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1、分析化学分析化学1616色谱分析法概色谱分析法概论论 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论u 色谱法的分类和发展色谱法的分类和发展u 色谱过程和基本原理色谱过程和基本原理u 基本类型色谱方法及其分离机制基本类型色谱方法及其分离机制u 色谱法基本理论色谱法基本理论 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论 高分离效能高分离效能 高灵敏高灵敏 高选择性高选择性 分析速度快分析速度快 应用范围广应用范围广色谱法的特点色谱法的特点:仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论色谱学的重要作
2、用色谱学的重要作用u诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖：19481948年年，瑞瑞典典TiselinsTiselins，电电 泳泳和和吸吸附附分分析析；19521952年年，英英国国马马丁丁(Martin)(Martin)和辛格和辛格(Synge)(Synge)，分配色谱。，分配色谱。u应应用用的的科科学学领领域域：生生命命科科学学、材材料料科科学学、环环 境科学等。（科学的科学）境科学等。（科学的科学）u药药学学（药药物物分分析析）：各各国国药药典典收收载载了了许许多多色色 谱谱分分析析方方法法。中中国国药药典典二二部部，700700多多，纯纯度度检检查查、定定性性鉴鉴别别或或含含量量测测定定，一一部
3、部，600600多鉴别或含量测定。多鉴别或含量测定。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论 第一节第一节 色谱法的分类和发展色谱法的分类和发展一、色谱法的分类一、色谱法的分类按流动相的分子聚集状态分类按流动相的分子聚集状态分类:GCGC、LCLC、SFC SFC 等。等。按固定相的分子聚集状态分类按固定相的分子聚集状态分类:GSCGSC、GLCGLC、LSCLSC、LLCLLC等。等。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论按操作形式分类按操作形式分类:柱色谱法、平面色谱法、毛细管电柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法
4、等。泳法等。按色谱过程的分离机制分类按色谱过程的分离机制分类:分配色谱法、吸附色谱法、离子交分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电泳法等。泳法等。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论毛细管电色谱法毛细管电色谱法（CEC）色色谱谱法法GSC液相色谱法液相色谱法（LC）柱色谱法柱色谱法平面色谱法平面色谱法毛细管电泳法毛细管电泳法（CE）LLCLSCSECIECBPC纸色谱法纸色谱法薄层色谱法薄层色谱法（TLC）LLCLLCLSC气相色谱气相色谱法法（GC）柱色谱法柱色谱法GLC超临界流体色谱法超临
5、界流体色谱法（SFC）仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论二、色谱法的发展二、色谱法的发展 （一）色谱法的历史（一）色谱法的历史 （二）色谱法的现状和发展趋势（二）色谱法的现状和发展趋势 1 1新型固定相和检测器的研制新型固定相和检测器的研制 2 2色谱新方法的研究色谱新方法的研究 3 3色谱联用技术色谱联用技术 4 4色谱专家色谱专家 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论第二节第二节 色谱过程和基本原理色谱过程和基本原理 一、色谱过程一、色谱过程实现色谱操作的基本条件是必须具备相实现色谱操作的基本条件是必须具
6、备相对运动的两相，固定相对运动的两相，固定相(stationary(stationary phase)phase)和流动相和流动相(mobile phase)(mobile phase)。色谱过程是组分的分子在流动相和固定色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间相间多次多次“分配分配”的过程。的过程。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论色谱过程色谱过程 组分的结构和性质微小差异组分的结构和性质微小差异 与与固定相作用差异固定相作用差异 随流动相移动随流动相移动的速度不等的速度
7、不等 差速迁移差速迁移 色谱色谱分离。分离。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论二、色谱流出曲线和有关概念二、色谱流出曲线和有关概念u色谱流出曲线色谱流出曲线是由检测器输出的电信号是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。谱图。u基线基线是在操作条件下，没有组分流出时是在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线。基线反映仪器的流出曲线。基线反映仪器 (主要是检测主要是检测器器)的噪音随时间的变化。的噪音随时间的变化。u色谱峰色谱峰是流出曲线上的突起部分。是流出曲线上的突起部分。正常色谱峰、拖尾峰和前
8、延峰正常色谱峰、拖尾峰和前延峰 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论对称因子对称因子f fs s (symmetry factor)(symmetry factor)：衡量色谱峰的对称性衡量色谱峰的对称性 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论到20页到19页 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论u保留时间保留时间(retention time;(retention time;t tR R)：从进样到某组：从进样到某组 分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。分在柱后出现浓度极
