第五章 色谱分析法基本理论

例：关于保留因子的计算习题：
在某色谱柱上A组分流出需要10min，组分B流出需要 20min，而不溶于固定相的物质C流出需要2.0min，分 别计算：A、B组分在柱中的保留因子。
色谱分离前提→各组分分配系数不等
t
B R
tM (1 K B
Vs ) Vm
t
A R
tM

固定相——除了固体，还可以是液体 流动相——液体、气体、超临界流体等 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
5—1 概述
三、分类 1、按两相分子的聚集状态分
流动相 液体 液体 气体 气体
超临界流体
固定相 固体 液体 固体 液体
类型 液-固色谱 液相色谱 液-液色谱 气-固色谱 气相色谱 气-液色谱
是指相邻两峰峰顶间距离与两峰基线宽度平均值的比值（衡 量色谱分离条件优劣的参数）；涉及色谱过程热力学因素和 动力学因素。
R 2(tR2 tR1 ) 1.177(tR2 tR1 )
W1 W2
W1 2 (1) W1 2 (2)
设色谱峰为正常峰（峰形对称且满足正态分布），
且W1 W2 =4 若R = 0，峰间距 tR = 0，两峰完全重合； R = 1，tR = 4，两峰分离度可达98％； R = 1. 5，tR = 6，两峰离度可达99.7％；可视为完 全分离
超临界 流体色谱
5—1 概述
三、分类
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 微填充柱色谱
纸色谱(PC)：滤纸作固定液的载体 平面色谱 薄层色谱(TLC)：固定相涂布于玻璃板或者铝箔板上
薄膜色谱(TFC)：高分子固定相制成薄膜
5—1 概述
三、分类
3、按分离机制分
吸附色谱：利用组分在吸附剂上吸附能力的差异 分配色谱：利用组分在固定液中分配系数的不同 离子交换色谱：利用组分在离子交换剂上的离子交换
第五章 色谱分析法基本理论
An Introduction to Chromatography
5—1 5—2 5—3
概述 色谱过程及常用术语 色谱法基本理论
5—1 概述
一、色谱法定义、实质和目的意义
1、定义：是一种物理或物理化学的分离、分析方法。 是基于混合物各组分在固定相、流动相两相中吸
附、分配等作用的差异而实现分离，再逐个进行 定性或定量分析的方法。 2、实质：分离 3、目的意义：实现多组分混合物的分离分析
5—2 色谱流出曲线及有关概念
3）相对保留值 r2,1（）：
定义：两组分的调整保留值的比值，也可以是分配系数之比，保留因子之比。
注意：
r2,1
t' R2
t' R1
V' R2
V' R1
K2 K1
k2 k1
是色谱系统的分离选择性指标
仅与柱温、固定相以及流动相的性质有关，与柱径、柱长、流动相流速
5—2 色谱流出曲线及有关概念
一、色谱过程、分离原理和特点
1、色谱过程：是物质分子在相对运动的两相（固定相、 流动相）间“分配”平衡的过程。
实现色谱操作的基本条件： （1）必须具备相对运动的两相（固定相、流动相） （2）混合物中，两个组分的“分配”系数 K 不等，则被
流动相携带移动的速度不等——差速迁移，而被分离。
是分析复杂混合物最有力的手段
5—1 概述
二、色谱法的由来和发展
1、1906年由俄国植物学家Tswett创立（植物色素分离）
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚
色带
概念： 固定相 流动相 色谱柱
5—1 概述
二、色谱法的由来和发展
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
以吸附色谱为例：
过程： 吸附（固定相）→ 解吸（流动相）→再吸附 →再解吸 …… “分配”系数的微小差异→吸附能力的微小差异 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出
吸附能力强的组分后流出
5—2 色谱流出曲线及有关概念 一、色谱过程、分离原理及特点
2、色谱分离特点 1）不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等
3、色谱峰
流出曲线上的突起部分，即组分流经检测器所产生的信号，由引入流动 相中被测物引起的。
描述色谱峰三种参数：
峰高/峰面积（定量）
峰位（保留值tR，定性） 峰宽（衡量柱效）
5—2 色谱流出曲线及有关概念
4、拖尾因子T（tailing factor，对称因子）
衡量色谱峰的对称性。 T = W0.05h /2A= A+B/2A
能力差异 尺寸排阻色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中
选择渗透性的不同
5—1 概述
四、色谱法的特点及发展趋势
1、优点：“三高”、“一快”、“一广” 1）高选择性：可将性质相似的组分分开 2）高效能：反复多次利用组分性质的差异产生很好分离效果 3）高灵敏度：10-11~10-13g，适于痕量分析 4）分析速度快：几~几十分钟完成分离，一次可测得多种样品 5）应用范围广：气体，液体、固体物质 气相色谱：沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析
