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1、第18章 色谱法导论第1页，共33页，编辑于2022年，星期日 高效液相色谱仪高效液相色谱仪气相色谱仪气相色谱仪2第2页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱图色谱图3第3页，共33页，编辑于2022年，星期日教学内容教学内容 1.色谱分离的基本原理和基本概念色谱分离的基本原理和基本概念2.色谱分离的理论基础色谱分离的理论基础3.色谱定性和定量分析的方法色谱定性和定量分析的方法(下一章讲授下一章讲授)重点与难点重点与难点 1.塔板理论，包括流出曲线方程、理论塔板数塔板理论，包括流出曲线方程、理论塔板数(n)及有效及有效理论塔理论塔 板数板数(neff)和塔板高度和塔板高度(H)及有效塔板高度
2、及有效塔板高度(Heff)的计的计算算2.速率理论方程速率理论方程3.分离度和基本分离方程分离度和基本分离方程 4第4页，共33页，编辑于2022年，星期日学习目标学习目标 1.熟练掌握色谱分离方法的原理熟练掌握色谱分离方法的原理2.掌握色谱流出曲线（色谱峰）所代表的各种技术参数的掌握色谱流出曲线（色谱峰）所代表的各种技术参数的准确含义准确含义3.能够利用塔板理论和速率理论方程判断影响色谱分离能够利用塔板理论和速率理论方程判断影响色谱分离的各种实验因素的各种实验因素4.学会各种定性和定量的分析方法。学会各种定性和定量的分析方法。5第5页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱法的起源、发展及定
3、义色谱法的起源、发展及定义碳酸钙碳酸钙菊根粉菊根粉石油醚石油醚 样品样品6第6页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱法是一种分离技术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的分配分在色谱分离柱中的两相间不断进行的分配过程。过程。其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相;另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体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（气体或液体），称为流动相流动相。7第7页，共33页，编辑于2022年，星期日 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与
4、当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。8第8页，共33页，编辑于2022年，星期日微观分离过程微观分离过程9第9页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱
5、法分类色谱法分类1 1按两相状态分类按两相状态分类2 2、按分离机理分类、按分离机理分类3 3、按固定相的形态分类、按固定相的形态分类10第10页，共33页，编辑于2022年，星期日两相状态两相状态两相两相状态状态 流动相流动相的物态的物态 液相色谱液相色谱（LC）气相色谱气相色谱（GC）液固色谱液固色谱液液色谱液液色谱气固色谱气固色谱气液色谱气液色谱超临界流体色谱（超临界流体色谱（SFC）11第11页，共33页，编辑于2022年，星期日分离机理分离机理分离分离机理机理 吸附色谱吸附色谱吸附能力强弱不同吸附能力强弱不同分配色谱分配色谱溶解度不同溶解度不同离子交换色谱离子交换色谱离子交换剂上的亲
6、和力不同离子交换剂上的亲和力不同凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱在多孔固定相中的选择渗透在多孔固定相中的选择渗透亲和色谱亲和色谱12第12页，共33页，编辑于2022年，星期日固定相的形态固定相的形态 固定相装于柱内的色谱法，称为固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱柱色谱。固定。固定相呈平板（面）状的色谱法，称为相呈平板（面）状的色谱法，称为平板（面）色平板（面）色谱谱，它又可分为，它又可分为薄层色谱薄层色谱和和纸色谱纸色谱。固定相固定相形态形态柱色谱柱色谱纸色谱纸色谱薄层色谱薄层色谱13第13页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语 色谱图是以组分的浓度变化作
