2010-5-21
第七章
色谱分析法
第一节
色谱法概述
一,色谱法的特点、分
类和作用
二、气相色谱分离过程
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第一节 色谱法概述
一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述
2.分类
3.特点
二、气相色谱分离过程
1.气相色谱分离过程
2.分配系数 K
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一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述
俄国植物学家茨维特在 1906年使用的装置：
色谱原型装置，如图。
? 色谱法是一种分离技术,
? 试样混合物的分离过程也就是试样中各组
分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的
分配过程。
? 其中的一相固定不动，称为 固定相 ；
? 另一相是携带试样混合物流过此固定相的
流体（气体或液体），称为 流动相 。
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色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时，
其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组
分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生
的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移
动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡
，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而
按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检
测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检
测。
? 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础
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2.色谱法分类
气相色谱, 流动相为气体 （ 称为载气 ） 。
按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；
按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
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液相色谱
液相色谱, 流动相为液体（也称为淋洗液）。
按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。
离子色谱, 液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固
定相，不同 pH值的水溶液为流动相。
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其他色谱方法
薄层色谱和纸色谱：
比较简单的色谱方法
凝胶色谱法,
超临界色谱,
高效毛细管电泳,
九十年代快速发展、
特别适合生物试样分析分
离的高效分析仪器。
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3.气相色谱法的特点
（ 1） 分离效率高,
复杂混合物, 有机同系物, 异构体 。 手性异构体 。
（ 2） 灵敏度高：
可以检测出 μ g.g-1(10-6)级甚至 ng.g-1(10-9)级的物质量,
（ 3） 分析速度快：
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析 。
（ 4） 应用范围广：
适用于沸点低于 400℃ 的各种有机或无机试样的分析 。
不足之处：
不适用于高沸点, 难挥发, 热不稳定物质的分析 。
被分离组分的定性较为困难 。
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二、气相色谱分离过程
气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的 。
填充柱色谱, 气固色谱和气液色谱, 两者的分离机理不同 。
气固色谱的固定相, 多孔性的固体吸附剂颗粒 。
固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同 。
气液色谱的固定相, 由 担体和固定液所组成 。
固定液对试样中各组分的溶解能力的不同 。
气固色谱的分离机理,
吸附与脱附的不断重复过程；
气液色谱的分离机理：
气液两相间的反复多次分配过程。
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气相色谱分离过程
?当试样由载气携带进入色谱
柱与固定相接触时, 被固定相
溶解或吸附 。
?随着载气的不断通入, 被溶
解或吸附的组分又从固定相中
挥发或脱附,
?挥发或脱附下的组分随着载
气向前移动时又再次被固定相
溶解或吸附 。
?随着载气的流动, 溶解, 挥
发, 或吸附, 脱附的过程反复
地进行 。
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分配系数 K
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、
挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间
分配达到平衡时的浓度（单位,g / mL） 比，称为分配系数，
用 K 表示，即：
组分在流动相中的浓度
组分在固定相中的浓度?K
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分配系数 K的讨论
?一定温度下，组分的分配系数 K越大，出峰越慢；
?试样一定时,K主要取决于固定相性质；
?每个组份在各种固定相上的分配系数 K不同；
?选择适宜的固定相可改善分离效果；
?试样中的各组分具有不同的 K值是分离的基础；
?某组分的 K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。
组分在流动相中的浓度
组分在固定相中的浓度?K
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第 七 章
色谱分析法
一、气相色谱仪及其流程
二,气相色谱固定相
三、气相色谱检测装置
1．检测器特性
2．热导检测器
3．氢火焰离子化检测器
4,电子捕获检测器
5,具有定性功能的检测器
（联用技术）
第二节
气相色谱装置
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气相色谱仪 1
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气相色谱仪 2
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气相色谱仪 3
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一、气相色谱流程
1-载气钢瓶； 2-减压阀；
3-净化干燥管； 4-针形阀；
5-流量计 ;6-压力表； 4-针
形阀； 5-流量计 ;6-压力表；
9-热导检测器； 10-放大器；
11-温度控制器； 12-记录仪；
1,载气系统,包括气源、净化干燥管和载气流速控制 ;
2,进样系统,进样器及气化室；
3,色谱柱,填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）；
4,检测器,可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见；
5,记录系统,放大器、记录仪或数据处理仪；
6,温度控制系统,柱室、气化室的温度控制。
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二,气相色谱固定相
1,气固色谱固定相
种类：
活性炭,有较大的比表面积, 吸附性较强 。
活性氧化铝,有较大的极性 。 适用于常温下 O2,N2,CO
,CH4,C2H6,C2H4等气体的相互分离 。 CO2能被活性氧化铝
强烈吸附而不能用这种固定相进行分析 。
硅胶,与活性氧化铝大致相同的分离性能, 除能分析上
述物质外, 还能分析 CO2,N2O,NO,NO2等, 且能够分离臭
氧 。
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气固色谱固定相
分子筛,
碱及碱土金属的硅铝酸盐 （ 沸石 ）, 多孔性 。 如 3A,4A
,5A,10X及 13X分子筛等 （ 孔径：埃 ） 。 常用 5A和 13X（ 常
温下分离 O2与 N2） 。 除了广泛用于 H2,O2,N2,CH4,CO等
的分离外, 还能够测定 He,Ne,Ar,NO,N2O等 。
高分子多孔微球 （ GDX系列 ）,
新型的有机合成固定相 （ 苯乙烯与二乙烯苯共聚 ） 。
型号,GDX-01,-02,-03等 。 适用于水, 气体及低级醇的
分析 。
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气固色谱固定相的特点
（ 1） 性能与制备和活化条件有很大关系；
（ 2） 同一种固定相, 不同厂家或不同活化条件
,分离效果差异较大；
（ 3） 种类有限, 能分离的对象不多；
（ 4） 使用方便 。
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2,气液色谱固定相
气液色谱固定相 [固定液 + 担体 （ 支持体 ） ],
? 固定液在常温下不一定为液体, 但在使用温度下一定呈
液体状态 。
? 固定液的种类繁多, 选择余地大, 应用范围不断扩大 。
担体：化学惰性的多孔性固体颗粒, 具有较大的比表面积 。
可以作为担体使用的物质应满足以下条件：
? 比表面积大, 孔径分布均匀；
? 化学惰性, 表面无吸附性或吸附性很弱, 与被分离组份
不起反应；
? 具有较高的热稳定性和机械强度, 不易破碎；
? 颗粒大小均匀, 适度 。 一般常用 60~80目, 80~100目 。
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担体（硅藻土）
红色担体,
孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。
