《仪器分析》-色谱分析概论

第十六章

色谱分析概论色谱过程和基本原理色谱法基本理论基本类型及其分离机制色谱法的发展概况1•

色谱法（chromatorgraphy）是一种物理/物理化学分离分析方法•

高效能的分离能力•

20世纪初，俄国植物学家Tweet首创并命名•

两次诺贝尔化学奖与之有关•

各国药典及其他标准的法定方法2第一节

色谱过程和基本原理一、色谱过程由于结构和性质的不同，试样中各组分与固定相作用的类型、强度也不同，结果在固定相上的滞留时间（或被流动相携带移动的速度）不等，产生差速迁移而被分离。样品3二、色谱流出曲线和有关概念（一）色谱流出曲线和色谱峰1.

色谱流出曲线样品2.

基线3.

色谱峰4.

对称因子4对称因子

fs(symmetryfactor)f

=W

/2A=（A+B）/

2As0.05对称峰

fs：

0.95~1.05前延峰

f

：

<0.95

拖尾峰

f

：

>1.05ssW1/2h0.05hW0.05hAB5（二）保留值•

保留时间

tR•

死时间

t0•

保留体积

VRV

=F

·tRc

R•

调整保留时间

tR

'•

死体积

V0t

'=t

–

tRR0V

=F

·t0c

0•

调整保留体积VR'V

'

=V

-V

=F

t

'RR

0c

R6•

相对保留值

relative

retention;

rtt'V'rR2'R1R2'R12,1V•

保留指数

retention

index;

Ilg

t

lg

t''I

100

z

nR

(

x)R

(

z

)xlg

t

lg

t''R

(

z

n)R

(

z

)z为正构烷烃的碳原子数。n通常为1。规定正己烷、正庚烷及正辛烷等的保留指数分别为600、700及800，多数同系物每增加一个CH2，保留指数约增加100。7例：测定甲苯的保留指数，实验得到下列色谱图，请根据色谱图求出甲苯的Ix‘t＝187

22＝165R(甲苯）t‘＝159

2

2＝137R(z）t‘＝315

2

2＝293R(zn）tlg

t

lg

t''I

100

z

nR

(

x)R

(

z

)xlg

t

lg

t''R

(

z

n)R

(

z

)lg

165

lg

137lg

293

lg

137100

7

1100(7

10.24)

7248（三）色谱峰高和峰面积（四）色谱峰和区域宽度•

峰高

h•

峰面积

AhW1/2•

标准差0.607h12h•

半峰宽W1/2•

峰宽W9（五）分离度

resolutiont

t2(t

t

)RR1RRR＝＝221(W

W

)/

2

W

W1212在作定量分析时，应使R

1.5若W

W

=412R=1时，4分离，基本分离R=1.5

6分离，完全分离10三、分配系数与色谱分离（一）分配系数和保留因子c1.分配系数K

=

scm2.保留因子（质量分配系数、分配比、容量因子）m

c

VVsss

sK=k

==Vmm

c

Vmm

m11（二）K、k和

t之间的关系vu•

保留比R'

流动相的线速度u，组分的速度vv

=L/tRu=L/t0•

在定距展开，如柱色谱中v=L/t

，u=L/t

，tR0R'0tR•

保留比与组分分子在流动相中的分数有如下关系1tmNmc

Vm

mR'

R't

t

N

N

c

V

c

V1kmsmSm

ms

s12K、k和t之间的关系t'0RtRVst

=t

(1+KR

0t

=t

(1+

k)

或R

0)Vm11

kR'

色谱过程方程式t

t

t'Rk

R0t

t0013（三）色谱分离的前提•

若组分A和B通过色谱柱K（k）不等是分离的前提VsVst

=t

(1+Kt

=t

(1+K))RA

0ARB

0BVmVmVst

=t

-t

=t

(K

-K

)R

RA

RB

0

A

BVmt

=t

(1+

k

)

t

=t

(1+

k

)RA

0ARB

0B或

t

=

t

(k

-k

)R0

A

B14第二节

基本类型色谱法及其分离机制一、分类GSCGLC柱色谱法GCLC纸色谱平面色谱法柱色谱法LLCLSC色谱法TLCLLC

LSCSEC

IECBPCCECCESFC按分子聚集状态按操作形式分类－按分离机制•

分配色谱法•

吸附色谱法•

离子交换色谱法•

分子排组色谱法16二、分配色谱法（GLC，LLC）1.

分离机制c

X

/VK

sssK-狭义分配系数c

X

/Vmmm2.

固定相和流动相3.

洗脱顺序极性洗脱顺序正相

极性弱

先出峰反相

极性强

先出峰><固定相（固定液）流动相GLCLLC载体上涂渍薄层液体H

，N

水，有机溶剂2217三、吸附色谱法（GSC,

LSC）1.

分离机制吸附Xm+nYXa+nYma解析[X

]

X

/

SKa

aaaKa

-吸附系数[X

]

X

/VmmmSaVm柱色谱中：t

t

(1

K)R0a18吸附色谱法SaVm[X

]

X

/

SKa

(1t

t

K)aaaR0a[X

]

X

/Vmmm2.

固定相和流动相固定相流动相多为吸附剂（常用硅胶）GSC：气体极性强时，洗脱能力（

0）强LSC：有机溶剂3.

