7.2 色譜術(shù)語及色譜理論

色譜術(shù)語及色譜理論1色譜流出曲線和色譜峰由檢測器輸出的信號強度對時間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。

231.基線無試樣通過檢測器時，檢測到的信號即為基線。2.峰高色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以（h）表示。一.色譜圖及常用術(shù)語基線漂移4（1）時間表示的保留值

3.保留值5a.死時間(tM)：不與固定相作用的組分(如空氣)的保留時間；因為這種物質(zhì)不被固定相吸附或溶解，故其流動速度將與流動相流動速度相近。測定流動相平均線速ū時，可用柱長L與tM的比值計算，即

ū=L/tM6c.調(diào)整保留時間（tR＇）：某組分的保留時間扣除死時間后，稱為該組分的調(diào)整保留時間

tR＇=tR-tM

b.保留時間(tR)：組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間；7保留時間是色譜法定性的基本依據(jù)，但同一組分的保留時間常受到

的影響，流動相流速因此色譜工作者有時用保留體積來表示保留值。8（2）用體積表示的保留值死體積：指色譜柱在填充后，柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和。當后兩項很小可忽略不計時，死體積（VM）：

VM=tM×F0F0:柱出口處的載氣流量，單位：mL/min。9

保留體積（VR）：指從進樣開始到被測組分在柱后出現(xiàn)濃度極大點時所通過的流動相的體積

VR=tR×F0F0為柱出口處的載氣流量，單位：mL/min。

調(diào)整保留體積(VR＇)：某組分的保留體積扣除死體積的值

V

R＇=VR-VM

10（3）

相對保留值r21組分2與組分1調(diào)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(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件（柱徑、柱長、填充情況及流動相流速）無關(guān)，它表示了固定相對這兩種組分的選擇性。11色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線的重要參數(shù)之一，用于衡量柱效率及反映色譜操作條件的動力學(xué)因素。4.區(qū)域?qū)挾?24.區(qū)域?qū)挾?/p>

衡量色譜峰寬度的參數(shù)，

三種表示方法：（1）標準偏差(

)：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度Y1/2=2.354

。（3）峰底寬(Wb)：Wb=4

。13從色譜流出曲線中，可得到哪些重要信息？14從色譜流出曲線中，可得許多重要信息：(i)根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)；(ii)根據(jù)色譜峰的保留值，可以進行定性分析；(iii)根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進行定量分析；(iv)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，是評價色譜柱分離效能的依據(jù)；(v)色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相（或流動相）選擇是否合適的依據(jù)。15二、色譜分離過程基本關(guān)系式1.分配系數(shù)K平衡常數(shù)，一定的溫度和壓力下，組分在兩相間達到分配平衡時，組分在固定相中的濃度Cs與在流動相中的濃度Cm之比.影響K值的因素：溫度、壓力、組分的性質(zhì)、固定相和流動相的性質(zhì)16分配系數(shù)KK值的大小表明組分與固定相作用力的大小K值大：組分與固定相的親和力

，組分在柱中滯留的時間

。組分在柱中移動速度與其分配系數(shù)成

。分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。大長反比172.分配比k一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的物質(zhì)的量比。分配比也稱：容量因子；容量比；k值越大，說明組分在固定相中的量越

，相當于柱的容量

，因此又稱分配容量或容量因子。大多18

k=ns/nM=CsVs/CMVM

VM為流動相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的空隙體積；

VS為固定相體積，對不同類型色譜柱，VS含義不同；

氣-液色譜柱：VS為

；

氣-固色譜柱：VS為

。固定液體積吸附劑表面容量19（1）分配系數(shù)與分配比都是與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，隨分離柱溫度、柱壓的改變而變化。（2）分配系數(shù)與分配比都是衡量色譜柱對組分保留能力的參數(shù)，數(shù)值越大，該組分的保留時間越長。203.分配比與分配系數(shù)的關(guān)系

