第一章 色谱法的基本原理

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1.2 色谱分离原理
1.2.1 分配系数和分配比
1. 分配系数
cs K= cm
2. 分配比(保留因子) 分配比(保留因子)
s：固定相 m：流动相
定义：在一定的温度、压力下，组分在气液两相间达平衡 时，分配在液相中的质量与分配在气相中的质量之比。即
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5．死体积VM 死体积V 不被保留的组分，即分配色谱中K=0的组分，可由死时 间来确定。 VM=tM qV,c 6．保留体积VR 保留体积V 从进样开始到柱后出现待测组分响应信号极大值时 所通过的载气体积。 VR=tRqV,c
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7．调整保留体积VR′ 调整保留体积V 指扣除死体积后的保留体积。 VR′=VR－VM 8．相对保留值r2,1 相对保留值r 指组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比， 是一个无因次量，只和柱温与固定相性质有关，故其可 以作为一个定性指标。
tR 2 tR 2 n = 5.54( ) =16( ) Y Y 1/2
neff
' ' tR 2 tR 2 = 5.54( ) =16( ) Y 2 Y 1/
Heff = neff neff
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L neff
' ' ' tR tR 2 tR 2 tR =16( ) =16( ) ( ) = n( ' )2 Y Y tR tR + tM
k 2 = n( ) k +1
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塔板理论的成功与局限 1．成功 ① 导出流出曲线数学表达式(模型) ② 解释了流出曲线形状、浓度极大点 ③ 提出了评价柱效的参数(n)及其计算式 2．局限 ① 仅考虑了热力学因素，没有考虑动力学因素。 ② 不能说明影响柱效的原因及谱带扩张的原理 ③ 不能说明流速对柱效的影响，实验测得流速不同时n 和H不同。
气体 流动相 气-固色谱 气-液 液体
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固体 固定相 液体
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液-固 液-液色谱
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2、按固定相形状分类 、 ①柱色谱 固定相装在柱管内。 固定相装在柱管内。它又可分为填充柱色谱和空心毛细管色 谱。 GC 填充柱 长1－10 m，φ 2－4 mm 填充柱: － ， － 空心毛细管: 空心毛细管 长10－100 m，φ 0.1－0.5 mm － ， － LC : 长0.1－0.5 m，φ 4－6 mm － ， － ②纸色谱 用滤纸作固定相，试样溶液在纸上进行展开、分离。 用滤纸作固定相，试样溶液在纸上进行展开、分离。 ③薄层色谱 将固定相研磨成粉末，再压成薄膜或涂成薄膜。 将固定相研磨成粉末，再压成薄膜或涂成薄膜。样品的分离 形式类似纸色谱。 纸色谱和薄层色谱又统称作平板色谱 纸色谱和薄层色谱又统称作平板色谱) 形式类似纸色谱。(纸色谱和薄层色谱又统称作平板色谱
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假定：K=1 Vs/Vm=1 k=1 n=5 进样量 m=1
0
0.5
1
2
3
4
m=1µg
0.5 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.188 0.188 0.125 0.125 0.125 0.125 0.188 0.188 0.188 0.188 0.0625 0.0625 0.125 0.125 0.03125 0.03125
1∆V
0.25 0.125
2∆V
0.125 0.0625
3∆V
0.0625 0.03125
4∆V
0.03125
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被测物流出色谱柱时流动相中被测物浓度随体积(或时 间)的变化曲线。
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这一理论得到结果 1．分布有一最大，两边逐渐减小 2．最大及整个分布曲线向后推移 3．流出曲线方程(也称塔板理论方程)，即数学表达式：
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1.3 色谱流出曲线
1.3.1、 1.3.1、色谱峰
流出曲线（色谱图） 流出曲线（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线 色谱峰：流出曲线上突起部分
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1.峰高 1.峰高 色谱峰顶点与基线之间的距离，以h表示，如图中AB 色谱峰顶点与基线之间的距离，以h表示，如图中AB 2．标准偏差σ 标准偏差σ 0.607h处，拐点处，峰宽正好为2σ 3．峰面积A 峰面积A A＝1.065hY1/2 4．半峰宽Y1/2 半峰宽Y Y1/2=2.354σ 5．峰底宽 Y=4σ， 拐点作切线与基线相交，相交两点，两点间距 离为峰底宽，如图中AB。σ、Y1/2、Y统称为区域宽度 如图中AB。
