谱峰的峰底宽度为3.2cm，用时间表示的色谱 峰宽度为多少?
解：
3.2cm÷(2.5cm· -1)＝1.28min min
答：色谱峰的宽度为1.28min。
08:44:00
⑤保留值
表示被测组分从进样到色谱柱后出现浓度最大值所 需要的时间(或所需载气的体积)，叫做保留值。 ★ ★保留时间(tR):是指被测组分从进样开始到柱 后出现浓度最大值时所需的时间。
1907年在德国生物会议上第一次向世界公开展示 显现彩色环带的柱管
1935年Adams and Holmes 发明了苯酚-甲醛型离 子交换树脂，进一步发明了离子色谱
1938年Izmailov 发明薄层色谱 1941年Martin & Synge 发明了液-液分配色谱 1944年Consden,Gordon & Martin 发明纸色谱 1952年Martin & Synge 发明气-液色谱 1953年Janak发明气-固色谱 1954年Ray发明热导检测器
08:44:00
④分析速度快
一般分析可在几分到几十分内可以完成，某些快速 分析1s内可以分析数个组分。
08:44:00
二、气相色谱法的基本概念
1．色谱常用术语
①色谱图
试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过
检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转
变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号——
用。
(3)色谱分离是一种非常有效的提纯物质的技术，
常用于制备分离，得到高纯样品。
(4)色谱—质谱联用仪已成为研究分子结构的重 要手段。
08:44:00
第二节
气相色谱分析理论基础
一、气相色谱法的特点
①高效能 填充柱都有几千块理论塔板
毛细管柱可达104 块～105 块理论塔板，可以分析沸 点十分相近的组分和极为复杂的多组分混合物 ②高选择性
• 理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的 保留时间（tR）和峰底宽（Y）或半峰宽 （ Yh/2 ）按下式推算：
tR 2 n 16 ( ) 或 Y
tR 2 n 5.54 ( ) Yh
2
保留时间越长，Y或Y1/2越小，色谱峰越窄， 理论塔板数越多，组分在两相间达到分配平 衡的次数也越多，分离能力越强，柱效也就 越高。
VR′= t0′· qv,0
08:44:00
★相对保留值( 2,1 ) 表示组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比：
1, 2
t , 2 VR , 2 R t ,1 VR ,1 R
2,1 值越大，两组分的色谱峰相距越远，分离得
越好
08:44:00
2.分配系数与分配比
Heff=L/neff
1+k n= k
2
• neff
有效塔板数扣除了死时间的影响 ，通常用 （neff ）来评价柱的效能,较为真实地反映了 柱效能的好坏,比较符合实际。 neff 越大或 Heff越小，则色谱柱的柱效越高。
08:44:00
• 塔板理论的特点 • 优点：理论直观，能解释流出曲线的形 状和浓度极大点(色谱峰)的位置，应用广 泛。 • 缺点：理论建立在几点假设之上，不能 解释塔板高度量受哪些因素的影响，也 不能指出降低塔板高度的途径。
08:44:00
三、气相色谱法的基本理论
1.塔板理论（ Martin and Synge 1941）
七点假设： 将一根色谱柱视为一个精馏塔
色谱柱是由一系列连续的、水平的塔板构成
每一块塔板的高度为H 组分气体以脉冲的方式进入塔板 组分在每一块塔板上迅速达到分配平衡 分配系数在各塔板上是常数
Vm / Vs
相比：表示流动相体积与固定 相体积之比
08:44:00
• 3.谱分析的实验依据：
• ①根据色谱峰的位置（保留时间）可以进行定 性分析。 • ②根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析。 • ③根据色谱峰的展宽程度，可以对某物质在实 验条件下的分离特性进行评价。 • 相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流 动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种 类有关。 当ri，s =1时两个组分不能分离。
组分在流动相中停留的时间 + 在固定相中所停留的
时间
08:44:00
★ ★调整保留时间(tR′)：组分的保留时间与死
时间的差值：
tR′=tR-t0
它表示与固定相发生作用的组分比载气在色谱柱中
多滞留的时间，实际上是组分在固定相中所滞留的 时间。 ★ ★死时间（t0 ）：不与固定相作用的组分（空气） 从进样到柱后出现浓度最大值所需要的的时间。
第七章 气相色谱分析
• • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 色谱分析法概述 气相色谱分析理论基础 气相色谱分离操作条件的选择 气相色谱检测器 气相色谱定性、定量分析 色谱——质谱联用技术简介
08:44:00
第七章 气相色谱分析法
introduction 第一节 色谱分析法概述 The summarization of chromatography
08:44:00
2.速率理论（J. J. Van Deemter 1956）
速率理论认为，单个组分粒子在色谱柱内固定相和 流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动 途径等因素，它在柱内的运动是高度不规则的，是 随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。
08:44:00
范第姆特方程式：
H=A+B/U+CU
定义：组分在固定相和流动相之间发生的吸附与解
（脱）附或者溶解与挥发的过程叫分配过程。
（1）分配系数(K):在一定温度、压力下，当组 分在流动相和固定相两相中达到分配平衡时，组 分在两相中的浓度之比，称为分配系数(K)。
08:44:00
K s / m
组分在固定相中的 组分在流动相中的 质量浓度(g· -1) mL
08:44:00
二、色谱方法的分类
1.定义
色谱是一种分离技术.
