第十八章色谱法导论

第18章 色谱法导论 18章
1818-1 概述
一、色谱法的由来 1．1906年俄国植物学家茨维特Tsweet创立 1906年俄国植物学家茨维特Tsweet创立 年俄国植物学家茨维特Tsweet 植物色素分离方法称经典液相色谱法。 植物色素分离方法称经典液相色谱法。 经典液相色谱法 2．现在：一种重要的分离、分析技术 现在：一种重要的分离、 分离 分离混合物各组分并加以分析 被分离组分——不再仅局限于有色物质 不再仅局限于有色物质 被分离组分
色谱法分类简单归纳如下： 色谱法分类简单归纳如下：
五、色谱法的特点
优点： 优点：“三高一广” 高效能——反复多次利用组分性质的差异 高效能——反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果 高速度——几 高速度——几~几十分钟完成分离一次 可以测 多种样品 高灵敏度——10 高灵敏度——10-11~10-13g，适于痕量分析 应用范围广——气体 液体、 气体， 应用范围广——气体，液体、固体物质 化学衍生化再色谱分离、 化学衍生化再色谱分离、分析 缺点： 缺点： 对未知物分析的定性专属性差 需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)
样品从色谱柱一端 加入，再将一种吸附力 或溶解力比各组分均大 的置换剂加入柱中，将 各组分置换出来。 与固定相作用力小的 组分先流出 。 流出顺序： 1，1＋2，2，2＋3，3 3＋置换剂 适于族的分析
• 淋洗法 （洗脱法）
先把试样加入色谱柱中， 再用一种对固定相的作用 力比样品弱的流动相洗脱， 各组分沿柱下行的速度受 三个互相作用的因素（组 分－溶剂－固定相）的制 约，每种组分都可以单独 洗脱。 适于分析目的
c
k与C无关
C增大，K减小
C增大，K增大
色谱流出曲线（色谱图） 色谱流出曲线（色谱图）
指色谱柱流出物通过检测器系统时所产生的响应信号对时 间的曲线图称色谱流出曲线。 间的曲线图称色谱流出曲线。
色谱术语： 色谱术语： 1）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进 ）基线：在实验条件下， 入检测器时的流出曲线称为基线， 大的、 入检测器时的流出曲线称为基线，S/N大的、稳 大的 定的基线为水平直线。 定的基线为水平直线。 2）峰高：色谱峰顶点与基线的距离。 ）峰高：色谱峰顶点与基线的距离。 3）区域宽度：用于衡量柱效及反映色谱操作条件 ）区域宽度： 下的动力学因素。通常有三种表示方法： 下的动力学因素。通常有三种表示方法： 倍峰宽处的一半。 标准偏差σ：0.607倍峰宽处的一半。 倍峰宽处的一半 半峰宽2∆t 半峰宽 1/2（2∆X1/2或2ΔV1/2 ）：峰高一半 处的峰宽。 处的峰宽。2Δt1/2=2.354 σ 峰底宽W： 峰底宽 ：色谱峰两侧拐点上切线与基线的 交点间的距离。 交点间的距离。W = 4σ
三、色谱法定义
定义：是基于混合物各组分在流动相 固定相中的 流动相与 定义 ：是基于混合物各组分在流动相 与固定相 中的分
配系数差异，当两相作相对移动时，被分离物质在两 差异，当两相作相对移动时，
相间进行连续、多次分配， 相间进行连续、多次分配，组分分配系数微小的差异 差异，实现组分分离( 471) 导致迁移速率差异，实现组分分离(P471) 。 分离模拟示例
t = t R − tM
' R
5）保留体积 a. 死体积 M：指从进样到柱后出现空气峰极大点 死体积V 时所通过的流动相的体积。 时所通过的流动相的体积。
VM = tM F0
其中， 其中，F0为柱出口的载气流速（mL/min) 。 b. 保留体积 R：指从进样到待测物在柱后出现浓度 保留体积V 极大点时所通过的流动相的体积。 极大点时所通过的流动相的体积。
二、 塔板理论（Plate theory)
1942年，Martin等人提出 年 等人提出 的塔板理论将一根色谱柱 当作一个由许多塔板组成 的精馏塔， 的精馏塔，用塔板概念来 描述组分在柱中的分配行 为。塔板是从精馏中借用 是一种半经验理论， 的，是一种半经验理论， 但它成功地解释了色谱流 出曲线呈正态分布。 出曲线呈正态分布。
4．按动力学过程分类： ．按动力学过程分类： 前沿法（迎头法）
样品本身是流动相，开始时各组 分留在柱上，柱饱和后流出色谱柱， 与固定相作用力小的先流出。 吸附或溶解能力1<2<3 流出顺序1,1+2,1+2+3 台阶的位置:定性依据 台阶的高度：各组分定量 适于简单混合物的分离、纯化
• 顶替法(置换法)
VR = t R • F0
c. 调整保留体积 V ' ：某组份的保留体积扣除死体
R
积后的体积。 积后的体积。
' VR = VR − VM = t'R • F0
保留因子(Retention factor , k)： 6）保留因子
ms c sVs 组分在固定相中的质量 k= = = 组分在流动相中的质量 mm c mVm
α 和 k 是计算色谱柱分离效能的重要参数！ 是计算色谱柱分离效能的重要参数！
