色谱分析法概述

③不饱和化合物比饱和化合物的吸附能力强，分子 中双键数越多，则吸附能力越强。 ④分子中取代基的空间排列对吸附也有影响。 常见化合物的吸附能力有下列顺序： 烷烃＜烯烃＜卤代烃＜醚＜硝基化合物＜叔胺 ＜酯＜酮＜醛＜酰胺＜醇＜酚＜伯胺＜羧酸
三、离子交换色谱法
(一)、分离原理： 利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。 (二)、固定相和流动相： 固定相是离子交换剂。 流动相大都是一定pH值和离子强度的缓冲溶 液，有时也加少量有机溶剂，如乙醇、四氢呋喃、 乙腈等。 (三)、影响保留行为的因素： 1.溶质离子的电荷和水合半径： 价态↑选择性系数↑，同价离子，水合半径 ↑，选择性系数↓。
B—分子扩散系数；
C—传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数）。 该式从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种因素！任 何减少方程右边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。
二、色谱法的分类：
三、色谱法的发展趋势 • ①新型固定相和检测器的研制
• ②色谱新方法的研究 • ③色谱联用技术的开发
• ④色谱专家系统的开发
四、色谱分析法的特点
• • • • • 1.选择性高 2.灵敏度高 3.效能高 4.分析速度快 5.应用范围广
总结：
• 1.色谱：混合色素被分为不同色带的现像。（像
其中，fs为0.05倍色谱峰高处的色谱峰宽；A，B分别为在该处的色谱峰 前沿与后沿和色谱峰顶点至基线的垂线之间的距离。
fs>1.05 fs<0.95
拖尾峰 前延峰
0.95<fs<1.05 正常峰
(二)保留值:
1.保留时间(tR):进样后某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔 =某个组分进入色谱柱开始到色谱峰顶点的时间间隔 =组分质点通过色谱柱所需要的时间(在柱内运行的时间) 2.死时间(t0): 不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间 =流动相流经色谱柱所需要的时间
用调整保留体积定性结果 较为准确，但用调整保留时间 定性，结果更加直观。则通常 用调整保留时间定性。
7.相对保留值：
r1, 2
t 2 R t1 R

VR2 VR1
8.保留指数：Ix
I x 100[ z n lg t ( x ) lg t ( z ) R R lg t ( z n ) lg t ( z ) R R
四、空间排阻色谱法
(一)、基本原理：
根据被分离组分分了的线团尺寸而进行分离
(二)、固定相和流动相：固定相为多孔凝胶。 流动相必须能够溶解试样，同时能润湿凝胶。水溶性 用水，非水溶性一般用四氢呋喃、氯仿、甲苯和二甲基甲 酰胺。 (三)、保留体积与渗透系数的关系：
VR＝Vm(1+KpVs/Vm)
该式表明分子线团尺寸大的组分，其渗透系数小，保 留体积也小，因而先被洗脱出柱。
MS k MS Mm VS MS Vm VS Vm cs VS K cm Vm
式中β为相比。
填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。 容量
因子越大，保留时间越长。
容量因子 k 的求算： (1)组分滞留因子：
Rs 组分线速度 流动相线速度 us u mm mm m s 1 1 k
（五）、分离度(Resolution, R) 同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标。也 称总分离效能指标或分辨率。其定义为：
R t R2 t R1 1 2 (W1 W2 ) 2(t R2 t R1 ) W1 W2
利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度R。
R 越大，相邻组分分离越好。当R=1.5时，分离程 度可达99.7%，因此R=1.5通常用作是否分开的判据。
4.保留体积(VR):由进样开始到某个组分在柱 后出现浓度极大时,所需通过色谱柱的流动 相的体积.VR=tR· C(FC流速,mL/min) F 5.死体积(V0):由进样器至检测器的流路中未 被固定相占据的空间. V0=t0· C F 6.调整保留体积(VR’):是由保留扣除死体积后 的体积. VR’= VR- V0
(2)又，
us L tR
，u
L t0
(3)因此：
t R t0 (1 k )或k
t R t0 t0

tR t0
'

