色谱法导论

精选ppt
* 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；

18
4.温控系统
作用对象：气化室、柱箱、检测器 控温方式：恒温和程序升温
19
5.检测系统
作用：将经色谱柱分离后顺序流出的化学组分 的信息转变为便于纪录的电信号，然后对被分 离物质的组成和含量进行鉴定和测量。
常用的检测器： 氢火焰离子化检测器 热导池检测器 电子捕获检测器(ECD 质谱检测器
20
3.分离系统
17
色谱柱：U型或螺旋型金属管（内径2～6mm，长1～ 3m）、 固定液、 载体（担体）组成。
包括：填充柱和毛细管柱
填充柱：多为U形或螺旋形；内填固定相。 毛细管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱，内径 0.1 ～ 0.5mm，长达几十至100m，通常弯成直径 10 ～ 30cm的螺旋状；其特点为渗透性好、传质快， 分离效率高（n可达106）、分析速度快、样品量小。
记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱 流出曲线。
24
1. 基线 ➢ 在实验操作条件下，色谱柱后没有组分流出的
曲线叫基线。 ➢ 稳定情况下是一条直线 ➢ 基线上下波动称为噪音
25
2. 色谱峰的高度（峰高，h ）
➢ 色谱峰最高点与基线之间的距离 ➢ 峰高低与组分浓度有关，峰越高越窄越
好
h
3. 色谱峰的宽度(区域宽度)
根据色谱图可得到的重要信息：
32
（1）色谱峰个数
—判断样品中所含组分的最少个数
（2）色谱峰的位置即保留值
—进行定性分析
（3）色谱峰的h 、A
—进行定量分析
（4）色谱峰的位置及峰的宽度 —可评价色谱柱效（分离效能）
（5）色谱峰两峰间的距离 —可评价固定相或流动相选择是否合适
33
四、气相色谱的应用

k = 组分在固定相中的质量 / 组分在流动相
中的质量= ms / mm
35
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。
tM R tR
R若用质量分数表示，即
mm R mm m s 1 1 ms 1 k 1 mm
38
整理公式，可得
t R t M (1 k )
t R t M t R VR k tM t M VM
39
1.3 分配系数K与容量因子 k 的关系
K=k.
其中β称为相比率，它是反映各种色谱柱柱型特
亲和色谱法，常用于蛋白质的分离。
2.3 按操作形式分类

固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱法。 固定相呈平板状的色谱，称为平面色谱法， 它又可分为薄层色谱法和纸色谱法。
13
§2 色谱流出曲线及有关概念
1. 色谱分离过程
该过程主要利用试样中各组分在固定相和流动 相间具有不同的溶解和解析能力；或不同的吸 附和脱附能力；或其它亲和性能的差异。
分离植物色素时采用。
4
将植物绿叶的石油醚 提取液倒入装有碳酸 钙粉末的玻璃管中， 并用石油醚自上而下 淋洗，由于不同的色 素在碳酸钙颗粒表面 的吸附力不同，随着 淋洗的进行，不同色 素向下移动的速度不 同，形成一圈圈不同 颜色的色带，使各色 素成分得到了分离。
这种分离方法被命名为色谱法（chromatography）。
中移动的速率，而且应说明组分在移动过程中引
起区域扩宽的各种因素。

选择因子
在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（ 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．此时，ri.s可 然后再求其它峰（ 对这个峰的相对保留值．此时， 能大于1 也可能小于1 在多元混合物分析中， 能大于1，也可能小于1．在多元混合物分析中，通常选择一 对最难分离的物质对， 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： 在这种特殊情况下，可用符号α表示：
2．按分离机理分类
利用组分在吸附剂（固定相） 利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得 以分离的方法，称为吸附色谱法 吸附色谱法。 以分离的方法，称为吸附色谱法。 利用组分在固定液（固定相） 利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的 分配色谱法。 方法称为分配色谱法 方法称为分配色谱法。 利用组分在离子交换剂（固定相） 利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而 达到分离的方法，称为离子交换色谱法 离子交换色谱法。 达到分离的方法，称为离子交换色谱法。 利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分 离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法 最近， 凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。 离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。最近，又有一 种新分离技术，利用不同组分与固定相（固定化分子） 种新分离技术，利用不同组分与固定相（固定化分子）的高专 属性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法 亲和色谱法， 属性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法，常用于蛋白质的 分离
第十二章 色谱法导论 （Principles of Chromatography） Chromatography）
第一节 第二节 第三节 概 述 色谱法基本原理 色谱定性和定量分析

