色谱法导论

2.1.1 色谱分析的历史

1901年Tswett借助于各组分在固定相中吸附能力的强弱不 同而进行分离，称为吸咐色谱(Adsorpting Chromatography)。

1941年Martin和Synge把氨基酸的混合液注入到以硅胶作 固定相的柱中，用氯仿作流动相，借助于氨基酸在硅胶中 的水和有机溶剂氯仿两相中的溶解度不同而达到分离，故 称为分配色谱(Partition Chromatography)。 1944年Martin和Synge用滤纸代替硅胶，固定相是滤纸中 含有水份的纤维素，流动相用有机溶剂，也成功地分离了 氨基酸，从而创立了纸色谱法（Paper Chromatography）。
2.5 色谱法基本理论

2.5.1 分配系数K和分配比k 分配系数 K 如前所述，分配色谱的分离是基于样品组 分在固定相和流动相之间反复多次地分配过 程，而吸附色谱的分离是基于反复多次地吸 附一脱附过程。这种分离过程经常用样品分 子在两相间的分配来描述，而描述这种分配 的参数称为分配系数。它是指在一定温度和 压力下，组分在固定相和流动相之间分配达 平衡时的浓度之比值，即

两峰具有一定距离还不足以分离，还必须要求峰宽要 窄。色谱峰的宽窄与物质在色谱过程中的运动情况有 关，这就要求研究色谱过程中的动力学因素。 当改变操作条件时，色谱峰宽和距离均可能同时起变 化，色谱分离条件的选择，就成了色谱学理论研究的 第三个重要问题。

2.4 重要的参数
2.4.1 色谱图
标准偏差
溶质在固定相中的浓度 Cs K 溶质在流动相中的浓度 Cm

分配比k 分配比又称容量因子，它是指在一定温度 和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分 配在固定相和流动相中的质量比。即
组分在固定相中物质的量 ns k 组分在流动相中物质的量 nm
k值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当 于柱的容量大，因此又称分配容量或容量因子。它 是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。 k值也决定于组分及固定相热力学性质。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。


分配系数K与分配比k的关系
K C s n s / Vs V k m k Cm nm / Vm Vs
其中β称为相比率，它是反映各种色谱柱型特点的又 一个参数。例如，对填充柱，其β值一般为6～35；对毛 细管柱，其β值为50～1500。


分配系数K及分配比k与选择因子α的关系
根据前式可知，对A、B两组分的选择因子，用


液相色谱( Liquid chromatography )
高效液相色谱 (High performance liquid chromatography) 超临界流体色谱 (Supercritical fluid chromatography) 高效毛细管电泳 (High performance capillary electrophoresis) 毛细管电色谱 (Capillary electrochromatography) 液相质谱联用技术 （Liquid chromatography- Mass spectrometry）

体积保留值


选择因子

在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（s）， 然后再求其它峰（i）对这个峰的相对保留值。多元 混合物分析中，通常选择一对最难分离的物质对，将 它们的相对保留值作为重要参数。在这种特殊情况下， 可用符号α表示：



t R2 t R1

式中tR2′为后出峰的调整保留时间，所以这时α总是大 于1的 。

基线、噪音和漂移



基线：当没有待测组分进入检 测器时，反映检测器噪音随时 间变化的曲线（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）。
2014-12-31
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从色谱图中可获得的信息：



根据色谱峰的数目，可以判断试样中所含组分的最少 个数； 根据色谱峰的保留值可以进行定性分析； 根据色谱峰高或面积可以进行定量测定； 根据色谱峰峰间距及其宽度，可对色谱柱的分离效能 进行评价。


色谱法分类(Classification of Chromatography)

平面色谱法（Planar chromatography） 薄层色谱 ( Thin layer chromatography) 薄层电泳色谱 (Thin layer electrophoresis ) 纸色谱( Paper chromatography)
下式表示
t r ( B) k ( B) K ( B) k ( A ) K ( A) t r ( A)
1952年Martin等又提出以气体作流动相的气相色谱法(Gas Chromatography)。 50年代又出现了将固定相涂布在玻璃板上的薄层色谱法 (Thin-Layer Chromatography)。



2.1.2 色谱分析的定义

Keulemans’ definition:
Chromatography is a physical method of separation, in which the components to be separated are distributed between two phases, one of these phase constituting a stationary bed of large surface area, the other being a fluid that percolates through or along the stationary bed.
2.4.3 各参数对分离的综合影响


分离度与k的关系 决定洗出峰位臵， k值一般控制在3-7之间。改变k有如下 办法: A. 改变流动相或固定相 对于GC，流动相只有少数几个，难奏效。选择固定相 较为理想。 对于LC，两者均有选择余地，固定相一般为化学键合 固定相价格太贵。选择流动相的配比较为合理。 B. 改变温度可以控制k。 特别是对于GC，可采用程序升温。对于LC，温度会影 响柱效。 分离度与柱效n R、n由L与H来控制，H与柱的填充、固定相的性质等有关。 分离度与r21的关系： r21决定洗出峰的位臵。 综上所述，对于GC，用选择固定液的办法。对于LC，用 选择流动相配比的办法。再加上程序升温（GC）或梯度淋 洗（LC）等技术，将是提高分离度的有效办法。
2.2.5 色谱法与其他分离分析方法比较

