仪器分析色谱法基本原理
仪器分析学习 第6章 色谱法导论-气相色谱
* 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；
仪器分析化学 第一章 色谱基本理论
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
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)
有机分析气相色谱分析法
有机分析气相色谱分析法一、GC的原理GC是一种基于样品挥发性物质在固定相柱中传质的方法。
样品在高温下气化，进入气相色谱柱。
柱子中填充了一种固定相，用来分离混合物中的化合物。
不同化合物在固定相上的亲和力不同，因此会按照相对亲和力的大小顺序通过柱子，最终达到分离的目的。
二、GC的仪器设备GC仪器主要由进样系统、色谱柱、检测器和数据处理系统组成。
进样系统用于将样品引入色谱柱。
色谱柱是分离化合物的关键，通常由玻璃制成，内部填充着固定相。
检测器用于检测化合物，并将信号转化为电信号。
数据处理系统用于记录和分析检测到的信号。
三、GC的操作步骤1.样品制备：将待分析的样品制备成气相可挥发的形式，例如通过溶解或萃取等方法。
2.进样：将样品注入进样器中，通过进样系统引入柱子中。
3.分离：样品在柱子中被分离，分离速度取决于化合物的挥发性和在固定相上吸附的亲和力大小。
4.检测：化合物通过柱子后，进入检测器。
根据检测器的原理，可以获得不同化合物的信号。
5.数据处理：将检测到的信号转化为峰，通过峰的面积和高度等参数来定量和分析化合物。
四、GC的应用领域1.环境分析：GC可用于检测大气、水体和土壤中的有机化合物，例如揮发性有机化合物（VOCs）、农药残留等。
2.药物分析：GC可用于药物分析，如药物的质量控制和生物样品中药物的测定。
3.食品安全：GC可用于检测食品中的添加剂、农药残留和食品中有害物质的分析。
4.石油和化学工业：GC用于石油和化学工业中原料和产品的质量控制和分析。
5.化妆品和香料：GC可用于检测和分析化妆品和香料中的挥发性成分。
综上所述，有机分析气相色谱分析法是一种广泛应用于化学、环境和食品等领域的分析方法。
其原理简单、分离效果好、分析速度快且灵敏度高，因而得到了广泛的应用。
仪器分析名词解释
名词解释：色谱法（chromatography）：也称为色谱分析，是一种物理或物理化学分离分析的方法。
利用分离介质（无机物或有机物，可以是固体、液体或气体）将样品中的各组分进行定性或定量分离和分析的方法。
色谱法基本原理：利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相做相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。
色谱图(Chromatogram)：又称色谱流出曲线，是由检测器输出的信号强度对时间作图所绘制的曲线。
基线(Base line)：理论上直线，反映样品为零时信号随时间变化的监测器本底信号。
色谱峰(Peak)：流出曲线上凸起部分，即组分流经检测器所产生的信号。
峰高(Peak height, h)：为色谱峰峰顶与基线之间的垂直距离，定量分析的依据。
峰宽(Peak width, W)：色谱峰两侧拐点上切线在基线上的截距。
半峰宽(Peak width at half height, W1/2)：h/2处所对应的峰宽。
标准偏差(σ)：0.607 h处色谱峰宽一半。
参数关系W = 4σ，后三个反应色谱柱或色谱条件的优劣。
死时间(Death time, t0)：溶质不与固定相作用，直接经过色谱柱所需时间。
保留时间(Retention time, tR)：进样到出现峰顶的时间。
调整保留时间(Adjusted retention time, tR')：tR' = tR - t0 。
死体积(Death volume, V0)：色谱柱中不被固定相占据＋进样系统管道＋检测系统的空间。
保留体积(Retention volume, VR)：进样至出现峰顶时通过的流动相体积。
调整保留体积(Adjusted retentionvolume, VR' )：VR' =VR - V0 。
峰面积(Peak area, A)：整个峰曲线所围绕起来的面积。
它和h一般与组分含量或浓度成正比，是定量分析的基本依据。
仪器分析第十一章色谱法分离原理
• ⑨保留值与分配系数K之间的关系 • 当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明 该组分恰好有一半的量洗脱在保留体积的 流动相中，刚好流出色谱柱，其余一半则 仍留在柱内。 • 根据物料等衡原理得： • VRcm=Vmcm+Vscs • VR=Vm+(cs/cm)Vs VR=Vm+KVs • 又VM≈Vm ∴ VR=VM+KVs
