第11章 色谱分析法概论

1、1O进样进样 空气峰空气峰th21h.6670h221/WW0tRRtt信号信号2 3俄国植物学家俄国植物学家茨维特茨维特1.1906，俄国植物学家，俄国植物学家 M.Tswett 发明色谱发明色谱法，是色谱之父。法，是色谱之父。2.1931，对液固吸附色谱的杰出贡献者库，对液固吸附色谱的杰出贡献者库恩，分离出恩，分离出60多种胡萝卜素，核黄素、多种胡萝卜素，核黄素、维生素，获维生素，获1938年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。3.蒂塞利乌斯（蒂塞利乌斯（Tiselius）因电泳分析方法）因电泳分析方法的研究，发现血清蛋白组分，获的研究，发现血清蛋白组分，获1948年年诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖

2、。4.1941，马丁（，马丁（Martin）和辛格（）和辛格（Synge）创始分配色谱特别是纸色谱而共获创始分配色谱特别是纸色谱而共获1952年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。5.氨基酸自动分析仪发明人氨基酸自动分析仪发明人S穆尔（穆尔（Stanford Moore）和）和W.H.斯坦（斯坦（William Howard Stein)，定量分析方法解决了有，定量分析方法解决了有关氨基酸、多肽、蛋白质等复杂的生物关氨基酸、多肽、蛋白质等复杂的生物化学问题，获化学问题，获1972年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。456BAABBABBABABct流动相流动相样品液样品液色谱柱色谱柱固定相固定相检测器检

3、测器789Rt0RRttt10cRRFtVRVcR0RRFtVVVc00FtV11RRRR1 , 21212VVttr用保留时间紧邻待测组分的两个正构烷烃用保留时间紧邻待测组分的两个正构烷烃来标定组分的相对保留值，又称来标定组分的相对保留值，又称Kovats指数：指数：lglglglgn+100Z=R(z)n)R(zR(z)R(x)xttttIIx为待测组分的保留指数；为待测组分的保留指数；z与与z+n为正构烷烃对的碳原子数，为正构烷烃对的碳原子数，n通常为通常为1；规定规定正己烷正己烷、正庚烷正庚烷及及正辛烷正辛烷为为600、700及及800。120 .174lg4 .373lg0 .174

4、lg0 .310lg1713ms=CCKmsmmk mmssVCVCtR=t0(1+ k) tR=t0(1+ K ) msVV1421RR21RR)(22/ )(1212WWttWWttR设正常峰，设正常峰，W1W2= 4当当R=1.5时，时，99.7%面积（面积（tR3）被）被分开，分开， tR =6 ，称，称 6分离分离 。;1212RRRR121212KKkkVVtt，15161. .按两相分子的聚集按两相分子的聚集状态分类状态分类2. 按固定相的固定按固定相的固定方式分类方式分类柱色谱：柱色谱：填充柱、毛细管柱色谱填充柱、毛细管柱色谱平面色谱：平面色谱：纸色谱、薄层色谱纸色谱、薄层色谱

5、 分配色谱：分配色谱：利用分配系数的不同利用分配系数的不同吸附色谱：吸附色谱：利用吸附性能的差异利用吸附性能的差异离子交换色谱：离子交换色谱：利用离子交换能力不同利用离子交换能力不同空间排阻色谱：空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同利用排阻作用力的不同3.按分离的机制按分离的机制分类分类液相色谱：液相色谱：液液- -固色谱、液固色谱、液- -液色谱液色谱气相色谱：气相色谱：气气- -固色谱、气固色谱、气- -液色谱液色谱色谱色谱分类分类17XXYYamamnn+namnmaaYXYX=Kmmaamaa/XXVXSXKmXmYmaaX图图11-1 吸附色谱示意图吸附色谱示意图.X.溶质分子；溶质分

6、子；Y.流动相分子；流动相分子；a. 吸附剂；吸附剂；m.流动相。流动相。181920 一些溶剂在硅胶上的一些溶剂在硅胶上的 o o值值溶剂溶剂 溶剂强度溶剂强度（ o o）溶剂溶剂 溶剂强度溶剂强度（ o o）正戊烷正戊烷0.000.00甲基特丁基醚甲基特丁基醚0.480.48正己烷正己烷0.000.00醋酸乙酯醋酸乙酯0.480.48氯仿氯仿0.260.26乙腈乙腈0.520.52二氯甲烷二氯甲烷0.400.40异丙醇异丙醇0.600.60乙醚乙醚0.430.43甲醇甲醇0.700.7021mXsXms图图11-2分配色谱示意图。分配色谱示意图。Xm流动相中游离的组分分子流动相中游离的组分

7、分子Xs固定相中溶解的组分分子固定相中溶解的组分分子mmssmsms/ )X(/ )X(XXVnVnccK2223RXY RYXRXY RYX：阴离子交换反应阳离子交换反应m21R图图11-3离子交换色谱示意图离子交换色谱示意图1.固定离子；固定离子；2.可交换离子可交换离子R.树脂骨架；树脂骨架；m.流动相流动相XRX XRXssKK或24XmXs分子排阻色谱示意图分子排阻色谱示意图Ge.凝胶；凝胶；m.流动相流动相Gem大分子大分子流动相流动相凝胶凝胶孔隙孔隙s0RmspVVVccK2526)1 (ms0RVVKtts0RKVVV2721RR21RR)(22/ )(1212WWttWWtt

