第二章_气相色谱基本理论
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第二章 气相色谱法(3)
在某色谱条件下，分析只含有二氯乙烷、二溴乙烷和四乙基
铅三组分的样品，结果如下：
二氯乙烷 相对质量校正 因子 峰面积（cm-2） 1.00 1.50 二溴乙烷 1.65 1.01 四乙基铅 1.75 2.82
试用归一化法求各组分的百分含量。
解：根据公式 ΣAiFi=1.5×1.0 + 1.65×1.01 + 1.75×2.82 =1.5 + 1.6665 + 4.935=8.1015
（2）不对称峰面积的测量一峰高乘平均峰宽法 对于不对称
峰的测量如仍用峰高乘半峰宽，误差就较大，因此采用峰高 乘平均峰宽法。 A=1/2h（Y0.15+ Y0.85） 式中Y0.15和 Y0.85分别为峰高0.15倍和0.85倍处的峰宽。 这种方法对于不对称峰可得到较准确的结果。
(3)峰高乘保留时间法
校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。由 m f A i i i
可得
fi
mi Ai
式中fi值与组分i质量绝对值成正比，所以称为绝对校正因 子。在定量时要精确求出fi往往是比较困难的。因为色谱峰面 积与色谱条件有关，要保持测定fi值时的色谱条件与运用fi值 时的色谱条件相同，既不可能又不方便。另外即使能够得到 准确的fi数值，也由于没有统一标准而无法直接应用。为此提
同理可得f‘m甲苯=1.06， f‘m对二甲苯=1.10
(3) 定量分析方法
(1). 归一化法 归一化法是气相色谱中常用的一种定量方法。应用这种 方法的前提条件是试样中各组分必须全部流出色谱柱，并在
色谱图上都出现色谱峰。归一化法把所有出峰组分的含量按
100%计算。测量参数为峰面积时，归一化的计算公式为
对原样品中的j组分有
第2章 气相色谱分析法
将两者混合起来进行色谱实验，如果发现有 新峰或在未知峰上有不规则的形状（例如峰略 有分叉等）出现，则表示两者并非同一物质； 如果混合后峰增高而半峰宽并不相应增加， 则表示两者很可能是同一物质. 3.多柱法：在一根色谱柱上用保留值鉴定组分有 时不一定可靠，因为不同物质有可能在同一色 谱柱上具有相同的保留值.所以应采用双柱或多 柱法进行定性分析.即采用两根或多根性质（极 性）不同的色谱柱进行分离，观察未知物和标 准试样的保留值是否始终重合.
§2.5 GC检测器 一、概述 1.作用：将经色谱柱分离后的各组分按其特性及含 量转换为相应的电讯号。 2.分类： 浓度型：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化， 即检测器的响应值和组分的浓度成正比。 热导TCD ； 电子捕获ECD； 质量型：测量的是载气中某组分进入检测器的速 度变化。即检测器响应值和组分的质量成正比。 氢焰FID； 火焰光度FPD；
二、根据色谱保留值进行定性 定性方法的可靠性与色谱柱的分离效率有密切的 关系，为了提高可靠性，应该采用重现性较好 和较少受到操作条件影响的保留值. 由于保留时间（或保留体积）受柱长、固定液 含量、载气流速等操作条件的影响比较大，因 此一般适宜采用仅与柱温有关，而不受操作条 件影响的相对保留值r21作为定性指标. 1.对于比较简单的多组分混合物，如果其中所有 待测组分均为已知，它们的色谱峰也能一一分 离，那么为了确定各个色谱峰所代表的物质， 可将各个保留值与各相应的标准试样在同一条 件下所测得的保留值进行对照比较，确定各个 组分.