• • • •
A—涡流扩散项 B—分子扩散项系数 C—传质阻力项系数 ū—流动相的平均线流速．即单位时间内流 动相在色谱柱中流动的距离．cm/s • 由上式，要降低H的数值，提高柱效，需降 低式中各项系数值。
• 1.涡流扩散项A • 在填充色谱柱中，流动相（载有组分分子） 通过填充物的不规则空隙及填充物颗粒时， 不断改变流动方向，形成紊乱的类似“涡 流”的流动。由于填充物颗粒大小的不同， 以及填充的不均匀性，使组分分子通过填 充柱时，有许多长短不等的路径。因此， 同一组分的不同分子，到达柱尾出口处的 时间有先有后，形成了一个统计分布，色 谱峰变宽。如图所示
K=cs/cm
当K与浓度无关 时，分配等温 线是线性的。 K为常数时所进 行的色谱过程 为线性色谱。
分布等温线方程参见 教材479-481页
典型的分配等温线
• 二、色谱图及相关术语 • 1.色谱图
色谱流出曲线
• 2.相关术语 • (1)基线：色谱柱中仅有流动相通过时，检 测器响应信号的记录值。稳定的基线应是 一条水平直线。 • (2)峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距 离，以h表示。 • (3)保留值 • ①死时间tM：不被固定相吸附或溶解的物 质进入色谱柱时，从进样到色谱图上出现 峰极大值所需的时间。
• A=2dp • —填充不规则因子（包括固定相颗粒大小、 几何形状及装填紧密程度）。 • dp—填充物颗粒的平均直径。 • 注：A与流动相的性质、线速度和组分性质 无关。
大学化学专业仪器分析实验色谱实验
样品前处理对色谱实验结果有重要影响，未来可以深入研 究样品前处理的最佳方法和技术，以提高分离效果和实验 效率。
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感谢您的观看
色谱分析广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，对于研究物质组成、结构和 性质具有重要意义。
本实验将通过实践操作，让学生了解色谱分析的基本原理、操作方法以及应用范围， 为后续的化学学习和研究打下基础。
02 色谱法基本原理
定义与分类
定义
色谱法是一种分离和分析复杂混 合物中各组分的方法，通过不同 组分在固定相和流动相之间的分 配平衡实现分离。
长等。
进样分析
将处理好的样品注入仪 器，启动实验，开始色
谱分离分析。
结果处理
收集实验数据，进行数 据处理和结果分析，得
出结论。
04 实验结果分析
数据记录与处理
数据记录
在色谱实验中，需要详细记录每个步 骤的实验数据，包括进样量、检测时 间、峰面积等。
数据处理
对实验数据进行处理，包括数据清洗 、归一化、计算等，以便后续的结果 分析。
结果分析方法
对比分析
将实验结果与标准品或已知样品 进行对比，分析差异和相似之处。
定量分析
根据峰面积等数据，计算待测物 的浓度或含量。
谱图解析
对色谱图进行解析，识别各组分 的峰，并确定其对应的物质。
结果解读与讨论
结果解读
根据实验结果，解读待测物的性质、组成和含量 等信息。
结果讨论
对实验结果进行讨论，分析可能的影响因素和误 差来源，提出改进措施。
分类
按固定相类型，色谱法可分为液 相色谱、气相色谱、凝胶色谱等 ；按操作方式，可分为柱色谱、 纸色谱和薄层色谱等。
仪器分析第二章思考题详解
2．内标法 当只需测定试样中某几个组份．或试样中所有组份不可能全 部出峰时，可采用内标法．具体做法是：准确称取样品，加入一定量某 种纯物质作为内标物，然后进行色谱分析．根据被测物和内标物在色谱 图上相应的峰面积(或峰高）)和相对校正因子．求出某组分的含量． 内标法是通过测量内标物与欲测组份的峰面积的相对值来进行计算的， 因而可以在一定程度上消除操作条件等的变化所引起的误差． 内标法的要求是：内标物必须是待测试样中不存在的；内标峰应与试 样峰分开，并尽量接近欲分析的组份． 内标法的缺点是在试样中增加了一个内标物，常常会对分离造成一定的 困难。
22.分析某种试样时，两个组分的相对保留值r21=1.11, 柱的 有效塔板高度H=1mm，需要多长的色谱柱才能完全分离？ 解：根据公式
1 R= 4
L 1 ( ) H eff
得L=3.665m
25. 丙烯和丁烯的混合物进入气相色谱柱得到如下数据：
组分 空气 丙烯(P) 丁烯(B)
保留时间/min 0.5 3.5 4.8
7. 当下述参数改变时: (1)增大分配比,(2) 流动相速度增加, (3) 减小相比, (4) 提高柱温,是否会使色谱峰变窄?为什么? 答:(1)保留时间延长,峰形变宽
(2)保留时间缩短,峰形变窄
(3)保留时间延长,峰形变宽 (4)保留时间缩短,峰形变窄
8.为什么可用分离度R作为色谱柱的总分离效能指标?