《中国药典》规定R ≥ 1.5可作为两组分分离的指标
10、等温线与色谱峰形的关系 等温线：指在一定温度下，某一组分在固定相和流动相之间达 到平衡时，以组分在固定相中浓度CS为纵坐标，在流动相中浓 度Cm为横坐标得到的曲线。CS = f (Cm) 意义： 1）其形状是重要的色谱特征之一。 2）反映了在一定温度下，吸附剂对溶液中某组分的吸附能力。
保留值意义：
1、描述分析样品中各组分在色谱柱中滞留情况的物理量； 2、通常用将各组分带出色谱柱所需的载气体积或时间表示。
特点：
在一定的固定相和操作条件下，任何一种物质都有一个固 定的保留值，故组分的保留值可用于该组分的定性鉴定。
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值（ tM、tR、tR’、VM、VR、VR’ ）（色谱定性参数）
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值（ t0、tR、tR’、VM、VR、VR’ ）（色谱定性参数）
1）保留时间 B、死时间 t0 ： 定义：分配系数为0的组分即不被固定相吸附或溶解的组分（不保留组分） 从进样开始到出现峰最大值所需的保留时间。 说明： ①实际上就是流动相通过色谱柱所需要的时间。 ②t0由色谱柱中流动相体积Vm与流动相流速决定，与被测组分和固定相 无关。 ③ 气相色谱采用空气；液相色谱的正相色谱用烷烃，反相色谱用甲醇、 乙醇、硝酸盐水溶液等。
3）峰宽W：色谱峰两侧拐点作切线在基线的截距。
W = 4σ = 1.699W1/2
总结： 1）根据峰数，可以判断样品所含组分的最少个数。 2）根据保留值（tR、VR），可进行定性分析。 3）根据峰高或峰面积，可进行定量分析。 4）色谱峰区域宽度，是评价柱效的依据。 5）两峰间的距离，可评价色谱条件的选择是否合理（分离
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值（ t0、tR、tR’、VM、VR、VR’ ）（色谱定性参数）
C、调整保留时间tR’ ： 定义：扣除死时间后的保留时间。tR’ = tR - t0 说明：①组分在固定相中停留的时间。
②实验条件（温度、固定相等）一定，tR’ 仅决定于组分性质
5—2 色谱流出曲线及有关概念
2）保留体积 A、保留体积 VR 定义：某组分从进样开始到柱后出现待测组分响应信号极大值时所通过 的流动相体积。
VR = tR Fc Fc：流动相的流速（mL/min）
注意：各种保留时间受流动相流速的影响，各种保留体积与流动相流速 无关。 B、死体积 V0 定义：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间体积。 V0 = t0 Fc [固定相的孔隙及颗粒间间隙的体积；进样器至色谱柱间导 管的容积；柱出口导管及检测器内腔容积] C、调整保留体积 VR’ 定义：由保留体积扣除死体积后的体积 VR’ = VR – V0 = tR’ Fc （与流速无关）
和填充均匀程度无关，是色谱定性的重要参数。
表示相邻组分时，也称分离因子 或选择性因子，用于衡量色谱
柱的选择性。
r2,1越大→两组分容易分离； r2,1 = 1时→两组分不能分开
6、色谱峰峰高、峰面积及色谱峰区域宽度
（1）峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示 （2）峰面积：某色谱峰曲线与基线间包围的面积，以A表示
2、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、GC-FTIR、SFC-MS、HPLC-UV、TLC-UV） 3、发展趋势：
开发新型固定相和检测器；建立和完善各种联用技术；开发色 谱新方法新技术；实现色谱分析的自动化智能化
5—2 色谱流出曲线及有关概念 一、色谱过程 二、有关概念
→提供了分离的可能性 2）各组分沿柱子扩散分布→峰宽
→ 不利于不同组分分离
3、色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异（“分配”系 数的不等），平衡分配可定量地用分配系数和分配比（容量因 子）来表示。 分配系数不等是分离的前提。
5—2 色谱流出曲线及有关概念
二、常用术语 1、色谱流出曲线（色谱图）
1）保留时间 A、保留时间 tR： 定义：某组分从进样开始到在色谱柱后出现浓度极大点时所需时间。 （是色谱法定性的基本依据） 说明：组分的保留时间就是组分通过色谱柱所需的时间，即组分从进样 开始到色谱峰顶点的时间间隔。 影响因素： ①流 动 相——性质、在色谱柱中的体积Vm和流速 ②固 定 相——性质、在色谱柱中的体积Vs ③被测组分——性质
k=
ms mm
组分在固定相和流动相中的质量比。
与分配系数的换算关系：
k = ms mm
=
Cs*Vs Cm*Vm