仪器分析：色谱概论
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仪器分析学习 第6章 色谱法导论-气相色谱
精选ppt
* 用时间表示 单位: s或cm
（1）保留时间 tR
试样从进样开始到柱后出现峰极大点
时所经历的时间(O´B)
（2）死时间
t 0
不被固定相吸附或溶解的气体（如：空
* 用体积表示 单位：mL
（1）保留体积 VR
从进样开始到出现峰极大所通过的
载气体积。 VR=tRF0 F0:柱出口处载气流速 mL/min
精选ppt
2）评价柱效的参数
理论塔板数(n)
n5.5(4tR )21(6tR)2
W 1/2
W
理论塔板高度（H） 有效理论塔板数
H L n
n有效 5.54 (W tR '1
)2
16 (tR ' )2 W
2
有效理论塔板高度
注意事项：
L H 有效 n有效
（1）n大，柱效高，分离好，前提是两组分分配系数K应有差
H A B /u C gu C luA B /u Cu
由此可知:流动相线速u一定时，仅在A、B、C较小时，塔板高 度H才能较小，柱效才较高；反之柱效较低，色谱 峰将展宽。
这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，它指出 了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种 类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。
3) 塔板之间无分子扩散（忽略试样 的纵相扩散）
4) 组分在所有塔板上的分配精选系ppt 数保 持常数
精馏塔示意图
精选ppt
2、塔板理论之推导结论
1) 当组分进入色谱柱后，在每块塔板上进行两相间的分配， 塔板数越多，组分在柱内两相间达到分配平衡的次数也越 多，柱效越高，分离就越好。
n L H
n50 流出曲线呈基本对称的峰形； 当 n 达 103－106 流出曲线趋近于正态分布；
* 用时间表示 单位: s或cm
（1）保留时间 tR
试样从进样开始到柱后出现峰极大点
时所经历的时间(O´B)
（2）死时间
t 0
不被固定相吸附或溶解的气体（如：空
* 用体积表示 单位：mL
（1）保留体积 VR
从进样开始到出现峰极大所通过的
载气体积。 VR=tRF0 F0:柱出口处载气流速 mL/min
精选ppt
2）评价柱效的参数
理论塔板数(n)
n5.5(4tR )21(6tR)2
W 1/2
W
理论塔板高度（H） 有效理论塔板数
H L n
n有效 5.54 (W tR '1
)2
16 (tR ' )2 W
2
有效理论塔板高度
注意事项：
L H 有效 n有效
（1）n大，柱效高，分离好，前提是两组分分配系数K应有差
H A B /u C gu C luA B /u Cu
由此可知:流动相线速u一定时，仅在A、B、C较小时，塔板高 度H才能较小，柱效才较高；反之柱效较低，色谱 峰将展宽。
这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，它指出 了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种 类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。
3) 塔板之间无分子扩散（忽略试样 的纵相扩散）
4) 组分在所有塔板上的分配精选系ppt 数保 持常数
精馏塔示意图
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2、塔板理论之推导结论
1) 当组分进入色谱柱后，在每块塔板上进行两相间的分配， 塔板数越多，组分在柱内两相间达到分配平衡的次数也越 多，柱效越高，分离就越好。
n L H
n50 流出曲线呈基本对称的峰形； 当 n 达 103－106 流出曲线趋近于正态分布；
仪器分析化学 第一章 色谱基本理论
• 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理5.54 (Yt1R /2)216 (tYR)2
n有效
5.54( tR' Y1/ 2
)2
16(tR' Y
)2
H有效
L n有效
（二） 塔板数和塔板高度
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
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； 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。 同一条件下，若两组分的K值相等，则色谱峰重合， 差别越大，色谱峰的距离越大
三. 速率理论-影响柱效的因素
（一）. 范.弟姆特（Van Deemter）方程式－ 气相色谱速率理论
H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s)
减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
A─涡流扩散项（eddy diffusion）
（四） 分配比与保留时间的关系
tR = tM(1+k) tR’=ktM
（五） 分配比、分配系数与选择性因子的关系
a = t´R（2）/ t´R（1）= k2 /k1= K2 /K1
讨论：如何使A、B组分完全分离
浓
度
A
B
A
B
组分A、B在沿柱移动时不同位置的浓度轮廓
1.两组分的分配系数必须有差异 2.区域宽度的扩展速度应小于区域分离的速度 3.在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱
n理5.54 (Yt1R /2)216 (tYR)2
n有效
5.54( tR' Y1/ 2
)2
16(tR' Y
)2
H有效
L n有效
（二） 塔板数和塔板高度
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
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； 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。 同一条件下，若两组分的K值相等，则色谱峰重合， 差别越大，色谱峰的距离越大
三. 速率理论-影响柱效的因素
（一）. 范.弟姆特（Van Deemter）方程式－ 气相色谱速率理论
H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s)
减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
A─涡流扩散项（eddy diffusion）
（四） 分配比与保留时间的关系
tR = tM(1+k) tR’=ktM
（五） 分配比、分配系数与选择性因子的关系
a = t´R（2）/ t´R（1）= k2 /k1= K2 /K1
讨论：如何使A、B组分完全分离
浓
度
A
B
A
B
组分A、B在沿柱移动时不同位置的浓度轮廓
1.两组分的分配系数必须有差异 2.区域宽度的扩展速度应小于区域分离的速度 3.在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱
《仪器分析》第六章++色谱分析导论
n m
r n
r! n!(r n)!
