仪器分析（色谱分析教案）

本文格式为Word版，下载可任意编辑——仪器分析（色谱分析教案）仪器分析

［教案］第一章引言

本章是《仪器分析》课程的介绍。主要是让学生了解《化学分析》与《仪器分析》的联系与区别，仪器分析方法的分类和它的发展状况，介绍仪器定量分析方法的评价指标。重点在于对分析方法进行评价的几项指标。学时计划为1学时。

内容提要：仪器分析与化学分析的区别与联系、仪器分析方法的分类及发展趋势。重点难点：仪器分析方法的分类授课方式：讲授

一、定义：仪器分析是以测量物质的物理性质为基础的分析方法.由于这类方法寻常需要使用较特别的仪器，所以称―仪器分析‖.

二、分类——表1-1；方法适用于各行各业.

三、特点：仪器分析具有简便、快速、灵敏、易于实现自动化.四、发展：a.多种仪器联用分析；b.计算机技术对仪器分析的发展影响很大.

五、局限性：

1.确凿度不够高，相对误差寻常在百分之几以上；2.时常要用化学方法对试样进行预处理.所以：化学方法和仪器方法是相辅相成的.

一、仪器分析和化学分析

分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学，它包括化学分析和仪器分析两大部分。化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。

仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，测定时，往往需要使用比较繁杂的仪器。仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方向。

仪器分析的特点（与化学分析比较）

灵敏度高，检出限量可降低：如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的g、L级，甚至更低。适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。

选择性好：好多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。操作简便，分析速度快，简单实现自动化。仪器分析的特点（与化学分析比较）

相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，确凿度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。需要价格比较昂贵的专用仪器。

仪器分析与化学分析关系

仪器分析与化学分析的区别不是绝对的，仪器分析是在化学分析基础上的发展。

不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论；

不少仪器分析方法，还必需与试样处理、分开及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成分析的全过程。

仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度；

有些仪器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有机试剂和协同物化学等理论，所以在不少书籍中，把它列入化学分析。

应当指出，仪器分析本身不是一门独立的学科，而是多种仪器方法的组合。可是这些仪器方法在化学学科中极其重要。它们已不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。因此，将它们称为―化学分析中的仪器方法‖更为确凿。

发展中的仪器分析

20世纪40~50年代兴起的材料科学，60~70年代发展起来的环境科学都促进了分析化学学科的发展。80年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，为科学技术提供更确凿、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。

如生命科学研究的进展，需要对多肽、蛋白质、核酸等生物大分子进行分析，对生物药物分析，对超微量生物活性物质，如单个细胞内神经传递物质的分析以及对生物活体进行分析。

信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展。信息科学主要是信息的采集和处理。计算机与分析仪器的结合，出现了分析仪器的智能化，加快了数据处理的速度。它使大量以往难以完成的任务，如试验室的自动化，图谱的快速检索，繁杂的数学统计可轻而易举得于完成。信息的采集和变换主要依靠于各类的传感器。这又带动仪器分析中传感器的发展，出现了光导纤维的化学传感器和各种生物传感器。

联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分开方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱法、质谱法、核磁共振波谱法、原子吸收光谱法等）的结合，汇集了各自的优点，弥补了各自的不足，可以更好地完成试样的分析任务。发展中的仪器分析

联用分析技术：

1.气相色谱—质谱法（GC—MS）

2.气相色谱—质谱法—质谱法（GC—MS—MS）3.气相色谱—原子发射光谱法（GC—AED）4.液相色谱—质谱法（HPLC—MS）

二、仪器分析方法的分类

根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为四大类⒈光学分析法

以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法

⒉电化学分析法

依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法⒊色谱法

以物质在两相间（滚动相和固定相）中分派比的差异而进行分开和分析。⒋其它仪器分析方法

包括质谱法、热分析法、放射分析等。

其次章色谱分析法

本章是仪器分析传统分类中的色谱分析部分，主要分析对象是有机化合物，该方法的使用范围广，实用价值强。内容包括气相色谱和液相色谱，不仅介绍色谱分析方法的理论知识，还强调它的实际应用。

§2.1气相色谱法概述

内容提要：色谱介绍、气相色谱介绍与色谱基本术语重点难点：色谱基本术语授课方式：讲授

§2.1气相色谱法概述

一、概述

1.定义,3/：色谱法是一种分开技术，该分开技术应用于分析化学中，就是色谱分析.它分开原理是，使混合物中各组分在两相间分派，其中一相不动，称为固定相，另一相携带混合物流过固定相的流体，称为滚动相.这种借两相间分派原理使混合物各组分分开的技术叫色谱法.2.分类：

a.按滚动相的物态：气相色谱法；液相色谱法.b.按固定相的物态：气固色谱法；气液色谱法；液固色谱法；液液色谱法.

3.按分开过程的机制：吸附色谱法；分派色谱法；离子交换色谱法；排阻色谱法.

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修改时间:2023-11-16修改次数:1

其次次课二、气相色谱法

1.流程图：五部分组成，

a.载气系统；b.进样系统；c.色谱柱和柱箱；d.检测系统；e.记录系统.2.色谱图

3.色谱流出曲线图4.几个术语

a.基线：当色谱柱后没有组分进入检测器时，在试验操作条件下，反映检测器系统噪声随

时间变化的线称为基线.

1).基线漂移；2).基线噪声.

b.保存值：表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的常数.在一定的固定相和操作条件下，任何一种物质都有一确定的保存值，这样就可用作定性参数.1)死时间tM:2)保存时间tR:

3)调整保存时间tR’:tR’=tR-tM4)相对保存值a（选择性因子）；a=r21=t’R(2)/t’R(1)5）死体积VM：6）保存体积VR：7）调整保存体积VR’：c.区域宽度:

1)标准偏差：

2）半峰宽度：Y1/2=2σ（2ln2）1/23）峰底宽度：Y=4σ=1.70Y1/2

5.流出曲线图的作用：

a.根据色谱峰的位置（保存值）可以进行定性；b.根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定；

c.根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分开状况进行评价.

一、概述

1.定义3/：色谱法是一种分开技术，该分开技术应用于分析化学中，就是色谱分析.它分开原理是，使混合物中各组分在两相间分派，其中一相不动，称为固定相，另一相携带混合物流过固定相的流体，称为滚动相.这种借两相间分派原理使混合物各组分分开的技术叫色谱法.

