《色谱分析概论》(第二版)
分析化学精品课-色谱分析概论
第一节 色谱法概述
一、色谱法的由来 1．1906年由俄国植物学家Tsweet创立 植物色素分离见图示 2．现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物各组分并加以分析 固定相——除了固体，还可以是液体 流动相——液体或气体 色谱柱——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质
图示
分配系数的微小差异→吸附能力的微小差异 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出；
吸附能力强的组分后流出back
续前
（二）色谱分离原理
色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异， 平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量
（三）色谱分离特点
1．不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等 →提供了分离的可能性
2．死时间t0或tm：分配系数为零的组分的保留时间， 即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱
柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。
tR
t0 (1
K
Vs ) Vm
续前
3．分配系数K（平衡常数）：指在一定温度和压力 下，组分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与 流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）
✓ 分离机制见图示
渗透系数
KP
[XS ] [X m ]
注：Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小， 与流动相的性质无关 next
图示
✓ 分离机制： 利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离 back
➢ 结论：
四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、 分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数
固体 液体
气-固色谱 气相色谱 气-液色谱
色谱分析法概论
第一章色谱分析法概论第一节概述色谱分析法简称色谱法或层析法(chromatography)，是一种物理或物理化学分离分析方法。
从本世纪初起，特别是在近50年中，由于气相色谱法、高效液相色谱法及薄层扫描法的飞速发展，而形成一门专门的科学——色谱学。
色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混合物的最重要的分析方法，在各学科中起着重要作用。
历史上曾有两次诺贝尔化学奖是授予色谱研究工作者的：1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附分析的研究而获奖，1952年英国的Martin和Synge因发展了分配色谱而获奖；此外在1937～l972年期间有12次诺贝尔奖的研究中，色谱法都起了关键的作用。
色谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗。
在管的不同部位形成色带，因而命名为色谱。
管内填充物称为固定相(stationary phase)，冲洗剂称为流动相(mobile phase)。
随着其不断发展，色谱法不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色物质的分离。
虽然“色”已失去原有意义，但色谱法名称仍沿用至今。
30与40年代相继出现了薄层色谱法与纸色谱法。
50年代气相色谱法兴起，把色谱法提高到分离与“在线”分析的新水平，奠定了现代色谱法的基础，l957年诞生了毛细管色谱分析法。
60年代推出了气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)，有效地弥补了色谱法定性特征差的弱点。
70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起，为难挥发、热不稳定及高分子样品的分析提供了有力手段。
扩大了色谱法的应用范围，把色谱法又推进到一个新的里程碑。
80年代初出现了超临界流体色谱法(SFC)，兼有GC与HPLC的某些优点。
80年代末飞速发展起来的高效毛细管电泳法(high performance capillary electrophoresis，HPCE)更令人瞩目，其柱效高，理论塔板数可达l07m-1。
色谱分析2全解
(4) 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。
三、色谱基本分离方程式
n理
5.54( tR W1/ 2
)2
16( tR Wb
)2
n有效
5.54(
t
' R
)2
W1/ 2
16(
t
' R
)2
Wb
L H 有效 n有效
