2009-7-31
第八章色谱分析基础第一节色谱法概述一,色谱法的特点、
分类和作用
characteristic,classification
actuation of chromatograph
二、气相色谱分离过程
separation process of gas
chromatograph
fundamental of
chromatograph analysis
generalization of
chromatograph analysis
2009-7-31
一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述混合物最有效的分离、分析方法。
俄国植物学家茨维特在 1906年使用的装置：
色谱原型装置，如图。
色谱法是一种分离技术,
试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。
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 。
（动画）
2009-7-31
色谱法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。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，
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，混合物在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，从而按一定次序由固定相中流出。
（动画）
与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。
两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础
2009-7-31
2.色谱法分类
(1)气相色谱,流动相为气体 （ 称为载气 ） 。
按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；
按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
2009-7-31
液相色谱
(2)液相色谱,流动相为液体（也称为淋洗液）。
按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。
离子色谱,液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同 pH值的水溶液为流动相。
2009-7-31
(3)其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：
比较简单的色谱方法凝胶色谱法,测聚合物分子量分布。
超临界色谱,CO2流动相。
高效毛细管电泳,
九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。
2009-7-31
3.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） 灵敏度高可以检测出 μ g.g-1(10-6)级甚至 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 。
（ 4） 应用范围广气相色谱：沸点低于 400℃ 的各种有机或无机试样的分析 。
液相色谱：高沸点,热不稳定,生物试样的分离分析 。
不足之处,
被分离组分的定性较为困难 。
2009-7-31
二、色谱分离过程色谱分离过程是在色谱柱内完成的 。
填充柱色谱,气固 (液固 )色谱和气液 (液液 )色谱,两者的分离机理不同 。
气固 (液固 )色谱的固定相,多孔性的固体吸附剂颗粒 。
固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同 。
气液 (液液 )色谱的固定相,由 担体和固定液所组成 。
固定液对试样中各组分的溶解能力的不同 。
气固色谱的分离机理,
吸附与脱附的不断重复过程；
气液色谱的分离机理：
气液 (液液 )两相间的反复多次分配过程。
2009-7-31
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 。 （动画）
2009-7-31
2,分配系数 （ partion factor） K
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、
挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位,g / mL） 比，称为分配系数，
用 K 表示，即：
M
s
c
cK
组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度分配系数是色谱分离的依据。
2009-7-31
分配系数 K 的讨论
一定温度下，组分的分配系数 K越大，出峰越慢；
试样一定时,K主要取决于固定相性质；
每个组份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。
组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度?K
2009-7-31
3.分配比 （ partion radio） k
在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：
M
s
m
mk
组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量
1,分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数,随分离柱温度,柱压的改变而变化 。
2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数,数值越大,该组分的保留时间越长 。
3,分配比可以由实验测得 。
分配比也称：
容量因子 (capacity factor)； 容量比 (capacity factor)；
2009-7-31
4,容量因子与分配系数的关系式中 β为相比 。
填充柱相比,6～ 35；毛细管柱的相比,50～ 1500。
容量因子越大,保留时间越长 。
VM为流动相体积,即柱内固定相颗粒间的空隙体积；
VS为固定相体积,对不同类型色谱柱,VS的含义不同；
气 -液色谱柱,VS为固定液体积；
气 -固色谱柱,VS为吸附剂表面容量；
K
V
V
c
c
V
V
M
V
V
M
M
M
k
m
S
m
s
m
m
S
S
S
S
m
S
2009-7-31
5,分配比与保留时间的关系滞留因子 （ retardation factor）,
u
uR S
S?
us,组分在分离柱内的线速度； u,流动相在分离柱内的线速度； 滞留因子 RS也可以用质量分数 ω表示：
k
m
mmm
mR
S
1
1
1
1
M
sMs
s?
若组分和流动相通过长度为 L的分离柱,需要的时间分别为 tR和 tM,则：
u
Lt
u
Lt
M
S
R ;
由以上各式,可得,tR = tM(1+k)
M
'
R
M
MR
t
t
t
ttk
2009-7-31
三,色谱流出曲线与术语
1.基线无试样通过检测器时,
检测到的信号即为基线 。
2.保留值
（ 1）时间表示的保留值保留时间（ tR）,组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；
（动画）
死时间（ tM）,不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；
调整保留时间（ tR＇）,tR＇ = tR－ tM
2009-7-31
（ 2）用体积表示的保留值保留体积（ VR）：
VR = tR× F0
F0为柱出口处的载气流量，
单位,m L / min。
死体积（ VM）：
VM = tM × F0
调整保留体积 (VR＇ )：
V R＇ = VR － VM
（动画）
2009-7-31
3,相对保留值 r21
组分 2与组分 1调整保留值之比：
r21 = t′R2 / t′R1= V′R2 / V′R1
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,它表示了固定相对这两种组分的选择性 。
2009-7-31
4,区域宽度用来衡量色谱峰宽度的参数,有 三种表示方法,
（ 1） 标准偏差 (?),即 0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 。
（ 2） 半峰宽 (Y1/2),色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354?
（ 3） 峰底宽 (Wb),Wb=4?