各组分被分开后，可进一步进行定性和定量分析：

经典：分开过程和其含量测定过程是离线的，即不能连续进行

现代：分开过程和其含量测定过程是在线的，即能连续进行

经典色谱法：将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管，用刀将各色带切下，用适合的方法进行分析；现代色谱法：当一个两组分（A和B）的混合物样品在时间t1从柱头参与，随着滚动相不断参与，洗脱作用连续进行，直至A和B组分先后流出柱子而进入检测器，从而使各组分浓度转变成电信号后在荧光屏上显示出来。根据峰的位置（出峰时间t）——定性根据峰的面积A（或峰高h）——定量2、色谱法分类

（一）按两相物理状态分

1.气相色谱法(gaschromatography简称GC)用气体作滚动相的色谱法。气-固色谱法GSC(固定相为固体吸附剂)

气相色谱法

气-液色谱法GLC(固定相为涂在固体或毛细管壁上的液体)

2.液相色谱法(liquidchromatography简称LC)用液体作滚动相的色谱法。

液-固色谱法LSC（固定相为固体吸附剂）

液相色谱法

液-液色谱法LLC（固定相为涂在固体载体上的液体）3.超临界流体色谱法(SFC)

用超临界状态的流体作滚动相的色谱法。

超临界状态的流体不是一般的气体或流体,而是临界压力和临界温度以上高度压缩的气体,其密度比一般气体大得多而与液体相像,故又称为―高密度气相色谱法‖（二）按固定相的形式

1.柱色谱法（columnchromatography）：

固定相装在柱中,试样沿着一个方向移动而进行分开。包括填充柱色谱法：固定相填充满玻璃管和金属管中

开管柱色谱法：固定相固定在细管内壁（毛细管柱色谱法）2.平板色谱法（planerchromatography）：固定相呈平面状的色谱法。

包括纸色谱法：以吸附水分的滤纸作固定相；

薄层色谱法：以涂敷在玻璃板上的吸附剂作固定相。（三）按分开原理分

1.吸附色谱法（adsorptionchromatography）：

根据吸附剂表面对不同组分物理吸附能力的强弱差异进行分开的方法。如：气一固色谱法、液-固色谱法——吸附色谱2.分派色谱法（partitionchromatography）：

根据不同组分在固定相中的溶解能力和在两相间分派系数的差异进行分开的方法。如：气-液色谱法、液-液色谱法——分派色谱

3.离子交换色谱法（ionexchangechromatography）根据不同组分开子对固定相亲和力的差异进行分开的方法。4.排阻色谱法（sizeexclusionchromatography）：

又称凝胶色谱法（gelchromatography）,

根据不同组分的分子体积大小的差异进行分开的方法。

其中：以水溶液作滚动相的称为凝胶过滤色谱法；以有机溶剂作滚动相的称为凝胶渗透色谱法。

5.亲合色谱法(affinitychromatography)

利用不同组分与固定相共价键合的高专属反应进行分开的方法。3、气相色谱介绍主要包括五大系统

⒈载气系统：它是载气连续运行的密闭管路系统，要求是密封性好流速稳定，使用的载气纯净。一般用皂膜流量计测得柱后载气流量F。

⒉进样系统:包括进样器和气化室。进样器是将试样快速而定量的加到色谱柱头上。液体：0.5、1、5、10、25、50mL(一般进样0.1~10mL）；气体：0.25~5mL注射器或六通阀(一般进样0.1~10mL）。气化室是使样品在汽化室汽化，并很快被带入色谱柱。

⒊分开系统:色谱柱、柱箱和控温装置。主要是在色谱柱内完成试样的分开，有填充柱和毛细管柱两种。

填充柱填充柱由不锈钢,玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，内装固定相，一般内径为2～6mm，长1～5m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。柱内填充固定相，制作简单，柱容量大，操作便利，分开效果足够高，n在102~103之间，应用普遍。

毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢或石英。毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充柱相比，其分开效率高（理论塔

板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。

⒋检测系统：检测器

5记录系统：记录仪或数据处理装置。

4、基本术语1.基线：操作条件稳定后，没有试样通过时检测器所反映的信号-时间曲线称为基线（O-O’）（它反映检测系统噪声随时间变化的状况，稳定的基线应是一条水平直线）

2.死时间t0（deadtime）：

指不被固定相吸附或溶解的组分（如空气、甲烷等）从进样开始到色谱峰顶所对应的时间，如图t0所示。

3.死体积V0（deadvolume）：

由进样器至检测器的流路中，未被固定相占有的空隙体积称为死体积（导管空间、色谱柱中固定相间隙、检测器内腔空间总和）当色谱柱载气流速为F0(ml／min)时，它与死时间的关系为：

V0=t0F0(1)

4.保存值：定性参数，是在色谱分开过程中，试样中各组分在色谱柱内滞留行为的一个指标。

（1）保存时间tR（retentiontime）：

从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点）所需要的时间，称为该组分的保存时间。如图中tR(1)、tR(2)所示，（是待测组分流经色谱柱时，在两相中滞留的时间和）保存时间与固定相和滚动相的性质、固定相的量、柱温、流速和柱体积有关，可用时间单位（min）表示。

（2）调整保存时间tR’（adjustedretentiontime）：

扣除死时间后的组分保存时间，如图中的tR(1)’、tR(2)’所示。tR’表示某组分因溶解或吸附于固定相后，比非滞留组分在柱中多停留的时间：tR’=tR–t0(2)

（3）保存体积VR（retentionvolume）：

从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时所通过的载气体积。当色谱柱载气流速为F0(ml/min)时，它与保存时间的关系为：

VR=tRF0(3)

（4）调整保存体积VR’（adjustedretentionvolume）：是指扣除死体积后的保存体积，即：VR’=VR–V0=tR’F0(4)

在一定的试验条件下VR、VR’与载气流速无关（tRF0及tR’F0为一常数）（5）相对保存值r21（relativeretentionvalue）：指组分2和组分1的调整保存值之比。(5)

相对保存值的特点是只与温度和固定相的性质有关，与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测两组分1和2的选择性，是气相色谱法中最常使用的定性参数。3．峰高（h）：色谱峰顶与基线之间的垂直距离

4.色谱的区域宽度（peakwidth）寻常用三种方法来表示：（1）标准偏差（standardeviation）：

为正态分布曲线上拐点间距离之半。对于正常峰，为0.607倍峰高处色谱峰宽度的

一半。

（的大小表示组分被带卓越谱柱的分散程度，越大，组分流出越分散；反之亦反。的大小与柱效有关，小，柱效高）（2）半(高)峰宽Wh/2（peakwidthathalf-height）：峰高一半处的色谱峰宽度。半峰宽与标准偏差的关系为：(6)

（3）峰宽或称Wb：通过色谱峰两侧的拐点作切线，切线与基线交点间的距离为峰宽，即图中GH。

峰宽与标准偏差的关系为：Wb=4=1.699Wh/25.流出曲线图的作用：

a.根据色谱峰的位置（保存值）可以进行定性；b.根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定；

c.根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分开状况进行评价.

