7.仪器分析-色谱解析
仪器分析习题(色谱)
仪器分析习题（色谱）一、问答题1、简述气相色谱（气—固；气—液）分析法的分离原理答：色谱分离法是一种物理分析方法，其分离原理是将被分离的组分在固定相与流动相之间进行多次分配，由于被分离组分之间物理化学性质之间存在微小差异，在固定相上的滞留时间不同，经过多次分配之后，其滞留时间差异被拉大，经过一定长度的色谱柱后，组分即按期与固定相之间作用强弱顺序流出色谱柱。
由试验看出，实现色谱分离的必要条件是分离体系必须具有两相，即固定相与流动相，被分离组分与固定相之间的相互作用有差异。
在分离过程中，固定相可以是固体吸附剂也可以是涂渍在惰性担体表面上的液态薄膜，在色谱分析中，此液膜称为固定液。
流动相可以是惰性气体、液体或超临界流体。
其惰性是指流动相与固定相和被分离组分之间无相互作用。
色谱分离之所以能够实现，其内因是由于组分与固定相之间的吸附或分配性质的差异。
其宏观表现是吸附与分配的差异。
其微观解释是固定相与组分之间作用力的差别。
分子间作用力的差异大小用组分在固定相与流动相之间的分配系数来表示。
在一定的温度条件下分配系数越大，说明组分在固定相上滞留的越强，组分流出色谱柱越晚；反之，分配系数越，组分在固定相上滞留的越弱，组分流出色谱柱的时间越短。
而气相色谱的流动相为气体。
2、保留时间和调整保留时间；答：保留时间t R（retention time）试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间，如图２～３中O’B。
调整保留时间tＲ（adjusted retention time）某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，即tＲ=t R-t0由于组分在色谱柱中的保留时间t r包含了组分随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 r实际上是组分在固定相中停留的总时间。
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，因此色谱3、区域宽度；答：区域宽度（peak width）色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要多数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。
仪器分析笔记《气相色谱分析》
填充柱（Packing column）：常用不锈钢制成，内径2～4 mm，柱长1～3m。填充吸附剂或覆盖
在载体上均匀固定液膜。
毛细管柱（Capillary column）：常用石英制成，内径0.1～0.5mm，柱长可达数十米。固定液直
接涂在毛细管内壁表面。
B、气相色谱固定相可分为：
1.2.2色谱分离的基本理论
柱效率可用理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示。柱效率的高低能反映组分在柱内两相间的分配情况和组分通过色谱柱后峰加宽的程度，它与组分在气相中的扩散及在液相中的传质阻力有关。
1、塔板理论
塔板理论是将色谱柱比作蒸馏塔，柱内有若干“想象”的塔板。每两块塔板之间的距离称为板高，各组分就在这些塔板间隔的气液两相间进行分配，经过多次分配平衡后，分配系数小的组分先离开色谱柱，分配系数大的组分，后离开色谱柱。
C、按分离的原理分类
①吸附色谱：利用组分在固定相上的吸附能力强弱不同分离。
②分配色谱：利用组分在固定液中溶解度不同分离。
③凝胶（排阻）色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透分离
④离子交换色谱法：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小不同分离
3、气相色谱仪组成
Ⅰ载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表；
（1）分配系数
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比，称为分配系数。
式中—— ：组分在固定相中的浓度； ：组分在流动相中的浓度。
该组分与固定液分子间作用力 ；
空气在固定液中不溶解，其 ，故空气在柱子内的滞留时间最短，最先从色谱柱中馏出，因此，将空气的保留时间称之为死时间；
被测组分的 相差越大，越容易分离；
大学化学专业仪器分析实验色谱实验
样品前处理对色谱实验结果有重要影响，未来可以深入研 究样品前处理的最佳方法和技术，以提高分离效果和实验 效率。
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色谱分析广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，对于研究物质组成、结构和 性质具有重要意义。