洗脱顺序Ka值大，后流出色谱柱Ka与组分的性质，吸附剂的性质和流动相的性质有关19四、离子交换柱色谱法

IEC1.

分离机制交换通式：

R-B

+

AR-A

+

B再生[R

A][B]

KA/B大，交换能力强，

易保留K

A/B[R

B][A]选择性系数RSO3H

+Na+RNH3+

OH-

+Cl-RSO3Na

+H+RNH3+

Cl-+OH-20离子交换色谱法2.

固定相和流动相固定相离子交换剂流动相一定pH和离子强度的缓冲溶液3.

影响保留行为的因素•

被分离离子价态高的离子选择系数大水合离子半径，选择系数•

离子交换剂•

流动相[R

A][B]K

A/B[R

B][A]离子交换色谱法影响保留行为的因素•

被分离离子强酸性弱酸性阳离子交换树脂•

离子交换剂RCOOH+Na+RCOONa+H+•

流动相H+交换能力强强碱性弱碱性阴离子交换树脂RNR3OH

+Cl－RNR3Cl

+OH－柠檬酸根>PO

3-

>SO

2-

>

I-

>

NO

-

>SCN-

>

NO

-

>Cl-4432>

HCO

-

>CH

COO

>

OH-

>F--2233离子交换色谱法影响保留行为的因素•

被分离离子•

离子交换剂•

流动相流动相组成的影响流动相组成不同，洗脱能力不同流动相pH的影响主要影响弱离子交换树脂的交换能力RCOOH+Na+RCOONa+H+23五、分子排阻色谱法

MEC（空间排阻色谱法

SEC）1.

分离机制XmXSK

=X

/X

psm渗透系数X

=X

，K

=1X

=0，则K

=00＜Kp＜1smpsp24分子排阻色谱法2.

固定相和流动相•

固定相

多孔性凝胶，故又称凝胶色谱法（gelchromatography）性能参数：平均孔径、排斥极限和相对

分子量Kp=0

排斥极限Kp=1

全渗透点相对分子量范围•流动相有机溶剂：凝胶渗透色谱法水溶液：

凝胶过滤色谱法25分子排阻色谱法3.

保留体积与渗透系数的关系VsVmV

V

(1

K

)

V

V

K

VRmPR0p

sVs

—

凝胶孔穴的总体积，Vm

—色谱柱内凝胶的粒间体积，近似于死体积V0渗透系数小，或分子线团尺寸（相对分子质量）大的组分，保留体积小，即先被洗脱出柱。X

=X

，K

=1X

=0，则K

=00＜Kp＜1smpsp26四种基本类型色谱法VV

V

KVt

t

(1

K

s

)R0R0sVmKVsK狭义分配系数吸附系数色谱柱内固定液体积吸附剂表面积KaKA/B选择性系数渗透系数离子交换剂总交换容量凝胶孔内总容积Kp27第三节

色谱法基本理论•

塔板理论（plate

theory）热力学理论，从相平衡观点来研究分配过程。•

速率理论（rate

theory）动力学理论，从动力学观点来研究各种动力学因素对峰展宽的影响。28一、塔板理论基本假设•

在一个塔板高度

H内，组分可在两相中瞬间达到分配平衡•

分配系数K在各塔板上是常数•

流动相间歇式通过色谱柱•

试样在柱内的纵向扩散可略29（一）质量分配和转移分配色谱过程模型k

=

2

k

=

0.5AB塔板号01组分ABAB进气次数进样

1.000

1.000N=0分配平衡

0.333

0.6670.667

0.333载气固定液载气进气

0.333

0.667N=10.667

0.333固定液载气分配平衡

0.222

0.2220.445

0

.1110

.111

0.4450.222

0.222固定液30分配色谱过程模型

k

=2

k

=0.5ABABAB23进气0

.111

0.445载气0.222

0.2220.074

0.1480.148

0.074固定液载气N=2N=3平衡0.037

0.2960.074

0.1480.037

0.297固定液载气进气

0.074

0.1480.025

0.0990.049

0.049固定液载气平衡0.012

0.1980.025

0.099固定液31转移N次后，在各塔板内溶质含量的分布符合二项式的展开式：[ms

][mm

]k

(m

+m

)Nsm例：用二项式定理计算转移三次后各塔板内的溶质含量（k=2）：(m

+m

)N=m

3

+3m

2m

+

3m

m

2+m

3smssms

mm=(0.667+0.333)3=0.297+0.444+0.222+0.037=1塔板号

0

1

2

332转移N次后第r号塔板中的含量Nmr•

可由下述通式求出：N!m

mN-rr=Nmrsmr!(N-r)!例如：N=3，r=0（0号塔板）的含量3!=0.6673-0

0.3330=0.2973m00!(3-0)!N=3，r=3（3号塔板）的含量3!

0.667

0.333

=0.0373-33=3m3

3!(3-3)!33（二）流出方程曲线当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布2(t

t

)c0

2c0

2Rc

c

e2

2t=t

时Rmaxc=cmax2(t

t

)峰面积和峰高是色谱定量参数Rc

c

e2

2max34（三）理论塔板高度和理论塔板数tn=n=R

)2(塔板数

ntR()25.54W1/2色谱峰越窄，n越大，柱效越高塔板高度LnH=35举例•

在柱长为2m的某柱子上、柱温1000C的实验条件下，测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.05min。求理论塔板高度和每米的理论塔板数。tR1.50

5.54(