7、为纵坐标，流出时间作为横坐色谱图是以组分的浓度变化作为纵坐标，流出时间作为横坐标的。这种曲线称为标的。这种曲线称为色谱流出曲线色谱流出曲线。14第14页，共33页，编辑于2022年，星期日基线基线操作条件稳定后，仅有流动相通过检测器时，操作条件稳定后，仅有流动相通过检测器时，仪器检测到的信号称为基线。仪器检测到的信号称为基线。基线基线15第15页，共33页，编辑于2022年，星期日峰高峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为色谱峰色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为色谱峰高；高；峰高峰高AB16第16页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱峰区域宽度色谱峰区域宽度（反映色谱柱或所选色谱条件的好坏
8、）（反映色谱柱或所选色谱条件的好坏）1.标准偏差标准偏差：即：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半；倍峰高处色谱峰宽度的一半；EF的的一半一半2.半峰宽：即峰高一半峰宽：即峰高一半的宽度；半的宽度；半峰半峰宽宽GH3.峰底宽度：色谱峰峰底宽度：色谱峰两边的拐点作切线，与两边的拐点作切线，与基线交点间的距离基线交点间的距离IJ峰底宽度峰底宽度17第17页，共33页，编辑于2022年，星期日保留值保留值试样各组分，试样各组分，即溶质在色谱柱或色谱体即溶质在色谱柱或色谱体系中保留行为的度量，反系中保留行为的度量，反映溶质与色谱固定相作用映溶质与色谱固定相作用力类型和大小，与两者分力类型和大小，与两者
9、分子结构有关，是重要的色子结构有关，是重要的色谱热力学参数和色谱定性谱热力学参数和色谱定性依据。依据。保保留留值值保留时间保留时间保留体积保留体积死时间死时间保留时间保留时间调整保留时间调整保留时间死体积死体积保留体积保留体积调整保留体积调整保留体积相对保留值相对保留值18第18页，共33页，编辑于2022年，星期日死时间死时间流动相流经色谱柱的平均时间定义为死时间，流动相流经色谱柱的平均时间定义为死时间，以以tM表示表示 tM=L/u柱长柱长u流动相线速度流动相线速度死时间死时间OA19第19页，共33页，编辑于2022年，星期日保留时间保留时间溶质通过色谱柱的时间，即从进样到柱后溶质通过色
10、谱柱的时间，即从进样到柱后洗出最大浓度的时间洗出最大浓度的时间tR表示表示 tR=L/ux柱长柱长ux溶溶质通过色谱柱的平均线速度质通过色谱柱的平均线速度保留时间保留时间O20第20页，共33页，编辑于2022年，星期日调整保留时间调整保留时间溶质某组份的保留时间扣除死时间溶质某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的后称为该组份的调整保留时间调整保留时间调整保留时间调整保留时间，即即 tR=tR-tM调整保留调整保留时间时间A21第21页，共33页，编辑于2022年，星期日 由由于于组组份份在在色色谱谱柱柱中中的的保保留留时时间间tR包包含含了了组组份份随随流流动动相相通通过过柱柱子子所所需需
11、的的时时间间tM和和组组份份在在固固定定相相中中滞滞留留所所需需的的时时间间tR，所所以以tR实实际际上上是是组组份份在在固固定定相相中中停停留留的的总总时时间间保保留留时间可用时间单位（如时间可用时间单位（如s）或距离单位（如）或距离单位（如cm）表示。）表示。保留时间是色谱法定性的基本依据，保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组份的保留但同一组份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体保留体积积等参数进行定性。等参数进行定性。22第22页，共33页，编辑于2022年，星期日死死体体积积VM指指色色谱谱柱柱在在填填充充后后
12、，柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间所所剩剩留留的的空空间间、色色谱谱仪仪中中管管路路和和连连接接头头间间的的空空间间以以及及检检测测器器的的空空间间的的总总和和当当后后两两项项很很小小而而可可忽忽略略不不计计时时，死死体体积可由死时间与流动相体积流速积可由死时间与流动相体积流速FC（Lmin）计算：）计算：VM=tM FC 死时间内流经色谱柱的流动相的体积。死时间内流经色谱柱的流动相的体积。23第23页，共33页，编辑于2022年，星期日保留时间内流经色谱柱的流动相的体积。保留时间内流经色谱柱的流动相的体积。保留体积保留体积 VR 指从进样开始到被测组份在柱后出现指从进样开始到被测组份在柱
13、后出现浓度极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间浓度极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间tR的关系如下：的关系如下：VR=tR FC 调调整整保保留留体体积积VR 某某组组份份的的保保留留体体积积扣扣除除死死体体积积后，称该组份的调整保留体积，即后，称该组份的调整保留体积，即 VR =tR FC=(tR-tM)FC=VR-VM调整保留时间内流经色谱柱的流动相的体积。调整保留时间内流经色谱柱的流动相的体积。24第24页，共33页，编辑于2022年，星期日相对保留值（选择性因子）相对保留值（选择性因子）组份组份2的调整保留时间与组份的调整保留时间与组份1的调整保留时间之比，的调整
