色谱法概论
合集下载
色谱分析法概论
差速迁移 色谱分离。
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，被固定 相溶解或吸附; 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; 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; 随着载气的流动，溶解、 挥发，或吸附、脱附的过程反 复地进行。
第二节 色谱过程
一、色谱过程
实现色谱操作的基本条件是必须具备相对 运动的两相，固定相(stationary phase)和流 动相(mobile phase)。
色谱过程是组分的分子在流动相和固定相 间多次“分配”的过程。
色谱过程
• 组分的结构和性质微小差异
与固定
相作用差异 随流动相移动的速度不
等
• 设正常峰，W1≈W2= 4σ ， • 则R=1.5时，99.7%面积(tR ±3σ)被分开，
∆ tR =6 σ ，称 6 σ分离 。
R＜1, 峰重叠，未分开
R = 1, 认为基本分开，4σ分 离
R = 1.5, 两峰完全分离，6σ分 离
三、分配系数与色谱分离
(一) 分配系数和容量因子
• 分配系数 (distribution coefficient；K) 是在 一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分 在固定相 (s) 与流动相 (m) 中的浓度 (C) 之比。
(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。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱 效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效 的途径。
第十七章 色谱分析法概论
在流动相和固定中具有不同的分配系数，分配系数的大小
反映了组分在固定相上的溶解-挥发 或 吸附-解吸的能力。
分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能
力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系数小的
组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内 的移动速度快。
经过一定时间后，由于分配系数的差别，使
各组分在柱内形成差速移行，达到分离的目的。
空间总和）
当色谱柱载气流速为F0(ml／min)时，它与死时间的 关系为：
V0(M) = tM· 0 F
(VM 大，色谱峰展宽，柱效低)
4. 保留值：定性参数，是在色谱分离过程中，试样中各组分
在色谱柱内滞留行为的一个指标。 （它可用保留时间、保留体积和相对保留值等表示） （1）保留时间 tR （retention time）： 从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点） 所需要的时间，称为该组分的保留时间。如图中tR(1)、 tR(2) 所示，
把这些色 带称为 “ 色谱图 ” （chromatography）, 相
应的方法叫作“色谱法”
色谱法是一种分离技术：
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 定相的流体（气体或液体），称为 流动相
各组分被分离后，可进一步进行定性和定量
分析： 经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即 不能连续进行 现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即 能连续进行
p tR tM t 'R k q tM tM
任一组分的 k 值可由实验测得，即为调整保留时间 tR’与 不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间tM 的比值。可将k 看
作色谱柱对组分保留能力的参数，k 值越大，保留时间越长。
色谱分析法概论
色谱分析法引论
§1.1 概述
色谱法也叫层析法，它是一种
高效能的物理分离技术，将它用于
分析化学并配合适当的检测手段，
就成为色谱分析法。
