7.2 色谱术语及色谱理论

色谱术语及色谱理论1色谱流出曲线和色谱峰由检测器输出的信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。

231.基线无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。2.峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。一.色谱图及常用术语基线漂移4（1）时间表示的保留值

3.保留值5a.死时间(tM)：不与固定相作用的组分(如空气)的保留时间；因为这种物质不被固定相吸附或溶解，故其流动速度将与流动相流动速度相近。测定流动相平均线速ū时，可用柱长L与tM的比值计算，即

ū=L/tM6c.调整保留时间（tR＇）：某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间

tR＇=tR-tM

b.保留时间(tR)：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；7保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分的保留时间常受到

的影响，流动相流速因此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。8（2）用体积表示的保留值死体积：指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两项很小可忽略不计时，死体积（VM）：

VM=tM×F0F0:柱出口处的载气流量，单位：mL/min。9

保留体积（VR）：指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积

VR=tR×F0F0为柱出口处的载气流量，单位：mL/min。

调整保留体积(VR＇)：某组分的保留体积扣除死体积的值

V

R＇=VR-VM

10（3）

相对保留值r21组分2与组分1调整保留值之比：r21=t´R2

/t´R1=V´R2/V´R1

相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件（柱径、柱长、填充情况及流动相流速）无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。11色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。4.区域宽度124.区域宽度

衡量色谱峰宽度的参数，

三种表示方法：（1）标准偏差(

)：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度Y1/2=2.354

。（3）峰底宽(Wb)：Wb=4

。13从色谱流出曲线中，可得到哪些重要信息？14从色谱流出曲线中，可得许多重要信息：(i)根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；(ii)根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；(iii)根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；(iv)色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据；(v)色谱峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。15二、色谱分离过程基本关系式1.分配系数K平衡常数，一定的温度和压力下，组分在两相间达到分配平衡时，组分在固定相中的浓度Cs与在流动相中的浓度Cm之比.影响K值的因素：温度、压力、组分的性质、固定相和流动相的性质16分配系数KK值的大小表明组分与固定相作用力的大小K值大：组分与固定相的亲和力

，组分在柱中滞留的时间

。组分在柱中移动速度与其分配系数成

。分配系数是色谱分离的依据。大长反比172.分配比k一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的物质的量比。分配比也称：容量因子；容量比；k值越大，说明组分在固定相中的量越

，相当于柱的容量

，因此又称分配容量或容量因子。大多18

k=ns/nM=CsVs/CMVM

VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；

VS为固定相体积，对不同类型色谱柱，VS含义不同；

气-液色谱柱：VS为

；

气-固色谱柱：VS为

。固定液体积吸附剂表面容量19（1）分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。（2）分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。203.分配比与分配系数的关系

β为相比：β=VM/Vs

,

反映各种色谱柱柱型特点的参数填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。

214.分配比与保留时间的关系

滞留因子：us：组分在分离柱内的线速度；u：流动相在分离柱内的线速度；滞留因子RS也可以用物质的量的比值表示：若组分和流动相通过长度为L的分离柱，需要的时间分别为tR和tM，则：22tR=tM(1+k)可直接由实验获得的保留值求出分配比。23TMTR5.分离因子

分离因子（也称为选择性因子）也可用来衡量两物质的分离程度，用

表示。

如果两组分的K或k值相等，则α=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。

因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。相对保留值24浓度沿柱移动距离LABABKA<KB若要使A、B组分完全分离，必须满足以下三点：第一，两组分的分配系数必须有差异；第二，区域扩宽的速率应小于区域分离的速度；第三，在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱。25三、塔板理论

塔板理论的假设：每一个平衡过程间隔（理论塔板高度H）内，平衡可以迅速达到；(2)将流动相看作成脉动（间歇）过程，每次进样为一个塔板体积（ΔVm）

；(3)试样沿色谱柱方向（纵）的扩散可忽略；(4)每次分配的分配系数相同，在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。。