§2-2气相色谱分析理论基础

内容提要：GC基本原理、塔板理论与速率理论重点难点：GC基本原理中分派系数等概念授课方式：讲授

§2-2气相色谱分析理论基础一、GC法基本原理1.柱型：（1）填充柱（2）毛细管柱2.分开过程；

气固：吸附-脱附-吸附-脱附

气液：溶解-挥发-溶解-挥发3.分派过程；

分派系数：K=固定相中浓度/滚动相中浓度=CS/CM=kβ2-10分派比：k=mS/mM2-94.结论4条：

分派比意义；分派比是衡量色谱柱对组分保存能力的重要参数，k值越大，保存时间越长，k值为零的组分，其保存时间即为死时间。K值可以通过：1）滞留因子，RS=uS/uRS=w=mM/（mS＋mM）=1/（1＋k）tM=L/u

tR=L/uS=tMu/uS=tM1/RStR=tM（1＋k）=tM＋tMkk=（tR－tM）/tM=tR’/tM2-16k值可根据2-16式由试验测得。

色谱分开是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。

热力学过程是指：与组分在体系中分派系数相关的过程；

动力学过程是指：组分在该体系两相间扩散和传质的过程。

组分、滚动相和固定相三者的热力学性质使不同组分在滚动相和固定中具有不同的分派系数，分派系数的大小反映了组分在固定相上的溶解-挥发或吸附-解吸的能力。分派系数大的组分在固定相上溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速度慢；分派系数小的组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内的移动速度快。

经过一定时间后，由于分派系数的区别，使各组分在柱内形成差速移行，达到分开的目的。一.分派过程

在色谱分派过程中，假设考虑柱内微小一段的状况：

图2色谱主柱内的分派平衡

在一定温度、压力下，组分在该一小段柱内发生的溶解-挥发或吸附-解吸的过程称为分派过程。

1.分派系数K（distributioncoefficient）：

分派系数也称为平衡常数。是指在一定的温度和压力下，在两相之间达到平衡时，组分溶解在固定相中的平均浓度与其在滚动相中的平均浓度之比。(7)

式中：cL—为组分在固定相中的平均浓度；cG—为组分在滚动相中的平均浓度，

K—是一个无因次量，它是由组分及固定液的热力学性质决定的，只随柱温柔柱压而变化，与色谱柱中气相和液相的体积无关。

分派系数K是气一液分派色谱中的重要参数。假使两个组分的分派系数一致，则它们的色谱峰完全重合；反之，分派系数相差越大，相应的色谱峰相距越远，分开越好。2.分派比k（partitionration）：

又称―容量因子‖。即在一定的温度和压力下，组分在两相间达到分派平衡时，组分在固定相和滚动相中的质量比：

(8)

式中：mS—组分在固定相中的质量，mM—组分在滚动相中的质量。3.分派系数(K)和分派比k的关系：

设Vs为固定相的体积，Vm为滚动相的体积，则上式可写成：

或(9)

Vm——为柱内滚动相的体积，也称为柱的死体积：包括固定相颗粒之间和颗粒内部空隙中的滚动相体积；

Vs——为固定相的体积，它指真正参与分派的那部分体积：若固定相是吸附剂、固定液、离子交换剂或凝胶，则分别指吸附表面积、固定液体积、离子交换剂交换容量或凝胶孔容。——为色谱柱的相比

4.分派系数K和分派比k与保存值tR的关系：

分派平衡是在色谱柱中固定相和滚动相之间进行的，因此分派比也可以用组分在固定相和滚动相中的停留时间之比来表示，则分派比可写成：(10)

任一组分的k值可由试验测得，即为调整保存时间tR’与不被固定相吸附或溶解的组分的保存时间t0的比值。可将k看作色谱柱对组分保存能力的参数，k值越大，保存时间越长。分派系数K与保存时间的关系为：

tR’=kt0=Kt0Vs/Vm(11)

由此式可见，在一定的试验条件下，组分的调整保存时间正比于分派系数K（或分派比k），K（或k）越大，组分在色谱柱内的保存时间越长。由于分派系数（或分派比）是由组分的性质决定的，因此保存值可用于定性。在填充色谱柱中，选择不同的固定液及其用量，可以控制组分在色谱柱上的保存值。

综上所述，在色谱分析中要使两组分分开，它们的保存时间t必需不同，而t是由两组分的K或k决定，

所以待分开组分K或k不同是色谱分开的先决条件。

分派比意义；分派比是衡量色谱柱对组分保存能力的重要参数，k值越大，保存时间越长，k值为零的组分，其保存时间即为死时间。K值可以通过：1）滞留因子，RS=uS/uRS=w=mM/（mS＋mM）=1/（1＋k）tM=L/u

tR=L/uS=tMu/uS=tM1/RStR=tM（1＋k）=tM＋tMkk=（tR－tM）/tM=tR’/tM2-16k值可根据2-16式由试验测得。

二、色谱分开基本理论

1.概述：试样在色谱柱中分开过程的基本理论包括：.试样中各组分在两相间的分派状况；各组分在色谱柱中的运动状况.2.塔板理论；

a.塔板理论假定（4条）；b.流出曲线方程式，2-17式；c.n、H、L间的关系，

2-182-19

由于死时间的存在，理论塔板数n，理论塔板高度H并不能真正反映色谱柱分开的好坏。应改用：2-202-21

二、色谱分开基本理论

色谱理论可分为热力学及动力学理论两方面：

热力学理论是由相平衡观点来研究分开过程——塔板理论；研究试样中各组分在两相间的分派状况；

动力学理论是以动力学观点—速度来研究各种动力学因素对柱效的影响——速率理论。研究各组分在色谱柱中的运动状况。塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，塔板的概念是从分馏中借用来的，实际上色谱柱中并无塔板，只是引用了处理分馏过程的概念和理论来解释色谱的分开过程。塔板理论把色谱柱想象成由大量塔板组成，在每一个塔板内，一部分空间为涂在担体上的液相占据，另一部分空间充满载气，载气所占据的空间体积称为板体积。组分随载气进入色谱柱后，在两相间进行分派。

塔板理论假设：

（1）在色谱柱中的每一个小段长度H内，组分可以迅速在气液两相间达到分派平衡，这一小段称为理论塔板(实际在柱内不存在),其长度称为理论塔板高度，简称板高，以H表示。（2）载气不是连续流过色谱柱，而是脉冲式（间歇式），每次通过一个塔板体积。（3）样品都加到第1块塔板上，且组分沿色谱柱（纵）向扩散可以忽略不计。

（4）某一组分的分派系数在所有塔板上是常数。

根据上述假设，试样由载气带进色谱柱，与固定液接触而被溶解，在每个塔板高度内被分开的组分在气相和液相之间达成一次分派平衡，随着载气的不断进入，被溶解的组分又从固定液中挥发出来，挥发出来的组分随载气向前移动又再次被固定液溶解。经过若干个塔板即经过溶解一挥发的屡屡反复分派（103～106次），待分开组分由于分派系数不同而彼此分开，分派系数小（挥发性大）的组分首先由色谱柱中流出，显然，当塔板数足够多时，即使分派系数差异微小的组分也能得到良好的分开效果。2.柱效能指标(n、H)——可以由塔板理论导出

（1）理论塔板数(n)：柱长(L)一定时，n越大，柱效就越高：经验公式：(12)

式中：tR、Y1/2、Y应当采用同一单位（时间或长度）

（2）理论塔板高度(H)：设色谱柱长为L，则理论塔板高度

由此可见：色谱峰越窄即Y1/2或Y越小，理论数塔板n越大，对给定长度的色谱柱而言，塔板高度H越小，组分在柱内被分派的次数愈多，则柱效越高。因此n和H可作为描述柱效能的指标。

（3）有效（理论）塔板数（neft）

在实际应用中，往往出现计算出的n虽然很大，但色谱柱的效却不高，这是由于保存时间tR中包含了死时间t0，而t0并不参与柱内的分派过程，因此理论塔板数和理论塔板高度并不能真实地反映色谱柱分开效能的好坏。为此，提出

用有效塔板数neft和有效高度Heft评价柱效能的指标，即：

（4）有效塔板高度Heft

(15)

物质在给定色谱柱上的neft越大，说明该物质在柱中进行分派平衡的次数越多，对分开有利，但不能表示该物质的实际分开效果。是否能在色谱柱上分开，主要取决于各组分在两相间分派系数K的差异。假使两组分在同一色谱柱上的分派系数一致，无论neft有多大，这两种组分也无法被分开开.

