15色谱分析法概论

或W=1.699 W1/2
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2. 保留值
(1) 保留时间（tR）：试
样从进样开始到某个组份 色谱峰顶点的时间间隔， 称为保留时间；
(2)死时间（t0）：不与
固定相作用的物质（如空 气）的保留时间；
(3)调整保留时间（tR ＇）：tR＇= tR－t0
❖保留时间和调整保留时间是色谱法的基本定性参数
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体（气体或液体），称为流动相。
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发展历程
➢30年代 出现薄层色谱法 ➢40年代 纸色谱法 (塔板理论) ➢50年代 气相色谱法兴起，奠定了现代色谱法的基 础，可“在线”分析。 （速率理论） ➢60年代气相色谱-质谱联用技术 ➢70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起,把色谱法又 推进到一个新里程碑。 ➢80年代 液相色谱联用技术、超临界流体色谱 ➢90年代 毛细管电泳法
t0
Vs Vm
(KA
KB)
t0 (kA
kB )
K A KB tR 0
✓ 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等
➢ 结论：色谱分离前提→各组分分配系数不等
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4.分离参数
(1) 分离因子(α)
两种物质调整保留值之比，又称为分配系数比 或选择性系数
t
R
2
t
R1
VR2 VR1
k2 k1
K2 K1
n=(tR/ σ)2
n=5.54(tR/W1/2)2
σ或W1/2↓，H ↓，柱效↑
用t’R代替tR计算塔板数，称为有效理论塔板数(nef)； 求得的塔板高度为有效理论塔板高度（Hef）
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n=16(tR/w)2
n=L/H
从上两式可以看出：
1：色谱峰W越小，n就越大，而H就越小，柱效能 越高。因此，n和H是描述柱效能的指标。
2：在同一色谱柱上，不同组分得到不同的理论塔 板数，同一组分在不同色谱条件下理论塔板数也 不相等。
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2. 速率理论
• 1956年荷兰学者范第姆特（Van Deemter）等在研究 气液色谱时，提出了色谱过程动力学理论——速率理 论。他们吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑 了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基 础上较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型 对气相、液相色谱都适用。范第姆特（Van Deemter） 方程的数学简化式为
• 影响此过程进行的阻力称为传质阻抗，用传质阻抗系 数描述。
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传质阻抗对峰宽的影响
• 由于液相传质阻抗的存 在，增加了组分在固定 液中停留的时间，而晚 回到载气中去。因此这 些组分的分子落后于在 两相界面迅速平衡并随 同载气流动的分子，使 峰展宽，如图所示。
• 在气—液填充柱中，将高沸点液体(固定液)涂在多孔 性载体上构成固定相。
• 样品混合物被载气带入色谱柱后，组分在气—液界面 进入固定液，并扩散至固定液深部，进而达到动态分 配“平衡”。
• 当纯净载气或含有低于“平衡”浓度的载气到来时， 固定液中该组分的分子将逐次回到气—液界面，逸出， 而被载气带走(转移)。这种溶解、扩散、转移的过程电泳法 6
17.2 色谱过程与术语
17.2.1 色谱过程
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。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。
两相及两相的相对运动 构成了色谱法的基础
（动画）
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17.2.2 基本术语(P436)
1. 色谱
经色谱柱分离后的样品组份通过检测器时，所产生的电信 号强度对时间作图，所绘得曲线称为色谱图或流出曲线
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(1) 基线
基线是在操作条件下，没有组份流出时的流出曲线 基线反映仪器的噪音随时间的变化 稳定的理想基线应该是一条水平直线． 基线漂移:基线在一段时间内朝某一个方向变化.