色谱流出曲线的意义： 色谱流出曲线的意义： 色谱峰数=样品中组份的最少个数； 色谱峰数 样品中组份的最少个数； 样品中组份的最少个数 色谱保留值—— 定性依据； 色谱保留值 定性依据； 色谱峰高或面积—— 定量依据； 色谱峰高或面积 定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标； 色谱柱分离效能评价指标； 色谱保留值或区域宽度 色谱柱分离效能评价指标 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据。 固定相或流动相选择是否合适的依据。 色谱峰间距 固定相或流动相选择是否合适的依据
作业
P509 18-2、18-4、18-5 、 、
18.3 色谱法基本原理
两组份峰间距足够远： 两组份峰间距足够远：由各组份在两相间的分配 系数决定， 系数决定，即由色谱过程 的热力学性质决定。 热力学性质决定。 性质决定 每个组份峰宽足够小： 每个组份峰宽足够小：由组份在色谱柱中的传质 和扩散决定， 和扩散决定，即由色谱过 动力学性质决定 性质决定。 程动力学性质决定。 因此，研究、 因此 ， 研究 、 解释色谱分离行为应从热力学 和动力学两方面进行。 和动力学两方面进行。
固定相——CaCO3颗粒 固定相 流动相——石油醚 流动相 石油醚 色带
二、 色谱法的历史与发展趋势
历史： 历史： 20世纪初 20世纪初 茨维特分离绿叶色素 30年代 30年代 离子交换色谱 40年代 TLC， 40年代 TLC，纸色谱 50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能 50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能 60年代末 HPLC出现 60年代末 HPLC出现，使色谱分析范围进一步扩大 出现， 趋势： 趋势： 1．联用仪器：GC-MS，HPLC-MS 联用仪器：GC-MS，HPLC2．智能化发展
其中V 为固定相体积。 其中 m为流动相体积，Vs为固定相体积。 K 与 k 的关系： 的关系：
cs m s / Vs Vm K= = =k• = k•β Vs c m mm / Vm
tR −tM t'R k= = tM tM
tM mm = ' t M + t R mm + ms 1 1 = ' tR 1 + k 1+ tM
tR −tM t k= = tM tM
' R
7）相对保留值α ：组份2的调整保留值与组份 组份 的调整保留值与组份1 的调整保留值与组份 的调整保留值之比。 的调整保留值之比。
α= t'R(2) t'R(1) k K = 2 = 2 k1 K 1
注意： 两组分不能分开； 注意：α =1 时，两组分不能分开；当两组分 K 或 k 相 差越大时， 越大，分离得越好。也就是说， 差越大时，α 越大，分离得越好。也就是说，两组分 在两相间的分配系数不同，是色谱分离的先决条件。 在两相间的分配系数不同，是色谱分离的先决条件。
18.2 色谱法基本概念和术语 色谱分离过程
为什么A 为什么A和B组分在色谱分离过程中能得到分离？ 组分在色谱分离过程中能得到分离？
分配系数(Distribution constant, K)： 分配系数 描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸 脱附过程的参数， 附-脱附过程的参数，称为分配系数。 脱附过程的参数 称为分配系数。
b. 保留时间 R： 试样从进样到出现峰极大值时的 保留时间t 时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间t 时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间 M和组 份在固定相中滞留的时间。 份在固定相中滞留的时间。
L tR = uX
式中 u x 为溶质通过色谱柱的平均线速度 c. 调整保留时间 t' ：某组份的保留时间扣除死时 R 间后的保留时间， 间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间 。即
N=0,组分加到0号塔板上
0号 1号 2号 3号 4号 检 测 器
平衡时
0.5 0.5
检 测 器
N=1，进1△V载气 0.5 0.5 0.5 平衡时 0.5 0.25 0.25 N=2,进2△V载气 0.25 0.25 平衡时 0.125 0.125 0.25 0.25 0.25 0.125 0.125 0.25 检 测 器 检 测 器 0.25 0.25 检 测 器
固定相
固体 液体
气体（N2 , H2 , He , Ar）
流动相
液体（methanol, water） 超临界流体（ CO2 ）
固定液+载体（担体） 固定液 载体（担体） 载体
固定液 载体（担体） 载体（担体）
四、分类： 分类：
1．按固定相的形态分类： ．按固定相的形态分类： 气相色谱
{ {
固色谱（ 气-固色谱（GSC） 固色谱 ） 液色谱（ 气-液色谱（GLC） 液色谱 ） 液-固色谱（LSC） 固色谱（ 固色谱 ） 液色谱（ 液-液色谱（LLC） 液色谱 ）