北京大学：《仪器分析》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十五章 色谱法引论（An Introduction to Chromatography）

第15章色谱法引论 (An Introduction to Chromatography)

第15章 色谱法引论 (An Introduction to Chromatography)

色谱法的产生和发展 ·1903~1906年,俄国植物学家 Tswett!是出利用吸附原 理分离植物色素经典的液相色谱 40年代纸色谱 ·50年代薄层色谱 1941年 Martin和 Synge提出色谱塔板理论 1952年 Martin和 James发明了气相色谱 ·20世纪60年代末70年代初发展高效液相色谱 GC-MS、 GC-FTIR、LCMS、LC-NMR

色谱法的产生和发展 • 19031906年，俄国植物学家Tswett提出利用吸附原 理分离植物色素 经典的液相色谱 • 40年代 纸色谱 • 50年代 薄层色谱 • 1941年Martin和Synge提出色谱塔板理论 • 1952年Martin和James发明了气相色谱 • 20世纪60年代末70年代初发展高效液相色谱 • GC-MS、GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR

色谱法 Sample Mobile phas 特点 具有两个相:固定相和 流动相 Packed 分离混合物并进行分析 column 色谱过程示意图

色谱法 特点 具有两个相：固定相和 流动相 分离混合物并进行分析 色谱过程示意图 色谱过程

色谱法分类 按固定相的外形分类 柱色谱 薄层色谱 平板色谱 纸色谱

色谱法分类 • 按固定相的外形分类 柱色谱 平板色谱 薄层色谱 纸色谱

流动同分类 般分类 分离方法固定相 所用平衡 液相色谱C液液分配涂在载体表面的液体 不同溶液之间分 配平衡 化学键合相有机物被键合在载体表面在液体与固定相 表面的分配 液固吸附体吸附剂 吸附 离子交换离子交换树脂 离子交换 尺寸排阻凝胶 筛分 气担色谱GC气、液 涂在载体表面的液体 分析物与固定 (流动相为气 体 气-键相 有机物被键合在载体表面相间的相互作用 气围体吸附剂 吸附 超临界流体色 固体表面键合的有机物 超临界流体与键 谱SFC(流动 合表面的分配 相超临界流体

一般分类 分离方法 固定相 所用平衡 液相色谱LC 液液分配 涂在载体表面的液体 不同溶液之间分 配平衡 化学键合相 有机物被键合在载体表面 在液体与固定相 表面的分配 液固吸附 固体吸附剂 吸附 离子交换 离子交换树脂 离子交换 尺寸排阻 凝胶 筛分 气相色谱 GC （流动相为气 体） 气、液 涂在载体表面的液体 分析物与固定 气-键相 有机物被键合在载体表面 气-固 固体吸附剂 吸附 超临界流体色 谱 SFC（流动 相超临界流体） 固体表面键合的有机物 超临界流体与键 合表面的分配 相间的相互作用

色谱流出曲线 检测器输出信号随时间的变化曲线 0 2 t3 Time

色谱流出曲线 检测器输出信号随时间的变化曲线

色谱基本术语 保留值 定性的依据 死时间t保留时间t调整保留时间t'R 死体积Vm保留体积VR调整保留体积VR 相对保留值 R1 Time 选择因子a 区域宽度 衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素 峰底宽度W 半峰宽W12 (A) 标准偏差σ 峰高 定量分析的基础 峰面积 呆团间

色谱基本术语 2 2 1 1 2,1 R R R R t V r t V   = =   保留值 定性的依据 死时间tm 保留时间tR 调整保留时间t  R 死体积Vm 保留体积VR 调整保留体积V  R 相对保留值 选择因子 区域宽度 峰底宽度 W 半峰宽 W1/2 标准偏差  衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素 峰高 峰面积 定量分析的基础

色谱法基本理论 分离依据混合物各组分在两相中的吸附能力、溶解度、蒸气压 离子交换能力或其它亲和作用性能的差异导致在两相间平衡分配的 差异 平衡分配的表征:分配系数或分配比 分配系数KK= 分配比k(容量因子)mk t。V n 相比BB=mK=k●B (B)k(B) K(B) C t'(A k(A) K(A α越大,越容易分离,=1,分离不能实现

色谱法基本理论 分离依据 混合物各组分在两相中的吸附能力、溶解度、蒸气压、 离子交换能力或其它亲和作用性能的差异导致在两相间平衡分配的 差异 平衡分配的表征：分配系数或分配比 分配系数K s m c K c = s s s m m m m c V k m c V = = m s V V  = 分配比k (容量因子） 相比 K k = •  ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) r r t B k B K B t A k A K A   = = =  越大，越容易分离， =1，分离不能实现 0 0 0 0 r r r t t t V k t t V −   = = =

塔板理论 n=5.54 =16 W 理论塔板数 H→理论塔板高度 L色谱柱长度 H 由于理论塔板数n不能真实地反映色谱柱的分离效能, 故提出用扣除了死时间影响的有效理论塔板数n。和有 效塔板高度H 2 L n=5.54=16 h= L eff veff e=7 1+k

塔板理论 2 2 5.54 16 2 1        =          = W t W t n r r eff 1 2 2 2 5.54 16 r r t t n W W     = =           n L H = 理 H 理论塔板高度 论 塔 板 数 n 由于理论塔板数n不能真实地反映色谱柱的分离效能， 故提出用扣除了死时间影响的有效理论塔板数neff和有 效塔板高度Heff eff eff n L H = 色谱柱长度 2 1 eff k n n k   =     +

塔板理论 种半经验性的平衡理论 贡献 用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的 分配平衡和分离过程 2.解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位 置 3.提出了计算和评价柱效的参数 缺点 1.不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各 种因素 2不能说明同一溶质为什么在不同的流速下,可以 测得不同的理论塔板数

1. 用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的 分配平衡和分离过程 2. 解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位 置 3. 提出了计算和评价柱效的参数 一种半经验性的平衡理论 塔板理论 贡献 缺点 1.不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各 种因素 2.不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以 测得不同的理论塔板数