塔板理论在解释色谱图的形状，计算n和H方面是成功的。但其某些基本假设不完全符合色谱的实际状况（如K和组分的量无关、组分在两项中分派能迅速达到平衡、纵向扩散可

以忽略等）。塔板理论只能定性地给出塔板高度的概念，而未能找出影响板高H的因素，也就更无法提出降低板高的途径；这主要是由于塔板理论没有考虑到动力学因素对色谱分开过程的影响。

注意：同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的，当用这些指标表示柱效能时，必需说说明是对什么物质而言的。

2.速率理论（VanDeemter理论）：H=A+B/u+Cu

可见：影响H的三项因素为；

a.涡流扩散项A：因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。

b.分子扩散项B/u：纵向扩散与组分在柱内的保存时间有关，保存时间越长（相当于载气流速越小），分子扩散项对色谱峰扩张的影响就越显著。

c.传质项Cu；包括以下二项：

1）气相传质阻力系数Cg：采用粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可减小Cg，提高柱效；

2

）液相传质阻力系数Cl：

固定相的液膜厚度薄，组分在液相的扩散系数大，则液相传质阻力就小；中等线速时，塔板高度的主要控制因素是液相传质项，而气相传质项数值很小，可忽略。d.结论

范氏公式对于分开条件的选择具有指导意义。

它可以说明，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩散的影响。

三．速率理论

1956年VanDeemter等人在塔板理论的基础上，提出了关于色谱过程的动力学理论——速率理论。

该理论依旧采用塔板高度的概念，但同时考虑到H还取决于同一组分的不同分子在柱中差速迁移过程中所引起的色谱蜂扩展程度，将色谱过程与组分在两相间的扩散和传质过程等动力学因素联系起来，从理论上总结出影响塔板高度的各种因素，导出H与其影响因素之间的关系式：

式中：A、B、C在一定试验条件下为常数；u为载气的线速度（cm／s）

速率理论综合考虑了柱内影响板高的三种动力学控制过程（使谱带扩展的因素归纳成三项）——涡流扩散项A、纵向分子扩散项B／u和传质阻力项Cu；欲降低H，提高柱效，需降低这三个塔板分量，各项的物理意义如下：1．涡流扩散项A（eddydiffusion）

当色谱柱内同时起步的组分①、②、③随滚动相进入色谱柱朝柱口方向移动时，假使固定相颗粒大小及填充不均匀，组分分子穿过这些空隙时碰见大小不一的颗粒而必需不断改变滚动方向，使组分分子在柱内形成了紊乱的―涡流‖，不同的组分

分子所经过的路径长短不一，组分分子或前或后流卓越谱柱，造成色谱峰的峰形扩张。A=2dp

—填充不规则因子；dp—固定相颗粒平均直径；

图3涡流扩散使峰展宽

涡流扩散项A与填充物的平均直径dp和固定相填充不均匀因子又有关。采用粒度较细，颗粒均匀的担体，尽量填充均匀可以降低涡流扩散项，降低板高H，提高桂效。但在气相色谱中，粒度很小时，柱阻大，且不易填匀因此一般采用粒度为60-80目或80-100目的填充物较好。（空心毛细管柱的A项为零）

2．纵向分子扩散项（moleculardiffusion）B／u

当试样分子以―塞子‖的形式进入色谱柱后，随滚动相在柱中前进时，由于存在浓度梯度，组分分子自发地向前和向后扩散即沿着色谱柱轴向扩散，这种扩散称为―纵向分子扩散‖，结果使色谱峰扩张，板高H增大。B=2Dg

Dg—组分在滚动相中的扩散系数（cm2/s），与滚动相的相对分子量平方根成反比（Dg∝1/M1/2）；与柱温成正比，与柱压成反比。在液相色谱中，由于组分在液体中的扩散系数很小（气体中的1/105）此项可忽略不计。

—弯曲因子，亦称阻碍因子，由于固定相颗粒的存在使扩散受阻，填充柱对于沸程宽的多组分混合物可采用―程序升温法‖，可以使混合物中低沸点和高沸点的组分都能获得良好的分开。三.固定液的配比又称为液担比。

从速率方程式可知，固定液的配比主要影响Csu，降低df，可使Csu减小从而提高柱效。但固定液用量太少，易存在活性中心，致使峰形拖尾；且会引起柱容量下降，进样量减少。固定液液膜薄，柱效能提高，并可缩短分析时间。但固定液用量太低，液膜越薄，允许的进样量也就越少。在填充柱色谱中，液担比一般为5％～25％。

四.担体的性质和粒度，要求表面极大、表面和孔径分布均匀，粒度均匀细小。

五.进样时间和进样量的选择，进样量必需很快，进样时间一般都在一秒以内。最大允许的进样量，应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系范围。1.进样迅速（塞子状）——防止色谱峰扩张；

2.进样量要适当：在检测器灵敏度允许下，尽可能少的进样量：液体样0.1～10ul，气体试样为0.1～10ml

六.气化温度的选择气化温度的选择主要取决于待测试样的挥发性、沸点范围。稳定性等因素。气化温度一般选在组分的沸点或稍高于其沸点，以保证试样完全气化。对于热稳定性较差的试样，气化温度不能过高，以防试样分解。

§2.4固定相及其选择

内容提要：固定相的分类、性质以及选择固定相的要求和条件重点难点：固定液相关内容的把握授课方式：讲授

一、气-固色谱固定相

1.适用范围：

2.分类：吸附剂；非极性：活性炭弱极性：氧化铝

强极性：硅胶，分子筛

3.发展：石墨化碳黑、碳分子筛二、气-液色谱固定相

1.担体（或载体）硅藻土型：红色硅藻土

白色硅藻土

非硅藻土型担体：有氟担体，玻璃微球、高分子多孔微球2．固定液——涂在担体上作固定相的主成分（l）对固定液的要求：

（2）组分与固定液分子间的相互作用：

组分与固定液分子间相互作用力寻常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。（3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。（4）固定液的选择：依照―相像相溶‖的原则选择适当的固定液

选择适当的固定相就成为分析中的关键一、气-固色谱固定相

1.适用范围：分开常温下的气体及气态烃类物质，往往可取得满意的分开效果。2.分类：

吸附剂；非极性：活性炭弱极性：氧化铝

强极性：硅胶，分子筛3.发展：石墨化碳黑、碳分子筛

二、气-液色谱固定相1.担体（或载体）

是一种化学惰性的多孔固体颗粒，支持固定液，表面积大，稳定性好（化学、热），颗径和孔径分布均匀；有一定的机械强度，不易破碎。

（1）担体的种类和性能：硅藻土型：红色硅藻土担体—强度好，但表面存在活性中心，分开极性物质时色谱峰易拖尾；常用于分开非、弱极性物质。

白色硅藻土担体—表面吸附性小，但强度差，常用于分开极性物质。非硅藻土型担体：

有氟担体，适用于强极性和腐蚀性气体的分析；玻璃微球，适合于高沸点物质的分析；高分子多孔微球既可以用作气-固色谱的吸附剂，又可以用作气-液色谱的担体。(2)担体的预处理：除去其表面的活性中心，使之钝化。酸洗法（除去碱性活性基团）；碱洗法（除去酸性活性的基团）；硅烷化（消除氢键结合力）；

