色谱法基本理论　课件

1、色谱法基本理论4-1色谱流出曲线及相关术语4-2 色谱基本理论4-3分离度及色谱分离方程4-4 色谱法的定性与定量方法4-1 色谱流出曲线及相关术语色谱流出曲线（色谱图）以气相色谱为例色谱流出曲线进样基线（噪音）h/峰高（定量）A/峰面积（定量）保留值进样空气峰组分峰重要定性指标柱温/相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实际色谱峰是不对称的，通常是拖尾峰，也存在前伸峰从色谱流出曲线上可以得到什么信息？根据色谱峰个数可以判断样品中所含组分的最小个数根据色谱峰的保留值可以进行定性分析根据色谱峰高或者峰面积可以进行定量分析根据色谱峰保留值和区域宽度可评价色谱柱分离效率可以通过两个色

2、谱峰的距离评价固定相（流动相）的选择是否合适4-2 色谱基本理论完全分离的条件：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。色谱过程热力学色谱分离的热力学本质样品中各组份在两相中进行了不同程度的作用。作用表现形式：范德华力、静电引力等作用体现形式分配系数、分配比描述样品与两相作用的参数（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。组分一定时， 只与

3、两相和温度有关!描述样品与两相作用的参数（2）分配比（Retention factor or capacity factor/k）容量因子反映了组分在柱中的迁移速率，又称保留因子；液相色谱中常用k表示K 与 k 的关系填充柱：=635毛细管柱： =60600越大，越容易分离， =1，分离不能实现热力学提出了分离的基本条件色谱过程动力学在满足热力学分离基本条件的情况下，如何从动力学角度优化分离条件，从而实现分离？塔板理论速率理论塔板理论（Plate theory）（1）詹姆斯/马丁（1941）小室1小室2小室3小室4小室1小室2小室3小室4四点假设的样品经数次平衡后的结果阶段1阶段2阶段3阶段4

4、阶段5小室1小室2小室3小室4小室50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 塔板序号溶质/gk=and的二组经多次分配后的结果17次基本分离 5次 9次 17次塔板数n理论塔板数理论板高有效塔板数有效板高有关塔板数的说明说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等；应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命塔板理论（Plate theory）（2）贡献用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置提出了计算和评价柱效的参数不足不能解释造成谱带扩张的原因

5、和影响板高的各种因素不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数速率理论吸收了塔板理论中的板高H概念，考虑了组分在两相间的扩散和传质过程从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种因素！（以GC为例讲述）Van Deemter/ 1956H：单位柱长色谱峰形展宽的程度A：涡流扩散项B：分子扩散项系数C：传质阻力项系数涡流扩散项A（多途路径项）减小A的途径：使用粒度小并且均匀的柱料并均匀填充毛细管柱？分子扩散项B/U（纵向扩散项）柱料均匀 柱温Dg ；柱压Dg 流动相分子量，Dg u, （B/u）LC中Dm 较小，B项可勿略球状颗粒低温短柱大分子量流动相适当增加流速传质阻力项

6、CU物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程，称为传质。影响这个过程进行速度的阻力称为传质阻力。因传质阻力的存在，使分配不能“瞬间”达至平衡，因此产生峰形展宽。流动相传质阻力系数固定相传质阻力系数气液色谱传质阻力项小粒度填充物+小分子量载气降低固定液含量（但是k也减小）；采用比表面积大的载体（吸附，导致峰脱尾）；提高柱温（增大Dl，但是减小k）流动相气液界面固定液组分分子ClCg液液色谱传质阻力项smCm：小粒度大孔固定相、增加组分在固定相和流动相中的扩散系数DCs：与气液色谱中的表述相同流动相线速对板高的影响板高Hcm固定相粒度大小对板高的影响粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小4-3 分

7、离度及色谱分离方程（1）塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度：即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离?色谱分离中的四种情况如图所示：n较高，较大，完全分离n较高，较小，基本分离n较小，较大，分离不好n、均小，无法分离分离度（1）难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差色谱过程的热力学因素区域宽度色谱过程的动力学因素分离度表达式： 分离度（2）保留时间 t/min互含4%互含0.3%不能分离响应信号完全分离之标准4-3 分离度及色谱分离方程（2）R的定义并未反映影响分离度的各种因素，既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.色谱分

8、离方程对于难分离物质，可以合理的认为W1=W2=W、k2=k1=k分离度与柱效的关系增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降低板高，提高柱效，才是提高分离度的好方法。分离度与选择因子的关系当=1时，R=0，无法分离两组分；增大，是改善分离度的有效手段GC通过选择合适的固定相和降低柱温来增大LC通过改变固定/流动相的性质和组成，可有效增大对一个复杂混合物的分离条件的选择，主要是提高最难分离物质对的值分离度与容量因子k的关系考虑分离度和分析时间，容量因子一般控制在210为宜对于GC，增加固定液的用量或提高柱温，选择合适的k值。对于LC，改变流动相的组成，有效的控制k值分离度与分析时间的关系

9、可见，分析时间与R，k、H/u等参数有关，R增加1倍，分析时间则是原来的4倍。实际工作中，即要能获得有效的分离，又要在较短时间内完成分析。例：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85 s和100 s，计算达到完全分离时所需的有效塔板数；若填充柱的有效塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？解：例：用一根柱长为1 m的色谱柱分离A、B两种物质，其保留时间分别为和15.4 min，对应的峰底宽分别为1.07 min和1.16 min（死时间为4.2 min），试计算： 物质A的理论塔板数 分离度R 选择性因子 完全分离所需的柱长 完全分离所需的时间解：4-4 色谱法定性及定量定性用已知纯物质对照

10、定性相对保留值r2,1根据经验公式定性保留指数（Kovats）定性与其它方法结合定量归一化法外标法内标法用已知纯物质对照定性醇溶液定性色谱图A：甲醇B：乙醇C：正丙醇D：正丁醇E：正戊醇也可以通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定根据经验公式定性碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间tr的对数与分子中碳数n成正比： 知道两种或以上同系物的调整保留值便可求出常数A和C。未知物的碳数则可从色谱图查出tr后，以上式求出。沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时间tr的对数与分子中沸点n成正比相对保留值r2,1相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在

11、不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。在样品和标准中分别加入同一种基准物s，将样品的ri,s和标准物的ri,s相比较来确定样品中是否含有 i 组分，可消除两次进样引起的误差。保留指数（Kovats）定性重现性最佳，固定液和柱温一定时，定性不需要标准物GC专有与其它方法（如MS）结合绿麦隆? 莠去津?44685896132138158172215200104质荷比6080100120140160180200220波长 (nm)峰质谱分析 （MS）峰光谱分析（UV）峰面积的测量方法对称形峰面积的测量峰高乘半峰宽法不对称峰面积的测量峰高乘平均峰宽法自动积分仪法剪纸称重法定量校正因子绝对校正因子相对校正因子TCD：苯FID：正庚烷常用的定量计算方法归一化（NORM）：全部组分都出峰外标法（ESTD） ：分析条件和进样量必须重现内标法（ISTD） ：内标物是样品中不存在的组分，其保留时间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完全分离。同系物几种定量方法的比较 方法项目归一化法内标法外标法计算公式由工作曲线直接查得称重配样不需要需要不需要进样量不需