15章色谱法引论北京大学仪器分析教程.ppt

第15章 色谱法引论 15.1 概述 15.1.1 色谱法的发展 Tswett在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各种组分互相分离，形成各种不同颜色的谱带。在玻璃管上，每一种色带即为一种色素（完全分离）。色带犹如光谱分析中的谱线（带），因此得名“色谱法”。 茨维特的实验 碳酸钙 石油醚 色谱法是一种分离方法。 特点：有两相，一是固定相（stationary phase），一是流动相（mobile phase），两相作相向运动。 将色谱法用于分析中，则称为色谱分析。 因此色谱分析是一种分离、分析法。 按固定相和流动相所处状态分 色谱分析法 气相色谱法 液相色谱法 气-固色谱法 气-液色谱法 液-固色谱法 液-液色谱法 15.1.2 色谱法的分类 按色谱分离过程物理化学原理分 色谱分析法 吸附色谱法 凝胶色谱法 分配色谱法 离子交换色谱法 吸附剂对不同组分吸附性的差别 固定液对不同组分分配性能差别 离子交换剂对不同离子亲和能力的差别 凝胶对不同组分分子的阻滞作用的差别 按固定相性质和操作方式分 色谱分析法 柱色谱法 纸色谱法 开口管柱 填充柱 薄层色谱法 15.2 色谱流出曲线及有关术语 15.2.1 色谱流出曲线和色谱峰 峰 峰高 基线 峰宽 半峰宽 峰面积 标准偏差σ σ 色谱流出曲线常用术语 半峰宽：峰高一半处所对应的峰宽，W1/2表示 死时间：从进样开始到惰性组分从柱中流出，呈现浓度极大值时所需要的时间，以tM表示 保留时间：从进样到色谱柱后出现待测组分信号极大值所需要的时间，以tR表示 死体积：不被保留的组分通过色谱柱消耗的流动相的体积 保留体积：从进样开始到组分出现浓度极大点时消耗的流动相的体积 调整保留体积：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积 色谱流出曲线常用术语 调整保留时间：扣除死时间的保留时间，以t’R表示 相对保留值：一定的实验条件下组分i与另一标准组分S的调整保留时间之比，以γis表示 选择性因子：相邻两组分调整保留值之比，以a表示 相比率：柱内气相与吸附剂或固定液体积之比，以β表示 分配系数：平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比，以K表示 容量因子：组分在固定相和流动相中分配量之比，以k表示 15.3 色谱法基本原理 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，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。 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。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，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。 分配平衡：一定温度（TC）下，组分在流动 相和固定相间作用达到的平衡。 1.分配系数K 指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即 15.3.1 分配系数K和分配比k ★分配系数的要点： ①K值与组分性质、固定相性质、流动相性质、 分离温度有关的参数； ②一定TC下，K越大，出峰越慢； ③提高TC ，组分在固定相中浓度降低，tR变小； ④K=0的组分，不被固定相保留，最先流出； ⑤每个组分的K不同，选择适宜的固定相来改善 分离效果； ⑥试样中不同组分在相同分离条件下，K不同， 得以分离。 2.分配比k′（分配容量或容量因子） 分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。即 式中： ①β为相比：反映色谱柱柱型及结构的参数。 填充柱相比约6～35；毛细管柱的相比约50～1500。 ② ，VM为流动相体积，即柱内固定 相颗粒间空隙体积。 VS为固定相体积，其中，GSC中为吸附剂表面容量，GLC中为固定液体积。 ③空气或甲烷的ms=0， ∴ k′= 0 4.分配系数K及分配比k与选择因子α的关系 15.3.2 塔板理论 把色谱柱比作一个分馏塔，引入理论塔板数（n）作为衡量柱效率的指标，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。 1.塔板理论的建立 ①在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。 ②以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。 ③所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。 ④分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。 2.塔板理论的结论 色谱柱长：L 虚拟的塔板间距离：H 色谱柱的理论塔板