仪器分析 (第三版 魏培海)第六章 色谱分析法导论

L 30 3 3) H 8.7 10 cm 3 nav 3.44 10
调整保留体积 VR'：保留体积与死体积之差，即组分 停留在固定相时所消耗流动相的体积
V VR Vm t F0
' R ' R
相对保留值is ：一定实验条件下组分i与另一标 准组分S的调整保留时间之比。相对保留值只与柱 温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关， 色谱定性分析的重要参数 。
例2：两物质 A和B在30cm长的色谱柱上的保留时
间分别为 16.4 和 17.63min ，有一不与固定相作用 的物质，其在此柱上的保留时间为 1.30 min 。物 质A和B的峰底宽分别为1.11和1.21min。试问： 1）柱分离度R；
2）柱平均理论塔板数nav
3）平均塔板高度Hav 4）若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？
' R
死体积Vm：不被保留的组分通过色谱柱所消 耗的流动相的体积，又指色谱柱中未被固定相 所占据的空隙体积（包括色谱仪中的 管路、连 接头的空间、检测器的空间）。
VM tM F0
F0：流动相的体积流速
保留体积VR：从进样开始到组分出现浓度极大 点时所消耗的流动相的体积。
VR tR F0
固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓， H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱 峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。
2．分子纵向扩散项
B = 2νDg ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。 Dg：组分分子在气相中的扩散系数（cm2· s-1）
扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差 液相色谱中的分子纵向扩散可以忽略。 对气相色谱，采用相对分子质量较大的N2、Ar为流动相 并适当加大流动相流速，可降低分子纵向扩散项的影响。
t is t
' Ri ' Rs
V V
' Ri ' Rs
4. 色谱峰区域分析 峰高h：色谱峰顶到基线的垂直距离。
区域宽度： 半峰宽W1/2 ：色谱峰高一半处的宽度。 峰底宽W：从色谱峰两侧拐点上的切线与基线交点之 间的距离，也称基线宽度。 标准偏差 ：峰高(h)的0.607倍处色谱峰宽度的一半。 与半峰宽及峰底宽的关系为： W1/2=2.354 W=4
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。
第三节 色谱分析基本理论
两组份峰间距足够远： 由各组份在两相间的分配系数决定， 即由色谱过程的热力学性质决定。 每个组分峰宽足够小： 由组份在色谱柱中的传质和扩散决 定，即由色谱过程的动力学性质决定。
R=1.5
保留时间 t, min
3. 色谱分离方程
n 有效 1 R ( ) 4
' ' tR V 1 '1 R ' tR 2 VR 2
R1 2 n1 L1 ( ) R2 n2 L2
分离度R与塔板数有关; 分离度R与保留因子 有关系；
越大，柱选择性越好，对分离有利。
本章教学内容
色谱分离仪的基本原理和基本概念 色谱分离的理论基础 色谱定性和定量分析的方法
本章知识目标
熟悉色谱分析中的基本术语; 了解色谱分析中的塔板理论和速率理论; 熟悉影响色谱柱柱效、分离度的因素; 熟悉色谱分析中的定性和定量方法。
本章能力目标
熟练校正因子的计算方法; 掌握归一化法、内标法的定量计算方法; 掌握外标法，熟练绘制外标法工作曲线 并进行定量计算; 掌握填充柱的制备方法。
峰面积（A）：由色谱峰与基线之间所围成的面积 称为峰面积。定量分析的基本依据。 对理想的对称峰： A=1.065hW1/2
在相同的色谱操作条件下获得的色谱峰的区域宽度 值越小，说明色谱柱的分离效能越好，柱效越高。
5. 描述分配过程的参数
分配系数K： 组分在固定相和流动相之间的 分配处于平衡状态时，在两相中的浓度之比。
溶质在固定相中的浓度 cs K 溶质在流动相中的浓度 cm
K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管
特性和所用仪器无关。
分配比k： 在一定的温度和压力下，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。
CsVs Vs K 组分在固定相中的质量 ms k K 组分在流动相中的质量 mm CmVm Vm
三、分离度
1．色谱柱的总分离效能
(a)两色谱峰距离近且峰形 宽，彼此严重相重叠，柱 效和选择性都差； (b)虽能很好分离，但峰形 很宽，表明选择性好，但 柱效低； (c)分离情况最为理想，既 有良好的选择性，又有高 的柱效。
2.分离度(R)的表达式
R tR2 tR1
1 2
(W1 W2 )
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。
常用有效塔板数n有效表示柱效：
n有效 t t 2 2 5.54( ) 16( ) W1 / 2 W H 有效 L n有效
' R ' R
例题 1 ： 在柱长为 2m 的 5% 的阿皮松柱、柱温为 1000C，记录纸速度为2.0cm/min的色谱条件下， 测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm， 求理论塔板数。
基本理论
热力学理论：塔板理论——平衡理论 动力学理论：速率理论——Vander方程
一、塔板理论
塔板模型：将一根色谱柱视为一个精馏 塔，即色谱柱是由一系列连续的、相等 的水平塔板组成。每一块塔板的高度用 H表示，称为塔板高度。
塔板理论假设：在每一块塔板上，溶质在两相间很 快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板 的方式向前转移。对一根长为 L 的色谱柱，溶质平 衡的次数n称为理论塔板数。
二、速率理论
速率方程（也称范.弟姆特方程式）
B H A Cu u
u 为流动相线速度； A，B，C为常数 A—分别表示涡流扩散系数；
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）
减小A、B、C三项可提高柱效
1．涡流扩散项
A = 2λdp dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
=Vm/Vs，表示相比率，是柱型特点参数，对 于填充柱，值一般为6~35，对于毛细管柱， 值一般为60~600。
选择性因子： 指相邻两组分调整保留值之比。
t t
' R1 ' R2
V V
' R1 ' R2
值的大小反映了色谱柱对难分离组分对的分离 选择性，值越大，相邻两组分色谱峰相距越远， 色谱柱的分离选择性越高。当等于或接近1时， 说明相邻两组分不能分离。
“十二五”职业教育国家规划教材
仪器分析
（第三版）
魏培海 曹国庆 主编
第六章 色谱分析法导论
“十二五”职业教育国家规划教材
色谱法或色谱分析法，是一种分离分析 技术，它利用混合物中各物质在两相间 分配系数的差别，当溶质在两相间作相 对移动时，各物质在两相间进行多次分 配，从而使各组分得到分离。可完成这 种分离的仪器称为色谱仪。
第一节
色谱及分类
茨维特实验
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚 色带
一、色谱法
• 色谱法是一种分离分析技术。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 。 • 色谱法以其具有高分离效能、高检测性能、 分析时间快速而成为现代仪器分析方法中 应用最广泛的一种方法。