m(r , n) m P(r , n) m P (1 Pm )
n m
r n
r! n!(r n)!
塔板理论的保留值
组分在柱后出现浓度极大值时，意味着该组分分子 在色谱柱最后一块塔板上的量达到极大（每块塔板 体积相等）。设此时流动相在色谱柱内相应的跳动 次数为rmax，则应该满足以下条件：
上面的式子不够直观，因此需要进行适当的数学 变换。当二项式分布的n，r很大时，可以用正态分 布函数来表示：
1 P ( r , n) ( ) e 2n
r rmax
1 2
n r 2 (1 ) 2 rmax
rHqp V rmax Hqp VR
1 2 n V (1 ) 2 2 VR
'
相比
色谱柱内流动相体积 Vm 色谱柱内固定相体积 Vs
（1-8）
相比与填料的颗粒度、表面积、固定相的用量、填 充的情况等因素有关！
k
'
K
（2）保留值
保留值是组分在色谱柱内滞留行为的一个指标， 与分配过程有关，受热力学和动力学因素的控制。 保留时间、保留体积等。 基本保留方程为：
（6）全部样品开始都集中在第一块塔板上。 （7）分配系数不随组分浓度变化，即分配等温线是线性的。 （8）塔板之间没有分子扩散。
基本关系式
在塔板上，某一个分子出现在流动相中的概率 （Pm）应等于在该塔板上流动相中该物质分子的 个数（摩尔数）与整个塔板上（包括流动相、固 定相）该物质分子的个数之比，因此有：
m(rmax 1, n) m(rmax , n)
m(rmax , n) m(rmax 1, n)
r n
r! n!(r n)!
m(r , n) m P(r , n) m P (1 Pm )
n m
r n
r! n!(r n)!
塔板理论的保留值
组分在柱后出现浓度极大值时，意味着该组分分子 在色谱柱最后一块塔板上的量达到极大（每块塔板 体积相等）。设此时流动相在色谱柱内相应的跳动 次数为rmax，则应该满足以下条件：
上面的式子不够直观，因此需要进行适当的数学 变换。当二项式分布的n，r很大时，可以用正态分 布函数来表示：
1 P ( r , n) ( ) e 2n
r rmax
1 2
n r 2 (1 ) 2 rmax
rHqp V rmax Hqp VR
1 2 n V (1 ) 2 2 VR
'
相比
色谱柱内流动相体积 Vm 色谱柱内固定相体积 Vs
（1-8）
相比与填料的颗粒度、表面积、固定相的用量、填 充的情况等因素有关！
k
'
K
（2）保留值
保留值是组分在色谱柱内滞留行为的一个指标， 与分配过程有关，受热力学和动力学因素的控制。 保留时间、保留体积等。 基本保留方程为：
（6）全部样品开始都集中在第一块塔板上。 （7）分配系数不随组分浓度变化，即分配等温线是线性的。 （8）塔板之间没有分子扩散。
基本关系式
在塔板上，某一个分子出现在流动相中的概率 （Pm）应等于在该塔板上流动相中该物质分子的 个数（摩尔数）与整个塔板上（包括流动相、固 定相）该物质分子的个数之比，因此有：
m(rmax 1, n) m(rmax , n)
m(rmax , n) m(rmax 1, n)
硕士生物仪器分析之色谱概论精品PPT课件
A.W.K. Tiselius (1902-1971) Swedish
1937年瑞典学者A.W.K.Tiselius因在分离和检测胶体(colloids)及血清蛋白 (serum proteins)的突出贡献而于1948年获得诺贝尔化学奖。他设计制造了 移动界面电泳仪，分离了马血清白蛋白的4种球蛋白- albumins and alpha, beta, and gamma globulins，创建了电泳(electrophoresis)技术。1960年后 他也参于了有关凝胶过滤(gel filtration)色谱的研究工作。
1941 年，A.J.P.Martin和R.L.M.Synge因成功地分离了氨基酸 (amino acids)，建立了液液分配色谱(partition chromatography) 等分析方法，共同分享了1952 年诺贝尔化学奖。
A.J.P.Martin U.K.
