色谱分析基础
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色谱理论基础
k = ws /wm = K·Vs/ Vm = K / 可见，k与组分的分配系数K和相比有关，但与流动相流速
无关。k值大小可直接从色谱图上测量。有关计算式如下：
k tr t0 Vr V0
t0
V0
恒流速 t0 的测定
基本保留方程 分离因子
tr = t0 (1＋k) Vr = F tr
Vr V0 (1 k) V0 KVs
t r2 K2 k2
t r1 K1 k1
色谱分离的特征之一是组分在色谱柱上有不同程度上 的滞留。由于色谱固定相面积很大、液膜很薄, 组分通 过色谱柱时, 它们在两相间的分配被认为是达到平衡的。 优先分配在固定相的组分在柱上的保留时间最长, 而分 配系数小的组分保留时间短。换句话说，溶质的保留行 为是其平衡分配性质的函数。组分之间平衡分配性质的 差异给色谱分离提供了可能性。
G为负值, 则柱温与分配系数成反比。一般温度上升,
K值下降, 这导致组分移动速度增加, 保留值下降。
对任何色谱过程, 分配系数对温度的变化率为：
d ln K H
dTc RTc
在气相色谱中, 组分从气相转移到液相, 其H值大,
常用控制柱温来调节分离；而在液相色谱中, 组分从
液相转移另一液相（固定相）, 其H值要小得多。所
以液相色谱对温度变化不太敏感, 一般在室温下操作。
对于气相色谱分析, 柱温上升20℃，K下降一半，
低温有利于分离，高温有利于分析速度。 同样，柱温的稳定性严重影响GC的保留值，商品
仪器的柱温控制精度为±0.2℃。
问题：在色谱分析中，温度除了对分离结果 有影响外，还有其它影响吗？
补充材料
GC中的温度控制
中, uX = u，即X谱带的迁移速度与流动相分子通过色 谱柱的速度一样。
无关。k值大小可直接从色谱图上测量。有关计算式如下：
k tr t0 Vr V0
t0
V0
恒流速 t0 的测定
基本保留方程 分离因子
tr = t0 (1＋k) Vr = F tr
Vr V0 (1 k) V0 KVs
t r2 K2 k2
t r1 K1 k1
色谱分离的特征之一是组分在色谱柱上有不同程度上 的滞留。由于色谱固定相面积很大、液膜很薄, 组分通 过色谱柱时, 它们在两相间的分配被认为是达到平衡的。 优先分配在固定相的组分在柱上的保留时间最长, 而分 配系数小的组分保留时间短。换句话说，溶质的保留行 为是其平衡分配性质的函数。组分之间平衡分配性质的 差异给色谱分离提供了可能性。
G为负值, 则柱温与分配系数成反比。一般温度上升,
K值下降, 这导致组分移动速度增加, 保留值下降。
对任何色谱过程, 分配系数对温度的变化率为：
d ln K H
dTc RTc
在气相色谱中, 组分从气相转移到液相, 其H值大,
常用控制柱温来调节分离；而在液相色谱中, 组分从
液相转移另一液相（固定相）, 其H值要小得多。所
以液相色谱对温度变化不太敏感, 一般在室温下操作。
对于气相色谱分析, 柱温上升20℃，K下降一半，
低温有利于分离，高温有利于分析速度。 同样，柱温的稳定性严重影响GC的保留值，商品
仪器的柱温控制精度为±0.2℃。
问题：在色谱分析中，温度除了对分离结果 有影响外，还有其它影响吗？
补充材料
GC中的温度控制
中, uX = u，即X谱带的迁移速度与流动相分子通过色 谱柱的速度一样。
第二章色谱基础理论(本)
基础理论
46
基础理论
47
范氏方程说明：
▪ u一定时，A，B，C越小，H越小，柱效越
高，色谱峰越窄；颗粒越小，H越小，柱 效越高。
▪ U很小时，B/U项占主导，CU项可忽略 ▪ U很大时，CU项占主导，B/U项可忽略
基础理论
48
综合考虑: U实际稍高于Uopt 因为: 1.右侧曲线斜率小,U稍变化不会引起
拖尾因子（fs） x = h/20
fs =（B+A）/2A
fs = 0.95-1.05 正常峰
fs <0.95
前延峰
fs >1.05
拖尾峰
即使不进样也会出现的峰
20% - 100% MeOH
60
没有进样
15
30
问题:流动相脏
15
0
3
7
15
17
基础理论
13
二、定 性 参 数
W
(t tR )2
e 2 2
V 2
---呈正态分布 t=tR时，C=Cmax
基础理论
31
Cmax的影响因素：
进样量W愈大,则Cmax愈大，W与Cmax 成正比。 色谱柱内径愈小，填充愈紧密，Cmax/W比值愈
大。即柱愈细填充愈紧密，柱效N越高。 色谱柱愈短，Cmax值愈大。 先出柱的组分k’小，所以Cmax/W大。提高柱温 （GC），增加强洗脱剂的浓度（HPLC），可使
总结
●热力学：保留值的差 别要足够大 Sig
●动力学：色谱峰要
足够窄
Sig
基础理论
time time time 51
第四节 分子间作用力
基础理论
52
一、定向力
色谱基础
图4－7 某组分的色谱图
12
（1）色谱术语 ：保留时间、调整保留时间、 保留体积、调整保留体积
• 保留时间（retention time）:从进样到组分峰顶点之间测得的时 间，用tR表示。 • 调整保留时间（adjusted retention time）：组分的保留时间扣除 死时间后的时间。 • 保留体积（retention volume）：从进样开始到监测器中样品浓 度最大时，流动相流经色谱柱的体积。 • 调整保留体积（adjusted retention volume）:保留体积扣除死体 积后的体积。
即相对保留因子可以用来表示固定相的选择性，因 此也称为选择性系数（用α表示） ，可以用来衡量固