§2.6 气相色谱定性方法
一、概述：各种物质在一定色谱条件下都有确定不 变的保留值，因此保留值可作为一种定性指标 . 现状：GC定性分析还存在一定问题.其应用仅限 于当未知物通过其它方面的考虑(如来源，其它 定性方法的结果等）后，已被确定可能为某几个 化合物或属于某种类型时作最后的确证；其可靠 性不足以鉴定完全未知的物质。 近年，GC/MS、GC/光谱联用技术的开发，计算机 的应用，打开了广阔的应用前景。
第二章气相色谱法2PPT课件
15
色谱图界面
16
17
基线：在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的 流出曲线。
基线噪声和基线漂移。 保留值:
表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的 数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所 需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条 件下，任何一种物质都有一确定的保留值，这样 就可用作定性参数。
19
保留体积 ：从进样至被测组分出现最大浓度时流 动相通过的体积，VR。 留体积。 VR = ׳VR – VM 或 VR = ׳tR ׳F0
相对保留值: 在相同的操作条件下，某组分２与另一组分１
的调整保留值之比，用r２１ 表示
r21
26
§2-2 气相色谱分析理论基础
一. 色谱分析的基本理论
色谱柱有两种：一种是内装固定相的，称为填充柱， 通常为用金属（铜或不锈钢）或玻璃制成的内径2-6mm / 长 0.5~10m 的 U形或螺旋形的管子
峰的区域宽度： a、峰底宽 b、半高峰宽 c、标准偏差峰宽
Y= 4σ
Y1/2=2.35σ Y0.607h=2σ
21
色谱分析的实验依据：
1.色谱峰数，表明样品中所含组分的最少 数量；
2.根据色谱峰的保留值进行定性； 3.根据色谱峰的峰高或峰面积进行定量； 4.根据色谱峰的位置和区域宽度，评价色
4
Developing of Chromatographic Technique
1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
5
Developing of Chromatographic Technique
1982, less than 30 minutes separation for 18 of amino acids
色谱图界面
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基线：在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的 流出曲线。
基线噪声和基线漂移。 保留值:
表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的 数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所 需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条 件下，任何一种物质都有一确定的保留值，这样 就可用作定性参数。
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保留体积 ：从进样至被测组分出现最大浓度时流 动相通过的体积，VR。 留体积。 VR = ׳VR – VM 或 VR = ׳tR ׳F0
相对保留值: 在相同的操作条件下，某组分２与另一组分１
的调整保留值之比，用r２１ 表示
r21
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§2-2 气相色谱分析理论基础
一. 色谱分析的基本理论
色谱柱有两种：一种是内装固定相的，称为填充柱， 通常为用金属（铜或不锈钢）或玻璃制成的内径2-6mm / 长 0.5~10m 的 U形或螺旋形的管子
峰的区域宽度： a、峰底宽 b、半高峰宽 c、标准偏差峰宽
Y= 4σ
Y1/2=2.35σ Y0.607h=2σ
21
色谱分析的实验依据：
1.色谱峰数，表明样品中所含组分的最少 数量；
2.根据色谱峰的保留值进行定性； 3.根据色谱峰的峰高或峰面积进行定量； 4.根据色谱峰的位置和区域宽度，评价色
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Developing of Chromatographic Technique
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Developing of Chromatographic Technique
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第二章气相色谱分析习题参考答案
第二章气相色谱分析课后习题参考答案（%页）1、简要说明气相色谱分析的分离原理。
借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。
气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。
组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发（气液色谱），或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。
2、气相色谱仪的基本设备包括哪几部分？各有什么作用？气路系统、进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统。
气相色谱仪具有一个让载气连续运行，管路密闭的气路系统；进样系统包括进样装置和气化室。
其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中；分离系统完成对混合样品的分离过程；温控系统是精确控制进样口、汽化室和检测器的温度；检测和记录系统是对分离得到的各个组分进行精确测量并记录。
3、当下列参数改变时：（1）柱长缩短，（2）固定相改变，（3）流动相流速增加，（4）相比减少，是否会引起分配系数的改变？为什么？分配系数只与组分的性质及固定相与流动相的性质有关。
所以（1）柱长缩短不会引起分配系数改变；（2）固定相改变会引起分配系数改变；（3）流动相流速增加不会引起分配系数改变；（4）相比减少不会引起分配系数改变。
4、当下列参数改变时：（1）柱长增加，（2）固定相量增加，（3）流动相流速减小，（4）相比增大，是否会引起分配比的变化？为什么？m S K V Mk 」一；而——，分配比除了与组分、两相的性质、柱温、柱压有关外，还与相比有关，m M B V S而与流动相流速、柱长无关。
故（1）不变化；（2）增加；（3）不改变；（4）减小。
5、试以塔板高度H做指标，讨论气相色谱操作条件的选择。
提示：主要从速率理论（范弟姆特Van Deemter）来解释，同时考虑流速的影响，选择最佳载气流速（P13-24）。
（1）选择流动相最佳流速。
（2）当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气（如N2, Ar）,而当流速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气（如H2, He）同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。
第二章气相色谱分析法
容量因子k 决定于组分及固定相的热力学性 质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动 相及固定相的体积有关。
第二章气相色谱分析法
理论上可以推导出：
k KVS K 1
VM
k tR VR tM VM
Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各种色谱柱柱 型及其结构特征
填充柱（Packing column）:
第二章 气相色谱分析
§2-1 气相色谱法概述 色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特分
离植物色素时采用。
他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶 子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内， 然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各 组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。这种 方法因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于 无色物质的分离，“色谱”二字虽已失去原来 的含义，但仍被人们沿用至今。
●使用细粒度和粒度分布均匀的颗粒作为担体，且填 充均匀，可以减少涡流扩散，提高柱效能。
●空心毛细管柱，涡流扩散项A为零。
第二章气相色谱分析法
色谱峰的 扩张，假 设为单一 组分，
填充物粒度越 均匀，峰的扩 张越小，分离 效果越好。
第二章气相色谱分析法
分子扩散项B/u(纵向扩散项) (Longitudinal diffusion term)
Heff越小，则色谱柱的柱效越高。
第二章气相色谱分析法
2、速率理论 （J. J. Van Deemter 1956） 速率理论认为，单个组分粒子在色
谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移， 加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的 运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流 动相前进的速度是不均一的。
相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度 平均值之比，用R表示。分离度可以用来作为衡量色 谱峰分离效能的指标。
第二章气相色谱分析法
理论上可以推导出：
k KVS K 1
VM
k tR VR tM VM
Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各种色谱柱柱 型及其结构特征
填充柱（Packing column）:
第二章 气相色谱分析
§2-1 气相色谱法概述 色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特分
离植物色素时采用。
他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶 子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内， 然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各 组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。这种 方法因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于 无色物质的分离，“色谱”二字虽已失去原来 的含义，但仍被人们沿用至今。
●使用细粒度和粒度分布均匀的颗粒作为担体，且填 充均匀，可以减少涡流扩散，提高柱效能。
●空心毛细管柱，涡流扩散项A为零。
第二章气相色谱分析法
色谱峰的 扩张，假 设为单一 组分，
填充物粒度越 均匀，峰的扩 张越小，分离 效果越好。
第二章气相色谱分析法
分子扩散项B/u(纵向扩散项) (Longitudinal diffusion term)
Heff越小，则色谱柱的柱效越高。
第二章气相色谱分析法
2、速率理论 （J. J. Van Deemter 1956） 速率理论认为，单个组分粒子在色
谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移， 加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的 运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流 动相前进的速度是不均一的。
相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度 平均值之比，用R表示。分离度可以用来作为衡量色 谱峰分离效能的指标。
仪器分析：2气相色谱分析理论基础
n=L/H
理论塔板数与色谱参数之间的关 系为：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
Y1/ 2
Wb
•单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数
4.有效塔板数和有效塔板高度
保留时间包含死时间，在死时间内不参与
分配，
n理
5.54( tR Y1/ 2
)2
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同， 用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的 指标时，应指明测定物质。
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果， 当两组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱 的塔板数多大，都无法分离。
成功处：
解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大 值对应的tR
阐明了保留值与K的关系 评价柱效（n，σ）
B/u —分子扩散项
B = 2 νDg
ν ：弯曲因子
Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）
(1) 存在着浓度差，产生纵向扩散;
(2) 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离
变差;
(3) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留 时间↑，扩散↑;
(4) 扩散系数：Dg ∝(M载气) ； M载气↑， B值↓。
16( tR Wb
)2
n有 效
5.54(
t
' R
Y1/ 2
)2
16(
t
' R
Wb
)2
Байду номын сангаас
H有效
L n有 效
n有效 与 H有效 扣除了死时间，更能真实地
反应柱效
5. 塔板理论的特点
(1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高 度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多 ，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。
理论塔板数与色谱参数之间的关 系为：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
Y1/ 2
Wb
•单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数
4.有效塔板数和有效塔板高度
保留时间包含死时间，在死时间内不参与
分配，
n理
5.54( tR Y1/ 2
)2
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同， 用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的 指标时，应指明测定物质。
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果， 当两组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱 的塔板数多大，都无法分离。
成功处：
解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大 值对应的tR
阐明了保留值与K的关系 评价柱效（n，σ）
B/u —分子扩散项
B = 2 νDg
ν ：弯曲因子
Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）
(1) 存在着浓度差，产生纵向扩散;
(2) 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离
变差;
(3) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留 时间↑，扩散↑;
(4) 扩散系数：Dg ∝(M载气) ； M载气↑， B值↓。
16( tR Wb
)2
n有 效
5.54(
t
' R
Y1/ 2
)2
16(
t
' R
Wb
)2
Байду номын сангаас
H有效
L n有 效
n有效 与 H有效 扣除了死时间，更能真实地
反应柱效
5. 塔板理论的特点
(1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高 度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多 ，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。
2第2章 气相色谱分析法 -1
• 分离效能高，但柱容量较低，进样量小。
46
（一）气-固色谱固定相
活性炭 氧化铝 硅胶 化学键合固定相 聚合物固定相
（二）气-固色谱固定相
载体 固定液 硅胶 化学键合固定相 聚合物固定相
47
（一）气-固色谱固定相
1、常用的固体吸附剂 主要有非极性的活性炭、弱极性的氧化铝、
强极性的硅胶和特殊作用的分子筛等。
气相色谱法的特点
（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）分析灵敏度高。
可以检测出 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。
气相色谱法的特点
（4） 应用范围广。 适用于沸点低于400℃的各种有机或无机
33
第三节 气相色谱的构成
气相色谱分析流程如下所示：
由此可知，气相色谱仪有 六大基本系统 ： 气路 系统 、进样系统 、分离系统（色谱柱）、检测系 统 、 记录系统 、温控系统 。
35
一、气路系统
• 气路系统由高压气瓶、减压阀、气流调 节阀和有关连接管道组成。提供载气和 气体通路，所用的载气由高压气瓶经减 压提供。
• 载气常用氢气、氮气、氦气或氩气，一 般使用氮气或氢气。
• 分为单柱双气路和双柱双气路
36
• 双柱双气路的流程示意图如图12-4所示。 载气经稳压后分为二路，一路不加样品直 接进入参比柱及检测器参比臂，另一路则 携带样品进入工作柱及检测器测量臂。
• 双柱双气路可以补偿气流不稳及固定液流 失对检测器产生的漂移，提高了稳定性， 特别适于程序升温的场合。
