色谱分析法概论课件 PPT

n 16( tR )2 W
n 5.54( tR )2 W1 2
在tR一定时，色谱峰越窄，即W或W l/2越小，则理论塔板数 n越大、理论塔板高度H越小，柱的分离效率也就越高。因 此，一般把理论塔板数n和理论塔板高度H称为柱效指标。
若扣除死时间的影响，用tR`代替tR计算出的理论塔板 数称为有效塔板数（n有效），所得的理论塔板高度 称为有效塔板高度（H有效）。
色谱图( chromatogram)就是组分在检测器上产生的信号强度 对时间t所作的图，由于它记录了各组分流出色谱柱的情况所 以又叫色谱流出曲线。
1）基线 在一定色谱条件下，仅有流动相通过检测器 系统时所产生的信号的曲线，称为基线(base line)。基线反映仪器（主要是检测器）的噪 声随时间的变化。 2）峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离为峰高 （peak height），以h表示。其大小可以用纸 的高度(mm)，电信号的大小(mV或mA)表示。 3）峰宽 色谱峰的宽度直接和分离效率有关。描述色谱峰峰宽的方法有三种方法。
7.54
KC

tR C to
Vm Vs

3.94 10.5 0.24 14.1
12.2
r K2 K1
rAB

KB KA

7.54 3.63

2.08, rBC

KC KB

12.2 7.54
1.62
9.3.2谱带扩张与柱效
组分谱带在色谱柱内移动时，不可避免地会逐步 扩张，对相邻组分的分离带来不利影响。组分谱带的 宽度反映了色谱柱作为一个分离器件的效能，即柱效 （column efficiency）。如何定量地描述柱效，柱效又 与哪些因素有关，需要从色谱理论上解释。
9.1 色谱法分类
流动相是气体的色谱法称为气相色谱(GC) ——常用的气相色谱流动相有N2，H2，He等气体
按两相状态
流动相是液体的色谱法称为液相色谱(LC) ——常用的液相色谱流动相有H2O，CH3OH等
使用超临界流体作为色谱流动相的，这一类色谱称为超临界流体色谱(SFC)
——常用的超临界流体有CO2、NH3、CH3 CH2OH、CH3OH等。
Vm
Vs
β称为两相的相比。不能被固定相保留的组分，如GC中的空气、甲烷等，ns=0， 所以k`=0，它们实际测得的保留时间即为柱子的死时间to。k`值相当于组分被 固定相滞留的时间和流动相通过系统所需时间的比值，即
k tR tR t0 或k VR VR V0
t0
t0
K Cs Cm
2.容量因子( capacity factor，常写作k`)又称为分配比，即在平衡状态下， 组分在固定相与流动相中的物质的量之比。若用Vs和Vm分别表示色谱柱 中固定相和流动相的体积，则有
k ns cs Vs K Vs K ( Vm )
nm cm Vm
9.3.1决定组分保留值的因素
组分的色谱保留特性是由组分在色谱系统中的热力学性质所决定的 。对于分配色谱而言，该热力学性质即为分配系数和容量因子。
1.分配系数（partition coefficient, K） 在分配色谱中，固定相与流动相中的溶质分子处于动态平衡时，组分在 两相间达到分配平衡，该组分在固定相(S)中的浓度与在流动相(m)中的 浓度之比为一个常数，称为分配系数，常表示为K，即
通过色谱实验证明，在两组分的分离过程中，分 离效果和峰宽度及出峰时间相关。能够解释这一现象 的理论首推塔板理论。
1.塔板理论 基本假设： （1）色谱柱是由一系列连续、等距的水平塔板组 成。在柱子的每层塔板内部，组分能够在流动相和 固定相两相中很快地达到平衡。 （2）流动相通过色谱柱时呈间歇式前进运动状态， 每次前进一个塔板体积。 （3）样品和流动相同时加在第1个塔板上，且样品 垂直于前进方向的扩散（即纵向扩散）可以忽略。 （4）分配系数在各塔板上是常数。 这些假设实际上是把组分在两相间的连续转移过程， 分解为间歇地在单个塔板中的分配平衡过程。也就 是用分离过程的分解动作来说明色谱过程。
4.死体积(dead volume, Vo) 5.保留体积(retention volume, VR) 6.调整保留体积(adjusted retention volume, VR`)
9.3 色谱分离的基本理论
色谱分离中，决定相邻组分分离好坏的因素有两个： 一是两组分的保留值之差 即组分在色谱柱内迁移速率的差异，它决定于两组分与固定 相、流动相之间相互作用的差异； 二是两组分的峰宽 它反映了组分区带在移动过程中的扩张程度，很大程度上取 决于色谱的分离条件。
解： 利用公式，将半峰宽单位换算成时间min，得
n 5.54( tR )2 W1 2
n=5.54(
2.35min 0.20cm
)2 =3059
2.0cm/min
H= L = 2000mm =0.65(mm) n 3059
扣除死时间的影响，
n有效

