色谱法导论 hgh

两种色谱理论：塔板理论和速率理论
一、塔板理论
在50年代，色谱技术发
展的初期，Martin等人把色
谱分离过程比作分馏过程，并
把分馏中的半经验理论－塔板
理论用于色谱分析法。
塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假
设柱内有n个塔板，每个塔板高度称为理 论塔板高度，用H表示，在每个塔板内， 试样各组分在两相中分配并达到平衡，最 后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼
二、色谱法的分类
1．按两相状态分类：
流动相
液体 液体 气体 气体
固定相
固体 液体 固体 液体
类型
液-固色谱 液-液色谱 气-固色谱 气-液色谱 液相色谱
气相色谱
超临界 流体
超临界色谱
固体
液-固色谱
气相色谱（GC）—气体作流动相
（1）气固色谱：气体作流动相，固体吸附剂作固定相。
（2）气液色谱：气体作流动相，固定液作固定相。
其中β称为相比率，它是反映各种色谱柱型特点的又一 个参数。例如，对填充柱，其β值一般为6～35；对毛细管 柱，其β值为60～600。
④容量因子等于各组分在固定相中停留的时间与
在流动相中的停留时间之比：
t R－t M t R k tM tM
t R tM (1 k )
第三节
色谱法的基本理论
速进样条件下，这种假设大致趋近实际情况。
根据上述假设，将连续的色谱过程分解成间歇动作，色 谱过程与多次萃取过程相似，一个理论塔板相当于一个 两相平衡的小单元。如图所示，色谱柱相当于由大数量 彼此衔接的萃取平衡小单元组成。
根据分配平衡过程考察色谱柱内 溶质分布情况。
0 1 2 3 4 5
设 引 入 色谱 柱 零 号 塔 板上 的 溶 质 为 100个单位重量，溶质在两相分配系数K ＝1，并假设每个塔板内流动相与固定相 体积相等，则分配容量k’=1。假设色谱柱 由5个塔板组成，溶质开始时加在零号塔 板上，并按k’＝1实现分配平衡。 在流动相、固定相内各分布50份溶质。
色谱柱的理论塔板数：n，
则三者的关系为：
n=L/H
(2)每个塔板内溶质分子在两相瞬间达到平衡，且纵向分子扩散可 以忽略。由于流动相不停地移动，分配平衡很难真正实现，这 种假设与实际状况存在一定差距。
(3)溶质在各塔板上的分配系数是一个常数，与溶质在每
个塔板上的量无关，即呈线性分布等温线，对于大多数 分配色谱或样品量很小的其他类型色谱，这种假设是合 理的。 (4)流动相通过色谱柱不是连续的，而是脉冲式的间歇 过程。 (5)溶质开始时加在色谱柱零块塔板上。样品量小，快
吸附能力不同进行分离。
（3）离子交换色谱： 利用不同组分对离子交换剂
亲和力不同进行分离。
（4）凝胶色谱：利用凝胶对分子的大小和形状不同
的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。
3．按操作形式分类：
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
平面色谱
纸色谱 薄层色谱 高分子薄膜色谱
（1）柱色谱：
填充柱色谱—固定相填充到柱管内。
号信
二、色谱图中的基本概念
(一) 基线 操作条件稳 定后，仅有流动相通过 检测器时，仪器检测到 的信号称为基线。 稳定情况下，一条直 线。基线上下波动称为 噪音。
(二) 峰高 h 色谱峰顶
点与基线之间的垂直距 离称为色谱峰高；
(三) 色谱峰区域宽度 1. 标准偏差σ： 即0.607倍峰高处色谱 峰宽度的一半； 2. 半峰宽：
②容量因子(分配比，k)
在实际工作中，也常
用容量因子(分配比)来表征色谱分配平衡过程。 分配比是指在一定温度和压力下，组分在两相间 分配达到平衡时的质量比：
组分在固定相中的质量 ms k 组分在流动相中的质量 mM
③ 容量因子与分配系数的关系:
mS cs VS K k mm cm Vm
t V
R R 2 2 2.1 t V R R 1 1
选择因子α
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．此时，ri,s可能大于1，也可能小于1．在多元混 合物分析中，通常选择一对最难分离的物质对，将它 们的相对保留值作为重要参数．在这种特殊情况下， 可用符号α表示： tR 2 tR 1
(五) 分配系数与容量因子
1.分配过程 物质在固定相和流动相之间
发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程，
叫做分配过程。
分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之间 反复多次地分配过程，而吸附色谱的分离是基于反复多次地 吸附-脱附过程。这种分离过程经常用样品分子在两相间的 分配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数。
色谱分离法一定是先分离,后分析
特征
一定具有两相:固定相和流动相 分离：利用组分在两相中分配系数或吸附能力 的差异进行分离
随着被分离样品种类的增多，该方法广泛地用于无色物 质的分离，“色谱”名称中的“色”失去了原有的意义， 但“色谱”这一名称沿用至今。