51
（二） 聚合物固定相
高分子多孔微球（GDX系列）： 为新型的有机合成固定相，苯乙烯与二乙烯苯
46
（一）气-固色谱固定相
活性炭 氧化铝 硅胶 化学键合固定相 聚合物固定相
（二）气-固色谱固定相
载体 固定液 硅胶 化学键合固定相 聚合物固定相
47
（一）气-固色谱固定相
1、常用的固体吸附剂 主要有非极性的活性炭、弱极性的氧化铝、
强极性的硅胶和特殊作用的分子筛等。
气相色谱法的特点
（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）分析灵敏度高。
可以检测出 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。
气相色谱法的特点
（4） 应用范围广。 适用于沸点低于400℃的各种有机或无机
33
第三节 气相色谱的构成
气相色谱分析流程如下所示：
由此可知，气相色谱仪有 六大基本系统 ： 气路 系统 、进样系统 、分离系统（色谱柱）、检测系 统 、 记录系统 、温控系统 。
35
一、气路系统
• 气路系统由高压气瓶、减压阀、气流调 节阀和有关连接管道组成。提供载气和 气体通路，所用的载气由高压气瓶经减 压提供。
• 载气常用氢气、氮气、氦气或氩气，一 般使用氮气或氢气。
• 分为单柱双气路和双柱双气路
36
• 双柱双气路的流程示意图如图12-4所示。 载气经稳压后分为二路，一路不加样品直 接进入参比柱及检测器参比臂，另一路则 携带样品进入工作柱及检测器测量臂。
• 双柱双气路可以补偿气流不稳及固定液流 失对检测器产生的漂移，提高了稳定性， 特别适于程序升温的场合。
51
（二） 聚合物固定相
高分子多孔微球（GDX系列）： 为新型的有机合成固定相，苯乙烯与二乙烯苯
第二章气相色谱
气 相 色 谱 法 又 可 分 为 气 固 色 谱 （ GSC ） 和 气 液 色 谱 （GLC）：前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要 是一些永久性的气体和低沸点的化合物；而后者的固定相是 用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上．由于可供选择的固定 液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。
第二章气相色谱
第二章气相色谱
五.控制温度系统
在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它 直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和 稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，气化室， 检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式 有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混 合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温 指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作 线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳 分离的目的。
第二章气相色谱Βιβλιοθήκη 非硅藻土载体有有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多 孔微球等。这类载体常用于特殊分析，如氟载体用于极性样品 和强腐蚀性物质HF、Cl2。等分析。但由于表面非浸润性，其 柱效低。
（3）载体的表面处理 硅藻土载体表面不是完全惰性的，具 有活性中心。如硅醇基
OH Si
或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。 因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中 心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。
另外还要求固定液有良好的热稳定性和化学稳定性； 对试样各组分有适当的溶解能力；在操作温度下有较低蒸 气压，以免流失太快。
（2）组分分子与固定液间的作用力在气相色谱中，载 气是情性的，且组分在气相中浓度很低，组分分子间作用 力很小，可忽略。在液相中，由于组分浓度低，组分间的 作用力也可忽略。液相里主要存在的作用力是组分与固定 液分子间的作用力，这种作用力反映了组分在固定液中的 热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数 大。
第二章气相色谱
第二章气相色谱
五.控制温度系统
在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它 直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和 稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，气化室， 检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式 有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混 合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温 指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作 线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳 分离的目的。
第二章气相色谱Βιβλιοθήκη 非硅藻土载体有有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多 孔微球等。这类载体常用于特殊分析，如氟载体用于极性样品 和强腐蚀性物质HF、Cl2。等分析。但由于表面非浸润性，其 柱效低。
（3）载体的表面处理 硅藻土载体表面不是完全惰性的，具 有活性中心。如硅醇基
OH Si
或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。 因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中 心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。
另外还要求固定液有良好的热稳定性和化学稳定性； 对试样各组分有适当的溶解能力；在操作温度下有较低蒸 气压，以免流失太快。
（2）组分分子与固定液间的作用力在气相色谱中，载 气是情性的，且组分在气相中浓度很低，组分分子间作用 力很小，可忽略。在液相中，由于组分浓度低，组分间的 作用力也可忽略。液相里主要存在的作用力是组分与固定 液分子间的作用力，这种作用力反映了组分在固定液中的 热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数 大。
气相色谱的基本理论
2.速率理论 范第姆特方程式：
H=A+B/U+CU
☆☆☆式中：U为流动相平均线速度，A为涡流扩散项， B/U为分子扩散项，CU为传质阻力项。减少A，B/U，CU 三项的值，可以降低塔板高度量，减少色谱峰的扩张， 提高柱效。 ①涡流扩散项(A)：A 的大小，与填充物的平均颗粒直径
dp(单位为cm)有关，也与固定相填充不均匀因子有关：
1.2cm Y= = 0.6 min −1 2.0cm ⋅ min 42 s t R = 5 min + = 5.7 min −1 60 s ⋅ min
tR 2 5.7 2 n = 16( ) = 16( ) = 1444 Y 0.6
L 210 cm H = = = 0.145 cm = 1.45 mm 1444 n
A = 2λd p
②分子扩散项(B/U) 试样分子沿色谱柱纵的方向扩散，系数B的大小与气体路 径 弯 曲 因 子 γ 和 组 分 在 气 体 中 的 扩 散 系 数 Dg ( 单 位 为 cm2.s-1)有关：
B = 2λDg
毛细管柱：γ=1 填充柱： γ＜1
③传质阻力项(CU) 定义：被测组分由于浓度不均匀而发生物质迁移过程， 称为传质过程。
H=A+B/U+CU
A，B/U，CU 越小，色谱柱的塔板高度 H 越小，柱效率
★选择颗粒较小的均匀填料 ★★选用较低的柱温操作 ★★★降低担体表面液层的厚度 ★★★★选用合适的载气及载气流速：流速较小时，分 子扩散项成为色谱峰扩张的主要因素，宜用相对分子质 量较大的载气；流速较大时，传质项为控制因素，宜用 相对分子质量较小的载气。
答：塔板高度为1.45cm。
有效塔板数：使用调整保留时间tR′计算塔板数：
第二章：气相色谱法2
d. 用纯溶剂淋洗。
结果：植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上 面的是叶绿素；绿色层下接着是两三种黄色的叶绿素；随 着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素
就得以分离。吸附柱成为一个显现着彩色环带的柱。
类胡萝卜素 和维生素
1931年, 德国Kuhn和Lederer使用色谱法证实了蛋黄内的叶 绿素系植物叶黄素与玉米黄质的混合物,使人们认识到色 谱技术在分离科学中的重要性.色谱法从此兴起.