色谱法的最早应用是用于分 离植物色素，其方法是这样的： 在一玻璃管中放入碳酸钙，将含 有植物色素（植物叶的提取液） 的石油醚倒入管中。
此时，玻璃管的上端立即出现几 种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚 冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断 地向下移动，并逐渐分开成几个不同 颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得 各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。 色谱法也由此而得名。
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数（样品中单组份的最少个数）
色谱保留值（定性依据）
色谱峰高或面积（定量依据）
色谱保留值或区域宽度（色谱柱分离效
能评价指标）
色谱峰间距（固定相或流动相选择是否
合适的依据）
§1.3 色谱法基本原理
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
h. 区域宽度：色谱峰的区域宽
度是色谱流出曲线的重要参数之一
，可用于衡量色谱柱的柱效及反映 色谱操作条件下的动力学因素。宽
度越窄，其效率越高，分离的效果
也越好。
区域宽度通常有三种表示法： 标准偏差：峰高0.607 倍处峰 宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。 W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切 线与基线的交点间的距离。W= 4
有关，与两相体积、
柱管特性和所用仪
器无关。
分配系数 K的讨论
试样一定时，K主要取决于固定相性质一定温
度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；每个组 分在各种固定相上的分配系数K不同；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K值是分离的基础；某组分的K=0时，即不被 固定相保留，最先流出。
§1.1 概述
色谱法也叫层析法，它是一种
高效能的物理分离技术，将它用于
分析化学并配合适当的检测手段，
就成为色谱分析法。
色谱法的最早应用是用于分 离植物色素，其方法是这样的： 在一玻璃管中放入碳酸钙，将含 有植物色素（植物叶的提取液） 的石油醚倒入管中。
此时，玻璃管的上端立即出现几 种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚 冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断 地向下移动，并逐渐分开成几个不同 颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得 各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。 色谱法也由此而得名。
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数（样品中单组份的最少个数）
色谱保留值（定性依据）
色谱峰高或面积（定量依据）
色谱保留值或区域宽度（色谱柱分离效
能评价指标）
色谱峰间距（固定相或流动相选择是否
合适的依据）
§1.3 色谱法基本原理
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
h. 区域宽度：色谱峰的区域宽
度是色谱流出曲线的重要参数之一
，可用于衡量色谱柱的柱效及反映 色谱操作条件下的动力学因素。宽
度越窄，其效率越高，分离的效果
也越好。
区域宽度通常有三种表示法： 标准偏差：峰高0.607 倍处峰 宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。 W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切 线与基线的交点间的距离。W= 4
有关，与两相体积、
柱管特性和所用仪
器无关。
分配系数 K的讨论