R.L.M.Synge U.K.
发展年历
发展年历
年代
事例
20世纪50年代 1957年 1959年 20世纪60年代末
20世纪80年代初 20世纪80年代初
20 世纪80年代
出现了将固定相涂布在玻璃板上 的薄层色谱法（TLC）
Golya发明毛细管GC柱
GPC色谱出现
高压泵和化学键合固定相用于液 相色谱，出现了高效液相色谱法 （High Performance Liquid Chromatography, HPLC）
超临界流体色谱法（SFC）出现
发展起来的毛细管电泳（CZE） 技术，九十年代得到广泛应用， 为生物大分子的分离检测又开辟 了一条新途径
又发展起来了一种连续高效的液 液分配色谱分离技术—高速逆流 色谱 （ High-speed Countercurrent Chromatography ， HSCCC）
仪器分析第十二章复习
沈昊宇， haoyushen2000@
13
（二） 按分离机理分
吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用 溶剂或气体洗脱，以使组分分离。 分配色谱是利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同， 以使组分分离。其中一相为液体，涂布或使之键合在固体 载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。 离子交换色谱是利用被分离物质在离子交换树脂上的离子 交换作用不同而使组分分离。常用的有不同强度的阳、阴 离子交换树脂，流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。 排阻色谱又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱，是利用被分离物 质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组 分分离。常用的填料有分子筛、凝胶、微孔聚合物、微孔 硅胶等，可根据载体和试样的性质，选用水或有机溶剂为 流动相。
k
分配比也称：
组分在固定相中的质量 ms 组分在流动相中的质量 mM
容量因子(capacity factor)；容量比(capacity factor)；通过调整保 留值可以计算。
1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离 柱温度、柱压的改变而变化。
2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该
1957年Martin & Golay 发明毛细管色谱
1959年Porath & Flodin 发明凝胶色谱 1960年液相色谱技术完善 1954年我国研究成功第一台色谱仪
沈昊宇， haoyushen2000@
12
三、 色谱法的分类
（一） 按两相状态分
气相色谱法(GC) 液相色谱法(LC) 超临界流体色谱法(SFC) 电色谱
半(高)峰宽W1/2(Peak Width at Half Height)
7.仪器分析-色谱解析
氢气
氦气
2、进样系统
包括进样装置和汽化室。
进样通常用微量注射器和进样阀将样品 引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在 汽化室进行。
气相色谱对载气的基本要求： （1）纯净
通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的 水分、氧等有害杂质。 （2）稳定
采用稳压阀或双气路方式：
载气
标准谱图调谐报告
质量数的峰宽 平滑对称的峰 低水峰及空气峰
正确的质量分配
适当的丰度值
合适的电子倍增器电压 合适的同位素比例
合适的相对丰度
（3）常用的载气：
氮气
(5)相对保留值
r 代表峰分开的程度，其不等于1是色谱分离的前提。 r=1 不能分开
（5）分配系数和分配比（容量因子） 分配系数K：一定温度与压力下两相达平衡后，组分 在固定相和流动相浓度的比值
分配比（容量因子）： 一定温度与压力下两相 达平衡后， 组分在固定相和流动相量的比值
固定相重量 流动相重量
。
组分的分量 =
。
。
第1级塔板：r = 1
。
。
组分的分量 =
。
。
组分在两级塔板上的量可表示为：
。
rn
由上表可以看出，经N次转移后，组分在各级 塔板上的量符合二相式分布，即
当N = 4时，组分分布在5级塔板上：
以A组分为例，5级塔板上的分量分别是：
任一级塔板上的分量为 ( p'q')N 的展开式对应的
柱温操作
恒温
在整个分析过程中，色谱炉温保持恒定。 用初始时间设定运行结束时间。 升温速率设为“0”。 后流出的峰展宽。
程序升温
当组分有较宽的沸点范围 (>100°C)时使用。 减少分析时间并使峰变窄。 增加柱流失，引起基线漂移。 可设多阶程序升温。 HP6890 可设“快速变化速率”至 120°C/min。
仪器分析课件之色谱分析概论共67页文档
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
仪器分析课件之色谱分析概论
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 — ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
仪器分析第二章 色谱分析导论PPT
，此时以 表示：
t
' r
(
i
)
t
' s
(
s
)
>1, 又称选择因子(Selectivity factor)。
h. 区域宽度：用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力学因素。通常有 三种表示方法：
标准偏差：0.607倍峰宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离。W= 4
谱
固体表面
表面间的分配
液液色谱
液体吸附于固体 不 相溶 液体 间
的分配
液
液 固 ( 吸 附 ) 色 固体吸附剂 谱
吸附
相 液相键合色谱 有 机 组 份 键 合 于 液 体和 键合 体
色
固体表面
表面间的分配
谱 离子交换色谱 离子交换树脂
离子交换
凝胶渗透(尺寸 液 体 附 于 多 孔 聚 分配/筛析
排阻)色谱
（1）洗脱法也称冲洗法。工作时，首先将样品加到色谱 柱头上，然后用吸附或溶解能力比试样组分弱得多的气体或 液体作冲洗剂。由于各组分在固定相上的吸附或溶解能力不 同，被冲洗剂带出的先后次序也不同，从而使组分彼此分离。 流出曲线下图。