同一根色谱柱对不同组分的柱效能是不一样的，当 用这些指标表示柱效能的时候，应说明对何种组分
例：用一根柱长为1m的色谱柱分离含有A，B，C， D四个组分的混合物，它们的保留时间tR分别为 6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,其峰底宽Wb分别 为0.45min,1.07min,1.16min,1.45min。 试计算：各谱峰的理论塔板数。
3、色谱基本保留方程
基本保留方程可表示为：
tR = t0(1+k) 若载气流量F0恒定，也可用保留体积表示，则
VR=Vg+KVl 这就是色谱基本保留方程。
上式说明，色谱柱确定后，Vl和Vg即为定值。由此可见， 分配系数不同的各组分具有不同的保留值，因而在色谱图上 有不同位置的色谱峰。
例：用一根固定相的体积为0.148mL，流动相的体积为1.26mL 的色谱柱分离A,B两in，不被保留组分的保留时间为4.2min，试计算： （1）各组分的容量因子 （2）各组分的分配系数 （3）AB两组分的选择因子rB,A
色谱分析概论
第二节 色谱法的定义和分类
一、色谱法的定义 色谱法是一种物理化学的分离分析方法。它是利 色谱法是一种物理化学的分离分析方法。 用样品中各种组分在固定相与流动相中受到的作 用力不同， 用力不同，而将待分析样品中的各种组分进行分 离，然后顺序检测各组分含量的一种分离分析方 法。
第二节 色谱法的定义和分类
第三节 色谱的一些重要参数
三、时间保留值 时间保留值
组分在色谱柱中的保留时间 组分在色谱柱中的保留时间tr包含了组分随 保留时间 流动相通过柱子所需的时间和组分在固定相中 滞留所需的时间，所以t 滞留所需的时间，所以 r实际上是组分在固定 相中保留的总时间。 相中保留的总时间。 保留时间是色谱法定性的基本依据， 保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一 组分的保留时间常受到流动相流速的影响， 组分的保留时间常受到流动相流速的影响，因 此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。 此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。
第二节 色谱法的定义和分类
二、色谱法的分类 (一) 按两相物理状态分类
气相色谱（GC） 气体（载气） 气相色谱（GC）:气体（载气）为流动相的色谱 按固定相不同又可分为： 按固定相不同又可分为： 气固色谱（GSC） 气固色谱（GSC）：固定相是固体吸附剂 气液色谱（ GLC） 固定相是固定液（ 气液色谱 （ GLC ） ： 固定相是固定液 （ 附着在惰性 载体上的一薄层有机化合物液体） 载体上的一薄层有机化合物液体） 液相色谱（LC） 液相色谱（LC）：液体为流动相的色谱 按固定相不同又可分为： 按固定相不同又可分为： 液固色谱（LSC）和液液色谱（LLC）。 液固色谱（LSC）和液液色谱（LLC）。 超临界流体色谱（SFC） 超临界流体色谱（SFC）：超临界流体为流动相的色谱
色谱分析概论
分离因子和分离度 色谱中描述相邻组分分离状态的指标一般用分离因子 或分离度表示。
分离因子被定义为两种物质调整保留值之比，又称为 分配系数比或选择性系数，以α表示。
分离因子（选择性系数α）：
α
两个物质分离的前提： α≠1，即α＞1。
分离度（RS）
两个相邻色谱峰的分离度Rs（resolution）定义为两峰保 留时间差与两峰峰底宽平均值之商。
注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀
填充柱——60~100目 空心毛细管柱（0.1~0.5mm），A=0，n理较高
速率理论
back
柱子规格： 30m× 0.32mm× 0.25μm
速率理论
(2). 纵向扩散项（分子扩散项）：B/u
扩散，即浓度趋向均一的现象。
扩散速度的快慢，用扩散系数衡量。
由于样品组份被载气带入色谱柱后，以“塞子”的形式存在色谱柱的很 小一段空间中，在“塞子”前后（纵向），存在浓度差，形成浓度梯度 ，导致运动着的分子产生纵向扩散。
涡流扩散项
传质阻抗项
纵向扩散项
(1). 涡流扩散项（多径扩散项）：A
产生原因： 载气携样品进柱，由于固定相填充不均匀，使 一个组分的分子经过多个不同长度的途径流出色谱柱， 引起峰扩张。
— 填充不规则因子
dp — 填充颗粒直径
影响因素：固体颗粒越小，填充越实，A项越小
讨论：λ↓，dp ↓ →A↓ →H↓ → n↑ → 柱效↑ λ↑ ，dp ↑ →A ↑ →H ↑ → n ↓ → 柱效↓
速率理论
C· u —传质阻力项
气液色谱 传质阻力包括气相传质阻力 Cg和液相传质阻力 CL，即： C = Cg + CL
色谱峰面积
色谱峰与基线间所包围的面积。
色谱分析概论
Ws CsVs Vs k K Wm CmVm Vm
VS ★ t R t0 (1 K ) t R t0 (1 k ) Vm
t R t0 t ★ k t0 t0
注：k t R 长
' R
注：K不等或k不等是分离的前提
平面色谱
纸色谱 薄层色谱 高分子薄膜色谱
续前
3．按分离机制分：
分配色谱：利用分配系数的不同（固定相液体）
（ partition chromatography）
吸附色谱：利用物理吸附性能的差异（固定相固体）
（ absorption chromatography）