试样一定时，K主要取决于固定相性质一定温
度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；每个组 分在各种固定相上的分配系数K不同；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K值是分离的基础；某组分的K=0时，即不被 固定相保留，最先流出。
色谱分析法概论
第一章色谱分析法概论第一节概述色谱分析法简称色谱法或层析法(chromatography)，是一种物理或物理化学分离分析方法。
从本世纪初起，特别是在近50年中，由于气相色谱法、高效液相色谱法及薄层扫描法的飞速发展，而形成一门专门的科学——色谱学。
色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混合物的最重要的分析方法，在各学科中起着重要作用。
历史上曾有两次诺贝尔化学奖是授予色谱研究工作者的：1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附分析的研究而获奖，1952年英国的Martin和Synge因发展了分配色谱而获奖；此外在1937～l972年期间有12次诺贝尔奖的研究中，色谱法都起了关键的作用。
色谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗。
在管的不同部位形成色带，因而命名为色谱。
管内填充物称为固定相(stationary phase)，冲洗剂称为流动相(mobile phase)。
随着其不断发展，色谱法不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色物质的分离。
虽然“色”已失去原有意义，但色谱法名称仍沿用至今。
30与40年代相继出现了薄层色谱法与纸色谱法。
50年代气相色谱法兴起，把色谱法提高到分离与“在线”分析的新水平，奠定了现代色谱法的基础，l957年诞生了毛细管色谱分析法。
60年代推出了气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)，有效地弥补了色谱法定性特征差的弱点。
70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起，为难挥发、热不稳定及高分子样品的分析提供了有力手段。
扩大了色谱法的应用范围，把色谱法又推进到一个新的里程碑。
80年代初出现了超临界流体色谱法(SFC)，兼有GC与HPLC的某些优点。
80年代末飞速发展起来的高效毛细管电泳法(high performance capillary electrophoresis，HPCE)更令人瞩目，其柱效高，理论塔板数可达l07m-1。
色谱法概论PPT课件
能。
色谱法与其他技术的联用
色谱-质谱联用（GC-MS, LC-MS）
通过将色谱的分离能力与质谱的高灵敏度检测相结合，可实现对复杂样品中目标化合物 的定性和定量分析，广泛应用于药物代谢、环境监测等领域。
色谱-光谱联用（GC-IR, LC-UV/Vis）
色谱与光谱技术的联用可以提供更丰富的化合物结构和组成信息，有助于深入了解化合 物的性质和行为。
实验材料
确保色谱柱、试剂、溶 剂等材料的质量和纯度，
以满足实验要求。
实验设备
检查色谱仪、检测器、 注射器等设备的运行状 况，确保实验过程中设
备正常工作。
实验设计
根据实验目的和要求， 设计合理的色谱条件和
实验方案。
实验安全
注意实验过程中的安全 问题，如使用有毒有害
试剂时的防护措施。
实验操作步骤
色谱柱安装与条件设置
数据整理
整理实验过程中记录的数据，包括 色谱图、峰面积等。
结果分析
对实验结果进行深入分析，探究可 能的原因和影响因素。
03
02
结果判断
根据实验目的和要求，判断实验结 果是否符合预期。
结论总结
总结实验结果，得出结论，并提出 进一步改进和完善的建议。
04
04 色谱法在分析化学中的应 用
在食品分析中的应用
食品成分分析
色谱法用于分离和检测食品中的营养 成分，如脂肪、蛋白质、碳水化合物、 维生素和矿物质等，以确保食品质量 和安全。
食品添加剂分析
食品污染物分析
色谱法用于检测食品中的有害物质， 如农药残留、重金属、霉菌毒素等， 以防止食品污染和保障食品安全。
色谱法用于检测食品中添加的防腐剂、 色素、香料等成分，以控制食品添加 剂的使用量，保障消费者健康。
色谱分析法概论