β為相比：β=VM/Vs

,

反映各種色譜柱柱型特點的參數(shù)填充柱相比：6～35；毛細管柱的相比：50～1500。

214.分配比與保留時間的關(guān)系

滯留因子：us：組分在分離柱內(nèi)的線速度；u：流動相在分離柱內(nèi)的線速度；滯留因子RS也可以用物質(zhì)的量的比值表示：若組分和流動相通過長度為L的分離柱，需要的時間分別為tR和tM，則：22tR=tM(1+k)可直接由實驗獲得的保留值求出分配比。23TMTR5.分離因子

分離因子（也稱為選擇性因子）也可用來衡量兩物質(zhì)的分離程度，用

表示。

如果兩組分的K或k值相等，則α=1，兩個組分的色譜峰必將重合，說明分不開。兩組分的K或k值相差越大，則分離得越好。

因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。相對保留值24濃度沿柱移動距離LABABKA<KB若要使A、B組分完全分離，必須滿足以下三點：第一，兩組分的分配系數(shù)必須有差異；第二，區(qū)域擴寬的速率應(yīng)小于區(qū)域分離的速度；第三，在保證快速分離的前提下，提供足夠長的色譜柱。25三、塔板理論

塔板理論的假設(shè)：每一個平衡過程間隔（理論塔板高度H）內(nèi)，平衡可以迅速達到；(2)將流動相看作成脈動（間歇）過程，每次進樣為一個塔板體積（ΔVm）

；(3)試樣沿色譜柱方向（縱）的擴散可忽略；(4)每次分配的分配系數(shù)相同，在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。。

1.塔板理論（platetheory）——

適用：分配色譜將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)。2627色譜柱長：L，虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：n=L/H平衡次數(shù)與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論塔板數(shù)n的增加而

，隨板高H的增大而

。

減小增加30（3）理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：

塔板理論指出：

（1）理論塔板數(shù)n大于50時，可得到基本對稱的峰形曲線（正態(tài)分布曲線）。氣相色譜柱的n約為103-106

（2）各組分在兩相間的分配系數(shù)有微小差異，經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡后，可獲得良好的分離。312.有效塔板數(shù)和有效塔板高度用調(diào)整保留時間代替保留時間進行計算。n理與n有效關(guān)系：tR=tM(1+k)32計算柱效時，要注明：色譜條件，用什么物質(zhì)進行測量。例：已知某組分峰的峰底寬為40s，保留時間為400s，計算此色譜柱的理論塔板數(shù)。

解：n=16(tR/Y)2=16

（400/40）2

=1600塊333.塔板理論優(yōu)缺點塔板理論是一種半經(jīng)驗性的平衡理論解決的問題：1）用熱力學(xué)的觀點定量闡明了溶質(zhì)在色譜柱中移動的速率2）解釋了流出曲線的形狀、濃度極大的位置3）提出了計算評價柱效高低的理論塔板數(shù)的公式存在問題：定性地給出了板高的概念，卻不能解釋影響塔板高度的原因，更無法提出降低塔板高度的途徑。34四、速率理論

1.氣相色譜速率理論1956年荷蘭學(xué)者范第姆特(VanDeemter)等人將塔板高度的概念、影響塔板高度的擴散和傳質(zhì)等因素結(jié)合，給出理論塔板高度關(guān)系式：1）范第姆特方程式

H=A+B/u+C·u

H：理論塔板高度，

u：載氣的線速度(cm/s)A、B、C、為常數(shù)，A：渦流擴散系數(shù)；B：分子擴散項系數(shù);C:傳質(zhì)阻力項系數(shù)。35A─渦流擴散項由于填充物顆粒大小的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜柱中路徑長短不一，因而同時進色譜柱的相同組分到達柱口時間并不一致，引起了色譜峰的變寬。36

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。色譜峰變寬的程度由下式?jīng)Q定：37

固定相粒度大小對板高的影響

38B/u—分子擴散項縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，隨著流動相向前推進，其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子”狀。由于存在濃度梯度,組分必然自發(fā)的向前和向后擴散，造成譜帶展寬。——指分子沿色譜柱軸向擴散引起的色譜譜帶展寬39B/u—分子擴散項

