第15章色谱导论
1色谱导论
GC和HPLC的典型H-u曲线 A：HPLC的u最佳；B：GC的u最佳
最佳流动相流速
分离度
混合物中两组份的分离度R
R
2(t R2 t R1 ) W1 W2
'
n k a 1 R ( ' )( ) 4 k 1 a
分离度RS
Rs=0.75
Rs=1.0，4%overlap
Rs=1.5，0.3%overlap Baseline Resolved
多径项示意图，①～③表示3个不同的路径
How affected by:
Particle Size? ( as dp )
Mobile phase Flow Rate? ( rel. independent )
HPLC柱填料粒径dp与柱效和柱压降的关系
B：纵向扩散项
B 2Dm
组分在流动相中沿轴向方向所发生的扩散现象
Ds: 溶质在固定相中的扩散系数 df: 固定相厚度 Dm: 溶质在流动相中的扩散系数 dp: 颗粒直径
流动相中传质阻力项的来源
Cm
d
2 p
Dm
组分在流动相内不同流层之间的传质过程所引起的峰展宽
•色谱中压力驱动产生具有抛物线流型的稳态层流， 其中心最大流速是平均流速的两倍，管壁处的流速 为零。（uz = umax[(1 – r/ri)2], ub = umax/2） •液流可以看作由具有不同流速的流层所组成。分 子通过扩散效应在不同流层之间传递。 •填充柱中的液流可以想象成有不同流速的抛物线 园管内测管内层流流动 流所组成，而每个液流中存在流速分布. 基本方程式（Hagen•在电渗产生的平头流型中，流动相转质阻力相不 Poiseuille equation): 复存在。 Dp = 8 mubL/ri2
色谱法导论ppt文档
18.2．色谱法基础知识、基本概念和术语
18.2.1． 色谱分离和相应 基础理论范畴
色谱基础理论是从微 观分子运动和宏观分布平 衡探讨最大限度提高分离 迁移和降低离散迁移的科 学原理，包括色谱热力学、 色谱动力学和色谱分离理 论。
各种色谱方法具有基 本相同的动力学理论，也 有相似的分离理论规律。
18.2.2． 分布平衡
色谱过程涉及溶质在两相中的分布平衡(distribution equilibrium)，平衡常数K称为分布系数或分配系数：
K Cs Cm
(G)T.P 0
s sRlTnas mmRlTn am
s RlT n a sm RlT n a m
K Cs exp( )
Cm
RT
18.2.3．分布等温线
18.1.5.色谱法与其他分离、分析方法比较
18.1.5.3.与光谱、质谱分析方法比较 1. 光谱、质谱主要是物质定性鉴定分析方法，色谱法
本质上不具备定性分析功能。
2. 色谱法最主要的特点是适用于多组分复杂混合物分 离分析。
3. 色谱仪器的价格相对比分子光谱、质谱仪器低得多， 适用范围和领域更广。
经典柱色谱、制备色谱、萃取、精馏、结晶 精馏、萃取、吸附、吸收、膜分离
18.1.3. 分离方法分类
18.1.3.1. 按相的类型分类
18.1.3. 分离方法分类
18.1.3.2. 按分离机理分类
18.1.3. 分离方法分类
18.1.3.3.按分离过程推动力分类
18.1.4.色谱法分类
18.1.4.1. 按固定相的形态分类 柱色谱：填充柱、整体柱、毛细管或开管柱 平面色谱：薄层色谱和纸色谱 18.1.4.2. 按色谱动力学过程分类 淋洗色谱法 置换色谱法 迎头色谱法
《仪器分析》色谱分析导论1-2
吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱
凝胶色谱、生物亲和色谱 （c）按照分离系统的结构形状分：
柱色谱、毛细管色谱、平板色谱
（d）按照展开程序分： 洗脱法、顶替法、迎头法
①洗脱法 吸附或溶解能力比样品弱的物质作为流动相， 利用组分在固定相上溶解能力不同实现分离。
A
1
2
3
洗脱法样品流出曲线
t
大部分色谱过程采取这种方法。样品区带呈高斯分布。
'
相比
色谱柱内流动相体积 Vm 色谱柱内固定相体积 Vs
（1-8）
相比与填料的颗粒度、表面积、固定相的用量、填 充的情况等因素有关！
k
'
K
（2）保留值
保留值是组分在色谱柱内滞留行为的一个指标， 与分配过程有关，受热力学和动力学因素的控制。 保留时间、保留体积等。 基本保留方程为：
t R t0 t k t0 t0
'
' R
相对保留值：
K (2) k (2) t (2) 2,1 ' K (1) k (1) t (1)
代表固定相对两组分的分离能力即分离选择性的 大小。
取决于： ① 固定相性质与流动相性质 ② 柱温
'
' R ' R
（3）色谱过程基本理论
同时考虑传质速率和纵向扩散互相影响的关系式并不断得到发展， 统称为速率理论，可以更好地阐明各种操作参数对柱效能与峰形的 影响。
1）平衡色谱理论
基本假设：组分以脉冲的形式进入色谱柱，组 分在两相之间的分配平衡瞬间达成。即不考虑传质 速率的有限性和物质的扩散对平衡过程的影响。