流动相选择
02
03
分离条件优化
选择合适的流动相，控制待测组 分的吸附和解吸行为，提高分离 效果。
通过调整温度、压力、流速等参 数，优化分离过程，提高分离效 率和准确性。
检测过程
检测器选择
根据待测组分的性质和检测需求， 选择合适的检测器，如紫外可见 光检测器、荧光检测器、电化学 检测器等。
检测条件优化
原理
基于不同物质在两相之间的吸附 或溶解能力差异，实现各组分的 分离。固定相和流动相的选择性 差异是色谱分离的基础。
发展历程与现状
发展历程
自1906年俄国植物学家茨维特发明了色谱法以来，该技术不 断发展并广泛应用于各个领域。随着技术的进步，出现了许 多新型色谱技术，如高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳 等。
现状
色谱分析法已成为实验室常规分析手段，尤其在生命科学、 药物研发、环境监测等领域具有不可替代的作用。随着仪器 自动化和智能化的发展，色谱分析法的应用前景更加广阔。
色谱分析法的分类
根据流动相的不同
液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱等。
根据分离原理的不同
体积排阻色谱、亲和色谱、环糊精色谱等。
根据固定相的不同
优化检测器的参数，如波长、电 压、响应时间等，提高检测灵敏 度和准确性。
数据处理与分析
对检测数据进行处理、分析和解 释，得出待测组分的含量、分布 和变化规律等信息。
05
色谱分析法的实验
技术
薄层色谱法
原理
薄层色谱法是一种基于吸附原理的色 谱技术，利用固定相吸附剂对不同组 分的吸附能力差异实现分离。
操作流程
样品制备
样品收集
根据分析目的，选择合适 的样品收集方法，确保样 品的代表性和可靠性。
第九章 色谱法概论-2
8）选择性因子 α：调整保留值 ） 之比
某组分2的调整保留值与组分1的调整保留 值之比，称为选择性因子 。 由于相对保留值只与柱温及固定相性质有 关，而与柱径、柱长、填充情况及流动 相流速无关，因此，它在色谱法中，特 别是在气相色谱法中，广泛用作定性的 依据。 K2 k2 α = r2， = = 1 K1 k1
1．流出曲线和色谱峰
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 色谱峰
从色谱图上可以得到许多重要 信息：
①根据色谱峰的个数，可以判断试样中所含组 分的最少个数。 ②根据色谱峰间的距离，可评价色谱条件的选 择是否合理。 ③利用色谱峰的保留值及区域宽度，可评价柱 效。 ④根据色谱峰的保留值，可以对组分进行定性 分析。 ⑤根据色谱峰的面积或峰高，可以对组分进行 定量分析。
♠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。
11．容量因子 11．
分配系数K 分配系数 ： K = CS
以吸附色谱为例见图示 吸附→ 解吸→再吸附 →再解吸 →反复多次洗 脱→被测组分分配系数不同→ 差速迁移 → 分 离
图示
分配系数的微小差异→吸附能力的微小差异 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出； 吸附能力强的组分后流出 back
色谱过程示意图
二、色谱流出曲线和基本概念
1．流出曲线和色谱峰 2．保留值：色谱定性参数 3．色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数
第2节 色谱过程与术语 一、 色谱过程：
色谱过程是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。 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 与固定相之间产生的作用力的大小、 异，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， 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， 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。 定次序由固定相中流出。
色谱概论1-3章
气相色谱图
二、色谱流出曲线的意义： 从色谱图上可获得的信息有： 色谱峰的个数，可判断样品中所含组份的最少个数； 色谱峰的保留值，可进行定性分析； 色谱峰的峰高或峰面积，可进行定量分析；
