第 15章 色谱法引论
(An Introduction to Chromatography)
色谱法的产生和发展
? 1903?1906年，俄国植物学家 Tswett提出利用吸附原理
分离植物色素 经典的液相色谱
? 40年代 纸色谱
? 50年代 薄层色谱
? 1941年 Martin和 Synge提出色谱塔板理论
? 1952年 Martin和 James发明了气相色谱
? 20世纪 60年代末 70年代初发展高效液相色谱
? GC-MS,GC-FTIR,LC-MS,LC-NMR
色谱法
特点
具有两个相：固定相和
流动相
分离混合物并进行分析
色谱过程色谱过程示意图
色谱法分类
? 按固定相的外形分类
柱色谱
平板色谱
薄层色谱
纸色谱
一般分类 分离方法 固定相 所用平衡
液相色谱 LC 液液分配 涂在载体表面的液体 不同溶液之间分
配平衡
化学键合相 有机物被键合在载体表面 在液体与固定相
表面的分配
液固吸附 固体吸附剂 吸附
离子交换 离子交换树脂 离子交换
尺寸排阻 凝胶 筛分
气相色谱 GC
（ 流动相为气
体 ）
气, 液 涂在载体表面的液体 分析物与固定
气 -键相 有机物被键合在载体表面
气 -固 固体吸附剂 吸附
超临界流体色
谱 SFC（ 流动
相超临界流体 ）
固体表面键合的有机物 超临界流体与键
合表面的分配
相间的相互作用
色谱流出曲线
检测器输出信号随时间的变化曲线
色谱基本术语
22
11
2,1
RR
RR
tVr
tV
????
??
保留值 定性的依据
死时间 tm 保留时间 tR 调整保留时间 t ?R
死体积 Vm 保留体积 VR 调整保留体积 V ?R
相对保留值
选择因子 ?
区域宽度
峰底宽度 W
半峰宽 W1/2
标准偏差 ?
衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素
峰高
峰面积 定量分析的基础
色谱法基本理论
分离依据 混合物各组分在两相中的吸附能力, 溶解度, 蒸气压,
离子交换能力或其它亲和作用性能的差异导致在两相间平衡分配的
差异
平衡分配的表征：分配系数或分配比
分配系数 K
s
m
cK
c
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?越大，越容易分离,?=1，分离不能实现
0
0 0 0
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塔板理论
2
2
1654.5
2
1
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H 理论塔板高度理论
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板
数
n 由于理论塔板数 n不能真实地反映色谱柱的分离效能，
故提出用扣除了死时间影响的 有效理论塔板数 neff和 有
效塔板高度 Heff
e ff
e ff n
L
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色谱柱长度
2
1e ff
k
nn
k
???
???
??
1,用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的
分配平衡和分离过程
2,解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位
置
3,提出了计算和评价柱效的参数
一种半经验性的平衡理论
塔板理论
贡献
缺点 1.不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各
种因素
2.不能说明同一溶质为什么在不同的流速下, 可以
测得不同的理论塔板数
速率理论
BH A Cu
u? ? ?
范迪姆特（ Van Deemter)方程
载气线速度
1.涡流扩散项 A A=2?dp 填充物的平均直径
填充不规则因子
2.分子扩散项 B/u(纵向扩散项）
3.传质阻力项 Cu
2 mBD??
组分在流动相中的扩散系数
弯曲因子
msC C C??
固定相传质阻力系数
流动相传质阻力系数
在 GC中
在 LC中
2
1
1
21 sm
m
DB D k
D
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?
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??
系数 ?1和 ?2分别反映填料不均一性对溶质在
流动相和固定相中扩散的影响，又称为阻滞
因子和弯曲因子
液体固定相 固定相的液膜厚度
组分在固定相中的扩散系数
Van Deemter的 气液色谱板高方程
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2 2 2
22 2
0, 0 1 822
11
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p
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气液色谱
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液液色谱
液体流动相
液体固定相
液液色谱的 Van Deemter方程式
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van Deemter方程的 H-u曲线
固定相传质阻力项
流动相传质阻力项
分子扩散项
涡流扩散项
H-u关系曲线
opt
Bu
C
?
m in 2H A B C??