1.塔板理论（platetheory）——

适用：分配色谱将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复。2627色谱柱长：L，虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的理论塔板数：n，则三者的关系为：n=L/H平衡次数与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而

，随板高H的增大而

。

减小增加30（3）理论塔板数与色谱参数之间的关系为：

塔板理论指出：

（1）理论塔板数n大于50时，可得到基本对称的峰形曲线（正态分布曲线）。气相色谱柱的n约为103-106

（2）各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，可获得良好的分离。312.有效塔板数和有效塔板高度用调整保留时间代替保留时间进行计算。n理与n有效关系：tR=tM(1+k)32计算柱效时，要注明：色谱条件，用什么物质进行测量。例：已知某组分峰的峰底宽为40s，保留时间为400s，计算此色谱柱的理论塔板数。

解：n=16(tR/Y)2=16

（400/40）2

=1600块333.塔板理论优缺点塔板理论是一种半经验性的平衡理论解决的问题：1）用热力学的观点定量阐明了溶质在色谱柱中移动的速率2）解释了流出曲线的形状、浓度极大的位置3）提出了计算评价柱效高低的理论塔板数的公式存在问题：定性地给出了板高的概念，却不能解释影响塔板高度的原因，更无法提出降低塔板高度的途径。34四、速率理论

1.气相色谱速率理论1956年荷兰学者范第姆特(VanDeemter)等人将塔板高度的概念、影响塔板高度的扩散和传质等因素结合，给出理论塔板高度关系式：1）范第姆特方程式

H=A+B/u+C·u

H：理论塔板高度，

u：载气的线速度(cm/s)A、B、C、为常数，A：涡流扩散系数；B：分子扩散项系数;C:传质阻力项系数。35A─涡流扩散项由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不均匀性，使组分在色谱柱中路径长短不一，因而同时进色谱柱的相同组分到达柱口时间并不一致，引起了色谱峰的变宽。36

A=2λdp

dp：固定相的平均颗粒直径λ：固定相的填充不均匀因子

固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。色谱峰变宽的程度由下式决定：37

固定相粒度大小对板高的影响

38B/u—分子扩散项纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分从柱入口加入，随着流动相向前推进，其浓度分布的构型呈“塞子”状。由于存在浓度梯度,组分必然自发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。——指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽39B/u—分子扩散项

B=2γ

Dgγ：弯曲因子，填充柱色谱，γ

<1。空心柱γ=1Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）

组分在液相中的扩散系数只有气体中的1/105，因此在液相色谱中B可以忽略。40B/u—分子扩散项

B=2γ

Dg

(1)存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差;(3)B/u与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑;(4)扩散系数：Dg

∝(M载气)-1/2；M载气↑，B值↓。

(5)Dg随柱温增高而增加，但反比于柱压。41C·u—传质阻力项传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：

C=（Cg+CL）气相传质过程:试样组分从气相移动到固定相表面的过程液相传质过程：试样组分从固定相的气/液界面移动到液相内部不能瞬间达到分配平衡，色谱峰变宽42

k为容量因子；df为填充物粒度；Dg

为扩散系数。

C·u—传质阻力项传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：

C=（Cg+CL）填充柱气相传质阻力系数Cg为：减小填充物粒度，选择小分子量的气体作载气如何提高柱效？43

k为容量因子；df为固定相的液膜厚度；DL为扩散系数。C·u—传质阻力项传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：

C=（Cg+CL）液相传质阻力系数CL为：如何提高柱效？减小液膜厚度，k值也变小，CL增大提高柱温可增大DL，但会使k值减小44将上面式总结，即可得

气液色谱速率板高方程

这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。45☆气相色谱范氏方程曲线载气流速低时：

分子扩散项成为影响柱效的主要因素，流速

,柱效

。载气流速高时：

传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速

，柱效

。H-u曲线与最佳流速：

流速对这两项完全相反的作用，存在着一个最佳流速值。以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。H=A+B/u+C·u