这种方法能使样品的各组分获得良好的分离，色谱峰清晰。 此外，除去冲洗剂后，可获得纯度较高的物质。目前，这种方 法是色谱法中最常用的一种方法。
（二）峰间距、峰形状和峰宽的理论描述
1. 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。
仪器分析 色谱分析概论
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8
例如：N=3，r=0（0号塔板）的含量
3m = 0
3!
0!(3-0)!
0.6673-00.3330=0.297
N=3，r=3（3号塔板）的含量
3m 3
3! = 3!(3-3)!
0.6673-3 0.3333 = 0.037
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9
（二）流出方程曲线
m
N
上一页 下一页
塔板号 组分
进气次数
kA = 2
1 A B
kB = 0.5
0 A B
N=0
进样
分配平衡
1.000 1.000
0.333 0.667 0.667 0.333 载气 固定液 0.333 0.667 0.667 0.333 载气 固定液
进气 N=1
分配平衡
0.222 0.222
0.445 0.111
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3
一、塔板理论
基本假设 height equivalent to a theoretical plate HEPT or H 载气间歇式通过色谱柱 样品和新鲜载气都加在0号板上，纵向扩散可 略 分配系数K在各塔板上是常数
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4
（一）质量分配和转移
分配色谱过程模型
载气 固定液 载气
进气 N=3
0.074 0.148 分配平衡 0.025 0.099
0.049 0.049
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固定液 0.012 0.198
0.025 0.099
载气
固定液
6
转移N次后，在各塔板内溶质含量的分布符合 二项式的展开式：
第十六章色谱分析法概论
分在柱中多停留的时间。 tR' ＝tR t0
第十六章 色谱分析法概论
定性参数2
仪器分析
保留体积(VR)：从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
相体积。
VR tR Fc
死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未
被固定相占有的空间。
固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内
腔容积的总和。
吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相分 子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为 竞争吸附过程 。
第十六章 色谱分析法概论
仪器分析
X m + n Y a X a+ n Y m
Ka
= [Xa ][Ym]n [Xm][Ya ]n
Ka
[Xa] Xa /Sa [Xm] Xm/Vm
吸附系数与吸附剂的
KA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，KA/B
越大，A的交换能力大，越易保留。 常选择某种离子（如H+或Cl－）作参考。
KA、 KB为A、B的分配系数。
第十六章 色谱分析法概论
离子交换色谱法
仪器分析
固定相 离子交换剂(ion exchanger)：离子交 换树脂（resin）和硅胶化学键合离子交换剂。
③不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸
附力越强。
④分子中取代基的空间排列
第十六章 色谱分析法概论
三、离子交换色谱法
仪器分析
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。
分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。
阳离子交换：
交换
RSO 3 H+ + Na+ 再生
RSO 3 Na+ + H +
第十六章 色谱分析法概论
定性参数2
仪器分析
保留体积(VR)：从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
相体积。
VR tR Fc
死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未
被固定相占有的空间。
固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内
腔容积的总和。
吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相分 子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为 竞争吸附过程 。
第十六章 色谱分析法概论
仪器分析
X m + n Y a X a+ n Y m
Ka
= [Xa ][Ym]n [Xm][Ya ]n
Ka
[Xa] Xa /Sa [Xm] Xm/Vm
吸附系数与吸附剂的
KA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，KA/B
越大，A的交换能力大，越易保留。 常选择某种离子（如H+或Cl－）作参考。
KA、 KB为A、B的分配系数。
第十六章 色谱分析法概论
离子交换色谱法
仪器分析
固定相 离子交换剂(ion exchanger)：离子交 换树脂（resin）和硅胶化学键合离子交换剂。
③不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸
附力越强。
④分子中取代基的空间排列
第十六章 色谱分析法概论
三、离子交换色谱法
仪器分析
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。
分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。
阳离子交换：
交换
RSO 3 H+ + Na+ 再生
RSO 3 Na+ + H +
仪器分析-气相色谱分析
• 3、保留值：是试样各组分在
