仪器分析 (第三版 魏培海)第六章 色谱分析法导论

液相色谱
气体 气体
固体 液体
气-固色谱 气-液色谱
气相色谱
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2．按固定相的固定方式
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
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3．按分离机制分
➢ 分配色谱：利用分配系数的不同 ➢ 吸附色谱：利用物理吸附性能的差异 ➢ 离子交换色谱：利用离子交换原理 ➢ 空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同
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一、 色谱流出线
从进样到被测组分流出色谱柱进入检测 器连续测定，得到的检测信号随时间变化 的曲线称为色谱流出曲线或色谱图。
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二、色谱术语
1．基线：操作条件稳定 后，无样品通过时检测器 所反映的信号一时间曲线。
它反映检测器系统噪 声随时间变化。稳定的基 线是一条直线。
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2．色谱峰：从被测组分开始进入检测器至完全 流出检测器所形成的峰型部分称色谱峰。基 线与色谱峰组成了一个完整的色谱图。 色谱峰
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例题1： 在柱长为2m的5%的阿皮松柱、柱温为 1000C，记录纸速度为2.0cm/min的色谱条件下， 测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm，
求理论塔板数。
解(1) ：
0.2
W1/2
0.1min 2.0
n5.54(1.5)21.2103 0.1
2000 H1.2103 1.7mm
峰面积（A）：由色谱峰与基线之间所围成的面积 称为峰面积。定量分析的基本依据。
对理想的对称峰：
A=1.065hW1/2
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在相同的色谱操作条件下获得的色谱峰的区域宽度 值越小，说明色谱柱的分离效能越好，柱效越高。
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5. 描述分配过程的参数 分配系数K： 组分在固定相和流动相之间的 分配处于平衡状态时，在两相中的浓度之比。
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例2：两物质A和B在30cm长的色谱柱上的保留时 间分别为16.4和17.63min，有一不与固定相作用 的物质，其在此柱上的保留时间为1.30 min。物 质A和B的峰底宽分别为1.11和1.21min。试问： 1）柱分离度R； 2）柱平均理论塔板数nav 3）平均塔板高度Hav 4）若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？
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塔板理论假设：在每一块塔板上，溶质在两相间很 快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板 的方式向前转移。对一根长为L的色谱柱，溶质平 衡的次数n称为理论塔板数。
n L H
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塔板理论要点
➢当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数 n大于50时，可得到基本对称的峰形曲线。
➢当试样进入色谱柱后，只要各组分在两相 间的分配系数有微小差异，经过反复多次 的分配平衡后，仍可获得良好的分离。
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基本术语：
固定相——在色谱柱中固定不动的相。可以 是固体，还可以是液体。 流动相——携带试样混合物流过固定相的流 体，是液体或气体。 色谱柱——承载固定相的装置。各种材质和 尺寸。 被分离组分——不再仅局限于有色物质
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二、色谱法分类
1．按两相分子的聚集状态
流动相
液体 液体
固定相
固体 液体
类型
液-固色谱 液-液色谱
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4) 完全分离, R=1.5
R1 n1 即1.06 3.44103
R2 n2
1.5
n2
n2 6.9103
L n H 6 .9 1 0 3 8 .7 1 0 3 6 0 c m
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【例3】有一根1.5m长的柱子，分离组分1和2，得到 如图6-5所示的色谱图。图中横坐标为记录纸走纸距离。 (1)求此两种组分在该色谱柱上的分离度和该色谱柱的 有效塔板数。 (2)如要使1、2完全分离，色谱柱应该要加到多长？
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【解】（1）先求出组分2对组分1的相对保留值2,1(即值)
' ：保留体积与死体积之差，即组分
R
停留在固定相时所消耗流动相的体积
VR ' VRVmtR ' F0
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相对保留值is ：一定实验条件下组分i与另一标
准组分S的调整保留时间之比。相对保留值只与柱 温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关， 色谱定性分析的重要参数 。
is
t
' Ri
tR' s
VR'i VR' s
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解(2) ：
tR1.52.03.0cm
n5.54(3.0)21.2103 0.2
H 2000 1.7mm 1.2103
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二、速率理论
速率方程（也称范.弟姆特方程式）
H A B Cu u
u 为流动相线速度； A，B，C为常数
A—分别表示涡流扩散系数； 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） 减小A、B、C三项可提高柱效
即由色谱过程的热力学性质决定。
每个组分峰宽足够小： 由组份在色谱柱中的传质和扩散决
定，即由色谱过程的动力学性质决定。
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基本理论
