被分离组分在柱中的洗脱原理

基本概念和理论
一、基本概念和术语
1.色谱图和峰参数
�色谱图（chromatogram）－－样品流经色谱柱和检测器，所得到的信号－时间曲线，又称色谱流出曲线（elution profile）.
�基线（base line）－－流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线。一般应平行于时间轴。
�噪音（noise）��基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色谱柱被污染所致。
�漂移（drift）基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起，柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。
�色谱峰（peak）－－组分流经检测器时相应的连续信号产生的曲线。流出曲线上的突起部分。正常色谱峰近似于对称性正态分布曲线（高斯Gauss曲线）。不对称色谱峰有两种：前延峰（leading peak）和脱尾峰（tailing peak ）.前者少见。
�拖尾因子（tailing factor,T）－－T=B/A,用以衡量色谱峰的对称性。也称为对称因子（symmetry factor）或不对称因子（asymmetry factor）《中国药典》规定T应为0.95～1.05。T<0.95为前延峰，T>1.05为拖尾峰。
�峰底��基线上峰的起点至终点的距离。
�峰高（Peak height,h）��峰的最高点至峰底的距离。
�峰宽（peak width,W）－－峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。W=4σ。
�半峰宽（peak width at half-height,Wh/2）－－峰高一半处的峰宽。W h/2＝2.355σ。
�标准偏差（standard deviation, σ）－－正态分布曲线x=±1时（拐点）的峰宽之半。正常峰宽的拐点在峰高的0.607倍处。标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱过程中的分散程度。σ小，分散程度小、极点浓度高、峰形瘦、柱效高；反之，σ大，峰形胖、柱效低。
�峰面积（peak area,A）��峰与峰底所包围的面积。A=×σ×h＝2.507σh=1.064Wh/2h
 
2.定性参数（保留值）
�死时间（dead time,t0）－－不保留组分的保留时间。即流动相（溶剂）通过色谱柱的时间。在反相HPLC中可用苯磺酸钠来测定死时间。
�死体积（dead volume,V0）��由进样器进样口到检测器流动池未被固定相所占据的空间。它包括4部分：进样器至色谱柱管路体积、柱内固定相颗粒间隙（被流动相占据，Vm）、柱出口管路体积、检测器流动池体积。其中只有Vm参与色谱平衡过程，其他3部粉只起峰扩展作用。为防止峰扩展，这3部分体积应尽量减小。V0＝F×t0（F为流速）
�保留时间（retention time,tR）－－从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大值的时间。
�保留体积（retention volume,VR）－－从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大值时流出溶剂的体积。又称洗脱体积。VR＝undefinedtR .
�调整保留时间（adjusted retention time,tR’）－－扣除死时间后的保留时间。也称折合保留时间（reduced retention time）。在实验条件（温度、固定相等）一定时，tR’只决定于组分的性质，因此，tR’(或tR)可用于定性。TR’=tR-t0
�调整保留体积（adjusted retention volume,VR’）－－扣除死体积后的保留体积。VR=VR-V0 或VR=undefinedtR’
 
3.柱效参数
�理论塔板数（theoretical plate number,N）用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。
N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。如果峰形对称并符合正态分布，N可近似表示为：
N=（tR/σ）2=16(tR)2/W =5.54(tR/W1/2)2
W：峰宽 ； σ：曲线拐点处峰宽的一半，即峰高0.607处峰宽的一半。
N为常量时，W随tR成正比例变化。在一张多组分色谱图上，如果各组份含量相当，则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽，峰高则逐渐降低。
用半峰宽计算理论塔板数比用峰宽计算更为方便和常用，因为半峰宽更容易准确测定，尤其是对稍有拖尾的峰。
N与柱长成正比，柱越长，N越大。用N表示柱效时应注明柱长，，如果未注明，则表示柱长为1米时的理论塔板数。（一般HPLC柱的N在1000以上。）
若用调整保留时间（tR’）计算理论塔板数，所得值称为有效理论塔板数（N有效或Neff）=16(tR’/W)2
�理论塔板高度（theortical plate height,H）每单位柱长的方差。H=。实际应用时往往用柱长L和理论塔板数计算：H=L/N
 
4.相平衡参数（distribution coefficient,K）－－在一定温度下，化合物在两相间达到分配平衡时，在固定相与流动相中的浓度之比。K=[xs]/[xm]
Cs-溶质在固定相中的浓度
Cm－溶剂在流动相中的浓度
    分配系数与组分、流动相和固定相的热力学性质有关，也与温度、压力有关。在不同的色谱分离机制中，K有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换色谱法为选择性系数（或称交换系数），凝胶色谱法为�透参数。但一般情况可用分配系数来表示。
    在条件（流动相、固定相、温度和压力等）一定，样品浓度很低时（Cs 、Cm很小）时，K只取决于组分的性质，而与浓度无关。这只是理想状态下的色谱条件，在这种条件下，得到的色谱峰为正常峰；在许多情况下，随着浓度的增大，K减少，这时色谱峰为拖尾峰；而有时随着溶质浓度的增大，K也增大，这时色谱峰为前延峰。因此，只有尽可能较少进样量，使组份在柱内浓度降低，K恒定时，才能获得正常峰。
    在同一色谱条件下，样品中K值大的组份在固定相中滞留时间长，后流出色谱柱；K值小的组份则滞留时间短，先流出色谱柱。混合物中各组份的分配系数相差越大，越容易分离，因此，混合物中各组份的分配系数不同是色谱分离的前提。
    在HPLC中，固定相确定后，K主要受流动相的性质影响。实践中主要靠调整流动相的组成配比及PH值，以获得组分间的分配系数差异及适宜的保留时间，达到分离的目的。
�容量因子（capacity factor,K）－－化合物在两相间达到平衡时，在固定相与流动相中的量之比。K＝（tR-t0）/t0=tR’/t0（或溶质在固定相中的量/溶质在流动相中的量）。因此，容量因子也称质量分配系数。
｛K=Cs/Cm=K’Vm/Vs k=(tR-t0)/t0=undefinedVs/Vm Vs：色谱柱中固定相的体积； Vm：色谱柱中流动相的体积。｝
    分配系数、容量因子与保留时间之间有如下关系：k===K=,tR’=kt0。上式说明容量因子的物理意义：表示一个组份在固定相中停留的时间（tR’）是不保留组分保留时间（t0）的几倍。k=0时，化合物全部存在与流动相中，在固定相中不保留，tR’=0;k越大，说明固定相对此组分的容量越大，出柱慢，保留时间越长。
容量因子与分配系数的不同点是：K取决于组分、流动相、固定相的性质及温度，而与体积Vs、Vm无关；k除了与性质及温度有关外，还与Vs、Vm有关。由于tR’、t0较Vs、Vm易于测定，所以容量因子比分配系数应用更广泛。
�选择性因子（selectivity factor,α）－－相邻两组份的分配系数或容量因子之比。α＝＝（设k2>k1）。因k=tR’/t0,则α＝k2/k1，所以α又称为相对保留时间（《美国药典》）。
要使两组分得到分离，必须使α≠1。α与化合物在固定相和流动相中的分配性质、柱温有关，与柱尺寸、流速、填充情况无关。从本质上来说，α的大小表示两组份在两相间的平衡分配热力学性质的差异，即分子间相互作用力的差异。
5.分离参数
�分离度（resolution,R）－－相邻两峰的保留时间之差与平均峰宽的比值。也叫分辨率，表示相邻两峰的分离程度。R=（tR2-tR1）/[(W1