范氏方程曲线（ H-u曲线）
在某一流速 （ 最佳线速度 ） 下
有一板高的极小值 （ 最小板
高 ）, 相应的柱效最高 。
LC的最小板高比 GC的 小 一个
数量级以上, 说明柱效 LC比
GC高得多, 由于 LC的最佳流
速很小, 若使用, 则分析时间
太长, 故实际使用的流速比最
佳流速高很多 。
对于一定长度的柱子，理论塔板数越大，板高越小，柱效
越高。
固定相粒度大小对板高的影响
粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小
? 反映柱效和选择性 ? 总分离效能指标
分 离 度
2 1 2 1
12
12
2 ( )
1
()
2
R R R Rt t t tR
WWWW
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R=0.75时 A,B峰不能分离
R=1.0时 A,B峰中互含 4%
R=1.5时 A,B峰中互含 0.3%
分离度公式
2
1116
4
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假设 k1?k2=k,W1 ?W2=W
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分离度与柱效的关系
2
1 1 1
2 2 2
R n L
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分离度与 n有关
增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降低
板高，提高柱效，才是提高分离度的好方法。
分离度与选择因子的关系
当 ?=1时,R=0，无法分离两组分
增大 ?，是改善分离度的有效手段
气相色谱主要通过选择合适的固定相和降低柱温
来增大 ?。 液相色谱通过改变固定相和流动相的
性质和组成, 可有效增大 ?。
对一个复杂混合物的分离条件的选择, 主要是提
高最难分离物质对的 ?值 。
分离度与容量因子 k的关系
对于 GC，增加固定液的用量或
提高柱温，选择合适的 k值。
对于 LC,改变流动相的组成,
有效的控制 k值 。
R正比于
1
k
k?
考虑分离度和分析时间，容量
因子一般控制在 2~10为宜。
样品量的影响
? 每一色谱柱的固定相, 都有一定的样品线性容量范围,
在该范围内, 进样量增加, 色谱峰高增加, 色谱峰区域
宽度和保留时间不变 。 若样品量超过线性容量范围, 进
样量增加, 容量因子 k下降 。
? 对于分析分离, 为获得必需的分离度, 一般进样量保持
在线性容量范围以下 。
? 色谱柱固定相的样品容量, 决定于固定相的性质和用量 。
色谱定性分析
? 利用已知纯物质对照定性
? 用经验规律和文献值进行定性分析
? 根据相对保留值定性
? 根据保留指数定性 ? Kováts指数
? 用双柱或多柱定性
? 与其他方法结合定性
GC-MS,GC-AES,GC-FTIR
? ?
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100
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色谱峰面积的测量
对称形峰面积的测量 ? 峰高乘半峰宽法
1 21,0 6 5A h W? ? ?
不对称峰面积的测量 ? 峰高乘平均峰宽法
峰高 0.15倍处的峰宽 峰高 0.85倍处的峰宽
0.1 5 0.8 5
1 ()
2
A h W W??
自动积分仪法
剪纸称重法
定量校正因子
绝对校正因子
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相对校正因子
定量分析
? 归一化法 要求全部组分都出峰
? 外标法 分析条件和进样量必须重现
? 内标法 内标物是样品中不存在的组分，其保留时
间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完
全分离
1 1 2 2
% 1 0 0 %iii
nn
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% 1 0 0 %i s ii
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各种定量方法的比较
项 目 归一化法 内标法 外标法
计算公式 由工作曲线直接
查得
称重配样 不需要 需要 不需要
进样量 不需准确 不需准确 需准确
操作条件稳定性 一次分析过程中
条件需稳定
一次分析过程中
条件需稳定
全部过程中条件
需严格不变
对组分出峰的要
求
全部组分 内标物及所测组
分
所测组分
校正因子 需全部组分的校
正因子
需内标及所测组
分的校正因子
不需要
使用检测器 通用型检测器 选择性检测器有
时不适用
选择性检测器
适用范围 多组分试样中各
组分含量的分析
微量组分的精确
定量
日常控制分析和
大量同类样品的
分析
1 1 2 2% 1 0 0 %
iii
nn
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方 法
% 1 0 0 %i s ii
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(An Introduction to Chromatography)
色谱法的产生和发展
? 1903?1906年，俄国植物学家 Tswett提出利用吸附原理
分离植物色素 经典的液相色谱
? 40年代 纸色谱
? 50年代 薄层色谱
? 1941年 Martin和 Synge提出色谱塔板理论
? 1952年 Martin和 James发明了气相色谱
? 20世纪 60年代末 70年代初发展高效液相色谱
? GC-MS,GC-FTIR,LC-MS,LC-NMR
色谱法
特点
具有两个相：固定相和
流动相
分离混合物并进行分析
色谱过程色谱过程示意图
色谱法分类
? 按固定相的外形分类
柱色谱
平板色谱
薄层色谱
纸色谱
一般分类 分离方法 固定相 所用平衡
液相色谱 LC 液液分配 涂在载体表面的液体 不同溶液之间分
配平衡
化学键合相 有机物被键合在载体表面 在液体与固定相
表面的分配
液固吸附 固体吸附剂 吸附
离子交换 离子交换树脂 离子交换
尺寸排阻 凝胶 筛分
气相色谱 GC
（ 流动相为气
体 ）
气, 液 涂在载体表面的液体 分析物与固定
气 -键相 有机物被键合在载体表面
气 -固 固体吸附剂 吸附
超临界流体色
谱 SFC（ 流动
相超临界流体 ）
固体表面键合的有机物 超临界流体与键
合表面的分配
相间的相互作用
色谱流出曲线
检测器输出信号随时间的变化曲线
色谱基本术语
22
11
2,1
RR
RR
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保留值 定性的依据
死时间 tm 保留时间 tR 调整保留时间 t ?R
死体积 Vm 保留体积 VR 调整保留体积 V ?R
相对保留值
选择因子 ?