本实验将通过实践操作，让学生了解色谱分析的基本原理、操作方法以及应用范围， 为后续的化学学习和研究打下基础。
02 色谱法基本原理
定义与分类
定义
色谱法是一种分离和分析复杂混 合物中各组分的方法，通过不同 组分在固定相和流动相之间的分 配平衡实现分离。
长等。
进样分析
将处理好的样品注入仪 器，启动实验，开始色
谱分离分析。
结果处理
收集实验数据，进行数 据处理和结果分析，得
出结论。
04 实验结果分析
数据记录与处理
数据记录
在色谱实验中，需要详细记录每个步 骤的实验数据，包括进样量、检测时 间、峰面积等。
数据处理
对实验数据进行处理，包括数据清洗 、归一化、计算等，以便后续的结果 分析。
结果分析方法
对比分析
将实验结果与标准品或已知样品 进行对比，分析差异和相似之处。
定量分析
根据峰面积等数据，计算待测物 的浓度或含量。
谱图解析
对色谱图进行解析，识别各组分 的峰，并确定其对应的物质。
结果解读与讨论
结果解读
根据实验结果，解读待测物的性质、组成和含量 等信息。
结果讨论
对实验结果进行讨论，分析可能的影响因素和误 差来源，提出改进措施。
分类
按固定相类型，色谱法可分为液 相色谱、气相色谱、凝胶色谱等 ；按操作方式，可分为柱色谱、 纸色谱和薄层色谱等。
仪器分析-色谱法
高效液相色谱法(HPLC) 是在气相色谱和经典液相色谱的基础上，采用高压泵、高效固定相以及高灵敏度检测器等新实验技术建立的一种液相色谱分析法。
特点：高压、高柱效、高灵敏度2.HPLC中分离条件的选择：a.固定相与装柱方法的选择:选粒径小的、分布均匀的球形固定相(dp≤10μm)首选化学键合相，匀浆法装柱b.流动相及其流速的选择: 选粘度小、低流速的流动相c.柱温的选择:选室温25-30℃左右。
太低流动相黏度增加，太高容易产生气泡第一节液-固色谱法1.液-固色谱法是利用各组分在固定相上的吸附能力不同进行分离的，也称液-固吸附色谱。
2.分离原理.：组分分子与流动相分子竞争吸附吸附剂表面活性中心，靠组分分子的分配比不同而分离。
3.吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及流动相的性质等。
1）组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附;2）组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。
吸附色谱是分离几何异构体的有效手段;不同的官能团具有不同的吸附能力，因此，吸附色谱可按族分离化合物4.固定相：常用的液-固色谱固定相是表面多孔和全多孔微粒型硅胶、氧化铝等。
一般采用5~10μm的全多孔型微粒。
这些吸附剂的极性都比较大，对非极性组分的保留能力较弱，与极性化合物的相互作用较强。
5.流动相：在液-固色谱中，选择流动相的基本原则是极性大的试样用极性较强的流动相，极性小的则用低极性流动相。
液-固色谱的流动相必须符合下列要求:1）能溶解样品，但不能与样品发生反应。
2）与固定相不互溶，也不发生不可逆反应。
3）粘度要尽可能小，这样才能有较高的渗透性和柱效。
4）应与所用检测器相匹配。
例如利用紫外检测器时，溶剂要不吸收紫外光。
5）容易精制、纯化、毒性小，不易着火、价格尽量便宜。
第二节化学键合相色谱法1.液液分配色谱法分离原理：根据物质在两种互不相溶的液体中溶解度的不同，在两溶液间进行不同分配而实现分离。
仪器分析气相色谱法
仪器分析气相色谱法气相色谱法（Gas Chromatography，GC）是一种常用的分析技术，在化学、生物、环境等领域中广泛应用。
该技术通过样品在气相色谱柱中的分离和检测，可以对复杂的混合物进行分析和定量。
本文将介绍气相色谱法的基本原理、仪器分析方法以及应用领域。
一、气相色谱法的基本原理气相色谱法是一种层析技术，原理是通过样品在一个固定相（色谱柱内涂层的液体或固体）和一个惰性气体流动的气相之间的分配来进行分离。
在气相色谱仪中，样品通过进样口被注入到气相色谱柱中，柱温控制使得样品能够在柱内发生分离。
分离后的组分通过检测器检测，得到相应的信号图谱。
气相色谱法的分离机理有吸附、分配、离子交换、凝聚相分离等方式。
其中最常用的是吸附分离，即通过固定相对不同组分的吸附性能进行选择性分离。
二、气相色谱仪的基本组成及原理气相色谱仪主要由进样系统、色谱柱、载气系统、检测器和数据处理系统等部分组成。
进样系统用于将样品引入到气相色谱柱中，色谱柱进行分离，载气系统用于将惰性气体送入色谱柱以推动样品的迁移，检测器用于检测组分的信号，数据处理系统则用于对检测信号进行分析和处理。
在气相色谱仪中，进样系统的关键部分是进样口、进样器和进样针。
色谱柱是气相色谱法中的核心装置，决定了样品的分离效果。
检测器根据不同的检测原理可以分为不同种类，如火焰光度检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）等。
三、气相色谱法的应用领域气相色谱法广泛应用于化学、生物、环境等领域。
