2 色谱分析基础

则：
tR =
L ; uS
tM =
L u
由以上各式，可得： tR = tM(1+k)
' tR - tM tR = k= tM tM
塔板理论——柱分离效能指标 半经验理论：
将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分 离过程分割成多次的平衡过程的重复（类似于蒸馏塔塔 板上的平衡过程）。
塔板理论的假设：
分配比（Partion radio）k
在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。 分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时 的质量比： 组分在固定相中的质量 = ms k= mM 组分在流动相中的质量
分配比也称：容量因子/容量比
分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常
C· u —传质阻力项
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：
C =（Cg + பைடு நூலகம்L）
Cg =
0.01k × (1 + k ) 2 Dg
2 df
2 k × CL = × 2 3 (1 + k ) DL
k为分配比； Dg 、DL为扩散系数； 减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。
速率理论的要点
组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成 的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到
等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因；
通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流 速可提高柱效； 速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明 了流速和柱温对柱效及分离的影响； 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减 小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下 降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选 择最佳条件，才能使柱效达到最高。
2 df
载气流速与柱效——最佳流速
载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主要 因素，流速，柱效。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的主 要因素，流速,柱效。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得 存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导 数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为最佳 流速。
（1）气相色谱 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱
（2）液相色谱 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂 为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。
(3)其他色谱方法
薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法 凝胶色谱法：测聚合物分子量分布
超临界色谱：CO2流动相
高效毛细管电泳：九十年代快速发展、特别适合生物试样 分析分离的高效分析仪器
R=0.8：两峰的分离程度可达89%； R=1：分离程度98%；
R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。
2.3 色谱定性方法
1.利用纯物质定性的方法 利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同 保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色
谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的
① 柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离； ② △K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离； ③ 柱效较低，，△K较大,但分离的不好；
④ △K小，柱效低，分离效果更差。
分离度的表达式：
2(t R ( 2 ) - t R (1) ) R= Wb ( 2 ) + Wb (1)
2(t R ( 2 ) - t R (1) ) = 1.699(Y1/ 2( 2 ) + Y1/ 2(1) )
分配系数是色谱分离的依据
K=
c 组分在固定相中的浓度 = s cM 组分在流动相中的浓度
一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；
试样一定时，K主要取决于固定相性质；
每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。
随着载气的流动，溶解、挥发，或
吸附、脱附的过程反复地进行。
分配系数（Partion factor）K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、 挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间 分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系 数，用K 表示，即：
K=
c 组分在固定相中的浓度 = s cM 组分在流动相中的浓度
n有效 = 5.54( H 有效 = t 2 t 2 = ) 16( ) Y1 / 2 Wb L n有效
' R ' R
塔板理论的特点和不足
当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组 分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效 塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。 柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数 K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实 验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。
体或液体），称为流动相。
当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相
互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相
之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合 物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留
的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。
与适当的柱后检测方法 结合，实现混合物中各组分
分配比与保留时间的关系
滞留因子（retardation factor）： RS =
uS u
us：组分在分离柱内的线速度；u：流动相在分离柱内的线速度； 滞留因子RS也可以用质量分数ω表示：
ms RS = = = ms m M
1 1 = m 1 k 1 s mM
若组分和流动相通过长度为L的分离柱，需要的时间分别为tR和tM，
色谱法的特点：
分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体、手性异构体。 灵敏度高 可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。 分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 应用范围广 气相色谱：沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。
速率理论——影响柱效的因素
速率方程（也称Van Deemter方程式） H = A + B/u + C· u H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s) 减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？
A─涡流扩散项
A = 2λdp
dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子
第二章 色谱分析基础
2.1 色谱法概述 2.2 色谱分析理论基础 2.3 色谱定性方法
2.4 色谱定量方法
2.1 色谱法概述
色谱法是混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用的色谱原型装
置如图。
色谱法是一种分离技术，
试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之 为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气
分离度
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。 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。
色谱分离中的四种情况如图所示：
色谱分离中的四种情况的讨论：
在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；
将载气看作成脉动（间歇）过程；
试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； 每次分配的分配系数相同。
色谱柱长：L
虚拟的塔板间距离：H
色谱柱的理论塔板数：n 则三者的关系为： n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
tR 2 tR 2 n = 5.54( ) = 16( ) Y1/ 2 Wb
数，随分离柱温度、柱压的改变而变化；
分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数 值越大，该组分的保留时间越长；
分配比可以由实验测得。
分配比与分配系数的关系 MS VS MS VS c s VS K = = × = k= Mm M S V cm Vm b m Vm
式中β为相比。 填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。 分配比越大，保留时间越长。 VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积； VS为固定相体积，对不同类型色谱柱， VS的含义不同； 气-液色谱柱： VS为固定液体积； 气-固色谱柱： VS为吸附剂表面容量。
保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配
有效塔板数和有效塔板高度
单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在tM时间内不参与柱内分配，需引入有效塔 板数和有效塔板高度：
tR 2 tR 2 n理 = 5.54( ) = 16( ) Y1 / 2 Wb
固定相性质有关，与其他
色谱操作条件无关，它表 示了固定相对这两种组分 的选择性。
区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参数， 有三种表示方法： （1）标准偏差()：即0.607倍峰
高处色谱峰宽度的一半。
（ 2 ）半峰宽 (Y1/2) ：色谱峰高一 半处的宽度 Y1/2 =2.354 （3）峰底宽(Wb)：Wb=4