该法的主要优点是：简便、准确；操作条件(如进样量，流速等)变化 时，对分析结果影响较小．这种方法常用于常量分析，尤其适合于进样 量很少而其体积不易准确测量的液体样品．
20.在一根2 m长的色谱柱上,分析一个混合物,得到以下数据:苯、 甲苯、及乙苯的保留时间分别为 1 ’ 20 “ , 2 ‘ 2 ”及 3 ’ 1 “ ；半峰宽为 0.211cm, 0.291cm, 0.409cm，已知记录纸速为1200mm.h-1, 求 色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。
仪器分析的原理
仪器分析的原理仪器分析是一种广泛应用于科学研究、工业生产和环境监测等领域的分析技术。
它通过使用各种仪器设备，利用物质的物理、化学性质和相互作用来定量或定性分析样品的成分和性质。
在仪器分析中，有多种原理被应用，下面将逐一介绍其中几种常见的原理。
1. 光谱分析原理：光谱分析是利用物质对光的吸收、发射或散射而进行分析的方法。
常见的光谱分析技术包括紫外可见光谱、红外光谱、质谱等。
光谱分析原理基于不同物质吸收或发射光的特征，通过测量样品与光源的相互作用，从而推断出样品的成分和浓度。
2. 色谱分析原理：色谱分析是利用物质在固定相和流动相中不同的分配或吸附性质进行分离分析的方法。
常见的色谱分析技术包括气相色谱、液相色谱等。
色谱分析原理基于样品成分在不同相中的携带速度差异，通过测量携带速度，从而实现对样品进行定性和定量分析。
3. 电化学分析原理：电化学分析是利用物质在电极上与电流或电势的关系进行分析的方法。
常见的电化学分析技术包括电解法、电沉积法、电化学阻抗谱等。
电化学分析原理基于物质在电场或电流的作用下，引起电势变化或电流变化，通过测量这些变化来推断样品的性质和浓度。
4. 质谱分析原理：质谱分析是利用物质在质谱仪中通过分子碎片的质量-电荷比进行分析的方法。
常见的质谱分析技术包括质谱质量分析、质谱图谱等。
质谱分析原理基于样品分子在高能状态下发生断裂，形成一系列碎片离子，根据这些离子的质量-电荷比进行分析。
5. 核磁共振分析原理：核磁共振分析是利用核自旋在外加磁场和射频电磁场的作用下发生共振而进行分析的方法。
常见的核磁共振分析技术包括核磁共振成像、核磁共振波谱等。
核磁共振分析原理基于不同核自旋在不同磁场中的共振频率差异，通过测量共振信号来推断样品的成分和分子结构。
综上所述，仪器分析的原理涵盖了光谱分析、色谱分析、电化学分析、质谱分析和核磁共振分析等多个领域，每种原理都有其独特的应用和优势。
仪器分析通过高效、准确的手段提供了快速分析样品成分和性质的方法，为科学研究和生产工作提供了重要的技术支持。
《仪器分析》——平面色谱法
10
（三）高效薄层法（high performance thin layer chromatography；HPTLC）
• 在现代色谱理论指导下，以经典薄层色谱法为基 础发展起来的一种薄层色谱技术。
• 特点
分离效率高 分析速度快 检测灵敏度高等
高效薄层色谱法与经典薄层色谱法比较见表19-3
11
二、吸附薄层色谱的吸附剂和展开剂
(2)吸附剂
不活泼
活泼
B’ B
非极性
A’ A
极性
(3)展开剂 C
C’
非极性
极性
(1)被分离物质
18
三、薄层色谱操作方法
（一）薄层板的制板 选择 5cm 20cm 、10cm 20cm、 20cm 20cm
涂布 活化
不加粘合剂 加粘合剂如5~15%石膏 或 0.25~0.75%CMC-Na
涂布
晾干
0.2～0.3mm
光物质；在254nm波长紫外光下呈强烈黄绿色荧光 背景
16
（二）展开剂
展开剂的选择
根据被分离物质的极性、吸附剂的活度和展开 剂的极性三者的相对关系进行选择
先用单一溶剂展开，然后根据分离效果进行调 整，经常使用混合展开剂
分离酸碱组分时，展开中加入少量酸、碱
常用混合展开剂 表19-3
17
化合物极性、吸附剂活度和展开剂极性间的 关系
2. 相对比移值（Rr）
R =R /R =L /L
r
f(i)
f(s)
is
定性参数
纯物质加入试样中
同样条件下测定
或试样中某已知组分
i
s
Li Ls
s＋i
在一定程度上消除系统误差
仪器分析复习内容(重点)
第二章气相色谱分析1.简要说明气相色谱分析的基本原理借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。
气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。
组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发（气液色谱），或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。
