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第二章 色谱基本理论

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第2章 色谱基本理论

第2章 色谱基本理论


4. 不对称度（As）或拖尾因子(T) （tailing factor） As(不对称因子)=B/A（ x=0.10 h） T(拖尾因子)=（A+B）/2A（ x=0.05 h）
Asymmetry
A factor describing the shape of a chromatographic peak. Theory assumes a Gaussian shape peak that is symmetrical. The peak asymmetry factor is the ratio (at 10 percent of the peak height) of the distance between the peak apex and the back side of the chromatographic curve to the distance between the peak apex and the front side of the chromatographic curve. A value >1 is a tailing peak, while a value <1 is a fronting peak
分配容量是描述溶质在两相中分布的 简便形式。它将溶质在色谱系统中的分 布与其热力学性质联系起来，是选择控 制色谱条件的一个最重要的参数. k不仅 与固定相、流动相性质及温度有关，还 与色谱柱床的结构有关，但与流动相流 速及柱长无关。
分配系数是由组分和固定相的热力学性质决 定的，它是每一个溶质的特征值，与固定相和温 度有关。它与两相体积、柱管的特性以及所使用 的仪器无关。
第2节色谱学基础理论
• 色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要 达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距 离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程 的热力学性质有关。 • 但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以 致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分 在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动 力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研 究色谱行为。
第二章 色谱基本理论

第二章 色谱基本理论


7. 相对保留值(relative retention；r)指被测组分和参比组分的调整 保留值之比。相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关， 与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测组分间的 选择性，是气相色谱法中最常使用的定性参数。
相对保留值是色谱分离系统的分离选择性指标。其不等于1是色谱 分离的前提。
V 0V mV itV 0tV dt0*F c
19
第一章 输入标题 二、定性参数
6. 调整保留体积(adjusted retention volume，VR/)：是保留体积扣除 死体积后的体积称为调整保留体积，即组分停留在固定相时所消耗的 流动相体积，其表达式如下：
V'Rt'R*FcKVs
20
第一章 输入标题 二、定性参数
还可以在流动相中加入竞争性的胺类，如三乙胺（TEA），TEA可以与 发生强的反应，并抑制样品中的胺类与硅醇反应。
酸性和中性的化合物一般不受影响，碱性化合物更易受到影响。
6
第一章 输入一标题、色谱流出曲线和有关概念
拖尾峰：
（4）酸性化合物在硅胶上吸附引起的拖尾： 酸类物质有时候引起峰的展宽和拖尾主要由于硅胶固定相的吸附。
1 Rf 1 k
13
第一章 输入标题 一、相平衡参数
（六）色谱分离的前提
tRA
t0(1
KA
Vs Vm
)
tRB
t0(1
KB
Vs Vm
)
分离的前提：
KA KB kA kB
14
tRtRAtRBt0(KAKB)V V m s
tRt0(kAkB)
第一章 输入标题
二、定性参数
一个色谱峰可用峰面积、保留时间和峰宽来进行定量、定性和评价柱效。
第二章-色谱基本理论

第二章-色谱基本理论

(二) 塔扳理论存在的不足：
1.塔板理论是模拟在一些假设条件下而提出的，假设同实际情况有差距，所以他描述的色谱分配过程定量关系合有不准确的地方。 2.对于塔板高度H这个抽象的物理量究竟由哪些参变量决定的？H又将怎样影响色谱峰扩张等一些实质性的较深入的问题，塔板理论却不能回答。
3.为什么流动相线速度(U)不同，柱效率(n)不同；而有时当U值由很小一下变得很大时，则柱效能（n）指标并未变化许多，但峰宽各异，这些现象塔板理论也无能为力． 4.塔报理论忽略了组分分子在柱中塔板间的纵向扩散作用，特别当传质速率很快时，其纵向扩散作用为主导方面，这一关键问题并未阐述。
二 区域宽度
（1）标准偏差σ （2） 半峰宽 W1/2 （3） 峰底宽度W 从色谱图中，可得许多信息： 1 色谱峰的个数，可判断所含组分的最少个数； 2 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析； 3 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析； 4 色谱峰的保留值及其区域宽度，评价柱效依据； 5 色谱峰两峰间的距离
三 分配系数K与分配比(容量因子)K’ : 1 分配系数K 平衡状态时组分在固定相（CL）与流动相（CG）中的浓度之比。 2 分配比(容量因子)K’: 平衡状态时组分在固定相(P)与流动相(q)中的质量之比。
讨论： K’=0 则 tR = tM 组分无保留行为 K’=1 则 tR = 2tM K’→∞ tR很大 组分峰出不来 所以K’=1-5 最好 如何控制K’？ 主要选择合适的固定液 色谱测K’容易（只测tR tM ）所以常用K’
3，温度校正
空心柱的载气流速通常不用皂膜流量计测量。而是由tM计算得到 载气的平均线速U=L/ tM 例题“实验与习题”例4 （P125） 作业：P131 41；42（思考）；43；
第二章色谱基础理论(本)