色谱柱中保留行为的量度，它 反映组分与固定相间作用力大 小，通常用保留时间和保留体 积表示。 死时间tM：不被固定相吸附或 溶解的组分（如空气、甲烷） 从进样到出现其色谱蜂最大值 所需的时间，图中O'A'所示。 保留时间tR ：指某组分通过 色谱柱所需时间，即试样从进 样到出现峰极大值时的时间， 图中Ｏ‘Ｂ所示。 调整保留时间tR’ 死时间后的 保留时间，它是组分在固定相 中的滞留时间。图中A’B所示， 即 tR’ = tR － tM
通常以有效塔板数neff 和有效塔板高度Heff 表示：
neff H eff
t t 2 5.5 4( ) 1 6( )2 W1 / 2 Wb L neff
' R
' R
2-2-3 速率理论
• 塔板理论存在的假定有缺陷,不能解释塔板高度H
受那些因素影响. 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。 • van Deemter方程：H=A+B/u+C*u u 为流动相线速度； A，B，C 为常数. 其中: A — 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）
• 1、气路系统
• 载气：H2，N2，He，Ar等 • 净化器：提高载气纯度 • 稳压恒流装置，气体流速控制和测量。
• 2、进样系统
• 进样器： 微量注射器、六通阀 • 气化室：瞬间气化，死体积尽可能小
• 3、分离系统
• 色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类
2-1-3 组成
• • • • •
4、温控系统 色谱柱、气化室、检测室三处温度控制 气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解； 检测器除氢火焰外都对温度敏感； 柱温的变化影响柱的选择性和柱效，因此柱室的 温度控制要求精确，温控反复根据需要可以恒温， 也可以程序升温。
仪器分析 气相色谱
复杂混合物，有机同系物、异构体，手性异构体。
（2） 灵敏度高
可以检测出μg·g-1(10-6)级甚至ng·-1(10-9)级的物质量。 g
（3） 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。
（4） 应用范围广
气相色谱：沸点<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。
42
2、气相色谱柱及固定相的种类
分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心 部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两 类：填充柱和毛细管柱。 1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制 成，内装固定相，一般内径为2～6 mm，长 0.5～10m。填充柱的形状有U型和螺旋型二 种。
43
2）毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，分为 涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱 是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5 mm的 毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢， 玻璃或石英。 毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小， 而柱子可以做到长几十米。与填充往相比， 其分离效率高（理论塔板数可达106）、分 析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求 检测器的灵敏度高，并且制备较难。
VR= tR qVo
29
6.调整保留体积VR 某组分的保留体积扣除死体积后，称 为该组分的调整保留体积。
VR = VR V0 = tR qVo
30
(4) 相对保留值r21
组分2与组分1调整保留值之比： r21 = t´R2 / t´R1= V´R2 / V´R1 相对保留值只与柱温
和固定相性质有关，与其他
死体积V0 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。当后两项很小可忽略不计时，死 体积可由死时间与色谱柱出口的载气流 速qVo（cm3· -1）计算。 min
（2） 灵敏度高
可以检测出μg·g-1(10-6)级甚至ng·-1(10-9)级的物质量。 g
（3） 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。
（4） 应用范围广
气相色谱：沸点<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。
42
2、气相色谱柱及固定相的种类
分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心 部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两 类：填充柱和毛细管柱。 1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制 成，内装固定相，一般内径为2～6 mm，长 0.5～10m。填充柱的形状有U型和螺旋型二 种。
43
2）毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，分为 涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱 是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5 mm的 毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢， 玻璃或石英。 毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小， 而柱子可以做到长几十米。与填充往相比， 其分离效率高（理论塔板数可达106）、分 析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求 检测器的灵敏度高，并且制备较难。
VR= tR qVo
29