2009-7-31
5,色谱 流出曲线的数学描述
2
2
2
)(
0
π2σ
σ
tt R
e
c
c
色谱峰为 正态分布时,色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：
当色谱峰为非 正态分布时,可按正态分布函数加指数衰减函数构建关系式 。
2009-7-31
选择内容,
第一节 色谱法概述
generalization of chromatograph analysis
第二节 色谱理论基础
fundamental of chromatograph theory
第三节 色谱定性、定量方法
qualitative and quantitative analysis in chromatograph
结束
第八章色谱分析基础第一节色谱法概述一,色谱法的特点、
分类和作用
characteristic,classification
actuation of chromatograph
二、气相色谱分离过程
separation process of gas
chromatograph
fundamental of
chromatograph analysis
generalization of
chromatograph analysis
2009-7-31
一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述混合物最有效的分离、分析方法。
俄国植物学家茨维特在 1906年使用的装置：
色谱原型装置，如图。
色谱法是一种分离技术,
试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。
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 。
（动画）
2009-7-31
色谱法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。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，
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，混合物在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，从而按一定次序由固定相中流出。
（动画）
与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。
两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础
2009-7-31
2.色谱法分类
(1)气相色谱,流动相为气体 （ 称为载气 ） 。
按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；
按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
2009-7-31
液相色谱
(2)液相色谱,流动相为液体（也称为淋洗液）。
按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。
离子色谱,液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同 pH值的水溶液为流动相。
2009-7-31
(3)其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：
比较简单的色谱方法凝胶色谱法,测聚合物分子量分布。
超临界色谱,CO2流动相。
高效毛细管电泳,
九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。
2009-7-31
3.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） 灵敏度高可以检测出 μ g.g-1(10-6)级甚至 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 。
（ 4） 应用范围广气相色谱：沸点低于 400℃ 的各种有机或无机试样的分析 。
液相色谱：高沸点,热不稳定,生物试样的分离分析 。
不足之处,
被分离组分的定性较为困难 。
2009-7-31
二、色谱分离过程色谱分离过程是在色谱柱内完成的 。
填充柱色谱,气固 (液固 )色谱和气液 (液液 )色谱,两者的分离机理不同 。
气固 (液固 )色谱的固定相,多孔性的固体吸附剂颗粒 。
固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同 。
气液 (液液 )色谱的固定相,由 担体和固定液所组成 。
固定液对试样中各组分的溶解能力的不同 。
气固色谱的分离机理,
吸附与脱附的不断重复过程；
气液色谱的分离机理：
气液 (液液 )两相间的反复多次分配过程。
2009-7-31
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 。 （动画）
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2,分配系数 （ partion factor） K
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、
挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位,g / mL） 比，称为分配系数，
用 K 表示，即：
M
s
c
cK
组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度分配系数是色谱分离的依据。
2009-7-31
分配系数 K 的讨论
一定温度下，组分的分配系数 K越大，出峰越慢；
试样一定时,K主要取决于固定相性质；
每个组份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。
组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度?K
2009-7-31
3.分配比 （ partion radio） k
在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：
M
s
m
mk
组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量
1,分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数,随分离柱温度,柱压的改变而变化 。
2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数,数值越大,该组分的保留时间越长 。
3,分配比可以由实验测得 。
分配比也称：
容量因子 (capacity factor)； 容量比 (capacity factor)；
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4,容量因子与分配系数的关系式中 β为相比 。
填充柱相比,6～ 35；毛细管柱的相比,50～ 1500。
容量因子越大,保留时间越长 。
VM为流动相体积,即柱内固定相颗粒间的空隙体积；
VS为固定相体积,对不同类型色谱柱,VS的含义不同；
气 -液色谱柱,VS为固定液体积；
气 -固色谱柱,VS为吸附剂表面容量；
K
V
V
c
c
V
V
M
V
V
M
M
M
k
m
S
m
s
m
m
S
S
S
S
m
S
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5,分配比与保留时间的关系滞留因子 （ retardation factor）,
u
uR S
S?
us,组分在分离柱内的线速度； u,流动相在分离柱内的线速度； 滞留因子 RS也可以用质量分数 ω表示：
k
m
mmm
mR
S
1
1
1
1
M
sMs
s?
若组分和流动相通过长度为 L的分离柱,需要的时间分别为 tR和 tM,则：
u
Lt
u
Lt
M
S
R ;
由以上各式,可得,tR = tM(1+k)
M
'
R
M
MR
t
t
t
ttk
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三,色谱流出曲线与术语
1.基线无试样通过检测器时,
检测到的信号即为基线 。
2.保留值
（ 1）时间表示的保留值保留时间（ tR）,组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；
（动画）
死时间（ tM）,不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；
调整保留时间（ tR＇）,tR＇ = tR－ tM
2009-7-31
（ 2）用体积表示的保留值保留体积（ VR）：
VR = tR× F0
F0为柱出口处的载气流量，
单位,m L / min。
死体积（ VM）：
VM = tM × F0
调整保留体积 (VR＇ )：
V R＇ = VR － VM
（动画）
2009-7-31
3,相对保留值 r21
组分 2与组分 1调整保留值之比：
r21 = t′R2 / t′R1= V′R2 / V′R1
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,它表示了固定相对这两种组分的选择性 。
2009-7-31
4,区域宽度用来衡量色谱峰宽度的参数,有 三种表示方法,
（ 1） 标准偏差 (?),即 0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 。
（ 2） 半峰宽 (Y1/2),色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354?
（ 3） 峰底宽 (Wb),Wb=4?
2009-7-31
5,色谱 流出曲线的数学描述
2
2
2
)(
0
π2σ
σ
tt R
e
c
c
色谱峰为 正态分布时,色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：
当色谱峰为非 正态分布时,可按正态分布函数加指数衰减函数构建关系式 。
2009-7-31
选择内容,
第一节 色谱法概述
generalization of chromatograph analysis
第二节 色谱理论基础
fundamental of chromatograph theory
第三节 色谱定性、定量方法
qualitative and quantitative analysis in chromatograph
结束