第二章色谱基础理论(本)


基础理论
46
基础理论
47
范氏方程说明：
▪ u一定时，A，B，C越小，H越小，柱效越
高，色谱峰越窄；颗粒越小，H越小，柱 效越高。
▪ U很小时，B/U项占主导，CU项可忽略 ▪ U很大时，CU项占主导，B/U项可忽略
基础理论
48
综合考虑: U实际稍高于Uopt 因为: 1.右侧曲线斜率小,U稍变化不会引起
拖尾因子（fs） x = h/20
fs =（B+A）/2A
fs = 0.95-1.05 正常峰
fs <0.95
前延峰
fs >1.05
拖尾峰
即使不进样也会出现的峰
20% - 100% MeOH
60
没有进样
15
30
问题:流动相脏
15
0
3
7
15
17
基础理论
13
二、定 性 参 数
W
(t tR )2
e 2 2
V 2
---呈正态分布 t=tR时，C=Cmax
基础理论
31
Cmax的影响因素：
进样量W愈大,则Cmax愈大，W与Cmax 成正比。 色谱柱内径愈小，填充愈紧密，Cmax/W比值愈
大。即柱愈细填充愈紧密，柱效N越高。 色谱柱愈短，Cmax值愈大。 先出柱的组分k’小，所以Cmax/W大。提高柱温 （GC），增加强洗脱剂的浓度（HPLC），可使
总结
●热力学：保留值的差 别要足够大 Sig
●动力学：色谱峰要
足够窄
Sig
基础理论
time time time 51
第四节 分子间作用力
基础理论
52
一、定向力
第二章 色谱基本理论

第二章 色谱基本理论

第二章 色谱基本理论
例题
例1 X、Y、Z三组分混合物,经色谱柱分离后，其保留时间分别为： 5min；7min；12min，不滞留组分的洗脱时间为1．5min ，试求：
(1) X对Y的相对保留值是多少？
(2) Z对y的相对保留值是多少?
(3) Y组分在色谱柱中的容量因子是多少?
(1) 柱长增加一倍；
(2) 固定相颗粒变粗；
(3) 载气流速增加；
(4) 柱温降低；
(5) 相比率减少；
(6) 分子量较小的载气在低流速区工作
(7) 采用粘度较小的固定液。
27．按制作H-U曲线的方法，分别以N2和H2作载气绘出两条Van Deemter方程曲线：AB线为I线（N2）；A'B'线为Ⅱ线（H2）。试回答下列问题：
(4) B组分柱中两相间的分配系数是A组分的几倍？
(5) B组分停留在固定相中时所流过的流动相体积，是A组分在固定相中停留时所流过流动相体积的几倍？
[答；(1)1.13 (2)6.2 (3)1.16 (4)1.16 (5)1.16]
34在3 m长的PEG-400柱上测得甲烷的保留时间为1．83min，戊酮-2的保留时间为6．83min，半高峰宽为3．5mm，记录纸速度为10mm／min，求该柱理论塔板数和有效塔板高度。
(4) X对Z的容量因子之比是多少?
解 (1) 1.57
(2) 1.90
(3) 3.67
(4) 0.63
例2 采用3m色谱柱对A、B二组分进行分离，此时测得非滞留组分的tM值为0.9min，A组分的保留时间为15.1 min，B组分的保留时间为18.0 min,要使二组分达到基线分离(R＝1.5)，问最短柱长应选择多少米(设B组分的峰宽为1.1 min)?
第2章-色谱基本理论a-塔板理论