质通过不同的色谱柱,分别计算出n有效进行比较.
t R t M (1 k ' )
n有效
k' 2 n( ) ' 1 k
tR 2 tR 2 n 16 ( ) 5.54 ( ) Wb ' W1/ 2 ' tR 2 tR 2 n有效 16 ( ) 5.54 ( ) Wb W1/ 2
i/s
。
在多元混合物分析中，通常选择一对最难分离的物质对，
将它们的相对保留值作业重要参数，称选择因子，用符号表示，
即

t t
' R2 ' R1
式中tR (2)为后出峰的调整保留时间，所以总是大于1的。 可作为衡量固定相选择性的指标。 越大，越容易分离。=1，分离不能实现。
Vs K p csVs k' K q cmVm Vm
（一） 基线
当没有待测组分进入检测器时,在实验操作条件下， 反映检测器噪声随时间变化的曲线称为基线，稳定的基 线应该是一条水平直线。
（二）峰高
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。
（三）区域宽度
用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。
表示色谱峰区域宽度通常有三种方法:
1)标准偏差---即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半。

' t R2 ' t R1
k K2 k K1
' 2 ' 1
(k
'
t
' R2
tM
)
α是两个组分平衡常数或容量因子之比，是两组分在色 谱体系中平衡分配差异的量度，是热力学参数。它是柱温、 组分的性质、固定相和流动相的性质的函数。而与其它实验 条件，如柱径、柱长、填充情况及流动相流速等无关。是广 泛使用的定性数据。

可以通过改变固定相、流动相、柱温或改 变相比使k发生变化。
§15-6 气相色谱定量分析
一、 峰面积的测量
1. 峰高乘半峰宽法 A = h Y1/2
峰形对称，且不太窄 2. 峰高乘平均峰宽法： A = h (Y0.15 + Y0.85 ) / 2
A = 1.065 hY1/2 不对称峰
3. 峰高表示峰面积法：

§13-3 色谱法基本理论
一、分配系数和分配比
1. 分配系数K 在一定温度和压力下，组分在两相间分配达
到平衡时的浓度比，称为分配系数。
K cS cM
一定温度和压力下，K越大，出峰越慢 试样中的各组分K值不同是分离的基础
2. 分配比 k
在一定温度和压力下，组分在两相间分 配达到平衡时，分配在固定相和流动相中的 总量之比。
峰形狭窄时，峰高定量法比面积 定量法更准确
4. 自动积分和微机处理法： 自动处理数据，报出分析结果
二、 定量校正因子
1.绝对校正因子
mi fi Ai
fi

mi Ai
物理意义：单位面积对应的物质量
fi与仪器灵敏度及操作条件有关，不易准确 测定，也无法直接应用
2.相对校正因子
气固色谱分离原理:
固定相是多孔性的固体吸附剂颗粒， 其分离是基于固体吸附剂对试样中各组 分的吸附能力的不同；
气液色谱分离原理
固定相由担体和固定液所组成，固定液 涂敷在担体表面，其分离混合物是基于固定 液对试样中各组分的溶解能力的不同。
二、塔板理论
1941年 James和Martin 数学模型 分馏塔 理论塔板数n 理论塔板高度H
色谱峰高一半处的宽度
3.峰底宽（Y）
Y ＝ 4

色谱法的应用领域
01
02
03
04
化学分析
色谱法广泛应用于化学分析领 域，用于分离和测定复杂有机 化合物、无机离子和金属配合 物等。
生物医药
在生物医药领域，色谱法用于 分离和纯化生物分子、药物成 分以及检测药物残留等。
环境监测
在环境监测领域，色谱法用于 检测空气、水和土壤中的有害 物质，如有机污染物、重金属 等。
新型硅胶基质固定相
硅胶基质固定相具有良好的热稳定性和化学稳定性， 可用于分离各种极性化合物。
新型聚合物固定相
聚合物固定相具有高选择性、高柱效和良好的耐受性， 可用于分离复杂样品。
新型手性固定相
手性固定相可用于拆分光学异构体，为手性化合物的 分离提供了新的解决方案。
色谱仪器的发展
高效液相色谱仪
高效液相色谱仪具有高分离效能、高灵敏度和广 泛应用的特点，已成为色谱分析的重要手段。
食品成分分析
色谱法用于分析食品中的营养成分，如脂肪、蛋白 质、糖类等，以评估食品的质量和营养价值。
食品添加剂检测
色谱法用于检测食品中添加剂的含量，确保食品的 安全性和合规性。
食品污染物检测
色谱法用于检测食品中的污染物，如农药残留、重 金属等，保障食品安全和消费者健康。
在环境监测中的应用
01
空气污染物的分离 与测定
食品工业
在食品工业中，色谱法用于检 测食品中的添加剂、农药残留 和营养成分等。
02
色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法通过流动相和固定相之 间的相互作用，使不同组分在 固定相和流动相之间的分配系 数不同，从而实现各组分的分 离。
分配系数
各组分在固定相和流动相之间 的分配系数决定了它们在色谱 分离中的行为。分配系数越大 ，组分在固定相上的保留越强 ，越难以被洗脱。