Developing of Chromatographic Technique 1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
Developing of Chromatographic Technique 1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
K
cs cM
Vs mm
k VM Vs
ห้องสมุดไป่ตู้
k
VM
Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各种色谱柱柱型 及其结构特征
填充柱（Packing column）:
6~35
毛细管柱（Capillary column）: 50~1500
3、分配系数和分配比之间的关系
（1）分配系数是组分在两相间分配达到平衡时的浓 度之比，分配比则是组分在两相间的分配总量之比。
在填充柱内填充的固定相有两类 即气-固色谱分析 中的固定相和气液色谱中的固定相。
气-固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较 大面积的吸附颗粒。
气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒 表面，涂上一层高沸点的有机化合物，这种高沸点的化 合物称为固定液。
结果：植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上 面的是叶绿素；绿色层下接着是两三种黄色的叶绿素；随 着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素
就得以分离。吸附柱成为一个显现着彩色环带的柱。
类胡萝卜素 和维生素
1931年, 德国Kuhn和Lederer使用色谱法证实了蛋黄内的叶 绿素系植物叶黄素与玉米黄质的混合物,使人们认识到色 谱技术在分离科学中的重要性.色谱法从此兴起.
Developing of Chromatographic Technique 1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
Developing of Chromatographic Technique 1958, 22 hours separation for 19 of amino acids
K
cs cM
Vs mm
k VM Vs
ห้องสมุดไป่ตู้
k
VM
Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各种色谱柱柱型 及其结构特征
填充柱（Packing column）:
6~35
毛细管柱（Capillary column）: 50~1500
3、分配系数和分配比之间的关系
（1）分配系数是组分在两相间分配达到平衡时的浓 度之比，分配比则是组分在两相间的分配总量之比。
在填充柱内填充的固定相有两类 即气-固色谱分析 中的固定相和气液色谱中的固定相。
气-固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较 大面积的吸附颗粒。
气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒 表面，涂上一层高沸点的有机化合物，这种高沸点的化 合物称为固定液。
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12
保留值的基本参数
➢ 死时间(tM)(Dead time): 不被固 定相滞留的组分从进样到出现峰 最大值所需的时间(空气或甲 烷）。
➢ 保留时间(tR)(Retention time): 组 分从进样到出现峰最大值所需时 间。 不同的物质在不同的色谱 柱上以不同的流动相洗脱会有不 同的保留时间，因此保留时间是 色谱定性分析的重要参数。
21
由此可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱 柱中分离情况，故需引人一个综合性指标——分离度R。分离 度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指 标。分离度又叫分辨率，它定义为相邻两组分色谱峰保留值之 差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，即
R = t2 t1 = 2 t2 t1
规定正构烷烃的I 值是其碳原子的100倍，
如：正庚烷I=700
24
2.3 色谱学基本理论
➢ 研究色谱理论的目的——解决色谱峰的分离问题 ➢ 两组分的峰间距离，由各组分在两相间的分配系 数决定，即由色谱过程的热力学性质决定。 ➢ 每个组分的峰宽大小，由组分在色谱柱中的传质 和扩散决定，即由色谱过程的动力学性质决定。 ➢ 组分能否有效分离与峰间距离和峰的宽度有关。 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。
增加快，后半部分信号减少慢。引起峰拖尾的主要原因 是溶质在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰也称为 吸附峰。
伸舌峰（前伸峰）： 当As小于1时，色谱峰是前半部分
信号增加慢，后半部分信号减小快。因为伸舌峰主要是 固定相不能给溶质提供足够数量合适的作用位置，使一 部分溶质超过了峰的中心，即产生了超载，所以也称超 载峰。
= 100[Z
n(
lg lg
tR, (
t
, R(
X ) lg Z n) lg
tR, ( z
t
, R(
Z
) )
)]
t’R(x)---待测物X的调整保留时间
t’R(z)---碳原子数为Z的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z+n)---碳原子数为z+n的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1）
37
3、色谱流出曲线方程（正态分布方程） 描述组分流出色谱柱的浓度变化：
C=
C0
－(t-tR )2
e 2 2
2