第2章-色谱基本理论a-塔板理论


选择因子
在定性分析中， 在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标 ），然后再求其它峰 然后再求其它峰（ 准（s），然后再求其它峰（i）对这个峰的相对 保留值．在多元混合物分析中， 保留值．在多元混合物分析中，通常选择一对最 难分离的物质对， 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： 参数．在这种特殊情况下，可用符号α表示：
4．死体积 VM
指色谱柱在填充后， 指色谱柱在填充后 ， 柱管内固定相颗 粒间所剩留的空间、 粒间所剩留的空间 、 色谱仪中管路和连接 头间的空间以及检测器的空间的总和． 头间的空间以及检测器的空间的总和 ． 当 后两项很小而可忽略不计时， 后两项很小而可忽略不计时 ， 死体积可由 死时间与流动相体积流速F min） 死时间与流动相体积流速 F0 （ L ／ min ） 计 算：
一、分配系数K和分配比k 一、分配系数K和分配比k
1．分配系数K ．分配系数K
色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之间 反复多次地分配或吸附--脱附过程。 --脱附过程 反复多次地分配或吸附--脱附过程。 分配系数是描述分离过程中样品分子在两相间分配 的参数，它是指在一定温度和压力下， 的参数，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
L u = tm
保留时间t 2．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，称为保留时间， 点时所经历的时间，称为保留时间，如 O′B． 图2-1 O′B．它相应于样品到达柱末端 的检测器所需的时间． 的检测器所需的时间．
图2-1 色谱流出曲线
3．调整保留时间tR′ 调整保留时间t
2—3 色谱法分析的基本原理 3
目的：将样品中各组分彼此分离， 目的：将样品中各组分彼此分离，组分要达到完 全分离，两峰间的距离必须足够远. 全分离，两峰间的距离必须足够远. 两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定 即与色谱过程的热力学性质有关。 热力学性质有关 的，即与色谱过程的热力学性质有关。但是两峰 间虽有一定距离，如果每个峰都很宽， 间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此 重叠，还是不能分开。 重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分 在色谱柱中传质和扩散行为决定的， 在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过 程的动力学性质有关。因此， 动力学性质有关 程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力 学两方面来研究色谱行为。 学两方面来研究色谱行为。
现代色谱理论

现代色谱理论

第二章现代色谱理论色谱法(Chromatography)是一种分离分析方法。

它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。

俄国植物学家M.Tswett于1906年首先提出色谱法。

色谱法分类流动相名称固定相名称气体气相色谱固体气固色谱液体气液色谱液体液相色谱固体吸附剂液固色谱液体液液色谱键合固定相键合相色谱多孔固体尺寸排阻色谱离子交换剂离子交换色谱纸纤维中的水纸色谱固体吸附剂薄层色谱超临界流体超临界流体色谱类似LC 超临界流体色谱按分离机理：吸附色谱分配色谱离子交换色谱凝胶色谱法或尺寸排阻色谱（选择渗透）亲和色谱法第一节色谱法中常用参数一、色谱流出曲线1保留值221ln 22σ=W σ4=bW 死时间t 0保留时间t R调整保留时间t’R ：t’R =t R -t O死体积，保留体积，调整保留体积2 区域宽度半峰宽峰底宽标准偏差σ：0.607倍峰高处的色谱峰宽度的一半3 容量因子ｋ’一定的温度、压力条件下，分配达平衡时，组分在两相中的总量之比称分配比k ′，又称容量因子。

k ′与K （分配系数）的关系为：相对保留值 ：4 柱效率塔板理论理论塔板数可按下式计算：有效塔板数ｎeff有效塔板高 m s W W K ==组分在流动相中的总量组分在固定相中的总量'β''K V V K V W V W c c K s m s m m s m s ====βK V V K k m s =='')1()2(')1(')2(')1()2(1,2R R V V k k K K ===αnL H =22122121)(54.5)(54.5)(54.5W d W V W t n R R R ===222)(16)(16)(16b R b R b R W d W V W t n ===H eff ＝L/ｎeff =H[(1+k’)/k’]2表示色谱流出的曲线可以近似地采用对称的Gauss 正态分布曲线来描述。

