第十一章 色谱分析概论
和经典液相色谱
第一节 色谱法概述
一, 色谱法的由来
1,1906年由俄国植物学家 Tsweet创立
植物色素分离 见图示
2,现在：一种重要的分离, 分析技术
分离混合物各组分并加以分析
固定相 —— 除了固体, 还可以是液体
流动相 —— 液体或气体
色谱柱 —— 各种材质和尺寸
被分离组分 —— 不再仅局限于有色物质
图示
? 固定相 —— CaCO3颗粒
? 流动相 —— 石油醚
色带
二、色谱法定义、实质和目的
? 定义：利用物质的物理化学性质建立的分离, 分析
方法
? 实质：分离
? 目的：定性分析或定量分析
三, 分类：
1,按两相分子的聚集状态分：
流动相 固定相 类型
液相色谱液体 固体 液 -固色谱液体 液体 液 -液色谱
气体 固体 气 -固色谱
气体 液体 气 -液色谱 气相色谱
续前
2．按固定相的固定方式分：
3,按分离机制分：
平面色谱
纸色谱
薄层色谱
高分子薄膜色谱
柱色谱 填充柱色谱毛细管柱色谱
分配色谱,利用分配系数的不同
吸附色谱,利用物理吸附性能的差异
离子交换色谱,利用离子交换原理
空间排阻色谱,利用排阻作用力的不同
图示
? 色谱法简单分类
四、色谱法的特点
? 优点：, 三高,,, 一快,,
,一广,
? 缺点：
高选择性 —— 可将性质相似的组分分开
高效能 —— 反复多次利用组分性质的差异
产生很好分离效果
高灵敏度 —— 10-11~10-13g，适于痕量分析
分析速度快 —— 几 ~几十分钟完成分离
一次 可以测多种样品
应用范围广 —— 气体，液体、固体物质
化学衍生化再色谱分离、分析
对未知物分析的定性专属性差
需要与其他分析方法联用 (GC-MS,LC-MS)
第二节 色谱法的原理
一, 色谱过程, 分离原理及特点
二, 基本类型色谱法的分离机制
三, 分配系数与保留行为的关系
一、色谱过程、分离原理及特点
（ 一 ） 色谱过程
指被分离组分在两相中的, 分配, 平衡过程
? 以吸附色谱为例 见图示
吸附 → 解吸 →再吸附 →再解吸 →反复多次洗脱
→被测组分分配系数不同 → 差速迁移 → 分离
图示
? 分配系数的微小差异 →吸附能力的微小差异
? 微小差异积累 →较大差异 →吸附能力弱的组分先流出；
吸附能力强的组分后流出 back
续前
（ 二 ） 色谱分离原理
色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异,
平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量
（ 三 ） 色谱分离特点
1,不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等
→提供了分离的可能性
2,各组分沿柱子扩散分布 →峰宽 ↑
→不利于不同组分分离
二、基本类型色谱法的分离机制
? 基本概念,固定相 （ s） ； 流动相 （ m）
（ 一 ） 吸附色谱法
（ 二 ） 分配色谱法
（ 三 ） 离子交换色谱法
（ 四 ） 空间排阻色谱法
（一）吸附色谱法
? 要求,
固定相 →吸附剂 （ 硅胶或 AL2O3）
具表面活性吸附中心
? 分离机制, 见图示
吸附系数
mm
aa
n
am
n
ma
a VX
SX
YX
YXK ??
]][[
]][[
的浓度为溶质分子在流动相中
面的浓度为溶质分子在吸附剂表
][
][
m
a
X
X
为流动相的体积
为吸附剂表面面积
m
a
V
S
注,Ka与组分的性质, 吸附剂的活性, 流动相的性质
及温度有关 next
吸附平衡 Xm + nYa→Xa + nYm
图示
? 分离机制：
各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心
利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离
吸附 →解吸 →再吸附 →再解吸 →无数次洗脱 →分开
back
（二）分配色谱法
? 要求,
固定相 →机械吸附在惰性载体上的液体
流动相 →必须与固定相不为互溶
载体 →惰性, 性质稳定,
不与固定相和流动相发生化学反应
? 分离机制 见图示
狭义分配系数
mm
ss
m
s
VX
VX
C
CK ??
注,K与组分的性质, 流动相的性质, 固定相的性质
以及柱温有关 next
的浓度为溶质分子在流动相中
的浓度为溶质分子在固定相中
m
s
C
C
为流动相的体积
为固定相的体积
m
s
V
V
图示
? 分离机制
利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离
连续萃取过程 back
（三）离子交换色谱法
? 要求,
固定相 →离子交换树脂
流动相 →水为溶剂的缓冲溶液
被分离组分 →离子型的有机物或无机物
? 分离机制 见图示
选择性系数
? 阳离子交换树脂
RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
mS
S
mS
mS
S HHR S O
XXR S O
XHR S O
HXR S OK
][][
][][
][][
][][
3
3
3
3
???
???
???
???
??