（1）峰高（h） 组分从柱后流出最大浓度时检测器输出的信号 值(AB′)
→☆←
（2）峰宽 ①半峰宽 峰高一半处对应的峰宽(GH) ②峰底宽度（简称小平宽） 色谱峰两拐点上的切线在基础上截距间的距离。 (ZJ) ③标准偏差σ 峰高0.607倍处色谱峰宽的一半(1/2EF) σ表示组分流出的分散程度， σ越大（峰越宽） 组分流出越分散，柱数越低
2 1
1 M流动相
B/u:与流速成反比，与流动相分子的 质量成反比。因此，增加流速和采用大分 子量的流动相，选用小颗粒固定相可减小 B/u而减小H，提高柱效。另外，用短柱和 较低的柱温，也可减小B/u 由于分子在气相中的扩散系数（D气） 比在液相中的扩散系数（D液）大得多。 D气=105D液 因此液相色谱中，纵向分子扩散一般可 忽略。 →☆←
（2）液液分配色谱
C=Cm+Cs (Cm：流动相传质阻力系数；Cs：固定相传质阻 力系数；Cm：包括流动相中的传质阻力和滞留的流 动相中的传质阻力)
Cm
2 Wm d p
Dm

2 Wsm d p
Dm
（Wm：柱和填充物性质决定的因子；Wsm：与颗粒 孔中被流动相占据的分数及容量因子k有关的常数） （固定相粒度越小，孔径越大，Wsm越小。） →☆←
2 0.01k 2 d p Cg (1 k ) 2 Dg
（k:容量因子dp ; 填充物粒质Dg；组分在气相中 的扩散系数） 可见，减小填充物颗粒可减小Cg，增加Dg可减小 Cg，Dg与流动相分子量成正比，因此，减小流动相分 子量可减小Cg。 b 液相传质阻力系数：组分从固定液表面移动到液 相内部发生质量交换，达到平衡，又返回到固定液表 面的传质阻系数。 （d：固定相液膜厚度，D：组分在液相中的扩散系数）

色谱分离过程的两大特点： 第一、不同组分在通过色谱柱时移动的速度不等（差速迁 移），它提供了实现分离的可能性。 第二、各组分分子沿柱子进行扩散分布，即分子分布离散。 色谱基本理论是从微观分子运动和宏观分布平衡探讨提高分 离迁移和降低离散迁移。 色谱基本理论是从热力学和动力学两方面讨论色谱分离问题。
9
伸舌峰： 当As小于1时，色谱峰是前半部分信号增加慢，
后半部分信号减小快。因为伸舌峰主要是固定相不能给 溶质提供足够数量合适的作用位置，使一部分溶质超过 了峰的中心，即产生了超载，所以也称超载峰。
17
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。
★应用范围广
(1)色谱分析广泛应用于极为复杂的混合物成分分析； (2)液相色谱法，在糖类、氨基酸、农药、染料、贵金属、有机金属化合物 等方面得到了广泛的应用。 (3)色谱分离是一种有效的提纯物质技术，用于制备分离，得到高纯样品。 (4)色谱—质谱联用仪已成为研究分子结构的重要手段。
8
色谱分离原理
色谱分离是基于样品中各组分在两相间平衡分配的差异。
（一）保留值的定义
1、保留时间 t R（retention time）
2、死时间 tM（dead time）
3、调整保留时间 t R（adjusted retention time）
4、保留体积 VR
5、死体积 VM
6、调整保留体积 VR
19
1、保留时间 t R 2、死时间 t M
从进样开始到色谱峰最大值出现时所需要的时间，称为保留时间。