3--第二章色谱分析理论基础

3--第二章色谱分析理论基础


当待分离组分随着载气进入色谱柱，组分就开始在两相间进行 分配，平衡后，再随着载气进入下一个塔板进行分配，平衡后 再进入下一个塔板。以此类推，从而不断达到分配平衡。
1.塔板理论基本假设
（1）在色谱柱中的每一小段长度H内，组分迅速达到分 配平衡，这一小段色谱柱称为理论塔板，其长度称为理论 塔板高度，简称板高，记为H； （2）载气不是连续通过色谱柱，而是脉冲式，每次进气 量为一个板体积； （3）试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿柱纵向扩 散忽略不计； （4）分配系数在各塔板上是常数； （5）塔板与塔板之间不连续。
结论： 分配系数K是色谱分离中的一个重要参数。 两组分分配系数K相差越大，两峰分离的就越好。 不同物质的分配系数K相同时，组分不能分离。因此是色 谱分离依据。
3.分配比k
又叫容量比、容量因子。
在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在 两相之间的质量比值，以k表示。
组分在固定相中的质量
k＝
分子扩散大。
3.传质阻力项C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。传质阻 力C包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL 。液相传质阻力 大于气相传质阻力。
C =（Cg + CL）
气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程。
这一过程中试样组分将在两相间进 行质量交换，即进行浓度分配。有 的分子还来不及进入两相界面，就 被气相带走；有的则在进入两相界 面后又来不及返回气相。这样，使 得试样在两相界面上不能瞬间达到 分配平衡，引起滞后现象，从而使 色谱峰变宽。
（3）对于某确定的色谱分配体系，组分的分离最终决定于 组分在每相中的相对量，而不是决定于组分在每相中的相对 浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。 k越大，组分保留时间越长，k=0，组分的保留时间为死时间。
色谱法基本理论PPT课件

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阐述本ppt课件的目的，即帮助学习者 系统了解和掌握色谱法的基本原理、 技术和应用，提高分析问题和解决问 题的能力。
02 色谱法的基本原理
分离原理
分离原理
色谱法的基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡来实现分离。当流动 相经过固定相时，与固定相发生相互作用，使得不同物质在固定相和流动相之间的分配平 衡不同，从而实现分离。
开发新型色谱技术
研究和发展新型色谱技术，如微流控芯片色谱、超临界流体色谱等， 以适应不同类型和规模的样品分析。
联用技术结合
将色谱法与其他分析技术（如质谱、光谱等）联用，可以实现更复杂 样品的高效分离和鉴定。
自动化和智能化发展
通过自动化和智能化技术的引入，实现色谱分析的远程控制、实时监 测和数据分析，提高分析效率和准确性。
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分配平衡
色谱法中的分配平衡是指物质在固定相和流动相之间的分布情况。物质在两相之间的分配 平衡受到多种因素的影响，如物质的性质、温度、压力等。
相互作用
物质在固定相和流动相之间的相互作用是影响分配平衡的重要因素。不同的物质与固定相 和流动相之间的相互作用力不同，因此表现出不同的分配平衡，从而实现分离。
固定相和流动相
保留机制
01
保留机制
保留机制是指物质在色谱法中通过固定相的保留作用而滞留在固定相中
的过程。物质的保留机制主要取决于物质与固定相之间的相互作用力和
性质差异。
02
竞争吸附
在色谱法中，多种物质会竞争吸附到固定相上，形成竞争吸附现象。竞
争吸附会影响物质的保留时间和分离效果，因此在选择固定相和流动相
时需要考虑竞争吸附的影响。
色谱法可用于研究化学反应动力学，通过分析反应中间产物和产物， 揭示反应机理和速率常数。
第2章气相色谱法

第2章气相色谱法


对分离较差，峰底宽度难于测量，则用下式表示分离度
R'
tR2 tR1
1 2
(Y12(1)

Y1 2
(
2)
)
20
C
W G

色谱分离基本方程式
体系的热力 学性质
R 1 n ( 1) ( k )
4
k 1
n

(
k
k
1)
2

n有效
R1 4
n有效
( 1)
现现 代代 仪器分析 仪器分析
改变k的方法是：
改变柱温：影响分配系数 改变相比：即改变固定相的量及柱的死体积(采用细颗粒的固定相，
填充紧密且均匀)
分离度与柱选择性的关系
α是色谱柱选择性的量度， α越大，色谱柱选择性越好，分离效 果越好
通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大的差别
L

16R
2
(
1)2
17
W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
B/u分子扩散项：“塞子”前后存在着浓度差
B 2Dg
弯曲因子
气相分子扩散系数

Dg
1
M 载气
摩尔质量大的载气可使B值变小，有利于分离
载气流速愈小，保留时间愈长，分子扩散项的影响也愈 大，从而成为色谱峰扩散的主要因素
18
W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
调VM整，保或留V体R’=积tRV’·RF’0：指扣除死体积后的保留体积：VR’=VR－
相对保留值r21
指组分2与另一组分1的调整保留值之比。相对保留值只与柱 温及固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关，它表示了 色谱柱对这两种组分的选择性： r21相差越大，分离越好。 r21 ＝1，不能分离
第二章色谱基本理论