6.调整保留体积VR 某组分的保留体积扣除死体积后，称 为该组分的调整保留体积。
VR = VR V0 = tR qVo
30
(4) 相对保留值r21
组分2与组分1调整保留值之比： r21 = t´R2 / t´R1= V´R2 / V´R1 相对保留值只与柱温
和固定相性质有关，与其他
死体积V0 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。当后两项很小可忽略不计时，死 体积可由死时间与色谱柱出口的载气流 速qVo（cm3· -1）计算。 min
仪器分析色谱概论
2、 色谱得基本概念
(1)死时间
惰性组分从进样至出现浓度极大点时得时 间。反映了流动相流过色谱系统所需得时间, 因此也称为流动相保留时间。
(2)保留时间
被分离样品组分从进样开始到柱后出现该 组分浓度极大值时得时间,也即从进样开始到 出现某组分色谱峰得顶点时为止所经历得时 间,称为此组分得保留时间,常以分(min)为时 间单位。
平面色谱法: (1)纸色谱法
固 定 相 为 滤 纸 的 色 谱 法 称 为 纸 色 谱 ( p a p e r c h r o m a t o g r a p h y , P C )
(2)薄层色谱法(thin layer chromatography)
固 定 相 压 成 或 涂 成 薄 层 的 色 谱 法 ， 称 为 薄 层 色 谱 ( t h i n l a y e r c h r o m a t o g r a p h y , T L C )
2、 色谱得基本概念
(1)分配系数
在分配色谱中,固定相与流动相中得溶质分
子处于动态平衡时,组分在两相间达到分配平
衡,该组分在固定相(s)中得浓度与在流动相(m)
中得浓度之比为一个常数,称为分配系数,常表
示为K,即
K cs cm
由物质得热力学性质决 定,给定条件下,就是组分得 特征值。
K在不同得分离机制中分别称为吸附系数、分 配系数、交换常数、渗透系数
概述
最早得色谱就是在1903年,由俄国植物 学家茨维特(Tswett)所创造。她在研究叶 子得组成时,用碳酸钙作固定相 ,把叶子得乙 醚提取物加入到固定相中,用石油醚不断洗 脱,由此而把提取物中复杂得化学成分分离 开来,并命名其“色谱”。
其中: 玻璃管-----色谱柱 碳酸钙-----固定相 石油醚-----流动相
仪器分析 第17章 色谱分析法概论 习题讲解
第17章 色谱分析法概论思考题9．试推导有效塔板数与分离度的关系式： 22116⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯ααR n ＝有效证明：∵ 2'2216R t n W ⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭有效＝(1) 22W W +R2R112(t -t )R ＝设W 1=W 2 22''2010212222[()()]2()22R R R R t t t t t t W W W W ----==+R2R112(t -t )R ＝ ''1R t R-R22t W ＝ (2)将（2）代入（1）式，得：'22''2222221'''221'11616()16()11R R R R R R R t t t n R R R t t t t αα⎛⎫⨯==⨯⨯ ⎪--⎝⎭-有效＝10. 试推导最小板高的计算式：BC A H 2+＝最小 证明：∵BH A Cu u=++ (1) 微分，得2dH B C du u=-+ 令 0dHdu =，则20BC u -+=opt u =(2) 将（2）代入（1），得：H A =+最小习题1.在一根2.00m 的硅油柱上分析一个混合物得下列数据：苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为80s 、122s 、181s ；半峰宽为0.211cm 、0.291cm 及0.409cm(用读数显微镜测得)，已知记录纸速为1200mm/h ，求此色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。
解：∵22/1)(54.5W t n R =注意：分子分母单位应保持一致 mm n L H W t n R 3.28852000,8853600/120011.28054.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝苯苯苯苯苯=mm n L H W t n R 8.110822000,10823600/120091.212254.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯=mm n L H W t n R 7.112062000,12063600/120009.418154.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯=2.在一根3.0m 长的色谱柱上分离样品的结果如图17－14所示。
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第17章 色谱分析法概论
第一节 色谱法(chromatography)概述
一、色谱法的由来 1．1906年由俄国植物学家Tsweet创立 植物色素分离 2．现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物各组分并加以分析 固定相(stationary phase)——除了固体，还可以是液体 流动相(mobile phase)——液体或气体 色谱柱(column)——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质 该方法称液相色谱法(liquid chromatography LC)
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)
第二节 色谱法的原理
一、色谱过程及特点 二、基本类型色谱法的分离机制 三、色谱法的基本术语
一、色谱过程、分离原理及特点 P449
（一）色谱过程 指被分离组分在两相中的“分配”
平衡过程
以吸附色谱为例 吸附→ 解吸→再吸附 →再解吸 →反复 多次洗脱→被测组分分配系数不同→ 差 速迁移 → 分离
基本概念：固定相（s）；流动相（m）
（一）吸附色谱法 （二）分配色谱法 （三）离子交换色谱法 （四）空间排阻色谱法
（一）吸附色谱法
固定相: 吸附剂（硅胶或Al2O3） 具表面活性吸附中心
分离机制：吸附能力的差异
吸附平衡
X : 组分分子
Xm + nYa→Xa + nYm Y : 流动相分子
