1色谱基础理论资料
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仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 6
色谱基础理论
色谱分类 二、按分离原理分类
分配色谱 吸附色谱
色谱基础理论
三、按固定相的形式分类
1) 柱色谱——采用柱管进行分离的色谱称为柱色谱。内径小于 1.0mm的柱管一般都可称为毛细管柱。也有将极细的固定相 填充于毛细管中进行分析，即填充毛细管柱。
a) 动力学因素（峰展宽因素） b) 柱外效应 c) 次级化学平衡（解离、反应）的存在 d) 进样量过多 e) 很重要的原因由柱子引起（载体等）。
h
关键参数
保留时间与峰宽
tr2 tr1
tri 化合物 i 的保留时间 W1/2 半峰宽 Wbi 基线峰宽
W1/2
Wb1
Wb2
t
未保留的化合物的保留时间（tM 或 t0）也被称作死时间。未保留的溶质分子随载 气一起以相同的速度流经色谱柱。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 27
关键参数
保留因子 (k`)
k`tr
tM tM
ttM 'R
tr 保留时间 tM 未保留色谱峰的保留时间
保留因子（也称为分配系数或容量因子）是指溶质停留在固定相和流动相的
时间比。它是由保留时间除以不保留峰的出峰时间 合物的 k=0。
(tM)
计算得来。不保留化
a = 1，则两个峰具有相同的保留时间，并且会被共洗脱。 选择性被定义为容量因子之比。
影响保留因子的参数： • 固定相 • 流动相 • 温度
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 29
问题举例
Q：哪些因素会影响保留时间？ 1.化合物沸点 2.色谱柱固定相 3.流动相速度 4.色谱柱温度 5.化合物浓度
由于所有溶质在流动相中停留的时间相同，因此可利用保留因子来衡量固定 相的保留特性。
影响保留因子的参数： • 固定相
TOC
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 28
关键参数
选择性或分离因子 (α)
a k2 k1
a 选择性
k1 第一个峰的保留因子 k2 第二个峰的保留因子
选择性是两个峰之间时间或距离的量度。
当气相色谱柱受热后，化合物将根据沸 点开始进行分离。当色谱柱的固定相换 成极性固定相后，色谱柱的分离能力也 随之改变。沸点和化合物极性共同影响 化合物的分离。
气相色谱柱
液相色谱柱
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 11
色谱柱内部的作用原理
tr2-tr1
tr2-tr1
较好分离
对比
较差分离
色谱基础理论
色谱法及其分类 色谱流出曲线和术语 色谱分离基本原理
色谱基础理论
俄国植物学家 M.Tswett于1903 年首先提出色谱 法，分离植物绿 叶色素混合液。
色素 玻璃柱
五十年代第一台 色谱仪问世
石油醚 碳酸钙颗粒
色谱基础理论
色谱法是一种分离方法，它利用被分离的诸 物质在互不相溶的两相中分配系数的微小差异进 行分离。
Wb1
Wb2
较好分离
March 仅用于教学来自百度文库的 11,
2015 年 1 月 5 日
212 021
对比
Wb1
Wb2
较差分离
色谱基础理论 色谱流出曲线
色谱基础理论
1) 调整保留时间
tR' tRtM
1) 相对保留时间
rtR ' (i) VR'(i) VN(i) tR(i)
t V V t ' R(S)
色谱基础理论
塔板理论
1) 塔板与塔板之间不连续 2) 塔板之间无分子扩散 3) 组分在所有塔板上的两相平衡可在瞬间建立; 4) 组分在柱内两相间的分配系数是恒定的，与组分
浓度及在柱内的位置无关; 5) 流动相按前进方向以脉冲使通过柱子，最小单位
为一塔板体积;
色谱基础理论
柱效的测算
理论塔板数
N=16( tR )=5.54( tR )
W
Wh/2
理论塔板高度 H L
N
理论塔板数越多，理论塔板高度越小，色谱峰越窄， 柱效越高
理论塔板的折算高度 (h)
Van Deemter 方程
h = A + B/u + C u
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 22
加和曲线：Van Deemter
传质阻力
涡流扩散 轴向扩散 载气流速
色谱基础理论
色谱分类 一、按两相状态分类
流动相：携带样品流过整个系统的流体 固定相：静止不动的一相，色谱柱
流动相不同：气相色谱、液相色谱 固定相不同：气相可分为：气固、气液
液相可分为：液液、液固
气相色谱技术基础
