色谱分析—简易版

4．死体积 VM 指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗 粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接 头间的空间以及检测器的空间的总和．当 后两项很小而可忽略不计时，死体积可由 死时间与流动相体积流速F0 （L／min）计 算：
V M = t M· 0 F
5．保留体积 VR
指从进样开始到被测组份在柱后出现浓 度极大点时所通过的流动相体积。保留体积 与保留时间的关系如下：
A 色谱法分类
1．按两相状态分类
气体为流动相的色谱称为气相色谱（GC）， 根据固定相是固体吸附剂还是固定液（附着在 惰性载体上的一薄层有机化合物液体），又可 分为气固色谱（GSC）和气液色谱（GLC）. （GLC）．液体为流动相的色谱称液相色谱 （LC）。同理，液相色谱亦可分为液固色谱 （LSC）和液液色谱（LLC）。超临界流体为 流动相的色谱称为超临界流体色谱（SFC）。 随着色谱工作的发展，通过化学反应将固定液 键合到载体表面，这种化学键合固定相的色谱 又称化学键合相色谱（CBPC）。
某组份的保留时间扣除死时间后称为该 组份的调整保留时间，即 t R′ = t R – t M
由于组份在色谱柱中的保留时间t R包含了组份 随流动相通过柱子所需的时间和组份在固定相中滞 留所需的时间，所以t R′实际上是组份在固定相中 停留的总时间．保留时间可用 时间单位 （如s）或 距离单位（如cm）表示。 保留时间是色谱法定性的基本依据，同一组份的 保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作 者有时用保留体积等参数进行定性检定．
3. 基线宽度W 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线 上的截距，如图1-2中IJ的距离．它与标 准偏差。的关系是：
W = 4σ
从色谱流出曲线上，可以得到许多重 要信息：
（l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所合 组 份的最少个数． （2）根据色谱峰的保留值(或位置），可以进 行定性分析． (3) 根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定 量分析． （4）色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色 谱柱分离效能的依据． （5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和 流动相)选择是否合适的依据．
neff
tr tr 2 2 5.54( ) 16( ) w1 / 2 w
L neff


H eff
1—5 速率理论
1956年荷兰学者Van Deemter等在研究气液 色谱时，提出了色谱过程动力学理论—速率理 论。他们吸收了塔板理论中板高的概念，并充 分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从 而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各 种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。 Van Deemter方程的数学简化式为
8. 选择因子
在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准 （s），然后再求其它峰（i）对这个峰的相对保留 值．此时，ri/s可能大于1，也可能小于1．在多元混 合物分析中，通常选择一对最难分离的物质对，将它 们的相对保留值作为重要参数．在这种特殊情况下， 可用符号α 表示：