9、大时的时间间隔。u死时间死时间(t t0 0)：分配系数为零的组分，即不被固：分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。定相吸附或溶解的组分的保留时间。u调整保留时间调整保留时间()()：某组分由于溶解：某组分由于溶解（或被吸或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。分在柱中多停留的时间。定性参数定性参数1 1 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论定性参数定性参数2 2 保留体积保留体积(V VR R)：从进样开始到某个组分在柱：从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时
10、，所需通过色谱柱的流动后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。相体积。死体积死体积(V V0 0)：由进样器至检测器的流路中未：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间。被固定相占有的空间。固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内腔容积的总和。腔容积的总和。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论定性参数定性参数3 3调整保留体积调整保留体积(adjusted retention volume)(adjusted retention volume)：由保留体积扣除死体积由保留体积扣除死体积 后的体积后的体积 相
11、对保留值相对保留值(r r)：两组分的调整保留值之比：两组分的调整保留值之比注意：VR是定值，tR与FC成反比 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论定性参数定性参数4 4 保留指数保留指数(retention index(retention index；I I):):在在GCGC中，以中，以正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分，这个相对值称为保留指数，又称组分，这个相对值称为保留指数，又称KovatsKovats指数，定义式：
12、指数，定义式：z z与与z+nz+n为正构烷烃对的碳原子数为正构烷烃对的碳原子数 ，Z Z为为6 6，7 7，8 8，I为为600600，700700，800800 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论定量参数定量参数u峰高峰高(peak height(peak height；h h)：组分在柱后出现浓度：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。极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离。u峰面积峰面积(peak area(peak area；A A)：色谱曲线与基线间包：色谱曲线与基线间包围的面积。围的面积。返回 仪器分析仪器分析仪
13、器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论返回柱效参数柱效参数u标准差标准差(standard deviation(standard deviation；)：正态色谱流：正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半，即出曲线上两拐点间距离之半，即0.6070.607倍峰高处倍峰高处的峰宽之半。的峰宽之半。的大小表示组分被带出色谱柱的的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。分散程度。越大，组分越分散；反之越集中。越大，组分越分散；反之越集中。u半峰宽半峰宽(W W1/21/2)：峰高一半处的峰宽：峰高一半处的峰宽 W W1/21/2=2.355=2.355 u峰宽峰宽 (peak widt
14、h(peak width；W W)：色谱峰两侧拐点作切线：色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。在基线上所截得的距离。W=4 或或 W=1.699W1/2 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论总分离效能指标总分离效能指标u分离度分离度(resolution(resolution；R R)：又称：又称分辨率分辨率。是相邻两色。是相邻两色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论分离度分离度u设正常峰，设正常峰，W W1 1W W2 2=
15、4=4 ，u则则R R=1.5=1.5时，时，99.7%99.7%面积面积(t tR R 3 3)被分开，被分开，t tR R=6 =6 ，称，称 6 6 分离分离 。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论三、分配系数与色谱分离三、分配系数与色谱分离(一一)分配系数和容量因子分配系数和容量因子 u分配系数分配系数 (distribution coefficient(distribution coefficient；K K)是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相组分在固定相 (s)(s)与流动相与流动相 (
16、m)(m)中的中的浓度浓度 (C C)之比。之比。分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质及温度（及温度（和压力）和压力）有关。是组分的有关。是组分的特征常数特征常数。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论u容量因子容量因子(capacity factor(capacity factor；k k)：在一定温：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量相和流动相中的质量(m m)之比。（摩尔数？）之比。（摩尔数？）u又称为质量分配系数或分配比。又称为质量分配系数
