仪器分析第一章 色谱分析法

3.3.1塔板理论4个基本假设：
①试样在一小段间迅速在两相间达到平衡。这样达到分配平衡的一小段柱长称为理论塔板高度；
②载气进入色谱柱，不是连续的而是脉冲式的，每次进气为一个板体积；
③试样开始时都加在第零号塔板上，且试样沿色谱柱方向的扩散（纵向扩散）可忽略不计；
④分配系数在各塔板上是常数。
➢ 塔板理论的这些假设，实际上是把组分在两相间的连续转移过程，分解为间歇地在单个塔板中的分配
第二节 色谱图及相关术语 2.1.1 定义：
检测色谱分离后组分的响应信号对时间作 图得到的曲线称为色谱图。 2.1.2 色谱图的作用（或色谱图信息的内容）： 1、根据色谱峰的位置（保留值）可以进行定性检测； 2、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量检测； 3、根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分离 情况进行评价。 2.2 相关术语 1、基线： ⑴基线：当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实 验操作条件下，反映检测器系统噪声随时间变化的 线称为基线。
物质在固定相和流动相之间发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程。 分配系数(K) ：
在一定温度下，色谱过程中，在流动相和固定相中的溶质分子处于动态平衡。平衡时组分在固定相(s) 与流动相(m)中的浓度(c)之比，称为分配系数。
分配系数的物理意义：表示平衡态下，组分在固定相和流动相的浓度之比，也叫做分配平衡常数。其中，在
1906年由俄国植物学家米哈伊尔·茨维特创立。 植物色素分离，见图示。
1.3、色谱法的发展 现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物中的各组分并加以分析 固定相——除了固体，还可以是液体 流动相——液体或气体 色谱柱——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质
1.4、色谱法分类 1.4.1根据流动相的状态将色谱法分成四大类。：
2
2；
A
推导有效理论塔板数：neff
16 tR W
2
5.54
tR W1/
2
2
。
色谱柱的理论塔板数越大，表示组分在色谱柱中达到分配平衡的次数越多，固定相的作用越显著，因而 对分离越有利。
但分离的可能性决定于试样混合物在固定相中分配系数的差别，而不是决定于分配次数的多少。 故理论塔板数不是有无实现分离可能的依据，而是在一定条件下柱分离能力发挥程度的标志。 3.3.3塔板理论的优点和局限 优点：塔板理论是半经验性理论，在解释流出曲线的形状、浓度极大点的位置、评价柱效高低等方面是成功 的。 局限：塔板理论的基本假设与事实不完全相符，它无法解释谱带扩展的原因，也无法解释色谱过程与流动相 流速、柱内分子扩散传质过程以及色谱操作参数等动力学因素的关系。纵向扩散不能忽略；分配系数与浓 度无关只在有限的浓度范围内成立；且色谱体系几乎没有真正的平衡状态。 这些问题，在速率理论中得到了圆满的解决。 但塔板理论简单直观，容易理解，至今仍被色谱工作者所接受将n作为描述柱效能的一个指标。
阻力系数(Cg)之和： C＝Cl＋Cg
➢ 流动相传质阻力引起的扩散 溶质分子要从流动相转移到固定相中，就要从流动相主体扩散到气－液、
气－固、液－液或液－固界面，阻碍这一扩散过程的阻力称流动相传质阻力。流动相传质阻力引起的谱带
展宽程度由下式决定：
式中B＝2γDg，为纵向扩散系数；γ为弯曲因子或阻碍因子，填充柱γ＝0.5～0.7，毛细管γ＝1；Dg
为溶质在流动相中的扩散系数；u 为流动相线速度。随着样品带在固定相中的移动，因纵向扩散使样品带宽
逐渐增加，相应得到的色谱峰就越来越宽而矮。
(3) 传质阻力引起的扩散: 传质阻力系数C，是溶质在固定相中传质阻力系数(Cl)与流动相(气相)传质
第三节 色谱法的基本理论
3.1色谱分离基本过程 3.1.1 分离基本过程
（ 填充柱
气固色谱
）
气液色谱
吸附剂（固定液）
吸附剂（固定液）
吸附剂（固定液） 吸附、脱附···
试样+载气——————→吸附（溶解）——————→洗脱（脱附）、挥发—— ————→ 溶解、挥发···柱子载气载气不断流动
各组分性质不同
吸附色谱中称为吸附系数(Ka)；在离子交换色谱中称为选择性系数(Ks)；在凝胶色谱中称为渗透系数(Kp)。
分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因。 分配比（k） ：
亦称容量因子或容量比，是指在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在固定相(s)与 流动相(m)中的质量之比。
k csVs K Vs ，k tR - tM tR ，
旗开得胜读万卷书行万里路第三节色谱法癿基本理论31色谱分离基本过秳填充柱311分离基本过秳吸附剂固定液吸附剂固定液吸附剂固定液吸附脱附试样载气吸附溶解洗脱脱附挥収溶解挥収柱子载气丌断流劢各组分性质丌同分离各组分先后流出色谱柱吸附能力丌同溶解挥収能力丌同312色谱分离过秳癿实质1色谱过秳是吸附不解析癿过秳
理解： 在tR一定时，W或W1/2越小(即峰越窄)，理论板数n越大， 理论板高越小，柱的分离效率越高。有效理论塔板neff也同此理。 因此，理论塔板数是评价柱效能的指标。