在解决复杂混合物分离时，不仅要求各组分达 到一定的分离度，而且还要求分离速度快，分 离的组分多。这也是色谱热力学和色谱动力学 的综合理论问题。更是研制和设计高效、高速、 高选择性、高容量色谱柱材料、色谱体系和选 择性条件的理论基础。
在色谱发展过程中，研究工作者取得了许多发 展成果，其中分配平衡理论是最为重要的成果， 本节重点介绍平衡理论。
50 年代，色谱得到了快速的发展（一些新型色谱
技术的发展；复杂组分分析发展的要求)。
1937-1972 年， 15 年中有 12 个 Nobel 奖是有关
色谱研究的！
20 世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉
淀、蒸馏和萃取。现代分析中，大量采用色谱和
电泳分离方法。迄今为止，色谱方法是最为有效
色谱分离过程是物质分子在相对运动的两相间分配平衡
的过程。当流动相携带样品对固定相作相对运动时，由
于试样中各组分和固定相、流动相之间相互作用力(一
般为吸附力、溶解力、离子交换力和分子排阻力等)不
同，各组分在平衡时的分配系数K就不相等，因而随流
动相移动的速度也就不同，结果使各组分被分离。
色谱流出曲线----色谱图 当组分从色谱柱中流出，以检测器输出的该组分 的电信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流 出曲线，也叫色谱图。
液色谱（LLC）
二、按固定相的形式分类
（一）柱色谱 固定相装于柱管中组成色谱柱，流动相依靠重力或外加压力 的作用使其流动并达到色谱分离的方法，称为柱色谱。可分 为填充色谱柱和毛细管色谱法。气相色谱、高效液相色谱法
以及超临界流体色谱法等都属于柱色谱法。
（二）平面色谱法 固定相均匀的铺在玻璃板、铝箔板或塑料板上或直接利用多

影响因素：
/ t t Rs= R2- R1 y +y 1/2(1） 1/2(2）
保留值之差─色谱过程的热力学因素决定 区域宽度─色谱过程的动力学因素决定
①柱效较 高，选择 性较好,完 全分离；
② 选择性较差，柱效较高，基本完全分离
2.不同物质在同一色谱柱上的分配系数不 同，用有效塔板数和有效塔板高度作为 衡量柱效能的指标时，应指明测定物质.
3. 柱效不能表示被分离组分的实际分离
效果。当两组分的分配系数K相同时，无
论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。
4.塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载 气流速下柱效途径。
液相色谱
液固色谱 液液色谱
液相色谱适用于高沸点、不易气化的、热不 稳定及生物活性物质的分析，通常在室温条 件下工作。
2. 按固定相所处的外形分类
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱；
平板色谱
薄层色谱和纸色谱
3. 按组分在两相间的分离机理分类
吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、空 间排阻色谱、离子色谱
薄层色谱和纸色谱
R.L.M. Synge born Oct. 28, 1914, Liverpool, Eng.died Aug. 18, 1994, Norwich, Norfolk. Synge studied at Winchester College, Cambridge, and received his Ph.D. at Trinity College there in 1941.
n有效
5.54( tR )2 Y1/ 2
16( tR Wb
)2
有效塔板高度
L H 有效 n有效
注意：同一色谱柱用不同物质计算可得

(B)
(A)
2
2
Rs
tRB W1
tRA W1
(B)
( A)
2
2
Rs<1，两峰部分重叠 Rs=1，两峰刚好分离 Rs>1.5，两峰完全分离
分离度公式
Rs
n( kB' 4 1kB'
)(1)
n16Rs2(1)2(1kB k'B' )2
1、n理论塔板数，n越大，Rs越大——n=L/H，降低塔板 高度H来增加塔板数
速率理论
1956年 荷兰 范弟姆特 速率理论
H A BCu u
A：涡流扩散项系数，B：分子扩散项系数， C：传质项系数，ū：平均线速
A，B，C越小，H越小，n越大，柱效高 A，B，C越大，H越大，n越小，柱效低
A-涡流扩散项
起因 由于流动相流经填充物的不规则空隙时，其流动方向 改变，形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起
涡流扩散过程示意图
A2dp
n 结论
：填充不规则因子，dp：填充物平均直径
dp越小（采用小颗粒填充物），越小（颗粒均 匀），A就越小
B/ū-分子扩散项（纵向扩散项）
起因：样品在纵向上的浓度梯度而造成的扩散
B2Dg
：弯曲因子，与填充物有关，即由于填充物中固定相颗 粒的存在，使分子自由扩散受到阻碍，扩散程度降低
Dg：组分分子在其气相中的扩散系数，组分分子量大，Dg小； 柱温高， Dg大；柱压大， Dg小；载气分子量大， Dg小 ū ：流动相平均线速
n 结论：采用分子量较大的载气，较高的载气流速，控制较 低的温度，可使分子扩散项系数减小
Cū-传质阻力项
起因：物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过 程中存在的阻力 C C g C l(0 1 . 0k k ') '1 2 2d D p g 23 2(1 k k ' ')2d D fl2