2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?气路系统．进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统．气相色谱仪具有一个让载气连续运行管路密闭的气路系统．进样系统包括进样装置和气化室．其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中．3.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择.解:提示:主要从速率理论(van Deemer equation)来解释,同时考虑流速的影响,选择最佳载气流速.P13-24。
（1）选择流动相最佳流速。
（2）当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气（如N2,Ar)，而当流速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气（如H2,He),同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。
（3）柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的挥发流失。
在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采用较低的温度，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。
（4）固定液用量：担体表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也越多，但为了改善液相传质，应使固定液膜薄一些。
（5）对担体的要求：担体表面积要大，表面和孔径均匀。
粒度要求均匀、细小（但不宜过小以免使传质阻力过大）（6）进样速度要快，进样量要少，一般液体试样0.1~5uL,气体试样0.1~10mL.(7)气化温度：气化温度要高于柱温30-70℃。
4.试述速率方程中A, B, C三项的物理意义. H-u曲线有何用途?曲线的形状主要受那些因素的影响? 解:参见教材P14-16A 称为涡流扩散项,B 为分子扩散项，C 为传质阻力项。
下面分别讨论各项的意义：(1) 涡流扩散项A 气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。
色谱分析的原理
色谱分析的原理
色谱分析是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析方法，它通过分离混合物中的各种成分，从而实现对样品的定性和定量分析。
色谱分析的原理主要包括样品的分离、检测和定量三个方面，下面将对色谱分析的原理进行详细介绍。
首先，色谱分析的分离原理是基于不同物质在固定相和流动相作用下的迁移速度不同而实现的。
在色谱柱中，固定相起到分离作用，而流动相则将样品带动通过柱子。
当样品通过柱子时，不同成分会因为与固定相的相互作用力不同而在流动相的作用下以不同速度迁移，从而实现了成分的分离。
在色谱分析中，常用的分离方法包括气相色谱（GC）和液相色谱（LC），它们分别适用于气体和液体样品的分离。
其次，色谱分析的检测原理是通过检测样品在分离后的特定位置的信号来实现的。
常用的检测方法包括紫外-可见吸收光谱检测、荧光检测、电化学检测等。
这些检测方法可以根据样品的特性选择合适的检测方式，从而实现对样品成分的定性和定量分析。
最后，色谱分析的定量原理是基于样品中成分的峰面积与浓度
之间的关系来实现的。
在色谱图上，每个成分都会呈现出一个峰，峰的面积与成分的浓度成正比。
通过标定曲线，可以将峰面积与成分的浓度建立起定量关系，从而实现对样品中成分的定量分析。
综上所述，色谱分析的原理主要包括样品的分离、检测和定量三个方面。
通过对这些原理的深入理解，可以更好地应用色谱分析技术进行样品分析，为化学、生物、环境等领域的研究和应用提供有力支持。
仪器分析-色谱法
高效液相色谱法(HPLC) 是在气相色谱和经典液相色谱的基础上，采用高压泵、高效固定相以及高灵敏度检测器等新实验技术建立的一种液相色谱分析法。
特点：高压、高柱效、高灵敏度2.HPLC中分离条件的选择：a.固定相与装柱方法的选择:选粒径小的、分布均匀的球形固定相(dp≤10μm)首选化学键合相，匀浆法装柱b.流动相及其流速的选择: 选粘度小、低流速的流动相c.柱温的选择:选室温25-30℃左右。
太低流动相黏度增加，太高容易产生气泡第一节液-固色谱法1.液-固色谱法是利用各组分在固定相上的吸附能力不同进行分离的，也称液-固吸附色谱。
2.分离原理.：组分分子与流动相分子竞争吸附吸附剂表面活性中心，靠组分分子的分配比不同而分离。
3.吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及流动相的性质等。