c
q cpuqdt dx c+dc
色谱法导论 hgh
3. 峰底宽度(基线宽度)
W b = 4σ
色谱峰的区域宽度是组份在色谱柱中谱带扩张的 函数，它反映了色谱操作条件的动力学因素．
(四) 保留值 1. 时间表示的保留值
①死时间 t M
②保留时间 t R
③调整保留时间 t
′ R
1）、 死时间t0或tM：不被固定相吸附或溶解的组分 流经色谱柱所需的时间。从进样开始到柱后出现 峰最大值所需的时间。 气相色谱—惰性气体（空气、甲烷等）流出 色谱柱所需的时间。 tM
吸附能力不同进行分离。
（3）离子交换色谱： 利用不同组分对离子交换剂
亲和力不同进行分离。
（4）凝胶色谱：利用凝胶对分子的大小和形状不同
的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。
3．按操作形式分类：
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱
平面色谱
纸色谱 薄层色谱 高分子薄膜色谱
（1）柱色谱：
填充柱色谱—固定相填充到柱管内。
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
t V
R R 2 2 2.1 t V R R 1 1
选择因子α
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： tR 2 tR 1
色谱分析法
组分在固定相中的质量 k 组分在流动相中的质量
分配比又称容量因子。
2013-7-1 色谱分析法导论 10
分配系数和分配比值决定于组分及固定相热力学性质。除 了与温度、压力有关外，还与流动相及固定相的性质有关。
分配比k与分配系数K的关系为：
MS VS MS VS cs VS k K/ Mm MS V cm Vm m Vm
2013-7-1
色谱分析法导论
8
（一） 分离原理
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。
14
5. 分配系数 K 与保留值的关系
VR ＝K Vs 将反映色谱行为的保留值与反映热力学性质的分配系 数K直接联系起来。
6. 分配比 k 与保留值的关系
tR tM t k R tM tM
tR＝ tM（1＋ k ）
k 是衡量色谱柱对组分保留能力的参数， k值越大， 保留时间越长。
2013-7-1
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二、速率理论
速率理论方程式（也称范弟姆特方程式）:
B H A Cu u
H：理论塔板高度，u：流动相的线速度(cm/s)
A、B、C为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散
项系数和传质阻力项系数。
（1956年荷兰学者van Deemter（范第姆特）等在研究气 液色谱时提出。该理论模型对气相、液相色谱都适用。）
tR 2 tR 2 n 5.54( ) 16( ) Y1/ 2 Wb
2013-7-1 色谱分析法导论 17
15 仪器分析复习
第15章 色谱法引论
色谱法分类：气相（气固、气液）、液相（液固、液液）
色谱分析理论基础 色谱流出曲线及其各参数的定义：死时间，（调整）保留值， 相对保留值，区域宽度。 塔板理论：理论（有效）塔板数与色谱参数（塔板高度，长度） 之间的关系： 速率理论 速率方程（也称范.弟姆特方程式）: H = A + B/u + C· u A，B/u，C· u分别代表什么？ 涡流扩散项，分子扩散项，传质阻力项 分离度及色谱分离方程：分离度与相对保留值和塔板数的关系 式
三、红外光谱仪 光源：能斯特灯、硅碳棒 样品室（吸收池）：玻璃、石英等对红外光均有吸收。 采用NaCl、KBr等材料
单色器：光栅
检测器：热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞
检测器 四、红外的定性分析 不饱和度的计算
n3 n1 1 n4 2
红外谱图的解析
第四章、分子荧光及磷光分析
思考题
1. 气相色谱的基本设备包括那几部分,各有什么作用? 2．试以塔极高度H做指标讨论气相色谱操作条件的选择。 3. 试述速率方程式中A、B、C三项的物理意义。 4. 为什么可用分辨率R作为色谱柱的总分离效能指标。 5. 能否根据理论塔板数来判断分离的可能性？为什么？ 6. 对载体和固定液的要求分别是什么? 7. 试比较红色担体和白色担体的性能,它们各使用在哪些方面? 8. 固定液可分为哪几类？为什么这样划分？如何选择固定液。 9. 色谱定性的依据是什么，主要有哪些定性方法。 10．色谱定量分析中为什么要用校正因子？在什么情况下可以 不用?