离子交换色谱：利用离子交换原理 （固定相离子交换树脂）
(2)非线性等温线
① 凸形→拖尾峰（常见） 固定相表面吸附中心活性不均，溶质分子先占据强吸附中心再 占据弱吸附中心，K随着溶质浓度的增加而减小
① 凹形→前沿峰
溶质与固定相作用，改变其表面性质，K随着溶质浓度的增加 而增加
凹形：前沿峰
线性：对称峰
斜率=K 凸形：拖尾峰
• 对称因子(symmetry factor)
图示
4．峰高和峰面积：色谱定量参数
• 峰高(peak height；h)：组分在柱后出现浓度
极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的
距离。
• 峰面积(peak area；A)：色谱曲线与基线间 包围的面积。
5．保留值：色谱定性参数
表示组分在色谱固定相内滞留状态的参数
（1）时间表示的保留值
保留时间 retention time, tR：从进样开始到组分出现浓度
注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等
色谱分析法概论习题答案
第十六章 色谱分析法概论思 考 题 和 习 题1．在一液液色谱柱上，组分A 和B 的K 分别为10和15，柱的固定相体积为0.5ml ，流动相体积为1.5ml ，流速为0.5ml/min 。
求A 、B 的保留时间和保留体积。
ml F t V V V K t t ml F t V V V K t t F V t c RB RB m s BRB c RA RA m s A RA c 0.95.018 min 18)5.15.0151(3)1(5.65.013 min 13)5.15.0101(3)1(min35.0/5.1/0000=⨯=⋅==⨯+⨯=+==⨯=⋅==⨯+⨯=+====2．在一根3m 长的色谱柱上分离一个试样的结果如下：死时间为1min ，组分1的保留时间为14min ，组分2的保留时间为17min ，峰宽为1min 。
(1) 用组分2计算色谱柱的理论塔板数n 及塔板高度H ；(2) 求调整保留时间'R 1t 及'R 2t ；(3) 用组分2 求n ef 及H ef ；(4) 求容量因子k 1及k 2；(5) 求相对保留值1,2r 和分离度R 。
(mm) 0.65 (m) 1065.0104.63n L H 104.6) 117(16) t 16(n )1(3322322R 22=⨯=⨯==⨯=⨯==-W (mm) 0.73 (m) 1073.0104.13n H 101.4) 116(16) 16(n (3)(min) 16117 (min) 13114 (2)33ef(2)ef(2)322'ef(2)''221=⨯=⨯==⨯=⨯===-==-=-L W t t t R R R 31) 1(3)1 61(2) W () t 2(R 2.1 1316r )5( 16116k 13113k (4)21''2,10'20'1121221=+-⨯=+-==========W t t t t t t t R R R R R R3．一根分配色谱柱，校正到柱温、柱压下的载气流速为43.75ml/min ；由固定液的涂量及固定液在柱温下的密度计算得V s =14.1ml 。
色谱分析概论思维导图-高清脑图模板
色谱分析概论分类色谱过程混合组分随流动相经过固定相时，会与固定相发生相互作用。
由于结构和性质的不同，各组分与固定相作用的类型，强度也不同，在固定相上滞留的程度叶不同，即被流动相携带向前移动的速度不等，产生差速迁移，从而实现混合组分的分离。
1.色谱过程是组分分子在流动相和固定相间多次“分配”的过程2.吸附柱色谱法的色谱过程:把含有A , B两组分的混合物加到色谱柱的顶端,A , B均被吸附到吸附剂（固定相）上3.然后用适当的流动相洗脱，当流动相流过时，已被吸附在固定相上的两种组分又溶解于流动相中而被解吸，并随着流动相向前移行，已解吸的组分遇到新的吸附剂，又再次被吸附。
如此，在色谱柱上发生反复多次的吸附-解吸（或称分配）的过程4.若两种组分的结构或理化性质存在着微小的差异，则它们在吸附剂表面的吸附能力和在流动相中的溶解度也存在微小的差异，吸附力较弱的组分，随流动相移动较快5.经过反复多次的重复，使微小的1差异积累起来，其结果就使吸附能力较弱的A先从色谱柱中流出，吸附能力较强的B后流出色谱柱，从而使两组得到分离。
基本原理差速迁移保留比：组分的迁移速度与流动相迁移速度之比子主题2色谱条件一定时，K大的组分保留时间长，流出晚常见色谱法的分离机制1.分配色谱法利用样品中不同组分在固定相或流动相中的溶解差别，即分配系数的差别而实现分离气-液 ， 液-液洗脱顺序：正相液-液中，极性弱的先被洗脱，极性强的后；反相相反2.吸附色谱法利用样品中不同组分对固定相吧面活性吸附中心的吸附能力差别，即吸附系数的差别而实现分离气-固 液-固溶剂强度越大，吸附能力越强，洗脱能力越强3.离子交换的色谱法利用样品组分离子对离子交换剂的亲和能力的差别，即选择性系数的差别而实现分离价态低的离子选择性系数小，先被洗脱酸性阳离子交换剂中，同价阳离子的水合离子半径越大，选择性系数越小，越先洗脱流动相离子强度增加，洗脱能力增加4.分子排阻色谱法根据被分离组分分子的线团尺寸不同，即渗透系数不同而进行分离又称空间排阻色谱法，凝胶色谱法只取决于凝胶的孔径大小与被分离组分分子的线团尺寸之间的关系相对分子质量越大，渗透系数越小，越先被洗脱色谱图/色谱流出曲线1.基线：仅流动相通过检测器时得到的流出曲线。