17、或分配比。分配系数与色谱分离分配系数与色谱分离还与固定相和流动相的体积有关。还与固定相和流动相的体积有关。容量因子与容量因子与分配系数的关系分配系数的关系 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论分配系数与色谱分离分配系数与色谱分离（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系tR=t0(1+k)tR=t0(1+K )v=L/tRu=L/t0 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论（三）色谱分离的前提（三）色谱分离的前提K KA AK KB B 或或k kA Ak kB B 是色谱分
18、离的前提是色谱分离的前提。=t0(1+KA)=t0(1+KB)tR=t0(KAKB)tR0KAKBkAkB分配系数与色谱分离分配系数与色谱分离推导过程：推导过程：仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论第三节第三节 基本类型色谱方法及其分离机制基本类型色谱方法及其分离机制u分配色谱法分配色谱法u吸附色谱法吸附色谱法u离子交换色谱法离子交换色谱法u空间排阻色谱法空间排阻色谱法 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论一、分配色谱法一、分配色谱法 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概
19、论分配色谱法分配色谱法 分离原理分离原理 利用被分离组分在固定相或流动利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。相中的溶解度差别而实现分离。溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流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，则动相中溶解度越小，则K K越大。在越大。在LLCLLC中中K K主要主要与流动相的性质与流动相的性质 (种类与极性种类与极性)有关；在有关；在GLCGLC中中K K与固定相极性和柱温有关。与固定相极性和柱温有关。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论分配色谱法分配色谱法固定相固定相 又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒
20、上的又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将各种一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将各种有机基团键合到载体上形成的固定相）。有机基团键合到载体上形成的固定相）。流动相流动相 气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。正相正相液液分配液液分配色谱色谱：流动相的极性弱于固定：流动相的极性弱于固定 相的极性。相的极性。反相反相液液分配液液分配色谱色谱：流动相的极性强于固定：流动相的极性强于固定 相的极性。相的极性。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十
21、六章 色谱分析法概论色谱分析法概论分配色谱法分配色谱法u洗脱顺序洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶由组分在固定相或流动相中溶解度的相对大小而决定。解度的相对大小而决定。正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。（库仑力和氢键力）。（库仑力和氢键力）。反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论二、吸附色谱法二、吸附色谱法u分离原理分离原理 利用被分离组分对固定相表面利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别而实现分离。吸附中心吸附能力的差别
22、而实现分离。u吸附过程是试样中组分的分子吸附过程是试样中组分的分子(X)(X)与流动相分与流动相分子子(Y)(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争吸附过程竞争吸附过程 。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论吸附系数与吸附剂的吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和活性、组分的性质和流动相的性质有关。流动相的性质有关。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论吸附色谱法吸附色谱法u固定相固定相 多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。u硅胶硅胶表面硅醇基为吸附中心。表
23、面硅醇基为吸附中心。u经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶u高效液相色谱高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅：球型或无定型全多孔硅 胶和堆积硅珠。胶和堆积硅珠。u气相色谱气相色谱：高分子多孔微球等：高分子多孔微球等 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论吸附色谱法吸附色谱法u流动相流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂）有机溶剂（硅胶为吸附剂）u洗脱能力洗脱能力：主要由其极性决定。：主要由其极性决定。u强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能力强，使力强，使k k值小，保留时间短。值小，保留时
24、间短。uSnyderSnyder溶剂强度溶剂强度 o o：吸附自由能，表示洗脱能：吸附自由能，表示洗脱能力。力。o o值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，即洗脱能力越强。即洗脱能力越强。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论表表 16-1 16-1 一些溶剂在硅胶上的一些溶剂在硅胶上的 o o值值溶剂溶剂溶剂强度溶剂强度（o o）溶剂溶剂溶剂强度溶剂强度（o o）正戊烷正戊烷0.000.00甲基特丁基甲基特丁基醚醚0.480.48正己烷正己烷0.000.00醋酸乙酯醋酸乙酯0.480.48氯仿氯仿0.260.26乙腈乙