在分析化学领域，科学家们利用气相色谱 (GC) 技术对可气化但不分解的化合 物进行分离和分析。他们经常使用 GC 测试特定物质的纯度，或者分离混合 物的组成并测定各自的相对含量。 同时还利用 GC 对挥发性分析物进行定性和定量分析。 气相色谱仪使用到流动相和固定相。也就是说，由一种流动的气体携带样品 通过仪器内部的固定相载体（称之为色谱柱的玻璃管或金属管）。
当两相作相对移动时，使被测物质在两相之 间进行反复多次分配，使原来微小的差异累加产 生了很大的效果，形成差速迁移，使各组分在柱 内移动的同时逐渐分离，以达到(分离)、(分析)及 (测定)一些物理化学常数的目的。
色谱基础理论
色谱分析技术有广泛的应用领域已 广泛地用于石油化工、有机合成、生理 生化、医药卫生、环境监测、刑事侦查、 生产在线控制，乃至空间探索等许多领 域，以解决各种分离分析课题。
R=1.5，相邻两峰完全分离
分离度 — 基线分离
分离度是对色谱柱分离目标峰能力的描 述。
分离度将受到柱效 (N)、选择性 (a) 和 保留 (k) 的影响。
• 实现可测量的分离和定量的最小分离度为 1
• 可辨别出两个等高峰之间峰谷的最低分离 度为 0.6
• 稳定的分析方法通常需要分离度达到 1.7 或更高
另一个衡量柱效的方法是理论塔板高度 H，通常以 mm 表示。
理论塔板越短，给定柱长的色谱柱的塔板数更多，也就是每米塔板数更多， 色谱柱柱效更高。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 18
色谱基础理论
塔板理论
由Martin等人在平衡色谱理论的基础上 发展而来：将色谱柱比拟为分馏塔，设 想中间成可分为许多分馏塔片（板）。
2) 纸色谱——含水滤纸为固定相，在滤纸上直接用溶剂展开实 现混合物的分离。
3) 薄层色谱——经典方法。近年发展起来的对溶剂加压、离心 强迫流动技术，使薄层色谱样品处理能力达到制备色谱水平。
4) 棒色谱——是薄层色谱的变异，将吸附剂研碎后涂敷在石英 棒上，再进行色谱操作。
柱色谱的最大优点是柱效能高、分析速度快、定量较为可靠， 而后三者的设备和操作都较简单，易于普及。
• 1.6 被认为是达到基线分离，并且可确保 获得最准确的定量分析结果的标准分离度
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 17
h
Rs ≥ 1.5
Rs 1/2t(rW 2b2tr1Wb1)
tri
化合物 i 的保留时间
Wbi
化合物 i 的峰底宽
t
关键参数
理论塔板高度 (H)
H L N
L 柱长 (mm) N 理论塔板数
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 30
色谱基础理论
色谱的特点 1．分离效率高：可在很短的时间内分离多达二、三百个组
分的复杂物质，柱效能可达106的理论板。 2．检测能力强：可以检测出10-11~10-15克级的痕量组分，
能满足环境检测、农药残留等大量日常检测分析的需要。 3．样品用量少：样品用量一般为微升级，少的可达纳克级。 4．适用范围广：几乎所有与化学有关的领域都有其用武之
地。
化合物的分离
时间 t
载气流
分离时间 tr2-tr1 峰宽 Wb1,2 根据化合物与色谱柱固定相亲和力的不同而实现分离。亲和力小的化合物将较 早从色谱柱里洗脱出来，而亲和力大的化合物则延后洗脱。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 10
色谱柱内部的作用原理
气相色谱利用气体流动相使样品通过色 谱柱，色谱柱内部含有填充物或者其内 表面有涂层。在多数情况下，相比液相 色谱柱，气相色谱柱的内径更小，柱长 更长。
H2
OPGV:
u(cm/sec)
Uopt：最大柱效 OPGV：最佳的实际气体流速
详情请参见注释
色谱基础理论 分配系数
K = 组分在固定相中的浓度 = Cs 组分在流动相中的浓度 Cm
一定温度下，分配系数小的组分先流出组分。 K值相差越大，分离越好。
色谱基础理论 色谱峰的对称性
色谱基础理论
色谱峰是不可能对称的，尽管都是按对 称来讨论：
Van Deemter 方程
载气
N2
He
载气的线性速度（流速）取决于 色谱柱温度。当柱头压恒定时， 线性速度随温度升高而降低。载 气平均线速度 (u) 对柱效的影响可 以利用 van Deemter 方程曲线加 以充分说明。
理论塔板的折算高度 (h)
u opt
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 23
' R(S)
R(S) R(S)
色谱基础理论
由色谱流出曲线可以实现： 1. 依据色谱峰的保留值进行定性分析 2. 依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 3. 依据色谱峰的保留值以及区域宽度评价色谱
