第一章色谱分析导论

相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！ 具体做法：固定一个色谱峰为标准s，然后再求其它峰 i 对标准峰的相对保留值 ，此时以 表示：
t 'r ( i ) ' ts ( s )
>1, 又称选择因子(Selectivity factor)。
h. 区域宽度：用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力学因素。通常有 三种表示方法： 标准偏差：0.607倍峰宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离。W= 4
并整理如下：
1 1 k2 n n ( 1 k2 ) 4 4 1 k2 k2 k2 n 1 k 4 1 k
K
溶质在固定相中的浓度 c s 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。
2. 分配比(Retention factor or capacity factor, k)：
在一定温度和压力下，组份在两相间的分配达平衡时，分配在固定相和 流动相中的质量比，称为分配比。它反映了组分在柱中的迁移速率。又称保 留因子。
2）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。
3）塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程、导出流出曲线的数学 模型、解释了流出曲线形状和位置、提出了计算和评价柱效的参数。
但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素 对柱内传质的影响。因此它不能解释： 峰形为什么会扩张？ 影响柱效的动力学因素是什么？
2. 按组份在固定相上的分离机理分：
吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同； 分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同； 离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力不同；
凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。
3. 按两相状态分
分类 气 相 色 谱 方法 气液色谱 气固色谱 气相键合色谱 液液色谱 液 相 色 谱 固定相 液体吸附于固体 固体吸附剂 有机组份键合于 固体表面 液体吸附于固体 平衡类型 气液间分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 不相溶液体间 的分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 离子交换 分配/筛析 超临界流体和 键合相间分配
V0 t r Fco
Vr' Vr V0 t'r Fco
f. 调整保留体积 Vr' ：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。
g. 相对保留值r2,1：组份2的调整保留值与组份1的调整保留值之比。
t'r 2 Vr'2 r2 ,1 ' ' t r 1 Vr 1 注意：r2,1只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长L、填充情况及流动
液 固 ( 吸 附 ) 色 固体吸附剂 谱 液相键合色谱 有 机 组 份 键 合 于 固体表面 离子交换色谱 离子交换树脂 凝胶渗透 ( 尺寸 液 体 附 于 多 孔 聚 排阻)色谱 合物 超临界 有机组份键合于 流体 固体表面
15.2 色谱流出曲线（色谱图）
混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应
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 是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科学领域。 历史：1903年，俄国植物学家Mikhail Tswett 最先发明。他采用填充有固 体 CaCO3 细 粒 子 的 玻 璃 柱 ， 将 植 物 色 素 的 混 合 物 ( 叶 绿 素 和 叶 黄 素 chlorophylls & xanthophylls) 加 于 柱 顶 端 ， 然 后 以 溶 剂 淋 洗 ， 被 分 离的组份在柱中显示了不同的色带，他称之为色谱 (希腊语中
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。
15.3 色谱法基本原理
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。 每个组份峰宽足够小：由组份在色谱柱中的传质和扩散决定，即由色谱过程 动力学性质决定。 因此，研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方面进行。 一、描述分配过程的参数 1. 分配系数(Distribution constant, K)： 描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附 - 脱附过程的参数，称 为分配系数。
第1章 色谱分析方法导论
1.1 概述 历史、色谱分离过程、分类 1.2 色谱流出曲线 色谱图及相关术语 15.3 色谱法基本原理 描述分配过程参数、峰间距、峰形状和峰宽的理论描述(塔板理论) 15.4 分离度及色谱分离方程 分离度及色谱分离方程、影响分离的因素
1.1 概述
化学分析方法的基本要求是其选择性要高。即，在分析过程中，待 测物与潜在的干扰物的分离是最为重要的步骤！
V0 t0 Fco
其中，Fco为柱出口的载气流速（mL/min)，其值为： T p pw Fco F0 c 0 Tr p0 F0-检测器出口流速；Tr-室温；Tc-柱温；p0-大气压；pw-室温时水蒸汽压。
e. 保留体积Vr：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相 的体积。
利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度R。
R 越大，相邻组分分离越好。当 R=1.5 时，分离程度可达 99.7% ，因此
R=1.5通常用作是否分开的判据。
R=0.75
响应信号
R=1.0
R=1.5
保留时间 t, min
二、色谱分离方程
R 的定义并未反映影响分离度的各种因素。也就是说，R 未与影响其大小 的因素：柱效n、选择因子 和保留因子 k 联系起来。 对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数 K 相差小，可合理假设 k1k2=k，W1 W2=W。因此可导出R与n（neff）、 和 k 的关系：
k
cV 组分在固定相中的质量 ms s s 组分在流动相中的质量 mm cmVm
其中VmV0，Vs为固定相体积。
u mm 组分线速度 1 s 流动相线速度 u mm ms 1 k 1）组分滞留因子： L L us ， u tr t0
分配比 k 的求算：
Rs
1.4 分离度及色谱分离方程 一、分离度(Resolution, R) 同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标。也称总分离效能指标或分 辨率。其定义为：
R
t r2 t r1 1 ( W1 W2 ) 2

