6《仪器分析》色谱分析导论1-2

选用热导和氢焰离子化检测器，填充柱和毛细管柱分离，通过多阀自动切换，信号自动切换，实现一次进样，多维色谱分析，快速分析H2、O2、N2、CO2、 CO、C10-C60、C2二-C4二及C6以上烃等组分。分析结果重复性好、操作方便，完全可以与国外进口仪器相比。 （五） 车用和航空汽油中苯及甲苯分析：
选用热导检测器或氢焰离子化检测器，双柱串联，通过阀自动切换，并配有反吹系统，实现一次进样完成对汽油中苯及甲苯的定性及定量分析。分析结果 符合国标GB17930-1999。 （六） 汽油中某些醇类和醚类分析：
• 不法者在食品中渗三聚氰胺的动因：主要是由于 其分子中含有大量氮元素。用普通的全氮测定法 测饲料和食品中的蛋白质数值时，根本不会区分 这种伪蛋白氮。添加在食品中，可以提高检测时 食品中蛋白质检测数值。
• 目前通用的3种“三聚氰胺”的检测方法——高效 液相色谱法、液相色谱-质谱法、气相色谱-质谱 法，
版社，2005 5.高效液相色谱方法与应用，于世林编著。北京：
化学工业出版社，2005
• 甘肃等地报告多例婴幼儿泌尿系统结石病例，调 查发现患儿多有食用三鹿牌婴幼儿配方奶粉的历 史。
• 三聚氰胺（cyanuramide），分子式C3H6N6
• 过去认为，三聚氰胺被认为毒性轻微。但去年年 美国宠物非正常死亡事件彻底改变了人们对三聚 氰胺毒性轻微的观点。调查结果认为：掺杂了 ≤6.6%三聚氰胺的小麦蛋白粉是宠物食品导致中 毒的原因，也就为它毒性轻微的结论画上了问号
选用热导检测器、填充柱系统、阀自动或手动切换，并配有反吹系统，适用于炼油厂生产的液化石油气中C2-C4及总C5烃类组成的分析（不包括双烯烃和 炔烃）。分析结果符合SH/T10230-92。
液化石油气分析②：

4.应用
生命科学、材料科学、环境科学、农业、 医药卫生等。
6
8.1.1 按两相状态分类
1.流动相为气体——气相色谱法（GC）
气－固色谱：固定相为固体吸附剂 气－液色谱：固定相为液体 （附着在惰性固定载体表面的薄层液体）
7
2.流动相为液体——液相色谱法（LC）
液－固色谱：固定相为固体 液－液色谱：固定相为液体
0
当N足够大时， 二项式的分布符 合正态分布
1
2
3
4
5号
37
塔板理论导出的流出曲线的表达式
C m n VR

n V 2 exp[ (1 ) ] 2 VR 2
式中，m为组分的质量；VR为组分的保留体积；V为从
色谱柱中流出的流动相体积；n为理论塔板数；C为流出液中 组分的浓度；当V=VR时浓度最大，此时为色谱峰峰高，即：
n有效 5.54(
) 16( ) W12 W
2
' tR
' tR 2
H 有效
L n有效
n有效和H有效消除了死时间的影响，用来评价柱效更符合 实际。n有效与理论塔板数n的关系为：
n有效
k 1 k
2 n
41
1.同一根色谱柱用不同组分的保留值计算塔板数和 塔板高度其结果不同。 2.用塔板数和塔板高度说明柱效时，应注明对何种 组分而言。 3.分配系数不等是分离的前提。
另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体
（气体或液体），称为流动相(mobile phase) 。
4
色谱法分离原理： 组分的结构和性质微小差异→与固定相 作用差异→随流动相移动的速度不等→
差速迁移 →色谱分离。
5