定相是否选择合适。
15
（1）色谱术语 ：相对保留因子(也称选择性系数)
采用相对保留因子可以消除一些仪器操作条件的 影响。只要柱温，固定相和流动相的性质保持不 变，即使柱长、柱径、填充情况及流动相的流速 有所变化，由于相对保留值在较短的时间间隔内 进行测定，实验条件队保留值的影响在分子、分 母中都存在，其比值仍基本保持不变，因此她是 气相色谱中广泛使用的定性数据。
色谱理论研究物质在色谱过程中的运动规律，如解释色谱流 出曲线的形状，色谱峰变宽的机理，从而为色谱分离条件的 选择提供理论指导。
基本 理论
塔板理论 速率理论
分离度
A、B两组分分离所要满足的条件： 1.两组分的分配系数有差异 2.区域扩宽的速率小于区域分离的速率 3.有足够长的色谱柱
19
§4-2
色谱理论简介
色谱 图
图4－4 某组分的色谱图
10
（1）色谱术语：基线与基线漂移
• 基线：在色谱操作条件下，仅有流动相通过监测器时，由 记录仪得到的信号－时间曲线。 • 基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化。
色谱基础知识
色谱基础知识
分离系统：色谱柱
色谱基础知识
分子筛柱： 主要用于分离分离永久气体，如He、H2、O2+Ar、N2、CH4、CO等
400000 300000
CH4 O2
MS 6/4 4m MS 1/8" 3m
200000
N2
H2
100000
CO
0
Minutes
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
-100000
色谱基础知识
色谱基础知识
几个基本概念： Chromatography：色谱法，一种分离和分析的方法 Chromatograph： 色谱仪，以色谱法为原理的分析仪器 Chromatogram： 色谱图，色谱仪生成的分析结果
色谱基础知识
Chromatography 色谱法：
色谱法是一种分离和分析方法，又叫层析法，它利 用不同物质在不同相态间的选择性分配，以流动相对 固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会 以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。
7
S2
10
6
R2
9
IN2
ANALYSIS
D
OUT2
B
OUT1
TCD DETECTOR
S2
S1
R2
R1
E
A – 参比气入口 B – 参比气出口 C – 测量气入口 D – 测量气出口 E – 测量室
C
IN2
A
IN1
热导检测器 Thermal Conductive Detector
色谱基础知识
色谱基础知识
保留时间是色谱法定性的依据。
色谱分析的基本原理
色谱分析的基本原理 §11.1 概述(Overview) §11.2 色谱图的展开及相关术语 §11.3 色谱分析理论基础 §11.4 色谱理论 §11.5 色谱分离条件的选择 §11.6 色谱的定性和定量分析 §11.1 概述(Overview) 一. 色谱法分离的基本原理 色谱法分离的基本原理是基于组分通过互不相溶的两相而达到分离 的，即样品溶解在流动相(Mobile Phase)中。从装填在柱子中或涂渍 在载体表面的固定相(Stationary Phase)上通过，依据组分与固定相 之间的相互作用力的不同。经过充分的运行时间，它们即可被分离。
相对保留值 r2,1 或
指某组分 2 的调整保留值与另一组分 1 的调整保留值之比：
r2,1
t, R(2)
t, R (1)
VR, (2) V,
R (1)
r2,1
t R(2) t R(1)
r2,1 r2,1ttR,R,((12))ttR,R,((12VV)) RR,,((12VV)) RR,,((12))
h
Y1/2
h1/2
0.607
h
Y
图 11-2 色谱流出曲线图 标准偏差
即 0.607 倍峰高处色谱峰宽度的一半 半峰宽度 Y1/2 又称半宽度或区域宽度，即二分之一峰高处对应的峰宽度，它与标
准偏差的关系为
Y1 2 2 ln 2 2
峰底宽度 Y
自色谱峰侧的转折点所作切线在基线上的截距，如图 2-3 所
t
检
R
测
信
tM
号
时间 t
1. 基线 当色谱柱没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反映
检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。稳定的基线是一条直线。 如图中的 ot 所示的线。
相对保留值 r2,1 或
指某组分 2 的调整保留值与另一组分 1 的调整保留值之比：
r2,1
t, R(2)
t, R (1)
VR, (2) V,
R (1)
r2,1
t R(2) t R(1)
r2,1 r2,1ttR,R,((12))ttR,R,((12VV)) RR,,((12VV)) RR,,((12))
h
Y1/2
h1/2
0.607
h
Y
图 11-2 色谱流出曲线图 标准偏差
即 0.607 倍峰高处色谱峰宽度的一半 半峰宽度 Y1/2 又称半宽度或区域宽度，即二分之一峰高处对应的峰宽度，它与标
准偏差的关系为
Y1 2 2 ln 2 2
峰底宽度 Y
自色谱峰侧的转折点所作切线在基线上的截距，如图 2-3 所
t
检
R
测
信
tM
号
时间 t
1. 基线 当色谱柱没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反映
