中国药科大学 分析化学课件 第17色谱分析

续前
调整保留体积VR’：保留体积与死体积之差，即组分 停留在固定相时所消耗流动相的体积
' VR' VR V0 t R FC
' ' 注：VR与Fc 无关；t R
1 Fc
V0 和 Vm、t0 和 tm 的区别
• V0 ：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空 间体积 ； 流定相充满死体积所需的时间为t0 。
二、色谱法定义、分离基础和目的
定义：利用各组分物理化学性质的不同，在流动相流 经固定相时，由于各组分在两相间的吸附、分 配或其它亲和力的差异而产生不同速度的移 动，最终达到分离的目的。图例
分离基础：差速迁移 (例:赛跑)
目的：多组分分离，实现定性定量分析
图示
石油醚 流动相
碳酸钙
色素
吸附剂
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
随流
差速迁移
二、基本术语 1．流出曲线和色谱峰
• 流出曲线（色谱图 chromagtogram）：电信号强 度随时间变化曲线 • 色谱峰(peak)：流出曲线上突起部分
2．基线、噪音和漂移 base line, noise and drift
基线：仅有流动相通过检测器时产生 的信号曲线。反映检测器噪音 随时间变化的曲线
6、分配系数和容量因子——相平衡参数
7、等温线 8、分离因子和分离度——分离参数
第三节 色谱法基本理论
分离度：
R＝
t R 2 t R1 (W1 W2 ) / 2
＝
2(t R 2 t R1 ) W1 W2
要使R大，必须： 1、∆tR大--- ∆k大----热力学 2、W小---峰展宽小---动力学
（2）分离度（resolution, R）：
衡量色谱分离条件优劣的参数
定义：相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍
保留值之差（峰顶间距 t R 2 t R1 ） R W1 W2 峰宽和之半 2
2(t R 2 t R1 ) 1.177 (t R 2 t R1 ) R W1 W2 W1 2 (1) W1 2 ( 2)
第二节
一、色谱过程 二、基本术语
色谱过程与术语
1、流出曲线和色谱峰
2、基线、噪音和漂移 3、峰宽——柱效参数 4、峰高和峰面积——定量参数 5、保留值——定性参数
6、分配系数和容量因子——相平衡参数
7、等温线 8、分离因子和分离度——分离参数
一、色谱过程 色谱过程：指物质分子（被分离组分）在相对运动的
A R B R
Vs t0 (1 K B ) Vm
A tR
Vs t0 (1 K A ) Vm
结论：色谱分离前提→各组分分配系数不等
注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等
1）组分一定，K不等的前提
s和m改变 T改变
2）色谱条件（s，m，T）一定时，K一定 → tR一定
调整保留时间tR’ ：组分由于和固定相作用，比不作用的组
分在柱种多停留的时间，即组分在固定相中滞留的时间。等于 组分的保留时间与死时间之差值
t t R t0
' R
图示
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（2）用体积表示的保留值
保留体积VR：从进样开始到组分出现浓度极大点时所需要的
流动相的体积。 VR与tR和Fc（流动相流速mL/min）的关系
W1 2 2.355
• 峰宽W：色谱峰两侧拐点切线与基线相交的截距
W 4
W 1.699W1 2
注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积
图示
4．峰高和峰面积：色谱定量参数
• 峰高(peak height；h)：组分在柱后出现浓度
极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的
距离。
• 峰面积(peak area；A)：色谱曲线与基线间 包围的面积。
第十七章 色谱分析法概论
chromatography
色谱法是最重要的分离技术，篇幅约占书的三分之一
色谱法概述 色谱过程和术语 色谱法基本理论
基本类型色谱的分离机制
第一节 色谱法概述
一、色谱法（chromatograph）的起源和发展 1．1906年由俄国植物学家Tsweet创立 植物色素分离见图示 2、1931年β－胡萝卜素异构体的分离 3、30～40年代TLC、PC平板色谱法的出现
• Vm ：平衡时流动相在色谱柱中占有的体积，流动相经
过色谱柱所需时间用tm 表示。 • • Vm ≤ V0，tm≤ t0 的物理意义有区别。 在多数情况下，可忽略导管和检测器内腔的容积， Vm 和 V0视为近似相等。
下一张 图例
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6．分配系数和容量因子：相平衡参数
• 分配系数K（partition coefficient , 平衡常数）：指在
5．保留值：色谱定性参数
表示组分在色谱固定相内滞留状态的参数
（1）时间表示的保留值
保留时间 retention time, tR：从进样开始到组分出现浓度
极大点时所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间
死时间dead time, t0：不被固定相滞留组分的保留时间，相
当于流动相到达检测器所需要的时间
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（固定相液体）
（ partition chromatography）
吸附色谱：利用物理吸附性能的差异（固定相固体）
（ absorption chromatography）
离子交换色谱：利用离子交换原理 （固定相离子交换树脂）
① 凹形→前沿峰
溶质与固定相作用，改变其表面性质，K随着溶质浓度的增加 而增加
凹形：前沿峰
线性：对称峰
斜率=K 凸形：拖尾峰
• 对称因子(symmetry factor)
——衡量色谱峰对称性 正常峰（对称）——fs在0.95~1.05之间 色谱峰 非正常峰 前沿峰 ——fs小于0.95 拖尾峰 ——fs大于1.05
V R t R Fc
1 注：VR为定值，与Fc 无关；t R 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