1）组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附;2）组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。
吸附色谱是分离几何异构体的有效手段;不同的官能团具有不同的吸附能力，因此，吸附色谱可按族分离化合物4.固定相：常用的液-固色谱固定相是表面多孔和全多孔微粒型硅胶、氧化铝等。
一般采用5~10μm的全多孔型微粒。
这些吸附剂的极性都比较大，对非极性组分的保留能力较弱，与极性化合物的相互作用较强。
5.流动相：在液-固色谱中，选择流动相的基本原则是极性大的试样用极性较强的流动相，极性小的则用低极性流动相。
液-固色谱的流动相必须符合下列要求:1）能溶解样品，但不能与样品发生反应。
2）与固定相不互溶，也不发生不可逆反应。
3）粘度要尽可能小，这样才能有较高的渗透性和柱效。
4）应与所用检测器相匹配。
例如利用紫外检测器时，溶剂要不吸收紫外光。
5）容易精制、纯化、毒性小，不易着火、价格尽量便宜。
第二节化学键合相色谱法1.液液分配色谱法分离原理：根据物质在两种互不相溶的液体中溶解度的不同，在两溶液间进行不同分配而实现分离。
仪器分析气相色谱法
仪器分析气相色谱法气相色谱法（Gas Chromatography，GC）是一种常用的分析技术，在化学、生物、环境等领域中广泛应用。
该技术通过样品在气相色谱柱中的分离和检测，可以对复杂的混合物进行分析和定量。
本文将介绍气相色谱法的基本原理、仪器分析方法以及应用领域。
一、气相色谱法的基本原理气相色谱法是一种层析技术，原理是通过样品在一个固定相（色谱柱内涂层的液体或固体）和一个惰性气体流动的气相之间的分配来进行分离。
在气相色谱仪中，样品通过进样口被注入到气相色谱柱中，柱温控制使得样品能够在柱内发生分离。
分离后的组分通过检测器检测，得到相应的信号图谱。
气相色谱法的分离机理有吸附、分配、离子交换、凝聚相分离等方式。
其中最常用的是吸附分离，即通过固定相对不同组分的吸附性能进行选择性分离。
二、气相色谱仪的基本组成及原理气相色谱仪主要由进样系统、色谱柱、载气系统、检测器和数据处理系统等部分组成。
进样系统用于将样品引入到气相色谱柱中，色谱柱进行分离，载气系统用于将惰性气体送入色谱柱以推动样品的迁移，检测器用于检测组分的信号，数据处理系统则用于对检测信号进行分析和处理。
在气相色谱仪中，进样系统的关键部分是进样口、进样器和进样针。
色谱柱是气相色谱法中的核心装置，决定了样品的分离效果。
检测器根据不同的检测原理可以分为不同种类，如火焰光度检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）等。
三、气相色谱法的应用领域气相色谱法广泛应用于化学、生物、环境等领域。
在化学领域，气相色谱法可用于研究化合物的结构和性质、分析有机物、无机物等；在生物领域，可以用于检测生物样品中的氨基酸、脂肪酸、激素等；在环境领域，可用于监测空气、水、土壤中的有机物、农药、挥发性物质等。
总之，气相色谱法是一种重要的分析技术，具有高分析效率、分辨率高、样品消耗少等优点，被广泛应用于各个领域。
通过不断改进仪器设备和方法，气相色谱法将在未来的研究中发挥更重要的作用。
仪器分析复习重修自学预习2色谱法分离原理
流动相
固定相
检测
与固定相作用
固定相： 在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止 不动的一相（固体或液体）。
流动相： 携带混合物流经此固定相的流体（一般是气体 或液体）。
色谱柱： 装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）。
原理：
当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固 定相发生作用（由于各组分在性质和结构上的差 异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异）， 因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相 滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固 定相中流出。
超临界流体——超临界流体色谱（SFC）。
通过化学反应将固定液键合到载体表面，这种化学键合固 定相的色谱又称化学键合相色谱（CBPC）。
2.按组分和固定相之间的作用机理分类：
吸附能力不同称为吸附色谱法 作用机理： 溶解度的不同称为分配色谱法
亲和力大小称为离子交换色谱法 分子尺寸大小称为凝胶色谱法 或尺寸排阻色谱法