第三节 色谱分析的基本理论
一、塔板理论
（一）分配过程
1. 分配系数（ partion factor） K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、
挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间 分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数， 用K 表示，即：
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
死体积（VM）： VM= tM ×F0
调整保留体积(VR＇)： V R＇ = VR －VM
JXAU
2020年4月22日星期三
5. 相对保留值r2，1
组分2与组分1调整保留值之比：
γ2，1 = t´R2 / t´R1= V´R2 / V´R1
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，它 表示了固定相对这两种组 分的选择性。
解：（1）kA=(14.4min-4.2min)/4.2min=2.43
kB=(15.4min-4.2min)/4.2min=2.67
(2) K=Vm/Vs KA=AVm/Vs=2.43×1.26mL/0.148mL=20.7 KB= BVm/Vs=2.67×1.26mL/0.148mL=22.7
减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项常数各与哪些因素有关？
JXAU
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A─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
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
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色谱流出曲线的意义
由色谱流出曲线可以实现以下目的：

A、气固色谱分填充柱和毛细管柱两种：
填充柱（Packing column）：常用不锈钢制成，内径2～4 mm，柱长1～3m。填充吸附剂或覆盖
在载体上均匀固定液膜。
毛细管柱（Capillary column）：常用石英制成，内径0.1～0.5mm，柱长可达数十米。固定液直
接涂在毛细管内壁表面。
B、气相色谱固定相可分为：
1.2.2色谱分离的基本理论
柱效率可用理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示。柱效率的高低能反映组分在柱内两相间的分配情况和组分通过色谱柱后峰加宽的程度，它与组分在气相中的扩散及在液相中的传质阻力有关。
1、塔板理论
塔板理论是将色谱柱比作蒸馏塔，柱内有若干“想象”的塔板。每两块塔板之间的距离称为板高，各组分就在这些塔板间隔的气液两相间进行分配，经过多次分配平衡后，分配系数小的组分先离开色谱柱，分配系数大的组分，后离开色谱柱。
C、按分离的原理分类
①吸附色谱：利用组分在固定相上的吸附能力强弱不同分离。
②分配色谱：利用组分在固定液中溶解度不同分离。
③凝胶（排阻）色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透分离
④离子交换色谱法：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小不同分离
3、气相色谱仪组成
Ⅰ载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表；
（1）分配系数
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比，称为分配系数。
式中—— ：组分在固定相中的浓度； ：组分在流动相中的浓度。
该组分与固定液分子间作用力 ；
空气在固定液中不溶解，其 ，故空气在柱子内的滞留时间最短，最先从色谱柱中馏出，因此，将空气的保留时间称之为死时间；
被测组分的 相差越大，越容易分离；

❖ 玻璃管为色谱柱， 管内的碳酸钙填料 为固定相，石油醚 淋洗液为流动相。
❖ 现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其 方法也早已得到了极大的发展，但其分离的 原理仍然是一样的。
❖ 色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理 分离技术，能够分离性质相近的成为色谱分析法。
❖ 选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组 分具有不同的K值是分离的基础；
❖ 3.色谱流动相流速 ❖ 稳定的流动相流速是色谱系统正常运行的基本条件。 ❖ 流动相的流速通常有两种表达方式 ❖ 体积流量Fc mL/min，单位时间流过色谱柱的平均
体积。 ❖ Fc采用容器收集柱后一定时间内流出流动相的体积
❖ 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。
❖ 5.保留值
❖ 保留值是试样各组分在色谱柱或色谱体系中保留行 为的度量，反映溶质与色谱固定相作用力类型和大 小，是色谱热力学参数和定性依据。
❖ 比移值Rf：溶质通过色谱柱的平均线速度u与流动 相平均线速度ux之比。
动相作用力的差异 ❖ 2.分子分布离散：同种组分分子在迁移过程中分布
空间扩展 ❖ 分子分布离散取决于同种分子运动速率的差异 ❖ 色谱分离要求：差异速率(保留值大)，分子分布离
散(色谱区带)窄。
❖ 2.分布平衡
❖ 色谱涉及溶质在两相中的分布平衡，平衡常数K称 为分布系数或分配系数
❖ K=cs/cm ❖ cs是溶质在固定相的浓度，cm是溶质在流动相中的
❖ 色谱法分类
❖ 1.按固定相形态分类
❖ 柱色谱：固定相装在色谱柱内。包括填充柱、 整体柱、毛细管柱或开管柱。
❖ 平面色谱：固定相呈平面状。包括薄层色谱 和纸色谱。

《仪器分析》色谱分析法导论
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚Biblioteka 进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