检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。稳定的基线是一条直线。 如图中的 ot 所示的线。
色谱基础知识
目前色谱法是生命科学、材料科学、环境科学、医药科学、 食品科学/安全、法庭科学以及航天科学等研究领域的重要手段。 各种色谱仪器已经成为各类研究室、实验室极为重要的仪器设备。
色谱的优点
★ 分离效率高 ★ 分析速度快 ★ 应用范围广 ★ 样品用量少 ★ 灵敏度高 ★ 分离和测定同步完成 ★ 易于自动化，可在工业流程中使用
高分子多孔微球：新型的有机合成固定相（苯乙烯/二乙烯苯共聚）。 适用于水、气体及低级醇的分析。
②气液色谱：溶质在固定相和流动相中进行分配，通过分子间作用力
（色散力、静电力、诱导力、氢键）的差异实现分离。
固定相=载体+固定液
对载体的要求：√具有化学惰性
√具有热稳定性
√具有一定的机械强度 √具有适当的比表面
ECD1A, ECD1A, 前部信号(HP5-ECD\STD-50PPB.D)
归一化 325
相交的两点之间的距离，W=1.698644× W ECD1A,ECD1A,前部信号(HP5-ECD\STD-50PPB.D)
300
1/2
归一化
275
800 700
250
600
225
500
200
W1/2
h
400 300
色谱的发展历程
1931年，Kuhn和Lederer重复了Tswett的实验，用氧化铝和碳 酸钙做固定相分离出了3中胡萝卜素（α、β、γ），此后用这种方法 分离了60多种这类色素。
1940年，Martin和Synge提出液液分配色谱法。 1941年， Martin和Synge提出用气体代替液体做流动相的可能。 此后的11年内，James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气 液色谱方法，因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。 1956年，Van Deemter提出速率理论。1965年Giddings对其进 行了总结和发展。 1957年，Golay开创了毛细管柱气相色谱法。
色谱的优点
★ 分离效率高 ★ 分析速度快 ★ 应用范围广 ★ 样品用量少 ★ 灵敏度高 ★ 分离和测定同步完成 ★ 易于自动化，可在工业流程中使用
高分子多孔微球：新型的有机合成固定相（苯乙烯/二乙烯苯共聚）。 适用于水、气体及低级醇的分析。
②气液色谱：溶质在固定相和流动相中进行分配，通过分子间作用力
（色散力、静电力、诱导力、氢键）的差异实现分离。
固定相=载体+固定液
对载体的要求：√具有化学惰性
√具有热稳定性
√具有一定的机械强度 √具有适当的比表面
ECD1A, ECD1A, 前部信号(HP5-ECD\STD-50PPB.D)
归一化 325
相交的两点之间的距离，W=1.698644× W ECD1A,ECD1A,前部信号(HP5-ECD\STD-50PPB.D)
300
1/2
归一化
275
800 700
250
600
225
500
200
W1/2
h
400 300
色谱的发展历程
1931年，Kuhn和Lederer重复了Tswett的实验，用氧化铝和碳 酸钙做固定相分离出了3中胡萝卜素（α、β、γ），此后用这种方法 分离了60多种这类色素。
1940年，Martin和Synge提出液液分配色谱法。 1941年， Martin和Synge提出用气体代替液体做流动相的可能。 此后的11年内，James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气 液色谱方法，因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。 1956年，Van Deemter提出速率理论。1965年Giddings对其进 行了总结和发展。 1957年，Golay开创了毛细管柱气相色谱法。
3--第二章色谱分析理论基础
当待分离组分随着载气进入色谱柱，组分就开始在两相间进行 分配，平衡后，再随着载气进入下一个塔板进行分配，平衡后 再进入下一个塔板。以此类推，从而不断达到分配平衡。
1.塔板理论基本假设
（1）在色谱柱中的每一小段长度H内，组分迅速达到分 配平衡，这一小段色谱柱称为理论塔板，其长度称为理论 塔板高度，简称板高，记为H； （2）载气不是连续通过色谱柱，而是脉冲式，每次进气 量为一个板体积； （3）试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿柱纵向扩 散忽略不计； （4）分配系数在各塔板上是常数； （5）塔板与塔板之间不连续。
结论： 分配系数K是色谱分离中的一个重要参数。 两组分分配系数K相差越大，两峰分离的就越好。 不同物质的分配系数K相同时，组分不能分离。因此是色 谱分离依据。
3.分配比k
又叫容量比、容量因子。
在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在 两相之间的质量比值，以k表示。
组分在固定相中的质量
k＝
分子扩散大。
3.传质阻力项C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。传质阻 力C包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL 。液相传质阻力 大于气相传质阻力。
C =（Cg + CL）