在化学领域，气相色谱法可用于研究化合物的结构和性质、分析有机物、无机物等；在生物领域，可以用于检测生物样品中的氨基酸、脂肪酸、激素等；在环境领域，可用于监测空气、水、土壤中的有机物、农药、挥发性物质等。
总之，气相色谱法是一种重要的分析技术，具有高分析效率、分辨率高、样品消耗少等优点，被广泛应用于各个领域。
通过不断改进仪器设备和方法，气相色谱法将在未来的研究中发挥更重要的作用。
7.仪器分析 气相色谱法
2013-8-12
气固色谱固定相
（3）分子筛
碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、
5A分子筛等（孔径：埃）。常用5A（常温下分离O2与N2）。
（4）高分子多孔微球（GDX系列） 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。 型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的 分析。
2013-8-12
三、电子捕获检测器
electron capture detector，ECD 高选择性检测器， 仅对含有卤素、磷、硫、氧 等电负性元素的化合物有很高的灵敏度，对大多数 烃类没有响应，检测下限10-14 g /mL。
较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。
2013-8-12
对含氮、磷化合物有高的选择性和灵敏度。
2013-8-12
六、检测器分类 classification of detector
浓度型检测器：测量的是载气中通过检测器组分
浓度瞬间的变化，检测信号值与组分的浓度成正
比。比如热导检测器，电子捕获检测器；
质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测 器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入 检测器组分的质量成正比。比如氢火焰离子化检 测器，火焰光度检测器。
2013-8-12
第八章 气相色谱法
gas chromatography （GC）
一、热导检测器
thermal conductivity detector,TCD
二、氢火焰离子化检测器 flame ionization detector, FID 三、电子捕获检测器 electron capture detector, ECD 四、火焰光度检测器 flame photometric dector，FPD 五、氮磷检测器 Nitrogen-Phosphorus dector，NPD 六、检测器分类 Classification of detector
仪器分析-气相色谱分析
• 3、保留值：是试样各组分在
色谱柱中保留行为的量度，它 反映组分与固定相间作用力大 小，通常用保留时间和保留体 积表示。 死时间tM：不被固定相吸附或 溶解的组分（如空气、甲烷） 从进样到出现其色谱蜂最大值 所需的时间，图中O'A'所示。 保留时间tR ：指某组分通过 色谱柱所需时间，即试样从进 样到出现峰极大值时的时间， 图中Ｏ‘Ｂ所示。 调整保留时间tR’ 死时间后的 保留时间，它是组分在固定相 中的滞留时间。图中A’B所示， 即 tR’ = tR － tM
通常以有效塔板数neff 和有效塔板高度Heff 表示：
neff H eff
t t 2 5.5 4( ) 1 6( )2 W1 / 2 Wb L neff
' R
' R
2-2-3 速率理论
• 塔板理论存在的假定有缺陷,不能解释塔板高度H
受那些因素影响. 1956年，荷兰化学工程师van Deemter提出了色谱过程动力学速率理论。 • van Deemter方程：H=A+B/u+C*u u 为流动相线速度； A，B，C 为常数. 其中: A — 涡流扩散系数； B — 分子扩散系数； C — 传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系 数）
• 1、气路系统
• 载气：H2，N2，He，Ar等 • 净化器：提高载气纯度 • 稳压恒流装置，气体流速控制和测量。
• 2、进样系统
• 进样器： 微量注射器、六通阀 • 气化室：瞬间气化，死体积尽可能小
• 3、分离系统
• 色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类
2-1-3 组成
• • • • •
4、温控系统 色谱柱、气化室、检测室三处温度控制 气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解； 检测器除氢火焰外都对温度敏感； 柱温的变化影响柱的选择性和柱效，因此柱室的 温度控制要求精确，温控反复根据需要可以恒温， 也可以程序升温。
仪器分析习题课色谱分析部分
组分
保留时间/min
峰宽/min
空气
0.5
0.2
丙烯
3.5
0.8
丁烯
4.8
1.0
计算：(1)丁烯在这个柱上的分配比是多少? (2)丙烯和丁烯的分离度是多少?