B=2γ

Dgγ：彎曲因子，填充柱色譜，γ

<1?？招闹?1Dg：試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）

組分在液相中的擴散系數(shù)只有氣體中的1/105，因此在液相色譜中B可以忽略。40B/u—分子擴散項

B=2γ

Dg

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散;(2)擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)B/u與流速有關(guān)，流速↓，滯留時間↑，擴散↑;(4)擴散系數(shù)：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。

(5)Dg隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。41C·u—傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）氣相傳質(zhì)過程:試樣組分從氣相移動到固定相表面的過程液相傳質(zhì)過程：試樣組分從固定相的氣/液界面移動到液相內(nèi)部不能瞬間達到分配平衡，色譜峰變寬42

k為容量因子；df為填充物粒度；Dg

為擴散系數(shù)。

C·u—傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）填充柱氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為：減小填充物粒度，選擇小分子量的氣體作載氣如何提高柱效？43

k為容量因子；df為固定相的液膜厚度；DL為擴散系數(shù)。C·u—傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）液相傳質(zhì)阻力系數(shù)CL為：如何提高柱效？減小液膜厚度，k值也變小，CL增大提高柱溫可增大DL，但會使k值減小44將上面式總結(jié)，即可得

氣液色譜速率板高方程

這一方程對選擇色譜分離條件具有實際指導(dǎo)意義，它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對柱效的影響。45☆氣相色譜范氏方程曲線載氣流速低時：

分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速

,柱效

。載氣流速高時：

傳質(zhì)阻力項是影響柱效的主要因素，流速

，柱效

。H-u曲線與最佳流速：

流速對這兩項完全相反的作用，存在著一個最佳流速值。以塔板高度H對應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。H=A+B/u+C·u

462.液相色譜速率理論1）液相色譜速率方程H=A+B/u+C·uI項：渦流擴散項II項：流動相傳質(zhì)阻力III項：分子擴散項IV項：流動相停滯區(qū)域內(nèi)的傳質(zhì)阻力項V項：固定相傳質(zhì)阻力47

該式與氣液色譜速率方程的形式基本一致，主要區(qū)別在液液色譜中分子擴散項可忽略不計，影響柱效的主要因素是傳質(zhì)阻力項。綜上所述，對液液色譜的VanDeemter方程式可表達為：

48在液相色譜中，提高柱效的方法

(1)減小填料顆粒粒度；

(2)減小填料孔穴深度；

(3)采用低流速流動相；

(4)用粘度低的溶劑作流動相；

(5)適當提高柱溫?，F(xiàn)代高效液相色譜的柱填料粒徑都小于10μm。492）液相色譜范氏曲線不同粒徑ODS填料對液相色譜H-u曲線影響50u在上述方程各項中存在矛盾，因此，應(yīng)求出最佳值：uHminuopt51分子擴散項和傳質(zhì)阻力項對板高的貢獻52LC板高極小值比GC的極小值小一個數(shù)量級以上，說明液相色譜的柱效比氣相色譜高得多；LC的板高最低點相應(yīng)流速比起GC的流速亦小一個數(shù)量級，說明對于LC，為了取得良好的柱效，流速不一定要很高。53色譜分離中的四種情況：①柱效較高，△K(分配系數(shù))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△K較大,柱效較低，但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。54五、分離度

分離度是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標，稱總分離效能指標,又叫分辨率難分離物質(zhì)對的分離受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差；區(qū)域?qū)挾取?5五、分離度1.分離度的定義色譜圖中相鄰兩峰分離程度的量度。56R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。572.分離度公式n=16（tR/Y）21/Y=（

n/4）（1/tR

）582.分離度公式色譜法中最重要的方程式之一它說明了分離度與重要色譜參數(shù)n、

和k之間的關(guān)系n：動力學(xué)因素項，表現(xiàn)在色譜峰寬度，由柱性能決定

：熱力學(xué)因素項，決定于色譜峰間的距離k：影響組分的保留時間59經(jīng)推導(dǎo)：3、分離度的最佳化不同分析目的對分離度的要求：定性分析時，需要準確測量tR值，最低要求R＝0.8用峰高法進行定量分析時，要求R