气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程。
这一过程中试样组分将在两相间进 行质量交换，即进行浓度分配。有 的分子还来不及进入两相界面，就 被气相带走；有的则在进入两相界 面后又来不及返回气相。这样，使 得试样在两相界面上不能瞬间达到 分配平衡，引起滞后现象，从而使 色谱峰变宽。
（3）对于某确定的色谱分配体系，组分的分离最终决定于 组分在每相中的相对量，而不是决定于组分在每相中的相对 浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。 k越大，组分保留时间越长，k=0，组分的保留时间为死时间。
色谱分析法理论基础
（1）用时间表示的保留值（二）_
调整保留时间 t ‘的R：保指留扣时除间了，死如时图间中 的A'B。
即：t'R = tR－ tM
注意：当固定相一 定，在确定的实验条 件下，任何物质都有 一定的保留时间，它 是色谱分析法的基本 参数。
（2）用体积表示的保留值
保留体积VR：指从进样 到柱后出现待测组分浓 度极大值时所通过的载 气体积。
区域宽度（三）
（3）峰基宽度Wb：即通 过流出曲线的拐点所作的 切线在基线的截距，如图 I J所示。 Wb与σ的关系：
Wb ＝4σ
7.2.2 色谱法中的主要参数和关系式
分配系数Kp和容量因子K '
（1）分配系数Kp：定温定压下物质在固定相和流动相中的 浓度比。 KP＝[A]s / [A]m （s－固定相； m－流动相）
• R＝ 0.59R'
7.2.5 分离效率的表示方法－分离度（四）
关于R、n有效、r2.1、H有效、L柱长间关系如下：
R= r 2.1 1
r 2.1
n有效 16
n有效＝16R2
r
r 2.1 2.1
1
2
L＝16R2
r 2.1 2 r 2.1 1
H有效
H有效=L / n有效
对于一定的色谱柱和一定的难分离物质对，在一定
❖扩散的严重与否，关键是取决于流动相的线速 度。
7.2.4 影响色谱柱效能的因素 ——速率理论（五）
C － 固定相传质阻力项 D － 流动相传质阻力项 (非平衡状态作用)
此两项对色谱峰的影响均与流速成正比。在流速很 高的情况下，由于没有足够的时间建立平衡，偏离更为 严重。
对于一定的色谱体系，速率方程中A、B、C、D其 值为一定。速率方程描述了流动相的平均线速度对柱 效能的影响。
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2010-9-10
相对保留值r 3. 相对保留值 21
组分2与组分 调整保留值之比 组分 与组分1调整保留值之比： 与组分 调整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / VR1 相对保留值只与柱温 和固定相性质有关， 和固定相性质有关 ， 与其 他色谱操作条件无关， 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。 分的选择性。
2010-9-10
分配系数（ 2. 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、 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， 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： 称为分配系数， 分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数， ） 表示， 用K 表示，即：
第八章 色谱分析基础
fundamental of chromatograph analysis
色谱法的特点、 一、 色谱法的特点、 分类和作用
characteristic ,classification actuation of chromatograph
二、气相色谱分离过程
separation process of gas chromatograph
2010-9-10
4. 容量因子与分配系数的关系
MS VS MS VS cs VS K k= = = = Mm MS cm Vm β Vm Vm
式中β为相比。 式中 为相比。 为相比 填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。 填充柱相比： ～ ；毛细管柱的相比： ～ 。 容量因子越大，保留时间越长。 容量因子越大，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； 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； 为固定相体积，对不同类型色谱柱， 的含义不同； 液色谱柱： 为固定液体积； 气-液色谱柱： VS为固定液体积； 液色谱柱 固色谱柱： 为吸附剂表面容量； 气-固色谱柱： VS为吸附剂表面容量； 固色谱柱
2010-9-10
（动画） 动画）
2.色谱法分类 2.色谱法分类
流动相为气体（ (1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 气相色谱 流动相为气体 称为载气） 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为： 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