解:Ag的析出电位为 = øAg+/Ag+0.059 lg[Ag+] =0.80+ 0.059 lg 0.010 =0.68(V) Cu的析出电位为 = øCu+/Cu +0.059 lg[Cu2+] =0.35+ 0.059 lg 2.00 =0.359(V) 当Ag完全析出时 øAg+/Ag=0.80 +0.059 lg1.010-6=0.446V 能使Ag+与Cu2+完全分离，电位应控制在 0.4460.359V(s.SHE) 对饱和甘汞电极电位则为(0.446-0.244) (0.3590.244)V即0.202 0.115V。
《色谱学导论》
《色谱学导论》色谱学是一门重要的分析技术，也是现代分析化学中最重要的一门学科。
它的研究范围涉及到无机分析，有机分析，生物分析，环境分析，以及药学分析等。
本文主要介绍色谱学的原理，分析方法，发展历史和当前发展趋势。
色谱学是一门研究物质分子分离、表征以及基本物理化学性质的分析科学。
它最初源自19世纪末晚期科学家和工程师们对色分析的研究，是用来分离和表征物质分子的一种技术。
在过去的几十年里，色谱学已经发展成为一门研究物质分子的综合性的科学，它的研究领域也出现了许多新的发展。
色谱学的基本原理是将分子分离来分解混合物，以便检验中的单个成分。
它是一门综合性的技术，有多种分离装置和方法可供选择，它可以产生分子结构和性质上的未知，以及混合物分离成分的可靠数据。
典型的色谱装置包括柱载、液相色谱(LC)和气相色谱(GC)。
柱载色谱利用离子交换、吸附、疏水或界面活性作用等原理，将混合物分离成不同的成分，每一个都能独立测定出来。
它是一种生物和抗体色谱的方法，可以快速处理非常复杂的混合物。
气相色谱的原理是利用气体及其他常见物质对不同组分的不同比特量，将混合物分离成各个组分。
它可以检测出物质的微量和获得高纯度的分离成分，是检测非常细微物质的有效手段。
液相色谱是一种利用液体作为溶剂将固体、气体或液体成分分离的技术，是目前应用最广泛的色谱法。
色谱学的发展史可以追溯到20世纪50年代，当时在美国出现了许多新的分析仪器，从而使色谱分析技术大为发展。
20世纪80年代以来，色谱学手段有了很大的进步，各种新的色谱装置和技术出现，使色谱学在分析领域取得了巨大成就。
目前，色谱学已经成为临床、环境和生物技术研究中不可缺少的调查工具。
色谱学是当今科技领域中一项重要技术，它在环境、医学、食品安全检测、电子等领域都发挥着重要作用。
今天，色谱学技术正在发展新的应用，如纳米色谱学、高分辨色谱等，并不断发展出新的技术来提高检测精度和准确性。
未来，色谱学将继续发展，在许多新兴领域，如生物技术、环境技术、纳米技术等领域发挥重要的作用。
色谱分析方法导论
第15页，共105页。
（三）按分离原理分类：可分为：
吸附色谱法：利用吸附剂（固定相 一般是固体）表面对不同组分吸附能 力的差别进行分离的方法；
第16页，共105页。
分配色谱法：利用不同组分在 两相间的分配系数的差别进行分 离的方法。
第17页，共105页。
离子交换色谱：利用溶液中不 同离子与离子交换剂间的交换能力 的不同而进行分离的方法。
第6页，共105页。
一、色谱分离基本原理：
由以上方法可知，在色谱法中存 在两相，一相是固定不动的，我们把 它叫做固定相；另一相则不断流过固 定相，我们把它叫做流动相。
第7页，共105页。
色谱法的分离原理就是利用待 分离的各种物质在两相中的分配系 数、吸附能力等亲和能力的不同来 进行分离的。
第8页，共105页。
谱柱柱型特点的参数。对填充柱，
=6~35；对毛细管柱， =60~600
。
第46页，共105页。
4. 选择因子 ：色谱柱对A、B两组分的选择因子
定义如下：
tr' (B) tr' ( A)
kB kA
KB KA
A为先流出的组分，B 为后流出的组分。
第47页，共105页。
注意：K 或 k 反映的是某一组分在两相间的
