色谱分离理论

1. 色谱分离理论 如何评价色谱分离的好坏？或者说色谱分析追求的目标什么？ 分离度、分析时间、样品量？

2. 优化色谱分离的目标是实现混合物的完全分离，涉及到各组分色谱峰之间的相互关系，是一个与热力学和动力学有关的综合性问题。因此文献上提出许多不同的多元混合物色谱分离的优化指标。优化色谱分离的目标是实现混合物的完全分离，涉及到各组分色谱峰之间的相互关系，是一个与热力学和动力学有关的综合性问题。因此文献上提出许多不同的多元混合物色谱分离的优化指标。

3. Sig Sig Sig time time time 在色谱中相邻两组分(“物质对”)的分离度： ●热力学：保留值的差别要足够大 ●动力学：色谱峰要足够窄

4. R是色谱中两个组分分离好坏程度的标志。从色谱分析的角度看，只有峰窄而间距大的分离是令人满意的。在色谱分析中, 并不是要求R越大越好, 而是追求最佳分离。 对于一个具体的色谱分离，R值应该多大？ 对于复杂样品的分析，所有待测组分的分辨率要足够大（ R > 2），才能满足定量分析的要求，同时分离过程要尽可能短，保证痕量分析的灵敏度。这就是色谱优化理论。

5. R作为相邻色谱峰重叠程度的量度, 有如下两种情况： ① 等高峰 ② 不等高峰 要注意防止“交叉污染”。如h1：h2 = 10 : 1，R = 1.0，A2的纯度由97.72 %降低为88 %。 Snyder & Kirkland 标准分离曲线： 峰高比1：1~128：1，R为0.4~1.25的分离图

6. 补充材料 通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。 实际工作R要多少？

7. 分辨率公式： 基本分离方程的推导 上式没有直接给出分辨率与色谱基本参数k和N的关系。 对于多组分混合物的分离分析, 通常特别关注最难分离的相邻的色谱峰, 即物质对的分离。由于它们的保留值差别较小, 可合理认为（!）, W1 = W2 = W, 则 （1） （2） （3） 柱效因子 相对分离因子 保留程度因子

8. S 初始 t 增大k 增大N 改变 t 图8. k、N、对分离的影响

9. （1）理论塔板数 ● 当固定相确定以后, 要使一对组分的分离达到某一个R值, 柱必须具有最低限度的理论塔板数，即最低柱效。(初步实验有人常采用“旧”柱子？？？) ● 增加柱长可以改进分离。但是柱长增加（同时压力增大）, 分析时间也随之增加, 峰宽也随保留时间延长而增加, 因此, 单纯追求长柱不可取。 常规GC和HPLC柱长是多少？为什么？ ● 增加N值也可改进分离度, 这意味着选择一根性能优良的色谱柱, 并在最佳化条件下操作。 如何提高色谱柱的柱效？

10. 在等温条件下, 对给定色谱柱, k和为常数, 分离度决定于理论塔板数。使两组分达到某一分离度所需的塔板数, 可由下式计算：

11. （a）两色谱峰距离近并且峰形宽。两峰严重相叠，这表示选择性和柱效都很差。（a）两色谱峰距离近并且峰形宽。两峰严重相叠，这表示选择性和柱效都很差。 （b）虽然两峰距离拉开了，但峰形仍很宽，说明选择性好，但技效低。（c）分离最理想，说明选择性好，柱效也高。。 补充材料

12. 可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱柱中分离情况，故需引人一个综合性指标——分离度R。分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指标，分离度又叫分辨率。可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱柱中分离情况，故需引人一个综合性指标——分离度R。分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指标，分离度又叫分辨率。

13. （2）容量因子 令： 则分离方程式为 根据 tr = t0 (1＋k) ，图中前段时间曲线与事实不符！ 补充材料

14. 即固定相已选定, 即已定, 为了达到良好分离，适当增大k有利于分离。这体现在两方面： ● 柱长一定, 在给定操作条件下, N值一定, 此时k越大, k/(1＋k)也越大, R越大。 ● 分离度一定, 如R = 1.5, k越大, 达到该分离度所需的N值越小, 即所需柱子越短。但是k不是越大越有利。观察以下数据：

15. 可见, 过大的k(>10), 使k/(1+k)的改变不大, 对R的改进不明显, 反而使保留时间大为延长。 使k改变的方法有： ● 改变柱温（如GC） ● 改变流动相性质和组成(在LC中) ● 改变相比 对于一个具体的色谱分离，k值应该多大？

16. （3）分离因子 是柱选择性的量度。越大, 柱选择性越好, 越能获得良好分离。从以下一组数据, 观察对R的影响： 从1.01增加到1.1, 约增加9 %, 而R却增加到原来的9倍；从1.5增加道2.0, 约增加33 %, 而R只增加到原来的1.5倍。 对于色谱分离， 值应该多大？

17. 结论： ① 值很小的变化, 可使有较大的变化。 ② 值趋近于1时, 它的改变对的增加R尤为显著；值较大时, 对R的影响反而减少。 ③ 在k、N、三个参数中, 的增加对分离的改进最有效。k从1增加3, R只增加到原来的1.5倍。N增加到原来的3倍, 而R只增加到原来的1.7倍。从1.01增加带1.1, 约增加9 %, 而Rs却增加到原来的9倍。

18. 改变组分的值方法： ⑴ 改变固定相, 使各组分的分配系数有较大差别。例如分离苯和环己烷, 若以邻苯二甲酸二壬酯作固定液, 值为1.5；而以, ‘-氧二丙腈作固定液, 值增加至6.3。 ⑵ 改变柱温。柱温的改变对不同组分的分配系数的影响不同。采用较低柱温, 一般有利于增大值。 ⑶ 改变流动相的性质和组成。 ⑷ 利用化学衍生法改变组分的性质, 从而改变它们的分配系数。