适宜分离非极性或弱极性组分的试样。
缺点是表面存有活性吸附中心点。
白色担体,
煅烧前原料中加入了少量助溶剂 (碳酸钠 )。
颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较
差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。
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表 5-1填充柱气液色谱担体一览表
种类
担体名称 特点及用途 生产厂家
红色
硅藻土
担体
201 红色担体
301 釉化红色担体
6201 红色担体
适用于涂渍非极性固定液分析非极性物
质
由 201 釉化而成，性能介于红色与白色
硅藻土担体之间，适用于分析中等极性
物质
上海试剂厂
大连催化剂厂
硅
藻
土
类
白色
硅藻土
担体
101 白色担体
101 酸洗
101 硅烷化白色担体
102 白色担体
适用于涂渍极性固定液分析极性物质
催化吸附性小，减小色谱峰拖尾
上海试剂厂
非
硅
藻
土
类
高分子微球
玻璃微球
氟担体
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成
经酸碱处理，比表面积 0,02 m
2
/ g,可在
较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。
由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10,5 m
2
/
g
适宜分析强极性物质和腐蚀性物质
上海试剂厂
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固定液
固定液：高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。
(1)对 固定液的 要求
应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好
的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。
(2)选择的基本原则
,相似相溶,，选择与试样性质相近的固定相。
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(3)固定液分类方法
如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手
册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、
芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，
(4) 最高最低使用温度。高于最高使用温度易分解，温度低呈
固体；
(5) 混合固定相：对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液
或将两种甚至两种以上配合使用；
(6) 固定液的相对极性：规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极
性为零,β,β’— 氧二丙睛的相对极性为 100，
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固定液
名 称
商品牌号 使用温度
（最高）
℃
溶剂 相对
极性
麦氏
常数
总和
分析对象
（参考）
1, 角鲨烷
（异三十烷）
SQ 150 乙醚 0 0 烃类及非极性化合物
2,阿皮松 L A P L 300 苯 — 143 非极性和弱极性各类高
沸点有机化合物
3,硅油 O V - 101 350 丙酮 +1 229 各类高沸点弱极性有机
化合物，如芳烃
4, 苯基 10%
甲基聚硅氧烷
O V - 3 350 甲苯 +1 423
5, 苯基 （ 20% ）
甲基聚硅氧烷
O V - 7 350 甲苯 +2 592
6, 苯基 （ 50% ）
甲基 聚硅氧烷
O V - 17 300 甲苯 +2 827
7, 苯基 （ 60% ）甲基
聚硅氧烷
O V - 22 350 甲苯 +2 1075
8, 邻苯二甲酸
二壬酯
DNP 130 乙醚 +2
9, 三氟丙基甲基
聚硅氧烷
O V - 210 250 氯仿 +2 1500
10, 氰丙基 （ 25% ）
苯基 （ 25% ）
甲基聚硅氧烷
O V - 225 250 +3 1813
11,聚乙二醇 P E G 20M 250 乙醇 氢键 2308 醇、醛酮、脂肪酸、酯
等极性化合物
12, 丁二酸二乙
二醇聚酯
D E G S 225 氯仿 氢键 3430
表 8-2 优选固定液
麦氏常数,x’,y’、
z’,u’,s’表示, 分别
代表了极性分子间存
在着的静电力 （ 偶极
定向力 ） ；极性与非
极性分子间存在着的
诱导力；非极性分子
间的色散力；氢键等
。 也可以用五个数的
总和来表示固定相的
极性大小, 如,β，
β’— 氧二丙睛五个常
数的总和为 4427,是
强极性固定相 。
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三、气相色谱检测装置
色谱仪的关键部件之一, 种类较多, 原理和结构各异 。
有的具有广普性, 如热导检测器；有的具有高选择性, 仅对
某类物质有高响应 。
1,检测器特性
浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化, 检测
信号值与组分的浓度成正比 。
质量型检测器：
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化, 即检测
信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比 。
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检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度） S,
在一定范围内, 信号 E与进入检测器的物质质量 m呈线
性关系：
E = S m
S = E / m
单位,mＶ /（ mg / cm3） ； （ 浓度型检测器 ）
mＶ /（ mg / s） ； （ 质量型检测器 ）
S 表示单位质量的物质通过检测器时, 产生的响应信
号的大小 。 S值越大, 检测器 （ 也即色谱仪 ） 的灵敏度也就
越高 。 检测信号通常显示为色谱峰, 则响应值也可以由色
谱峰面积 （ A） 除以试样质量求得：
S = A / m
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最低检测限（最小检测量）,
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来, 则组分的响
应值就一定要高于 N。 检测器响应值为 2倍噪声水平时的试样浓度 （ 或质量
）, 被定义为最低检测限 （ 或该物质的最小检测量 ） 。
线性度与线性范围,
检测器的线性度定义为：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间
呈比例的状况 。 而检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时, 被测
物质的最大浓度 （ 或质量 ） 与最低浓度 （ 或质量 ） 之比 。
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2．热导检测器
（ 1） 热导检测器的结构
池体, 一般用不锈钢制成。
热敏元件, 电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工
的钨丝制成。
参考臂,仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。
测量臂, 需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧
靠近分离柱出口处。
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（ 2）检测原理
平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
? 钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：
R参 =R测 ; R1=R2 则,R参 ·R2=R测 ·R1
无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。
? 进样后，载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流
过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，
测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差,R参 ≠R测
则,R参 ·R2≠R测 ·R1
? 这时电桥失去平衡,a,b两端存在着电位差，有电压信
号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随
时间变化的峰状图形。
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（ 3）影响 热导检测器灵敏度的因素
① 桥路电流 I, I?,钨丝的温度 ?, 钨丝与池体之间的温
差 ?,有利于热传导, 检测器灵敏度提高 。 检测器的响应值 S
∝ I3,但稳定性下降, 基线不稳 。 桥路电流太高时, 还可能
造成钨丝烧坏 。
② 池体温度, 池体温度与钨丝温度相差越大, 越有利于热
传导, 检测器的灵敏度也就越高, 但池体温度不能低于分离
柱温度, 以防止试样组分在检测器中冷凝 。
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表 7-3 某些气体与蒸气的热导系数 (λ),单位,J / cm·℃ ·s
③载气种类, 载气与试样的热导系数相差越大，在检测器
两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载
气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，
则检测灵敏度进一步提高。氦气也具有较大的热导系数，但
价格较高。
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3,氢火焰离子化检测器
（ 1） 特点
（ FID,hydrogen flame ionization detector）
a,典型的质量型检测器,
b,对有机化合物具有很高的灵敏度,
c,无机气体, 水, 四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏
度低或不响应 。
d,氢焰检测器结构简单, 稳定性好, 灵敏度高, 响应迅速
等特点 。
e,比热导检测器的灵敏度高出近 3个数量级, 检测下限可达
10-12g·g-1。
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(2) 氢焰检测器的结构
a,在发射极和收集极之间加
有一定的直流电压（ 100— 300V）
构成一个外加电场。
b,氢焰检测器需要用到三种
气体：
N2,载气携带试样组分；
H2,为燃气；
空气：助燃气。
使用时需要调整三者的比例
关系，检测器灵敏度达到最佳。
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(3) 氢焰检测器的原理
a,当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入
火焰时, 在 C层发生裂解反应产生自由基,
CnHm ──→ ·CH
b,产生的自由基在 D层火焰中与外面扩散进
来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：
·CH + O ──→CHO+ + e
c,生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子
碰撞而发生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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氢焰检测器的原理
d,化学电离产生的正离子和电子在外加恒
定直流电场的作用下分别向两极 定向 运动而
产生微电流 （ 约 10-6～ 10-14A） ；
e,在一定范围内, 微电流的大小与进入离
子室的被测组分质量成正比, 所以 氢焰检测
器是质量型检测器；
f,组分在氢焰中的电离效率很低，大约五
十万分之一的碳原子被电离；
g,离子电流信号输出到记录仪，得到峰面
积与组分质量成正比的色谱流出曲线。
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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（ 4）影响氢焰检测器灵敏度的因素
① 各种气体流速和配比的选择：
N2流速的选择主要考虑分离效能,
N2 ? H2 = 1 ? 1～ 1 ? 1.5
氢气 ? 空气 =1 ? 10。
② 极化电压
正常极化电压选择在 100～ 300V范围内 。
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4.电子捕获检测器
? 高选择性检测器，
? 仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏
度，检测下限 10-14 g /mL，
? 对大多数烃类没有响应。
? 较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。
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5.具有定性功能的检测器（联用技术）
色谱 -质谱；色谱 -红外等 。
质谱作为色谱的检测器使用需要解决 四个问题,
（ 1） 色谱柱出口压力与质谱仪高真空之间的匹配；
（ 2） 试样组分与载气的分离；
（ 3） 质谱对色谱流出峰的快速测定 （ 电子计算机解
决 ） ；
（ 4） 质谱仪的小型化 （ 小型化的质量分析器 ） 。
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质谱作为色谱检测器所存在 问题 的 解决：
第一和第二个问题的解决：
采用分子分离器；
分子分离器类型：
微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。
喷射式分子分离器：
由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示
。可做成多级。
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第 七 章
色谱分析法
第三节
色谱理论基础
一, 气相色谱流出
曲线
二, 容量因子与分
配系数
三, 塔板理论
四, 速率理论
五, 分离度
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一,气相色谱流出曲线
1.基线
无试样通过检测器时,
检测到的信号即为基线 。
2.保留值
（ 1）时间表示的保留值
保留时间（ tR）,组分从进样到柱后出现浓度极
大值时所需的时间
死时间（ tM）,不与固定相作用的气体（如空气
）的保留时间。
调整保留时间（ tR＇）,tR＇ = tR－ tM
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（ 2）用体积表示的保留值
保留体积 （ VR）, VR = tR× F0
（ F0为色谱柱出口处的载气流量，
单位,m L / min。）
死体积（ VM）,VM = tM × F0
调整保留体积（ VR＇）,V R＇ = VR － VM
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3,相对保留值 r21
组分 2与组分 1调整保留值之比：
r21 = t’R2 / t’R1= V’R2 / V’ R1
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,
与其他色谱操作条件无关, 它表示了固定相
对这两种组分的选择性 。
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4,区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参数,
有三种表示方法：
（ 1） 标准偏差 (?)：
即 0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 。
（ 2） 半峰宽 (Y1/2)：
色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354?
（ 3） 峰底宽 (Wb)：
Wb=4 ?
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二、容量因子与分配系数
分配系数 K,组分在两相间的浓度比；
容量因子 k,平衡时，组分在各相中总的质量比；
k =MS / Mm
MS为组分在固定相中的质量, Mm为组分在流动相中的质量 。
容量因子 k与分配系数 K的关系为：
式中 β为相比 。
填充柱相比,6～ 35；
毛细管柱的相比,50～ 1500
M
R
M
MR
t
t
t
ttk '???
?
K
V
V
c
c
V
V
M
V
V
M
M
M
k
m
S
m
s
m
m
S
S
S
S
m
S ?????
容量因子越大, 保留时间越长 。
可由保留时间计算出容量因子, 两者有以下关系：
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三、塔板理论 -柱分离效能指标
色谱柱长,L，
虚拟的塔板间距离,H，
色谱柱的理论塔板数,n，
则三者的关系为：
n = L / H
理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
22
21
16545 )()(.
/ b
RR
W
t
Y
tn ??
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有效塔板数和有效塔板高度
? 单位柱长的塔板数越多, 表明柱效越高 。
? 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数 。
? 组分在 tM时间内不参与柱内分配 。 需引入有效塔
板数和有效塔板高度：
22
21
16545 )()(.
/ b
RR
W
t
Y
tn ??
有效
有效
有效
n
L
H
W
t
Y
t
n
b
RR
?
??
2
'
2
2/1
'
)(16)(54.5
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塔板理论的特点和不足：
(1)当色谱柱长度一定时, 塔板数 n 越大 (塔板高度 H
越小 ),被测组分在柱内被分配的次数越多, 柱效能则越高
,所得色谱峰越窄 。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同, 用有效
塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时, 应指明
测定物质 。
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果, 当两组
分的分配系数 K 相同时, 无论该色谱柱的塔板数多大, 都
无法分离 。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下
柱效不同的实验结果, 也无法指出影响柱效的因素及提高
柱效的途径 。
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四,速率理论 -影响柱效的因素
速率方程 （ 也称范,弟姆特方程式 ）,
H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度, u：载气的线速度 (cm/s)
减小 A,B,C三项可提高柱效；
存在着最佳流速；
A,B,C三项各与哪些因素有关？
2010-5-21
1,涡流扩散项－ A
A = 2λdp
dp,固定相的平均颗粒直径
λ,固定相的填充不均匀因子
固定相颗粒越小 dp↓,填充的越均匀, A↓,H↓,柱效
n↑。 表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻, 色谱
峰较窄 。
2010-5-21
2,分子扩散项 — B
B = 2 νDg
? ν, 弯曲因子, 填充柱色谱, ν<1。
? Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数 （ cm2·s -1） 。 由于
柱中存在着浓度差, 产生纵向扩散：
a,扩散导致色谱峰变宽, H↑(n↓),分离变差 。
b,分子扩散项与流速有关, 流速 ↓,滞留时间 ↑,扩散 ↑，
c,扩散系数,Dg∝ （ M载气 ） -1/2； M载气 ↑,B值 ↓
2010-5-21
3.传质阻力项 — C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。
传质阻力包括气相传质阻力 Cg和液相传质阻力 CL，液相传
质阻力大于气相传质阻力。
即：
C =（ Cg + CL）
L
f
L D
dC 2?
