第11章

色譜分析基礎第一節色譜法概述一、色譜法特點、分類和作用characteristic,classificationactuationofchromatograph

二、氣相色譜分離過程separationprocessofgaschromatograph

fundamentalofchromatographanalysis

generalizationofchromatographanalysis

2025/6/121/47一、色譜法特點、分類和作用

1.概述混合物最有效分離、分析方法。俄國植物學家茨維特在19使用裝置：色譜原型裝置，如圖。

色譜法是一個分離技術，試樣混合物分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中兩相間不停進行著分配過程。其中一相固定不動，稱為固定相；另一相是攜帶試樣混合物流過此固定相流體（氣體或液體），稱為流動相。（動畫）2025/6/122/47色譜法

當流動相中攜帶混合物流經固定相時，其與固定相發生相互作用。因為混合物中各組分在性質和結構上差異，與固定相之間產生作用力大小、強弱不一樣，伴隨流動相移動，混合物在兩相間經過重復屢次分配平衡，使得各組分被固定相保留時間不一樣，從而按一定次序由固定相中流出。（動畫）與適當柱后檢測方法結合，實現混合物中各組分分離與檢測。

兩相及兩相相對運動組成了色譜法基礎2025/6/123/472.色譜法分類

(1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。按分離柱不一樣可分為：填充柱色譜和毛細管柱色譜；按固定相不一樣又分為：氣固色譜和氣液色譜2025/6/124/47液相色譜(2)液相色譜：流動相為液體（也稱為淋洗液）。按固定相不一樣分為：液固色譜和液液色譜。

離子色譜：液相色譜一個，以特制離子交換樹脂為固定相，不一樣pH值水溶液為流動相。2025/6/125/47(3)其它色譜方法薄層色譜和紙色譜：比較簡單色譜方法凝膠色譜法：測聚合物分子量分布。超臨界色譜:CO2流動相。高效毛細管電泳:九十年代快速發展、尤其適合生物試樣分析分離高效分析儀器。2025/6/126/473.色譜法特點（1）分離效率高復雜混合物，有機同系物、異構體。手性異構體。（2）靈敏度高能夠檢測出μg.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級物質量。（3）分析速度快普通在幾分鐘或幾十分鐘內能夠完成一個試樣分析。（4）應用范圍廣氣相色譜：沸點低于400℃各種有機或無機試樣分析。液相色譜：高沸點、熱不穩定、生物試樣分離分析。

不足之處：被分離組分定性較為困難。2025/6/127/47二、色譜分離過程色譜分離過程是在色譜柱內完成。填充柱色譜:氣固(液固)色譜和氣液(液液)色譜，二者分離機理不一樣。氣固(液固)色譜固定相:多孔性固體吸附劑顆粒。

固體吸附劑對試樣中各組分吸附能力不一樣。氣液(液液)色譜固定相:由擔體和固定液所組成。

固定液對試樣中各組分溶解能力不一樣。氣固色譜分離機理:

吸附與脫附不停重復過程；氣液色譜分離機理：

氣液(液液)兩相間重復屢次分配過程。2025/6/128/471.氣相色譜分離過程當試樣由載氣攜帶進入色譜柱與固定相接觸時，被固定相溶解或吸附;伴隨載氣不停通入，被溶解或吸附組分又從固定相中揮發或脫附;揮發或脫附下組分伴隨載氣向前移動時又再次被固定相溶解或吸附;伴隨載氣流動，溶解、揮發，或吸附、脫附過程重復地進行。（動畫）2025/6/129/472.分配系數（partionfactor）K

組分在固定相和流動相間發生吸附、脫附，或溶解、揮發過程叫做分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配到達平衡時濃度（單位：g/mL）比，稱為分配系數，用K表示，即：分配系數是色譜分離依據。2025/6/1210/47分配系數K討論

一定溫度下，組分分配系數K越大，出峰越慢；試樣一定時，K主要取決于固定相性質；每個組份在各種固定相上分配系數K不一樣；選擇適宜固定相可改進分離效果；試樣中各組分含有不一樣K值是分離基礎；某組分K=0時，即不被固定相保留，最先流出。2025/6/1211/473.分配比（partionradio）k

在實際工作中，也慣用分配比來表征色譜分配平衡過程。分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配到達平衡時質量比：

1.分配系數與分配比都是與組分及固定相熱力學性質相關常數，隨分離柱溫度、柱壓改變而改變。2.分配系數與分配比都是衡量色譜柱對組分保留能力參數，數值越大，該組分保留時間越長。3.分配比能夠由試驗測得。分配比也稱：容量因子(capacityfactor)；容量比(capacityfactor)；2025/6/1212/474.容量因子與分配系數關系

