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1、 色谱分析法色谱分析法 ( (ChromatographyChromatography) )1第一节第一节 色谱法概述色谱法概述第二节第二节 色谱法基本原理色谱法基本原理第三节第三节 气相色谱分离条件的选择气相色谱分离条件的选择第四节第四节 气相色谱仪气相色谱仪第五节 色谱定性、定量分析方法色谱分析法色谱分析法2历史 俄国植物学家茨维特在1906年使用的色谱原型装置分离对象 - 植物色素色谱柱 - 玻璃管固定相 - 碳酸钙流动相 - 石油醚色谱法概述色谱法概述31931年 库恩, 奥地利化学家,胡萝卜素植物色素分离 1940年 吸附色谱与电泳相结合 1941年 分配色谱创立 1952年 气相色
2、谱法建立 1968年 高效液相色谱法建立 1975年后 离子色谱、超临界流色谱、高效毛细管电泳、场流动分级分离色谱法发展历史色谱法发展历史4Tiselius, A.W.K. Martin, A.J.P. Synge, R.L.M. 1948年 Nobel 化学奖 1952年 Nobel 化学奖吸附色谱与电泳 分配色谱色谱法发展历史色谱法发展历史5色谱法概述色谱法概述色谱法是一种物理化学分 离方法，利用不同物质在两 相（固定相和流动相）中具 有不同的分配系数（或吸收 系数，渗透性等），当两相 做相对运动时，这种物质在 两相中反复多次分配，从而 使各物质得到完全的分离。6色谱法分类1、按固定相及流
3、动相的状态分类色谱：气液色谱、 气固色谱液相色谱：液液色谱、液固色谱2、按固定相形状分类柱色谱，纸色谱，薄层色谱。7分类 一般分类分离方法固定相所用平衡液相色谱LCL-L分离吸附在固定相表面的液体不同溶液之间分 配平衡 液相-固定相固定相表面键合的有机相在液体与固定相 表面的分布 液固或吸附固体吸附离子交换离子交换树脂离子交换尺寸排阻聚合物中间隙分布/筛分气相色谱GC 气、液吸附在固定相表面的液体气配/气-液气-键相固体表面键合的有机物气配/气-液气-固定体固体吸附超临界流体色 谱SFC固体表面键合的有机物超临界流体与键 合表面的分配 色谱法分类8 气相色谱( Gas chromatograp
4、hy )填充柱气相色谱（Packed column gas chromatography) 毛细管气相色谱 (Capillary column gas chromatography)裂解气相色谱(Pyrolysis gas chromatography )顶空气相色谱 ( Headspace gas chromatography)气相质谱联用技术（Gas chromatography-Mass spectrometry) 液相色谱( Liquid chromatography )高效液相色谱( High performance liquid chromatography)超临界流体色谱( Su
5、percritical fluid chromatography)高效毛细管电泳(High performance capillary electrophoresis)毛细管电色谱(Capillary electrochromatography)液相质谱联用技术（Liquid chromatography- Mass spectrometry色谱法分类9 平面色谱法（Planar chromatography）薄层色谱 ( Thin layer chromatography)薄层电泳色谱 (Thin layer electrophoresis )纸色谱( Paper chromatograph
6、y)色谱法分类10色谱法的特点与其它分析方法相比，具有的优点： 分离效能高 灵敏度高 分析速度快 应用范围广 缺点：对未知物的定性比较困难 解决方法：与其它分析方法联用（质谱、红外和电化学等）11色谱法基本概念色谱法基本概念一、气相色谱流出曲线色谱峰峰底峰高( h)峰底宽度 ( Wb )半峰宽 ( W )常 用 术 语12色谱法基本概念色谱法基本概念一、气相色谱流出曲线（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间。 死时间（tM）： 不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。 调整保留时间（tR ）：tR= tRtM13色谱法基本概念色谱法基本概念一、气相
7、色谱流出曲线（2）用体积表示的保留值保留体积（VR）：VR = tRF0死体积（VM）： VM = tM F0调整保留体积（VR）： V R = VR VM F0为色谱柱出口处的载气流量 ，单位：m L / min。142. 相对保留值，选择性因子( )色谱法基本概念色谱法基本概念- 固定相对这两种组分的选择性15色谱法基本原理色谱法基本原理分配系数 K一定温度下，组分在固定相和流动相之间 分配达平衡时的浓度比。K只与固定相和被分离物质的性质有关K值的差别是分离的先决条件， 差别越大，分离的可能性越大 K值大的组分后出峰16色谱法基本原理色谱法基本原理塔板理论 - 柱效能指标塔板理论是色谱学中
8、的热力学平 衡理论。它是把样品组分在色谱 柱中的分离过程，视为组分在分 馏塔里的分馏过程，把色谱柱看 成一个分馏塔。分馏塔利用各组分的沸点不同， 在塔板上经过多次气-液平衡后 ，最终低沸点组分在塔顶流液的 含量高，高沸点组分在塔低层含 量高，而达到分离目的。石油裂解产物17塔板理论的基本假设(1) 色谱中也存在类似分馏装置的塔板。样品中的某组 分在色谱柱“H”的高度区间内可以很快达到分配平衡 。H称为塔板高度，且组分在H高度内服从分配定律。(2) 样品各组分都先加在0号塔板上，且沿色谱柱轴方向 的扩散可以忽略不计。(3) 流动相进入色谱柱（洗脱过程）不是连续的，而是 间歇进入，每次进入一个塔板