柱的分离效能
色谱基础理论
分离度
R2(tR2tR1)2(tR' 2tR'1) (W1W2) (W1W2)
色谱基础理论
色谱分类 二、按分离原理分类
分配色谱 吸附色谱
色谱基础理论
三、按固定相的形式分类
1) 柱色谱——采用柱管进行分离的色谱称为柱色谱。内径小于 1.0mm的柱管一般都可称为毛细管柱。也有将极细的固定相 填充于毛细管中进行分析，即填充毛细管柱。
a) 动力学因素（峰展宽因素） b) 柱外效应 c) 次级化学平衡（解离、反应）的存在 d) 进样量过多 e) 很重要的原因由柱子引起（载体等）。
h
关键参数
保留时间与峰宽
tr2 tr1
tri 化合物 i 的保留时间 W1/2 半峰宽 Wbi 基线峰宽
W1/2
Wb1
Wb2
t
未保留的化合物的保留时间（tM 或 t0）也被称作死时间。未保留的溶质分子随载 气一起以相同的速度流经色谱柱。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 27
关键参数
保留因子 (k`)
k`tr
tM tM
ttM 'R
tr 保留时间 tM 未保留色谱峰的保留时间
保留因子（也称为分配系数或容量因子）是指溶质停留在固定相和流动相的
时间比。它是由保留时间除以不保留峰的出峰时间 合物的 k=0。
(tM)
计算得来。不保留化
a = 1，则两个峰具有相同的保留时间，并且会被共洗脱。 选择性被定义为容量因子之比。
影响保留因子的参数： • 固定相 • 流动相 • 温度
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 29
问题举例
Q：哪些因素会影响保留时间？ 1.化合物沸点 2.色谱柱固定相 3.流动相速度 4.色谱柱温度 5.化合物浓度
由于所有溶质在流动相中停留的时间相同，因此可利用保留因子来衡量固定 相的保留特性。
影响保留因子的参数： • 固定相
TOC
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 28
关键参数
选择性或分离因子 (α)
a k2 k1
a 选择性
k1 第一个峰的保留因子 k2 第二个峰的保留因子
选择性是两个峰之间时间或距离的量度。
当气相色谱柱受热后，化合物将根据沸 点开始进行分离。当色谱柱的固定相换 成极性固定相后，色谱柱的分离能力也 随之改变。沸点和化合物极性共同影响 化合物的分离。
气相色谱柱
液相色谱柱
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 11
色谱柱内部的作用原理
tr2-tr1
tr2-tr1
较好分离
对比
较差分离
色谱基础理论
色谱法及其分类 色谱流出曲线和术语 色谱分离基本原理
色谱基础理论
俄国植物学家 M.Tswett于1903 年首先提出色谱 法，分离植物绿 叶色素混合液。
色素 玻璃柱
五十年代第一台 色谱仪问世
石油醚 碳酸钙颗粒
色谱基础理论
色谱法是一种分离方法，它利用被分离的诸 物质在互不相溶的两相中分配系数的微小差异进 行分离。
Wb1
Wb2
较好分离
March 仅用于教学来自百度文库的 11,
2015 年 1 月 5 日
212 021
对比
Wb1
Wb2
较差分离
色谱基础理论 色谱流出曲线
色谱基础理论
1) 调整保留时间
tR' tRtM
1) 相对保留时间
rtR ' (i) VR'(i) VN(i) tR(i)
t V V t ' R(S)
色谱基础理论
塔板理论
1) 塔板与塔板之间不连续 2) 塔板之间无分子扩散 3) 组分在所有塔板上的两相平衡可在瞬间建立; 4) 组分在柱内两相间的分配系数是恒定的，与组分
浓度及在柱内的位置无关; 5) 流动相按前进方向以脉冲使通过柱子，最小单位
为一塔板体积;
色谱基础理论
柱效的测算
理论塔板数
N=16( tR )=5.54( tR )
W
Wh/2
理论塔板高度 H L
N
理论塔板数越多，理论塔板高度越小，色谱峰越窄， 柱效越高
理论塔板的折算高度 (h)
Van Deemter 方程
h = A + B/u + C u
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 22
加和曲线：Van Deemter
传质阻力
涡流扩散 轴向扩散 载气流速
色谱基础理论
色谱分类 一、按两相状态分类
流动相：携带样品流过整个系统的流体 固定相：静止不动的一相，色谱柱
流动相不同：气相色谱、液相色谱 固定相不同：气相可分为：气固、气液
液相可分为：液液、液固
气相色谱技术基础