体积。包括从进样器到色谱柱导管的体积、固定相的孔隙及颗 粒间隙、 柱出口导管及检测器内腔体积的总和。
V 0 V1 Vm V3
V0 t0 FC
V0 ，色谱峰扩展 ，峰形 差
柱色谱法
LSC
SEC IEC
毛细管电泳法 （CE） 超临界流体色谱法 （SFC）
色谱法简单分类
四、色谱法的特点
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 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)
Ws CsVs Vs k K Wm CmVm Vm
VS ★ t R t0 (1 K ) t R t0 (1 k ) Vm
t R t0 t ★ k t0 t0
注：k t R 长
' R
注：K不等或k不等是分离的前提
k容易获得，用的更多
B tR
Vs t R t t t 0 ( K A K B ) Vm K A K B t R 0
4、40年代瑞典科学家Tiselius等在分配液相色谱、
吸附色谱和电泳领域取得了成果※
5、50年代英国Martin和Synge建立GC色谱※
6、60年代GC-MS联用 7、70年代HPLC崛起
图示
植物色素混合物
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚
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——除了固体，还可以是液体 流动相——液体或气体 色谱柱——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质
色谱学的重要作用
• 应用的科学领域：生命科学、材料科学、环境科学等 • 药学： 1、教材内容多，约占全书的三分之一。 2、药学各个专业都会用到色谱分析法 药典 2005年版 2000年版 Ⅱ部 药品 1967种 1699种 HPLC分析 848种 567种 3、考研 大综合包括分析、有机、生理、生化 其中分析75分约近一半是色谱内容
VS 1 R ' C S VS K R' C mVm Vm
( R' 1)
VS 1 1 K R' Vm
组分在色谱柱中迁移速度 u R L t R t0 R' 流动相的迁移速度 u0 L t 0 t R
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VS ) ★ 色谱过程方程 t R t 0 (1 K Vm
7、等温线：(P442)
定义：指一定温度下，组分在两相中分配பைடு நூலகம்平衡时，在两相
中的浓度关系曲线，即cs对cm的关系曲线 图示
(1) 线性等温线（理想）→对称峰
固定相表面活性吸附中心未达饱和，K一定，与溶质浓度无关
(2)非线性等温线
① 凸形→拖尾峰（常见） 固定相表面吸附中心活性不均，溶质分子先占据强吸附中心再 占据弱吸附中心，K随着溶质浓度的增加而减小
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
注：K为热力学常数
CS K Cm
与组分性质、固定相性质、流动相性质及温度有关 实验条件固定，K仅与组分性质有关

不同分离机理的色谱中，K名称虽有所不同，但物理意义都 一样，表示平衡状态下两相中浓度之比
tR与K的关系：
设R'为单位时间内一个分子 在流动相中出现的几率 设1 R'为单位时间内一个分子 在固定相中出现的几率
对称因子：（拖尾因子）
W0.05 h A B fs 2A 2A
8.分离因子和分离度：—分离参数
描述相邻组分分离状态的指标
（1）分离因子（分配系数比或选择性系数） 定义：两种物质调整保留值之比
' t R2 ' t R1
K 2 k2 K1 k1
分离因子α>1是色谱分离的必需条件
K t R
讨论： 色谱条件一定时，tR主要取决K的大小 （色谱法基本的定性参数 ） K↑，tR↑ ，组分后出柱 K=0，组分不保留 K→∞ ，组分完全保留
分配系数K不容易获得，不常用
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• 容量因子（capacity factor, 容量比，分配比）k：
在平衡状态下，组分在固定相与流动相中的质量比
讨论
• 设色谱峰为正常峰，W1≈W2= 4σ
R 1.0 t R 4 基本分离 R 1.5 t R 6 完全分离(定量分析前提） R 1.0 完全未分开
第二节
一、色谱过程 二、基本术语
色谱过程与术语
1、流出曲线和色谱峰
2、基线、噪音和漂移 3、峰宽——柱效参数 4、峰高和峰面积——定量参数 5、保留值——定性参数
（稳定—平直直线）
噪音：仪器本身所固有的，以噪音 带表示（仪器越好，噪音越小） 漂移：基线向某个方向稳定移动
（仪器未稳定造成）
3．峰宽 peak width：色谱柱效参数
• 标准差σ： σ为正态分布曲线两拐点间距离的一半。
对应0.607h处峰宽的一半
注：σ↓小，峰↓窄，柱效↑高
• 半峰宽W1/2：峰高一半处所对应的峰宽
（ion exchange chromatography ）
空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同（固定相凝胶）
（size exclusion chromatography）
GSC
气相色谱法 （GC）
柱色谱法
GLC 纸色谱法 平面色谱法 薄层色谱法 （TLC） LLC LLC
LSC
色 谱 法
LLC 液相色谱法 （LC）
两相（流动相和固定相）中的“分配”平衡
过程
以吸附色谱为例见图示
色谱过程：
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
图示
• 吸附能力弱的组分先流出 吸附能力强的组分后流出
• 组分的结构和性质微小差异 动相移动的速度不等
与固定相作用差异 色谱分离。
三、色谱法分类：
1．按两相分子的聚集状态分：
气相色谱：流动相为气体（称为载气） GC
按固定相不同分为：气固色谱 (GSC)
气液色谱 (GLC)
液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）
LC
按固定相的不同分为：液固色谱 (LSC) 液液色谱 (LLC)。
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