2(tR2 tR1 ) (W1 W2 )
R值越大，表明两组分的分离程度越高; R=1.0时，分离程度可达98％; R<1.0时两峰有部分重叠; R=1.5时，分离程度达到99.7％; 所以，通常用R=1.5作为相邻两色谱峰完 全分离的指标。
R=0.75
响应信号
R=1.0
分离过程
当流动相中携带的混合物流经固 定相时，其与固定相发生相互作 用。由于混合物中各组分在性质 和结构上的差异，与固定相之间 产生的作用力的大小、强弱不同 ，随着流动相的移动，混合物在 两相间经过反复多次的分配平衡 ，使得各组分被固定相保留的时 间不同，从而按一定次序由固定 相中流出。
第二节 色谱流出曲线和术语
气体 气体
固体 液体
气-固色谱 气-液色谱
气相色谱
2．按固定相的固定方式
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
平面色谱
纸色谱 薄层色谱 高分子薄膜色谱
3．按分离机制分

分配色谱：利用分配系数的不同 吸附色谱：利用物理吸附性能的差异


离子交换色谱：利用离子交换原理
空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同
色谱法的特点
3．传质阻力项
0.1k 2 2k C Cm Cs ( ) 2 1 k Dg 3(1 k ) Ds
2 dp
d2 f
k为容量因子； Dg 、Ds为扩散系数。
固定相液膜越薄，扩散系数越大，固定相传质阻力就越小，但 固定相液膜不宜过薄，否则会减少样品容量，降低柱的寿命。
减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。
L n H
塔板理论要点
当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数 n 大于 50 时，可得到基本对称的峰形曲线。 当试样进入色谱柱后，只要各组分在两相 间的分配系数有微小差异，经过反复多次 的分配平衡后，仍可获得良好的分离。 n与半峰宽度及峰底宽的关系式为：