热力学理论：塔板理论——平衡理论 动力学理论：速率理论——Vander方程
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一、塔板理论
塔板模型：将一根色谱柱视为一个精馏 塔，即色谱柱是由一系列连续的、相等 的水平塔板组成。每一块塔板的高度用 H表示，称为塔板高度。
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分离过程
当流动相中携带的混合物流经固 定相时，其与固定相发生相互作 用。由于混合物中各组分在性质 和结构上的差异，与固定相之间 产生的作用力的大小、强弱不同 ，随着流动相的移动，混合物在 两相间经过反复多次的分配平衡 ，使得各组分被固定相保留的时 间不同，从而按一定次序由固定 相中流出。
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第二节 色谱流出曲线和术语
并进行定量计算; ➢掌握填充柱的制备方法。
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第一节 色谱及分类
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茨维特实验
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚
色带
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一、色谱法
• 色谱法是一种分离分析技术。它是利用各 物质在两相中具有不同的分配系数，当两 相作相对运动时，这些物质在两相中进行 多次反复的分配来达到分离的目的 。
• 色谱法以其具有高分离效能、高检测性能、 分析时间快速而成为现代仪器分析方法中 应用最广泛的一种方法。
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3．保留值
保留时间tM：不与固定相作用的物质从进样到出 现峰极大值时的时间。 保留时间tR：试样从进样到出现峰极大值时的时 间。它包括组份随流动相通过柱子的时间 tM和组 份在固定相中滞留的时间。
后调的整保保留留时时间间，t R' 它：是某组组份份在的固保定留相时中间的扣滞除留死时时间间。
tR' tR tM
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本章教学内容
➢色谱分离仪的基本原理和基本概念 ➢色谱分离的理论基础 ➢色谱定性和定量分析的方法
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本章知识目标
➢熟悉色谱分析中的基本术语; ➢了解色谱分析中的塔板理论和速率理论; ➢熟悉影响色谱柱柱效、分离度的因素; ➢熟悉色谱分析中的定性和定量方法。
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本章能力目标
➢熟练校正因子的计算方法; ➢掌握归一化法、内标法的定量计算方法; ➢掌握外标法，熟练绘制外标法工作曲线
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色谱流出曲线的意义
➢ 色谱峰数=样品中单组份的最少个数； ➢ 色谱保留值——定性依据； ➢ 色谱峰高或面积——定量依据； ➢ 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标； ➢ 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据。
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第三节 色谱分析基本理论
两组份峰间距足够远： 由各组份在两相间的分配系数决定，
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➢扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差 ➢液相色谱中的分子纵向扩散可以忽略。 ➢对气相色谱，采用相对分子质量较大的N2、Ar为流动相 并适当加大流动相流速，可降低分子纵向扩散项的影响。
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3．传质阻力项
CC mC s(1 0 .1k k)2D dp 2 g3(12 kk)2d D 2 fs
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4. 色谱峰区域分析 峰高h：色谱峰顶到基线的垂直距离。
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区域宽度：
半峰宽W1/2 ：色谱峰高一半处的宽度。 峰底宽W：从色谱峰两侧拐点上的切线与基线交点之
间的距离，也称基线宽度。
标准偏差 ：峰高(h)的0.607倍处色谱峰宽度的一半。 与半峰宽及峰底宽的关系为：
W1/2=2.354 W=4 .
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色谱法的特点
➢分离效率高：复杂混合物，有机同系物、异构体。 手性异构体。 ➢灵敏度高：可以检测出μg.g-1(10-6)-ng.g-1(10-9) 级的物质量。 ➢分析速度快：一般在几分钟或几十分钟内可以完成 一个试样的分析。 ➢应用范围广：气相色谱：沸点低于400℃的各种有 机或无机试样的分析。 ➢ 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离 分析。 ➢不足之处：被分离组分的定性较为困难。
k为容量因子； Dg 、Ds为扩散系数。
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固定相液膜越薄，扩散系数越大，固定相传质阻力就越小，但 固定相液膜不宜过薄，否则会减少样品容量，降低柱的寿命。 减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。
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三、分离度
1．色谱柱的总分离效能
(a)两色谱峰距离近且峰形 宽，彼此严重相重叠，柱 效和选择性都差；
全分离的指标。
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响应信号
保留时间 t, min
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R=0.75 R=1.0 R=1.5
3. 色谱分离方程
R n有效 ( 1) 4
t
' 9; R
2
VR' 2
( R1 )2 n1 L1
R2
n2 L2
➢分离度R与塔板数有关;
➢分离度R与保留因子 有关系；
越大，柱选择性越好，对分离有利。
K溶 溶 质 质 在 在 固 流 定 动 相 相 中 中 的 的 浓 浓 度 度 ccm s K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管