试样一定时，K主要取决于固定相性质； 试样一定时， 主要取决于固定相性质 主要取决于固定相性质； 试样一定时 每个组份在各种固定相上的分配系数 不同； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同 每个组份在各种固定相上的分配系数 不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 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 值是分离的基础； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础 试样中的各组分具有不同的 值是分离的基础； 某组分的 = 0时，即不被固定相保留，最先流出。 某组分的K 某组分的 时 即不被固定相保留，最先流出。
2010-9-10
色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时， 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， 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， 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， 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， 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。 流出。 与适当的柱后检测方 法结合， 法结合，实现混合物中各 组分的分离与检测。 组分的分离与检测。 两相及两相的相对运 动构成了色谱法的基础
第一节 色谱法概述
generalization of chromatograph analysis
2010-9-10
一、 色谱法的特点、分类和作用 色谱法的特点、
1.概述 1.概述
混合物最有效的分离、分析方法。 混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 1906年使用的装置 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图。 色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术， 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。 分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相 固定相； 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 （动画） 动画） 气体或液体），称为流动相 ），称为流动相。 体（气体或液体），称为流动相。
R
R
R
M
2010-9-10
（2）用体留体积（VR）： VR = tR×F0 F0为柱出口处的载气流量， 为柱出口处的载气流量， 单位： 单位：m L / min。 。 死体积（ 死体积（VM）： VM = tM ×F0 调整保留体积(V 调整保留体积 R＇)： ： V R＇ = VR －VM
2010-9-10
5. 分配比与保留时间的关系
滞留因子（ 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 组分在分离柱内的线速度； ： 表示： 速度；滞留因子R 也可以用质量分数ω表示 速度；滞留因子 S也可以用质量分数 表示：
分配比也称： 分配比也称：
容量因子(capacity factor)；容量比 容量因子 ；容量比(capacity factor)； ； 1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质 有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的 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。 参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。 分配比可以由实验测得。
组分在固定相中的浓度 cs K= = 组分在流动相中的浓度 cM
分配系数是色谱分离的依据。 分配系数是色谱分离的依据。
2010-9-10
分配系数 K 的讨论
组分在固定相中的浓度 K= 组分在流动相中的浓度
一定温度下，组分的分配系数 越大，出峰越慢； 一定温度下，组分的分配系数K越大 出峰越慢； 越大，
2010-9-10
4. 区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参 数，有三种表示方法： 三种表示方法： （ 1） 标准偏差 σ )： 即 0.607倍 ） 标准偏差( ： 倍 峰高处色谱峰宽度的一半。 峰高处色谱峰宽度的一半。 （2）半峰宽 1/2)：色谱峰高一 ）半峰宽(Y ： 半处的宽度 Y1/2 =2.354 σ （3）峰底宽 b)：Wb=4 σ ）峰底宽(W ：
2010-9-10
' tR tM tR k= = tM tM
三、色谱流出曲线与术语 三、色谱流出曲线与术语
1.基线