第二章色谱基本理论

第二章色谱基本理论例1 采用3M色谱柱对A、B二组分进行分离，此时测得非滞留组分的t M值为0.9min ，A组分的保留时间（t R(A)）为15.1min，B组分的t R为18.0min，要使二组分达到基线分离（R=1.5），问最短柱长应选择多少米（设B组分的峰宽为1.1 min）？解方法（1）：由已知条件，得n B=16(18.0/1.1)2=4284r i,B=18.0-0.9/15.1-0.9=1.20K/B=18.0-0.9/0.9=19则因为所以故方法（2）：同方法（1）得n B=4284；r i,B=1.20；K/B=19所以则n B (R=1.5)=16 (1.5)2(1.2/0.2)2[(1+19)/19]2=1425故L=n(R=1.5)H=14250.07=99.8cm1m1.A、B 二组分的分配系数之比为0.912，要保证二者的分离度达到1.20，柱长因应选择多少米？设有效塔板高度为0.95mm.。

2.有一液相色谱柱长25cm,流动相速度为0.5ml/min，流动相体积为0.45ml，固定相体积为0.25ml,现测得萘、蒽、菲、芘四组分（以A、B、C、D）的保留值及峰宽如表3-1。

根据已知条件试计算出：（1）各组分容量及分配系数；（2）各组分的n及n eff；（3）各组分的H 值及H eff值；（4）画出四组分的K/值之间的关系曲线表3-1 在HPLC柱上测得的A、B、C、D 的答：（1）K/（A=0.60；B=2.38；C=2.65；D=4.03）；（2）（A=4021；B=3099；C=2818；D=3394）n eff（A=595；B=1535；C=1486；D=2178）;（3）H（A=0.06；B=0.08；C=0.09；D=0.07）H eff（A=0.42；B=0.16；C=0.17；D=0.11）;(5)根据已有数据，绘出K /--n--n eff 曲线，自行判断正确与否，并分析原因。

第二章气相色谱分析


流出曲线方程
• C0为进样浓度；tR为保留时间； σ为标准偏差， C为时间t时在柱出口的浓度。
色谱柱长：L，
虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为： n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!
有效塔板数和有效塔板高度
• 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 • 组分在 tM 时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数 和有效塔板高度：
Cg 0.01k (1 k )
2

dp
2
Dg
液相传质阻力系数Cl为
由上式看出，固定相的液膜厚度df薄，组分在液相的 扩散系数D1大，则液相传质阻力就小。降低固定液的 含量，可以降低液膜厚度，但k值随之变小，又会使 C1增大。当固定液含量一定时，液膜厚度随载体的比 表面积增加而降低，因此，一般采用比表面积较大的 载体来降低液膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成 拖尾峰，也不利分离。虽然提高柱温可增大Dl，但会 使k值减小，为了保持适当的Cl值，应控制适宜的柱 温。
2 色谱流出曲线及有关术语
1)．流出曲线和色谱峰
2)、基线
是柱中仅有流动相通过时，检测器响 应讯号的记录值，稳定的基线应该是一条 水平直线。
3)、峰高
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h 表示。
4)、保留值
（1）时间表示的保留值
保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极 大值时所需的时间； 死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气 ）从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时 间; 调整保留时间（tR ＇）：tR＇= tR－tM
滞留因子（retardation factor）：

仪器分析-气相色谱分析


• 3、保留值：是试样各组分在
色谱柱中保留行为的量度，它 反映组分与固定相间作用力大 小，通常用保留时间和保留体 积表示。 死时间tM：不被固定相吸附或 溶解的组分（如空气、甲烷） 从进样到出现其色谱蜂最大值 所需的时间，图中O'A'所示。 保留时间tR ：指某组分通过 色谱柱所需时间，即试样从进 样到出现峰极大值时的时间， 图中Ｏ‘Ｂ所示。 调整保留时间tR’ 死时间后的 保留时间，它是组分在固定相 中的滞留时间。图中A’B所示， 即 tR’ = tR － tM
通常以有效塔板数neff 和有效塔板高度Heff 表示：
neff H eff
t t 2 5.5 4( ) 1 6( )2 W1 / 2 Wb L neff
' R
' R
2-2-3 速率理论
• 塔板理论存在的假定有缺陷,不能解释塔板高度H
受那些因素影响. 1956年，荷兰化学工程师van Deemter提出了色谱过程动力学速率理论。 • van Deemter方程：H=A+B/u+C*u u 为流动相线速度； A，B，C 为常数. 其中: A — 涡流扩散系数； B — 分子扩散系数； C — 传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系 数）
• 1、气路系统
• 载气：H2，N2，He，Ar等 • 净化器：提高载气纯度 • 稳压恒流装置，气体流速控制和测量。
• 2、进样系统
• 进样器： 微量注射器、六通阀 • 气化室：瞬间气化，死体积尽可能小
• 3、分离系统
• 色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类
2-1-3 组成
• • • • •
4、温控系统 色谱柱、气化室、检测室三处温度控制 气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解； 检测器除氢火焰外都对温度敏感； 柱温的变化影响柱的选择性和柱效，因此柱室的 温度控制要求精确，温控反复根据需要可以恒温， 也可以程序升温。