2( t r2 t r1 ) W1 W2

( t r2 t r1 ) W
n 1 k R ( )( ) 4 1 k
或
R neff 4
1 ( )
附, 具体推导过程如下：
因
n 16(
tr 1 n 1 ) W W 4 tr 2( t r2 t r1 ) W1 W2
将上式及t r t0 ( 1 k )代入到R
n 2( t r2 t r1 ) R 4 2 t r2 n t 0 ( k 2 k1 ) 4 t0 ( 1 k 2 ) ( k 2 k1 )
色谱术语： 1 ）基线：在实验条件下 ，色谱柱后仅有纯流动相 进入检测器时的流出曲线 称为基线， S/N 大 的 、 稳 定的基线为水平直线。 2 ）峰高：色谱峰顶点与 基线的距离。 3）保留值(Retention value, R) a. 死时间(Dead time, t0) ：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时 的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此， 其流速与流动相的流速相近。据 t0 可求出流动相平均流速 u
t'r ( B ) kB K B ' tr ( A ) kA K A
cs m / Vs V s k m k c m mm / Vm Vs
A为先流出的组分，B为后流出的组分。 注意：K 或 k 反映的是某一组分在两相间的分配；而 是反映两组分间的分 离情况！当两组分 K 或 k 相同时， =1 时，两组分不能分开；当两组分 K 或 k 相差越大时， 越大，分离得越好。也就是说，两组分在两相间的分配 系数不同，是色谱分离的先决条件。
2）又，
3）因此，
t r t0 ( 1 k )或
t r t0 t'r Vr' k t0 t0 V0
3. K 与 k 的关系：
K
称 为相 比 率 ， 它也是 反 映 色 谱柱柱 型 特 点 的参数 。 对 填 充柱 ， =6~35；对毛细管柱， =60~600。
4. 选择因子 ：色谱柱对A、B两组分的选择因子 定义如下：
根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数n的公式，用以评价一根柱
子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称理论塔板数：
n 5.54(
tr 2 t ) 16( r )2 W1 / 2 W
可见理论塔板数由组分保留值和峰宽决定。
若柱长为L，则每块理论塔板高度H为
H L n
由上述两式知道，理论塔板数n越多、理论塔板高度H越小、色谱峰越窄，则柱
和 k 是计算色谱柱分离效能的重要参数！
Hale Waihona Puke 二、峰间距、峰形状和峰宽的理论描述 1. 塔板理论（Plate theory) 1952年， Martin等人提出的塔板理论将一根色谱柱当作一个由许多塔板组 成的精馏塔，用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精馏中借用 的，是一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布。 塔板理论假定： 1）塔板之间不连续； 2）塔板之间无分子扩散； 3）组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论 塔板高度H； 4）某组分在所有塔板上的分配系数相同； 5）流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。 当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形， 但不对称；当塔板数n>50时，峰形接近正态分布。