色谱基本原理

现代色谱分析技术胡坪化学与分子工程学院分析化学教研组Tel.64252844huping@学习资源1.书籍

气相色谱（毛细管气相色谱）液相色谱、毛细管电泳平面色谱、离子色谱、凝胶色谱色谱联用技术制备色谱、逆流色谱等色谱技术在各领域的应用2.杂志JCHROMATOGRA3.756JCHROMATOGRB2.5ADVCHROMATOGR2.6BIOMEDCHROMATOGR1.592CHROMATOGRAPHIA1.312JCHROMATOGRSCI1.135JLIQCHROMATOGRRT1.026色谱（中文核心期刊）3.网站，小木虫，丁香园等4.仪器厂商Agilent，Waters,岛津等教学内容和安排（22学时）色谱理论基础（5学时）气相色谱法（3学时）液相色谱法（4学时）色谱相关技术（2学时）毛细管电泳（1学时）超临界流体色谱法（1学时）制备色谱（1学时）高速逆流色谱法（1学时）色谱联用技术（2-3学时）多维色谱（1-2学时）实验安排（5选2，2×4学时）1.气相色谱分离条件优化2.毛细管气相色谱法在复杂样品分析中的应用3.高效液相色谱条件优化4.液相色谱梯度洗脱在复杂样品分析中的应用5.气质联用（演示实验）实验时间另排要求撰写实验报告，记为平时成绩（20-30%）开卷考试，70-80%Chapter1PrincipleofChromatography色谱理论基础色谱分离基本原理色谱热力学理论色谱动力学理论色谱分离条件优化理论色谱定性和定量方法1Basicprincipleofchromatographicseparation1.1色谱分离基本原理PartitioncoefficientK分配系数1.2Typesofchromatography色谱分类Accordingtotheformsofstationaryphase:Planarchromatography，平面色谱

-ThinLayerchromatography(TLC)，薄层色谱

-Paperchromatography(PC)，纸色谱Columnchromatography，柱色谱Accordingtotheformofmobilephase:-Gaschromatography(GC)，气相色谱-Liquidchromatography(LC)，液相色谱-Supercriticalfluidchromatography(SFC)，超临界流体色谱AccordingtotheprincipleofseparationAdsorptionchromatography，吸附色谱Partitionchromatography，分配色谱Ionexchangechromatography，离子交换色谱Molecularexclusionchromatography，凝胶色谱Affinitychromatography，亲和色谱…1.3Instrument色谱仪流动相进样装置色谱柱检测器数据记录与处理Chromatogram应用举例2.Thermodynamicsofchromatography

色谱热力学理论

2.1Thelanguageofchromatography

术语2.1.1AboutthechromatogrampeakPeakheightBaselinePeakwidthPeakwidthathalfheightPeakareaStandarderror:σ峰峰高基线峰宽半峰宽峰面积标准偏差σTailingpeak，拖尾峰Leadingpeak，伸舌峰Ghostpeak，鬼峰Distortedpeak，畸峰Baselinedraft，基线漂移Baselinenoise，基线噪声Bandbroadening，谱带扩展Peakcapacity，峰容量2.1.2AboutretentionvaluesRetentiontime保留时间

Deadtime死时间

Adjustedretentiontime调整保留时间

Retentionvolume保留体积

Deadvolume死体积

Adjustedretentionvolume调整保留体积Correctedretentionvolume校正保留体积Netretentionvolume净保留体积Specificretentiontime比保留体积Relativeretentiontime相对保留时间Retentionindex保留指数2.2Thermodynamicpropertyofretentionvalues保留值的热力学属性（以气液色谱法为例）2.2.1RetentionvaluesanddistributioncoefficientThreekindsofexpressiononK分配系数的三种表达

Temp.ofcolumn

Temp.ofcolumn

0C

TherelationshipbetweenretentionvaluesandKEssenceofretentionvalueisthermodynamic.保留值的本质是物质的热力学性质

TwoconceptsCapacityfact容量因子

Phaseratio相比2.2.2Thethermodynamicequationofretentionvalue保留值的热力学方程

Idealsolution:Raoult’slawIdealgasstateequation:Herrylaw:Conclusion:1.Itissuitableforchromatographytoseparatethehomologue.气相色谱方法适合分离同系物2.Changingstationaryphaseistheefficientmethodtoimprovetheseparation.改变固定相的种类是提高分离的有效途径3.Theeffectoftemperature?温度如何影响分离？2.2.3Theeffectoftemperatureonretentionvalue温度对保留值的影响提高柱温，保留值减小改变柱温可能改变出峰顺序3.Dynamicsofchromatography