色谱的保留值或区域宽度，是评价色谱柱分离性能的
色谱峰间距是固定相或流动相选择是否合适的依据。
依据；
a.死时间(tM) ：不与固定相作用的物质从进样到出现 峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。 由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的 流速相近。如用热导池检测器时，从注射空气样品到空气峰 顶出现时的时间。 b.保留时间（tR）：试样从进样到出现峰极大值时的时
间。它包括组份随流动相通过柱子的时间tM和组份在固定相
第三节 色谱法的定义与分类
一、色谱法的定义
色谱法或色谱分析也称之为层析法，是一种物理化学的分 析方法，它利用混合物中各组分在两相间分配系数的差别，当 溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配， 从而使各组分得到分离。分离的仪器即色谱仪。
二、色谱法的分类
色谱法可按两相的状态及应用领域的不同分为两大类。 （一）按流动相与固定相的状态分类 1 ．气相色谱 气相色谱又可分为气固色谱和气液色谱，前者是以气体为 流动相，以固体为固定相的色谱，后者是以气体为流动相，以 液体为固定相的色谱。 2 ．液相色谱 液相色谱又可分为液固色谱和液液色谱，前者是以液体为 流动相，以固体为固定相的色谱；后者是以一种液体为流动相， 以另一种液体为固定向的色谱。
色谱分析
概论
第一章 绪论
第二章 色谱法的原理
第三章 色谱仪
第一章 绪论
1
色谱法的发展简史 色谱法与其他方法的比较和配合
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由于分子的纵向扩散造成的色谱峰扩展。即
由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以塞子的
形式存在于色谱柱的很小一段空间中，由于在塞
子前后存在浓度梯度，因此使运动着的分子产生
纵向扩散，引起色谱峰扩展。
传质阻力项
平衡浓度
实际浓度 流动相
分界面 固定相
传质阻力引起非平衡过程示意图
由气相传质阻力和液相传质阻力两项组成
分离度R与理论塔板数N的平方根成正比关系，增 加塔板数，有利于提高分离度。
N的影响，如何提高N？
增加柱长可增加N，改善分离，但分析时间将大大
延长，峰产生扩展。
减小塔板高度H：
根据速率方程的启示制备一根性能优良的色谱柱是十分 重要的。
根据速率方程选择合适的色谱条件同样有效。
K的影响，如何改变k？
色谱峰展宽的柱外因素
柱外效应
柱外峰展宽又称柱外效应。
色谱柱外引起色谱峰扩展的因素：如进
样系统及进样方式、系统连接管、检测
器死体积，检测器响应时间常数等因素 引起的谱带宽展。
2. 色谱分离基本方程
对于常规分析工作，一般选用：
选择性系数α（相对保留值）与保留指数I来评 价固定液
有效塔板数N有效来评价色谱柱与分离条件 以分离度R作为柱的总分离效能指标
V R t R F0
tR tR tM
'
V M t M F0
调整保留体积(V’R):
V R t R F0 ( t R t M ) F0
' '
相对保留值(ri,s): ri , s
t Ri t
' Rs
'
V Ri V Rs
'
'
关于分配平衡
改变柱温 改变相比，即改变固定相的量和改变柱 死体积，其中死体积对k/(k+1)的影响很 大，使用死体积大的柱子，分离度将受
到很大损失。
在高效液相色谱中改变流动相的配比是
最简便、最有效的方法
α的影响，如何改变α？
α N有效
R=1.0
1.00 1.005 1.01 1.02 1.05 1.10 1.25 1.50 2.00 ∞ 650000 163000 42000 7100 1900 400 140
4. 色谱相关术语
关于色谱峰
关于保留值
关于分配平衡
关于色谱峰的术语
峰 标准偏差σ 峰高 峰面 积
半峰宽
峰宽
基线
峰底宽、半峰宽及标准偏差三者的关系为： W=4σ，Wh/2=2.354σ
拖尾峰
畸峰 峰底
基线漂移
基线噪声 谱带扩张
关于保留值的术语
死时间(tM): 无保留组分出峰时间 保留时间(tR): 调整保留时间(t’R): 死体积(VM): 保留体积(VR):
流动相的种类和配比对容量因子和选择性系数的影响