19. 多组分分离 色谱法的最大优点是能对含多组分(几十到几百个)的样品进行分析。 若样品只含数个组分, 且它们的k没有很大差别, 可通过增加理论塔板数, 改变相对保留值和流动相速度来实现分离。但对于一些复杂情况, 采用固定的一组条件往往难于达到最佳分离。例如, ⑴ 样品含多个k值差别很大组分。在这种情况下, 若设计等温或等度洗脱实验条件, 不能达到最佳分离。 ⑵ 在色谱图上所确定的空间里, 要分离的组分太多而容纳不下, 超过色谱图的峰容量。

20. 1 2 3 4 5 6 S （a）较低柱温或洗脱强度 （b）中等柱温或洗脱强度 （c）较高柱温或洗脱强渡 T t 不同色谱条件的分离图 t

21. 要解决多组分的分离问题, 必须采用一些特殊的分离技术。 如上图，假定在开始分离时, 采用（a）的条件, 使组分1和2在接近k=2的条件下得到快速而良好的分离。接着, 将条件从（a）变到（b）, 使组分3和4的k值也减少至2左右, 得到良好分离。最后, 将条件从（b）改到（c）, 使组分5和6良好分离。 在一般分离过程中 , 峰宽连续增加, 特别在分离后阶段, 峰容量变小。采用（d）这种特殊技术后, 谱带宽度在分离过程中维持不变, 因而在色谱图的有限空间内, 可容纳更多的峰。由于峰变窄, 有利于痕量组分的检测, 而且使分析时间减少。

22. 柱温 T℃ 或 Org.%流相强溶剂A% 5 2 1 time 程序升温和梯度洗拖曲线

23. 改变k的特殊方法： ⑴ 程序升温：在分离过程中, 柱温按预定速率, 随时间呈线性或非线性增加, 以使各组分在最佳柱温下流出色谱柱。程序升温用于气相色谱。

24. 对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法，即在分析过程中按一定速度提高柱温，在程序开始时，柱温较低，低沸点的组分得到分离，中等沸点的组分移动很慢，高沸点的组分还停留于柱口附近；随着温度上升，组分由低沸点到高沸点依次分离出来。对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法，即在分析过程中按一定速度提高柱温，在程序开始时，柱温较低，低沸点的组分得到分离，中等沸点的组分移动很慢，高沸点的组分还停留于柱口附近；随着温度上升，组分由低沸点到高沸点依次分离出来。

25. (2) 梯度洗脱：在分离过程中, 让流动相的组成(含有两种或两种以上极性不同的溶剂)按一定程序连续变化。梯度洗脱用于液相色谱。 (3) 联用柱/柱切换：柱切换技术指两根或两根以上色谱柱(这些柱对组分能提供不同的k和值), 通过合适的方式组合, 让组分在某柱中得到初步分离, 然后设法让其中一些组分在第二柱中分离, 让另一些组分在第三柱中分离, 而第二和第三柱对各自组分具有高选择性。从而达到分离完全和快速的目的。 此外，还有程序变速、程序变压等特殊技术。

26. 反冲技术 串联柱示意图 Col1: SiO2柱 Col2: OB柱 非手性柱-手性柱联用技术分离苯丙醇反应液

27. 应用柱切换技术测定不对称合成反应液中的苯丙醇的光学纯度应用柱切换技术测定不对称合成反应液中的苯丙醇的光学纯度 柱切换技术示意图 A（干扰成分） B（苯丙醇） C1（SiO2柱） C2（OB柱）

28. l高效液相色谱法柱切换技术 硅胶柱可以有效地分离饱和烃和芳烃，但胶质在硅胶柱上强烈保留。采用腈基键合柱串联硅胶柱，键合相柱降低了胶质的强保留作用，利用反冲技术洗脱胶质。 l填充毛细管液相色谱-高温毛细管气相色谱在线联用分析润滑油（关亚风，色谱，16：469（1998））

29. 分离速度 分析速度决定分析时间。简单地讲，分析时间不少于最后一个样品峰的保留时间： 可见，分离速度与流动相线速度密切相关，而后者决定于色谱填料粒度、流动相的柱内压力降、流动相粘度、柱渗透率或阻抗因子等色谱参数和操作条件。

30. 色谱柱峰容量 色谱柱峰容量定义：对给定色谱系统和操作条件，在一定时间内，最多能从色谱柱洗出达到一定分离度的色谱峰个数。假设在一定的时间内，被分离色谱峰的区域宽度相等，则分离峰的数目为： 峰容量是色谱系统的一个重要性能参数，峰容量很小的色谱类型（如凝胶色谱），或分离50个以上组分的复杂混合物，提高峰容量是选择色谱分离条件需要考虑的因素。

31. 多元化合物色谱分离的优化指标 根据色谱定性、定量分析对色谱分离的要求，需要一个评价色谱分离优劣的指标，即最优化指标（optimization index）。不同作者提出不同的最优化指标，有人采用Neff/tR作为效率和速度的最优化指标；Morgan引入色谱响应函数CRF（Chromatographic response function）： P= f/g f g 式中：n为色谱峰的个数； pi为峰高分离度，即pi=Eh=f/g,g CRF是所有相邻峰的分离函数自然对数之和，当色谱峰都完全分离时，CRF才能达到极值，CRF=0；只要其中有一对峰重叠，CRF就小于0。