第十六章 色谱分析法概论 Chromatography

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1 第十六章 色谱分析法概论 Chromatography
2019/1/3

2 色谱法的发展历史 色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离植物叶子中的色素。
2. 石油醚 1. 植物绿叶的 石油醚提取液 图16－1 俄国植物学家Tsweet在1906年使用的装置-色谱原型装置. 2019/1/3

3 色素受两种作用力影响 （1）一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中停滞下来 （2）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动
各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱法。 2019/1/3

4 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。
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stationary 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mobile phase。 1931年，Kuhn等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄素。 此后，相继出现了各种色谱方法. 2019/1/3

5 表16-1 色谱法的发展历史 年代 发明者 发明的色谱方法或重要应用
年代 发明者 发明的色谱方法或重要应用 Tswett 用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。 Kuhn, Lederer 用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。 Izmailov, Shraiber 最先使用薄层色谱法。 Taylor, Uray 用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。 Martin, Synge 提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。 Consden等 发明了纸色谱。 Macllean 在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。 Martin, James 从理论和实践方面完善了气-液分配色谱法。 Van Deemter等 提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。 1957  基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。 Golay 发明毛细管柱气相色谱。 Porath, Flodin 发表凝胶过滤色谱的报告。 Moore 发明凝胶渗透色谱。 Giddings 发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。 Small 发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。 Jorgenson等 创立了毛细管电泳法。 2019/1/3

6 色谱法的优点和缺点 1. 色谱法的优点 2. 色谱法的缺点 分离效率高, 几十种甚至上百种化合物。 分析速度快, 几分钟至几十分钟
检测灵敏度高, 检测 10-9g g。 样品用量少。nL or uL 选择性好。 多组分同时分析。 易于自动化。 2. 色谱法的缺点 定性能力较差。为克服这一缺点，已经发展起来 了 色谱法与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。 2019/1/3

7 主要内容 第一节 色谱法分类 第二节 色谱过程的基本原理 第三节 色谱法的基本类型及分离机制 第四节 色谱法基本理论 2019/1/3

8 第一节 色谱法分类 一、按流动相与固定相的状态 流动相 固定相 mobile phase stationary phase 气相色谱 G L
第一节 色谱法分类 一、按流动相与固定相的状态 流动相 固定相 mobile phase stationary phase 气相色谱 G L gas chromatography 液相色谱 L S   liquid chromatography G-L L-L G-S L-S 2019/1/3

9 1、气相色谱—气体作流动相 2、液相色谱—液体作流动相 气固色谱：气体作流动相,固体吸附剂作固定相。
气液色谱：气体作流动相，固定液作固定相。 2、液相色谱—液体作流动相 液固色谱：液体作流动相,固体吸附剂作固体相。 液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。 2019/1/3

10 二．按操作形式分类 1 柱色谱 column： 填充柱色谱 — 固定相填充到柱管内 毛细管柱色谱 — 把固定相涂在毛细管内壁上，
填充柱色谱 — 固定相填充到柱管内 毛细管柱色谱 — 把固定相涂在毛细管内壁上， 中间是空的。 2 平面色谱plane： 纸色谱：滤纸为固定相的色谱法，流动相是含一定 比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。 薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。 3 毛细管电泳 capillary electrophoresis CE 2019/1/3

11 三. 按色谱过程分离机理分类 （1）吸附色谱(adsorption chromatography)：利用吸附剂表面对被分离的各组分吸附能力不同进行分离。 （2）分配色谱(partition chromatography)：利用不同组分在两相分配系数或溶解度不同进行分离。 （3）离子交换色谱(ion exchange chromatography)：利用不同组分对离子交换剂亲和力不同进行分离。 （4）空间排阻色谱法(steric exclusion chromatography)：利用凝胶对分子的大小和形状不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。 2019/1/3