釉化处理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。2．固定液——涂在担体上作固定相的主成分（l）对固定液的要求：

化学稳定性好：不与担体、载气和待测组分发生反应；

热稳定性好：在操作温度下呈液体状态，蒸气压低，不易流失；选择性高：分派系数K区别大；

溶解性好：固定液对待测组分应有一定的溶解度。（2）组分与固定液分子间的相互作用：

组分与固定液分子间相互作用力寻常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。在气-液色谱中，只有当组分与固定液分子间的作用力大于组分分子间的作用力，组分才能在固定液中进行分派。选择适合的固定液使待侧各组分与固定液之间的作用力有差异，才能达到彼此分开的目的。

（3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。

（4）固定液的选择：

一般是根据试样的性质（极性和官能团），依照―相像相溶‖的原则选择适当的固定液。具体可从以下几方面考虑：

l）分开非极性混合物一般选用非极性固定液组分和固定液分子间的作用力主要是色散力。试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。

常用的有：角鲨烷（异三十烷）、十六烷、硅油等；2）分开中等极性混合物一般选用中等极性固定液

组分和固定液分子间的作用力主要是色散力和诱导力。试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。3）分开极性组分选用极性固定液

组分和固定液分子间的作用力主要是定向力。待测试样中各组分按极性由小到大的顺序出峰。

例如：用极性固定液聚乙二醇一20M分析乙醛和丙烯醛时，极性较小的乙醛先出峰。4）分开非极性和极性(易极化)组分的混合物选用极性固定液：非极性组分先流出，极性（或易被极化）的组分后出峰。

例如：采用中等极性的邻苯二甲酸二壬酯作固定液，沸点相差微小的苯（沸点80.l℃）和环乙烷（沸点为80.8℃）可以定量分开，环己烷先出峰，若采用非极性固定液则很难使二者分开。

5）对于能形成氢键的组分选用强极性或氢键型的固定液如：多元醇、腈醚、酚和胺等的分开，不易形成氢键的先出峰。

§2.5气相色谱检测器

内容提要：气相色谱的四种检测器、气相色谱检测器的性能指标重点难点：TCD和FID的工作原理、灵敏度、检测线等概念；授课方式：讲授

一、概述

1.作用：将经色谱柱分开后的各组分按其特性及含量转换为相应的电讯号。2.分类：

浓度型：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。热导TCD；电子捕获ECD；质量型：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化。即检测器响应值和组分的质量成正比。

氢焰FID；火焰光度FPD；

二、热导池检测器（TCD），广谱，浓度型1.特点：结构简单，灵敏度适合，稳定性好.2.结构；类似于惠斯登电桥原理.

3.基本原理：基于不同物质具有不同热导系数.4.影响热导池检测器灵敏度的因素：

a.桥路工作电流，最主要因素，温差大灵敏度高.

b.热导池体温度，一般池体温度不应低于柱温.

c.载气，载气与试样热导系数愈大，灵敏度愈高.一般用氢气作载气.d.热敏元件阻值，选阻值高，电阻温度系数大的.

e.一般热导池的死体积较大，且灵敏度较低，应选用微型池体（2.5μL）的热导池.

一、热导检测器TCD

热导检测器是通用型检测器。几乎对所有物质都有响应。由于结构简单，性能稳定，通用性好，而且线性范围宽，价格低廉，因此是应用最广，最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低

结构：

热导池由池体和热敏元件构成

池体用不锈钢制成；池体内装两根电阻完全相等的钨丝或铂丝热敏元件。构成参比池和测量池

热导池检测器检测原理是基于不同的物质有不同的导热系数。参比池和测量池与固定电阻组成惠斯登电桥。热导检测器电桥线路示意图

未进样时：（无信号输出）R1=R2R参=R测R参×R1＝R测×R2△R参=△R测

进样后：（输出信号）△R参≠△R测

3．影响热导检测器灵敏度的因素（l）桥电流

桥电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就简单将热量传出去，灵敏度就提高。

响应值与工作电流的三次方成正比。所以，增大电流有利于提高灵敏度，但电流太大会影响钨丝寿命。一般桥电流控制在1OO～20OmA左右（N2作载气时为100～150mA，H2作载气时150～200mA为宜）

（2）池体温度池体温度一般等于或高于柱温。

（3）载气种类载气与试样的导热系数相差愈大，则灵敏度愈高。一般物质导热系数较小，应选择导热系数大的H2或Ne作载气有利于灵敏度提高。如用N2作载气时，有些试样（如甲烷）的导热系数比它大就会出现倒峰。列出某些气体与蒸气的导热系数。同一种物质，峰面积越大，浓度越大，不同物质，与载气的导热系数相差越大，峰面积越大，灵敏度越大（4）热敏元件阻值，选阻值高，电阻温度系数大的，灵敏度就高。

（5）一般热导池的死体积较大，且灵敏度较低，应选用微型池体（2.5μL）的热导池.

三、氢火焰离子化检测器（FID），广谱，质量型

1.特点：对含碳有机化合物有很高的灵敏度，适合于痕量有机物分析.

2.结构；主要部件是一个离子室，它一般用不锈钢制成，包括气体入口，火焰喷嘴，一对电极和外罩.

3.作用机理CnHm→CH（自由基）；CH＋O*→2CHO*＋e－；CHO*＋H2O→H3O*＋COCHO*、H3O*→往负极；e－→往正极；产生微电流4.操作条件的选择a.气体流量

载气：一般用氮气；

氢气：氢/载比对火焰及电离过程影响大；空气：助燃气，氢气/空气=1：10.b.极化电压：直接影响响应值.c.使用温度：不是主要影响因素

火焰离子化检测器属选择性检测器，是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分开出的组分。1.特点：

灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12gS-1；火焰离子化检测器能检测大多数含碳有机化合物；

死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达106以上；而且结构不繁杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。

离子室：包括气体入口、火焰喷嘴、发射极和收集极等部件。离子室是一金属圆筒，气体入口在离子室的底部，氢气和载气按一定的比例混合后，由喷嘴喷出，再与助燃气空气混合，点燃形成氢火焰。靠近火焰喷嘴处有一圆环状的发射极（寻常是由铂丝作成），喷嘴的上方为一加有恒定电压（+300V）的圆筒形收集极（不锈钢制成），形成静电场，从而使火焰中生成的带电离子能被对应的电极所吸引而产生电流。

通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，由色谱柱流出的载气（样品）流经温度高达2100℃的氢火焰时，待测有机物组分在火焰中发生离子化作用，使两个电极之间出现一定量的正、负离子，在电场的作用下，正、负离子各被相应电极所收集。当载气中不含待测物时，火焰中离子很少，即基流很小，约10-14A。当待测有机物通过检测器时，火焰中电离的离子增多，电流增大（但很微弱10-8～10-12A）。需经高电阻（108～l011）后得到较大的电压信号，再由放大器放大，才能在记录仪上显示出足够大的色谱峰。该电流的大小，在一定范围内与单位时间内进入检测器的待测组分的质量成正比，所以火焰离子化检测器是质量型检测器。

火焰离子化检测器对电离势低于H2的有机物产生响应，而对无机物、久性气体和水基本上无响应，所以火焰离子化检测器只能分析有机物（含碳化合物），不适于分析惰性气体、空气、水、CO、CO2、CS2、NO、SO2及H2S等。

氢火焰离子化检测器的操作条件选择时应注意气体流量和工作电压N2:H21:1~1.5:1

H2:Air1:10极化电压100~300V

六、检测器性能指标

1.灵敏度S；检测器灵敏度亦称响应值或应答值灵敏度是响应值对进样量的变化率

a.对浓度型检测器：b.对质量型检测器：

2.检出限（亦称敏感度）：D=3N/S3.最小检出量θ0

质量型：Q0=1.065Y1/2D

浓度型：Q0=1.065Y1/2F0D

4.线性范围：用最大进样量与最小检出量比值表示，这个范围愈大，愈有利于确凿定量.