25、腈0.520.52二氯甲烷二氯甲烷0.400.40异丙醇异丙醇0.600.60乙醚乙醚0.430.43甲醇甲醇0.700.70 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论u洗脱顺序洗脱顺序 k ka a=K Ka aS Sa a/V Vm mu在色谱柱（在色谱柱（S Sa a与与V Vm m一定）时，一定）时，K Ka a大的组分保留强，大的组分保留强，后被洗脱，后被洗脱，K Ka a小的组分在吸附剂上保留弱，先小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。被洗脱。uK Ka a与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、构型有关）
26、。构型有关）。吸附色谱法吸附色谱法 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论以以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多，子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多，分子极性越强分子极性越强 (但要考虑其他因素的影响但要考虑其他因素的影响)。不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸附力越强。附力
27、越强。分子中取代基的空间排列分子中取代基的空间排列 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论u分离原理分离原理 利用被分离组分离子交换能力的利用被分离组分离子交换能力的 差别而实现分离。差别而实现分离。u分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。u阳离子交换：阳离子交换：u阴离子交换：阴离子交换：u离子交换通式：离子交换通式：33+RNR+OH-ClRNR+ClOH交换再生交换再生+3+RSOH+Na+Na+3HRSO三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论
28、色谱分析法概论 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法离子交换色谱法u交换反应的平衡常数即交换反应的平衡常数即选择性系数选择性系数：K KA/BA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，K KA/BA/B越大，越大，A A的交换能力大，越易保留。的交换能力大，越易保留。常选择某种离子（如常选择某种离子（如H H+或或ClCl）作参考。）作参考。K KA A、K KB B为为A A、B B的分配系数。的分配系数。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法离子
29、交换色谱法u固定相固定相 离子交换剂离子交换剂(ion exchanger)(ion exchanger)：离子交：离子交换树脂（换树脂（resinresin）和硅胶化学键合离子交换剂。）和硅胶化学键合离子交换剂。离子交换树脂离子交换树脂:有网状骨架及可离解、可交换基团，有网状骨架及可离解、可交换基团，如磺酸基如磺酸基 (SOSO3 3H)H)、羧基、羧基 (COOH)COOH)及季胺基及季胺基 (NRNR3 3+OHOH)等。性能指标常用交联度、交换容量等。性能指标常用交联度、交换容量和粒度等。和粒度等。化学键合离子交换剂化学键合离子交换剂：键合在薄壳型和全多孔微粒：键合在薄壳型和全多孔微粒
30、硅胶上。用于硅胶上。用于HPLCHPLC中的固定相中的固定相 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法 流动相流动相一定一定pHpH和离子强度的缓冲溶和离子强度的缓冲溶液，有液，有 时也加入少量有机溶剂，如乙时也加入少量有机溶剂，如乙醇、四氢呋醇、四氢呋 喃、乙腈等，以提高选择喃、乙腈等，以提高选择性。性。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法离子交换色谱法u影响保留行为的因素被分离离子、离子交换影响保留行为的因素被分离离子、离子交换剂、流动相的性质等剂、流动相的性质等u(1)(1)离子的
31、电荷和水合半径：价态高选择性系离子的电荷和水合半径：价态高选择性系数大。同价阳离子在酸性阳离子交换剂上数大。同价阳离子在酸性阳离子交换剂上,水水合离子半径合离子半径,选择性系数小。选择性系数小。u稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换顺序是：交换顺序是：FeFe3+3+AlAl3+3+BaBa2+2+PbPb2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+NiNi2+2+CdCd2+2+CuCu2+2+CoCo2+2+MgMg2+2+ZnZn2+2+MnMn2+2+AgAg+CsCs+RbRb+K K+NHNH4 4+NaNa+H H+LiLi+仪器分析仪
32、器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法离子交换色谱法u常见阴离子在强碱性阴离子交换树脂上的常见阴离子在强碱性阴离子交换树脂上的交换顺序通常为交换顺序通常为：柠檬酸根柠檬酸根POPO4 43 3 SOSO4 42 2 I I SCNSCN ClCl CHCH3 3COOCOO OHOH F F 保留顺序？洗脱顺序？保留顺序？洗脱顺序？仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论离子交换色谱法离子交换色谱法u(2)(2)离子交换剂的交联度和交换容量离子交换剂的交联度和交换容量:在一定在一定的范围内树脂的交联度越大，交换容
