色谱法导论课件..

色谱柱的总空隙度
柱横截面上流动相所占的分数（流动相体积/柱总体
积）
T
Vi Vp Vc
4Fc VM Vc dc 2u
渗透率（Kf）与阻抗因子（Φ）
K f K 0 T
FcL

2 d 4 c p

2 dp
K0

2 pd p tM
L2
用一根固定相的体积为0.148 mL，流动相的体积为1.26 mL 的色谱柱分离A, B两个组分，它们的保留时间分别为14.4 min和15.4 min，不被保留组分的保留时间为4.2 min，试计
相对保留值α组分在色谱体系中的平衡分配差异；
其值越大，越容易分离。
保留指数又称柯瓦（Kovasts）指数，是一种重现性 较其他保留数据都好的定性参数，可根据所用固定相 和柱温直接与文献值对照，而不需标准样品。 （可用 内插法求得保留指数）
同系物保留值对数与碳原子数成线性关系
lg t R ( X ) lg t R ( n ) I R 100 [n ] lg t R ( n 1) lg t R ( n )
按照相的类型分类
气气；气液；气固；液液；液固
按照分离机制分类
物理、机械； 物理化学； 化学
按照分离过程推动力分类
平衡过程和 速率控制过程
流动相是气体，称为气相色谱
用液体做流动相的，称为液相色谱
用超临界流体作流动相，称为超临界流体色谱
柱色谱法
纸色谱法
薄层色谱法
吸附色谱法
吸附剂表面对不同组分的吸附性能差异 分配色谱法 不同组分在两相中分配系数的差异进行分离 离子交换色谱法
1941年（Martin & Synge） 液液分配色谱法 1949年（ Mecllean ） 薄层色谱法
1952年（James & Martin）
气液分配色谱法 1960s 高效液相色谱法
1957年（Golay）
气相色谱法 1980s 毛细管电泳法
1948年 瑞典 Tiselius 电泳技术与吸附作用
min和15.4 min，不被保留组分的保留时间为4.2 min. （3）AB两组分的选择因子αB,A
B, A
K B 22.7 1.10 K A 20.7 k B 2.67 1.10 k A 2.43
B, A
18-3 色谱动力学基本理论
线性理想色谱
线性非理想色谱
非线性理想色谱
算：
（1）各组分的保留因子k （2）各组分的分配系数 K （3）AB两组分的选择因子αB,A
信息分析
公式选择
用一根固定相的体积为0.148 mL，流动相的体积为1.26 mL
的色谱柱分离A, B两个组分，它们的保留时间分别为14.4
min和15.4 min，不被保留组分的保留时间为4.2 min.
离子交换原理
排阻色谱法 利用多孔性物质对体积不同分子的排阻作用
迎头色谱法
以试样混合物作流动相的色谱方法
洗脱色谱法（淋洗色谱法）
以吸附能力或其他作用能力比试样组分弱的气体或液体
作流动相的色谱法 顶替色谱法（置换色谱法） 以含吸附能力或其他作用能力较被分析组分强的组分做 流动相的色谱法
ns k nm
nm之比。
分配系数与保留因子
cs K cm
ns nm
Vs Vm
ns Vm k nm Vs
Vs：色谱柱中固定相的体积； Vm：色谱柱中流动相的体积 β：称为相比；
分布等温线： 在恒定温度下，将cs对cm作图所得溶质在两相中的 浓度关系曲线。
根据等温线形状分为： 线性等温线；凸性等温线和凹形等温线
(1)各组分的保留因子k
t ' R tR tM k tM tM
kA= (14.4 min-4.2 min)/4.2 min=2.43 kB= (15.4 min-4.2 min)/4.2 min=2.67
用一根固定相的体积为0.148 mL，流动相的体积为1.26 mL
的色谱柱分离A, B两个组分，它们的保留时间分别为14.4 min和15.4 min，不被保留组分的保留时间为4.2 min.
W 4
半峰宽：峰高一半处的峰宽度
2X 1 2.354
峰面积
2
比移值
溶质通过色谱柱的平均线速度与流动相平均线速度
之比
ux nm Rf u nm ns
0 Rf 1
n m 溶质在流动相中的分子 数 ns 溶质在固定相中的分子 数
保留值
试样中各组分在色谱柱中 滞留时间的数值，如保留 时间或保留体积 保留时间(tR)
例题
【习题】组分A、B在某气液色谱柱上的分配
系数分别为495和467，试问在分离时哪个组
分先流出色谱柱？
分配系数：表征组分与固定相分子间作用力的大小。 K值越大，组分与固定相的亲和力大；组分在色谱柱 中滞留的时间越长，移动速度慢
保留因子： 在一定的温度和压力下， 组分在两相间达到分配平衡时，组分在 固定相中的质量ns与在流动相中的质量
残留组分
VR：保留体积； cm： 组分在流动相中的平衡浓度； cs： 组分在固定相中的平衡浓度；
Vm：柱内流动相的体积；
Vs：固定相的体积
VRcm Vmcm Vs cs
VR VM KVs
V 'R KVS
cs VR Vm Vs cm
Vm VM
VR VM KVs
1952年 英国 Martin & Synge
分配色谱法
根据混合物各组分在互不相溶的两相（固定相和流动相）中
吸附能力、分配系数或其他亲和作用性能的差异作为分离依 据。
Chromatography 【IUPAC】 Chromatography is a physical method of separation in which the components to be separated are distributed between two phases, one of which is stationary (stationary phase) while the other (the mobile phase) moves in a definite direction.
N c e 2
1 2
VR V N 2 V R