分配；而 是反映两组分间的分离情况！当两组分
K 或 k 相同时， =1 时，两组分不能分开；当两组 分 K 或 k 相差越大时， 越大，分离得越好。也就
是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色谱分离的 先决条件。
和 k 是计算色谱柱分离效能的重要参
数！
第48页，共105页。
二、 塔板理论
塔板理论是描述色谱柱中组分在两相间的分配状况及 评价色谱柱的分离效能的一种半经验式的理论。塔板理论将 一根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔，用塔板概念 来描述组分在柱中的分配行为。塔板是从精馏中借用的，是 一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分 布。
2023年卫生化学之色谱分析方法导论解析
球状颗粒； 大分子量流动相； 适当增加流速； 短柱； 低温。
3）传质阻力项(Mass-transfer term, Cu)
因传质阻力的存在，使分配不能“瞬间”达至平衡，因此产生峰形展宽。
4. 选择因子 ：色谱柱对A、B两组分的选择因子 定义如下：
t'r ( B ) t'r ( A )
kB kA
KB KA
A为先流出的组分，B为后流出的组分。
注意：K 或 k 反映的是某一组分在两相间的分配；而 是反映两组分间的分
离情况！当两组分 K 或 k 相同时， =1 时，两组分不能分开；当两组分 K
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。
15.3 色谱法基本原理 两组份峰间距足够远：由各组份在两相间的分配系数决定，即由色谱过程的
塔板理论假定： 1）塔板之间不连续； 2）塔板之间无分子扩散； 3）组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论
塔板高度H； 4）某组分在所有塔板上的分配系数相同； 5）流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。
当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形， 但不对称；当塔板数n>50时，峰形接近正态分布。
2023年卫生化学之色谱分析方法导 论解析
目录
15.1 概述 历史、色谱分离过程、分类
15.2 色谱流出曲线 色谱图及相关术语
15.3 色谱法基本原理 描述分配过程参数、峰间距、峰形状和峰宽的理论描述(塔板理论及速率 理论)
色谱导论练习
色谱导论练习色谱导论一、判断1. 色谱分离的最早应用是英国学者马丁用来分离叶绿素（）2. 色谱法与其他分析法之间最大的不同是色谱法的灵敏度高（）3. 组分分配系数越大，表示其保留时间越长。
（）4. 组分在流动相和固定相两相间分配系数的不同及两相间相对运动构成了色谱分离的基础。
（）5. 在色谱分离过程中，单位柱长内，组分在两相间的分配次数越多，分离效果越好。
（）6. 色谱柱理论塔板数n 与保留时间t R的平方成反比，组分的保留时间越长，色谱柱理论塔板数n越大，分离效率越高。
（）7. 色谱的塔板理论提出了衡量色谱柱效能的指标，速率理论则指出影响柱效的因素。
（）8. 根据速率理论，提高柱效的途径由降低固定相粒度、增加固定液液膜厚度。
（）9. 柱效随载气的流速的增加而增加。
( )10. 速率理论方程式的一阶导数等于零时的流速为最佳流速。
（）11. 塔板理论给出了影响柱效的因素及提高柱效的途径。
（）12. 检测器性能好坏将对组分分离度产生直接影响( )13. 控制载气流速是调节分离度的重要手段，降低载气流速，柱效增加，当载气流速降到最小时，柱效最高，但分析时间较长。
( )14. 当用苯测定某分离柱的柱效能时，结果表明该柱有很高的柱效，用其分离混合醇试样时，一定能分离完全。