检测器的性能指标——灵敏度（高）、稳定性（好）、响应（快）、线性范围（宽）（一）灵敏度——应答值

单位物质量通过检测器时产生的信号大小称为检测器对该物质的灵敏度。响应信号(R)—进样量(Q)作图，可得到通过原点的直线，该直线的斜率就是检测器的灵敏度，以S表示：

由此可知：灵敏度是响应信号对进入检测器的被测物质质量的变化率。

气相色谱检测器的灵敏度的单位，随检测器的类型和试样的状态不同而异：对于浓度型检测器：

S一灵敏度（mVmLmg-1或mVmLmL-1）C1一记录仪灵敏度（mVcm-1）

A一色谱峰面积（cm2）

Fo一载气流速（mLmin-1）m一进入检测器的样品量（mg）

C2一记录纸移动速度的倒数（mincm-1）

当试样为液体时，S的单位为mVml/mg，即1mL载气中携带

1mg的某组分通过检测器时产生的mV数；

当试样为气体时，S的单位为mVml／ml，即1ml载气中携带1ml的某组分通过检测器时产生的mV数；

对于浓度型的检测器：灵敏度的定义为：1mL载气中含有1mg或1mL样品时，检测器输出的毫伏数。

对于质量型检测器：

当试样为液体和气体时，S的单位均为：mVs／g，即每秒钟有1g的组分被载气携

带通过检测器所产生的mV数。

灵敏度不能全面地说明一个检测器的优劣，由于它没有反映检测器的噪音水平。由于信号可以被放大器任意放大，S增大的同时噪声也相应增大，因此，仅用S不能正确评价检测器的性能。

（二）检测限（敏感度）

噪声——当只有载气通过检测器时，记录仪上的基线波动称为噪声，以N表示。噪声大，说明检测器的稳定性差。

检测限——是指检测器产生的信号恰是噪声的二倍（3N）时，单位体积或单位时间内进入检测器的组分质量，以D表示。灵敏度、噪声、检测限三者之间的关系为：

检测限的单位：对于浓度型检测器为mg／ml或ml／ml；对质量型检测器为：g/s。检测限是检测器的重要性能指标，它表示检测器所能检出的最小组分量，主要受灵敏度和噪声影响。D越小，说明检测器越敏感，用于痕量分析的性能越好。

在实际分析中，由于进入检测器的组分量很难确定（检测器总是处在与气化室、色谱柱、记录系统等构成的一个完整的色谱体系中）。所以常用最低检出量表示：

图2检测器噪声

（三）最低检出量——恰能产生2倍噪声信号时的色谱进样量，以Q0表示。（三）线性范围

检测器的线性范围是指其响应信号与被测组分进样质量或浓度呈线性关系的范围。寻常用最大允许进样量QM与最小检出量Q0的比值来表示。比值越大，检测器的线性范围越宽，线性范围越大，定量范围越宽，说明试样中的大量组分或微量组分，检测器都能确凿测定。不同的检测器线性范围不同

§2.6气相色谱定性方法

内容提要：根据保存值进行定性，与其他方法联用重点难点：根据保存值进行定性授课方式：讲授

下述内容黑体部分

一、概述：各种物质在一定色谱条件下都有确定不变的保存值，因此保存值可作为一种定性指标.

现状：GC定性分析还存在一定问题.其应用仅限于当未知物通过其它方面的考虑(如来源，其它定性方法的结果等）后，已被确定可能为某几个化合物或属于某种类型时作最终的确证；其可靠性不足以鉴定完全未知的物质。

近年，GC/MS、GC/光谱联用技术的开发，计算机的应用，开启了广阔的应用前景。二、根据色谱保存值进行定性

定性方法的可靠性与色谱柱的分开效率有密切的关系，为了提高可靠性，应当采用重现性较好和较少受到操作条件影响的保存值.

由于保存时间（或保存体积）受柱长、固定液含量、载气流速等操作条件的影响比较大，因此一般适合采用仅与柱温有关，而不受操作条件影响的相对保存值r21作为定性指标.

1.对于比较简单的多组分混合物，假使其中所有待测组分均为已知，它们的色谱峰也能一一

分开，那么为了确定各个色谱峰所代表的物质，可将各个保存值与各相应的标准试样在同一条件下所测得的保存值进行对照比较，确定各个组分（相对保存值法）。2.未知峰鉴定：

a.首先充分利用对未知物了解到的状况（来源，性质等）估计出未知物可能是哪几种化合物；b.再从文献中找出这些化合物在某固定相上的保存值，与未知物在同一固定相上的保存值进行粗略比较，以排除一部分，同时保存少数可能的化合物；

c.然后将未知物与每一种可能化合物的标准试样在一致的色谱条件下进行验证，比较两者的保存值是否一致.ì假使未知物与标准试样的保存值一致，但峰形不同，依旧不能认为是同一物质

í将两者混合起来进行色谱试验，假使发现有新峰或在未知峰上有不规则的形状（例如峰略有分叉等）出现，则表示两者并非同一物质；?假使混合后峰增高而半峰宽并不相应增加，则表示两者很可能是同一物质.

3.多柱法：在一根色谱柱上用保存值鉴定组分有时不一定可靠，由于不同物质有可能在同一色谱柱上具有一致的保存值.所以应采用双柱或多柱法进行定性分析.即采用两根或多根性质（极性）不同的色谱柱进行分开，观测未知物和标准试样的保存值是否始终重合三.保存指数法：是一种重现性较其他保存数据都好的定性参数；

方法：保存指数I是把物质的保存行为用两个紧靠近它的标准物（一般是两个正构烷烃）来标定，并以均一标度来表示.

I=100[logXi－logXz）/（logXz+1－logXz）＋Z]

通式I=100[n（logXi－logXz）/（logXz+n－logXz）＋Z]2-53要求：被测物i的保存值X值应恰好在两个正构烷烃的X值之间，即

XZ难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分开分析，大约占有机物的70~80%。

7．滚动相可选择范围广它可用多种溶剂作滚动相，通过改变滚动相组成来改善分开效果，因此对于性质和结构类似的物质分开的可能性比气相色谱法更大。8．馏分简单收集更有利于制备。

§3.2影响色谱峰扩展及色谱分开的因素

一、与GC比较65/1；基本概念及理论基础与GC一致；

主要区别：滚动相为液体。气相色谱的滚动相载气是色谱惰性的，不参与分派平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。而在液相色谱中滚动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作滚动相，增大分开的选择性。

二、对色谱峰扩展及色谱分开影响的因素：1.涡流扩散项：He=2λdp含义同GC法2.纵向扩散项65/-1：Hd=CdDm/u；在LC中可略,GC中重要；

3.传质阻力项：a.固定相传质阻力项；b.滚动相传质阻力项.