2010-5-21
4,载气流速与柱效 -最佳流速
载气流速高时：
传质阻力项是影响柱效的主
要因素, 随着流速的提高, 柱效下
降,右图曲线的右边 。
载气流速低时：
H - u曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影
响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对
流速的一阶导数有一极小值。
以塔板高度 H对应载气流速 u作图，曲线最低点的流速即
为最佳流速。
分子扩散项成为影响柱效的主要因素, 随着流速的增加
,柱效提高, 右图曲线的坐边 。
2010-5-21
5,速率理论的要点
(1) 被分离组分分子在色谱柱内运行的 多路径, 浓度梯度
所造成的 分子扩散 及 传质阻力 使气液两相间的 分配平衡不能
瞬间达到 等因素是造成 色谱峰扩展, 柱效下降 的主要原因 。
(2) 通过选择适当的固定相粒度, 载气种类, 液膜厚度及
载气流速可提高柱效 。
(3) 速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指
导 。 阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响 。
(4) 各种因素相互制约, 如载气流速增大, 分子扩散项的
影响减小, 使柱效提高, 但同时 传质阻力项的影响增大, 又
使柱效下降；柱温升高, 有利于传质, 但又加剧了分子扩散
的影响, 选择最佳条件, 才能使柱效达到最高 。
2010-5-21
五,分离度
塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分
离程度 。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。
难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综
合影响：保留值之差 ── 色谱过程的热力学因素；
区域宽度 ── 色谱过程的 动力学 因素 。
色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高,△ K (分配系数 )
较大,完全分离；
② △ K 不是很大，柱效较高，
峰较窄，基本上完全分离；
③柱效较低，,△ K 较大,但
分离的不好；
④ △ K 小,柱效低，分离效
果更差。
2010-5-21
分离度的表达式：
R =0.8：两峰的分离程度可达 89%；
R =1.0：分离程度 98%；
R =1.5：达 99.7%（ 相邻两峰完全分离的标准 ） 。
)(.
)(
)(
)(/)(/
)()(
)()(
)()(
121221
12
12
12
6 991
2
2
YY
tt
WW
tt
R
RR
bb
RR
?
?
?
?
?
?
2010-5-21
令 Wb(2)=Wb(1)=Wb（ 相邻两峰的峰底宽近似相等 ）,引
入相对保留值和塔板数，可导出下式：
16
11
12
21
2121
12
12
2
12
11212
有效
n
r
r
W
t
tt
r
W
ttt
W
tt
WW
tt
R
b
bbbb
RR
R
RR
RRRRR
)()(
)()(
'
''
'''''
)()(
)()(
)(
)()(
)()()()()(
?
??
?
?
??
?
?
?
?
?
?
有效
有效
H
r
r
RL
r
r
Rn
?
?
?
?
?
2
21
212
2
21
212
1
16
1
16
)(
)(
2010-5-21
例题 1：
在一定条件下, 两个组分的调整保留时间分别为 85秒和
100秒, 要达到完全分离, 即 R=1.5 。 计算需要多少块有效
塔板 。 若填充柱的塔板高度为 0.1 cm,柱长是多少？
解,r21= 100 / 85 = 1.18
n有效 = 16R2 [r21 / (r21 — 1) ]2
= 16× 1.52 × (1.18 / 0.18 ) 2
= 1547（ 块 ）
L有效 = n有效 ·H有效
= 1547× 0.1 = 155 cm
即柱长为 1.55米时, 两组
分可以得到完全分离 。
2010-5-21
例题 2：
在一定条件下, 两个组分的保留时间分别为 12.2s和
12.8s,计算分离度 。 要达到完全分离, 即 R=1.5, 所需要的
柱长 。
解：
8 5 3 3.0
3 6 0 0
8.124
4
8 1 3 3.0
3 6 0 0
2.124
4
2
2
1
1
?
?
??
?
?
??
n
t
W
n
t
W
R
b
R
b
分离度,72.0
8 1 3 3.08 5 3 3.0
)2.128.12(2 ?
?
???R
mLRRL 34.4172.0 5.1
2
1
2
1
2
2 ????
??
?
???
???
?
???
??
塔板数增加一倍，分离度增加多少？
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一,色谱柱及使
用条件的选择
二,载气种类和流
速的选择
三,其它操作条件
的选择
第四节
色谱分离操作条
件的选择
2010-5-21
一,色谱柱及使用条件的选择
1,固定相的选择
气－液色谱, 应根据, 相似相溶, 的原则
① 分离非极性组分时, 通常选用非极性固定相 。 各组分
按沸点顺序出峰, 低沸点组分先出峰 。
② 分离极性组分时, 一般选用极性固定液 。 各组分按
极性大小顺序流出色谱柱, 极性小的先出峰 。
③ 分离非极性和极性的 （ 或易被极化的 ） 混合物, 一般
选用极性固定液 。 此时, 非极性组分先出峰, 极性的 （ 或
易被极化的 ） 组分后出峰 。
2010-5-21
④ 醇, 胺, 水等强极性和能形成氢键的化合物的分
离, 通常选择极性或氢键性的固定液 。
⑤ 组成复杂, 较难分离的试样, 通常使用特殊固定
液, 或混合固定相 。
2010-5-21
2,固定液配比（涂渍量）的选择
配比,固定液在担体上的涂渍量, 一般指的是固定液与
担体的百分比, 配比通常在 5%～ 25%之间 。
配比越低, 担体上形成的液膜越薄, 传质阻力越小, 柱
效越高, 分析速度也越快 。
配比较低时, 固定相的负载量低, 允许的进样量较小 。
分析工作中通常倾向于使用较低的配比 。
2010-5-21
3.柱长和柱内径的选择
增加柱长对提高分离度有利 （ 分离度 R正比于柱长 L2）
,但组分的保留时间 tR↑, 且柱阻力 ↑,不便操作 。
? 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下, 尽可能
选用较短的柱, 有利于缩短分析时间 。
? 填充色谱柱的柱长通常为 1~3米, 内径 3~4厘米 。
2010-5-21
4.柱温的确定
? (1) 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该
温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以
固体形式存在）范围之内。
? (2) 柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温 ↑,
被测组分的挥发度 ↑,即被测组分在气相中的浓度 ↑, K↓,
tR↓,低沸点组份峰易产生重叠。
? (3) 柱温 ↓,分离度 ↑,分析时间 ↑ 。对于难分离物质
对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不
可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同
时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，