9、体积。(4) 分配系数在所有塔板上都相同，与组分在塔板上的 量无关。18色谱法基本原理色谱法基本原理塔板理论 - 柱效能指标色谱柱长：L 虚拟的塔板间距离：H色谱柱的理论塔板数：n则三者的关系为：19色谱法基本原理色谱法基本原理塔板理论 - 柱效能指标理论塔板数与色谱参数之间的关系20塔板数 n是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。色谱法基本原理色谱法基本原理不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，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。柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K
10、相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。塔板理论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。塔板理论 - 几点说明21速率理论 - 影响柱效能的因素色谱法基本原理色谱法基本原理速率方程（也称范.弟姆特方程式）:H = A + B/u + Cu H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s)1956年荷兰 van Deemter22A = 2dp dp： 固定相的平均颗粒直径： 固定相的填充不均匀因子色谱法基本原理色谱法基本原理dp，填充的越均匀，A，H，柱效nA 涡流扩散项23色谱法基本原理色谱法基本原理B = 2 Dg ：弯曲因子
11、，填充柱色谱，1。 Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2s-1 ）流速，滞留时间，扩散Dg （M载气）-1/2 ； M载气，B值B/u 分子扩散项24色谱法基本原理色谱法基本原理传质阻力包括气相传质阻力Cg 和液相传质阻力CL C =（Cg + CL）D ，C ,分配平衡时间长，峰变宽C u 传质阻力项25分离度塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分 离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综 合影响：保留值之差色谱过程的热力学因素；区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱分离中的四种情况如图所示： 柱效较高，K(分配系数)
12、较大,完全分离； K不是很大，柱效较高， 峰较窄，基本上完全分离； 柱效较低，K较大,但分 离的不好； K小，柱效低，分离效果 更差。 26分离度 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际 分离程度。柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离 。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的 综合影响： 保留值之差色谱过程的热力学因素； 区域宽度色谱过程的动力学因素。 由此可见，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。27分离度的表达式R=0.8：两峰的分离程度可达89%； R
13、=1：分离程度98%； R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。28分离度与基本色谱分离方程式 分离度R的定义并没有反映影响分离度的各种因素。实 际上，分离度是受柱效（n）、选择因子()和容量因子 （k）三个参数的控制。 上式即为基本色谱分离方程式, 也可表示为:29 同理, 可得: 也可表示为:分离度与基本色谱分离方程式30提高分离度的途径(1) 1. 提高柱效 (1)增加柱长: n增加2倍时R只增大1.4倍 (2)降低塔板高度H: 是提高分离度的最好方法31分离度与柱效的关系 当固定相确定，被分离物质对的确定后，分离度将 取决于n。这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平 方与
14、柱长成正比，即为了提高柱效，可采用的途径：（1）采用直 径较小、粒度均匀的固定相；（2）控制较薄的液膜 厚度；（3)选择适宜的流动相、流速和温度等。32提高分离度的途径(2) 2. 增大容量因子k R 随 k 增大而增大，但是分析时间也随之延 长。为了增大k值，可采用的方法：（1）GC: 增加固定 液的用量，适当降低柱温；（2）LC: 适当采用极性较小 一些的流动相。33提高分离度的途径(3) 3. 增大选择性因子值 由于的微小变化，都对R有很大的影响，增大 值是改善分离度的最有力的手段。 为了增大值，可采用的方法：（1）GC: 适当降低柱 温；（2）LC: 通过控制固定相和流动相的性质来调整 。 存在的问题： 的变化不像n和k有规律可循。34例题 已知物质A和B在一根30.0 cm长的柱子上的保 留时间分别为16.40 min和17.63 min, 不被保 留组分通过该柱的时间为1.30 min, 峰底宽度分 别为1.11 min和1.21 min，计算： （1）柱的分离度； （2）柱的平均塔板数； （3）塔板高度； （4）完全分离时所需的柱长。35答案 (1) R=1.06; (2) n (A) =3493, n (B) =3397, n 平均 =3445 ; (3