注,Ks与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、
离子交换树脂性质以及温度有关 next
固定离子 可交换离子 待测离子
图示
? 分离机制：
依据被测组分与离子交换剂交换能力 （ 亲和力 ）
不同而实现分离 back
（四）空间排阻色谱法
? 要求,
固定相 →多孔性凝胶
流动相 →水 —— 凝胶过滤色谱
流动相 →有机溶剂 —— 凝胶渗透色谱
? 分离机制 见图示
渗透系数
][
][
m
S
P X
XK ?
注,Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小,
与流动相的性质无关 next
图示
? 分离机制,
利用被测组分分子大小不同, 在固定相上选择性
渗透实现分离 back
?结论：
? 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、
分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡
K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和
渗透系数
? 除了凝胶色谱法中的 K仅与待测分子大小尺寸, 凝胶
孔径大小有关外, 其他三种 K值都受组分的性质, 流
动相的性质, 固定相的性质以及柱温的影响
图示
三、分配系数与保留行为的关系
（ 一 ） 基本术语
1,保留时间 tR：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度
极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或
组分流经色谱柱所需要的时间。
2,死时间 t0或 tm：分配系数为零的组分的保留时间，
即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱
柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。
)1(0
m
s
R V
VKtt ???
续前
3,分配系数 K（ 平衡常数 ）,指在一定温度和压力
下, 组分在色谱柱中达分配平衡后, 在固定相与
流动相中的浓度比 （ 色谱过程的相平衡参数 ）
4,保留比 R’：衡量溶质分子在色谱柱上相对移行速度
m
S
C
CK ?
注,K为热力学常数
与组分性质, 固定相性质, 流动相性质及温度有关
实验条件固定, K仅与组分性质有关
0
' uuR R?? 度组分在流动相中迁移速 度组分在色谱柱中迁移速
R
R
t
t
tL
tLR 0
0
' ??定距洗脱保留比 )1'( ?R
（二） tR与 K的关系,
在流动相中出现的几率为单位时间内一个分子设 'R
在固定相中出现的几率为单位时间内一个分子设 '1 R?
m
S
mm
SS
V
VK
VC
VC
R
R ????
'
'1
m
S
V
VK
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R
RR
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t
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tL
u
uR 0
00
' ???? 度组分在流动相中迁移速 度组分在色谱柱中迁移速?
)1'(?R
'
0
R
tt
R ?? 时间组分在固定相中的停留
续前
? 讨论：
色谱条件一定时,tR主要取决 K的大小
（色谱法基本的定性参数 ）
)1(0
m
S
R V
VKtt ???? 色谱过程方程
??? RtK
K↑,tR↑, 组分后出柱
K=0,组分不保留
K→∞, 组分完全保留
?结论,色谱分离前提 → 各组分分配系数不等
? 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分 K不等
)1(0
m
s
B
B
R V
VKtt ??? )1(
0
m
s
A
A
R V
VKtt ???
)(0 BA
m
sB
R
A
RR KKV
Vtttt ???????
0???? RBA tKK
2） 色谱条件 （ s,m,T） 一定时, K一定 → tR一定
1） 组分一定, K不等的前提 s和 m改变
T改变
第三节 色谱法的历史与展望
一, 历史：
30年代 茨维特分离绿叶色素
40年代 TLC,纸色谱
50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能
60年代末 HPLC出现, 使色谱分析范围进一步扩大
二, 展望：
1,新型固定相和检测器
2,联用仪器,GC-MS,HPLC-MS
3,智能化发展
和经典液相色谱
第一节 色谱法概述
一, 色谱法的由来
1,1906年由俄国植物学家 Tsweet创立
植物色素分离 见图示
2,现在：一种重要的分离, 分析技术
分离混合物各组分并加以分析
固定相 —— 除了固体, 还可以是液体
流动相 —— 液体或气体
色谱柱 —— 各种材质和尺寸
被分离组分 —— 不再仅局限于有色物质
图示
? 固定相 —— CaCO3颗粒
? 流动相 —— 石油醚
色带
二、色谱法定义、实质和目的
? 定义：利用物质的物理化学性质建立的分离, 分析
方法
? 实质：分离
? 目的：定性分析或定量分析
三, 分类：
1,按两相分子的聚集状态分：
流动相 固定相 类型
液相色谱液体 固体 液 -固色谱液体 液体 液 -液色谱
气体 固体 气 -固色谱
气体 液体 气 -液色谱 气相色谱
续前
2．按固定相的固定方式分：
3,按分离机制分：
平面色谱
纸色谱
薄层色谱
高分子薄膜色谱
柱色谱 填充柱色谱毛细管柱色谱
分配色谱,利用分配系数的不同
吸附色谱,利用物理吸附性能的差异
离子交换色谱,利用离子交换原理
空间排阻色谱,利用排阻作用力的不同
图示
? 色谱法简单分类
四、色谱法的特点
? 优点：, 三高,,, 一快,,
,一广,
? 缺点：
高选择性 —— 可将性质相似的组分分开
高效能 —— 反复多次利用组分性质的差异
产生很好分离效果
高灵敏度 —— 10-11~10-13g，适于痕量分析
分析速度快 —— 几 ~几十分钟完成分离
一次 可以测多种样品
应用范围广 —— 气体，液体、固体物质
化学衍生化再色谱分离、分析
对未知物分析的定性专属性差
需要与其他分析方法联用 (GC-MS,LC-MS)
第二节 色谱法的原理
一, 色谱过程, 分离原理及特点
二, 基本类型色谱法的分离机制
三, 分配系数与保留行为的关系
一、色谱过程、分离原理及特点
（ 一 ） 色谱过程
指被分离组分在两相中的, 分配, 平衡过程
? 以吸附色谱为例 见图示
吸附 → 解吸 →再吸附 →再解吸 →反复多次洗脱
→被测组分分配系数不同 → 差速迁移 → 分离
图示
? 分配系数的微小差异 →吸附能力的微小差异
? 微小差异积累 →较大差异 →吸附能力弱的组分先流出；
吸附能力强的组分后流出 back
续前
（ 二 ） 色谱分离原理
色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异,