12 主要内容 第一节 色谱法分类 第二节 色谱过程的基本原理 第三节 色谱法的基本类型及分离机制 第四节 色谱法基本理论 2019/1/3

13 第二节 色谱过 程的基本原理 一.色谱过程： 组分分子在流动相和固 定相间多次分配的过程.
第二节 色谱过 程的基本原理 一.色谱过程： 组分分子在流动相和固 定相间多次分配的过程. 由于各组分的结构和性质不同,与固定相作用的类型和强度不同,在固定相上滞留的时间不同,随流动相移动的速度有差异——差速迁移,从而达到分离的目的。 返回 2019/1/3 图16－2

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15 二 . 色谱流出曲线和有关概念 (一）流出曲线和色谱峰
1 流出曲线：从色谱柱流出的各个组分，通过检测系统把浓度(或质量)信号转换成电信号，信号的强度对时间作图，所绘制的曲线－－流出曲线 2 基线: 在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线 3 色谱峰：流出曲线突出部分 （图16－3） 2019/1/3

16 （二） 色谱保留值——定性的依据 组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t 和所消耗流动相的体积来表示。
（二） 色谱保留值——定性的依据 组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t 和所消耗流动相的体积来表示。 组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱中滞留的时间越长，消耗的流动相体积越大。 固定相、流动相固定，条件一定时，组分的保留值是个定值。 2019/1/3

17 1 保留时间（ tR ） 组分从进样到柱后出现浓度极大值所需的时间。 操作条件不变时， 一种组分有一个tR 定值，定性参数。 返回
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18 2.死时间t0 ——不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。
从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。 气相色谱—惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱所需的时间。 2019/1/3

19 ——扣除了死时间的保留时间。t’R=tR-t0又称校正保留时间，实际保留时间。
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20 4 保留体积VR ——组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动相体积 VR =t RF 0
流速 F０ , 单位 ml/min 4 保留体积VR ——组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动相体积 VR =t RF 0 死体积V0 ——不被固定相滞留的组分流经色谱柱所消耗 的流动相体积称死体积，色谱柱中载气所占的体积。 V0=t 0F0 6 调整保留体积VR’ ——扣除了死体积的保留体积，真实的 将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相体积。 VR’ = tR’ F 0VR’=VR- VD V0 、t 0与被测组分无关，因而VR’、tR’ 更合理地反映了物质在柱中的保留情况。 2019/1/3

21 —在相同操作条件下，两组分调整保留值之比
7 相对保留值γ2，1 —在相同操作条件下，两组分调整保留值之比 色谱系统的选择性指标 2019/1/3

22 （三）色谱峰高和峰面积 1 色谱峰高h—色谱峰最高点与基线之间的距离，可用mm ,mV， mA表示。峰高低与组分浓度有关，峰越高越窄越好。 2 色谱峰面积A ——色谱峰与峰底所围的面积。 对于对称的色谱峰 A=1.065h W1/2 h 2019/1/3

23 (四）色谱峰区域宽度 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。
（1）标准偏差()： 即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。 （2）半峰宽(Ｗ1/2)： 色谱峰高一半处的宽度 W1/2 =2.35５ （3）峰底宽(Wb)： Wb=4  =1.699Ｗ1/2 返回 2019/1/3

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25 （五） 分离度： 色谱分析的目标就是要将混合物中的各组分分离，两个相邻色谱峰的分离度。 R（resolution）定义为两峰保留时间差与两峰峰底宽平均值之商比：
式中：分子反映了溶质在两相中分配行为对分离的影响， 是色谱分离的热力学因素。 分母反映了动态过程溶质区带的扩宽对分离的影响，是色谱分离的动力学因素。 从中得到：两溶质保留时间相差越大，色谱峰越窄，分离越好。 2019/1/3

26 两个峰tR 相差越大,W越窄,Ｒ值越大，说明柱分离较能高。
Ｒ≥１.5 两个组分能完全分开,裸露面积为99.7％ 。 Ｒ＝１.0 两组分能分开，满足分析要求，裸露面积为95.4％。 Ｒ＜１.0 两峰有部分重叠。 返回 2019/1/3