结论66/-1；改进固定相就成为提高液相色谱柱效一个重要问题.综合分析，由于柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度的变化可归纳为：H=A+B/u+Cu3-6

形式与GC一致，其主要区别在于扩展项可以忽略，影响柱效的主要因素是传质项。67/1；-2.

从3-6式看出，H近似正比于d2p，

所以67/2;9:减小粒度是提高柱效的最有效途径。

4.其它影响因素68/2；

柱外展宽：指色谱柱外各种因素引起的峰扩展.a.柱前展宽：主要由进样所引起；

b.柱后展宽：主要由接纳、检测器流通池体积所引起.为此，连接纳的体积、检测器的死体积应尽可能小。

§3.3高效液相色谱的主要类型及其分开原理

类型：液-液色谱；液-固色谱；离子交换色谱；离子对色谱；离子色谱；空间排阻色谱一.液-液分派色谱法及化合键合相色谱1.特点：a.滚动相和固定相都是液体b.两相应互不相溶，有明显的分界面2.分开机制：溶质在两相间进行分派

K=cs/cm=kVm/Vs

分开的顺序决定于分派系数的大小，分派系数大的组分保存值大.而且滚动相的种类对分派系数有较大的影响.

3.分类：

a.正相液-液色谱法：滚动相的极性小于固定液的极性；

b.反相液-液色谱法：滚动相的极性大于固定液的极性；

c.化学键合固定相：将各种不同有机基团通过化学反应共价键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。代替机械涂渍的液体固定相。这不仅避免了液体固定相流失的困扰，还大大改善了固定相的功能，提高了分开的选择性，化学键合色谱适用于分开几乎所有类型的化合物。

反相化学键合相色谱法已成为高效液相色谱法中应用最广泛的一个分支.二.液-固色谱法（或液-固吸附色谱法）

液固色谱的固定相是固体吸附剂。吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，位于其表面的原子、离子或分子的性质是多少不同于在内部的原子、离子或分子的性质的。表层的键因缺乏覆盖层结构而受到扰动。因此，表层一般处于较高的能级，存在一些分散的具有表面活性的吸附中心。因此，液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分开，故也称为液固吸附色谱。

吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱液的性质等。组分与吸附剂的性质相像时，易被吸附，浮现高的保存值；当组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。从而使吸附色谱成为分开几何异构体的有效手段；不同的官能团具有不同的吸附能，因此，吸附色谱可按族分开化合物。1.特点：滚动相为液体，固定相为吸附相。2.分开机制

Xm+nSa=Xa+nSm

K=[Xa][Sm]n/[Xm][Sa]n

3.结论69/-5：显然，分派系数大的组分，吸附剂对它的吸附力强，保存值就大.4.作用：a.适用分开相对分子质量中等油性试样。

b.对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性。缺点：由于非线性等温吸附常引起峰的拖尾现象三.离子交换色谱法1.分开机制70/2；

2.适用范围70/3；凡能在溶剂中电离的物质一般均可用该法进行分开。3.交换：KX=[-NR4+X-][Cl-]/[-NR4+Cl-][X-]

DX=[-NR4+X-]/[X-]=KX[-NR4+Cl-]/[Cl-]3-9

4.结论：a.分派系数D愈大，表示溶质的离子与离子交换剂的相互作用愈强。b.亲合力高的，在柱中保存值就愈大.

5.应用：a.分开离子或可离解的化合物。b.已成功地分开氨基酸、核酸、蛋白质等

四、离子对色谱法

1.特点：分开效能高，分析速度快，操作简便.2.分开机制（P71）

3.分开过程：滚动相中待分开有机离子与固定相或滚动相中带相反电荷的对离子结合，形成离子对化合物，然后在两相间进行分派.X+水相+Y－水相X+Y－水相

KXY=[X+Y－]有机相/[X+]水相[Y－]水相DX=[X+Y－]有机相/X+水相=KXY[Y－]水相4.分类：a.正相离子对色谱法；

b.反相离子对色谱法.

5.应用：解决了以往难分开混合物的分开问题，例如各种强极性的有机酸碱。五、离子色谱法

1.固定相:离子交换树脂滚动相:电解质溶液检测器:电导检测器

主配件：抑制柱2.流程图：fig3-2

3.分开机制（阴离子为例）

a.双柱型：化学抑制型离子色谱法；

b.单柱型：非抑制型，用低电导的洗脱液；

4.应用：从无机和有机阴离子到金属阳离子，从有机阳离子到糖类、氨基酸等均可用该法分析

六、空间排阻色谱法1.固定相：凝胶

2.机制73/-9：类似于分子筛作用，分开只与凝胶的孔径分布和溶质的流体力学体积和分子大小有关.

3.分开示意图，fig3-3a.排斥极限A点74/2;3:

b.全渗透极限B点74/2;6:

相对分子质量介于上述两个极限之间的化合物，将按相对分子质量降低的次序被洗脱.4.特点75/2;3://

高效液相色谱仪

高效液相色谱仪主要有分析型、制备型和专用型三类。一般由五个部分组成：

高压输液系统——进样系统——分开系统——检测系统——数据处理系统一.高压输液系统

贮液装置、高压输液泵、过滤器、脱气装置等

1.贮液器：贮液器用于存放溶剂。溶剂必需很纯，贮液器材料要耐腐蚀，对溶剂呈惰性。贮液器应配有溶剂过滤器，以防止滚动相中的颗粒进入泵内。溶剂过滤器一般用耐腐蚀的镍合金制成，空隙大小一般为2m。

2.脱气装置：脱气的目的是为了防止滚动相从高压柱内流出时，释放出气泡进入检测器而使噪声剧增，甚至不能正常检测。

3.高压输液泵高压输液泵是高效液相色谱仪的重要部件，是驱动溶剂和样品通过色谱柱和检测系统的高压源，其性能好坏直接影响分析结果的可靠性。对高压泵的基本要求是：

①流量稳定；②输出压力高，最高输出压力为50Mpa；③流量范围宽，可在0.01～10ml／min范围任选。④耐酸、碱、缓冲液腐蚀。⑤压力波动小。

梯度洗脱装置梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂，依照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变滚动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分开的一种有效方法。当一个样品混合物的容量因子是范围很宽，用等度洗脱时间太长，且后出的峰形扁平不便检测时，用梯度洗脱可以改善峰形、并缩短分开时间。HPLC的梯度洗脱与GC的程序升温相像，可以缩短分析时间，提高分开效果。使所有的峰都处于最正确分开状态，而且峰形尖而窄。二.进样器