33、量越大，的范围内树脂的交联度越大，交换容量越大，则组分的保留时间越长。则组分的保留时间越长。u(3)(3)流动相的组成：交换能力强的离子组成的流动相的组成：交换能力强的离子组成的流动相有较强的洗脱能力。流动相的离子强流动相有较强的洗脱能力。流动相的离子强度高，使组分的保留值降低。度高，使组分的保留值降低。u流动相的流动相的pHpH：溶质的离解受到抑制则保留时：溶质的离解受到抑制则保留时间变短。弱离子交换树脂的交换容量在某一间变短。弱离子交换树脂的交换容量在某一pHpH值有极大值。值有极大值。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论四、空间排阻色谱法四、空间
34、排阻色谱法u分离原理分离原理根据被分离组分分子的根据被分离组分分子的线团尺寸进行分离。线团尺寸进行分离。也称为分子排阻色谱法。也称为分子排阻色谱法。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论空间排阻色谱法空间排阻色谱法u根据空间排阻（根据空间排阻（steric exclusionsteric exclusion）理论，孔内外）理论，孔内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态：同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态：渗透系数渗透系数：Kp=Xs/Xm （0Kp1）由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小所决定。由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小所决定。在一定分子线团尺
35、寸范围内，在一定分子线团尺寸范围内，K Kp p与分子量相关，即组与分子量相关，即组分按分子量的大小分离。分按分子量的大小分离。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论空间排阻色谱法空间排阻色谱法u固定相多孔凝胶：软质、半软质和硬质固定相多孔凝胶：软质、半软质和硬质 u主要性能参数主要性能参数平均孔径平均孔径排斥极限（排斥极限（K Kp p=0=0）：不能渗透进入凝胶的任何）：不能渗透进入凝胶的任何孔隙最低分子量孔隙最低分子量 分子量范围：排斥极限（分子量范围：排斥极限（K Kp p=0=0）与全渗透点）与全渗透点（K Kp p=1=1）之间的分子量范围围
36、。选择凝胶时）之间的分子量范围围。选择凝胶时应使试样的分子量落入此范围。应使试样的分子量落入此范围。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论空间排阻色谱法空间排阻色谱法u流动相流动相 u要求：能溶解试样、润湿凝胶，粘度要低要求：能溶解试样、润湿凝胶，粘度要低u水溶性试样选择水溶液为流动相水溶性试样选择水溶液为流动相(称为称为凝胶过滤凝胶过滤色谱色谱gel filtration chromatographygel filtration chromatography；GFCGFC)；u非水溶性试样选择四氢呋喃、氯仿、甲苯和二非水溶性试样选择四氢呋喃、氯仿、甲苯
37、和二甲基甲酰胺等有机溶剂为流动相甲基甲酰胺等有机溶剂为流动相 (凝胶渗透色凝胶渗透色谱谱gel permeation chromatographygel permeation chromatography；GPCGPC)。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论空间排阻色谱法空间排阻色谱法u保留体积与渗透系数的关系保留体积与渗透系数的关系VmV0分子线团尺寸（分子量）大的组分，其渗透分子线团尺寸（分子量）大的组分，其渗透系数小，保留体积也小，因而先被洗脱出柱系数小，保留体积也小，因而先被洗脱出柱。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法
38、概论色谱分析法概论小结小结u色谱过程方程式色谱过程方程式：u分配系数大的组分保留时间长（保留体分配系数大的组分保留时间长（保留体积大），晚流出色谱柱。积大），晚流出色谱柱。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论uK K在分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和在分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和凝胶色谱中，分别为狭义分配系数凝胶色谱中，分别为狭义分配系数K K、吸附、吸附系数系数K Ka a、选择性系数、选择性系数K KA/BA/B和渗透系数和渗透系数K Kp p，uV Vs s分别为色谱柱（或薄层板）内固定液体积、分别为色谱柱（或薄层板）内固定液体积、吸附剂
39、表面积、离子交换剂总交换容量和吸附剂表面积、离子交换剂总交换容量和凝胶孔内总容积。凝胶孔内总容积。小结小结 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论第四节第四节 色谱法基本理论色谱法基本理论 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论要使要使R R大，必须：大，必须：1 1、t tR R大大-k k大大-热力学热力学2 2、W W小小-峰展宽小峰展宽小-动力学动力学 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论色谱理论包括两方面色谱理论包括两方面:热力学理论热力学理论：研究分配：研究分配
40、(分离分离)过程，过程，塔板理论（塔板理论（plate theoryplate theory）。）。动力学理论动力学理论：研究各种动力学因素对：研究各种动力学因素对峰展宽的影响，速率理论（峰展宽的影响，速率理论（rate rate theorytheory）。）。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论一、塔板理论一、塔板理论 u始于马丁（始于马丁（MartinMartin）和辛格（）和辛格（SyngeSynge）提出）提出的塔板模型。的塔板模型。u分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按沸点不分馏塔：在塔板上多次气液平衡，按沸点不同而分离。同而分离。u色谱柱：组