为标准差，tR为保留时间，C为任意时间t时的 浓度，C0为峰面积A，即相当于某组分的总量。
25
三个色谱基本理论问题 ➢ 色谱热力学问题——发展高选择性色谱柱 ➢ 色谱动力学问题——发展高效能色谱柱 ➢ 分离条件的最优化问题——分离条件优化
26
塔板理论 (热力学理论：研究分配(分离)过程)
速率理论 (动力学理论：研究各种动力学因素 对峰展宽的影响)
平衡色谱理论 扩散理论 块状液膜理论
10
色谱峰的区域宽度
组分在色谱柱中谱带扩展(由于纵向扩散，传质阻 力等因素的影响，使组分在色谱柱内移动过程中谱带 宽度增加的现象)的函数，反映了色谱操作条件的动力 学因素 。 标准偏差s 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 半峰宽 W1/2 峰高一半处对应的色谱峰的宽度
W1/2 = 2 .354 s
7
色谱峰的对称性
在理想情况下，色谱峰的形状可以近似地用高斯曲线 （Gaussian）描述。
σ为标准偏差（拐点处的半峰宽），
h为最大峰高，w为峰宽
8
不对称因子 在实际的色谱过程中，很少符合高斯分布，而是具有
一定的不对称性。可以定义一个不对称因子As来定量地表
示色谱峰的不对称程度。
9
拖尾峰： 当As大于1时，色谱峰的形状是前半部分信号
第 2 章 色谱基本理论
2.1 色谱过程 色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配“平衡” 的过程。混合物中，若两个组分的分配系数不等，则被流 动相携带的速率不等，即形成差速迁移而被分离。
1
色谱过程及色谱图
2
2.2 色谱图及基本参数
色谱图 试样中各组分经色谱柱分离后，随流动相依次进入检
测器，检测器将各组分的浓度（或质量）的变化转换为电 压（或电流）信号，再由记录仪记录下来。所得到的电信 号强度-时间曲线即浓度（或质量）-时间曲线，称为流出 曲线，也叫色谱图。
29
流动相 固定相
塔板号 0
1
2
3
r-1
r
塔板理论示意图
如果把上述错流萃取过程继续下去，即“平衡→ 转移→再平衡→再转移→。。。”
流动
流动
0 加样
0 平衡
01
01 再平衡
塔板理论示意图
01 2
为简单起见，设色谱柱由5块塔板（n＝5， n为柱子的塔板数）组成，并以r表示塔板编 号，r=1，2…，n－l；某组分的分配比k=1.
K’→∞ 18
讨论： K’=0 则 tR = tM 组分无保留行为 K’=1 则 tR = 2tM K’→∞ tR很大 组分峰出不来
所以 K’=1-5 最好 如何控制K’？
主要选择合适的固定液、流动相。
19
色谱柱效能的参数
理论塔板数n n = 5.54( tR )2 = 16( tR )2
W1/ 2
W1/2=2.35 σ
➢ 标准偏差(σ)(Standard Error)： 峰高0.607倍处峰宽的一半。
6
色谱图相关术语
➢ 峰面积 (Peak Area): 色谱峰与基线（延长线）所包 围的面积称为峰面积。峰面积与进入检测器的组分的 量呈正比。 ➢ 拖尾峰 (Tailing Peak): 后沿较前沿平缓的不对称峰。 ➢ 前伸峰(Leading Peak)：前沿较后沿平缓的不对称 峰。 ➢ 假（鬼）峰（Ghost Peak）：不是试样本身所产生 的峰 。
33
34
35
流出曲线方程
1、二项式分布曲线
以组分A在柱出口处的质量分数对N作图。
N 柱出口
00
10
20
30
40
5 0.032
6 0.079
7 0.118
k=1的组分从n=5色谱柱中的流出曲线图
8 0.137 9 0.137
10 0.124
36
2、色谱流出曲线 当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布曲线。
根据上述假定，在色谱分离过程中，该组分 的分布可计算如下：
32
开始时，若有单位质量，即m=1（例1mg或1μg） 的该组分加到第0号塔板上，分配平衡后，由于k=1， 即ns=nm故nm=ns=0.5。当一个板体积（lΔV）的载气 以脉动形式进入0号板时，就将气相中含有nm部分组 分的载气顶到1号板上，此时0号板液相（或固相）中 ns部分组分及1号板气相中的nm部分组分，将各自在 两相间重新分配。故0号板上所含组分总量为0.5，其 中气液（或气固）两相各为0.25而1号板上所含总量 同样为0.5．气液（或气固）相亦各为0.25。以后每 当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时，上述 过程就重复一次(见下表)。
W1/2=2.35 σ
➢ 峰高 h (Peak Height):色谱峰 顶点与基线之间的垂直距离。
5
色谱图相关术语
➢ 峰(底)宽 W (Peak Width): 峰 两侧拐点处所作切线与峰底相交 两点之间的距离。
➢ 半(高)峰宽 W1/2 (Peak Width at Half Height): 在峰高一半处 的色谱峰的宽度，单位可用时间 或距离表示。
（i）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。 （ii）以气相色谱为例，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）。 （iii）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。 （iv）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。
基线宽度(峰底宽度) W 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截 距 W = 4s
11
色谱峰所能提供的重要信息 ➢ 样品中所含组分的最少个数 ➢ 保留值---定性分析 ➢ 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 ➢ 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能 ➢ 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件
简言之，色谱图是指色谱柱流出物通过检测器时所产 生的响应信号对时间的曲线图,其纵坐标为信号强度,横坐 标为保留时间。