2第二章 色谱法概论-速率理论

( R R
1 2
)
2
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n n
1 2
=
L L
1 2
虽说用较长的柱可以提高分离度，但延长了分析时间。 因此提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子， 通过降低板高，以提高分离度。
2.分离度与选择因子的关系 2.分离度与选择因子的关系
由基本色谱方程式判断，当α=1时，R=0，这时，无论 怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，α大，选择性好。 研究证明，α的微小变化，就能引起分离度的显著变化。一 般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有 效增大α值。
A＝2λdp
上式表明，A与填充物的平均直径dp的大小和填充不规 则因子λ有关，与流动相的性质、线速变和组分性质无关。 为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且 填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。 因此A＝0。
2.分子扩散项B/u（纵向扩散项）
纵向分子扩散是由浓 度梯度造成的。组分从柱 人口加入，其浓度分布的 构型呈“塞子”状。如图 18S2所示。它随着流动相 向前推进，由于存在浓度 梯度，“塞子”必然自发 地向前和向后扩散，造成 谱带展宽。分子扩散项系 数为
4.分离度与分析时间的关系 分离度与分析时间的关系
下式表示了分析时间与分离度及其他因素的关系
tr
3 16 R 2 H α 2 (1 + k ) = ) ( u α −1 k 2
从上式，设
16 R 2 H α Q′ = ( )2 u α −1
则可得：
t
r
(1 + k ) ′ = Q k 2
3
tr
(1 + k ) 3 = Q′ k 2