平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量
（ 三 ） 色谱分离特点
1,不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等
→提供了分离的可能性
2,各组分沿柱子扩散分布 →峰宽 ↑
→不利于不同组分分离
二、基本类型色谱法的分离机制
? 基本概念,固定相 （ s） ； 流动相 （ m）
（ 一 ） 吸附色谱法
（ 二 ） 分配色谱法
（ 三 ） 离子交换色谱法
（ 四 ） 空间排阻色谱法
（一）吸附色谱法
? 要求,
固定相 →吸附剂 （ 硅胶或 AL2O3）
具表面活性吸附中心
? 分离机制, 见图示
吸附系数
mm
aa
n
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的浓度为溶质分子在流动相中
面的浓度为溶质分子在吸附剂表
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为流动相的体积
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及温度有关 next
吸附平衡 Xm + nYa→Xa + nYm
图示
? 分离机制：
各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心
利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离
吸附 →解吸 →再吸附 →再解吸 →无数次洗脱 →分开
back
（二）分配色谱法
? 要求,
固定相 →机械吸附在惰性载体上的液体
流动相 →必须与固定相不为互溶
载体 →惰性, 性质稳定,
不与固定相和流动相发生化学反应
? 分离机制 见图示
狭义分配系数
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图示
? 分离机制
利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离
连续萃取过程 back
（三）离子交换色谱法
? 要求,
固定相 →离子交换树脂
流动相 →水为溶剂的缓冲溶液
被分离组分 →离子型的有机物或无机物
? 分离机制 见图示
选择性系数
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RSO3-H+ + X+ → RSO3-X+ + H+
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注,Ks与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、
离子交换树脂性质以及温度有关 next
固定离子 可交换离子 待测离子
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依据被测组分与离子交换剂交换能力 （ 亲和力 ）
不同而实现分离 back
（四）空间排阻色谱法
? 要求,
固定相 →多孔性凝胶
流动相 →水 —— 凝胶过滤色谱
流动相 →有机溶剂 —— 凝胶渗透色谱
? 分离机制 见图示
渗透系数
][
][
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注,Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小,
与流动相的性质无关 next
图示
? 分离机制,
利用被测组分分子大小不同, 在固定相上选择性
渗透实现分离 back
?结论：
? 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、
分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡
K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和
渗透系数
? 除了凝胶色谱法中的 K仅与待测分子大小尺寸, 凝胶
孔径大小有关外, 其他三种 K值都受组分的性质, 流
动相的性质, 固定相的性质以及柱温的影响
图示
三、分配系数与保留行为的关系
（ 一 ） 基本术语
1,保留时间 tR：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度
极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或
组分流经色谱柱所需要的时间。
2,死时间 t0或 tm：分配系数为零的组分的保留时间，
即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱
柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。
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续前
3,分配系数 K（ 平衡常数 ）,指在一定温度和压力
下, 组分在色谱柱中达分配平衡后, 在固定相与
流动相中的浓度比 （ 色谱过程的相平衡参数 ）
4,保留比 R’：衡量溶质分子在色谱柱上相对移行速度
m
S
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CK ?
注,K为热力学常数
与组分性质, 固定相性质, 流动相性质及温度有关
实验条件固定, K仅与组分性质有关
0
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（二） tR与 K的关系,
在流动相中出现的几率为单位时间内一个分子设 'R
在固定相中出现的几率为单位时间内一个分子设 '1 R?
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续前
? 讨论：
色谱条件一定时,tR主要取决 K的大小
（色谱法基本的定性参数 ）
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K↑,tR↑, 组分后出柱
K=0,组分不保留
K→∞, 组分完全保留
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? 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分 K不等
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2） 色谱条件 （ s,m,T） 一定时, K一定 → tR一定
1） 组分一定, K不等的前提 s和 m改变
T改变
第三节 色谱法的历史与展望
一, 历史：
30年代 茨维特分离绿叶色素
40年代 TLC,纸色谱
50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能
60年代末 HPLC出现, 使色谱分析范围进一步扩大
二, 展望：
1,新型固定相和检测器
2,联用仪器,GC-MS,HPLC-MS
3,智能化发展