462.液相色谱速率理论1）液相色谱速率方程H=A+B/u+C·uI项：涡流扩散项II项：流动相传质阻力III项：分子扩散项IV项：流动相停滞区域内的传质阻力项V项：固定相传质阻力47

该式与气液色谱速率方程的形式基本一致，主要区别在液液色谱中分子扩散项可忽略不计，影响柱效的主要因素是传质阻力项。综上所述，对液液色谱的VanDeemter方程式可表达为：

48在液相色谱中，提高柱效的方法

(1)减小填料颗粒粒度；

(2)减小填料孔穴深度；

(3)采用低流速流动相；

(4)用粘度低的溶剂作流动相；

(5)适当提高柱温。现代高效液相色谱的柱填料粒径都小于10μm。492）液相色谱范氏曲线不同粒径ODS填料对液相色谱H-u曲线影响50u在上述方程各项中存在矛盾，因此，应求出最佳值：uHminuopt51分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献52LC板高极小值比GC的极小值小一个数量级以上，说明液相色谱的柱效比气相色谱高得多；LC的板高最低点相应流速比起GC的流速亦小一个数量级，说明对于LC，为了取得良好的柱效，流速不一定要很高。53色谱分离中的四种情况：①柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离；②△K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；③△K较大,柱效较低，但分离的不好；④△K小，柱效低，分离效果更差。54五、分离度

分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指标,又叫分辨率难分离物质对的分离受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差；区域宽度。55五、分离度1.分离度的定义色谱图中相邻两峰分离程度的量度。56R=0.8：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度98%；R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。572.分离度公式n=16（tR/Y）21/Y=（

n/4）（1/tR

）582.分离度公式色谱法中最重要的方程式之一它说明了分离度与重要色谱参数n、

和k之间的关系n：动力学因素项，表现在色谱峰宽度，由柱性能决定

：热力学因素项，决定于色谱峰间的距离k：影响组分的保留时间59经推导：3、分离度的最佳化不同分析目的对分离度的要求：定性分析时，需要准确测量tR值，最低要求R＝0.8用峰高法进行定量分析时，要求R

1.0用测量峰面积法进行定量分析时，要求R

1.2560分离度公式R是n、

和k等色谱参数的函数

(1)分离度与柱效n的关系分离度R与n1/2成正比。提高分离度的最有效的手段：增大理论塔板数。增大理论塔板数途径：增加柱长和提高柱效。降低板高，提高柱效，是提高分离度的最好方法。采用直径小、粒度均匀的固定相。均匀填充色谱柱。分配色谱还需控制较薄的液膜厚度。61(2)分离度与

的关系R与(

-1)/

成正比，

值越大，(

-1)/

值越大，R也随着增大。当

=1时，R＝0，不能实现分离。

值的微小变化都对R有很大影响，

从1.1改变为1.2时，可以提高分离度大约一倍，增大

值是改善分离度最有力的手段在气相色谱中，

值主要取决于固定相的性质，并对温度有很大的依赖性，一般降低柱温可使

值增大。在液相色谱中，主要通过改变流动相和固定相的性质来调整

值，温度的作用很小。62(3)分离度与k的关系分离度R与k/(1十k)成正比当k趋于0时，RS也趋于0；当k值增大时，k/(1十k)项增大，R随之增大；当k值太大时，k增大对R增大的贡献极小，分析时间大大延长，导致谱峰扩展严重，有时甚至造成谱带检测的困难。k＞5后，R增大很慢k＞10时，R增大不多，分析时间明显延长。洗脱时间曲线的极小值位于k＝2-3之间。k的最佳值在2—5之间气相色谱中，增加固定液的用量、降低柱温，k值增大。液相色谱中，通过控制流动相强度(极性)来改变k63气相色谱柱温的确定

首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。

柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温↑，被测组分的挥发度↑，即被测组分在气相中的浓度↑，K↓，tR↓，低沸点组份峰易产生重叠。