第二章色谱法基本原理

（2） Vm = FO tm =50 × 1.0=50mL
（3） K = k Vm / VS =4.0 × 50/2.0=100 （4） VR = FO tR =50 ×5.0=250mL
2.3 塔板理论（plate theory）
1941年，马丁等人提出了塔板理论,把色谱分离过 程比作分馏过程，把色谱柱比作一个分馏塔，并作了四 个理想的假设：
A、B组分在柱内各塔板中的浓度分布见表3-1
N=0,组分加到0号塔板上
0号
1号
2号
3号
4号
检测
器
平衡时
0.5
检测
器 0.5
N=1，进1△V载气 0.5 0.5
平衡时
0.5 0.25
0.25 N=2,进2△V载气
0.25
0.5
0.25 0.25
0.25 0.25
平衡时
0.125 0.25 0.125 0.25
G0 相对于标准状态的自由能
R 气体常数
TC 色谱柱柱温（k） 一般情况组分在固定相的G0为负值，则 TC 与 K 成反比。
2.2.2 分配比（分配容量、容量因子、容量比）
指在一定的柱温下，组分在两相达到分配 平衡时，分配在固定相和流动相的总量之比。
式中， 称为色谱体系相比( Vm)
（2）色谱带：组分在柱内的浓度分布构型
（3）色谱峰：组分通过检测器产生的响应信号 记录的微分曲线。
（4）峰高 ：色谱峰顶到基线的垂直距离
（4）保留值 ：组分在色谱床中的滞留情况
用时间表示
保留时间 t R 调整保留时间
死时间 t M
tR, tR tM
用体积表示 死体积 VM tM.FC 保留体积 VR tM.FC 调整保留体积 VR' VR VM tR'FC
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样品 未知物 t0 30s tR 340s 204s
物质对 正庚烷(Z)
正辛烷(Z+n) 403.4s
24
第一章
输入标题
二、定性参数
说明该未知物的保留行为，相当于7.756个碳的正构烷烃的保留行为。
通过气相色谱手册查得该未知物为乙酸正丁酯。
25
第一章
输入标题
二、定性参数
色谱峰区域宽度 1．标准差(standard deviation；σ) 是正态色谱流出曲线上两拐点间 距离之半，物质的分散程度，σ小， 分散程度小，峰顶点对应的浓度大， 峰形窄，柱效高。
（1）溶解样品的溶剂极性强于流动相而引起的拖尾： 第一种就是先流出的峰的拖尾较后流出的峰拖尾严重； 第二种迹象就是进样量减少或者是样品经流动相稀释后进样峰拖尾减轻。 （2）样品过载，峰的前端会变得尖锐，后端拖尾，保留时间会稍微提前。 如果峰形看上去有点像直角三角形，那么可能就是过载了。
5
第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
Vs色谱柱中固定相所占有的体积；Vm色谱柱中流动相所占有的体积， K 分配系数
组分的K越大，在色谱柱中的保留时间越长，t‘R取决于K，而K取决 于流动相、固定相以及样品本身的性质。 GC中，K的主要影响因素是柱温，LC中，K的主要影响因素是流动相性质。
16
第一章
输入标题 保留时间与容量因子的关系
Vs kK Vm
t 'R t0k
k表明一个组分在色谱柱固定相中被吸附而多停留的时间是不被 吸附组分的保留时间的倍数，倍数越大，说明色谱柱对此组分的保 留能力越强，柱容量越大。 K取决于组分、固定相、流动相的性质和温度；而与体积Vs,Vm无关； k除了与物质性质及温度有关外，还与Vs、Vm有关。
17
第一章
输入标题
tR t0 t 'R k t0 t0
第一章
输入标题
一、相平衡参数
（四）分配系数与保留体积的关系
Vs VR V0 (1 K ) Vm
（五）分配系数与比移值的关系
L vt Rf L0 ut0
定时展开（TLC）：t = t0，所以： R = R’
13
1 Rf 1 k
第一章
20
第一章
输入标题
二、定性参数
7. 相对保留值(relative retention；r)指被测组分和参比组分的调整 保留值之比。相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关， 与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测组分间的 选择性，是气相色谱法中最常使用的定性参数。
相对保留值是色谱分离系统的分离选择性指标。其不等于1是色谱 分离的前提。
输入标题
一、相平衡参数
V s tRB t0(1KB ) V m
分离的前提：
（六）色谱分离的前提 Vs t RA t0 (1 K A ) Vm
t R t RA t RB
Vs t0 ( K A K B ) Vm
tR t0(kA kB)
KA KB kA kB
14
拖尾峰：
（3）固定相中的硅醇基与胺类相互作用引起的拖尾： 在反相HPLC：带正电荷的溶液（胺类）与固定相颗粒表面上的 酸性硅醇发生了离子交换而引起的二次保留，而且中性pH（6～8）条件 下比在酸性pH（<3）更易发生。 在pH<3的条件下操作，可使硅胶固定相上的硅醇基质子化，减少了 溶质与硅醇反应的几率。 还可以在流动相中加入竞争性的胺类，如三乙胺（TEA），TEA可以与 发生强的反应，并抑制样品中的胺类与硅醇反应。 酸性和中性的化合物一般不受影响，碱性化合物更易受到影响。
tR 2 tR 2 n ( ) 16( ) 5.54( ) W W1/2
ms csVs k = mm cmVm
Vm-----色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积V0
Vs-----柱中固定相的体积。
分配系数和保留因子的关系：
Vs k K K/ Vm
11
Vm Vs
（相比）
第一章
输入标题
一、相平衡参数
(三) 分配系数和保留因子与保留时间的关系
设流动相的线速度为u，组分的速度为v，将二者之比称为保留比：
6
第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
拖尾峰：