14、保留时间之比，称为相对保留值，反映不同溶质与固定相作用力差异。称为相对保留值，反映不同溶质与固定相作用力差异。tR2为后出峰的调整保留时间，所以这时为后出峰的调整保留时间，所以这时总是大于总是大于1的的25第25页，共33页，编辑于2022年，星期日从色谱流出曲线上，得到信息从色谱流出曲线上，得到信息（l l）根根据据色色谱谱峰峰的的个个数数，可可以以判判断断样样品品中中所所含含组组份份的的最最少少个个数数（2 2）根根据据色色谱谱峰峰的的保保留留值值(或或位位置置），可可以以进进行行定定性性分分析析（3 3）根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析）根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分
15、析（4 4）色色谱谱峰峰的的保保留留值值及及其其区区域域宽宽度度，是是评评价价色色谱谱柱柱分分离离效能的依据效能的依据（5 5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流动相和流动相)选择选择是否合适的依据是否合适的依据26第26页，共33页，编辑于2022年，星期日色谱法分析的基本原理色谱法分析的基本原理 色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过间的距离是由组分在两相间的分配系
16、数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。程的热力学性质有关。但是两峰间虽有一定距离，如果每个但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。来研究色谱行为。27第27页，共33页，编辑于2022年，星期日分配系数分配系数在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比称为在一定温度下组分在两相之
17、间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数分配系数K：28第28页，共33页，编辑于2022年，星期日保留因子（容量因子或分配比）保留因子（容量因子或分配比）在实际工作中，也常用保留因子在实际工作中，也常用保留因子(分配比分配比)来表征色谱分配平来表征色谱分配平衡过程。保留因子是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配衡过程。保留因子是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡时的物质的量之比：达到平衡时的物质的量之比：29第29页，共33页，编辑于2022年，星期日保留因子与分配系数的关系保留因子与分配系数的关系 其中其中称为相比称为相比，它是反映各种色谱柱型特点的又一个，它是反映各种色谱柱型特
18、点的又一个参数。例如，对填充柱，其参数。例如，对填充柱，其值一般为值一般为635；对毛细管；对毛细管柱，其柱，其值为值为60600。30第30页，共33页，编辑于2022年，星期日保留因子与分配系数的关系保留因子与分配系数的关系保留因子等于各组分在固定相中停留的时间与在流动相保留因子等于各组分在固定相中停留的时间与在流动相中的停留时间之比：中的停留时间之比：31反映色谱保留值与物理化学常数反映色谱保留值与物理化学常数K的关系，是连接溶的关系，是连接溶质色谱保留行为与物理化学性质的桥梁。质色谱保留行为与物理化学性质的桥梁。第31页，共33页，编辑于2022年，星期日分配系数分配系数K K及保留因
19、子及保留因子k k与选择因子与选择因子的关系的关系 根据对以上公式处理，对根据对以上公式处理，对A、B两组分的两组分的选择因子，可用下式表示选择因子，可用下式表示 32第32页，共33页，编辑于2022年，星期日 上式表明：通过选择因子通过选择因子 把实验测量值把实验测量值k k与热力学性质的分配系数与热力学性质的分配系数K K直接联系起来，直接联系起来，对固对固定相的选择具有实际意义。如果两组分的定相的选择具有实际意义。如果两组分的K K或或k k值相等，则值相等，则=1=1，两个组分的色谱峰必将重合，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。说明分不开。两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。33第33页，共33页，编辑于2022年，星期日