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

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

2 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

3 经典的液相色谱

4 纸 色 谱 比移值

5 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

6 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

7 按流动相不同分类 一般分类 分离方法 固定相 所用平衡 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
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 尺寸排阻 凝胶 筛分 气相色谱GC（流动相为气体） 气、液 分析物与固定 气-键相 气-固 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

8 色谱流出曲线 检测器输出信号随时间的变化曲线

9 色谱基本术语 保留值 定性的依据 选择因子 区域宽度 衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素 峰底宽度 W 半峰宽 W1/2 标准差 
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

10 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
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

11 塔板理论 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
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

12 塔板理论 贡献 缺点 一种半经验性的平衡理论 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

13 速率理论 范迪姆特（Van Deemter)方程 1. 涡流扩散项A A=2dp 2.分子扩散项B/u(纵向扩散项） 在GC中 在LC中
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） 组分在流动相中的扩散系数 弯曲因子 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 固定相传质阻力系数 流动相传质阻力系数 3.传质阻力项Cu

14 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

15 液液色谱 液体流动相 液体固定相 液液色谱的Van Deemter方程式

16 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

17 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。

18 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

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

20 分离度公式 假设k1k2=k, W1 W2=W

21 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。

22 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。

23 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。

24 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。

25 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

26 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

27 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 峰高0.15倍处的峰宽
峰高0.85倍处的峰宽 自动积分仪法 剪纸称重法

28 定量校正因子 绝对校正因子 相对校正因子

29 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
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

30 各种定量方法的比较 归一化法 内标法 外标法 计算公式 由工作曲线直接查得 称重配样 不需要 需要 进样量 不需准确 需准确 操作条件稳定性
项 目 归一化法 内标法 外标法 计算公式 由工作曲线直接查得 称重配样 不需要 需要 进样量 不需准确 需准确 操作条件稳定性 一次分析过程中条件需稳定 全部过程中条件需严格不变 对组分出峰的要求 全部组分 内标物及所测组分 所测组分 校正因子 需全部组分的校正因子 需内标及所测组分的校正因子 使用检测器 通用型检测器 选择性检测器有时不适用 选择性检测器 适用范围 多组分试样中各组分含量的分析 微量组分的精确定量 日常控制分析和大量同类样品的分析 方 法

31 作业 P