解： 已知 ： tM=0.5min 丙烯: tR1= 3.5mim Y1=0.8min 丁烯: tR2= 4.8mim Y2=1min
(1) 丁烯在这个色谱柱的分配比
2.气相色谱仪设备包括那几部分？各有什么作用？ 答：①载气系统：含气源、净化装置、流速控制和测量 装置，其作用为提供具有一定流速且纯净的载气。 ②进样系统：含进样器和气化室，作用是使液体试样迅 速气化并随载气（气体试样直接）进入色谱柱中。 ③分离系统：含色谱柱、柱箱、温度控制装置等，是气 相色谱分析仪的最重要组成部分，试样在此被彼此分离。 ④检测系统：含检测器和控温装置，柱后组分进入检测 器后，其浓度或质量的变化被转变为相应的电讯号。 ⑤记录系统：含放大器、记录仪及数据处理装置。作用 是记录色谱图，对所得的色谱数据进行处理、计算。
仪器分析习题课色谱 分析部分
第八章：气相色谱分析
1.简要说明气相色谱分析原理。 答：混合物中的各组分在载气的携载下通过色 谱柱时，各组分将与固定相发生相互作用，由于各 组分在结构和性质上的差异，使得其在两相间的分 配系数不同，在同一推动力的作用下，混合物中的 各组分就在两相间进行反复多次的分配，使得原来 分配系数只有微小差异的得到很大的分离效果，从 而各组分彼此分离开来。
k2
tR, 1 tM
3.5 0.5 0.5
6
(2) 丙烯和丁烯的分离度
R tR2 tR1 4.8 3.5 1.44
1 2
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3、既然色谱分离的依据是组分在两相中的分配 能力差异，因此，两相不限于液-固相，对气体成 分而言，亦可是气-固项或气-液相。
问题
怎样提高色谱柱的理论塔板数n， 从而提高色谱柱的效率？
(5)相对保留值
r 代表峰分开的程度，其不等于1是色谱分离的前提。 r=1 不能分开
（5）分配系数和分配比（容量因子） 分配系数K：一定温度与压力下两相达平衡后，组分 在固定相和流动相浓度的比值
分配比（容量因子）： 一定温度与压力下两相 达平衡后， 组分在固定相和流动相量的比值
固定相重量 流动相重量
塔板理论的四个假设
1、在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅 速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。
2、流动相（如载气）进入色谱柱不是连续进行的， 而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。
3、所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试 样沿轴（纵）向扩散可忽略。
4、分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一 塔板上的量无关。
r0
r —— 塔板数
r1
N—— 转移次数
r2
。
设：有A、B两组分，kA = 2
。
kB = 1/2
当N=0 r=0
。
。
A组分在两相分配达平衡后：
。
。
流动相分量=
。
。
固定相分量=
rn
下表列出经过各级转移后组分在每一级塔板中的量：
若抽象成一个规律：
r0
当经过1次转移（N=1）以后：
r1
r2
第0级塔板：r = 0
第七章 色谱分析法
Chromatography
第一节 概述 Introduction
色谱法是一种物理化学分离方法,利用不同物质在 两相（固定相和流动相）中具有 不同的分配系数 （或吸收系 数，渗透性等）,当两相做 相对运动时， 这种物质在两相中反复多次分配,从而使各物质得 到完全的分离。之后，通过检测器得以检测，进 行定性定量分析。
列新的色谱分析方法。
分离对象 --植物色素 色谱柱 --- 玻璃管 固定相 --- 碳酸钙 流动相 --- 石油醚
s
t
二、分类
按流动相分
气相色谱（GC） 液相色谱（LC） 超临界流体色谱（SFC）
按机理分
吸附色谱 分配色谱 离子交换色谱 排阻色谱
二、分类
按固定相在 支持体中的 形状分
柱色谱
纸色谱 平板色谱 薄层色谱
四、分离效能指标
1、选择性（相对保留值r）(重复ppt13)
相对保留值由两组分的热力学性质 决定，与色谱柱的长短粗细无关。