第二章: 色谱分析方法导论
2.2 色谱学基本概念
（3） 色谱基本术语
（c）区域宽度 标准偏差σ ： σ ＝1/2EF＝1/4IJ（1/4Wb） 即0.607倍峰高处色谱峰宽度 的一半。 峰高 h：是色谱峰顶到基线 的距离。h、σ 是描述色谱流 出曲线形态的两个重要参数 。 h 、与σ 的关系如何？
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，与流动相、固定相和温度有关。
（b）容量因子K'：分配系数与两相体积有关的参数，表示溶质 A在两相中的质量之比。 K'=[mA]s / [mA]m =KP×VS/Vm
第二章: 色谱分析方法导论
2.2 色谱学基本概念
（4）色谱法中的主要参数和关系式
第二章: 色谱分析方法导论
2.2 色谱学基本概念
（3） 色谱基本术语
（a）保留值 保留时间tR：指待测组分从 进样到柱后出现浓度最大值 时所需的时间, 如图中的 O„ B。 死时间tM：指不与固定相作 用的气体（如空气、甲烷等） 的保留时间，如图中O'A'所 示。
第二章: 色谱分析方法导论
2.2 色谱学基本概念
第二章: 色谱分析方法导论
2.1 概述
色谱分类方法： 1) 按固定相外形分： 柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱 和纸色谱。） 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。
第二章: 色谱分析方法导论
2.1 概述
3) 按两相状态分

18.1.5.色谱法与其他分离、分析方法比较
18.1.5.3.与光谱、质谱分析方法比较
1.光谱、质谱主要是物质定性鉴定分析方法，色谱法本质上不 具备定性分析功能。
2.色谱法最主要的特点是适用于多组分复杂混合物分离分析。 3.色谱仪器的价格相对比分子光谱、质谱仪器低得多，适用范
围和领域更广。 4.一般来说色谱检测器比分子光谱法灵敏度更高，比质谱灵敏
式中nS、nm分别为溶质在固定相和流动相的分子数或物质量。
18.2.7. 保留值
18.2.7.2.保留时间 1.死时间
流动相流经色谱柱的平均时间定义为死时间，以tM表示
tM = L/u
L为柱长，u为流动相平均线速度
实际应用中，一般采用与流动相性质相近、不与固定相发 生作用的物质检测响应测定，气相色谱一般为空气；液相色谱 为流动相性质相近的溶剂，如正相色谱用烷烃，反相色谱用甲 醇、乙醇、硝酸盐水溶液。
18.1.2. 分离与色谱法
分离（separation）是一种假定（hypothetical）状态，在这种状态下， 物质完全被分开（isolation），就是说，含有n种化学组分的混合物被分成 n种纯的形式，并把它们置于n个独立容器中。
a b c d a b c d
分离的另一种表述方式：分离是提高原来混合物一个（或多个）组分相对（ 其他组分）的浓度或分子分数。
度低。
18.2．色谱法基础知识、基本概念和术语
18.2.1．色谱分离和相应基础理论范畴
色谱基础理论是从微观分子运动 和宏观分布平衡探讨最大限度提高 分离迁移和降低离散迁移的科学原 理，包括色谱热力学、色谱动力学 和色谱分离理论。
各种色谱方法具有基本相同的 动力学理论，也有相似的分离理论 规律。

2、 色谱得基本概念
(1)死时间
惰性组分从进样至出现浓度极大点时得时 间。反映了流动相流过色谱系统所需得时间, 因此也称为流动相保留时间。
(2)保留时间
被分离样品组分从进样开始到柱后出现该 组分浓度极大值时得时间,也即从进样开始到 出现某组分色谱峰得顶点时为止所经历得时 间,称为此组分得保留时间,常以分(min)为时 间单位。
平面色谱法: (1)纸色谱法
固 定 相 为 滤 纸 的 色 谱 法 称 为 纸 色 谱 ( p a p e r c h r o m a t o g r a p h y , P C )
(2)薄层色谱法(thin layer chromatography)
固 定 相 压 成 或 涂 成 薄 层 的 色 谱 法 ， 称 为 薄 层 色 谱 ( t h i n l a y e r c h r o m a t o g r a p h y , T L C )
2、 色谱得基本概念
(1)分配系数
在分配色谱中,固定相与流动相中得溶质分
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)中得浓度与在流动相(m)
中得浓度之比为一个常数,称为分配系数,常表
示为K,即
K cs cm
由物质得热力学性质决 定,给定条件下,就是组分得 特征值。
K在不同得分离机制中分别称为吸附系数、分 配系数、交换常数、渗透系数
概述
最早得色谱就是在1903年,由俄国植物 学家茨维特(Tswett)所创造。她在研究叶 子得组成时,用碳酸钙作固定相 ,把叶子得乙 醚提取物加入到固定相中,用石油醚不断洗 脱,由此而把提取物中复杂得化学成分分离 开来,并命名其“色谱”。
其中: 玻璃管-----色谱柱 碳酸钙-----固定相 石油醚-----流动相