5.54( tR W1 2
)2
n有效 =5.54(
——利用固定液对各组分的溶解能力（分配系数）不同进行分离
3.离子交换色谱(ion exchange chromatography，IEC) ——利用离子交换剂（固定相）对各组分的亲和力不同进行分离
4.空间排阻色谱(size exclusion chromatography，SEC)
——利用某些凝胶（固定相）对分子大小、形状不同的组分所产生的 阻滞作用不同而进行分离
1)用石油醚浸取叶片中的色素，然后将浸取液倒入 一根填充CaCO3的直立玻璃管的顶端； 2)再加入纯石油醚进行淋洗； 3)淋洗的结果使玻璃管内植物色素被分离成具有不 同颜色的谱带。 4)淋洗时间足够长时，被分离的组分就会随石油醚 先后流出柱外。
玻璃管称为色谱柱，管内填充物(CaCO3)是固定不动的，称为 固定相，淋洗剂（石油醚）是携带混合物流过固定相的流体， 称为流动相。
塔板理论中，将每层塔板的高度称为理论塔板高度(height equivalent to a theoretical plate)，用H表示。若设色谱柱的柱长 为L，理论塔板数（number of theoretical plates）为n，则：
n L H
理论塔板数n与色谱峰峰宽的实验参数有以下关系：
按操作形式
固定相装在柱管内的色谱法称为柱色谱(column chromatography, CC) 固定相填充于玻璃或金属管内叫填充柱(packed column)色谱
固定相附着或键合在管的内壁上，中心是空的，叫毛细管柱(capillary column)色谱
平面色谱（planar chromatography） 固定相为滤纸的色谱法称为纸色谱(paper chromatography, PC)
V0
V0

tR

t0 (1
k )

t0 (1
K
Vs Vm
)
3.相对保留值(relative retention value，r) 又称为选择性因子（selectivity factor, α），在相同操作条件下，后出 峰的组分2与先出峰的组分1的调整保留值之比：
r tR (2) VR(2) k2 K2 tR (1) VR(1) k1 K1
9.2 色谱常用术语
1.色谱过程： 色谱过程是物质分子在相 对运动的两相间分配“平 衡”的过程。
混合物中，若各个组分被 流动相携带移动的速率不 相等，则形成差速迁移而 被分离。
2.色谱图： 色谱分析时，混合物中各组分 经色谱柱分离后，随流动相依 次流出色谱柱，经检测器把各 组分的浓度信号转变成电信号 ，然后用记录仪将组分的信号 记录下来。
3.色谱保留值：
色谱保留值是色谱定性分析的依据，它体现了各待测组分在色谱柱（ 或板）上的滞留情况。
在固定相中溶解性能越好，或与固定相的吸附性越强的组分，在柱 中的滞留时间越长，或者说将组分带出色谱柱所需的流动相体积越大。 所以保留值可以用保留时间或相应的保留体积来描述。
1)死时间(dead time, to ) 2)保留时间(retention time, tR ) 3)调整保留时间(adjusted retention time, tR`)
固定相压成或涂成薄层的色谱法，称为薄层色谱(thin layer chromatography, TLC)
1.吸附色谱(adsorption chromatography)
——利用固体吸附剂（固定相）表面对各组分吸附能力强弱的不同进进行分离
按分离原理
2.分配色谱(partition chromatography)
解 （1）已知Fo=43.75mL/min，在忽略检测器及柱接头等体积的情况
，
下,则死体积Vo=to×Fo=0.24×43.75=10.5mL。
(2) 由可分别计算出三组分的调整保留时间：
，
tR A 1.41 0.24 1.17 min
tRB 2.67 0.24 2.43min
【例9-1】 一个气相色谱柱，已知固定相的保留体积Vs=14.1mL，载气流 速为43.75mL/min。分离一个含有ABC三组分的样品，测得组分的保留时 间分别为A=1.41min，B=2.67min，C=4.18min，空气为0.24min。试计算 ：（1）死体积（假定检测器及柱接头等体积忽略不计）；（2）各组分的 调整保留时间和分配系数；（3）相邻两组分的相对保留值r。
仪器分析
第9章 色谱分析法概论
色谱法分类 色谱常用术语 色谱分离的基本理论 色谱定性和定量的方法
色谱分析法（chromatography，由英文单词chroma“色 彩”和graphy“图谱”复合而成），它利用试样中共存组分之 间的吸附、分配、交换、迁移速率以及其它性能上的差异， 先将它们分离，而后通过检测器按一定顺序进行分析测定。