区域宽度
峰底宽度 W
半峰宽 W1/2
标准偏差 ?
衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素
峰高
峰面积 定量分析的基础
色谱法基本理论
分离依据 混合物各组分在两相中的吸附能力, 溶解度, 蒸气压,
离子交换能力或其它亲和作用性能的差异导致在两相间平衡分配的
差异
平衡分配的表征：分配系数或分配比
分配系数 K
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塔板理论
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n 由于理论塔板数 n不能真实地反映色谱柱的分离效能，
故提出用扣除了死时间影响的 有效理论塔板数 neff和 有
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色谱柱长度
2
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1,用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的
分配平衡和分离过程
2,解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位
置
3,提出了计算和评价柱效的参数
一种半经验性的平衡理论
塔板理论
贡献
缺点 1.不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各
种因素
2.不能说明同一溶质为什么在不同的流速下, 可以
测得不同的理论塔板数
速率理论
BH A Cu
u? ? ?
范迪姆特（ Van Deemter)方程
载气线速度
1.涡流扩散项 A A=2?dp 填充物的平均直径
填充不规则因子
2.分子扩散项 B/u(纵向扩散项）
3.传质阻力项 Cu
2 mBD??
组分在流动相中的扩散系数
弯曲因子
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固定相传质阻力系数
流动相传质阻力系数
在 GC中
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1
1
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系数 ?1和 ?2分别反映填料不均一性对溶质在
流动相和固定相中扩散的影响，又称为阻滞
因子和弯曲因子
液体固定相 固定相的液膜厚度
组分在固定相中的扩散系数
Van Deemter的 气液色谱板高方程
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范氏方程曲线（ H-u曲线）
在某一流速 （ 最佳线速度 ） 下
有一板高的极小值 （ 最小板
高 ）, 相应的柱效最高 。
LC的最小板高比 GC的 小 一个
数量级以上, 说明柱效 LC比
GC高得多, 由于 LC的最佳流
速很小, 若使用, 则分析时间
太长, 故实际使用的流速比最
佳流速高很多 。
对于一定长度的柱子，理论塔板数越大，板高越小，柱效
越高。
固定相粒度大小对板高的影响
粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小
? 反映柱效和选择性 ? 总分离效能指标
分 离 度
2 1 2 1
12
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1
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R=1.0时 A,B峰中互含 4%
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分离度与 n有关
增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降低
板高，提高柱效，才是提高分离度的好方法。
分离度与选择因子的关系
当 ?=1时,R=0，无法分离两组分
增大 ?，是改善分离度的有效手段
气相色谱主要通过选择合适的固定相和降低柱温
来增大 ?。 液相色谱通过改变固定相和流动相的
性质和组成, 可有效增大 ?。
对一个复杂混合物的分离条件的选择, 主要是提
高最难分离物质对的 ?值 。
分离度与容量因子 k的关系
对于 GC，增加固定液的用量或
提高柱温，选择合适的 k值。
对于 LC,改变流动相的组成,
有效的控制 k值 。
R正比于
1
k
k?
考虑分离度和分析时间，容量
因子一般控制在 2~10为宜。
样品量的影响
? 每一色谱柱的固定相, 都有一定的样品线性容量范围,
在该范围内, 进样量增加, 色谱峰高增加, 色谱峰区域
宽度和保留时间不变 。 若样品量超过线性容量范围, 进
样量增加, 容量因子 k下降 。
? 对于分析分离, 为获得必需的分离度, 一般进样量保持
在线性容量范围以下 。
? 色谱柱固定相的样品容量, 决定于固定相的性质和用量 。
色谱定性分析
? 利用已知纯物质对照定性
? 用经验规律和文献值进行定性分析
? 根据相对保留值定性
? 根据保留指数定性 ? Kováts指数
? 用双柱或多柱定性
? 与其他方法结合定性
GC-MS,GC-AES,GC-FTIR
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色谱峰面积的测量
对称形峰面积的测量 ? 峰高乘半峰宽法
1 21,0 6 5A h W? ? ?
不对称峰面积的测量 ? 峰高乘平均峰宽法
峰高 0.15倍处的峰宽 峰高 0.85倍处的峰宽
0.1 5 0.8 5
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自动积分仪法
剪纸称重法
定量校正因子
绝对校正因子
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相对校正因子
定量分析
? 归一化法 要求全部组分都出峰
? 外标法 分析条件和进样量必须重现
? 内标法 内标物是样品中不存在的组分，其保留时
间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完
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各种定量方法的比较
项 目 归一化法 内标法 外标法
计算公式 由工作曲线直接
查得
称重配样 不需要 需要 不需要
进样量 不需准确 不需准确 需准确
操作条件稳定性 一次分析过程中
条件需稳定
一次分析过程中
条件需稳定
全部过程中条件
需严格不变
对组分出峰的要
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校正因子 需全部组分的校
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不需要
使用检测器 通用型检测器 选择性检测器有
时不适用
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适用范围 多组分试样中各
组分含量的分析
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日常控制分析和
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