41、分在两相间的多次分配平衡，按色谱柱：组分在两相间的多次分配平衡，按分配系数不同而分离。分配系数不同而分离。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论塔板理论假定：塔板理论假定：u在色谱柱内每一在色谱柱内每一“塔板塔板”H H内，组分在内，组分在两相间瞬间达到分配平衡。两相间瞬间达到分配平衡。u流动相间歇式进入色谱柱，每次进入流动相间歇式进入色谱柱，每次进入一个塔板体积。一个塔板体积。u分配系数在各塔板内是常数。分配系数在各塔板内是常数。u纵向扩散可以忽略。纵向扩散可以忽略。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论（一）质
42、量分配和转移（一）质量分配和转移 1 1、单一组分单一组分B B（k kB B=0.5=0.5）的分配和转移）的分配和转移 设色谱柱的塔板数设色谱柱的塔板数n n=5=5，即，即r r=0=0、1 1、2 2、3 3、4 4（或（或n n-1-1）号。）号。将单位质量的将单位质量的B B加到第加到第0 0号塔板上。号塔板上。分配平衡后，分配平衡后，0 0号塔板内号塔板内m ms s/m mm m0.333/0.6670.333/0.667。进入一个塔板体积的流动相（一次转移），进入一个塔板体积的流动相（一次转移），仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论
43、仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论经过经过N N次转移后，质量分布符合二项式次转移后，质量分布符合二项式(m ms s+m mm m)N N的展开式。的展开式。如如N N=3=3，展开式为：，展开式为：(0.333+0.667)(0.333+0.667)3 3=0.037+0.222+0.444+0.296=0.037+0.222+0.444+0.296 0123号号在固定相和流动相中的质量分布由在固定相和流动相中的质量分布由k k(K K)决定决定 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论转移转移N N次后，第
44、次后，第r r号塔板中的质量号塔板中的质量N Nm mr r：仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论例：转移例：转移3 3次后，在第次后，在第2 2号塔板内号塔板内的溶质分数的溶质分数 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论组分组分B(B(k kB B=0.5)=0.5)在在n n=5=5的色谱柱内及出口的分布的色谱柱内及出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.333 0.667 0 0 0 0 1 0.333
45、0.667 0 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 2 0.111 0.444 0.445 0 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0 4 0.012 0.099 0.269 0.395 4 0.012 0.099 0.269 0.395 0.1980.198 0 0 5 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 5 0.004 0.041 0.164 0.329 0.329 0.1320.132 6 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329
46、6 0.001 0.016 0.082 0.219 0.329 0.2190.219 7 0 0.006 0.038 0.128 0.256 7 0 0.006 0.038 0.128 0.256 0.2190.219 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 8 0 0.002 0.017 0.068 0.170 0.170 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 9 0 0 0.007 0.033 0.102 0.114 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068 10 0 0 0.002 0.016 0.056 0.068
47、仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论注意：注意：1 1、柱出口处的质量分数的计算。、柱出口处的质量分数的计算。2 2、质量（浓度）最大点的、质量（浓度）最大点的N N，即保即保留体积。留体积。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论2 2、两组分的分离、两组分的分离A(A(k kA A=1)=1)和和B(B(k kB B=0.5)=0.5)两组分两组分 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论组分组分A(A(k kA A=1)=1)在在n n=5=5的色谱柱内和出口的分布的色谱
48、柱内和出口的分布 N r 0 1 2 3 4 N r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 5 0.032 0.157 0.313 0
49、.313 0.157 5 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.0320.032 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 8 8 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.1370.137 9 9 0.002 0.018 0.0
50、72 0.166 0.247 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.1370.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论结果：结果：组分组分B B:k k=0.5,=0.5,当当N N=6=6和和7 7时，柱出口产生时，柱出口产生B B的浓度最大点。的浓度最大点。组分组分A A：k k=1=1，N N=8=8和和9 9时，柱出口处达到浓时，柱出口处达到浓度最大点。度最大点