色谱动力学Studyontheessentialofbandbroadening

（谱带展宽的本质）Studyoftheeffectsonthebandbroadening

（影响谱带展宽的因素）

TwoimportanttheoriesPlatetheory塔板理论Ratetheory速率理论

3.1塔板理论

塔板理论将色谱柱比作精馏塔，通过概率理论得到流出曲线方程：色谱流出曲线方程Theoreticalplate理论塔板数Heightequivalentofatheoreticalplate塔板高度

H=L/n3.2速率理论1956,VanDeemter提出运用流体分子规律研究色谱过程中产生色谱峰扩展的因素，导出了理论塔板高度与流动相线速度的关系，揭示了影响塔板高度的动力学因素Vandeemter’sequation:H=A+B/u+CuA：涡流扩散项，由不等路径造成的色谱峰展宽A=2λdp涡流扩散项均匀性因子粒径B：分子扩散项，由于分子的纵向扩散造成的色谱峰展宽B/uB=2γDg弯曲因子扩散系数C：传质阻力项，由质量交换时间（传质阻力）所造成的色谱峰展宽（Cg+Cl）uCg=

Cl

=容量因子液膜厚度液相扩散系数气相色谱中的速率方程Whatcanwelearnfromtheequation?对速率方程的讨论Researchanddevelopmentoftypesofcolumn.发展新柱型Helpustochoosetheoperatingconditionsofchromatography选择色谱条件Helpustoprepareahighefficientcolumn.

制备高效柱影响色谱峰展宽的其他因素Nonlinearpartitionchromatography非线性分配Tailingpeakcausedbytheactivepointsonthestationaryphase.固定相的活性吸附点Extra-columneffects:柱外效应Thefactorsresultinthebroadeningoutofthecolumn,Suchastheinjectionsystem,deadvolumeofdetectoretal.

4.色谱条件优化理论分离度的定义

R越大，说明两组分分离得越好。由于该定义综合了色谱动力学和热力学因素，可作为色谱柱的总分离效能指标。ResolutionEquation

分离度（R）方程增大n、α、k均可提高分离度为色谱条件的优化提供理论指导n的影响，如何提高n？分离度R与理论塔板数N的平方根成正比关系，增加塔板数，有利于提高分离度。增加柱长可增加N，改善分离，但分析时间将大大延长，峰产生扩展。减小塔板高度H：根据速率方程的启示制备高效柱。根据速率方程选择合适的色谱条件。k的影响，如何改变k？容量因子越大，分离越好。但当容量因子大于10，k/(k+1)的改变不大，且分析时间延长。k的最佳范围是1<k<10。改变容量因子的方法改变柱温改变相比，死体积对k/(k+1)的影响很大，死体积大的柱子，分离度将受到很大损失。在高效液相色谱中，改变流动相的配比也可改变k。α的影响，如何改变α？α越大，分离效果越好。增大α是提高分离度最有效的手段。改变柱温可改变α。在气相色谱中，增大α最有效的手段是改变固定相，选择合适的固定相种类是解决分离问题的关键。在高效液相色谱中，改变流动相的种类和配比可改变α，它是改善分离最简便有效的途径。5.Qualitativechromatographicanalysisandquantitativechromatographicanalysis

色谱定性与定量分析人参药材的HPLC图谱51人参皂苷标准品的HPLC色谱图Rg1Rb1Re丙二酰基人参皂苷Rb15.1Qualitativechromatographicanalysis色谱定性分析Retentionvaluesforqualitativeanalysis

利用保留值定性Comparingwiththevalueofstandard纯物对照Comparingwithdataindocuments文献值对照Coupledwithothermethodstoidentify

与其它方法联合定性Off-line离线方式On-line在线方式GC-MS、GC-FTIR、LC-MS…5.2Quatitativechromatographicanalysis色谱定量分析Quatitativechromatographicanalysisisbasedonthefollowingequation:Quantitativemethod

三种常用定量方法Normalisingpeakareas归一化，校正归一化Internalstandard内标法