柱温↓，分离度↑，分析时间↑。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。

柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。64程序升温652.4色谱定性和定量分析

一、定性分析保留值作为一种定性指标。不同物质在同一色谱条件下，可能具有相似或相同的保留值，保留值并非专属。66

一、定性分析1.纯物质对照定性相同的色谱条件下，测已知纯物质保留时间、未知物保留时间，进行比较：相同：可能是已知纯物质；不同：不是该纯物质适用于组分性质已有所了解，组成比较简单，且有纯物质的未知物定性。672.相对保留值法利用相对保留值进行定性。相对保留值αis:组分i与基准物质s调整保留值的比值

αis=tri

/trS´=Vri

/Vrs

测定方法：在某一固定相及柱温下，分别测出组分i和基准物s的调整保留值，按上式计算。用已求出的

与文献相应值比较即可定性。基准物的选择：容易得到纯品的、而且与被分析组分保留值相近的物质,如正丁烷、环己烷、正戊烷、苯、对二甲苯、环己醇、环己酮等。683.加入已知物增加峰高法先测未知样品色谱图，然后在未知样品中加入某已知物，测色谱图。峰高增加的组分即可能为这种已知物。适用于未知样品中组分较多，所得峰过密，或仅作未知样品指定项目分析。694.

保留指数定性法保留指数又称为柯瓦（Kováts）指数，它表示物质在固定液上的保留行为，是目前使用最广泛并被国际上公认的定性指标。它具有重现性好、标准统一及温度系数小等优点。704.

保留指数定性法是一种重现性较好的定性参数。保留指数测定方法：将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保留指数为600）。

选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z＋1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间。71未知物保留指数（IX）的计算：计算出保留指数与文献值比较，即可定性。72若在测定物质i的保留指数时，所选两个正构烷烃的碳原子数相差n，调整保留时间为t’R(Z)<t’R(i)<t’R(Z+n)保留指数的物理意义在于：它是与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳数乘以100。保留指数仅与固定相的性质、柱温有关，与其它实验条件无关。其准确度和重现性都很好。只要柱温与固定相相同，就可应用文献值进行鉴定，而不必用纯物质相对照。735.与其他分析仪器联用的定性方法

小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS）色谱-红外光谱仪联用仪；组分的结构鉴定74二、定量分析色谱定量的依据——当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。即：

mi=fi

Ai

式中mi为被测组分i的质量；Ai为被测组分i的峰面积；

fi为被测组分i的校正因子。75二、定量分析1.峰面积的测量

（1）峰高（h）乘半峰宽（Y1/2）法：近似将色谱峰当作等腰三角形。

A=1.064h·Y1/2

（2）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：

A=h·（Y

0.15+Y

0.85

）/2

（3）峰高乘保留时间法：在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，对于难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰（未完全重叠），可用此法测定峰面积：

A=h·b·tR

（4）自动积分法762.定量校正因子

试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：

mi=fi·Ai峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质有关。即当两个质量相同的不同组分在相同条件下使用同一检测器进行测定时，所得的峰面积却不相同。因此，混合物中某一组分的百分含量并不等于该组分的峰面积在各组分峰面积总和中所占的百分率。这样，就不能直接利用峰面积计算物质的含量。为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰面积进行校正，即在定量计算是引入校正因子。772.定量校正因子绝对校正因子：fi

，单位面积对应的物质量：

f

i=mi/Ai

定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：

f

i=1/Si

相对校正因子f’i

：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。78

可见，相对校正因子fi

就是当组分i的质量与标准物质s相等时，标准物质的峰面积是组分i峰面积的倍数。若某组分质量为mi，峰面积Ai

，则fi

Ai的数值与质量为mi的标准物质的峰面积相等。也就是说，通过相对校正因子，可以把各个组分的峰面积分别换算成与其质量相等的标准物质的峰面积，于是比较标准