不同组分k不同，测出的柱效不同
在气相传质阻力相中，k↑ ，Cg↑
理论上说k越小柱效越高，实际不可取
在液相传质阻力相中，k ↑ ，Cl先↑， 后↓ 当k =1时，最大。
希望k在一个合适的范围内，通过改变柱温，
固定相，柱型参数等可实现。
柱温的影响
间接影响、十分复杂 对k影响，对扩散系数影响，从而对柱效
Y1/ 2
Y1/ 2
Y
H=L/n
n是峰相对展宽的量度
n是柱效的量度
n是常数时，Y与tR 成正比 n越大，h越小，表明组分在柱中达到的分配
平衡次数越多，对分离越有利，但还不能预 言各组分有被分离的可能性。
塔板理论的贡献
塔板理论有助于我们形象的理解色谱的 分离过程。
导出色谱流出曲线方程，它符合高斯分 布，与实验现象相吻合。
色谱流出曲线的作用：
色谱峰数 = 样品中单组分的最少个数； 色谱保留值——定性依据； 色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值和区域宽度
——色谱柱分离效能的度量。
关于分配平衡的术语
分配系数K（distribution coefficient ）
每毫升固定相上溶解（或吸附）溶质的量
1、色谱相关术语
关于色谱峰 关于保留值 关于分配平衡
关于色谱峰的术语
o
0
o'
tM A'
标准偏差σ
峰
A
峰高
半峰宽 E 2 F
G
H
Wh/2
C I t'R tR
D
W
J
B
峰宽
色谱流出曲线
峰面 积
基线
峰底宽、半峰宽及标准偏差三者的

(5). 保留体积Vr 指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极 大点时所通过的流动相的体积。保留时间与保 留体积关系： Vr= tr Fo (6). 调整保留体积Vr 某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组 分的调整保留体积。 Vr = Vr V0 = tr Fo
(7). 相对保留值r2,1 或
第13章 色谱分析法导论
1、概述 2、色谱分离原理 3、色谱法常用术语 4、色谱法基本理论 5、分离度 6、色谱法的定性和定量分析
教学要求
1、熟悉色谱法的分离原理 2、掌握色谱法的常用术语 3、熟悉色谱法的基本理论 4、掌握分离度及其计算方法 5、掌握色谱的定性和定量方法
13-1 色谱法概述
一. 色谱法的起源
鬼峰(怪峰)：没有进样的情况下突然出峰。
2. 基线
在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流 出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线
噪音：基线上下微小波动。
基线漂移：基线持续向上，或持续向下偏移。
3. 峰高h 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离 4. 保留值 (1) 死时间 t0 或TM
不被固定相吸附或溶解的物质 ( 如空气、甲烷 ) 进入色谱 柱时，从进样到出现色谱峰极大值所需的时间称为死时间， 它正比于色谱柱的空隙体积。
俄国植物学家茨维特在1906年使用的分离植
物的色谱原型装置，如图。
色谱法是一种分离技术。 固定相：色谱柱中填充的固体的物质； 流动相：携带着试样混合物流过固定相表
面的流体（液体或气体）。

试样混合物的分离过程，实质是试样中各
组分在色谱分离柱中的两相之间不断进行着的分 配过程。
二、色谱法分类
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 固定相的缝隙 越大，涡流扩 散越严重，延 长滞留时间， 峰变宽。 固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。 当涡流扩散现象减轻时，色谱峰较窄。