与精馏、萃取分离比较
色谱、精馏与萃取同属平衡分离方法； 色谱法与精馏、萃取分离比较具有速度快、效 率和选择性高的特点； 精馏不能分离沸点相同的组分，萃取不能分离 在溶剂中溶解度相同的组分；色谱法可分离沸点、 溶解度相同的组分，可分离物理、化学性质相近， 其他分离方法不能或难以分离的组分； 精馏、萃取可分离物理化学性质差别较大的组 分，仪器分析色谱法每次处理样品量少； 多级萃取和色谱法分离过程中分离组分被稀释。
色谱峰高
半峰宽度
基线
峰底宽度

色谱峰

峰宽 (用 Y 或 W表示)； 峰高 (用 h表示) 半峰宽 (用 Y 1/2 或 W 1/2 表示，亦有用 2△X 1/2表示) 标准偏差 (用σ表示)。标准偏差亦称曲折点峰宽，即峰 高0.607处峰的宽度一半。与峰宽和半峰宽的关系如下 式表示： Y=4σ Y 1/2 = 2 σ√2 Ln2 = 2.35σ

2.3 色谱分离过程

色谱法具有的三个共同点：

凡是色谱分离都具有两个相，流动相和固定相。 固定相是不动的，流动相对固定相作相对的运动。 被分离的组分对流动相和固定相有不同的作用力。 这种作用力有吸附力(吸附色谱)，溶解能力 (分配色 谱)，离子交换能力 (离子交换色谱) 等。在色谱分析 中我们常用分配系数来描述组分对流动相和固定相 的作用力的差别：

色谱法是一种物理化学的分离分析方法。它是利 用样品中各种组分在固定相与流动相中受到的作 用力不同，而将待分析样品中的各种组分进行分 离，然后顺序检测各组分含量的一种分离分析方 法。
2.2 色谱法分类
2.2.1 按相的类型分类
2.2.2 按分离机理分类
2.2.3 按分离过程推动力分类
2.2.4 按仪器分类

气相色谱( Gas chromatography )
填充柱气相色谱 （Packed column gas chromatography） 毛细管气相色谱 (Capillary column gas chromatography) 裂解气相色谱 (Pyrolysis gas chromatography ) 顶空气相色谱 ( Headspace gas chromatography) 气相质谱联用技术 （Gas chromatography-Mass spectrometry）
Cs K Cm
K ：分配系数 Cs ：组分在固定相中的浓度 Cm ：组分在流动相中的浓度

色谱学研究的三个重要问题

要想使二组分（特别是难分离的二组分，亦称物质对） 分离，就要使它们的流出峰相距足够的远。二物质的 流出峰的距离与它们在两相的分配系数K有关，而K与 物质的分子结构和性质有关，因此必须研究这一分配 过程中的热力学基础，它是发展高选择性色谱柱的理 论基础。
2.4.2 色谱分离中一些重要的参数



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相对保留值 (r21) 亦称分离因子或选择性因子 r21 ＝t ' R2/t ' R1= V ' R2/ V ' R1 分配比 (k) 分配比亦称分配容量、容量比、容量因子或质量分配 比。是指平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比。 k值一般控制在3-7之间。 k=ms/mM=ns/nM 塔板数（n） 组分在柱中固定相和流动相中反复分配平行的次数。n 越大，平衡次数越多，组分与固定相的相互作用力越 显著，柱效越高。 n=5.54(tR/Y1/2)2=16(tR/Y)2 分离度（R） 分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。 R=(tR2-tR1)/(1/2(Y1+Y2))
第二章

色谱法导论
2.1 色谱法概述


2.2 色谱法分类 2.3 色谱分离过程 2.4 重要的参数 2.5 色谱法基本理论 2.6 定性定量分析
2.1 色谱法概述
2.1.1 色谱分析的历史


色谱分析是从分离技术发展成为分离－分析技术 的一门综合性学科。 分离方法 蒸馏 沉淀、结晶、电解、萃取 精馏 层析、色谱、电泳

时间保留值

死时间 tM 从进样至惰性组分出现浓度极大点时的时间。 保留时间tR 从进样至组分出现浓度极大点时的时间。 调整保留时间 tR' tR' = tR-tM
死体积 VM 保留体积 VR 调整保留体积VR' VM = tM· qv,0 qv,0 -流动相单位时间的流量 VR = tR· qv,0 VR'= tR' · qv,0= VR- VM


与化学分析方法比较


不受化学性质限制，是一种物理分离分析方法； 化学分析本身不具备分离功能，简单、快速； 化学分析一般不适用于分析多组分的混合物； 化学分析定量方法简易，色谱法定量测定较复杂。

与光谱、质谱分析方法比较
光谱、质谱主要是物质定性鉴定分析方法，色 谱法本质上不具备定性分析功能； 色谱法最主要的特点是适用于多组分复杂混合 物分离分析； 色谱仪器的价格相对比分子光谱、质谱仪器低 得多，适用范围和领域更广； 一般来说色谱检测器比分子光谱法灵敏度更高， 比质谱灵敏度低。

k
ns CV s s nm C mVm
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，即柱内固定相颗粒间的空隙体 积，近似等于死体积。Vs为柱中固定相的体积，在各种 不同的类型的色谱中有不同的含义。例如：在分配色谱 中， Vs表示固定液的体积；在尺寸排阻色谱中，则表示 固定相的孔体积。