无试样通过检测器时， 无试样通过检测器时 ， 检测到的信号即为基线。 检测到的信号即为基线。
2.保留值
（1）时间表示的保留值 ） 保留时间（ ）：组 保留时间（tR）：组 分从进样到柱后出现浓度 极大值时所需的时间； 极大值时所需的时间； 死时间（ ）：不与固定相作用的气体 如空气） 不与固定相作用的气体（ 死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保 留时间； 留时间； 动画） （动画） 调整保留时间（ ＇）： 调整保留时间（t ＇）：t ＇= t －t
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气固(液固 色谱和气液 液液)色谱 气固 液固)色谱和气液 液液 色谱，两者的 液固 色谱和气液(液液 色谱，
1. 气相色谱分离过程
当试样由载气携带进入色 谱柱与固定相接触时， 谱柱与固定相接触时 ， 被固定 相溶解或吸附; 相溶解或吸附; 随着载气的不断通入， 随着载气的不断通入 ， 被 溶解或吸附的组分又从固定相 中挥发或脱附; 中挥发或脱附; 挥发或脱附下的组分随着 载气向前移动时又再次被固定 相溶解或吸附; 相溶解或吸附; 随着载气的流动 ， 溶解 、 随着载气的流动， 溶解、 挥发， 或吸附、 脱附的过程反 挥发 ， 或吸附 、 复地进行。 复地进行。 动画） （动画）
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3.色谱法的特点 3.色谱法的特点
（1）分离效率高 ） 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 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。 （3） 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。 （4） 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。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不足之处： 不足之处： 被分离组分的定性较为困难。
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二、色谱分离过程
色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 填充柱色谱 分离机理不同。 分离机理不同。 气固(液固 色谱的固定相 多孔性的固体吸附剂颗粒。 气固 液固)色谱的固定相 多孔性的固体吸附剂颗粒。 液固 色谱的固定相: 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液(液液 色谱的固定相 担体和固定液所组成。 气液 液液)色谱的固定相 由 担体和固定液所组成。 液液 色谱的固定相: 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理: 气固色谱的分离机理 吸附与脱附的不断重复过程； 吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理： 气液色谱的分离机理： 气液(液液 两相间的反复多次分配过程 气液 液液)两相间的反复多次分配过程。 液液 两相间的反复多次分配过程。
相对保留值r 3. 相对保留值 21
组分2与组分 调整保留值之比 组分 与组分1调整保留值之比： 与组分 调整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / VR1 相对保留值只与柱温 和固定相性质有关， 和固定相性质有关 ， 与其 他色谱操作条件无关， 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。 分的选择性。
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分配系数（ 2. 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、 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， 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： 称为分配系数， 分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数， ） 表示， 用K 表示，即：
第八章 色谱分析基础
fundamental of chromatograph analysis
色谱法的特点、 一、 色谱法的特点、 分类和作用
characteristic ,classification actuation of chromatograph
二、气相色谱分离过程
separation process of gas chromatograph
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4. 容量因子与分配系数的关系
MS VS MS VS cs VS K k= = = = Mm MS cm Vm β Vm Vm