色谱柱：进行色谱分离用的细长管。 固定相：管内保持固定、起分离作用的填充物。 流动相：流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。
08:44:00
2.色谱法的分类(三种)
（1）按两项存在的物理状态分类 ①根据流动相的物态： 气相色谱法(GC) 液相色谱法(LC) ②根据固定相的物态： 气-固色谱法 气-液色谱法 液-固色谱法 液-液色谱法
可分离同系物、同分异构化合物。
08:44:00
③高灵敏度
可以检测出10-11g～10-13g物质 痕量杂质分析：可以测出超纯气体、高分子单体、 高纯试剂中质量分数为10-6～10-10数量级的杂质 大气污染物分析：可以直接检出质量分数为10-9 数 量级的痕量毒物 农药残留物的分析：可以检出农副产品、食品、水 质中质量分数为10-6～10-9数量级的氯、硫、磷化合 物
时间变化的曲线。
08:44:00
③色谱峰高和峰面积
峰高(h)：峰高h指色谱峰最高点到基线的距离，一
般用cm为单位。
峰面积(A)：峰高与峰底宽之间的乘积称为峰面积
(peak area)，用A表示。
08:44:00
④峰的区域宽度： 峰宽(Y)与半峰宽[Y1/2) 从色谱峰两侧的转折点(拐点)作切线，在基线上
气体的纵向扩散可以忽略不计
08:44:00
• 塔板理论认为，一根柱子可以分为n段， 在每段内组分在两相间很快达到平衡，把 每一段称为一块理论塔板。 • 设柱长为L，理论塔板高度为H，则 • H=L/n • 式中n为理论塔板数。 • 同长度的色谱柱塔板数越多，塔板高度H 越小，分离效果越好。
08:44:00
俄国植物学家Tswett
于1901年发现：利用
吸附原理分离植物色
素
1903年发表文章：On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis 1906年Tswett 创立“chromatography”—“色谱法”新 名词 08:44:00
一、色谱分析法的历史
The history
二、气相色谱分析
Gas chromatography
三、课程的学习方法
learning method of the course
四、参考资料
references
08:44:00
美国气相 色谱仪
HP高压液 相色谱仪
国产气相色 谱仪
08:44:00
一、色谱分析法的历史
08:44:00
例2.2
某色谱柱长2.1m，测得某组分的保留时间
为5min42s，在色谱纸上量得色谱峰的宽度为1.2cm， 已知纸速为2cm· -1，求塔板高度。 min 解：将色谱峰的宽度换算成时间：
1.2cm Y 0.6 min 1 2.0cm min
42 s t R 5 min 5.7 min 1 60 s min
k=ms/mm
分配比又称为容量因子或容量比
分配比k的大小由下式计算：k=tR`/t0
通过实验来测定分配比k的数值
k 值越大，保留时间越长。 k =0的组分，其保留时
间即为死时间。
08:44:00
（3）分配系数与分配比的关系
s m s / Vs Vm K k k m mm / Vm Vm
08:44:00
（2）按固定相使用的形式分类 ①柱色谱、 ②纸色谱、 ③薄层色谱 （3）按分离机理分类 ①吸附色谱、②分配色谱、③离子交换色谱、 ④凝胶色谱
0Байду номын сангаас:44:00
三、色谱法的特点（后）
(1)高选择性
(2)高效能
(3)高灵敏度
(4)分析速度快
08:44:00
四、色谱法的应用
(1)色谱分析广泛应用于极为复杂的混合物成分 分析； (2)液相色谱法，在糖类、氨基酸、农药、染料、 贵金属、有机金属化合物等方面得到了广泛的应
08:44:00
★ ★死体积（V0 ）：不与固定相作用的组分从进样 到柱后出现浓度最大值所需要的载气体积。若载气 的体积流量为qv,0，则死体积为 V0= qv,0 ·0 t
★ ★保留体积（VR ）：从进样开始到柱后出现浓度 最大值所需要的载气体积
VR= qv,0 ·R t
★ ★调整保留体积（ VR′ ）：指扣除死体积后的保 留体积
时间的变化曲线，称为色谱流出曲线。
08:44:00
08:44:00
08:44:00
08:44:00
②基线
在操作条件下，没有试样进入检测器，只有纯流动 相进入检测器时的流出曲线，记录仪记录的是一条 直线，这条直线称为基线。 噪音：使基线发生细小的波动的现象
基线是在实验操作条件下，反映检测器系统噪声随