1.死时间tM 不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进 样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比 于色谱柱的空隙体积。
死时间
2. 保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称 为保留时间。
保留时间
返回
21
3.调整保留时间tR´ 某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调
3. 所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试 样沿轴（纵）向扩散可忽略。
4. 分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某 一塔板上的量无关。
1.流动相在往前移动（脉动式ΔVm ）：迁移 2.样品在流动相和固定相中分配：平衡（分 配系数）
被固定相保留，分配系数为1 不被固定相保留，分配系数为0
仪器分析习题课色谱分析部分
组分
保留时间/min
峰宽/min
空气
0.5
0.2
丙烯
3.5
0.8
丁烯
4.8
1.0
计算：(1)丁烯在这个柱上的分配比是多少? (2)丙烯和丁烯的分离度是多少?
解： 已知 ： tM=0.5min 丙烯: tR1= 3.5mim Y1=0.8min 丁烯: tR2= 4.8mim Y2=1min
(1) 丁烯在这个色谱柱的分配比
2.气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？ 答：①载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量 装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。 ②进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅 速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。 ③分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气 相色谱分析仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。 ④检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测 器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。 ⑤记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用 是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。
仪器分析习题课色谱 分析部分
第八章：气相色谱分析
1.简要说明气相色谱分析原理。 答：混合物中的各组分在载气的携载下通过色 谱柱时，各组分将与固定相发生相互作用，由于各 组分在结构和性质上的差异，使得其在两相间的分 配系数不同，在同一推动力的作用下，混合物中的 各组分就在两相间进行反复多次的分配，使得原来 分配系数只有微小差异的得到很大的分离效果，从 而各组分彼此分离开来。
k2
tR, 1 tM
3.5 0.5 0.5
6
(2) 丙烯和丁烯的分离度
R tR2 tR1 4.8 3.5 1.44
1 2
仪器分析第7章
两种色谱动力学理论：塔板理论和速率理论；
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为： n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
2. 有效塔板数和有效塔板高度
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：
3.塔板理论的特点和不足
(1) 当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小) ，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高。
(1) 存在着浓度差，产生纵向扩散, 导致色谱峰变宽，H↑(n↓)， 分离变差. (2)分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑; (3) 扩散系数与温度有关。 (4) 扩散系数：Dg ∝(M载气)-1/2 ； M载气↑，B值↓。
C ·u —传质阻力项
C =（Cg + CL）
2 0.01k 2 d p Cg 2 (1 k ) Dg
谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择 性。若相对保留值等于1，则不能分离。