2、峰宽度
3、分离度(分辨率, 色谱峰分离度)
分离度考虑了保留时间和峰宽度，是一个综合指标：
R < 1.0
两峰有部分重叠
R = 1.0
两峰达98%分离，两峰基本分离
R 1.5
两峰达99.7%分离，完全分离的标准）
《中国药典》规定R应大于1.5，用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志
小结
色谱法研究的核心： 选择最适合的色谱体系和条件、在最
短的时间达到最佳的分离效果。
第二节 色谱理论
一、塔板理论
目的——从理论上得到描述色谱流出曲线 的方程，并通过这一方程各参数来研究影 响分离的因素。
可知：
所以：
或： 根据： 所以：
n 称为色谱柱的理论塔板数。 因为tR是热力学常数，当色谱柱的长度一定，
理论板数目n越大，色谱峰越窄。
neff 与 n 的关系：
小结
1、从理论上得到了描述色谱流出曲线的方程， 通过该方程可以预测具有不同分配系数K的两 种物质在塔板数为n的色谱柱上分离的情况；
2、通过这一方程看出影响柱效率的因素是理论 板数n，其值越大，色谱峰越窄，分离效果越好；
根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析； 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析； 根据色谱峰的保留值及其区域宽度，可以评价色
谱柱分离效能； 根据色谱峰两峰间的距离，可以评价固定相（或
流动相）选择是否合适。
2、常用术语
（1）基线
无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变化 的曲线。
(2)峰高
一、历史
1906 Tswett 研究植物色素分离，提出色谱法的概 念；
1941 Martin和Synge提出液-液色谱理论； 1952 James和Martin发展了气相色谱； 1956 Van Deemter提出速率理论； 1967 Kirkland等研制高效液相色谱法； 80年代以后 出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系
(3)峰宽
峰底宽 Wb 峰半宽W1/2
标准偏差
色谱参数示意图
2
0.607h
W1/21/2ht0Wb NhomakorabeatR
（4）保留值 保留时间tR——进样到出现色谱峰的时间 保留体积VR——进样到出现色谱峰时消耗 的流动相体积
死时间t0——流动相流过色谱柱的时间 死体积V0——色谱柱的空隙体积
F——流动相流动线速度
分配系数 K（热力学性质）
K只与固定相和被分离物质的性质有关 K值的差别是分离的先决条件， 差别越大，
分离的可能性越大 K值大的组分后出峰
K与k的关系： （6）分配比(容量因子)k与保留值的关系
色谱基本保留方程
证明：
当组分一半流出色谱柱时
V0Cm VSCS
VRCm
色谱基本保留方程
。
组分的分量 =
。
。
第1级塔板：r = 1
。
。
组分的分量 =
。
。
组分在两级塔板上的量可表示为：
。
rn
由上表可以看出，经N次转移后，组分在各级 塔板上的量符合二相式分布，即
当N = 4时，组分分布在5级塔板上：
以A组分为例，5级塔板上的分量分别是：
任一级塔板上的分量为 ( p'q')N 的展开式对应的
按分离效率分
经典液相色谱 高效液相色谱
微柱色谱 最新进展
毛细管电动色谱
三、基本概念与术语(掌握)
1、色谱流出曲线 （chromatogram）(色谱图) 指样品注入色谱柱后，信号随时间变化的曲线。
色谱流出曲线示意图
0.607h
2
W1/2
1/2h
Wb
色谱流出曲线
根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的 最少个数；
一项，可用一个通式表示：
当求 最后一级塔板的组分的量时，r = n，以 作图，即得色谱流出曲线，因此上式称为流出曲 线方程。
C
Cmax
tR
t
对于两个组分A和B，如果k不同，则流出曲线 的形状不同：
由于所获得的流出曲线在N很大时呈正态分布， 因此可将流出曲线方程转化为正态分布方程形式：
将此方程与标准正态分布曲线方程比较：