式中β為相比。填充柱相比：6～35；毛細管柱相比：50～1500。容量因子越大，保留時間越長。

VM為流動相體積，即柱內固定相顆粒間空隙體積；

VS為固定相體積，對不一樣類型色譜柱，VS含義不一樣；氣-液色譜柱：VS為固定液體積；氣-固色譜柱：VS為吸附劑表面容量；2025/6/1213/475.分配比與保留時間關系

滯留因子（retardationfactor）：us：組分在分離柱內線速度；u：流動相在分離柱內線速度；滯留因子RS也能夠用質量分數ω表示：若組分和流動相經過長度為L分離柱，需要時間分別為tR和tM，則：由以上各式，可得：tR=tM(1+k)2025/6/1214/47三、色譜流出曲線與術語1.基線

無試樣經過檢測器時，檢測到信號即為基線。2.保留值

（1）時間表示保留值

保留時間（tR）：組分從進樣到柱后出現濃度極大值時所需時間；

死時間（tM）：不與固定相作用氣體（如空氣）保留時間；

調整保留時間（tR

＇）：

tR＇=tR－tM

（動畫）2025/6/1215/47（2）用體積表示保留值

保留體積（VR）：

VR=tR×F0（F0為色譜柱出口處載氣流量，單位：mL/min。）

死體積（VM）：

VM=tM×F0

調整保留體積（VR＇）：

V

R＇=VR－VM

（動畫）2025/6/1216/473.相對保留值r21

組分2與組分1調整保留值之比：

r21=t′R2

/t′R1=V′R2/V′R1相對保留值只與柱溫和固定相性質相關，與其它色譜操作條件無關，它表示了固定相對這兩種組分選擇性。2025/6/1217/474.區域寬度用來衡量色譜峰寬度參數，有三種表示方法：（1）標準偏差(

)：即0.607倍峰高處色譜峰寬度二分之一。（2）半峰寬(Y1/2)：色譜峰高二分之一處寬度Y1/2=2.354

（3）峰底寬(Wb)：Wb=4

2025/6/1218/475.色譜流出曲線數學描述

色譜峰為正態分布時，色譜流出曲線上濃度與時間關系為：

當色譜峰為非正態分布時，可按正態分布函數加指數衰減函數構建關系式。2025/6/1219/47第十一章

色譜分析基礎第二節色譜理論基礎一、塔板理論platetheory二、速率理論ratetheory三、分離度resolution

fundamentalofchromatographanalysis

fundamentalofchromatographtheory

2025/6/1220/47色譜理論

色譜理論需要處理問題：色譜分離過程熱力學和動力學問題。影響分離及柱效原因與提升柱效路徑，柱效與分離度評價指標及其關系。組分保留時間為何不一樣？色譜峰為何變寬？組分保留時間：色譜過程熱力學原因控制；（組分和固定液結構和性質）色譜峰變寬：色譜過程動力學原因控制；（兩相中運動阻力，擴散）兩種色譜理論：塔板理論和速率理論；2025/6/1221/47

塔板理論假設：(1)在每一個平衡過程間隔內，平衡能夠快速到達；(2)將載氣看作成脈動（間歇）過程；(3)試樣沿色譜柱方向擴散可忽略；(4)每次分配分配系數相同。一、塔板理論-柱分離效能指標

1.塔板理論（platetheory）半經驗理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續色譜分離過程分割成屢次平衡過程重復（類似于蒸餾塔塔板上平衡過程）；（動畫）2025/6/1222/47

色譜柱長：L，

虛擬塔板間距離：H，色譜柱理論塔板數：n，則三者關系為：

n=L/H理論塔板數與色譜參數之間關系為：保留時間包含死時間，在死時間內不參加分配!2025/6/1223/472.有效塔板數和有效塔板高度

單位柱長塔板數越多，表明柱效越高。用不一樣物質計算可得到不一樣理論塔板數。組分在tM時間內不參加柱內分配。需引入有效塔板數和有效塔板高度：2025/6/1224/473.塔板理論特點和不足(1)當色譜柱長度一定時，塔板數n

越大(塔板高度H越小)，被測組分在柱內被分配次數越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。(2)不一樣物質在同一色譜柱上分配系數不一樣，用有效塔板數和有效塔板高度作為衡量柱效能指標時，應指明測定物質。(3)柱效不能表示被分離組分實際分離效果，當兩組分分配系數K相同時，不論該色譜柱塔板數多大，都無法分離。(4)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不一樣載氣流速下柱效不一樣試驗結果，也無法指出影響柱效原因及提升柱效路徑。2025/6/1225/47二、速率理論-影響柱效原因1.速率方程（也稱范.弟姆特方程式）

H=A+B/u+C·u

H：理論塔板高度，

u：載氣線速度(cm/s)減小A、B、C三項可提升柱效；存在著最正確流速；

A、B、C三項各與哪些原因相關？2025/6/1226/47A─渦流擴散項

A=2λdp

dp：固定相平均顆粒直徑λ：固定相填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現在渦流擴散所引發色譜峰變寬現象減輕，色譜峰較窄。（動畫）2025/6/1227/47B/u—分子擴散項