两峰的交叠更为严重。
2010-5-21
柱温的确定
? (4)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。
? (5)组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。
程
序
升
温
2010-5-21
二,载气种类和流速的选择
1,载气种类的选择
载气种类的选择应考虑 三个方面,载气对柱效的影响、
检测器要求及载气性质。
(1)载气摩尔质量大, 可抑制试样的纵向扩散, 提高柱效 。
(2)载气流速较大时, 传质阻力项起主要作用, 采用较小摩
尔质量的载气 （ 如 H2,He）, 可减小传质阻力, 提高柱效
。
(3)热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检
测灵敏度 。 在氢焰检测器中, 氮气仍是首选目标 。
(4)在载气选择时, 还应综合考虑载气的安全性, 经济性及
来源是否广泛等因素 。
2010-5-21
2,载气流速的选择
作图求最佳流速 。
实际流速稍大于最佳流速, 缩短时间 。
2010-5-21
三,其它操作条件的选择
1.进样方式和进样量的选择
? 液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有 1μL，
5μL,10μL等。
?进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范
围之内。进样要求动作快、时间短。
?气体试样应采气体进样阀进样。
2010-5-21
2.气化温度的选择
? 色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在
此瞬间气化 ;
? 气化温度一般较柱温高 30~70℃
? 防止气化温度太高造成试样分解。
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、色谱定性鉴定方法
二、色谱定量分析方法
第五节
色谱定性、定量
分析方法
2010-5-21
一,色谱定性鉴定方法
1.利用纯物质定性的方法
利用保留值定性, 通过对比试样中具有与纯物质相同
保留值的色谱峰, 来确定试样中是否含有该物质及在色谱
图中位置 。 不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比 。
利用加入法定性, 将纯物质加入到试样中, 观察各组
分色谱峰的相对变化 。
2.利用文献保留值定性
相对保留值 r21,相对保留值 r21仅与柱温和固定液性质
有关 。 在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保
留数据, 可以用来进行定性鉴定 。
2010-5-21
3.保留指数
又称 Kovats指数 （ Ⅰ ）, 是一种重现性较好的定性参数 。
测定方法：
? 将正构烷烃作为标准, 规定其保留指数为分子中碳原子
个数乘以 100（ 如正己烷的保留指数为 600） 。
? 其它物质的保留指数 （ IX） 是通过选定两个相邻的正构
烷烃, 其分别具有 Z和 Z＋ 1个碳原子 。 被测物质 X的调整保留
时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：
2010-5-21
保留指数计算方法
)
lglg
lglg
(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
Z
tt
tt
I
ttt
ZRZR
ZRXR
X
ZRXRZR
?
?
?
?
??
?
?
1
1
1 0 0
2010-5-21
3.与其他分析仪器联用的定性方法
小型化的台式色质谱联用仪（ GC-MS； LC-MS）
色谱 -红外光谱仪联用仪；
组分的结构鉴定
Sample
Sample
5890
1.0
DEG/MI
N
HEWLETT
PACKARD
HEWLET
TPACKAR
D
5972A M ass Selectiv
e Detector
D C B
A
A
B
C
D
Gas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer (MS)
Separation Identification
B
A C D
2010-5-21
二,色谱定量分析方法
1,峰面积的测量
（ 1） 峰高 （ h） 乘半峰宽 （ Y 1/2） 法,近似将色谱峰当作等
腰三角形 。 此法算出的面积是实际峰面积的 0.94倍：
A = 1.064 h·Y1/2
（ 2） 峰高乘平均峰宽法,当峰形不对称时, 可在峰高 0.15
和 0.85处分别测定峰宽, 由下式计算峰面积：
A = h·（ Y 0.15 + Y 0.85 ） / 2
（ 3） 峰高乘保留时间法,在一定操作条件下, 同系物的半
峰宽与保留时间成正比, 对于难于测量半峰宽的窄峰, 重叠
峰 （ 未完全重叠 ）, 可用此法测定峰面积：
A = h·b·tR
（ 4） 自动积分和微机处理法
2010-5-21
2,定量校正因子
?试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比, 即：
m i = fi ·Ai
?绝对校正因子,比例系数 f i, 单位面积对应的物质量：
f i =m i / Ai
? 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：
f i = 1 / Si
? 相对校正因子 f ’i,即组分的绝对校正因子与标准物质的绝
对校正因子之比 。
? 当 mi,mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对
摩尔校正因子（ f ’M）,用表示；当 mi,mS用质量单位时,以
（ f ’W）,表示。
i
s
s
i
ss
ii
s
i
i A
A
m
m
Am
Am
f
ff ????
/
/'
2010-5-21
3,常用的几种定量方法
（ 1） 归一化法：
特点及要求：
?归一化法简便、准确；
?进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；
?仅适用于试样中所有组分全出峰的情况 。
100100
1
21
?
?
?
??
???
?
?
?
n
i
ii
ii
n
i
i
Af
Af
mmm
m
c
)(
%
'
'
?
2010-5-21
（ 2） 外标法
外标法也称为标准曲线法。
特点及要求：
?外标法不使用校正因子，准确性较高,
?操作条件变化对结果准确性影响较大。
?对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的
快速分析。
2010-5-21
（ 3）内标法
内标物要满足以下要求：
（ 1） 试样中不含有该物质；
（ 2） 与被测组分性质比较接近；
（ 3） 不与试样发生化学反应；
（ 4） 出峰位置应位于被测组分附近, 且无组分峰影响 。
试样配制,准确称取一定量的试样 W,加入一定量内标物 mS
计算式：
Ss
iisi
Ss
ii
s
i
Af
Afmm
Af
Af
m
m
'
'
'
'; ??
100100100% '
''
'
???????
Ss
iisSs
ii
s
i
i Af
Af
W
m
W
Af
Afm
W
m
c
2010-5-21
内标法特点
(1) 内标法的准确性较高, 操作条件和进样量的稍许变
动对定量结果的影响不大 。
(2) 每个试样的分析, 都要进行两次称量, 不适合大批
量试样的快速分析 。
(3)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定,
则：
常数??