式中β为相比。 式中 为相比。 为相比 填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。 填充柱相比： ～ ；毛细管柱的相比： ～ 。 容量因子越大，保留时间越长。 容量因子越大，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； 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； 为固定相体积，对不同类型色谱柱， 的含义不同； 液色谱柱： 为固定液体积； 气-液色谱柱： VS为固定液体积； 液色谱柱 固色谱柱： 为吸附剂表面容量； 气-固色谱柱： VS为吸附剂表面容量； 固色谱柱
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（动画） 动画）
2.色谱法分类 2.色谱法分类
流动相为气体（ (1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 气相色谱 流动相为气体 称为载气） 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为： 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
试样一定时，K主要取决于固定相性质； 试样一定时， 主要取决于固定相性质 主要取决于固定相性质； 试样一定时 每个组份在各种固定相上的分配系数 不同； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同 每个组份在各种固定相上的分配系数 不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 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 值是分离的基础； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础 试样中的各组分具有不同的 值是分离的基础； 某组分的 = 0时，即不被固定相保留，最先流出。 某组分的K 某组分的 时 即不被固定相保留，最先流出。
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色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时， 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， 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， 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， 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， 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。 流出。 与适当的柱后检测方 法结合， 法结合，实现混合物中各 组分的分离与检测。 组分的分离与检测。 两相及两相的相对运 动构成了色谱法的基础
第一节 色谱法概述
generalization of chromatograph analysis
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一、 色谱法的特点、分类和作用 色谱法的特点、
1.概述 1.概述
混合物最有效的分离、分析方法。 混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 1906年使用的装置 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图。 色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术， 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。 分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相 固定相； 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 （动画） 动画） 气体或液体），称为流动相 ），称为流动相。 体（气体或液体），称为流动相。
R
R
R
M
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（2）用体留体积（VR）： VR = tR×F0 F0为柱出口处的载气流量， 为柱出口处的载气流量， 单位： 单位：m L / min。 。 死体积（ 死体积（VM）： VM = tM ×F0 调整保留体积(V 调整保留体积 R＇)： ： V R＇ = VR －VM
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5. 分配比与保留时间的关系
滞留因子（ 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 组分在分离柱内的线速度； ： 表示： 速度；滞留因子R 也可以用质量分数ω表示 速度；滞留因子 S也可以用质量分数 表示：
分配比也称： 分配比也称：
