第九章_色谱分离技术分析

试样经色谱柱获得分离，按先后次序经过检测器时，检 测器就将流动相中各组分浓度变化转变成电信号，由记 录仪记录下信号—时间曲线，称为色谱流出曲线或色谱 图。
信 号
tR 或 V R t' R R 或 V ' tM V M G E 惰性组分 C
A H 2 F Y1/2 B Y D 时间
1/2h
0.607h
甲醇和乙醇混合样色谱图
高效液相色谱

高效液相色谱法（HPLC）是20世纪60年代末70年代初发展 起来的一种新型分离分析技术，随着不断改进与发展，目前 已成为应用极为广泛的化学分离分析的重要手段。
它是在经典液相色谱基础上，引入了气相色谱的理论，在技 术上采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，因而具 备速度快、效率高、灵敏度高、操作自动化的特点。
理论塔板数越大，峰形越窄，柱效越高。

塔板高度表示单位柱长下的柱效。 塔板高度越小，表明柱效越高，理论塔板数越多。
N>50 二项分布 正态分布
非平衡速率理论
1952年Lapidus等对填充柱色谱过程做了较详细的研究， 指出色谱过程中引起组分宽度扩张的因素主要是： 1.沿柱流动方向的纵向扩散效应； 2.组分在两相间的平衡不能瞬时达成，即它在两相交换时 传质速度是有限的。


由塔板理论可得到：在色谱过程中色谱峰是要展宽的，展宽 的宽度平方值和理论板高 H成正比。即相达成“平衡”所需 的距离H值越大，则色谱峰展宽也就越严重。反之，若理论 板高H值越小。而就一定柱长而言，组分在两相间的“平衡” 次数就越多，色谱柱的分离效率就越高，因此理论板高H值 是衡量色谱柱效率的一个很好的指标。 塔板理论回答了影响色谱峰保留时间和峰宽度这二个重要问 题，但它没有回答宽度也就是相应的理论板高究竟受哪些操 作条件的影响。
第九章 色谱分离技术
色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混 合物的最重要的分离分析方法
1906年，俄国植物学家Tsweet将CaCO3固体粉末装入竖
立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸出液，并用 石油醚连续地冲洗。结果在柱中出现了颜色不同的色带。因 此，Tsweet把这种方法称为色谱法。

色谱过程
吸附→解吸→再吸附→再解吸 两种组分的理化性质原本存在着微小的差异，经过反复多 次地吸附→解吸→再吸附→再解吸的过程使微小差异累积起来， 结果使吸附能力弱的组分先流出色谱柱，吸附能力强的组分后
流出色谱柱，从而使各个组分得到了分离。
对复杂混合物各组分进行 定量和定性分析
色谱法的特点
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。

如今，色谱法不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色 物质的分离。所以色谱法已经失去原来的含义。但是，现在 仍沿用色谱法这个名称。 色谱法具有分离及分析两种功能。它是分析混合物最有力的 手段。 色谱分离是目前应用最广泛的分离方法。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。
优点： 分离效率高、应用范围宽、分析速度快、样品用量少; 灵敏度高、分离和测定一次完成、自动化程度高. 缺点： 不适用于高沸点（>450℃）、有生物活性的物质的分离测定 不适用于制备.
气相色谱结构流程
1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形 阀；5-流量计; 6-压力 表；7-进样口；8-色谱柱; 9-检测器；10-放大器； 11-温度控制器；12-记录 仪或工作站


凝胶渗透色谱 亲和色谱 分子印迹色谱技术
色谱理论

研究色谱过程中分子运动的规律，探讨微观分子运动与色谱 分离的内在联系。 热力学 动力学 分离条件的选择和优化

吸附平衡

溶质吸附受众多因素影响，不同模型根据不同的假设对吸附 过程进行描述。
平衡吸附：
线性函数：
非线性函数：
色谱相关术语

色谱峰区域宽度(Peak width)
是色谱流出曲线的一个重要参数，它直接反映了分离 条件的好坏。习惯上有下面三种表示方法： 1）标准偏差：峰高0.607处色谱峰宽度的一半,用σ表示。 2）峰宽或基线宽度：通过峰两侧的拐点作切线与峰底相 交的宽度，用Y表示。与标准偏差的关系为：Y=4σ。 3 ）半峰宽：峰高一半处色谱峰的宽度 ,用 Y1/2 表示。与标 准偏差的关系为：Y1/2=2σ(2ln2)1/2。
检测器
检测下限 /(g/ml)
10-10
线性范 围
103～104
选择 性
梯度 淋洗
主要特点
UV-Vis
有
可
对流速和温度变化敏感；池体 积可制作得很小；对溶质的响 应变化大。
选择性和灵敏度高；易受背景 荧光、消光、温度、pH和溶 剂的影响
荧光
10-12～1011
103
有
可
电化学
10-10
103
有
困难 选择性高；易受流动相pH值 和杂质的影响；稳定性较差。
基线噪声：由于各种原因引起的基线波动。不论有无组分流出，其噪声均
存在，它是一种背景信号。
色谱峰(Chromatographic peak)

流动相带着组分通过检测器时，由记录仪得到的信号—时 间曲线。
峰底(Peak base)：从峰的起点到峰的终点之间连线。 峰高(Peak hight)：峰的顶点至峰底的垂直距离,通常用h表示。 峰面积（Peak area）：峰与峰底之间的面积，用A表示。
相应(mv*S)
y = 6130.5x + 863.66 R2 = 0.9884
0.6 0.8 浓度(mol/L)
1
1.2
1.4
笨和丙酮混合样的色谱图
液相色谱的主要特点是： 分离效率高； 选择性好，适用于多种多元组分复杂混合物的分离； 应用范围广。从无机物到有机物，从天然物质到合成产物， 从小分子到大分子，从一般化合物到生物活性物质等。
蒸发光散射
示差折光
10-9
10-1 104
无
无
可
可检测所有物质。
不可 可检测所有物质；不适合微量 分析；对温度变化敏感。
质谱
10-10
无
可
主要用于定性和半定量。
气相色谱

