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
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R
R
'
'1
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' 度组分在流动相中迁移速 度组分在色谱柱中迁移速?
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'
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
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
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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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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
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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
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（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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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
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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
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（四）空间排阻色谱法
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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
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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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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
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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
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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
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讨论：
色谱条件一定时,tR主要取决 K的大小
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K↑,tR↑,组分后出柱
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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
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