（4）酸性化合物在硅胶上吸附引起的拖尾： 酸类物质有时候引起峰的展宽和拖尾主要由于硅胶固定相的吸附。 应提高流动相中盐的浓度来抑制二次反应，降低流动相的pH使硅醇和溶质 质子化，必要时可以向流动相中加入竞争性的酸。 举例：布洛芬，酸性化合物，严重拖尾，向流动相中加入乙酸可以改善。 乙酸优先和硅胶固定相表面的酸性硅醇基反应，抑制了与硅醇基的反应， 减低了拖尾。
二、定性参数
4. 保留体积( retention volume，VR)：从进样开始到某个组分流出 色谱柱达到最高浓度时所需通过色谱柱的载气体积称为该组分的 保留体积，样品组分二分之一量被流动相带出色谱柱所需的流动相 体积。 保留体积、保留时间和载气流速(Fc，ml/min)的关系如下：
VR tR * Fc
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
前延峰： 可能原因为进样体积太大或样品浓度太高（样品过载），平衡破坏， 对于流动相来说样品溶剂非极性太强（对于反相柱），柱或保护柱 被污染，柱性能下降，保护柱失效；前延峰最常见的原因是样品溶 液的离子强度大于缓冲溶液的。影响峰前延的因素很多，包括柱子， 柱温，进样浓度，流动相等因素。
18
第一章
输入标题
二、定性参数
5. 死体积（V0）：是由进样器至检测器的流路中未被固定相占有 的空间。即为色谱柱中固定相颗粒间间隙（Vm）、进样器至色谱 柱间导管的容积(Vit)、柱出口导管(V0t)及检测器内腔容积（Vd） 的总和。死体积大，被分离组分扩散，色谱峰展宽，简而言之， 死体积就是流动相的体积。死体积与死时间和流动相流速有如下关系：
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定性参数 定量参数
保留值、相对保留值、保留指数 峰高、峰面积
色谱参数
柱效参数 分离参数 相平衡参数
理论塔板数、有效理论塔板数
分离度、分离值、分离数 理论塔板数、有效理论塔板数
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第一章
输入标题
一、相平衡参数
(一) 分配系数 组分在固定相(s) 与流动相(m)中的浓度(c) 之比。 1. 分配系数与线性色谱的关系
2
第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
3．色谱峰是流出曲线上的突起部分。 正常色谱峰为对称形正态分布曲线。 不正常色谱峰有两种：拖尾峰和前延峰 色谱峰的对称与否：对称因子（拖尾因子）。 对称因子在0.95～1.05之间的色谱峰为对称峰； 小于0.95者为前延峰 大于1.05者为拖尾峰
3
第一章
G0 ln K RT C
△G0------ 相对于标准状态的组分自由能 R ---------气体常数 Tc --------柱温 一般，温度上升20℃，K 值约下降一半。
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第一章
输入标题
一、相平衡参数
(二) 容量因子 (capacity factor；k) 达到分配平衡后组分在固定相和流动相中的质量(m)之比，也 称质量分配系数。
lg t ' R( X ) lg t ' R(Z ) Ix 100 Z n lg t ' R ( Z +n) lg t ' R ( Z )
Z与Z+n分别代表含有Z与Z+n个碳原子的正构烷烃，n可以为1,2，通常为1.
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第一章
输入标题
二、定性参数
规定正己烷、正庚烷、正辛烷的保留指数分别为600、700、800，依 次类推。 同系物中，每增加1 个CH2，保留指数增加100。
（1）进样量太大，可以适当降低样品的进样浓度。 （2）柱温低，升高柱温。 （3）被测物有明显的酸碱性，主要考虑是不是要换流动相体系。 （4）样品在溶剂中溶解的不合适，可以使用流动相作为样品溶剂; （5）柱子坏了，检查色谱柱是否塌陷。
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第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
拖尾峰： 使得数据系统难以准确确定峰的终点，从而影响结果的准确度和精密度。
cs K cm
分配系数与组分浓度大小无关，其色谱峰呈正态分布----线性色谱。 分配系数由组分和固定相的热力学性质决定，随柱温而变化， 非线性色谱体系的K 不是常数，K 随浓度而变化。 与两相体积无关。 在液相色谱法中，还取决于流动相的性质。
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第一章
输入标题
一、相平衡参数
2.分配系数与柱温的关系
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第一章
输入标题 保留时间与分配系数的关系
假设，单位时间内，一个分子在流动相中出现的概率为R’，若R’=1/3, 则这个分子有 三分之一时间在流动相，三分之二在固定相中。在流动相和固定相中溶质的质量 分别用cmVm及CsVs表示：
1 R ' CsVs Vs K R ' CmVm Vm
t 'R Vs K t0 Vm
W =4 =1.699W1/ 2
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响应值 或浓度
A=1.065(h)(W1/2)
h 0.882h
w=1
0.607h 0.50h
w=2 (拐点) w=2.354
0.344h 0.134h 0.044h
w=3 w=4 w=5
Wb=4
时间或体积
响应
VR
VR
V0
W h/2
h1/2
h
h1/2
h
Wb/2
h1/2
Wb
保留值 进样
Wb
时间/ 流动相体积
第一章
输入标题
二、定性参数
（二）塔板数和塔板高度 1. 理论塔板数 理论塔板数取决于固定相种类、性质（粒度），填充情况， 柱长，流动相的流速以及测定柱效所用物质的性质。 液相色谱中还与流动相的种类、性质有关。