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1、一、色谱法的定义 为什么混合色素在碳酸钙柱上可以被分开？这是由于不同组分在柱上移动速度不同，即 差速迁移造成的。色谱系统由流动相和固定相（即上列中的石油醚和碳酸钙）组成。被分离 的样品处于色谱柱的一端，可以被固定相吸附，也可以溶解于固定相中。当流动相流过固定 相时，一部分样品从固定相中进入流动相，被流动相推动运行到下一段色谱柱，其中一部分 又被色谱柱吸附或溶解。当新鲜的流动相流过色谱柱顶时，存在于固定相中的样品也有一部 分回到流动相中，被流动相携带前进，去进行下一轮的吸附一解吸或溶解一释出的活力。样 品在固定相中溶解（或吸附）的浓度与其在流动相中存在的浓度之比被称为分配（或吸附） 系数。由于混
2、合物中各个组分的理化性质不同，它们在两相中的溶解度或吸附量有差异，即 使这种差异很小，当这种过程反复多次时，也会使它们的迁移次数不同而彼此分离。由此， 我们得出了色谱法的定义如下：色谱法是一种分离方法，它利用物质在两相中分配系数（或吸附系数）的微小差异产生 了很大的效果，使各组份分离，以达到分离，分析及测定一些物理化学常数的目的。1. 色谱图：经色谱法分离的样品组份，各组份浓度随流动相体积或时间的变化而变化，用检 测器检测样品浓度所得到的响应信号对时间或流动相体积的峰形曲线，称为色谱 图。2. 基线：当没有样品组份进入检测器时，仪器记录的值为基线。3. 色谱峰：当样品组份进入检测仪器时，仪器响
3、应值偏离基线，信号强度随检测器中样品组 份浓度而改变，直至组份全部离开检测器，此时绘出的曲线称为色谱峰。4峰面积（A）：组份的流出曲线与基线所包围的面积，称为该组份的峰面积。5.峰高（ h ）：色谱图最高点至峰底的垂直距离。6峰拐点：在组分流出曲线上二阶导数等于零的点。7峰宽（W）：沿色谱峰两侧拐点处所做的切线与峰底相交两点之间的距离。8. 半峰宽（W2/h）:在峰高0.5h处的峰宽。2/h9. 保留时间（retention time）（tR）：进样后组份流入检测器的浓度达到最大值的时间。R10. 死时间(dead time t )：固定相不吸附或不溶解的组份的保留时间。若用体积来表示称为o死
4、体积(V0)。11. 相比率(0)(phase ratio)：色谱柱内流动相所占体积与固定相所占体积之比。12. 分配系数(partition coefficient)(k):在平衡状态时，组份在固定相与流动相中的浓度比。13. 容量因子(tapacity factor)(k)：在平衡状态时，组份在固定相与流动相中的质量比。也 称分配比。14校正保留时间(tR)保留时间与死时间之差。同理，校正保留体积(VR，)：为保留体积RR 与死体积之差值。平衡色谱理论u=谱带u:f(c)1 - K1 +K1 一 K设k鼻 f c)，定义为容量因子。K塔板理论塔板方程式，。也称为流出曲线方程n V c(1-
5、)22VRnmC =e丫2兀VR上式是以体积V (也可用时间或距离)为变数，表示流出组份浓度变化的方程。当n很大时, 上式为正态分布方程。它描述被分离组份，通过任一 V 体积载气，离开具有 n 块塔板填充 柱，进入检测器时的浓度，塔板理论方程式有下列特性：( 1)、浓度极大值一峰高：当V=VR时，组份浓度极大值(C )将离开色谱柱进入检测器，RmaxnmC =-max 2k VR( 2)流出曲线色谱峰根据流出曲线方程作图得到图11,它与实际色谱图能较好地符合。当n很大时，流出曲线趋近于正态分布曲线。设bVt，上式可改写为C一(t-t)2C =. e 2 b22n由流出曲线方程可计算色谱图上的重