样品组分 50%甲醇/水 苯胺 苯酚 苯甲醚 苯 氯苯 1.3（1.07） 1.6（2.81） 4.5（1.04） 4.7（1.96） 9.2 K（ α） 40%乙腈/水 1.5（1.07） 1.4（2.87） 4.3（1.09） 4.7（1.63） 7.7 37%THF/水 1.7（1.35） 2.3（1.70） 3.9（1.20） 4.7（1.38） 6.5
Chromatography(色谱分析) 将色谱法用于分析中，则称为色谱分析。
色谱分析是一种分离、分析法。
2、色谱法分离原理
当流动相中所携带的混合物流过固定相时， 就会和固定相发生作用(力的作用)。由于混
合物中各组分在性质和结构上有差异，与固
定相发生作用的大小也有差异。因此在同一 推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留 时间有长有短，从而按先后不同的次序从固 定相中流出。
三、色谱定性与定量方法
1. 色谱定性分析
(1) 利用保留值及其规律定性
各物质在一定的色谱条件下均有确定不变的保
留值，因此保留值可作为定性指标。
利用纯物对照定性
利用文献值对照定性
纯物质对照定性
实现方法
利用保留时间和保留体积定性
用相对保留值定性
ri , s
t Ri t
' Rs
'
V Ri V Rs
（1）几个概念——选择性系数α
定义与相对保留值(ri,s)基本相同 不同之处在于选择性系数是两个相邻峰的调整保 留值之比（后峰比前峰，α≥1），而不是被测物 与标准物质的调整保留值之比（可小于1）
它是评价固定液选择性的指标。选择性系数越大，
该柱对此相邻峰的分离越好。
几个概念——有效塔板数N有效
N
有效
t tM 5 . 54 R W 1/ 2
2
5 . 54 W1 /
' tR
2
2
在气相色谱中，通常用有效塔板数N有效和有效塔板
高度H有效来评价柱子的分离效能，它扣除了死体积
对分离的影响，更好地反映了柱子的实际分离效能。
柱效越高，该柱的分离能力越好。
量交换过程需要一定时间（即传质阻力）而使分子有滞留倾向。
在此过程中，部分组分分子先离开固定相表面，发生分子超前， 引起色谱峰扩展。
C L
2
3 (1 k )
k
2
d
2 f
液膜厚度
DL
液相扩 散系数
气相色谱中的速率方程
2 2 0 . 01 k 2 d p df 2 Dm 2 k H 2 dp u 2 2 u 3 (1 k ) D L (1 k ) Dm
塔板理论的贡献
塔板理论有助于我们形象的理解色谱的分离
过程。
导出色谱流出曲线方程，它符合高斯分布， 与实验现象相吻合。 导出理论塔板数的计算公式，作为柱效的评 价指标。
塔板理论的局限
塔板高度H是一个抽象的物理量，它的色谱本质
是什么？它与哪些参变量有关，又怎样影响峰的
扩张？对实验的指导意义有限。
不能解释流速对理论塔板数的影响。 有些假设不合理，如没有考虑纵向扩散对色谱分 离的影响等。
（2）速率理论
概述
速率理论是1956年荷兰学者Van Deemter等 提出，因此又称作范第姆特方程。
运用流体分子规律研究色谱过程中产生色谱 峰扩展的因素，导出了理论塔板高度与流动 相线速度的关系，揭示了影响塔板高度的动 力学因素。
保留时间与容量因子的关系 tR＝tM（1＋k） 保留时间与容量因子的关系 tR＝tM（1＋k）
二、色谱分析法基本理论
研究理论的目的
解决色谱峰的分离问题
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
（1）塔板理论
柱效
由流出曲线方程导出：
n 8 ln 2 ( tR W1/ 2 )
2
5 . 54 (
tR W1/ 2
)
2
16 (
tR W
)
2
H=L/n
n是峰相对展宽的量度 n是柱效的量度 n是常数时，W与tR 成正比 n越大，h越小，表明组分在柱中达到的分配平衡次数 越多，对分离越有利，但还不能预言各组分有被分离 的可能性。
分离度与容量因子有关，容量因子越大，分离越好。 k 1 3 5 7 9 11 13 ∞
k/k+1 0.50 0.75 0.83 0.88 0.90 0.92 0.93 1.00
但当容量因子大于10，k/(k+1)的改变不大，而分析时间 将大大延长。因此，k的最佳范围是1<k<10。
改变容量因子的方法有：
(2) 色谱分离基本方程（Purnell方程）
R
1 4
n 理论 (
1
)(
k k 1
)
（3）色谱分离基本方程的启示
要改善物质对的分离（提高R），即提高两相邻物 质的分离度，可以采取以下措施：