吸附系数
Ka
1．保留时间（retention time ）tR
从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度极大点） 的时间，即组分流经色谱柱所需要的时间。
2．死时间（dead tiom） t0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ或 tm
不被固定相滞留的组分的保留时间，即组分在 流动相中的停留时间或流动相流经色谱柱所需要 的时间（又称流动相保留时间tm, 组分在固定相的 时间 tR - t0 = tR’）。
[Xa] [Xm]
nXa nXm
Sa Vm
[X a ]: 溶质分子在吸附剂表面的浓度 Sa :吸附剂表面面积
[X m ]: 溶质分子在流动相中的浓度 Vm : 流动相的体积
Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质
及温度有关
图示
分离机制： 各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离 吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开
优点：各国药典收载了大量色谱分析方法 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
交换到树脂上的阳离子 流动相中的游离阳离子 Ks与离子的电荷、水合离子半径、流动相性质、
离子交换树脂性质以及温度有关
图示
分离机制： 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）
不同而实现分离
（四）空间排阻色谱法
固定相: 多孔性凝胶 流动相: 水(凝胶过滤色谱) 流动相: 有机溶剂(凝胶渗透色谱)
分离机制 凝胶孔径大小与被分离物分子尺寸的关系
（二）分配色谱法
固定相: 机械吸附在惰性载体上的液体 流动相: 与固定相不互溶的液体 载体: 惰性，性质稳定，
不与固定相和流动相发生化学反应
分离机制 溶解能力的差异
狭义分配系数
K Cs
Cs为溶质分子在固定相中的浓度, Cm
Cm为溶质分子在流动相中的浓度。
K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质
3.调整保留时间(adjusted retetion tiom)tR’
组分与固定相作用,比不作用的组分在柱中多停留 的时间（组分在固定相的时间）
(t
' R
tR
t0)
4．分配系数K（partition coefficient）
在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平 衡后，在固定相与流动相中的浓度比
• 除了凝胶色谱法中的 K 仅与待测分子大小 尺寸、凝胶孔径大小有关外，其他三种 K 值都 受组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温的影响
在色谱柱后安装检测器,检测信号对时间 作图所得曲线称色谱流出曲线。曲线上正常 峰的形状符合正态分布。
三、分配系数与保留行为的关系
（一）基本术语(P438)
图示
• 分配系数的微小差异→吸附能力的微小差异 • 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出；
吸附能力强的组分后流出
（二）色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间
平衡分配差异 平衡分配可以用分配系数和分配比来
衡量
（三）色谱分离特点
不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等 →提供了分离的可能性
二、基本类型色谱法的分离机制
渗透系数
KP
[X S ] [X m ]
注：Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小， 与流动相的性质无关
图示
分离机制：
利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离
结论
• 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成 吸附平衡、 分配平衡、 离子交换平衡和渗透 平衡, K 分别为吸附系数， 狭义分配系数， 选择系数和 渗透系数。
图示
➢ 固定相——CaCO3颗粒 ➢ 流动相——石油醚
色带
二、色谱法定义、实质和目的
定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析 方法
实质：分离 目的：定性分析或定量分析
三、分类：
1．按两相分子的聚集状态分：
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 LC
气相色谱 GC
2．按固定相的固定方式分：
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
纸色谱 平面色谱 薄层色谱
高分子薄膜色谱 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
色谱法简单分类
四、色谱法的特点
以及柱温有关
图示
分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离
（三）离子交换色谱法
固定相: 离子交换树脂 流动相: 水为溶剂的缓冲溶液 被分离组分 : 离子型的有机物或无机物
阳离子交换树脂
RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
固定离子 可交换 离子
待测 离子
选择系数 KS [RX ] /[ X ]
第一节 色谱法(chromatography)概述
一、色谱法的由来 1．1906年由俄国植物学家Tsweet创立 植物色素分离 2．现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物各组分并加以分析 固定相(stationary phase)——除了固体，还可以是液体 流动相(mobile phase)——液体或气体 色谱柱(column)——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质 该方法称液相色谱法(liquid chromatography LC)
