色谱分析基本原理

现代检测技术2013秋
色谱分析法基本理论
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概要
• 色谱基本知识 • 色谱基本原理 • 色谱术语 • 色谱热力学与动力学 • 色谱定量分析
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色谱分析的基本知识
色谱法的历史
俄国植物学家Michael. S. Tswett将植物 色素的石油醚抽提液倒入一根装有碳酸钙 微粒的竖直玻璃管中，再加入纯石油醚淋 洗，在管中形成不同颜色的色带，抽提液 中不同的色素得到分离。
氢火焰离子化检测器的标准物是正庚烷。
fm
f' i(m)
f' s(m)
As mi Ai ms
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定量计算方法
• 1、归一化法：若样品中所有的组分均能流出色谱柱 且有较好的、可分辨的色谱峰时可用此法定量。
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• 2、外标法：所谓外标法就是应用欲测组分的纯
物质来制作标准曲线。
• 此时用欲测组分的纯物质加稀释剂(对液体样品用 溶剂稀释、气体样品用载气或空气稀释)配成不同 含量(％)标准溶液，取固定量标准溶液进样分析， 从所得色谱图上测出响应讯号(峰面积或峰高等)、 然后绘制响应信汛号(纵坐标)对百分含量(横坐标） 的标准曲线。分析试样时，取和制作标准曲线时 同样量的试样(固定量进样)，测得该试样的响应 讯号，由标准曲线即可查出其百分含量。
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• 色谱：是一种分离技术，利用不同物质在固定 相与流动相之间分配能力不同实现多组分混合 物的分离。
• 色谱分析法：色谱分离技术应用于分析化学领 域所建立的一类分离分析方法，又称色层法， 层析法。
流动相
固定相
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色谱法的原理
色谱法分离分析的原理：利用组分在体系中固定相 与流动相的分配有差异，当组分在两相中反复多次 进行分配并随流动相向前移动，各组分沿色谱柱运 动的速度就不同，在固定相分配少的组分较快地随 流动相从色谱柱流出。
色谱的热力学塔板理论
• 把色谱柱假想成一个精馏塔，由许多塔板组成， 在每个塔板上组分在气液两相间达成一次平衡。 经过多次分配平衡后，各组分由于分配系数不同 而得以分离，分配系数小的组分，先离开精馏塔 （色谱柱）。
塔板数： • n = L/H = 5.545 (tR/W1/2)2 = 16 (tR/W)2； • n有效= 5.545 (tR’/W1/2)2 = 16 (tR’/W)2 • 在tR 一定时，如果色谱峰很窄，则说明n越大，H
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色谱原理--分离过程
I
S
D
C
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色谱术语 –色谱流出曲线、基线
• 色谱流出曲线：试样中各组分经色谱柱 分离，先后流出色谱柱，由检测器得到 的信号随时间变化的曲线。
• 基线：色谱柱后没有组分通过检测器时， 仪器记录到的信号称为基线。随时间变 化的检测器系统噪声。
• 稳定的基线是一条直线。
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色谱术语 --峰高、峰面积、峰宽
越小，柱效能越高。
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• L= n 有效H 有效
n有效
16R2 (
r ) 2， 1
2
r 2， 1 1
L
16R2
(
r ) 2，1 2 r2，1 1
H 有效
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色谱过程动力学——速率理论
• van Deemter方程的数学简化 式为 H = A + B / u + C u
• 式中u为流动相的线速度； • A-代表涡流扩散系数 • B-分子扩散项系数 • C-传质阻力项系数。
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•
色谱定量法
• 色谱定量公式：
mi = fi′• Ai
mi ：待测物质质量
fi ′ ：待测物质校正因子
Ai ：待测物质色谱峰的积分面积
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• 定量校正因子
• 绝对校正因子：
mi
f
' i
Ai
f
' i
mi Ai
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•
相对校正因子：用标准物质为参照物、求 出待测物质与标准物之间绝对校正因子的 比值。对热导池检测器的标准物是苯、对
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• 3、内标法：若样品中除待测的几个色谱峰有良好分 离，但其它所有的组分不能全部流出色谱柱或有不 可分辨的色谱峰时可用此法定量。
用tR表示。
• 保留体积：从进样到组分
在检测器出项最大浓度时
所通过的载气体积称保留
体积，用VR表示。
• 死时间：不被固定相吸附
的组分（如空气、甲烷）
的保留时间称为死时间。
用tM表示。
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色谱术语 --保留值
• 死体积：色谱柱柱管内固定 相颗粒间所剩留的空间、色 谱仪中管路连接头间及检测 器的空间总和。用VM表示。
• 峰高：色谱峰最高点与基 线之间的距离（h）。
• 峰面积：组分色谱流出曲 线与基线所围成的面积。
• 峰宽：半峰宽W1/2—峰高 为一半处的宽度。 基线峰宽W—峰两边拐点处 作切线与基线相交两点的 距离。
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色谱术语 --保留值
• 保留时间：从进样到组分
在检测器出现最大浓度的
时间叫该组分的保留时间，
• 调整保留时间：扣除了死时 间的保留时间，用tR’表示。 tR’ ＝ tR － tM
• 调整保留体积：扣除了死体 积后的保留体积，用VR ’表 示。 VR ’ ＝ VR － VM
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• 相对保留值 • 保留指数I
,
,
t V R2
R2
r 2,1
,
,
t V R1
R1
• Xz+1 ， Xz 分别代表含Z+1、Z个碳原子的正构烷烃在测定柱上的调整 保留参数， Xi代表待测物质在测定柱上的调整保留参数。
k ns nm
K k Vm Vs
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色谱术语 --分离度
• 分离度（R）：相邻两组分保留时间之差与 两组分基线宽度总和之半的比值。
• R=2(tR2-tR1)/(W1+W2) 一般说当R＜1时，两峰有部分重叠； • 当R=1.0时，分离程度98%； • 当R=1.5时，分离可达99.7%。
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色谱分析原理
色谱分离过程是溶质在固定相和流动相之间进行的一 种连续多次的交换过程，它借助溶质在两相之间的分 配系数、亲和力、吸附能力、离子交换、分子大小引 起的排阻作用等差别使不同溶质进行分离（分离条 件）。 分离过程受溶质在两相的扩散系数、固定相填料的颗 粒大小、填充密度、流动相组成及流速等因素影响 。
• 由于I 的值温度之间呈线性关系，所以可以方便的外推求出文献测定条 件下的I 值而进行定性分析，无须标准物质。
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色谱术语 –分配系数、容量因子
• 分配系数：在一定温度和压力下，待测组 分在固定相和流动相中平衡浓度之比值。
K=Cs /Cm
• 容量因子：在一定温度和压力下，待测组 分在固定相和流动相中平衡时质量之比值。