6、要参数a. 半峰宽：18 Ln 2W =. V = 2.354 b（1 18）h n R2b.拐点：曲线上二阶导数为零时，其高度为0.607C ，拐点间距离为W.，由流出曲线 maxi2V方程可计算出119)c.峰宽（W,即图11中IJ），经计算W位于0.134C 处，maxW=2Wj=4o（120）由以上计算可以看出，标准偏差O越小，峰形越窄，柱分离效能越高，分离条件选择得 也越好。3.理论板数（n）的计算方法理论板数n是柱效率的主要指标，柱效率的高低直接影响分离效率，下面为常用的两种 理论板数计算法（1）保留值半峰宽法保留值可用VR，tR或dR （保留距离）来表示。半峰宽（Wh）需采用与保
7、留值相同的R R R 2单位。VVn = 8ln 2(f )2 = 5.54RWW (V)hh222= 5.54t2= 5.54d2RW (t) h2RW (d) -h2121)(2)保留值峰宽法4VW = 4b = rv n(V )2n = 16WI 丿16(d16 rI Wd从色谱图中，可测定保留值及峰宽，而后计算 n 值及 H 值。由于死时间或死体积的存在， 往往计算出的n值尽管很大，H很小，但色谱柱表现出来的实际分离效能并不好。因此可将 上述公式中的集留值改为校正保留值，以计算有效塔板数n 和有效塔板高度H有效有癣n 有效=5.54tRW (t)h(125)例：在一根色谱柱上测得空气峰
8、出峰时间为 0.5 分钟，样品出峰时间为 2.44 分钟，峰宽9.7解：n = 16(146 .4 =16I 9.7 丿= 3645=3.6 x 10 3秒。假设色谱峰呈正态分布，色谱柱长 1米，计算该柱的理论塔板数，理论信纸塔板高度 有效塔板数及有效塔板高度。已知： t =0.5min=30s,mtR=2.44min=146.4s,W=9.7s,L=1m=1000mm求：n, n ， H， H有效有 效LH = 0.27 mmnn =16(t)2(146 .4 - 30、2R=16= 2034 = 2.3x103有效(W丿p 时，传质阻力项起主要作用。板高随线速增加而增加，但变化缓慢，曲线平
9、滑。opt当p =M 时，柱效最高，但用p 线速进行分析，速度太慢。实际应用中，载气p值一般 opt opt大于P opt。二、色谱过程热力学高选择性色谱理论基础分子间的作用力，按作用的方向，可以分为两大类型：即使分子间相互吸引或使分子间相互排斥，吸引力产生于分子的永久偶极矩、电子摄动及氢键的作用，排斥力则由于分子相互接近的电子云重叠所造成。分子间作用力所形成的总位能场（X）为：X=X +X +X +X +X斥定诱色氰式中：X :排斥力位能场；X :定向力位能场；X :诱导力位能场；X :色散力斥定诱色位能场；X :氢键力位能场。氢 由于通常状态下排斥力位能场远远小于吸引力所形成的位能场，常常
10、忽略不计。1、定向能（X ）定在溶液中，如果每个溶质分子（A）被z个溶剂分子有效包围，对于溶质分子定向力形 成的位能场为:2卩2卩2X = - A 4 Z3 kTr 6pp 2分别为两分子的偶极矩，K为Boltzmann常数，T为绝对温度，r为两分子之 间的距离。2、诱导能（X ）诱永久偶极矩为p 的分子，与相矩r具有极化率为aA的分子产生诱导作用，其平均相 互作用能为X =-厶斗。诱导作用是相互的，彼此都能产生。诱导偶极矩p 2的分子、2r 6对相矩r、其极化率为a的分子产生的诱导能为 X =-a斗02-1r6两者总和为:a 卩2 + a 卩2X = A 1 B 2绣 r6在溶液中，如果溶质
11、分子（A）周围有效溶剂分子配置数为Z,则对于溶质子，诱导 力形成的位场能为X =（卩2a +卩2a ）Z绣r 6 A 荆 荆 A3、色散能（X色）-非及性分子之间的作用能。3 a a I IX = 1212-色2 r 6 I + I12I 为分子电离能。它反映了分子对外层电子的制约能力。在溶液中，若溶质分子周围溶剂分子的有效配位数为Z,则对于溶质分子色散能形成的 位场能为 X =3邛显丄荆Z色 2 r 6 I + Ia 荆4、氢键作用能（X一）氢通常把氢键的作用力划归为范德华引力的范畴，但是它与前面三种范德华作用力在性质上有明显的区别。氢键具有方向性及饱合性，其作用力也较大，介于化学键与色散力之间，一般为 510 千卡/摩尔。在同系物中，氢键力随分子量增大而减弱。分子内氢键的形成会降低分
