第十章 色谱分析导论 10.1 色谱法及其分类 10.1.1 色谱法 ? 色谱法是一种分离分析方法，它是利用各物 质 在两相中具有不同的分配系数 ，当两相作 相对运动时，这些物质在两相中进行多次反 复的分配来达到分离的目的。 10.1.2 分类 1. 按两相状态分类 ? 流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱 ? 固定相：气－固、气－液；液－固、液－液 2. 按分离原理分类 ? 分配色谱：根据不同组分在固定液中溶解度的大小 而分离 ? 吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的吸附和解吸 能力的大小而分离 ? 离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂的亲和力 不同 ? 凝胶色谱：依据分子几何尺寸大小不同进行分离 3. 按固定相的形式分类 ? 柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱 ? 平板色谱：纸色谱、薄层色谱 4. 按展开程序分类 ? 洗脱法：弱 冲洗剂 ? 顶替法：强 顶替剂 ? 迎头法：以试样混合物作流动相 10.2 色谱流出曲线和术语 10.2.1 色谱流出曲线 ? 在色谱法中，当样品加入 后，样品中各组分随着流 动相的不断向前而在两相 间反复进行溶解、挥发， 或吸附、解吸，如果各组 分在固定相中的分配系数 不同，它们就有可能达到 分离。 分配系数K ? K大的组分，滞留在固定相中的时间 长，在柱内移动的速度慢，后流出柱 子。 ? 温度升高，K变小。 ? K为常数时，是线性色谱。 m s C C K ＝ 组分在流动相中的浓度 组分在固定相中的浓度 = ? 基线 ? 峰高 h ? 半峰宽 Y 1/2 ? 峰宽 Y ? 标准偏差 σ Y 0.607 =2σ Y=4σ Y 1/2 =2.354 σ 10.2.2 保留值 ? 死时间 t M ? 保留时间 t R ? 调整保留时间 t ′ R = t R -t M （组分在固定相中停留的总时间） ? 相对保留值 （只与柱温及固定相的性质有关） ? 分配比 m s n n k ＝ 组分在流动相中的总量 组分在固定相中的总量 = βk V V k Vn Vn C C K s m sm ms m s ==== 1 2 1 2 121,2 R R R R t t t t ′ ′ = ′ ′ = ， （难分离物质对） αγ 1 2 1 2 R R 1,2 M R M MR M R m ms M R MR K K k k t t t t t tt 1 t t k 1k n nn t t L t L t 1 2 == ′ ′ =? ′ = ? =?=? += + == == γ μ μ μμ 组分 组分 ? 由色谱峰的流出曲线可以实现一下目的： （ 1）依据色谱峰的保留值进行定性分析 （ 2）依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 （ 3）依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱 柱的分离效能 10.3 色谱分析基本原理 ? 色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学 过程的综合表现。热力学过程是指与组分 在体系中分配系数相关的过程；动力学过 程是指组分在该体系两相间扩散和传质的 过程。 10.3.1 塔板理论（热力学） 塔板理论假定: ? 塔板和塔板之间不连续； ? 塔板之间无分子扩散； ? 组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到 一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度； ? 一个组分在每块塔板上的分配系数相同； ? 流动相以不连续的形式加入，即以一个一个塔板体积 加入。 eff 2 R 2 2/1 R eff 2 R 2 2/1 R n L H ) Y t (16) Y t (54.5n n L H ) Y t (16) Y t (54.5n = ′ = ′ = = == ? 理论塔板数n越大，理 论塔板高度H越小，色 谱峰越窄，表明柱效越 高； ? 理论塔板高度H与柱长 无关。 10.3.2 速率理论（动力学） 固定相传质阻力项）（流动项传质阻力项、 ：传质阻力项系数 ：分子扩散项系数 ：涡流扩散项系数 ：流动相的平均线速 C B A μ μ μ C B AH ++= BC2AH C B 0C d dH min opt 2 += = =+?