大学研究生课程-色谱概论-研究生

1色谱分析-----研究生

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第1页!2章色谱分析法概论节色谱法概述一、什么是色谱法色谱分析法简称色谱法(chromatography)，是一种物理或物理化学分离分析方法。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第2页!3图示固定相——CaCO3颗粒流动相——石油醚

色带大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第3页!4二、分类：1．按两相分子的聚集状态分：流动相固定相类型液相色谱液体固体液-固色谱液体液体液-液色谱气体固体气-固色谱气体液体气-液色谱气相色谱大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第4页!53．按分离机制分：

分配色谱法

吸附色谱法

离子交换色谱法

空间排阻色谱法亲合色谱法化学键合相色普法毛细管电色谱法毛细管电泳法大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第5页!6

第二章色谱基本理论

定性参数定量参数柱效参数分离参数相平衡参数节色谱参数大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第6页!7大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第7页!8对称因子在0.95～1.05之间的色谱峰为对称峰；小于0.95者为前延峰。大于1.05者为拖尾峰。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第8页!9二、定性参数（一）保留值1．保留时间

(retentiontime；tR)

是从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔，即从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。2．死时间(deadtime；t0)

是分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第9页!103．调整保留时间

(adjustedretentiontime；)4．保留体积(retentionvolume；VR)

是从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第10页!116．调整保留体积(adjustedretentionvolume；)

与流动相流速无关

7．相对保留值(relativeretention；r)

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第11页!12

规定正己烷、正庚烷、正辛烷的保留指数分别为600、700、800，依次类推。同系物中，每增加1个CH2，保留指数增加100。例如在阿皮松柱上，测定某样品的保留指数，测得数据如下：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第12页!13三、柱效参数（一）

色谱峰区域宽度1．标准差(standarddeviation；σ)

是正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半。σ越大，组分越分散；反之越集中。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第13页!142．半峰宽

(peakwidthathalfheight；W1/2)是峰高一半处的峰宽。

W1/2=2.355σ

3．峰宽

(peakwidth；W)是通过色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。

W=4σ

或W=1.699W1/2

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第14页!15大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第15页!16四、分离参数若R=1，

4σ分离，两峰基本分开。

若R=1.5，6σ分离，两峰完全分开(基线分离)。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第16页!17a项取决于柱效，n↑，a项↑b、c项相关在GC中：

b项主要受色谱柱性质影响

c项主要受柱温影响在HPLC中：

b项主要取决于流动相的种类

c项主要取决于流动相的配比大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第17页!18（二）有效峰数（effectivepeaknumber,ENP)ENP的含义：在含有Z与Z+1个碳的正构同系物的色谱峰间能容纳的色谱峰数。ENP越大，色谱柱的分离性能越好。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第18页!19（三）分离值1.分离值在柱色谱中的定义和含义大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第19页!20大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第20页!21例1若Rf=0及Rf＝1两组分斑点分离度R=6，两相邻组分斑点的R*=1.5,则：说明在薄层板上Rf=0及Rf＝1两组分斑点间能容纳R*=1.5的斑点3个。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第21页!22SV的数值取决于R和R*，无统一规定，所以不便于比较，所以，常用分离数（SN或TZ）衡量色谱柱和薄层的分离性能。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第22页!23大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第23页!24分离数的含义：当相邻峰的分离度（R*)为1.177时，在含有Z与Z+1个碳同系物间能容纳的色谱峰数。用例1中的正戊醇与正己醇的数据计算SN得：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第24页!252.在薄层色谱法中的定义和含义大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第25页!26SN的含义：

在相邻斑点的分离度为1.177时，在Rf=1及Rf=0两组分斑点间能容纳的斑点数。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第26页!27五、相平衡参数(一)分配系数1.分配系数与线性色谱

(distributioncoefficient；K)组分在固定相

(s)与流动相

(m)中的浓度

(C)之比。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第27页!282.分配系数与柱温的关系△Go------相对于标准状态的组分自由能R---------气体常数Tc--------柱温一般，温度上升20℃，K值约下降一半。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第28页!29Vm-----色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积V0Vs-----柱中固定相的体积大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第29页!30

在定距展开如柱色谱中，v=L/tR，u=L/t0，因此大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第30页!31大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第31页!32（四）分配系数与比移值的关系大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第32页!33例1组分A在柱内的移动速度只有流动相速度的1/10，柱内液体流动相体积为2.0ml，固定相体积为0.5ml。求流动相流量为10ml/min时，组分A停留在固定相中的时间和它的分配系数。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第33页!34组分停留在固定相中的时间为：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第34页!35A滞留在流动相中的时间分数，即为保留比大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第35页!36两式相减得：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第36页!37③试样和新鲜流动相都加在第0号塔板上，且试样的纵向扩散可以忽略。