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：試樣組分分子在氣相中擴散系數（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產生縱向擴散;(2)擴散造成色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴散項與流速相關，流速↓，滯留時間↑，擴散↑;(4)擴散系數：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。（動畫）2025/6/1228/47

k為容量因子；Dg、DL為擴散系數。

減小擔體粒度，選擇小分子量氣體作載氣，可降低傳質阻力。C·u—傳質阻力項

傳質阻力包含氣相傳質阻力Cg和液相傳質阻力CL即：

C=（Cg+CL）（動畫）2025/6/1229/472.載氣流速與柱效——最正確流速載氣流速高時：

傳質阻力項是影響柱效主要原因，伴隨流速提升，柱效下降。載氣流速低時：

分子擴散項成為影響柱效主要原因，伴隨流速增加，柱效提升。H-u曲線與最正確流速：

因為流速對這兩項完全相反作用，流速對柱效總影響使得存在著一個最正確流速值，即速率方程式中塔板高度對流速一階導數有一極小值。以塔板高度H對應載氣流速u作圖，曲線最低點流速即為最正確流速。2025/6/1230/473.速率理論關鍵點(1)被分離組分分子在色譜柱內運行多路徑、濃度梯度所造成分子擴散及傳質阻力使氣液兩相間分配平衡不能瞬間到達等原因是造成色譜峰擴展柱效下降主要原因。(2)經過選擇適當固定相粒度、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提升柱效。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導。說明了流速和柱溫對柱效及分離影響。(4)各種原因相互制約，如載氣流速增大，分子擴散項影響減小，使柱效提升，但同時傳質阻力項影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質，但又加劇了分子擴散影響，選擇最正確條件，才能使柱效到達最高。2025/6/1231/47三、分離度

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質正確實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質正確分離度大小受色譜過程中兩種原因綜合影響：保留值之差──色譜過程熱力學原因；

區域寬度──色譜過程動力學原因。色譜分離中四種情況如圖所表示：2025/6/1232/47討論：色譜分離中四種情況討論：①柱效較高，△K(分配系數)較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，，△K較大,但分離不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。2025/6/1233/47分離度表示式：R=0.8：兩峰分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離標準）。2025/6/1234/47討論：（1）分離度與柱效

分離度與柱效平方根成正比，r21一定時，增加柱效，可提升分離度，但組分保留時間增加且峰擴展，分析時間長。（2）分離度與r21

增大r21是提升分離度最有效方法，計算可知，在相同分離度下，當r21增加一倍，需要n有效減小10000倍。

增大r21最有效方法是選擇適當固定液。2025/6/1235/47第十一章

色譜分析基礎一、色譜定性分析qualitativeanalysisinchromatograph二、色譜定量分析quantitativeanalysisinchromatograph

第三節

色譜定性、定量分析fundamentalofchromatographanalysis

qualitativeandquantitativeanalysisinchromatograph2025/6/1236/47一、色譜定性判定方法1.利用純物質定性方法

利用保留值定性：經過對比試樣中含有與純物質相同保留值色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質及在色譜圖中位置。不適合用于不一樣儀器上取得數據之間對比。

利用加入法定性：將純物質加入到試樣中，觀察各組分色譜峰相對改變。2025/6/1237/47

2.利用文件保留值定性

利用相對保留值r21定性

相對保留值r21僅與柱溫和固定液性質相關。在色譜手冊中都列有各種物質在不一樣固定液上保留數據，能夠用來進行定性判定。2025/6/1238/473.保留指數

又稱Kovats指數(Ⅰ)，是一個重現性很好定性參數。測定方法：將正構烷烴作為標準，要求其保留指數為分子中碳原子個數乘以100（如正己烷保留指數為600）。其它物質保留指數（IX）是經過選定兩個相鄰正構烷烴，其分別含有Z和Z＋1個碳原子。被測物質X調整保留時間應在相鄰兩個正構烷烴調整保留值之間如圖所表示：2025/6/1239/47保留指數計算方法2025/6/1240/474.與其它分析儀器聯用定性方法

小型化臺式色質譜聯用儀（GC-MS；LC-MS）色譜-紅外光譜儀聯用儀；組分結構判定SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD2025/6/1241/47二、色譜定量分析方法1.峰面積測量

（1）峰高（h）乘半峰寬（Y1/2）法：近似將色譜峰看成等腰三角形。此法算出面積是實際峰面積0.94倍：

A=1.064h·Y1/2（2）峰高乘平均峰寬法：當峰形不對稱時，可在峰高0.15和0.85處罰別測定峰寬，由下式計算峰面積：

A=h·（Y

0.15+Y

0.85）/2（3）峰高乘保留時間法：在一定操作條件下，同系物半峰寬與保留時間成正比，對于難于測量半峰寬窄峰、重合峰（未完全重合），可用此法測定峰面積：

A=h·b·tR