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)
第二节 色谱法的原理
一、色谱过程及特点 二、基本类型色谱法的分离机制 三、色谱法的基本术语
一、色谱过程、分离原理及特点 P449
（一）色谱过程 指被分离组分在两相中的“分配”
平衡过程
以吸附色谱为例 吸附→ 解吸→再吸附 →再解吸 →反复 多次洗脱→被测组分分配系数不同→ 差 速迁移 → 分离
基本概念：固定相（s）；流动相（m）
（一）吸附色谱法 （二）分配色谱法 （三）离子交换色谱法 （四）空间排阻色谱法
（一）吸附色谱法
固定相: 吸附剂（硅胶或Al2O3） 具表面活性吸附中心
分离机制：吸附能力的差异
吸附平衡
X : 组分分子
Xm + nYa→Xa + nYm Y : 流动相分子
吸附系数
Ka
1．保留时间（retention time ）tR
从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度极大点） 的时间，即组分流经色谱柱所需要的时间。
2．死时间（dead tiom） t0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ或 tm
不被固定相滞留的组分的保留时间，即组分在 流动相中的停留时间或流动相流经色谱柱所需要 的时间（又称流动相保留时间tm, 组分在固定相的 时间 tR - t0 = tR’）。
[Xa] [Xm]
nXa nXm
Sa Vm
[X a ]: 溶质分子在吸附剂表面的浓度 Sa :吸附剂表面面积
[X m ]: 溶质分子在流动相中的浓度 Vm : 流动相的体积
Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质
及温度有关
图示
分离机制： 各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离 吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开
优点：各国药典收载了大量色谱分析方法 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
交换到树脂上的阳离子 流动相中的游离阳离子 Ks与离子的电荷、水合离子半径、流动相性质、
离子交换树脂性质以及温度有关
图示
分离机制： 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）
不同而实现分离
（四）空间排阻色谱法
固定相: 多孔性凝胶 流动相: 水(凝胶过滤色谱) 流动相: 有机溶剂(凝胶渗透色谱)
分离机制 凝胶孔径大小与被分离物分子尺寸的关系
（二）分配色谱法
固定相: 机械吸附在惰性载体上的液体 流动相: 与固定相不互溶的液体 载体: 惰性，性质稳定，
不与固定相和流动相发生化学反应
分离机制 溶解能力的差异
狭义分配系数
K Cs
Cs为溶质分子在固定相中的浓度, Cm
Cm为溶质分子在流动相中的浓度。
K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质
3.调整保留时间(adjusted retetion tiom)tR’
组分与固定相作用,比不作用的组分在柱中多停留 的时间（组分在固定相的时间）
(t
' R
tR
t0)
4．分配系数K（partition coefficient）
在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平 衡后，在固定相与流动相中的浓度比
• 除了凝胶色谱法中的 K 仅与待测分子大小 尺寸、凝胶孔径大小有关外，其他三种 K 值都 受组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温的影响
在色谱柱后安装检测器,检测信号对时间 作图所得曲线称色谱流出曲线。曲线上正常 峰的形状符合正态分布。
三、分配系数与保留行为的关系
（一）基本术语(P438)
图示
• 分配系数的微小差异→吸附能力的微小差异 • 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出；
吸附能力强的组分后流出
（二）色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间
平衡分配差异 平衡分配可以用分配系数和分配比来
衡量
（三）色谱分离特点
不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等 →提供了分离的可能性
二、基本类型色谱法的分离机制
渗透系数
KP
[X S ] [X m ]
注：Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小， 与流动相的性质无关
图示
分离机制：
利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离
结论
• 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成 吸附平衡、 分配平衡、 离子交换平衡和渗透 平衡, K 分别为吸附系数， 狭义分配系数， 选择系数和 渗透系数。
图示
➢ 固定相——CaCO3颗粒 ➢ 流动相——石油醚
色带
二、色谱法定义、实质和目的
定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析 方法
实质：分离 目的：定性分析或定量分析
三、分类：
1．按两相分子的聚集状态分：
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 LC
气相色谱 GC
2．按固定相的固定方式分：
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
纸色谱 平面色谱 薄层色谱
高分子薄膜色谱 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
色谱法简单分类
四、色谱法的特点
以及柱温有关
图示
分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离
（三）离子交换色谱法
固定相: 离子交换树脂 流动相: 水为溶剂的缓冲溶液 被分离组分 : 离子型的有机物或无机物
阳离子交换树脂
RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
固定离子 可交换 离子
待测 离子
选择系数 KS [RX ] /[ X ]