t R2 t R1

tr 2 tr 2 n 5.54( ) 16( ) W1 / 2 W
而理论塔板高度（H）即：
L H n
从上两式可以看出，色谱峰W越小，n就 越大，而H就越小，柱效能越高。因此，n和 H是描述柱效能的指标。 通常填充色谱柱的n＞103 ，H＜1mm。而 毛细管柱 n=105--106，H＜0.5mm 由于死时tm包括在t r中,而实际的tm不参 与柱内分配,所计算的n值尽管很大,H很小,但 与实际柱效能相差甚远.所以,提出把tm扣除, 采用有效理论塔板数n 有效和有效塔板高度 H有效评价柱效能。 *（ n 有效也可用 neff 表示）
B＝2γDg
式中γ是填充柱内流动相扩散路径 弯曲的因素，也称弯曲因子，它反映 了固定相颗粒的几何形状对自由分子 扩散的阻碍情况。Dg为组分在流动相 中扩散系数（cm2·-1）。可见，采用相 s 对分子量较大的载气，同时，减小保 留时间，可使B减小。
1 Dg M 载气
c．传质阻力项 cu
对于气液色谱，传质阻力系数C包括气相 传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数Cl 两项，即
1—3 色谱法分析的基本原理
色谱分析的目的是将样品中各组分 彼此分离，组分要达到完全分离，两峰 间的距离必须足够远，两峰间的距离是 由组分在两相间的分配系数决定的，即 与色谱过程的热力学性质有关。但是两 峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽， 以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰 的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩 散行为决定的，即与色谱过程的动力学 性质有关。因此，要从热力学和动力学 两方面来研究色谱行为。
色谱法的共同的基本特点是具备两个相： 不动的一相，称一为固定相；另一相是携 带样品流过固定相的流动体，称为流动相。 当流动相中样品混合物经过固定相时，就 会与固定相发生作用，由于各组分在性质 和结构上的差异，与固定相相互作用的类 型、强弱也有差异，因此在同一推动力的 作用下，不同组分在固定相滞留时间长短 不同，从而按先后不同的次序从固定相中 流出。
C＝Cg＋Cl
对于填充柱，气相传质阻力系数Cg为
dp 0.01k Cg 2 Dg (1 k )
2
2
式中k为容量因子。由上式看出，气相传质阻力与填充物 粒度则的平方成正比、与组分在载气流中的扩散系数见成 反比。因此，采用粒度小的填充物和相对分子质量小的气 体（如氢气）做载气，可他Cg减小，提高柱效。
a、分配系数K和分配比k
1．分配系数K
如前所述，分配色谱的分离是基于样品组分 在固定相和流动相之间反复多次地分配过程，而 吸附色谱的分离是基于反复多次地吸附一脱附过 程。这种分离过程经常用样品分子在两相间的分 配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数 见它是指在一定温度和压力下，组分在固定相和 流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即
ns C sV s k nm C mVm
式中CS，Cm分别为组分在固定相和流动相的浓度； Vm为 柱中流动相的体积，近似等于死体积。Vs为柱中固定相的体 积，在各种不同的类型的色谱中有不同的含义。例如：在分 配色谱中，Vs表示固定液的体积；在尺寸排阻色谱中，则表 示固定相
液相传质阻力系数C1为
2 k Cl 2 3 Dl (1 k ) d2 f
为了保持适当的Cl值，应控制适宜的柱温。
1- 6 分离度
柱效和选择性对分离 的影 响 用图来 说明。 图（a）两色谱峰距离 近并 且 峰形宽 。两峰 严重 相 叠，这 表示选 择性 和 柱效都 很差。 图（b）虽然两峰距离 拉开 了 ，但峰 形仍很 宽， 说 明选择 性好， 但柱效低。图（c）分 离最 理 想，说 明选择 性好，柱效也高。
A＝2λdp
上式表明，A与填充物的平均直径 dp的大小和填充不规则因子λ有关，与 流动相的性质、线速变和组分性质无关。 为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细 而均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必 要的。
b. 分子扩散项B/u（纵向扩散项）
纵向分子扩散是 由浓度梯度造成的。 组分从柱入口加入， 其浓度分布的构型呈 “塞子”状。如图5所 示。它随着流动相向 前推进，由于存在浓 度梯度，“塞子”必 然自发地向前和向后 扩散，造成谱带展宽。 分子扩散项系数为
2．按分离机理分类
利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱 不同而得以分离的方法，称为吸附色谱法。利用组分 在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法 称为分配色谱法。利用组分在离子交换剂（固定相） 上的亲和力大小不同而达到分离的方法，称为离子交 换色谱法。利用大小不同的分子在多孔固定相中的选 择渗透而达到分离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排 阻色谱法。最近，又有一种新分离技术，利用不同组 分与固定相（固定化分子）的高专属性亲和力进行分 离的技术称为亲和色谱法，常用于蛋白质的分离 .
第一章 气相色谱法
Gas Chromatography
1-1 概述
色 谱 法 是 在 1903 年 由 俄 国 植 物 学 家 Цвет分离植物色素时采用。后来不仅 用于分离有色物质，还用于分离无色物 质，并出现了种类繁多的各种色谱法。 许多气体、液体和固体样品都能找到合 适的色谱法进行分离和分析。 目前色谱法已广泛应用于许多领域， 成为十分重要的分离分析手段。
溶质在固定相中的浓度 Cs K 溶质在流动相中的浓度 Cm
2. 分配比k
分配比又称容量因子，它是指在一定温 度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分 配在固定相和流动相中的质量比。即
组分在固定相中物质的 量 ns 组分在流动相中物质的 量 nm
k值越大，说明组分在固定相中的量越多，相 当于柱的容量大，因此又称分配容量或容量因子。 它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参 数。k值也决定于组分及固定相热力学性质。它 不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相 及固定相的体积有关。
B H A Cu u
式中u为流动相的线速度；A，B，C为常数，分别代表涡流扩散 项系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。
现分别叙述各项系数的物理意义。
a．涡流扩散项A
在填充色谱柱中， 当组分随流动 相向柱出口迁 移时，流动相 由于受到固定 相颗粒障碍， 不断改变流动 方向，使组分 分子在前进中 形成紊乱的类 似“涡流”的 流动，故称涡 流扩散，形象 地如图所示。
3．按固定相的外形分类
固定相装于柱内的色谱法，称为柱 色谱。固定相呈平板状的色谱法，称为 平板色谱，它又可分为薄层色谱和纸色 谱。
1-2 色谱流出曲线及有关术语 a．流出曲线和色谱峰
b、基线
是柱中仅有流动相通过时，检测器响应 讯号的记录值，即图1-2中O-t线．稳定的基 线应该是一条水平直线． c、峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h 表示，如图1-2中B′A
VR = tR·0 F
6．调整保留体积VR′
某组份的保留体积扣除死体积后，称该 组份的调整保留体积，即