S
i
i A
Ac %
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、毛细管色谱的特点
二,结构流程及操作条件
的优化
三,分流比调节
第六节
毛细管色谱法
2010-5-21
一、毛细管色谱的特点
1,毛细管色谱分离能力提高的途径
(1) 由塔板理论：增加柱长减小柱径, 即增加柱子塔板数；
(2) 由速率理论：减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力,
也即降低塔板高度 。
2010-5-21
2,毛细管色谱柱的结构特点
（ 1） 不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径
0.2mm。
（ 2）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散。
（ 3）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂层很薄，
则气相和液相传质阻力大大降低。
（ 4）毛细管色谱柱柱效高达每米 3000～ 4000块理论塔板，一
支长度 100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达 104～ 106。
2010-5-21
3,毛细管色谱具有的优点
（ 1）分离效率高：比填充柱高 10～ 100倍；
（ 2）分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度
（ 3）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；
（ 4）灵敏度高，一般采用氢焰检测器。
（ 5）涡流扩散为零。
2010-5-21
4,毛细管色谱的 种类与制备方法
毛细管柱按其制备方法可分为以下几种：
? 涂壁开管柱 （ wall coated open tubular,WCOT柱）：
将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制
备的重现性差、寿命短。
?多孔层开管柱 （ porous layer open tubular,PLOT
柱）：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛
细管气固色谱。
?载体涂渍开管柱 （ support coated open tubular，
SCOT柱）：将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固
定液。柱效较 WCOT柱高。
?化学键合或交联柱,将固定液通过化学反应键合在管壁
上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。
2010-5-21
二,结构流程
具有分流和尾吹装置
2010-5-21
三,分流比调节
毛细管柱内径很细，因而带来三个问题：
（ 1）允许通过的载气流量很小。
（ 2）柱容量很小，允许的进样量小。需采用分流技术，
（ 3）分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方
法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。
分流比：放空的试样量
与进入毛细管柱的试样
量之比。一般在 50,1
到 500,1之间调节。
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一,高效液相色谱法
的特点
二、流程及主要部件
三,影响分离的因素
四,高效液相色谱法
的主要分离类型第七节高效液相色谱法
2010-5-21
液相色谱仪（ 1）
2010-5-21
液相色谱仪（ 2）
2010-5-21
液相色谱仪（ 3）
2010-5-21
液相色谱仪（ 4）
2010-5-21
一,高效液相色谱法的特点
特点：高压、高效、高速
高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。
2010-5-21
二、流程及主要部件
1.流程
2010-5-21
2.主要部件
(1) 高压输液泵
?主要部件之一, 压力,150～ 350× 105 Pa。
?为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相 （ <10μm）, 液
体的流动相高速通过时, 将产生很高的压力, 因此高压, 高
速是高效液相色谱的特点之一 。
?应具有压力平稳, 脉冲小, 流量稳定可调, 耐腐蚀等特性
2010-5-21
(2) 梯度淋洗装置
外梯度,
利用两台高压输液泵，
将两种不同极性的溶剂按一
定的比例送入梯度混合室，
混合后进入色谱柱。
内梯度,
一台高压泵,通过比例
调节阀,将两种或多种不同
极性的溶剂按一定的比例抽
入高压泵中混合。
2010-5-21
(3) 进样装置
流路中为高压力工作状态，
通常使用耐高压的六通阀进样装置，
其结构如图所示：
2010-5-21
(4) 高效分离柱
柱体为直型不锈钢管，内径 1～ 6 mm,柱长 5～ 40 cm。
发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效。
2010-5-21
(5) 高效液相色谱检测器
紫外光度检测器（ UV）,最小检测量 10-9g·mL-1,对流
量和温度的波动不敏感，可用于梯度洗脱。
最常用的检测器。
2010-5-21
光电二极管阵列检测器
光电二极管阵列检测器,1024个二极管阵列, 各检测特
定波长, 计算机快速处理, 三维立体谱图, 如图所示 。
2010-5-21
三,影响分离的因素
在高效液相色谱中,速率方程中的分子扩散项 B/U较小,
可以忽略不计, 而只有两项, 即：
H = A + C u
故液相色谱 H-u曲线与气相色谱的形状不同, 如图所示：
影响分离的主要因素有流动相的流量、性质和极性。
2010-5-21
1,影响分离的因素 —— 流速
流速大于 0.5 cm/s时,
H～ u曲线是一段斜率不大的直
线。降低流速，柱效提高不是
很大。但在实际操作中，流量
仍是一个调整分离度和出峰时
间的重要可选择参数。
2010-5-21
2,固定相及分离柱
气相色谱中的固定液原则上都可以用于液相色谱，其
选用原则与气相色谱一样。
选择合适的固定相，降低填料粒度可显著提高柱效，
但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常
高的工作，一般很少自行制备。
选择短柱、细内径提高分析速度；
研制高效柱填料是一活跃领域。
2010-5-21
3,流动相及流动相的极性
（ 1） 可显著改变组分分离状况的流动相选择在液相色谱
中显得特别重要 。 液相色谱的流动相又称为：淋洗液, 洗脱
剂 。
（ 2） 亲水性固定液常采用疏水性流动相, 即流动相的极
性小于固定相的极性, 称为正相液液色谱法, 极性柱也称正
相柱 。
（ 3） 若流动相的极性大于固定液的极性, 则称为反相液
液色谱, 非极性柱也称为反相柱 。 组分在两种类型分离柱上
的出峰顺序相反 。
2010-5-21
流动相组成
流动相按组成不同可分为单组分和多组分；
按极性可分为极性, 弱极性, 非极性；
按使用方式有固定组成淋洗和梯度淋洗 。
常用溶剂,
己烷, 四氯化碳, 甲苯, 乙酸乙酯, 乙醇, 乙腈, 水 。
采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相
的极性或增加选择性, 以改进分离或调整出峰时间 。
2010-5-21
选择流动相时应注意的几个问题：
（ 1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累
积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。
（ 2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏
柱子。如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定
相等。
（ 3）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉
淀并在柱中沉积。
（ 4）流动相同时还应满足检测器的要求。当使用紫外
检测器时，流动相不应有紫外吸收。
2010-5-21
四,高效液相色谱法的主要分离类型
1,吸附色谱 （ 液 -固吸附色谱 ）
以固体吸附剂为固定相, 如硅胶, 氧化铝等, 较常使
用的是 5～ 10μm的硅胶吸附剂 。 流动相可以是各种不同极
性的一元或多元溶剂 。
2,分配色谱 （ 液 -液分配色谱 ）
早期通过在担体上涂渍一薄层固定液制备固定相,现多为
化学键合固定相, 即用化学反应的方法通过化学键将固定
液结合在担体表面 。
2010-5-21
3,离子交换色谱
固定相为离子交换树脂, 流动相为无机酸或无机碱
的水溶液 。 各种离子根据它们与树脂上的交换基团的交
换能力的不同而得到分离 。
4,凝胶色谱 （ 空间排阻色谱 ）
以凝胶为固定相 。 凝胶是一种经过交联的, 具有立
体网状结构和不同孔径的多聚体的通称 。 如葡聚糖凝胶
,琼脂糖等软质凝胶；多孔硅胶, 聚苯乙烯凝胶等硬质
凝胶；
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、离子色谱法原理
二、离子色谱连续抑
制装置
三、离子色谱的应用
第八节
离子色谱法
2010-5-21
离子色谱仪
2010-5-21
一、离子色谱法原理
(Ion Chromatography,简称 IC)
以无机、特别是无机阴离子混合物为主要分析对象,在
七十年代出现、八十年代迅速发展。
传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：
?(1) 需要高浓度淋洗液洗脱且洗脱时间很长；
?(2) 洗脱后的组分缺乏灵敏, 快速的再线检测方法 。
2010-5-21
离子色谱法原理
?采用交换容量非常低的特制离子交换树脂为固定相；
?细颗粒柱填料, 高柱效；采用高压输液泵；
?低浓度淋洗液；
?在分离柱后, 用另外一支抑制柱来消除淋洗液的高本
底电导；
?采用电导检测器检测流出组分 。 快速分离分析微量无
机离子混合物；
?各种抑制装置及无抑制方法的出现, 发展迅速 。
2010-5-21
离子色谱具有以下优点：
（ 1）分析速度快
可在数分钟内完成一
个试样的分析；
（ 2） 分离能力高
在适宜的条件下, 可使
常见的各种阴离子混合物
分离；例：使用双柱法,
在十几分钟内, 可使七种
阴离子完全分离 。
（ 3）分离混合阴离子的最有效方法
（ 4）仪器流路采用全塑件，玻璃柱，耐腐蚀
2010-5-21
二、离子色谱装置类型
抑制型：抑制柱型, 连续抑制型
分离柱中离子交换树脂的交换容量通常在 0.01～ 0.05
毫摩尔 /克干树脂 。
非抑制型, 当进一步降低分离柱中树脂的交换容量
(0.007～ 0.07毫摩尔 /克干树脂 ),使用低浓度、低电离度
的有机弱酸及弱酸盐作淋洗液，如苯甲酸、苯甲酸盐等。
检测器可直接与分离柱相连，不需抑制柱。
2010-5-21
离子色谱连续抑制装置图
2010-5-21
三、离子色谱的应用
阴离子分析,
双柱；薄壳型阴离子交换树脂分离柱 (3× 250mm),
流动相,0.003mol·L-1 NaHCO3 / 0.0024 mol·L-1 Na2CO3，
流量 138 mL/hr。
七种阴离子在 20分钟内基本上得到完全分离, 各组分
含量在 3～ 50 ppm。
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、高效毛细管电泳
基本原理
二、仪器装置
三、影响柱效的因素
及改进方法
四、主要特点和应用
第九节
高效毛细管电泳
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 1）
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 2）
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 3）
2010-5-21
一、高效毛细管电泳基本原理
在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的
作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移
的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不
同，迁移速率不同可实现分离。
1.经典电泳分离法的不足
所用分离柱的柱径大，柱
较短，分离效率不高（远低于
HPLC）,温度影响大 。
高效毛细管电泳在技术上
采取了两项重要改进。
2010-5-21
2.高效毛细管电泳技术上的重要突破
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：
一是采用了 0.05mm内径的毛细管,；
二是采用了高达数千伏的电压 。
? 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发, 大大减小
了温度效应, 使电场电压可以很高 。
? 电压升高, 电场推动力大, 又可进一步使柱径变小,
柱长增加,
? 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱, 理论塔
板数高达几十万块 /米, 特殊柱子可以达到数百万 。
2010-5-21
3.电泳现象与电渗流现象
电泳现象, 带电离子在电场作用下的迁移，速度 ν 电泳
电渗流现象, 玻璃表面存在硅羟基,pH>3时,形成双电
层，在高电场的作用下引起柱中的溶液整体向负极移动，速
度 ν 电渗流 。
2010-5-21
4,分离过程
? 电场作用下,
柱中出现：电泳
现象和电渗流现
象 。
? 带电粒子的迁移速度 =电泳和电渗流两种速度的矢量和 。
? 正离子：两种效应的运动方向一致, 在负极最先流出；
? 中性粒子无电泳现象, 受电渗流影响, 在阳离子后流出；
? 阴离子：两种效应的运动方向相反, ν 电渗流 >ν 电泳 时,阴
离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中
性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被
相互分离 。
2010-5-21
5.分离类型
八种分离类型
(1) 毛细管区带电泳（ CZE）
最普遍、最基本的一种分离
模式。
(2) 毛细管凝胶电泳（ CGE）
将聚丙烯酰胺在毛细管柱内交联生成凝胶。其具有
多孔性，类似分子筛的作用，试样分子按大小分离。能
够有效减小组分扩散，所得峰型尖锐，分离效率高。可
分离测定蛋白质,DNA等。
2010-5-21
(3) 毛细管胶束电动色谱（ MECC）
在缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，形成一疏水内核、外部
带负电的胶束。在电场力的作用下，胶束在柱中移动。由于电泳流
和电渗流的方向相反，且 ν 电渗流 > ν 电泳,则带负电的胶束以较
慢的速度向负极方向移动，中性试样分子在胶束相和溶液（水相）
两相间分配，疏水性强的组分与胶束结合的较牢，流出时间长。可
用来分离中性物质，扩展了高效毛细管电泳的应用范围 。
2010-5-21
二、仪器装置
? 电压,0～ 30KV。
? 分离柱不涂敷任何固定液,
? 紫外或激光诱导荧光检测器
（ 可检测到,10-19～ 10-21 mol/L）
2010-5-21
三、影响柱效的因素及改进方法
热效应, 焦耳热仍是影响柱效的主要因素。采用外部冷却
的方法散热，择合适的电压和电解质也是提高柱效的有效
途径。选择合适的电解质降低电阻，电流低于 200微安，一
般几十微安。
电渗流控制, 电渗流的
大小和方向依赖于毛细
管壁与溶液间电势的极
性和大小。
使用添加剂可以改变电渗流的大小和方向，如添加
NaCl和甲醇可降低电渗流；加入乙腈则可以增大电渗
流。加入反转剂。则可以改变电渗流的方向。
2010-5-21
四、主要特点和应用
?高分辨率：理论塔板数高达数百万块，甚至数千万块。
?高灵敏度：可检测出低至 10-21 mol/L浓度的物质。
?高分析速度：可在 3分钟内分离 30种阴离子； 1.7分钟分离 19
种阳离子 ;4分钟可分离 10种蛋白质,
?试样用量少：仅需几 nL（ 10-9 L） 的试样
?仪器简单，操作成本低, 分析一个试样仅需几毫升流动液。
不足之处：