VR KVs
VR V M 1 k , t R t M 1 k
7.3 色谱流出曲线的意义： 色谱峰数 = 样品中单组份的最少个数； 色谱保留值——定性依据； 色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价 指标； 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的 依据。
分的分配系数K越大，出峰越慢；试样中的各组分具有不 同的K值是分离的基础； 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。
分配系数是色谱分离的依据。
3. 保留因子与分配系数的关系
二、色谱流出曲线与术语
1.基线
无试样通过检测器时， 检测到的信号即为基线。
环境仪器分析：第2章 色谱分析法
第二节 气相色谱理论基础
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组 分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远。两峰 间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与 色谱过程的热力学性质有关。但是两峰间虽有一定距 离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分 开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散 行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此， 要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。
对A、B两组分的选择因子，用下式表示：
α= tR(B)/tR(A)= k(A)/k(B)=K(A)/K(B)
通过选
择因子α把实验测量值k与热力学性质的分配系数K直接联系起来，
α对固定相的选择具有实际意义。如果两组分的K或k值相等，则
α=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。两组分的K或k
值相差越大，则分离得越好。因此两组分具有不同的分配系数是
它不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相及固定相的体 积有关。
k = ms/mm =CsVs/CmVm
式中cs,cm分别为组分在固定相和流动相的浓度；Vm为柱中流 动相的体积，近似等于死体积。Vs为柱中固定相的体积，在各种 不同类型的色谱中有不同的含义。
例如：在分配色谱中，Vs表示固定液的Байду номын сангаас积；在尺寸排阻色谱中， 则表示固定相的孔体积。
➢基线漂移（baseline drift）：基线随时间定向的缓慢变化。
➢基线噪声（baseline noise）：指各种因素所引起的基线起 伏。
3. 峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。
4. 保留值 (1) 死时间 tM 不被固定相吸附或溶解的物质（如空气、甲烷）
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仪器分析色谱法基本原理
石油醚 植物色素
CaCO3固定相 叶绿素（绿色） 叶黄素（黄色） 胡萝卜素（橙色）
1941年，Martin、Syuge 发明了液－液色谱。
1952年，James、 Martin 发明了气相色谱。
20世纪60年代，出现了高 效液相色谱。
、 Y1/2 、Y：区域宽度
仪器分析色谱法基本原理
2、 保留值
死时间tm : 不被固定相吸附或溶解的组分进入色谱
柱时，从进样到柱后出现浓度最大值所需的时间。
对于气相色谱，常把空气(TCD)和甲烷(FID)从进样
到出峰的时间称为tm。如图中O-A’。这种物质不被 固定相吸附或溶解，其流速与流动相的流速接近。
← 色谱峰
峰高
仪器分析色谱法基本原理
保留时间（分）
仪器分析色谱法基本原理
1、 有关术语
① 基线：柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录 值，即图中O-t 线。稳定的基线应该是一条水平直线。 ② 峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，h ③ 标准偏差 ④ 峰面积 A ⑤ 半峰宽Y1/2 = 2.354 ⑥ 峰底宽Y = 4
测定流动相平均线速度ū 时可用柱长L与死时间tm 的 比值计算。
L u
tm
L tm u
仪器分析色谱法基本原理