理论塔板数：n L ； H
有效理论板高：Heff L ； neff
H
L
推导理论塔板数：n
16 tR W
2
5.54
tR W1/
绘制出的 cs 与 cm 的关系曲线称为等温线。
cs
c
b
a
b前延 峰
K=cs/c
m
c a正常
峰
cm
tcR拖 尾
2、各组分在色谱柱中的运动情况
峰
与传质阻力有关，各个色谱峰的半峰宽就反映了各组分在色谱柱中运动的情况。此为动力学因素。
讨论色谱柱的分离效能时，必须全面考虑这两个因素。
3.3塔板理论
在色谱分离技术发展的初期，人们将色谱分离过程比作蒸馏过程，得到塔板理论（半经验理论）。
稳定的基线是一条直线。 ⑵基线漂移:指基线随时间定向的缓慢变化。 ⑶基线噪声：指由各种因素所引起的基线起伏。
基线噪音是指空白时检测数据上下波动的大小，噪音太大会影响检测精度。 基线噪音又分为空池和带流动相时的噪音。一些进口仪器用空池噪音数值，这是只能代表仪器的电子噪 音，不能代表检测噪音，因为做分析时是离不开流动相的。 并不是基线噪声小就说明仪器好,而是要看仪器的信噪比,信噪比大的仪器才是好的仪器. 在做定量时是可以通过数据处理里面的功能来算信噪比的。这时的噪声选择一般选在目标峰的前面，这 只是一般原则。 2、保留值 保留值表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。 通常用时间或将组分带出色谱柱所需载气体积来表示。 被分离组分在色谱柱中的滞留时间，主要取决于它在两相间的分配过程，故保留值是由色谱过程中的热 力学因素所控制的，在一定的固定相和操作条件下，任一物质都有一确定的保留值，这样就可用作定性参数。 (1) 保留时间（tR）：指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需要的时间。如色谱图中O’B所示。 (2)死 时 间（tM）：指不被固定相吸附或溶解的气体（如：空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大 值时所需要的时间。如色谱图中O’A’所示。死时间正比于色谱柱的空隙体积。 (3)调整保留时间（tR′）：指扣除死时间后的保留时间，即： tR′= tR—tM如色谱图中A’B所示。此参数 可理解为，某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多滞留的时间。 (4)相对保留值（α或r21）：指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比。 这是一个在实际应用中非常重要的参数，因有如下优点： 只要柱温、固定相性质不变，即使柱径、柱长、填充情况及流动相流速有所变化， r21值仍保持不变， 因此它是色谱定性分析的重要参数。 r21亦可用来表示固定相（色谱柱）的选择性。r21数值越大，相邻两组分的tR′相差越大，分离的越好， 此数值等于1时，两组分不能被分离。
溶质分子在前进过程中形成的这种紊乱类似于涡流的流动，所以称之为涡流扩散。 A=2λdp 空心毛细管柱无多径相：A＝0
(2)纵向扩散：引起纵向扩散的原因是浓度梯度。纵向扩散是溶质分子在移动方向上向前和向后的扩散， 引起谱带展宽。它是由浓度梯度所引起。纵向扩散引起的峰展宽由下式决定：
B 2Dg uu
➢
基本类型色谱法的分离机制----结论 ➢ 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成：吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡。 ➢ K 分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和渗透系数。 ➢ 除了凝胶色谱法中的 K 仅与待测分子大小尺寸、凝胶孔径大小有关外，其他三种 K 值都受组分的性质、 流动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响。
关于体积参数自学 3、区域宽度：
色谱峰区域宽度是色谱流出曲线中一个重要参数。 从色谱分离角度着眼，希望区域宽度越窄越好。 通常度量色谱峰区域宽度有两种方法： ⑴半峰宽度（Yh/2 或 Wh/2）：又称半宽度或区域宽度，即峰高一半处的宽度，如图中 GH 所示，由于它
易于测量，使用方便，所以常用它表示区域宽度。 ⑵峰底宽度（Y 或 W）：自色谱峰两侧的转折点所作的切线在基线上的截距，如图中 IJ 所示。
cmVm
Vm
tM tM
tR tM (1 k)，tR tM (kA kB )
分离因子(α)：即相邻两个组分调整保留值之比，又称为分配系数比或选择性系数比。
tR2 VR2 k2 K2 ; tR1 VR1 k1 K1
3.2基本理论：样品在色谱柱中分离过程的基本理论包括两方面。
1、样品中各组分在两相间的分配情况。 与分配系数，各物质分子结构和性质有关。
第二章 色谱分析法
第一节 色谱分析法及其分类 1.1 什么是色谱法
借助于在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。又称色层法、层 析法。
固定相：在色谱分离中固定不动，对样品产生保留的一相。 流动相：带动样品向前移动的另一相，与固定相处于平衡状态。 实质：分离 目的：定性分析或定量分析 1.2、色谱法是如何起源的？