（动画）
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涡流扩散项的影响因素
A = 2λdp
dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
1:涡流扩散项与填充物的平均直径的大小和填充 不规则因子有关，与流动相的性质、线速度和 组分性质无关。
2:为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀 的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。对于空 心毛细管，不存在涡流扩散。因此A＝0。
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 5
气相色谱法(GC)
Gas Chromatography
色 谱
液相色谱法(LC)
法 Liquid Chromatography
气固色谱
柱色谱法 气液色谱
纸色谱法 平板色谱法
薄层色谱
柱色谱法
液液 液固
超临界流体色谱法 （SFC）
（两相中的运动阻力，扩散）
速率理论
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1. 塔板理论
• 最早由Martin等人提出塔板理论，把色谱柱 比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来 描述组分在两相间的分配行为，同时引人理论 塔板数作为衡量柱效率的指标
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塔板理论的四个基本假设
（i）色谱柱是由一系列连续、等距的水平塔板组成。 在柱内每层塔板内部，组分可以在两相间迅速达 到平衡。
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(2) 分离度 (Rs)
色谱分离中的几种情况如图所示：
分离度（ Rs ），又称分辨率：反映组分在色谱 柱分离情况。
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分离度的表达式：
Rs
tR2 tR1 (W1 W2 ) / 2
2(tR2 tR1) W1 W2
R=0.8：两峰的分离程度可达89%； R=1：分离程度95.4%；（4σ） R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。
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17.3 色谱分离的基本理论
色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动
力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效
与分离度的评价指标及其关系。
组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？
塔板理论
组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；
（组分和固定液的结构和性质）
色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；
H A B Cu u
•式中u为流动相的线速度；A，B，C为常数，分别代表 涡流扩散项系数、纵向扩散项系数、传质阻抗项系数。
现分别叙述各项系数的物理意义。
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（1）涡流扩散项的概念
在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时， 流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向， 使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动， 故称涡流扩散。
其它物质的保留指数（IX）是通过选定两个相邻的正构 烷烃，其分别具有Z和Z＋1个碳原子。被测物质X的调整保留
时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：
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保留指数计算方法
t' R( z1)
tR' ( X )
t' R(Z
)
IX
100[
z
n
lg lg t
t' R(x
' R(z
) lg t n) lg
（ii）流动相进入色谱柱不是连续进行的，而是间歇 式前进，每次前进为一个塔板体积。
（iii）所有组分开始时存在于第1号塔板上，而且试 样沿轴（纵）向扩散可忽略。
（iv）分配系数在所有塔板上是常数。
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理论塔板高度和理论塔板数
理论塔板高度(H)和理论塔板数(n)都是柱效指标。
H=σ2/L
n=L/H
n=16(tR/W)2
' R(z)
t' R(z
)
]
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• 例 在Apiezol L柱上，柱温100℃，用正
庚烷及正辛烷为参考物质对，测得
t0=30.0s，正庚烷的tR=204.0s，乙酸正丁 酯的tR=340.0s及正辛烷的tR=403.4s。
Ix=100（ 7
1
lg 310.0 lg 373.4
lg174.0 lg174.0
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(2) 峰高或峰面积
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，
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(3) 峰宽
用来衡量色谱峰宽度的重要 参数，有三种表示方法：
（1）标准差 ()：正态分布曲线
上两拐点间距离的一半。反映组 分分散程度。
（2）峰底宽 (W)：W=4
（3）半峰宽 (W1/2)：色谱峰高
一半处的宽度 W1/2 =2.355
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（2）纵向扩散项的概念
纵向扩散是由浓度梯度造成的。组 分从柱入口加入，其浓度分布的 构型呈“塞子”状。 如右图所示。它随着流动相向前推 进，由于存在浓度梯度，“塞子” 必然自发地向前和向后扩散，造 成谱带展宽。
（动画）
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纵向扩散项的影响因素
B = 2 γ Dg γ ：扩散阻碍因子。填充柱色谱， γ <1。
）=775.6
说明乙酸正丁酯在Apiezol L柱上的保留行为相 当于7.756个碳原子的正构烷烃的保留行为。
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3.分配系数与容量因子(P439)
(1)分配系数
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、 挥发的过程叫做分配过程。在一定温度和压力下，组分在 两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分 配系数，用K 表示，即：
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17.1.2.色谱法的分类
(1)．按两相分子的聚集状态分：
流动相
液体 液体
固定相
固体 液体
类型
液-固色谱 液-液色谱
液相色谱
气体 气体
固体 液体
气-固色谱 气相色谱 气-液色谱
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(2)．按操作形式分类：
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
平板色谱