VR V0
'
(二)色谱分离的前提：
△tR=tRA-tRB=t0(KA-KB)Vs/Vm=t0(kA-kB)
迁移速度不同→分配系数不同→容量因子不同
第三节
基本类型色谱方法及 分离机制
第四节
色谱基本理论
一、 塔板理论（Plate theory)
1952年，Martin等人提出的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。
(一)、塔板理论假定：
1）塔板之间不连续； 2）试样和新鲜流动相都加在0号塔板上， 且塔板之间无纵分子扩散； 3）组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡， 达一次平衡所需柱长为理论塔板高度H； 4）某组分在所有塔板上的分配系数相同； 5）流动相以不连续方式加入，即以一个一
一束光线通过棱镜时被分成不同色带的光谱现象 一样）
• 2.色谱法：将待分析样品的各组分一一进行分离，
然后顺序检测各组分的方法。
• 3.色谱法基本组成部分：固定相和流动相。 • 4.色谱法的用途： 分离（实质）
分析
第二节 色谱过程和基本原理
一、色谱过程：
return
二、色谱分离的基本原理
1.组分移动速度低于流动相 证明：各组分和固定相存在一定的化学亲和力 2.各组分移动速度不同 证明：各组分和固定相的亲和力大小不同
常温下稀溶液中阳离子在强酸性阳离子 交换树脂上的交换顺序为：
Fe3+>Al3+>Ba2+≥Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+ >Cd2+≥Cu2+ ≥Co2+ ≥Mg2+ ≥Zn2+ ≥Mn2+>Ag+>Cs+>Rb+>K+ ≥NH4+>Na+>H+>Li+
*弱酸性阳离子交换树酯的基团离解受溶 液中H+的抑制，所以H＋的交换能力很强， 甚至大于二价、三价阳离子。
② 20世纪30到40年代出现了薄层色谱和纸色谱. ③ 1941年,马丁和辛格提出用气体代替液体的可能性, 出现了分配色谱,还提出了著名的塔板理论,并于1952 年获得了诺贝尔奖. ④ 1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附的研究而 获得了诺贝尔奖. ⑤ 20世纪60年代,范第姆特(Van Deameter)提出速率 理论;同时代出现了气质联用技术;70年代高效液相色 谱飞速发展;之后,产生了超临界流体色谱、毛细管电 色谱等等。
常见阴离子在强碱性阴离子交换树脂上的交 换顺序为：
柠檬酸根>PO43->SO42->I->NO3->SCN->NO2>Cl->HCO3->CH3COO->OH->F2.离子选择剂的交联度和交换容量：交联度↑交换容 量越大↑保留时间↑。 3.流动相组成和pH：交换能力强的离子组成的流动 相有较强的洗脱能力 调节pH值的作用主要体现对弱电解质离解的控制， 溶质的离解受到抑制则保留时间变短。
Chapter.16
色谱分析法概述
信建豪
第一节 色谱法的历史、分类和发展
一、色谱的历史
① .1903年，俄国植物学家Mikhail Tswett 最 先发明。他采用填充有固体CaCO3细颗粒的玻璃柱，
将植物色素的提取物加于柱顶端，然后以溶剂淋洗，被
分离的组份在柱中显示了不同的色带，他称之为色谱。
(希腊语中 “chroma”=color; “graphein”=write )。
个的塔板体积加入。
当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较 少，流出曲线呈峰形，但不对称；当塔板数n>50时，峰形 接近正态分布。
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为：
n = L / H
理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n 5.54(
tR W1/ 2
]
（三）色谱峰高和峰面积 （定量）：
1.峰高(h): 组分在柱后出现浓 度极大时的检测信号，即 色谱峰顶至基线的距离。 2.峰面积(A): 色谱曲线与基线间 包围的面积。
(四)色谱峰区域宽度：
1.标准差(σ) : 正态色谱流出曲线上两拐点距离的一半。正 常峰， σ为0.607倍峰高处的峰宽. 2.半峰宽(W1/2): 峰高处一半的峰宽。W1/2＝2.355 σ 3.峰宽(W): 通过色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得 的距离。 W＝4σ 或W＝1.699 W1/2
一、分配色谱：
(一)、分离原理：利用被分离组分在固定相或流动相
中的溶解度差别而实现分离。 (二)、固定相和流动相：固定相为液体（固定液）流动 相可为气体可为与固定液不相溶的液体。 正相分配色谱：流动相的极性弱于固定相的极性 反相分配色谱：流动相的极性强于固定相的极性
(三)、洗脱顺序：
正相色谱：
极性弱的先被洗脱，极性强的后被洗脱。
定向力 诱导力 色散力 氢键 超分子作用
化学亲和力
三、色谱流出曲线和基本概念
(一)色谱流出曲线和色谱峰: 1.色谱流出曲线：由检测器输出的电信号强度对时间所绘制的曲线
（色谱图）
2.基线：在操作条件下，没有组分流出时的色谱流出曲线。 3.色谱峰：流出曲线上的突起部分。（对称形正态分布曲线）
对称因子： fs=W0.05h/2A=(A+B)/2A
) 百度文库6(
2
tR W
)
2
(二)、有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数 和有效塔板高度：
n 5.54(
tR W1/ 2
tR
'
) 16(
2
tR Wb
tR Wb
'
)
)
2
n有效 5.54( H 有效
R=0.75
响应信号
R=1.0
R=1.5
保留时间 t, min
三、分配系数与色谱分离
(一)容量因子与分配系数
分配系数K：组分在两相间的浓度比；
容量因子k：平衡时，组分在各相中总的质量比；k=Ms / Mm Ms为组分在固定相中的质量，Mm为组分在流动相中的质量。 容量因子k与分配系数K的关系为：
反相色谱：
极性强的先被洗脱，极性弱的后被洗脱。
二、吸附色谱法
(一)、分离原理： 利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差 别而实现分离。 (二)、固定相和流动相： 固定相为吸附剂。流动相根据溶剂强度ε°选择。 (三)、洗脱顺序 1.吸附规律：
①饱和碳氢化合物为非极性化合物，一般不被吸附。
②基本母核相同的化合物，分子中引入的取代基的极性 越强，则整个分子的极性越强，吸附能力越强；极性基团 越多，分子极性越强。
二. 速率理论（Rate theory）
1956年，荷兰化学工程师van Deemter提出了色谱过程 动力学速率理论：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，从而给出了van Deemter
方程：
H A B u Cu
u 为流动相线速度； A，B，C为常数，其中 A—分别表示涡流扩散系数；
=组分在流动相中所消耗的时间
3.调整保留时间(tR'): 扣除死时间后的保留时间. tR′=tR-t0
t0
总 结
试样通过色谱柱所消耗的时间tR实际上由两部分组 成:一部分由于组分与固定相之间相互作用而引起组分在 柱内滞留所消耗的时间,即组分在固定相上滞留时间tR’; 别一部分是由于组分在柱内流动相所占的空间内运行所 消耗的时间t0.故tR’反映了组分与固定相之间的作用,t0反 映了柱内流动相所占的体积大小,而与组分性质无关.
) 16(
2
2
W1/ 2 L n有效
(三)、有关塔板理论的说明： 1）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； 2）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。 3）塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程、导出流出 曲线的数学模型、解释了流出曲线形状和位置、提出了计算和评价 柱效的参数。 4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的 实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。 但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它 动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释： 峰形为什么会扩张？ 影响柱效的动力学因素是什么？