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从色谱流出曲线可以得到以下一些信息： a．样品所含最少组分(峰个数) b．根据色谱峰的保留值可以进行定性分析 c．根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析 d．根据色谱峰的位置和区域宽度可对色谱柱效能进行评价
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1.4 塔板理论
1.4.1 塔板理论的假设 在自然科学上，科学理论： 假设 理论模型 ( 数学 表达式) 表达式) 实验 验证 修改 模型 完善 模型
nm tM 1 = = = ns ns tR n s + nm k +1 + nm n m t R = t M ( k + 1)
' tR − tM tR k= = tM tM
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' tR
α=
' tR '
2
2
tR
1
tM = ' tR tM
1
Vs K2 Vm k2 K2 = = = k1 K Vs K1 1 Vm
−
n (V −VR ) 2VR
2
2
C=
nm 2 πVR
e
C：不同流出体积时的组分浓度 m：进样量 n：塔板数
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VR：保留体积 V：流出体积
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理论塔板数与色谱参数之间的关系为： 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
tR 2 tR 2 n = 5.54( ) =16( ) Y Y 1/2
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2．保留时间tR 保留时间t 试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间， 称为保留时间，如图 O‘B′。它相应于样品到达柱末端的 B′。它相应于样品到达柱末端的 检测器所需的时间。 3. 调整保留时间 扣除死时间后的保留时间。 tR′=tR－tM 4. 流动相的流速 Vc=qct
单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 塔板数越多 柱效越高 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 计算可得到不同的理论塔板数
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有效塔板数和有效塔板高度
时间内不参与柱内分配， 组分在t0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： 有效塔板高度：
第一章 色谱法的基本原理
叶芳贵
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1.1 色谱法概述
1.1.1 色谱法发展史 流动相
固定相
色谱分析法是用来进行混合物中各组分的分离
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和分析的一种物理化学分析方法。 和分析的一种物理化学分析方法。
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1903年，俄国植物学家Tswett 1903年，俄国植物学家Tswett 利用吸附原理分离植物色素而 发明色谱法(chromatography) 发明色谱法(chromatography) 。 1941年 1941年Martin A J P和Synge R L M发明液液分配色谱、获1952年 P和 M发明液液分配色谱、获1952年 诺贝尔化学奖。 1952年 1952年Martin A J P和James A T发明气相色谱(gas chromatography, P和 T发明气相色谱(gas GC) 70年代发展了高效液相色谱(High-performance liquid 70年代发展了高效液相色谱(Highchromaotgraphy, HPLC)成为重要分离分析技术 HPLC)成为重要分离分析技术 80年代Jorgenson J W等的研究工作推动了高效毛细管电泳(High80年代Jorgenson W等的研究工作推动了高效毛细管电泳(Highperformance capillary electrophoresis, HPCE)高速发展 HPCE)高速发展
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1.3.2 保留值
保留值是用来描述待测试样中各组分在色谱柱中滞留情 况的物理量，通常用距离或将各组分带出色谱柱所需的载气 体积（或时间）表示。在一定的固定相和操作条件下，任何 一种物质都有一个固定的保留值，故组分的保留值可用于该 组分的定性鉴定。 1．死时间tM 死时间t 不被固定相吸附或溶解的组分从进样开始到柱后出现响 应信号极大值时所需时间。对于气相色谱，常把空气（热导 检测器）和甲烷（氢火焰离子化检测器）从进样到出峰的时 间称为死时间。
t' R V' R t R VR r2,1 = = ≠ ≠ t' R V' R t R VR
2 2做选择因子。
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9．保留值与保留因子 间的关系
ux =
L L , u= tR tM
nm ux = u n s + nm 因为色谱柱长是一定的，所以 u x t R = ut M u nm = ut M n s + nm nm nm