第15章 色谱分析法导论

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（2）用体积表示的保留值
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· -1） min 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.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） ： 液体为流动相的色谱。 分为 液固色谱（LSC） 液液色谱（LLC） 超临界流体为流动相的色谱为超临界 流体色谱（SFC）。
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3.按分离机理分类 （1）吸附色谱 利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附 能力强弱不同而得以分离的方法。 （2）分配色谱 利用不同组分在固定液（固定相）中不 同的分配系数而达到分离的方法。 （3）离子交换色谱 利用组分在离子交换剂（固定相）上的 亲和力大小不同而达到分离的方法。
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；
浓 度
A B
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臵处的浓度轮廓
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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；
（热力学因素）；②每种组分在流经柱子后发生谱 带扩散分布（动力学因素）。
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2.发展 （1） 1901年，Tswett开始研究。 （2） 1903年3月21日，华沙自然科学生物学 会论文： “一种新型吸附现象及其在 生 物分析上的应用” ，提出用吸附原理 分 离植物色素。 （3）1906年，德国生物学会议，公开展示 “彩色环带的柱管”——“色谱图”。 （4）在随后20多年中，色谱分离法得以广泛
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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。 两个重要特征：①试样中各组分在柱中不等速迁移
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（10）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”； 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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（4）凝胶色谱（或空间排阻）色谱 利用多孔性固定相对大小不同的分子 的排阻作用而达到分离的方法。 又称为空间（尺寸）排阻色谱法。
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GC与LC的区别： ①物质在GC中传输速度快，流动相渗透性 好，可用长柱，分离效率高，分析速度快； 但GC要求样品具有一定挥发性及热稳定性； 气体价格低，仪器相对便宜。 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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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。
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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 映了被测组分的保留特性。
每一峰的峰面积（峰高）——定量。
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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 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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●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。 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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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。
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k k
1 β
m m
s m
VS Vm
K
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 VS 相颗粒间空隙体积。 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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3.分配比与保留值的关系
k
t R tM k2tM k1t M k2 k1
r21 α 21
t R(2) t R(1)



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
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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），因此得名 “色谱法”。 （chromatography）
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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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GC112A型气相色谱仪
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GC2010/日本岛津
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GC190微型便携式气相色谱仪
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LC 2690液相色谱仪
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气相色谱毛细柱
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填充柱
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Waters symmetry色谱柱
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色谱分析流程
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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
⑤每个组分的K不同，选择适宜的固定相来改善 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
组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量 C S VS C m Vm K
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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 组分在固定相中的浓度 组分在流动相中的浓度 CS Cm
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下图是 A、B两组分沿色谱柱移动时，不 同位臵处的浓度轮廓。
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②保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的 时间，称为保留时间。 ③调整保留时间tR´ 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 tR´：由于组分吸附或溶解于固定相中，比流 动相在柱中多滞留的时间。 tR：出柱时间； tR′：与固定相作用时间。
15.1 概述
第十五章 色谱分析法导论