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1、1,第一节 色谱过程和基本原理 第二节 基本类型色谱方法及其分离机制 第三节 色谱法基本理论,第十七章 色谱分析法概论Chromatography,2,色谱法是一种分离分析方法 各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，在两相中进行多次反复的分配达到分离。,薄层色谱,柱色谱,纸色谱,6,第一节 色谱过程和基本原理,7,一、色谱过程,样品加入 各组分随着流动相的不断向前而在两相间反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸。 如果各组分在两相中的分配系数不同，它们就有可能达到分离。,8,基线、峰高 h、半峰宽 W1/2、峰宽W,二、色谱流出曲线和术语,（一）色谱流出曲线和色谱峰,9,由色谱峰的流
2、出曲线可以实现一下目的： （1）依据色谱峰的保留值进行定性分析 （2）依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 （3）依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能,10,（二） 保留值,保留时间 tR 死时间 t0 调整保留时间 tR = tR t0 （组分在固定相中停留的总时间） 保留体积 VR= tRFc（与流动相流速无关） 死体积 V0= t0Fc （从进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间） 调整保留体积 VR = tRFc,11,相对保留值 （只与柱温及固定相的性质有关） 保留指数,保留值,12,在某一色谱条件下，把含A和B以及两相邻的两种正构烷烃的混合物注入色谱柱分析。 A在相邻的
3、两种正构烷烃之间流出，它们的调整保留时间分别为10min，11min和12min； 最先流出的正构烷烃的保留指数为800； 组分B的保留指数为882.3。 求组分A的保留指数。 试问A和B有可能是同系物吗？,例：,13,解：,14,（三）色谱峰高和峰面积,1. 峰高 组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离 2. 峰面积 色谱曲线与基线间包围的面积,15,（四）色谱峰区域宽度,1. 标准差 2.半峰宽 W1/2 W1/2=2.355 3.峰宽 W W = 4,16,（五） 分离度,17,三、分配系数与色谱分离,分配系数,K大的组分，滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，
4、后流出柱子。 温度升高，K变小。 K为常数时，是线性色谱。,（一）分配系数和容量因子,18,容量因子（分配比）,19,（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系,20,（三）色谱分离的前提,例：在1m长的填充色谱柱上，某镇静药物A及其异构体B的保留时间分别为5.80min和6.60min；峰底宽度分别为0.78min及0.82min，空气通过色谱柱需1.10min。计算：载气的平均线速度；组分B的分配比；A及B的分离度。,解：,22,流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱 固定相：气固、气液；液固、液液,2. 按固定相的形式分类,1. 按两相状态分类,柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱 平面色谱
5、：纸色谱、薄层色谱,第二节 基本类型色谱方法及其分离机制,一、色谱法的分类,23,3. 按分离机制分类,分配色谱：根据不同组分在固定液中溶解度的大小而分离 吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的吸附和解吸能力的大小而分离 离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂的亲和力不同 空间排阻色谱：依据分子几何尺寸大小不同进行分离,24,色谱法的分类,25,利用被分离组分在固定相和流动相中溶解度的差别来实现分离。 溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶解度越小，则K越大，保留时间越长。,二、分配色谱法,1. 分离原理,26,固定相：途渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体， 又称固定液。 流动相：气体或液体 流动
6、相极性 固定相极性 反相分配色谱,2. 固定相和流动相,符合相似相容原理,3. 洗脱顺序,27,三、吸附色谱法,利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力差别而实现分离。 气固、液固 吸附过程是组分分子X与流动相分子Y争夺吸附剂表面活性中心的过程,1. 分离原理,28,2. 固定相和流动相,固定相：多为具有较大比表面积、多孔性微粒状的吸附剂 流动相：极性越强，洗脱能力越强。,29,3. 洗脱顺序,吸附能力的一般规律： (1)非极性化合物一般不被吸附； (2)极性基团越多，极性越强； (3)不饱和化合物比饱和化合物极性强，双键越多越强； (4)常见化合物的吸附能力顺序 烷烃烯烃卤代烃醚硝基化合物
7、叔胺酯酮醛酰胺醇酚伯胺羧酸,30,四、离子交换色谱法,利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。 离子交换过程可用通式表示：,1. 分离原理,31,固定相：为离子交换剂，如：离子交换树脂、硅胶化学键合离子交换剂 离子交换树脂：网状立体结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。 性能指标：交联度、交换容量、粒度 流动相：一定pH和离子强度的缓冲溶液,2. 固定相和流动相,32,溶质离子的电荷和水合半径 价态高的离子选择性系数大； 水合半径增大，离子选择性系数变小。 离子交换剂的交联度和交换容量越大，保留时间越长 流动相的组成和pH,3. 影响保留行为的因素,33,五、空间排阻色谱法,根据被分离组分分
8、子的线团尺寸而进行分离 又称凝胶色谱法 分离与流动相的性质无关,1. 分离原理,34,固定相：为多孔凝胶 主要性能参数：平均孔径、排斥极限、分子量范围 流动相：溶解性、粘度低,2. 固定相和流动相,3. 保留体积与渗透系数的关系,分子尺寸大，即分子量大的组分其渗透系数小，保留体积小，先出峰。,35,第四节 色谱法基本理论,色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。 热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程，以塔板理论为代表。 动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程，以速率理论为代表。,组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？,一、 塔板理论（热力学）,塔板理论假定: 塔
9、板和塔板之间不连续； 塔板之间无分子扩散； 组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度； 一个组分在每块塔板上的分配系数相同； 流动相以不连续的形式加入，即以一个一个塔板体积加入。,37,（一）质量分配和转移,38,（二）流出曲线方程,39,一、质量分配和转移,组分在n=5，k=1柱内任一板上分配表,40,组分在n=7，k=p/q柱内任一板上分配表,41,42,43,44,n越大，H越小，色谱峰越窄， 柱效越高； H与柱长无关。,（三）理论塔板数和理论塔板高度,45,例 在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tR）6.6min，峰宽0.5min，
10、死时间1.2min，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速40mL/min，固定相体积2.1mL，求：（1）容量因子；（2）死体积；（3）调整保留体积；（4）分配系数；（5）有效塔板数；（6）有效塔板高度。,46,解,47,证明：,48,49,例 在3.0m色谱柱上，空气、组分X和组分Y的保留时间分别为1.0、14.0、17.0min，Y的峰宽为1.0min，计算X和Y完全分离时，柱长最短为多少？,50,51,例 已知物质A和B的分配系数K分别为6.50和6.31，已知固定相和流动相的体积比为0.422。试计算： （1）两物质的分配比; （2）选择性系数； （3）欲得到分离度为1.5时需多少塔板数
11、？ （4）若柱长为806cm，流动相的流速为7.10cm.s-1，则需多长时间可冲洗出各物质？,52,解,塔板理论的特点和不足,(1)L一定时，n 越大，H 越小，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。,(2) 用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质（不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同）。,(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果,(4)无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,54,二、 速率理论（动力学）,55,56,57,58,59,（一）影响塔板高度的动力学因素,1. 涡流扩散 A 2. 分子扩散（纵向扩散）B/u 3. 传质阻力Cu 固定相传质阻力 流动相传质阻力,60,（二）流动相线速度对塔板高度的影响,61,例 在2m长的色谱柱上，以氦为载气，测得不同载气线速下组分的保留时间tR和峰宽如下表： u（cm/s） tR（s） W（s） 11 2020 223 25 888 99 40 558 68 求： 1. Van Deemter方程中A、B、C值 2. 最佳线速uopt及最小板高Hmin,62,解,