2
M VR
cmax
N M 2 VR
1 2
理论塔板高度（H）
L H N
2 2

理论塔板数（N）
t tR N 16 5.54 R 2V1 W 2
有效理论塔板数（Neff）
N eff t ' tR ' 16 5.54 R 2t 1 W 2
2 2
tR ' tR ' k tM tR tR '
Neff
k N 1 k
2
塔板理论部分反映了色谱过程分子迁移规律，对柱 效评价具有重要实用价值。 基本假设过程忽略色谱过程的动态特征，忽略了扩 散、传质等过程。
SP：固定相；MP：流动相
色谱分离是基于试样中各组分在两相间平衡分配的差异
分配系数：在一定的温度和压力下，组分在两相间达到分配平衡时，组 分在固定相中的浓度Cs与在流动相中的浓度Cm之比。
Cs K Cm
K值大的组分在固定相中滞留时间长， 后流出色谱柱；反之，K值小的组分先
流出色谱柱。
混合物中各组分的分配系数相差越大， 越容易分离。
ns Vs k K nm Vm
t k tM
' R
VR VM VS VR VM VR' k VS VM VM VM
1. 2.
保留因子k：反映色谱柱对组分保留能力的参数; k越 大，保留时间越长 。 保留因子可以通过色谱图求出。
相对保留值（选择性因子）
注意：相对保留值是调整保 留值之比
死体积 VM
不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相体积
• 调整保留体积
VM Fc tM
保留体积减去死体积
VR ' VR VM
溶质分布在固定相和流动相的分子数或物质的量之
比。
Vs p k K q Vm
VRcm Vmcm Vs cs
流出色谱
柱的组分
流动相中
残留组分
固定相中
非线性非理想色谱
理想色谱过程： 溶质在两相间物质交换在热力学上 可逆，传质速率很高，平衡瞬间实
现，分子扩散可以忽略。
分布等温线
塔板理论: 将连续的色谱柱设想成若干小段，
每一段均由固定相和流动相填充，
组分在其内迅速达到分配平衡。
每段称作一个理论塔板；其长度
称理论塔板高度。
1. 色谱柱内径一致、填充均匀； 2. 溶质在每个塔板的分配系数不变；瞬间可达平衡； 纵向分子扩散可忽略； 3. 流动相脉冲式流经色谱柱
1. 分离效能高：同时分析多种成分 2. 灵敏度高： 可检测痕量物质 3. 分析速度快：单次分析几分钟~十几分钟 4. 应用范围广：可应用于气、液、固分析
比较内容 过程 效果 分离能力 试样量
色谱法 趋向平衡 速度快、效率高 性质相近可分离 小，难制备
精馏、萃取 真正平衡 速度慢、效率低 沸点相同不可精馏 溶解度相同不可萃取 大，初步分离
体积流量（Fc）
单位时间内流经色谱柱的平均体积
线速度（Leabharlann Baidu）
单位时间内流动相流经色谱柱的长度
u L tM
记录信号强度随时间变化的曲线
流出曲线或色谱图
基线：反映检测器噪声随时间变化的曲线称为基线
峰高：从色谱峰顶点到基线的距离
标准偏差 σ：转折点间距离的一半 峰底宽度 W： 色谱峰转折点处切线与基线相交的截距
第十八章 色谱法导论
Chapter 18 Introduction of Chromatography
教材468页
18-1 概论 18-2 色谱法基础知识、基本概念及术语 18-3 色谱动力学基础理论 18-4 组分分离-基本分离方程 18-5 色谱方法选择和分离操作条件优化 18-6 色谱定性分析
Freundlich 方程
1 X Kp n m n 常数
cs Kcm
1 n
1 lgcs lg K lg cm n
1/n-决定等温线形状
X 吸附溶质的量 m 固体吸附剂的量 p 溶质的气体平衡分压
1： 线性等温线
<1: 凸形等温线 >1: 凹形等温线
Langmuir （朗缪尔）方程
18-7 色谱定量分析
18-1 概论（Introduction）
Separation Science 分离科学
分离（separation） 混合物组分迁移并在空 间上重新分布以实现 分离目标.
分离科学：基于色谱技术和色谱理论
色谱是一种重要的物理化学分离方法。
M. S. Tswett
（茨维特）
1903年-1906年 色谱概念的提出 1944年（ Consden ） 纸色谱
比较内容 研究对象 分析内容 抗干扰
色谱法 多组分 单一组分含量 能力强
化学分析法 相对单一 总量 需要预处理
定量分析
需要校正
直接计算
比较内容
研究内容 多组分分析 仪器价格 分析灵敏度
色谱法
定性能力弱 多组分分离能力强 低 高
光谱、质谱
结构信息 多组分分析能力差 高 质谱比色谱高 光谱比色谱低
18-2 色谱法基础知识、基本概念和术语
(2) 各组分的分配系数 K
Vm K k k Vs
VM 1.26m L K A kA 2.43 20.7 VS 0.148m L
同理可求B的分配系数KB = 22.7
用一根固定相的体积为0.148 mL，流动相的体积为1.26 mL
的色谱柱分离A, B两个组分，它们的保留时间分别为14.4
单分子吸附层理论
X K1 K 2 p cs m 1 K1 p K 1分布系数 K 2 形成单分子吸附层的饱和吸附量
BET（Bnunaure-Emmett-Teller）方程
多分子层吸附理论
1 C 1 p cs p0 p CK 2 K 2Cp0
p
分布等温线主要应用于色谱基础理论研究； 对色谱方法设计及分离条件优化具有重要应用价值
从进样开始到色谱峰最大
值出现所需的时间，称为
保留时间
L tR ux
死时间(tM)
不被固定相保留的组
分，从进样到出现峰
极大值所需的时间
调整保留时间(tR')
L t R ' t R t M ；t M 时间之差值。 u
组分的保留时间与死
保留体积 VR
VR Fc t R
从进样开始到色谱峰最大值出现时所通过的流动相的体积