提高柱效N 提高选择性系数α 增大容量因子k
R 1 k 4 1 k n
'
'
用已知物增加峰高法定性
应用范围：适用于简单混合物，对该样品已 有了解并具有纯物质的情况。
优点：应用简便，不需要其他仪器。
缺点：定性结果的可信度不高。
提高可信度的方法：双柱、双体系定性
几个概念——分离度R
R t R ( 2 ) t R (1 ) 1 2 (W 1 W 2 )
R1 / 2
t R ( 2 ) t R (1 ) 1 2 (W 1 / 2 (1 ) W 1 / 2 ( 2 ) )
R越大，说明两组分分离得越好。
由于该定义综合了色谱动力学和热力学因素，可作为色 谱柱的总分离效能指标。
大小不同，粒度分布范围不一致及填充的不均匀，形 成宽窄、长短不同的路径，因此流动相沿柱内各路径 形成紊乱的涡流运动，有些溶质分子沿较窄且直的路 径运行，以较快的速度通过色谱柱，发生分子超前，
由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以塞子的
形式存在于色谱柱的很小一段空间中，由于在塞
子前后存在浓度梯度，因此使运动着的分子产生
纵向扩散，引起色谱峰扩展。
传质阻力项
平衡浓度
实际浓度 流动相
分界面 固定相
传质阻力引起非平衡过程示意图
由气相传质阻力和液相传质阻力两项组成
分离度R与理论塔板数N的平方根成正比关系，增 加塔板数，有利于提高分离度。
N的影响，如何提高N？
增加柱长可增加N，改善分离，但分析时间将大大
延长，峰产生扩展。
减小塔板高度H：
根据速率方程的启示制备一根性能优良的色谱柱是十分 重要的。
根据速率方程选择合适的色谱条件同样有效。
K的影响，如何改变k？
色谱峰展宽的柱外因素
柱外效应
柱外峰展宽又称柱外效应。
色谱柱外引起色谱峰扩展的因素：如进
样系统及进样方式、系统连接管、检测
器死体积，检测器响应时间常数等因素 引起的谱带宽展。
2. 色谱分离基本方程
对于常规分析工作，一般选用：
选择性系数α（相对保留值）与保留指数I来评 价固定液
有效塔板数N有效来评价色谱柱与分离条件 以分离度R作为柱的总分离效能指标
V R t R F0
tR tR tM
'
V M t M F0
调整保留体积(V’R):
V R t R F0 ( t R t M ) F0
' '
相对保留值(ri,s): ri , s
t Ri t
' Rs
'
V Ri V Rs
'
'
关于分配平衡
改变柱温 改变相比，即改变固定相的量和改变柱 死体积，其中死体积对k/(k+1)的影响很 大，使用死体积大的柱子，分离度将受
到很大损失。
在高效液相色谱中改变流动相的配比是
最简便、最有效的方法
α的影响，如何改变α？
α N有效
R=1.0
1.00 1.005 1.01 1.02 1.05 1.10 1.25 1.50 2.00 ∞ 650000 163000 42000 7100 1900 400 140
4. 色谱相关术语
关于色谱峰
关于保留值
关于分配平衡
关于色谱峰的术语
峰 标准偏差σ 峰高 峰面 积
半峰宽
峰宽
基线
峰底宽、半峰宽及标准偏差三者的关系为： W=4σ，Wh/2=2.354σ
拖尾峰
畸峰 峰底
基线漂移
基线噪声 谱带扩张
关于保留值的术语
死时间(tM): 无保留组分出峰时间 保留时间(tR): 调整保留时间(t’R): 死体积(VM): 保留体积(VR):
流动相的种类和配比对容量因子和选择性系数的影响
样品组分 50%甲醇/水 苯胺 苯酚 苯甲醚 苯 氯苯 1.3（1.07） 1.6（2.81） 4.5（1.04） 4.7（1.96） 9.2 K（ α） 40%乙腈/水 1.5（1.07） 1.4（2.87） 4.3（1.09） 4.7（1.63） 7.7 37%THF/水 1.7（1.35） 2.3（1.70） 3.9（1.20） 4.7（1.38） 6.5
Chromatography(色谱分析) 将色谱法用于分析中，则称为色谱分析。
色谱分析是一种分离、分析法。
2、色谱法分离原理
当流动相中所携带的混合物流过固定相时， 就会和固定相发生作用(力的作用)。由于混
合物中各组分在性质和结构上有差异，与固
定相发生作用的大小也有差异。因此在同一 推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留 时间有长有短，从而按先后不同的次序从固 定相中流出。
三、色谱定性与定量方法
