色谱法

第十二章色谱法基础概述色谱法分类色谱分离过程和色谱图色谱法的理论基础分离度§1.概述色谱法(chromatography)：以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。色谱柱：进行色谱分离用的细长管。固定相：管内保持固定、起分离作用的填充物。流动相：流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。几个概念优点能较好的分离物理常数相近、化学性质类似的同系物和异构体。§2.色谱法分类气相色谱法液相色谱法一、按两相所处的状态分类气固色谱法液固色谱法气液色谱法液液色谱法二、按固定相的几何形式分类1.柱色谱法2.纸色谱法3.薄层色谱法1.柱色谱法(columnchromatography)柱色谱法是将固定相装在一金属或玻璃柱中或是将固定相附着在毛细管内壁上做成色谱柱，试样从柱头到柱尾沿一个方向移动而进行分离的色谱法。2.纸色谱法（paperchromatography）纸色谱法是利用滤纸作固定液的载体，把试样点在滤纸上，然后用溶剂展开，各组分在滤纸的不同位置以斑点形式显现，根据滤纸上斑点位置及大小进行定性和定量分析。3.薄层色谱法(thin-layerchromatography,TLC)薄层色谱法是将适当粒度的吸附剂作为固定相涂布在平板上形成薄层，然后用与纸色谱法类似的方法操作以达到分离目的。三、按分离原理分类1.吸附色谱法2.分配色谱法3.离子交换色谱法4.尺寸排阻色谱法5.亲和色谱法按色谱法分离所依据的物理或物理化学性质的不同，又可将其分为：1.吸附色谱法(adsorptionchromatography)利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法称为吸附色谱法。2.分配色谱法(partitionchromatography)利用固定液对不同组分分配性能的差别而使之分离的色谱法称为分配色谱法。§3色谱分离过程和色谱图一、色谱分离过程该过程主要利用试样中各组分在固定相和流动相间具有不同的溶解和解析能力；或不同的吸附和脱附能力；或其它亲和性能的差异。色谱过程与色谱图如图12-1，2图12-1色谱过程图12-2色谱图ABKAKB二、色谱图（chromatogram）试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号——时间曲线或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，或色谱图。如图12-2常用术语：2.色谱峰当组分随流动相进入检测器时，其响应信号大小随时间变化所形成的峰形曲线。正常的色谱峰呈正态分布。1.基线在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。3.峰高与峰面积峰高：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peakheight)。用h表示。峰面积：峰与峰底之间的面积称为峰面积(peakarea)，用A表示。4.区域宽度三种表示方法：1)标准偏差σ=0.607h处峰宽的一半=FG/22)半高峰宽Wh/2=2.355σ3)峰宽W=4σ=1.70Wh/25.保留值保留值：试样中各组分在色谱柱中停留时间值或将组分带出色谱柱所需流动相的体积值称为保留值。1)保留时间：从进样至被测组分出现浓度最大值时所需时间tR。2)保留体积：从进样至被测组分出现最大浓度时流动相通过的体积，VR。3)死时间：不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间(deadtime)，tM。4)死体积:不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积(deadvolume)，VM。VM=tMFc5)调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。6)调整保留体积：扣除死体积后的保留体积。tR’=tR-tMVR’=VR–VM或VR’=tR’Fc7)相对保留值（relativeretention）在相同的操作条件下，组分与参比组分的调整保留值之比，用ri,s表)()()()(''''sRiRsRiRisVVttr8)保留指数（retentionindex）保留指数：用Ix表示，它是以一系列正构烷烃作参比物来反映物质保留行为的定性参数。]'log'log'log'log[100)()1()()(zRzRzRxRxttttzIIx是被测组分的保留指数，z和z+1是正构烷烃的碳数。三、分配系数和容量因子1.分配系数（distributioncoefficient）分配系数:在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值。msccKcs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度；容量因子：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用k表示。2.容量因子（capacityfactor）mmssVcVckcs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度(g/ml)；Vm为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积，Vs为色谱柱中固定相的体积。容量因子k决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。分配系数K与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。msVVKk3.K、k与保留参数间的关系MRMRVVttk''理论上可以推导出：SMRKVkVV'MSRVKVV色谱过程基本方程：ktVVKttMMsMR')1()1(ktVVKttMMsMR（1）色谱条件一定时，K或k值越大，则组分的保留值也越大。（2）两个组分的K或k值相等，则两个组分的色谱峰必将重合。（3）两个组分的K或k值差别越大，则相应的两色谱峰相距就越远。小结：§4色谱法的理论基础一、塔板理论塔板理论认为，一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理论塔板。设柱长为L，理论塔板高度为H，则H=L/n式中n为理论塔板数。理论塔板数可根据色谱图上所测得的保留时间（tR）和峰宽（w）或半峰宽（wh/2）按下式计算：2)(16WtnR或22)(54.5hRWtn有效塔板数（neff）222/)'(16)'(54.5wtwtnRhReff用有效塔板数（neff）来评价柱的效能比较符合实际。二、速率理论速率理论认为，单个组分粒子在色谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。范第姆特方程式(vanDeemterequation)A项为涡流扩散项；B/u项为分子扩散项；Cu为传质项，；u为载气线速度，单位为cm/s。CuuBAH§5分离度分离度:相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRRRtR(1)、tR(2)分别为组分1和组分2的保留时间，w1、w2分别为相应组分色谱峰的峰底宽度，与保留值的单位相同。设两相邻峰的峰宽相等，即w1=w2，则2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnR又知ntntWRR)2(2)2(2416另1,212)1()2(''rKKttRR2)2('kttMR)1)(1)(4(221,21,2kkrrnR4n)1(1,21,2rr)1(22kk称为柱效项；称为柱选择项；容量因子项。习题：2，4，5，6，11，13,14