( )15. 当用一支极性色谱柱分离某烃类混合物时，经多次重复分析，所得色谱图上均显示只有3个色谱峰，结论是该试样只含有3个组分。
（）16. 色谱归一化法只能适用于检测器对所有组分均有响应的情况。
（）17. 采用色谱归一化法定量的前提条件是试样中所有组分全部出峰。
（）18. 色谱外标法的准确性较高，但前提是仪器稳定性高和操作重复性好。
（）二、选择1. 色谱法不具备下列那种特性？A. 分析速度快；B. 灵敏度高；C. 适用于混合物分析；D.组分快速定性2. 色谱法的最主要特点是A. 高灵敏度、能直接定性定量、分析速度快、应用广；B. 高效分离、灵敏度高、分析速度快、应用广；C. 高效分离、易自动化、分析速度快、应用广；D. 高效分离、灵敏度高、但分析速度慢3. 色谱法的主要不足之处是：A. 分析速度太慢；B. 分析对象有限；C. 灵敏度较低；D. 定性困难4. 下列描述正确的是哪一个？A. 分配系数与载气流速有关；B.分配系数与固定液有关；C. 分配系数大表示保留时间短；D.分配系数大表示灵敏度高5. 容量因子k与分配系数K之间的关系为A. k=K/βB. k=β/KC. k=K?βD. k=1/K6. 容量因子k与保留时间之间的关系为：A. k=t’RB. k=t R/t’RC. k=t R?t’RD. k=t’R－t R7. 塔板理论中，理论塔板数与色谱参数间的正确关系是A. n=5.45(t R/Y1/2)1/2B. n=5.45(t R/Y1/2)2C. n=16(t R/Y1/2)2D. n=16(t R/Y1/2)1/28. 下列哪种途径不可能提高柱效A.降低担体粒度B. 减小固定液液膜厚度；C. 调节载气流速；D.将试样进行预分离9.有关色谱的塔板理论与速率理论的正确描述是A. 塔板理论给出了衡量柱效能的指标，速率理论指明了影响柱效能的因素B. 塔板理论指明了影响柱效能的因素，速率理论给出了衡量柱效能的指标C. 速率理论是塔板理论的发展D. 速率理论是在塔板理论的基础上，引入了各种校正因子10.正确的塔板理论公式为A. n=16(t R/Y)2B. n=5.45(t R/Y)2C. n=16(Y/ t R)2D. n=5.45(Y/ t R)211.有效塔板计算式是用（）替代了理论塔板数计算式中的t RA.死时间；B.保留时间；C.调整保留时间；D.相对保留值12. 速率理论方程式H=A +B/u + Cu 中三项按顺序分别称为：A.传质阻力项、分子扩散项、涡流扩散项B. 分子扩散项、传质阻力项、涡流扩散项C. 涡流扩散项、分子扩散项、传质阻力项D. 传质阻力项、涡流扩散项、分子扩散项13. 速率理论方程式H=A +B/u + Cu，与组分分子在色谱柱中通过的路径有关的项是A. 传质阻力项；B. 分子扩散项；C. 涡流扩散项；D.径向扩散项14. 速率理论方程式中，受分离温度影响较大，且随分离温度增加而降低的项式A.涡流扩散项；B.分子扩散项；C.传质阻力项；D.载气阻力项15.载气相对分子质量的大小对哪两项有直接影响？A. 涡流扩散项和分子扩散项；B. 分子扩散项和热导检测器的灵敏度；C.保留时间与分离度；D.色谱峰宽与柱效16.下列有关分离度的描述哪一种是正确的A.柱效高，分离度一定高；B.分离度与两相邻色谱峰的保留时间差和峰宽有关；C.分离度高低取决于色谱峰的保留时间的大小；D.分离度高低取决于色谱峰半峰宽的大小17. 对某一组分来说，在一定的柱长下，色谱峰的宽与窄主要决定组分在色谱柱中的A.保留值；B.分配系数；C.运动情况；D.理论塔板数18. 增加气相色谱分离室的温度，可能出现下列哪种结果？A.保留时间缩短，色谱峰变低，变宽，峰面积保持一定；B. 保留时间缩短，色谱峰变高，变窄，峰面积保持一定；C. 保留时间缩短，色谱峰变高，变窄，峰面积变小；D. 保留时间缩短，色谱峰变高，变窄，峰面积变大。