1.0用測量峰面積法進行定量分析時，要求R

1.2560分離度公式R是n、

和k等色譜參數(shù)的函數(shù)

(1)分離度與柱效n的關(guān)系分離度R與n1/2成正比。提高分離度的最有效的手段：增大理論塔板數(shù)。增大理論塔板數(shù)途徑：增加柱長和提高柱效。降低板高，提高柱效，是提高分離度的最好方法。采用直徑小、粒度均勻的固定相。均勻填充色譜柱。分配色譜還需控制較薄的液膜厚度。61(2)分離度與

的關(guān)系R與(

-1)/

成正比，

值越大，(

-1)/

值越大，R也隨著增大。當

=1時，R＝0，不能實現(xiàn)分離。

值的微小變化都對R有很大影響，

從1.1改變?yōu)?.2時，可以提高分離度大約一倍，增大

值是改善分離度最有力的手段在氣相色譜中，

值主要取決于固定相的性質(zhì)，并對溫度有很大的依賴性，一般降低柱溫可使

值增大。在液相色譜中，主要通過改變流動相和固定相的性質(zhì)來調(diào)整

值，溫度的作用很小。62(3)分離度與k的關(guān)系分離度R與k/(1十k)成正比當k趨于0時，RS也趨于0；當k值增大時，k/(1十k)項增大，R隨之增大；當k值太大時，k增大對R增大的貢獻極小，分析時間大大延長，導(dǎo)致譜峰擴展嚴重，有時甚至造成譜帶檢測的困難。k＞5后，R增大很慢k＞10時，R增大不多，分析時間明顯延長。洗脫時間曲線的極小值位于k＝2-3之間。k的最佳值在2—5之間氣相色譜中，增加固定液的用量、降低柱溫，k值增大。液相色譜中，通過控制流動相強度(極性)來改變k63氣相色譜柱溫的確定

首先應(yīng)使柱溫控制在固定液的最高使用溫度（超過該溫度固定液易流失）和最低使用溫度（低于此溫度固定液以固體形式存在）范圍之內(nèi)。

柱溫升高，分離度下降，色譜峰變窄變高。柱溫↑，被測組分的揮發(fā)度↑，即被測組分在氣相中的濃度↑，K↓，tR↓，低沸點組份峰易產(chǎn)生重疊。

柱溫↓，分離度↑，分析時間↑。對于難分離物質(zhì)對，降低柱溫雖然可在一定程度內(nèi)使分離得到改善，但是不可能使之完全分離，這是由于兩組分的相對保留值增大的同時，兩組分的峰寬也在增加，當后者的增加速度大于前者時，兩峰的交疊更為嚴重。

柱溫一般選擇在接近或略低于組分平均沸點時的溫度。組分復(fù)雜，沸程寬的試樣，采用程序升溫。64程序升溫652.4色譜定性和定量分析

一、定性分析保留值作為一種定性指標。不同物質(zhì)在同一色譜條件下，可能具有相似或相同的保留值，保留值并非專屬。66

一、定性分析1.純物質(zhì)對照定性相同的色譜條件下，測已知純物質(zhì)保留時間、未知物保留時間，進行比較：相同：可能是已知純物質(zhì)；不同：不是該純物質(zhì)適用于組分性質(zhì)已有所了解，組成比較簡單，且有純物質(zhì)的未知物定性。672.相對保留值法利用相對保留值進行定性。相對保留值αis:組分i與基準物質(zhì)s調(diào)整保留值的比值

αis=tri

/trS′=Vri

/Vrs

測定方法：在某一固定相及柱溫下，分別測出組分i和基準物s的調(diào)整保留值，按上式計算。用已求出的

與文獻相應(yīng)值比較即可定性?；鶞饰锏倪x擇：容易得到純品的、而且與被分析組分保留值相近的物質(zhì),如正丁烷、環(huán)己烷、正戊烷、苯、對二甲苯、環(huán)己醇、環(huán)己酮等。683.加入已知物增加峰高法先測未知樣品色譜圖，然后在未知樣品中加入某已知物，測色譜圖。峰高增加的組分即可能為這種已知物。適用于未知樣品中組分較多，所得峰過密，或僅作未知樣品指定項目分析。694.