优点：“三高”、“一快”、 “一广” 高选择性——可将性质相似的组分分开 高效能——反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果 高灵敏度——10-11~10-13g，适于痕量分析 分析速度快——几~几十分钟完成分离 一次 可以测多种样品 应用范围广——气体，液体、固体物质 化学衍生化再色谱分离、分析 缺点： 对未知物分析的定性专属性差 需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)
2. 分配系数
①在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡 时的浓度比称为分配系数K：
组分在固定相中的浓度 c S K= ＝ 组分在流动相中的浓度 c M
一定温度下,组分的分配系数K越大，出峰越慢；
试样一定时，K主要取决于固定相性质（GC）；
每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。
毛细管柱色谱—把固定相涂在毛细管内壁上。
（2）纸色谱：滤纸为固定相的色谱法，流动相是含一定比
例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。
（3）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。
第二节 色谱流出曲线及有关概念
一、色谱流出曲线（色谱图）
混合物样品（A+B）→色谱柱中分离→检测器→记录下来。 组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所产生的信号随 时间变化，所形成的曲线叫色谱图。 记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线。
液相色谱(LC)—液体作流动相
（1）液固色谱：液体作流动相，固体吸附剂作固体相。 （2）液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。
Байду номын сангаас
超临界液体色谱—超临界流体作色谱流动相。
2、按分离机理分类
（1）分配色谱：利用不同组分在两相分配系数或溶
解度不同进行分离。
（2）吸附色谱：利用吸附剂表面对被分离的各组分
t’R— 扣 除 了 死 时
间的保留时间。 t’R=tR-tM 又称校正
t’R
保留时间，实际保
留时间。 t’R体现的是组分在 柱中被吸附或溶解 的时间。
保留时间可用时间单位（如s）或距离 单位（如cm）表示。
保留时间是色谱法定性的基本依据，但 同一组份的保留时间常受到流动相流速的影 响，因此色谱工作者有时用保留体积等参数 进行定性检定。
W1 2 2 2 ln 2 2.355
3. 峰底宽度(基线宽度)
W b = 4σ
色谱峰的区域宽度是组份在色谱柱中谱带扩张的 函数，它反映了色谱操作条件的动力学因素．
(四) 保留值 1. 时间表示的保留值
①死时间 t M
②保留时间 t R
③调整保留时间 t
′ R
1）、 死时间t0或tM：不被固定相吸附或溶解的组分 流经色谱柱所需的时间。从进样开始到柱后出现 峰最大值所需的时间。 气相色谱—惰性气体（空气、甲烷等）流出 色谱柱所需的时间。 tM
3）、调整保留体积V’R：扣除了死体积的保留体积，真实 V’R= t’RFc = VR -V M
的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相体积。
V0、t0与被测组分无关，因而V’R . t’R更合 理地反映了物质在柱中的保留情况。
3、相对保留值r2.1或ri ,s
某组份2的调整保留值与组份1的调整保 留值之比，称为相对保留值：
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
第十九章
An introduction to chromatography
一、色谱法的起源、发展及定义
1、色谱法的起源
色谱法是一种分离技术，它是俄
国植物学家茨维特(M.Tsweet)1906 年提出的。在分离植物叶子中的色 素时，将叶片的石油醚（饱和烃混 合物）提取液倒入玻璃管中，柱中 填 充 CaCO3 粉 末 （ CaCO3 有 吸 附 能 力)，用纯石油醚洗脱（淋洗）。
式中tR2′为后出峰的调整保留时间，所 以这时α总是大于1的 。
从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息：
(1)根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含 组分的最少个数． (2)根据色谱峰的保留值(或位置），可以进行 定性分析． (3)根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量 分析． (4)色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱 柱分离效能的依据． (5)色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流 动相)选择是否合适的依据．