第 15 章色谱法引论 (An Introduction to Chromatography)

第15章色谱法引论(An Introduction to Chromatography)

色谱法的产生和发展 • 19031906年，俄国植物学家Tswett提出利用吸附原理分离植物色素经典的液相色谱 • 40年代纸色谱 • 50年代薄层色谱 • 1941年Martin和Synge提出色谱塔板理论 • 40年代Martin和Synge研究液液分配色谱理论 • 1952年Martin和Synge发明了气相色谱 • 20世纪60年代末70年代初发展高效液相色谱 • GC-MS、GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR

经典的液相色谱

纸色谱 比移值

色谱法 特点具有两个相：固定相和流动相分离混合物并进行分析色谱过程示意图色谱过程

色谱法分类 • 按固定相的外形分类柱色谱薄层色谱平板色谱纸色谱

一般分类 分离方法固定相所用平衡按流动相不同分类液相色谱LC 液液分配涂在载体表面的液体不同溶液之间分配平衡化学键合相有机物被键合在载体表面在液体与固定相表面的分配液固吸附固体吸附剂吸附离子交换离子交换树脂离子交换尺寸排阻凝胶筛分气相色谱GC（流动相为气体）气、液涂在载体表面的液体分析物与固定气-键相有机物被键合在载体表面气-固固体吸附剂吸附超临界流体色谱SFC（流动相超临界流体）固体表面键合的有机物超临界流体与键合表面的分配相间的相互作用

色谱流出曲线 检测器输出信号随时间的变化曲线

色谱基本术语 保留值定性的依据死时间tm 保留时间tR 调整保留时间t R 死体积Vm 保留体积VR 调整保留体积V R 相对保留值选择因子 区域宽度峰底宽度 W 半峰宽 W1/2 标准差  衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素峰高峰面积定量分析的基础

色谱法基本理论 分离依据混合物各组分在两相中的吸附能力、溶解度、蒸气压、离子交换能力或其它亲和作用性能的差异导致在两相间平衡分配的差异平衡分配的表征：分配系数或分配比分配系数K 分配比k (容量因子）相比 越大，越容易分离， =1，分离不能实现

塔板理论 理论塔板数n H 理论塔板高度色谱柱长度由于理论塔板数n不能真实地反映色谱柱的分离效能，故提出用扣除了死时间影响的有效理论塔板数neff和有效塔板高度Heff

塔板理论 一种半经验性的平衡理论贡献缺点 • 用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程 • 解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 • 提出了计算和评价柱效的参数 • 不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素 • 不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数

弯曲因子 组分在流动相中的扩散系数固定相传质阻力系数流动相传质阻力系数速率理论范迪姆特（Van Deemter)方程流动相平均线速度填充不规则因子 1.涡流扩散项A A=2dp 填充物的平均直径 2.分子扩散项B/u(纵向扩散项）在GC中系数1和2分别反映填料不均一性对溶质在流动相和固定相中扩散的影响，又称为阻滞因子和弯曲因子在LC中 3.传质阻力项Cu

气液色谱 气体流动相固定相的液膜厚度液体固定相组分在固定相中的扩散系数 Van Deemter的气液色谱板高方程

液液色谱 液体流动相液体固定相液液色谱的Van Deemter方程式

van Deemter方程的H-u曲线 H-u关系曲线固定相传质阻力项流动相传质阻力项涡流扩散项分子扩散项

范氏方程曲线（H-u曲线） 对于一定长度的柱子，理论塔板数越大，板高越小，柱效越高。在某一流速（最佳线速度）下有一板高的极小值（最小板高），相应的柱效最高。 LC的最小板高比GC的小一个数量级以上，说明柱效LC比GC高得多，由于LC的最佳流速很小，若使用，则分析时间太长，故实际使用的流速比最佳流速高很多。

固定相粒度大小对板高的影响 粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小

分离度 R=0.75时A、B峰不能分离 • 反映柱效和选择性总分离效能指标 R=1.0时 A、B峰中互含4% R=1.5时 A、B峰中互含0.3%

分离度公式 假设k1k2=k, W1 W2=W

分离度与柱效的关系 分离度与n有关增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降低板高，提高柱效，才是提高分离度的好方法。

分离度与选择因子的关系 当=1时，R=0，无法分离两组分增大，是改善分离度的有效手段气相色谱主要通过选择合适的固定相和降低柱温来增大。液相色谱通过改变固定相和流动相的性质和组成，可有效增大。对一个复杂混合物的分离条件的选择，主要是提高最难分离物质对的值。

分离度与容量因子k的关系 R正比于考虑分离度和分析时间，容量因子一般控制在1~5为宜，不超过10。对于GC，增加固定液的用量或降低柱温，可增大k值。对于LC，改变流动相的组成，有效的控制k值。

样品量的影响 • 每一色谱柱的固定相，都有一定的样品线性容量范围，在该范围内，进样量增加，色谱峰高增加，色谱峰区域宽度和保留时间不变。若样品量超过线性容量范围，进样量增加，容量因子k下降。 • 对于分析分离，为获得必需的分离度，一般进样量保持在线性容量范围以下。 • 色谱柱固定相的样品容量，决定于固定相的性质和用量。

复杂样品的分离，改善总体分离效果 • GC中采用程序升温方法或程序升压的方法 • HPLC中采用梯度洗脱的方法

色谱定性分析 • 利用已知纯物质对照定性 • 根据相对保留值定性 • 根据保留指数定性Kováts指数 • 用双柱或多柱定性 • 与其他方法结合定性 GC-MS , GC-AES, GC-FTIR, LC-MS 正构烷烃碳原子数

峰高0.15倍处的峰宽 峰高0.85倍处的峰宽色谱峰面积的测量对称形峰面积的测量峰高乘半峰宽法不对称峰面积的测量峰高乘平均峰宽法自动积分仪法剪纸称重法

定量校正因子 绝对校正因子相对校正因子

定量分析 • 归一化法要求全部组分都出峰 • 外标法分析条件和进样量必须重现 • 内标法内标物是样品中不存在的组分，其保留时间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完全分离

各种定量方法的比较 方法

http://www.sepscienceasia.com 作业 P304-305 18. 19. 20. 21

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