④分配系数在各塔板上是常数。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第37页!38经过N次转移后，在各塔板内组分的质量分布符合二项式的展开式：（mm+ms)N=1N=3，K=2时，mm=0.333，ms=0.667，各塔板内溶质的含量为：（0.667+0.333)3=0.297+0.444+0.222+0.037

（0号）（1号）（2号）（3号）大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第38页!39转移N次后第r号塔板中的质量Nmr

例如，N=3，r=3时，即转移3次后，在第3号塔板内的溶质分数为：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第39页!40大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第40页!41当n=3,r=0时,求流动相和固定相中溶质的含量大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第41页!42

(1)t=tR时，有极大值

,Cmax即流出曲线的峰高，也可用h表示。

将h及W1/2=2.355σ代入上式，得峰面积C0或A：

A=1.065×W1/2×h

讨论大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第42页!43三、理论塔板高度和理论塔板数大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第43页!44

例1在柱长2m、5%阿皮松柱、柱温100℃、记录纸速为2.0cm/min的实验条件下，测定苯的保留时间为1.50min，半峰宽为0.10cm。求理论塔板高度和每米的理论塔板数。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第44页!45第三节速率理论一、气相色谱速率理论方程式

VanDeemter方程式：

H=A+B/u+Cu

H-----塔板高度

A--------涡流扩散系数

B--------纵向扩散系数

C-------传质阻抗系数

u-----流动相的线速度(cm/s)大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第45页!46塔板高度由A、B/u和Cu三项构成。在低线速（0～u最佳之间）时，u越小，B/u项越大，Cu项越小。此时，Cu项可以忽略，B/u项起主导作用，u增加，H降低，柱效高。在高线速时（u＞u最佳），u越大，Cu项越大，B/u项越小，Cu项起主导作用。u增加，H增加，柱效降低。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第46页!47大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第47页!48用较高流速、降低柱温和采用相对分子质量较大的载气，都能减小分子扩散。载气线速度小时，用N2载气线速度大时，用H2大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第48页!49Cs------固定相传质阻抗系数k------容量因子df------固定液的液膜厚度Ds------溶质在固定相中的扩散系数大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第49页!50①当k＞1时，k增大，Cs减小②当k→∝时，Cs→0③当k=1时，最大，柱效最低。此时，大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第50页!51（2）快速气相色谱法

H=A+B/u+Cmu+Csu若以单位柱长计算气相传质阻抗造成的峰展宽，则：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第51页!52大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第52页!53大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第53页!54大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第54页!553.传质阻抗系数在液相中，采用化学键合相，“固定液”只是在载体表面的一层单分子层，因此，在液相中的传质阻抗可以忽略。则：

H=A+Cmu+Csmu大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第55页!56①Cm及Csm都与固定相的粒径平方dp2成正比，与扩散系数Dm成方比。因此，采用小粒度固定相及低粘度流动相。②高柱温可以增大Dm，但是，有机溶剂为流动相时，容易产生气泡，因此，一般采用室温。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第56页!572.柱外峰展宽（柱外效应，σ外）大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第57页!58第二节色谱法的分类与历史一、色谱法的历史1.新型固定相和检测器的研制2.色谱新方法的研究3.色谱联用技术4.色谱专家系统大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第58页!59续前2．按操作方式分：平面色谱

纸色谱薄层色谱高分子薄膜色谱柱色谱

填充柱色谱毛细管柱色谱

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第59页!60图示色谱法简单分类大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第60页!61续前

（一）色谱流出曲线和色谱峰1．色谱流出曲线是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。2．基线是在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线。一、色谱流出曲线和有关概念

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第61页!623．色谱峰是流出曲线上的突起部分。正常色谱峰为对称形正态分布曲线。不正常色谱峰有两种：拖尾峰和前延峰。色谱峰的对称与否可用对称因子fs(symmetryfactor)，或叫拖尾因子(tailingfactor)，来衡量。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第62页!63大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第63页!64大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第64页!655．死体积

(deadvolume；V0)

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第65页!668．保留指数(retentionindex；I)又称Kovats指数，定义式如下：

Ix-----待测组分的保留指数z与z+n---正构烷烃对的碳原子数n可为1、2…，通常为1。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第66页!67