= μ μ β μ 10.4 分离度 完全分离 明显分离 重叠 5.1 1 1 1 1 4 )( )(2 2 2 21 )1()2( = = < + ? = + ? = s s s s RR s R R R k kn R YY tt R α α 3 2 2 2 2 2 s 2R MR M MR M R M 2 2 s 2 2 2 eff 222 MR R 2 R 2 Reff 2 2 2 2 2 s k )k1( ) 1 ( HR16Hn )k1(t t)k1(t t tt t t k HnL t ) 1 (R16) k1 k (nn ) k1 k () k 1 1 1 () tt t ( t t n n ) k k1 () 1 (R16n + ? = ? +=? ?+= ? = ′ = ? == ? = + ?=? + = + = + ′ ′ = ′ = + ? = α α μμ μμ α α α α 例 已知物质 A和 B的分配系数 K分别为 6.50和 6.31，已 知相比为 0.422。试计算： （ 1）两物质的分配比 ; （ 2）选择性系数； （ 3）欲得到分离度为 1.5时需多少塔板数？ （ 4）若柱长为 806cm，流动相的流速为 7.10cm.s -1 ， 则需多长时间可冲洗出各物质？ min92.6t min07.7t k)t1(t t tt k min89.1 6010.7 806 t4 109.7 ) 74.2 74.21 () 103.1 03.1 (5.116 ) k k1 () 1 (R16n3 03.1 66.2 74.2 k k 2 66.2422.031.6Kk 74.2422.050.6Kk1 B A R R MR M MR M 4 222 2 A A 22 S B A B A = = += ? = = × = ×= + × ? ××= + ? = === =×== =×== ）（ ）（ ）（ ）（ 解 α α α β β 已知 : K A 和 K B 的分别为 6.50和 6.31， 相比 β=0.422。 例 在3.0m色谱柱上，空气、组分X和组分Y的保留时间 分别为1.0、14.0、17.0min，Y的峰宽为1.0min，计算X 和Y完全分离时，柱长最短为多少？ m75.0 4624 1155 0.3 n n LL 1155) 0.16 0.161 () 23.1 123.1 (5.116) k k1 () 1 (R16n 5.1R 4624) 0.1 0.17 (16) Y t (16n 0.16 0.1 0.10.17 t t k23.1 0.10.14 0.10.17 t t 2222 2 2 2 1,2 1,22 s s 22 )Y( )Y(R M )Y(R 2 )X(R )Y(R 1,2 =×=×= = +? ××= + ? = = === = ? = ′ == ? ? = ′ ′ = 需要 需要 需要 时 解（一） α α α m75.05.1 0.3 0.3 R R L L L L R R 0.3 0.161 0.16 23.1 123.1 4 4624 k1 k 1 4 n R 2 2 2 ,s 2 s s ,s 2 2 1,2 1,2 s =×=?= = = + × ? ×= + ? ? ?= 需要需要 需要 需要 解（二） α α 10.5 定性和定量分析 10.5.1 定性分析 ? 保留值定性 ? 峰高增量法定性 ? 与其它方法联用 10.5.2 定量分析 is is s i i s A s A i A is i i h i i i A i 85.015.0i 2 1 i ii i h iii A ii f 1 S m m A A f f f h m f A m f )YY(hA Yh065.1A hfmAfm 2 1 = ?== == += = == 2. 1. 相对响应值 相对校正因子： 绝对校正因子： 校正因子 不对称峰 对称峰 响应信号的测量 10.5.3 定量方法 ? 1. 外标法： ? 2. 内标法：只测定试样 中某几个组分，或试样 中所有组分不可能全部 出峰时使用 ? 3. 归一化法：将试样中 所有组分的含量之和按 100％计算（所有组分都 要出峰） %100f m m A A %100 mfA mfA %100 m m P fA mfA m m m f f A A A is s s i A sss s A isii i A sss s A isi i s i A is A ss s i ×??= ×=×=? =?= %100 A A Wf %100 fA fA W n 1i i i i A is n 1i A isi A isi i ×= ×= ∑ ∑ = = ( 相近的组分） 例 用一色谱柱分离乙酸甲酯，丙酸甲酯和正丁酸甲酯。 它们的峰面积分别为 18.1， 43.6和 29.9，如其相对校 正因子分别为 0.60， 0.78， 0.88。试计算各组分的质 量分数。 解 %0.37 88.09.2978.06.4360.01.18 88.09.29 W %0.34 88.09.2978.06.4360.01.18 78.06.43 W %3.15 88.09.2978.06.4360.01.18 60.01.18 W %100 fA fA W n 1i A isi A isi i = ×+×+× × = = ×+×+× × = = ×+×+× × = ×= ∑ = 正丁酸甲酯 丙酸甲酯 乙酸甲酯