进样器一般要求密封性好，死体积小，重复性好，保证中心进样，进样时对色谱系统的压力

和流量波动小，并便于实现自动化。

高压进样阀是目前广泛采用的一种方式。阀的种类好多，有六通阀、四通阀，双路阀等。以六通进样阀最为常用。三.分开系统

色谱分开系统包括色谱柱、固定相和滚动相。色谱柱是其核心部分，柱应具备耐高压、耐腐蚀、抗氧化、密封不漏液和柱内死体积小、柱效高、柱容量大、分析速度快、柱寿命长的要求。寻常采用优质不锈钢管制成。

色谱柱按内径不同可分为常规柱、快速柱和微量柱三类。

常规分析柱柱长一般为10~25cm，内径4~5mm，固定相颗粒直径为5~10m。为了保护分析柱不受污染，一般在分析柱前加一短柱，约数厘米长，称为保护柱。（微量分析柱内径小于lmm，凝胶色谱往内径3～12mm，制备往内径较大，可达25mm以上。）

四.检测系统

检测器的作用是将柱流出物中样品组成和含量的变化转化为可供检测的信号，常用检测器有紫外吸收、荧光、示差折光、化学发光等。

1.紫外可见吸收检测器（ultraviolet－visibledetector，UVD）

紫外可见吸收检测器（UVD）是HPLC中应用最广泛的检测器之一，几乎所有的液相色谱仪都配有这种检测器。其特点是灵敏度较高，线性范围宽，噪声低，适用于梯度洗脱，对强吸收物质检测限可达1ng，检测后不破坏样品，可用于制备，并能与任何检测器串联使用。紫外可见检测器的工作原理与结构同一般分光光度计相像，实际上就是装有滚动地的紫外可见光度计。

（1）紫外吸收检测器：

紫外吸收检测器常用氘灯作光源，氘灯则发射出紫外-可见区范围的连续波长，并安装一个光栅型单色器，其波长选择范围宽（190nm～800nm）。它有两个流通池，一个作参比，一个作测量用，光源发出的紫外光照射到流通池上，若两流通池都通过纯的均匀溶剂，则它们在紫外波长下几乎无吸收，光电管上接受到的辐射强度相等，无信号输出。当组分进入测量池时，吸收一定的紫外光，使两光电管接受到的辐射强度不等，这时有信号输出，输出信号大小与组分浓度有关。

局限：滚动相的选择受到一定限制，即具有一定紫外吸收的溶剂不能做滚动相，每种溶剂都有截止波长，当小于该截止波长的紫外光通过溶剂时，溶剂的透光率降至10%以下，因此，紫外吸收检测器的工作波长不能小于溶剂的截止波长

（2）光电二极管阵列检测器（photodiodearraydetector，PDAD）：

也称快速扫描紫外可见分光检测器，是一种新型的光吸收式检测器。它采用光电二极管阵列作为检测元件，构成多通道并行工作，同时检测由光栅分光，再入射到阵列式接收器上的全部波长的光信号，然后对二极管阵列快速扫描采集数据，得到吸收值(A)是保存时间(tR)和波长()函数的三维色谱光谱图。由此可及时观测与每一组分的色谱图相应的光谱数据，从而迅速决定具有最正确选择性和灵敏度的波长。

下图是单光束二极管阵列检测器的光路图。光源发出的光先通过检测池，透射光由全息光栅色散成多色光，射到阵列元件上，使所有波长的光在接收器上同时被检测。阵列式接收器上的光信号用电子学的方法快速扫描提取出来，每幅图象仅需要10ms，远远超过色谱流出峰的速度，因此可随峰扫描。

图1二极管阵列检测器光路图

2．荧光检测器（fluorescencedetector，FD）

荧光检测器是一种高灵敏度、有选择性的检测器，可检测能产生荧光的化合物。某些不发荧光的物质可通过化学衍生化生成荧光衍生物，再进行荧光检测。其最小检测浓度可达0.1ng／ml，适用于痕量分析；一般状况下荧光检测器的灵敏度比紫外检测器约高2个数量级，但其线性范围不如紫外检测器宽。

近年来，采用激光作为荧光检测器的光源而产生的激光诱导荧光检测器极大地加强了荧光检测的信噪比，因而具有很高的灵敏度，在痕量和超痕量分析中得到广泛应用。

3.示差折光检测器（differentialrefractiveIndexdetector，RID）示差折光检测器是一种浓度型通用检测器，对所有溶质都有响应，某些不能用选择性检测器检测的组分，如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃等，可用示差检测器检测。示差检测器是基于连续测定样品流路和参比流路之间折射率的变化来测定样品含量的。光从一种介质进入另一种介质时，由于两种物质的折射率不同就会产生折射。只要样品组分与滚动相的折光指数不同，就可被检测，二者相差愈大，灵敏度愈高，在一定浓度范围内检测器的输出与溶质浓度成正比。

4.电化学检测器（elec）chemicaldetector，ED）

电化学检测器主要有安培、极谱、库仑、电位、电导等检测器，属选择性检测器，可检测具有电活性的化合物。目前它已在各种无机和有机阴阳离子、生物组织和体液的代谢物、食品添加剂、环境污染物、生化制品、农药及医药等的测定中获得了广泛的应用。其中，电导检测器在离子色谱中应用最多。电化学检测器的优点是：

①灵敏度高，最小检测量～般为ng级，有目可达pg级；②选择性好，可测定大量非电活性物质中极痕量的电活性物质；③线性范围宽，一般为4～5个数量级；④设备简单，成本较低；⑤易于自动操作。

5.化学发光检测器（c。iluminescencedetector，CD）

化学发光检测器是近年来发展起来的一种快速、灵敏的新型检测器，因其设备简单、价廉、线性范围宽等优点。其原理是基于某些物质在常温下进行化学反应，生成处于激发态势反应中间体或反应产物，当它们从激发态返回基态时，就发射出光子。由于物质激发态的能量是来自化学反应，故叫作化学发光。当分开组分从色谱柱中洗脱出来后，马上与适当的化学发光试剂混合，引起化学反应，导致发光物质产生辐射，其光强度与该物质的浓度成正比。这种检测器不需要光源，也不需要繁杂的光学系统，只要有恒流泵，将化学发光试剂以一定的流速泵入混合器中，使之与柱流出物迅速而又均匀地混合产生化学发光，通过光电倍增管将光信号变成电信号，就可进行检测。这种检测器的最小检出量可达10-12g。五.数据处理系统

早期的HPLC只配有记录仪记录色谱峰，用人工计算A或H。随着计算机技术的发展，简单的积分仪，可自动打印出H、A和tR，作一些简单的计算，但不能存储数据。

现在的色谱工作站功能增多，一般包括：色谱参数的选择和设定：自动化操作仪器；色谱数据的采集和存储，并作―实时

约为cx的100倍），然后再测电动势E2，得；

E2=K，－2.303RT/nFlg（x2r2cx＋x2r2cΔ）4.26这里cΔ是参与标准溶液后试样浓度的增加值：cΔ=VScs/（V0＋VS）≈VScs/V0

可导出：ΔE=S/nlg（1＋cΔ/cx）cx=cΔ（10nΔE/S－1）－14.29特点：仅需要一种溶液，操作简单快速。

§4.8影响测定的因素132/

1.温度：温度不但影响直线斜率（2.303RT/nF），也影响直线的截距，K，项所包括的电位都与温度有关，因此在整个测定过程应保持温度恒定。

2.电动势测量：电动势测量的确凿度直接影响