在分析化学领域，科学家们利用气相色谱 (GC) 技术对可气化但不分解的化合 物进行分离和分析。他们经常使用 GC 测试特定物质的纯度，或者分离混合 物的组成并测定各自的相对含量。 同时还利用 GC 对挥发性分析物进行定性和定量分析。 气相色谱仪使用到流动相和固定相。也就是说，由一种流动的气体携带样品 通过仪器内部的固定相载体（称之为色谱柱的玻璃管或金属管）。
当两相作相对移动时，使被测物质在两相之 间进行反复多次分配，使原来微小的差异累加产 生了很大的效果，形成差速迁移，使各组分在柱 内移动的同时逐渐分离，以达到(分离)、(分析)及 (测定)一些物理化学常数的目的。
色谱基础理论
色谱分析技术有广泛的应用领域已 广泛地用于石油化工、有机合成、生理 生化、医药卫生、环境监测、刑事侦查、 生产在线控制，乃至空间探索等许多领 域，以解决各种分离分析课题。
R=1.5，相邻两峰完全分离
分离度 — 基线分离
分离度是对色谱柱分离目标峰能力的描 述。
分离度将受到柱效 (N)、选择性 (a) 和 保留 (k) 的影响。
• 实现可测量的分离和定量的最小分离度为 1
• 可辨别出两个等高峰之间峰谷的最低分离 度为 0.6
• 稳定的分析方法通常需要分离度达到 1.7 或更高
另一个衡量柱效的方法是理论塔板高度 H，通常以 mm 表示。
理论塔板越短，给定柱长的色谱柱的塔板数更多，也就是每米塔板数更多， 色谱柱柱效更高。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 18
色谱基础理论
塔板理论
由Martin等人在平衡色谱理论的基础上 发展而来：将色谱柱比拟为分馏塔，设 想中间成可分为许多分馏塔片（板）。
2) 纸色谱——含水滤纸为固定相，在滤纸上直接用溶剂展开实 现混合物的分离。
3) 薄层色谱——经典方法。近年发展起来的对溶剂加压、离心 强迫流动技术，使薄层色谱样品处理能力达到制备色谱水平。
4) 棒色谱——是薄层色谱的变异，将吸附剂研碎后涂敷在石英 棒上，再进行色谱操作。
柱色谱的最大优点是柱效能高、分析速度快、定量较为可靠， 而后三者的设备和操作都较简单，易于普及。
• 1.6 被认为是达到基线分离，并且可确保 获得最准确的定量分析结果的标准分离度
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 17
h
Rs ≥ 1.5
Rs 1/2t(rW 2b2tr1Wb1)
tri
化合物 i 的保留时间
Wbi
化合物 i 的峰底宽
t
关键参数
理论塔板高度 (H)
H L N
L 柱长 (mm) N 理论塔板数
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 30
色谱基础理论
色谱的特点 1．分离效率高：可在很短的时间内分离多达二、三百个组
分的复杂物质，柱效能可达106的理论板。 2．检测能力强：可以检测出10-11~10-15克级的痕量组分，
能满足环境检测、农药残留等大量日常检测分析的需要。 3．样品用量少：样品用量一般为微升级，少的可达纳克级。 4．适用范围广：几乎所有与化学有关的领域都有其用武之
地。
化合物的分离
时间 t
载气流
分离时间 tr2-tr1 峰宽 Wb1,2 根据化合物与色谱柱固定相亲和力的不同而实现分离。亲和力小的化合物将较 早从色谱柱里洗脱出来，而亲和力大的化合物则延后洗脱。
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 10
色谱柱内部的作用原理
气相色谱利用气体流动相使样品通过色 谱柱，色谱柱内部含有填充物或者其内 表面有涂层。在多数情况下，相比液相 色谱柱，气相色谱柱的内径更小，柱长 更长。
H2
OPGV:
u(cm/sec)
Uopt：最大柱效 OPGV：最佳的实际气体流速
详情请参见注释
色谱基础理论 分配系数
K = 组分在固定相中的浓度 = Cs 组分在流动相中的浓度 Cm
一定温度下，分配系数小的组分先流出组分。 K值相差越大，分离越好。
色谱基础理论 色谱峰的对称性
色谱基础理论
色谱峰是不可能对称的，尽管都是按对 称来讨论：
Van Deemter 方程
载气
N2
He
载气的线性速度（流速）取决于 色谱柱温度。当柱头压恒定时， 线性速度随温度升高而降低。载 气平均线速度 (u) 对柱效的影响可 以利用 van Deemter 方程曲线加 以充分说明。
理论塔板的折算高度 (h)
u opt
仅用于教学目的 2015 年 2 月 10 日 23
' R(S)
R(S) R(S)
色谱基础理论
由色谱流出曲线可以实现： 1. 依据色谱峰的保留值进行定性分析 2. 依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 3. 依据色谱峰的保留值以及区域宽度评价色谱
柱的分离效能
色谱基础理论
分离度
R2(tR2tR1)2(tR' 2tR'1) (W1W2) (W1W2)