保留时间 tR
试样从进样开始到柱后出现色谱峰极大值所需要时间。如图中O-B 。它相应于样品到达检测器所需的时间。
tR = tR′+ tm
调整保留时间tR′
扣除死时间后的组份保留时间，
即
tR′ = tR tm
第二章 色谱法的基本原理
Principles of Chromatography
仪器分析色谱法基本原理
本章基本要求
⒈ 理解混合物中各组分在色谱柱内分离的原因； ⒉ 了解色谱流出曲线和术语； ⒊ 理解柱效率的物理意义及计算方法； ⒋ 理解速率理论方程对实际分离的指导意义； ⒌ 掌握分离度的计算方法及影响分离度的色谱参数。
用来载送试样的惰性气体，如氮
B
气等）载着待分离的试样通过色
谱柱中的固定相，使试样在两相
中发生反复多次的分配，最后使
各组分分离，然后分别检测，记
录各自的响应信号。
仪器分析色谱法基本原理
检测和纪录
2.3 色谱流出曲线
色谱流出曲线（色谱图）即色谱柱流出物通过检测 器时所产生的响应信号对时间的曲线图，其纵坐标 为信号强度，横坐标为保留时间。
km s ns C sVs KVs K
m m nm C m V m V m
β：相比
Vm Vs
k 随柱温、柱压、相体积变化，由组分及固定液的热力学性质
决定
仪器分析色谱法基本原理
2.2.2 分离原理
进样
流动相
A＋B＋空气
B A+B A
流动相 固定相
B
A
例：气相色谱法——载气（即流
动相，是一种不与待测物作用、
组分在色谱柱中的保留时间tR包含了组分随流动相通过柱子所需的 时间和组分在固定相中滞留的时间；tR′实际上是组分在固定相中
滞留的时间。单位(s)或(cm)。
仪器分析色谱法基本原理
死体积 Vm
不能被固定相滞留的（惰性）组分从进样到出现峰 最大值时所消耗的流动相的体积。死体积可由死时间
仪器分析色谱法基本原理
几个基本术语：
⑴ 色谱法：借助在两相间分配系数的差异，而使混合物中各组 分获得分离的技术称为色谱分离技术。 ⑵ 固定相：填充柱内的填料（固体或液体）。 ⑶ 流动相：携带样品流过固定相 (气体、液体和超临界流体)。 ⑷ 色谱柱：装有固定相的柱。 色谱分离过程：当流动相中携带混合物经过固定相时，与固定 相发生作用，由于各组分的结构性质（溶解度、极性、蒸汽压 和吸附能力等）不同，这种相互作用产生强弱的差异。在同一 推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，按先 后不同的次序从固定相中流出。
③ 离子交换色谱（L-S）：利用组分离子与离子交换剂的交换能 力不同进行分离。
④ 空间排阻色谱（凝胶色谱法，L-S）：用多孔物质对不同大小 分子的阻碍作用进行分离。固定相是一种分子筛或凝胶，利用各 组分的分子体积大小不同而进行分离的方法。
⑤ 亲和色谱：利用不同组分与固定相的高专属性亲合力进行分离 的技术，常用于蛋白质的分离。
仪器分析色谱法基本原理
3、按分离过程的物理化学原理分类
① 吸附色谱 （L-S，G-S）：利用吸附剂对不同组分物理吸附性 能的差异进行分离。
② 分配色谱（L-L，G-L）：利用不同组分在两相中分配系数的不 同进行分离。在液-液分配色谱中，根据流动相和固定相相对极性 不同，又分为正相分配色谱和反向分配色谱。
仪器分析色谱法基本原理
色谱法的分类大致如下：
根据以上所述，将色谱法的分类总结于下表中：
仪器分析色谱法基本原理
2.2 色谱分离原理
2.2.1 分配系数和分配比
分配系数：
K Cs Cm
s： 固定相 m：流动相
分配比k（又称容量因子）
定义：在一定的温度、压力下，组分在气–液两相间达平衡 时， 分配在液相中的重量与分配在气相中的重量之比。即
2、按固定相形状分类
①柱色谱：固定相装在柱管内。它又可分为填充柱色谱 和毛细管柱色谱。固定相装在色谱柱（玻璃管或毛细管） 内。 ②纸色谱：用滤纸作固定相或载体，把试样液体滴在滤 纸上，用溶剂将它展开，根据其在纸上有色斑点的位置 与大小，进行鉴定与定量测定。 ③薄层色谱：将固定相研磨成粉末，再涂敷成薄膜。样 品的分离形式类似纸色谱。
仪器分析色谱法基本原理
2.1 概 述
2.1.1 色谱法发展史
色谱法是俄国植物学家Tswett（茨维特）于1903年首先 提出的。他把植物色素的石油醚抽提液倒入一根装有固体碳 酸钙颗粒（固定相）的竖直玻璃管（色谱柱）中，并再从管 的上部加入纯的石油醚（Байду номын сангаас动相），任其自由流下。这时植 物色素的抽提液沿玻璃管流动，在管内形成具有不同颜色的 色带，每个色带代表不同的组分。
仪器分析色谱法基本原理
2.1.2 色谱法分类
1、按两相所处的状态分类
气相色谱 -------- 用气体作流动相 液相色谱 -------- 用液体作流动相 由于固定相可分为固体吸附剂和涂在固体担体上或毛细管
内壁上的液体固定相，故可将色谱法分为下述四类：
气–固色谱
气体
固体
流动相
固定相
液体
液体
液–液色谱 仪器分析色谱法基本原理