3
W1/2=2.35 σ
典型的色谱图
4色谱Biblioteka 相关术语➢ 色谱峰(Peak):色谱柱流出组 分通过检测器时产生的响应信号 的微分曲 线。
➢ 基线(Baseline):在一定色谱条 件下，仅有流动相通过检测系统 时所产生的信号的曲线。实验条 件稳定时，基线应是一条平行于 横轴的线。
1 2
w
1
w2
w1 w2
R值越大，表明相邻两组分分离越好。一般说，当R＜1时， 两峰有部分重叠；当R＝1时，分离程度可达95％；当R＝1．5时， 分离程度可达99.7％。通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离
的标志。
22
23
保留指数 I
1958年克瓦茨（Kovats)提出，用以表示化合物在一 定温度下在某种固定液上的相对保留值，具体说它是以 一系列正构烷烃作标准的相对保留值。
分配系数K
平衡状态时组分在固定相（CL）与流动相（CG）中的浓度之比。
K = CL / CG
分配比(容量因子)K’
平衡状态时组分在固定相(P)与流动相(q)中的质量之比。
K , = CLVG / CGVG = KVL /VG
= (tR tM ) / t M
=
t
, R
保留值的基本参数
➢ 死时间(tM)(Dead time): 不被固 定相滞留的组分从进样到出现峰 最大值所需的时间(空气或甲 烷）。
➢ 保留时间(tR)(Retention time): 组 分从进样到出现峰最大值所需时 间。 不同的物质在不同的色谱 柱上以不同的流动相洗脱会有不 同的保留时间，因此保留时间是 色谱定性分析的重要参数。
21
由此可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱 柱中分离情况，故需引人一个综合性指标——分离度R。分离 度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指 标。分离度又叫分辨率，它定义为相邻两组分色谱峰保留值之 差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，即
R = t2 t1 = 2 t2 t1
规定正构烷烃的I 值是其碳原子的100倍，
如：正庚烷I=700
24
2.3 色谱学基本理论
➢ 研究色谱理论的目的——解决色谱峰的分离问题 ➢ 两组分的峰间距离，由各组分在两相间的分配系 数决定，即由色谱过程的热力学性质决定。 ➢ 每个组分的峰宽大小，由组分在色谱柱中的传质 和扩散决定，即由色谱过程的动力学性质决定。 ➢ 组分能否有效分离与峰间距离和峰的宽度有关。 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。
增加快，后半部分信号减少慢。引起峰拖尾的主要原因 是溶质在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰也称为 吸附峰。
伸舌峰（前伸峰）： 当As小于1时，色谱峰是前半部分
信号增加慢，后半部分信号减小快。因为伸舌峰主要是 固定相不能给溶质提供足够数量合适的作用位置，使一 部分溶质超过了峰的中心，即产生了超载，所以也称超 载峰。
= 100[Z
n(
lg lg
tR, (
t
, R(
X ) lg Z n) lg
tR, ( z
t
, R(
Z
) )
)]
t’R(x)---待测物X的调整保留时间
t’R(z)---碳原子数为Z的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z+n)---碳原子数为z+n的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1）
37
3、色谱流出曲线方程（正态分布方程） 描述组分流出色谱柱的浓度变化：
C=
C0
－(t-tR )2
e 2 2
2
为标准差，tR为保留时间，C为任意时间t时的 浓度，C0为峰面积A，即相当于某组分的总量。
25
三个色谱基本理论问题 ➢ 色谱热力学问题——发展高选择性色谱柱 ➢ 色谱动力学问题——发展高效能色谱柱 ➢ 分离条件的最优化问题——分离条件优化
26
塔板理论 (热力学理论：研究分配(分离)过程)
速率理论 (动力学理论：研究各种动力学因素 对峰展宽的影响)
平衡色谱理论 扩散理论 块状液膜理论
10
色谱峰的区域宽度
组分在色谱柱中谱带扩展(由于纵向扩散，传质阻 力等因素的影响，使组分在色谱柱内移动过程中谱带 宽度增加的现象)的函数，反映了色谱操作条件的动力 学因素 。 标准偏差s 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 半峰宽 W1/2 峰高一半处对应的色谱峰的宽度
W1/2 = 2 .354 s
7
色谱峰的对称性
在理想情况下，色谱峰的形状可以近似地用高斯曲线 （Gaussian）描述。
σ为标准偏差（拐点处的半峰宽），
h为最大峰高，w为峰宽
8
不对称因子 在实际的色谱过程中，很少符合高斯分布，而是具有
一定的不对称性。可以定义一个不对称因子As来定量地表
示色谱峰的不对称程度。
9
拖尾峰： 当As大于1时，色谱峰的形状是前半部分信号
第 2 章 色谱基本理论
2.1 色谱过程 色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配“平衡” 的过程。混合物中，若两个组分的分配系数不等，则被流 动相携带的速率不等，即形成差速迁移而被分离。
1
色谱过程及色谱图
2
2.2 色谱图及基本参数
色谱图 试样中各组分经色谱柱分离后，随流动相依次进入检
测器，检测器将各组分的浓度（或质量）的变化转换为电 压（或电流）信号，再由记录仪记录下来。所得到的电信 号强度-时间曲线即浓度（或质量）-时间曲线，称为流出 曲线，也叫色谱图。
29
流动相 固定相
塔板号 0
1
2
3
r-1
r
塔板理论示意图
如果把上述错流萃取过程继续下去，即“平衡→ 转移→再平衡→再转移→。。。”
流动
流动
0 加样
0 平衡
01
01 再平衡
塔板理论示意图
01 2
为简单起见，设色谱柱由5块塔板（n＝5， n为柱子的塔板数）组成，并以r表示塔板编 号，r=1，2…，n－l；某组分的分配比k=1.