1. 色谱定性分析
(1) 利用保留值及其规律定性
各物质在一定的色谱条件下均有确定不变的保
留值，因此保留值可作为定性指标。
利用纯物对照定性
利用文献值对照定性
纯物质对照定性
实现方法
利用保留时间和保留体积定性
用相对保留值定性
ri , s
t Ri t
' Rs
'
V Ri V Rs
（1）几个概念——选择性系数α
定义与相对保留值(ri,s)基本相同 不同之处在于选择性系数是两个相邻峰的调整保 留值之比（后峰比前峰，α≥1），而不是被测物 与标准物质的调整保留值之比（可小于1）
它是评价固定液选择性的指标。选择性系数越大，
该柱对此相邻峰的分离越好。
几个概念——有效塔板数N有效
N
有效
t tM 5 . 54 R W 1/ 2
2
5 . 54 W1 /
' tR
2
2
在气相色谱中，通常用有效塔板数N有效和有效塔板
高度H有效来评价柱子的分离效能，它扣除了死体积
对分离的影响，更好地反映了柱子的实际分离效能。
柱效越高，该柱的分离能力越好。
量交换过程需要一定时间（即传质阻力）而使分子有滞留倾向。
在此过程中，部分组分分子先离开固定相表面，发生分子超前， 引起色谱峰扩展。
C L
2
3 (1 k )
k
2
d
2 f
液膜厚度
DL
液相扩 散系数
气相色谱中的速率方程
2 2 0 . 01 k 2 d p df 2 Dm 2 k H 2 dp u 2 2 u 3 (1 k ) D L (1 k ) Dm
塔板理论的贡献
塔板理论有助于我们形象的理解色谱的分离
过程。
导出色谱流出曲线方程，它符合高斯分布， 与实验现象相吻合。 导出理论塔板数的计算公式，作为柱效的评 价指标。
塔板理论的局限
塔板高度H是一个抽象的物理量，它的色谱本质
是什么？它与哪些参变量有关，又怎样影响峰的
扩张？对实验的指导意义有限。
不能解释流速对理论塔板数的影响。 有些假设不合理，如没有考虑纵向扩散对色谱分 离的影响等。
（2）速率理论
概述
速率理论是1956年荷兰学者Van Deemter等 提出，因此又称作范第姆特方程。
运用流体分子规律研究色谱过程中产生色谱 峰扩展的因素，导出了理论塔板高度与流动 相线速度的关系，揭示了影响塔板高度的动 力学因素。
保留时间与容量因子的关系 tR＝tM（1＋k） 保留时间与容量因子的关系 tR＝tM（1＋k）
二、色谱分析法基本理论
研究理论的目的
解决色谱峰的分离问题
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
（1）塔板理论
柱效
由流出曲线方程导出：
n 8 ln 2 ( tR W1/ 2 )
2
5 . 54 (
tR W1/ 2
)
2
16 (
tR W
)
2
H=L/n
n是峰相对展宽的量度 n是柱效的量度 n是常数时，W与tR 成正比 n越大，h越小，表明组分在柱中达到的分配平衡次数 越多，对分离越有利，但还不能预言各组分有被分离 的可能性。
分离度与容量因子有关，容量因子越大，分离越好。 k 1 3 5 7 9 11 13 ∞
k/k+1 0.50 0.75 0.83 0.88 0.90 0.92 0.93 1.00
但当容量因子大于10，k/(k+1)的改变不大，而分析时间 将大大延长。因此，k的最佳范围是1<k<10。
改变容量因子的方法有：
(2) 色谱分离基本方程（Purnell方程）
R
1 4
n 理论 (
1
)(
k k 1
)
（3）色谱分离基本方程的启示
要改善物质对的分离（提高R），即提高两相邻物 质的分离度，可以采取以下措施：
提高柱效N 提高选择性系数α 增大容量因子k
R 1 k 4 1 k n
'
'
用已知物增加峰高法定性
应用范围：适用于简单混合物，对该样品已 有了解并具有纯物质的情况。
优点：应用简便，不需要其他仪器。
缺点：定性结果的可信度不高。
提高可信度的方法：双柱、双体系定性
几个概念——分离度R
R t R ( 2 ) t R (1 ) 1 2 (W 1 W 2 )
R1 / 2
t R ( 2 ) t R (1 ) 1 2 (W 1 / 2 (1 ) W 1 / 2 ( 2 ) )
R越大，说明两组分分离得越好。
由于该定义综合了色谱动力学和热力学因素，可作为色 谱柱的总分离效能指标。
大小不同，粒度分布范围不一致及填充的不均匀，形 成宽窄、长短不同的路径，因此流动相沿柱内各路径 形成紊乱的涡流运动，有些溶质分子沿较窄且直的路 径运行，以较快的速度通过色谱柱，发生分子超前，