tRt0样品乙酸正丁酯340s30s物质对正庚烷(Z)204s

正辛烷(Z+n)403.4s

说明乙酸正丁酯的保留行为，相当于7.756个碳的正构烷烃的保留行为。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第67页!68大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第68页!69（二）理论塔板数和理论塔板高度1.理论塔板数大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第69页!702.理论塔板高度大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第70页!712.基本分离方程式（1）柱色谱大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第71页!72（2）薄层色谱：讨论：①a项为薄层板板效项。N↑，斑点越集中，R↑。②b项为选择项。选择合适的流动相，提高α。③c项为容量项。Rf2↑，R↓。最佳分离条件：Rf值在0.3~0.5。调整展开剂极性，使Rf值落入最佳范围。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第72页!73例如：在一个20m0.24mm内径的WCOT柱，固定液为Carbowax20M，柱温80℃，测定正构醇同系物得：正戊醇、正己醇和正庚醇的保留时间分别为：554.0，870.6和1459.2s，色谱峰宽分别为：7.54，12.03和20.40s。用正戊醇、正己醇的数据计算ENP大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第73页!74例1若RZ+1/Z=6，R*＝1.5，则SV=3.说明在含有Z与Z+1个碳的同系物的色谱峰间能容纳3个色谱峰。例2若RZ+1/Z=6，R*＝1.0，则SV=5.说明在含有Z与Z+1个碳的同系物的色谱峰间能容纳5个色谱峰。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第74页!752.在薄层色谱法中的定义和含义R----------Rf=0和Rf＝1两组分斑点的分离度R*--------相邻两组分斑点的分离度SV的含义：在Rf=0和Rf＝1两组分斑点间能容纳分离度R*的相邻组分的斑点数。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第75页!76例2若Rf=0及Rf＝1两组分斑点分离度R=6，两相邻组分斑点的R*=1.0,则：说明在薄层板上Rf=0及Rf＝1两组分斑点间能容纳R*=1.0的斑点5个。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第76页!77（四）分离数（separationnumber,SN;Trennzahl,TZ)在柱色谱法中的定义和含义大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第77页!78将分离度公式代入上式：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第78页!79计算结果表明，该WCOT柱在正戊醇与正己醇间可容纳相邻峰分离度为1.177得色谱峰26.5个。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第79页!80在薄层色谱法中，计算Rf=0及Rf=1两组分斑点的分离度时，可用下式：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第80页!81计算结果表明，在Rf=1及Rf=0的组分的斑点间，可容纳相邻斑点的分离度（R*)为1.5得斑点9.5个。例用硅胶板，在一定的分离条件下，得以下数据：L=127mm，Rf=0物质的b0=3.9mm，Rf=1物质的b1=8.2mm，计算SN=?大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第81页!82

分配系数与组分浓度大小无关，其色谱峰呈正态分布------线性色谱。非线性色谱体系的K不是常数，K随浓度而变化。分配系数由组分和固定相的热力学性质决定，随柱温而变化，与两相体积无关。在液相色谱法中，还决定于流动相的性质。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第82页!833．容量因子(capacityfactor；k)

组分在固定相和流动相中的质量(m)之比。

容量因子又称为质量分配系数或分配比。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第83页!84(二)分配系数和容量因子与保留时间的关系设流动相的线速度为u，组分的速度为v，将二者之比称为保留比：4．分配系数和容量因子的关系大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第84页!85大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第85页!86（三）分配系数与保留体积的关系大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第86页!87（五）容量因子与比移值的关系大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第87页!88R=1/1+k=0.1k=9VR=Vm(1+k)=2.0×（1+9）=20mltR=VR/F0=20/10=2.0mint0=tR/1+k=2.0/1+9=0.2min大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第88页!89例2组分A和B分别在15.0min和25.0min洗脱出柱，而非滞留组分只需2.0min。求：1）B对A的相对保留时间

2）A的容量因子

3）A滞留在流动相中的时间分数大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第89页!90六、色谱分离的前提大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第90页!91第二节塔板理论

塔板理论假定：

①在色谱柱内一小段长度H内，组分可以在两相中瞬间达到分配平衡。H称为理论塔板高度。②流动相进入色谱柱不是连续的，而是间歇式的，每次进入一个塔板体积。

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第91页!92一、二项式分布假设：分离含有2个组分的混合物K=Cs/Cm=2Vs=Vm试样溶液100%加到零号塔板上上层（流动相溶质含量）：mm下层（固定相溶质含量）：msmm+ms=1大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第92页!93大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第93页!94二项式展开式各项相当于各塔板中某一个组分溶质的总量组分在流动相中的含量应为：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第94页!95组分在固定相中的含量应为：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第95页!96二、正态分布-----标准差tR-----保留时间C0为峰面积A，即相当于某组分的总量C----任意时间t时的浓度色谱流出曲线方程式:大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第96页!97将式(2)代入式(1)得：不论t＞tR或t＜tR时，浓度C恒小于Cmax。

C随时间t向峰两侧对称下降。大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第97页!98

H=L/n如果用代替tR，为有效塔板数：理论塔板高度为：大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第98页!99每米理论塔板数为：2.4×103/2=1.2×103(m1)解大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第99页!100大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第100页!101（一）影响板高因素的讨论1．涡流扩散(eddydiffusion)也称为多径扩散。

A=2dp

-----填充不规则因子

dp----填料

(固定相)颗粒的平均直径

大学研究生课程-色谱概论-研究生共112页，您现在浏览的是第101页!1022．纵向扩散(longitudinaldiffusion)

B=2Dm