K’→∞ 18
讨论： K’=0 则 tR = tM 组分无保留行为 K’=1 则 tR = 2tM K’→∞ tR很大 组分峰出不来
所以 K’=1-5 最好 如何控制K’？
主要选择合适的固定液、流动相。
19
色谱柱效能的参数
理论塔板数n n = 5.54( tR )2 = 16( tR )2
W1/ 2
W1/2=2.35 σ
➢ 标准偏差(σ)(Standard Error)： 峰高0.607倍处峰宽的一半。
6
色谱图相关术语
➢ 峰面积 (Peak Area): 色谱峰与基线（延长线）所包 围的面积称为峰面积。峰面积与进入检测器的组分的 量呈正比。 ➢ 拖尾峰 (Tailing Peak): 后沿较前沿平缓的不对称峰。 ➢ 前伸峰(Leading Peak)：前沿较后沿平缓的不对称 峰。 ➢ 假（鬼）峰（Ghost Peak）：不是试样本身所产生 的峰 。
33
34
35
流出曲线方程
1、二项式分布曲线
以组分A在柱出口处的质量分数对N作图。
N 柱出口
00
10
20
30
40
5 0.032
6 0.079
7 0.118
k=1的组分从n=5色谱柱中的流出曲线图
8 0.137 9 0.137
10 0.124
36
2、色谱流出曲线 当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布曲线。
根据上述假定，在色谱分离过程中，该组分 的分布可计算如下：
32
开始时，若有单位质量，即m=1（例1mg或1μg） 的该组分加到第0号塔板上，分配平衡后，由于k=1， 即ns=nm故nm=ns=0.5。当一个板体积（lΔV）的载气 以脉动形式进入0号板时，就将气相中含有nm部分组 分的载气顶到1号板上，此时0号板液相（或固相）中 ns部分组分及1号板气相中的nm部分组分，将各自在 两相间重新分配。故0号板上所含组分总量为0.5，其 中气液（或气固）两相各为0.25而1号板上所含总量 同样为0.5．气液（或气固）相亦各为0.25。以后每 当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时，上述 过程就重复一次(见下表)。
W1/2=2.35 σ
➢ 峰高 h (Peak Height):色谱峰 顶点与基线之间的垂直距离。
5
色谱图相关术语
➢ 峰(底)宽 W (Peak Width): 峰 两侧拐点处所作切线与峰底相交 两点之间的距离。
➢ 半(高)峰宽 W1/2 (Peak Width at Half Height): 在峰高一半处 的色谱峰的宽度，单位可用时间 或距离表示。
（i）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。 （ii）以气相色谱为例，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）。 （iii）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。 （iv）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。
基线宽度(峰底宽度) W 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截 距 W = 4s
11
色谱峰所能提供的重要信息 ➢ 样品中所含组分的最少个数 ➢ 保留值---定性分析 ➢ 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 ➢ 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能 ➢ 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件
简言之，色谱图是指色谱柱流出物通过检测器时所产 生的响应信号对时间的曲线图,其纵坐标为信号强度,横坐 标为保留时间。
3
W1/2=2.35 σ
典型的色谱图
4色谱Biblioteka 相关术语➢ 色谱峰(Peak):色谱柱流出组 分通过检测器时产生的响应信号 的微分曲 线。
➢ 基线(Baseline):在一定色谱条 件下，仅有流动相通过检测系统 时所产生的信号的曲线。实验条 件稳定时，基线应是一条平行于 横轴的线。
1 2
w
1
w2
w1 w2
R值越大，表明相邻两组分分离越好。一般说，当R＜1时， 两峰有部分重叠；当R＝1时，分离程度可达95％；当R＝1．5时， 分离程度可达99.7％。通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离
的标志。
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23
保留指数 I
1958年克瓦茨（Kovats)提出，用以表示化合物在一 定温度下在某种固定液上的相对保留值，具体说它是以 一系列正构烷烃作标准的相对保留值。
分配系数K
平衡状态时组分在固定相（CL）与流动相（CG）中的浓度之比。
K = CL / CG
分配比(容量因子)K’
平衡状态时组分在固定相(P)与流动相(q)中的质量之比。
K , = CLVG / CGVG = KVL /VG
= (tR tM ) / t M
=
t
, R