容量因子(capacity factor)；容量比 容量因子 ；容量比(capacity factor)； ； 1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质 有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的 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。 参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。 分配比可以由实验测得。
组分在固定相中的浓度 cs K= = 组分在流动相中的浓度 cM
分配系数是色谱分离的依据。 分配系数是色谱分离的依据。
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分配系数 K 的讨论
组分在固定相中的浓度 K= 组分在流动相中的浓度
一定温度下，组分的分配系数 越大，出峰越慢； 一定温度下，组分的分配系数K越大 出峰越慢； 越大，
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4. 区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参 数，有三种表示方法： 三种表示方法： （ 1） 标准偏差 σ )： 即 0.607倍 ） 标准偏差( ： 倍 峰高处色谱峰宽度的一半。 峰高处色谱峰宽度的一半。 （2）半峰宽 1/2)：色谱峰高一 ）半峰宽(Y ： 半处的宽度 Y1/2 =2.354 σ （3）峰底宽 b)：Wb=4 σ ）峰底宽(W ：
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' tR tM tR k= = tM tM
三、色谱流出曲线与术语 三、色谱流出曲线与术语
1.基线
无试样通过检测器时， 无试样通过检测器时 ， 检测到的信号即为基线。 检测到的信号即为基线。
2.保留值
（1）时间表示的保留值 ） 保留时间（ ）：组 保留时间（tR）：组 分从进样到柱后出现浓度 极大值时所需的时间； 极大值时所需的时间； 死时间（ ）：不与固定相作用的气体 如空气） 不与固定相作用的气体（ 死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保 留时间； 留时间； 动画） （动画） 调整保留时间（ ＇）： 调整保留时间（t ＇）：t ＇= t －t
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气固(液固 色谱和气液 液液)色谱 气固 液固)色谱和气液 液液 色谱，两者的 液固 色谱和气液(液液 色谱，
1. 气相色谱分离过程
当试样由载气携带进入色 谱柱与固定相接触时， 谱柱与固定相接触时 ， 被固定 相溶解或吸附; 相溶解或吸附; 随着载气的不断通入， 随着载气的不断通入 ， 被 溶解或吸附的组分又从固定相 中挥发或脱附; 中挥发或脱附; 挥发或脱附下的组分随着 载气向前移动时又再次被固定 相溶解或吸附; 相溶解或吸附; 随着载气的流动 ， 溶解 、 随着载气的流动， 溶解、 挥发， 或吸附、 脱附的过程反 挥发 ， 或吸附 、 复地进行。 复地进行。 动画） （动画）
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3.色谱法的特点 3.色谱法的特点
（1）分离效率高 ） 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 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。 （3） 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。 （4） 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。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不足之处： 不足之处： 被分离组分的定性较为困难。
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二、色谱分离过程
色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 填充柱色谱 分离机理不同。 分离机理不同。 气固(液固 色谱的固定相 多孔性的固体吸附剂颗粒。 气固 液固)色谱的固定相 多孔性的固体吸附剂颗粒。 液固 色谱的固定相: 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液(液液 色谱的固定相 担体和固定液所组成。 气液 液液)色谱的固定相 由 担体和固定液所组成。 液液 色谱的固定相: 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理: 气固色谱的分离机理 吸附与脱附的不断重复过程； 吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理： 气液色谱的分离机理： 气液(液液 两相间的反复多次分配过程 气液 液液)两相间的反复多次分配过程。 液液 两相间的反复多次分配过程。