保留指數(shù)定性法保留指數(shù)又稱為柯瓦（Kováts）指數(shù)，它表示物質(zhì)在固定液上的保留行為，是目前使用最廣泛并被國際上公認的定性指標。它具有重現(xiàn)性好、標準統(tǒng)一及溫度系數(shù)小等優(yōu)點。704.

保留指數(shù)定性法是一種重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)。保留指數(shù)測定方法：將正構(gòu)烷烴作為標準，規(guī)定其保留指數(shù)為分子中碳原子個數(shù)乘以100（如正己烷的保留指數(shù)為600）。

選定兩個相鄰的正構(gòu)烷烴，其分別具有Z和Z＋1個碳原子。被測物質(zhì)X的調(diào)整保留時間應(yīng)在相鄰兩個正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留值之間。71未知物保留指數(shù)（IX）的計算：計算出保留指數(shù)與文獻值比較，即可定性。72若在測定物質(zhì)i的保留指數(shù)時，所選兩個正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)相差n，調(diào)整保留時間為t’R(Z)<t’R(i)<t’R(Z+n)保留指數(shù)的物理意義在于：它是與被測物質(zhì)具有相同調(diào)整保留時間的假想的正構(gòu)烷烴的碳數(shù)乘以100。保留指數(shù)僅與固定相的性質(zhì)、柱溫有關(guān)，與其它實驗條件無關(guān)。其準確度和重現(xiàn)性都很好。只要柱溫與固定相相同，就可應(yīng)用文獻值進行鑒定，而不必用純物質(zhì)相對照。735.與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法

小型化的臺式色質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS；LC-MS）色譜-紅外光譜儀聯(lián)用儀；組分的結(jié)構(gòu)鑒定74二、定量分析色譜定量的依據(jù)——當操作條件一致時，被測組分的質(zhì)量（或濃度）與檢測器給出的響應(yīng)信號成正比。即：

mi=fi

Ai

式中mi為被測組分i的質(zhì)量；Ai為被測組分i的峰面積；

fi為被測組分i的校正因子。75二、定量分析1.峰面積的測量

（1）峰高（h）乘半峰寬（Y1/2）法：近似將色譜峰當作等腰三角形。

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處分別測定峰寬，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，同系物的半峰寬與保留時間成正比，對于難于測量半峰寬的窄峰、重疊峰（未完全重疊），可用此法測定峰面積：

A=h·b·tR

（4）自動積分法762.定量校正因子

試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比，即：

mi=fi·Ai峰面積的大小不僅取決于組分的質(zhì)量，而且還與它的性質(zhì)有關(guān)。即當兩個質(zhì)量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢測器進行測定時，所得的峰面積卻不相同。因此，混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總和中所占的百分率。這樣，就不能直接利用峰面積計算物質(zhì)的含量。為了使峰面積能真實反映出物質(zhì)的質(zhì)量，就要對峰面積進行校正，即在定量計算是引入校正因子。772.定量校正因子絕對校正因子：fi

，單位面積對應(yīng)的物質(zhì)量：

f

i=mi/Ai

定量校正因子與檢測器響應(yīng)值成倒數(shù)關(guān)系：

f

i=1/Si

相對校正因子f’i

：即組分的絕對校正因子與標準物質(zhì)的絕對校正因子之比。78

可見，相對校正因子fi

就是當組分i的質(zhì)量與標準物質(zhì)s相等時，標準物質(zhì)的峰面積是組分i峰面積的倍數(shù)。若某組分質(zhì)量為mi，峰面積Ai

，則fi

Ai的數(shù)值與質(zhì)量為mi的標準物質(zhì)的峰面積相等。也就是說，通過相對校正因子，可以把各個組分的峰面積分別換算成與其質(zhì)量相等的標準物質(zhì)的峰面積，于是比較標準