气相色谱法主要利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异， 以气体为流动相，以液体或固体为固定相从而达到分离混合 物的色谱方法。
气相色谱法的特点
2 D 0.01k d 8 k H 2 d P U 2 U 2 2 U (1 k ) Dg (1 k ) DL

高效色谱仪


首先高压泵将贮液器中流动相溶剂经过进样器送入色谱柱， 然后从控制器的出口流出。 当注入欲分离的样品时，流经进样器贮液器的流动相将样品 同时带入色谱柱进行分离，然后依先后顺序进入检测器，记 录仪将检测器送出的信号记录下来，由此得到液相色谱图。
蔬菜、水果中农药残留 的检测
浓度相应对应关系图 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 0.2 0.4
图3-20 色谱流出曲线
色谱相关术语
由色谱流出曲线可直接得到的相关术语： 基线 色谱峰 色谱时间 由色谱流出曲线可间接得到的相关术语： 色谱体积 相对保留值
基线(Baseline)
在色谱操作条件下，仅有流动相通过检测器时，由记录 仪得到的信号—时间曲线。

基线漂移：基线随时间定向缓慢的变化。
载气系统
进样系统
色谱Байду номын сангаас 温控系统
检测系统

待测样品在高温的气化室气化后在惰性气体的带动下进入色 谱柱，色谱柱内含有液体或固体固定相 每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平 衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立。 由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配 或吸附、解吸。 结果是在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定 相中分配浓度大的组分后流出色谱柱，进入检测器。
主要色谱方法
离子交换色谱法——
此法是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定 溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法。 凡在溶液中能够电离的物质，通常都可用离子交换色谱 法进行分离。它不仅适用无机离子混合物的分离，亦可用于 有机物的分离。 例如氨基酸、核酸、蛋白 质等生物大分子。因此，应 用范围较广。
相对保留值（Relative Retention Value）

相对保留值指某组分i与基准组分s的调整保留值之比。 通常用ris表示。
(i ) ( i ) tR VR Vg ( i ) ris ( s ) VR ( s ) Vg ( s ) tR
塔板理论


它把色谱柱看成一个分馏塔．分馏塔是分离沸点不同的混合 物的一种装置，一般有十几层塔片。在塔的底层加热，利用 各组分的挥发性不同，在塔片上经过多次气液平衡，最终低 沸点组分在塔顶的流出液中含量高，而高沸点组分在塔底层 含量高。 塔板理论，是人为的认为在色谱柱中存在着塔片。在每个塔 片高度的间隔内，样品混合物的各组分，在流动相与固定相 达到分配平衡。而后各组分被流动相携带转移至另一层塔片， 再达分配平衡。
色谱分类
气固色谱 气相色谱 气液色谱 液固色谱 液相色谱 液液色谱 超临界流体色谱 毛细管电泳
流动相与固定相 聚集态
色谱分类


根据固定相的形状：纸色谱、薄层色谱和柱 色谱。 根据分离操作方式：间歇色谱、连续色谱
检测器


色谱检测器是一个将组分浓度和量信息转化为电信号的传感 器，信号的大小和组分的浓度或量成正比。 现用的液相色谱的检测器分为两种：①普通检测器：它是测 定流动相加人溶质后的某种物理性质的变化；②溶质性质或 选择性检测器：它只对溶质的某些性质是灵敏的。液相色谱 的主要检测器有紫外检测器、示差折光检测器和蒸发散射光 检测器等。
什么是色谱法？
色谱法是一种分离、分析方法，有时又称为层析技术。 它利用被分离的诸物质在互不相溶的两相中分配系数等的微 小差异进行分离。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。

色谱时间
色谱时间主要有： 死时间（Dead time）：不被固定相吸附或溶解的惰性组分，从 进样到出峰的峰顶点之间测得的时间,用tM表示。 保留时间（Retention time）：从进样到组分峰顶点之间测得的 时间，用tR表示。 调整保留时间(Adjusted Retention Time)：调整保留时间指组分 的保留时间扣除死时间后的时间，用tR’表示。tR’=tR-tM
色谱体积
色谱体积主要有： 死体积（Dead Volume）：死体积指色谱柱填充固定相后的空隙体积， 又指在死时间内流动相流经色谱柱的体积。死体积通常用Vm表示。 Vm= tM×FC Fc表示流动相的体积流速（mL/min） 保留体积（Retention Volume）：保留体积指从进样开始，到检测器 中样品浓度最大时，流动相流经色谱柱的体积。通常用VR表示。 VR= tR × FC 调整保留体积(Adjusted Retention Volume)：调整保留体积指保留体 积扣除死体积后的体积。通常用VR’ 表示。 VR’=tR’ × FC

经多次转移平衡，各组分按分配系数大小的顺序，依次流出 色谱柱（分配系数小的先出柱）。由于一根色谱柱的塔片数 比精馏塔多得多（103－104片），因此，只要分配系数间存 在微小的差别，则可获得很好的分离。


塔板理论是由 Martin 等人在平衡色谱理论的基础上发展 起来的。他们假定： 1．流动相按前进方向以脉冲式通过柱子，最小单位为一塔 板体积; 2. 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; 3. 组分在所有塔板上的两相平衡在瞬间建立; 4. 流动相不能被压缩； 5. 所有组分浓度以起始塔板中的浓度为基准