8、R1、 影响保留行为的因素影响保留行为的因素推导色谱过程方程：推导色谱过程方程：在实验条件一定时，固定相和流动相的选择和体积都是确在实验条件一定时，固定相和流动相的选择和体积都是确定的，故定的，故tR取决于取决于K，也就是取决于组分的性质，所以保，也就是取决于组分的性质，所以保留时间是对组分进行色谱定性的指标。留时间是对组分进行色谱定性的指标。ms0R0Rmsmmss11VVKttkttVVKVcVck：，色谱过程方程保留时间：保留因子：Vs固定相的体积固定相的体积Vm流动相的体积流动相的体积K,tR,组分后出柱组分后出柱K0，组分不保留，组分不保留K，组分完全保留组分完全保留2、 等温线等温

9、线在在一定温度一定温度条件下，组分在固定相和流动相的分配达到平衡时，在两相中的条件下，组分在固定相和流动相的分配达到平衡时，在两相中的浓度之比值浓度之比值K为常数，由此绘制出的为常数，由此绘制出的cs与与cm的关系曲线，称为的关系曲线，称为等温线等温线。bccscmtRb b 前延峰前延峰a a 正常峰正常峰c c 拖尾峰拖尾峰aWh/2h0.05hW0.05hAB对称因子对称因子/拖尾因子拖尾因子u完全对完全对：fs=1.00u对称峰对称峰：fs=0.951.05u前前延延峰峰：fs0.95 (AB)u拖尾峰拖尾峰：fs1.05 (AB)ABAAWfhs2205. 03031 32 33 组

10、分组分A(kA=1)在色谱柱内和出口的分布在色谱柱内和出口的分布 n r 0 1 2 3 4 n r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063

11、 0 5 5 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.0320.032 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 8 8 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.1370

12、.137 9 9 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.1370.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 2、两组分的分离、两组分的分离 A (kA=1) 和和B (kB=0.5) 两组分两组分3435 36是色谱柱效参数。是色谱柱效参数。理解：理解：在在tR一定时，一定时，W(W1/2) 越小，越小，N越大，越大，H越小，色谱越小，色谱柱的分离效率越高。因此，理论塔板数是评价柱效能的柱

13、的分离效率越高。因此，理论塔板数是评价柱效能的指标。指标。；22/1R2R2Reff22/1R2R2Reffeff254. 51654. 516WtWttNWtWttNNLHHLNLH有效理论塔板数：理论塔板数：有效板高理论塔板数理论板高37优点：优点：塔板理论是半经验性理论，在解释流出曲线的塔板理论是半经验性理论，在解释流出曲线的形状、浓度极大点的位置、评价柱效高低等方面是成形状、浓度极大点的位置、评价柱效高低等方面是成功的。功的。局限：局限：塔板理论的基本假设与事实不完全相符，它无塔板理论的基本假设与事实不完全相符，它无法解释谱带扩展的原因，也无法解释色谱过程与流动法解释谱带扩展的原因，也

14、无法解释色谱过程与流动相流速、柱内分子扩散传质过程以及色谱操作参数等相流速、柱内分子扩散传质过程以及色谱操作参数等动力学因素的关系。动力学因素的关系。这些问题，在速率理论中得到了圆满的解决。这些问题，在速率理论中得到了圆满的解决。38 n1956年，荷兰学者范第姆特年，荷兰学者范第姆特(Van Deemter)提出了色谱过提出了色谱过程动力学理论程动力学理论速率理论速率理论。塔板高度涡流扩散项纵向扩散项传质阻抗项H = A + B/u + Cu39CuuBAH符号名 称单位H塔板高度塔板高度cmA涡流扩散项涡流扩散项cmB纵向扩散系数纵向扩散系数cm2s-1C传质阻力系数传质阻力系数 s u载

15、气线流速载气线流速cms-1图图11-6 范氏方程中各项对板高的贡献范氏方程中各项对板高的贡献BCAH2最小Van Deemter方程方程中各项的意义方程方程中各项的意义符号名称关系式备 注A涡流扩散项(多路径项)A=2dpdp固定相颗粒平均直径；涡流扩散因子，与填充的均匀性有关B/u纵向扩散项(分子扩散项)B=2rDgr 曲折因子，反映固定相颗粒的空间结构。填充柱r0.5-0.7,空心柱r1；Dg 组分分子在载气中的扩散系数Cgu气 相传质阻力项k：容量因子Clu液 相传质阻力项df ：固定液液膜厚度，Cl： 组分在固定液中的扩散系数gpgDkdkC222101. 0()lflDdkkC22

16、2+18=40空心毛细管柱无多径相：空心毛细管柱无多径相：A=0 41分子扩散引起的色谱峰展宽示意图分子扩散引起的色谱峰展宽示意图42传质：溶解、扩散、转移的过程。传质：溶解、扩散、转移的过程。传质阻抗：影响传质过程的阻力。传质阻抗：影响传质过程的阻力。结果结果：（：（非平衡状态非平衡状态），使有些分子较快），使有些分子较快向前移动，而另一些滞后，引起峰展宽。向前移动，而另一些滞后，引起峰展宽。传质阻抗系数传质阻抗系数C，其单位，其单位s ，包括，包括 Cm、Cs。以上我们对引起谱带展宽的三个主要因素分别进行了分析，是以上我们对引起谱带展宽的三个主要因素分别进行了分析，是对涡对涡流扩散、流扩散、 纵向扩散、纵向扩散、 传质阻力传质阻力三个因素的孤立分析，实际上三个三个因素的孤立分析，实际上三个因素是同时发生作用的，而且还相互影响，宏观表现是对色谱系统因素是同时发生作用的，而且还相互影响，宏观表现是对色谱系统的理论塔板高度的综合影响的理论塔板高度的综合影响体现在范式方程中。体现在范式方程中。 结论：结论： 色谱的色谱的Van Deemter方程，说明了色谱柱填充均匀程度、载方程，说明了色谱柱填充均匀程度、载体的性质与粒度、载气种类与流速、固定液层厚、柱温等对柱效的体的性质与粒度、载气种类与流速、固定液层厚、柱温等对柱效的影