?进样不够方便。应用范围相对较窄。
?分析阴离子时，由阴极进样，在阳极检测。但电渗流方向与
阴离子受电场力作用移动方向相反，出峰时间较长。
第七章
色谱分析法
第一节
色谱法概述
一,色谱法的特点、分
类和作用
二、气相色谱分离过程
2010-5-21
第一节 色谱法概述
一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述
2.分类
3.特点
二、气相色谱分离过程
1.气相色谱分离过程
2.分配系数 K
2010-5-21
一,色谱法的特点、分类和作用
1.概述
俄国植物学家茨维特在 1906年使用的装置：
色谱原型装置，如图。
? 色谱法是一种分离技术,
? 试样混合物的分离过程也就是试样中各组
分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的
分配过程。
? 其中的一相固定不动，称为 固定相 ；
? 另一相是携带试样混合物流过此固定相的
流体（气体或液体），称为 流动相 。
2010-5-21
色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时，
其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组
分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生
的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移
动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡
，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而
按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检
测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检
测。
? 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础
2010-5-21
2.色谱法分类
气相色谱, 流动相为气体 （ 称为载气 ） 。
按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；
按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱
2010-5-21
液相色谱
液相色谱, 流动相为液体（也称为淋洗液）。
按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。
离子色谱, 液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固
定相，不同 pH值的水溶液为流动相。
2010-5-21
其他色谱方法
薄层色谱和纸色谱：
比较简单的色谱方法
凝胶色谱法,
超临界色谱,
高效毛细管电泳,
九十年代快速发展、
特别适合生物试样分析分
离的高效分析仪器。
2010-5-21
3.气相色谱法的特点
（ 1） 分离效率高,
复杂混合物, 有机同系物, 异构体 。 手性异构体 。
（ 2） 灵敏度高：
可以检测出 μ g.g-1(10-6)级甚至 ng.g-1(10-9)级的物质量,
（ 3） 分析速度快：
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析 。
（ 4） 应用范围广：
适用于沸点低于 400℃ 的各种有机或无机试样的分析 。
不足之处：
不适用于高沸点, 难挥发, 热不稳定物质的分析 。
被分离组分的定性较为困难 。
2010-5-21
二、气相色谱分离过程
气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的 。
填充柱色谱, 气固色谱和气液色谱, 两者的分离机理不同 。
气固色谱的固定相, 多孔性的固体吸附剂颗粒 。
固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同 。
气液色谱的固定相, 由 担体和固定液所组成 。
固定液对试样中各组分的溶解能力的不同 。
气固色谱的分离机理,
吸附与脱附的不断重复过程；
气液色谱的分离机理：
气液两相间的反复多次分配过程。
2010-5-21
气相色谱分离过程
?当试样由载气携带进入色谱
柱与固定相接触时, 被固定相
溶解或吸附 。
?随着载气的不断通入, 被溶
解或吸附的组分又从固定相中
挥发或脱附,
?挥发或脱附下的组分随着载
气向前移动时又再次被固定相
溶解或吸附 。
?随着载气的流动, 溶解, 挥
发, 或吸附, 脱附的过程反复
地进行 。
2010-5-21
分配系数 K
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、
挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间
分配达到平衡时的浓度（单位,g / mL） 比，称为分配系数，
用 K 表示，即：
组分在流动相中的浓度
组分在固定相中的浓度?K
2010-5-21
分配系数 K的讨论
?一定温度下，组分的分配系数 K越大，出峰越慢；
?试样一定时,K主要取决于固定相性质；
?每个组份在各种固定相上的分配系数 K不同；
?选择适宜的固定相可改善分离效果；
?试样中的各组分具有不同的 K值是分离的基础；
?某组分的 K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。
组分在流动相中的浓度
组分在固定相中的浓度?K
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、气相色谱仪及其流程
二,气相色谱固定相
三、气相色谱检测装置
1．检测器特性
2．热导检测器
3．氢火焰离子化检测器
4,电子捕获检测器
5,具有定性功能的检测器
（联用技术）
第二节
气相色谱装置
2010-5-21
气相色谱仪 1
2010-5-21
气相色谱仪 2
2010-5-21
气相色谱仪 3
2010-5-21
一、气相色谱流程
1-载气钢瓶； 2-减压阀；
3-净化干燥管； 4-针形阀；
5-流量计 ;6-压力表； 4-针
形阀； 5-流量计 ;6-压力表；
9-热导检测器； 10-放大器；
11-温度控制器； 12-记录仪；
1,载气系统,包括气源、净化干燥管和载气流速控制 ;
2,进样系统,进样器及气化室；
3,色谱柱,填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）；
4,检测器,可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见；
5,记录系统,放大器、记录仪或数据处理仪；
6,温度控制系统,柱室、气化室的温度控制。
2010-5-21
二,气相色谱固定相
1,气固色谱固定相
种类：
活性炭,有较大的比表面积, 吸附性较强 。
活性氧化铝,有较大的极性 。 适用于常温下 O2,N2,CO
,CH4,C2H6,C2H4等气体的相互分离 。 CO2能被活性氧化铝
强烈吸附而不能用这种固定相进行分析 。
硅胶,与活性氧化铝大致相同的分离性能, 除能分析上
述物质外, 还能分析 CO2,N2O,NO,NO2等, 且能够分离臭
氧 。
2010-5-21
气固色谱固定相
分子筛,
碱及碱土金属的硅铝酸盐 （ 沸石 ）, 多孔性 。 如 3A,4A
,5A,10X及 13X分子筛等 （ 孔径：埃 ） 。 常用 5A和 13X（ 常
温下分离 O2与 N2） 。 除了广泛用于 H2,O2,N2,CH4,CO等
的分离外, 还能够测定 He,Ne,Ar,NO,N2O等 。
高分子多孔微球 （ GDX系列 ）,
新型的有机合成固定相 （ 苯乙烯与二乙烯苯共聚 ） 。
型号,GDX-01,-02,-03等 。 适用于水, 气体及低级醇的
分析 。
2010-5-21
气固色谱固定相的特点
（ 1） 性能与制备和活化条件有很大关系；
（ 2） 同一种固定相, 不同厂家或不同活化条件
,分离效果差异较大；
（ 3） 种类有限, 能分离的对象不多；
（ 4） 使用方便 。
2010-5-21
2,气液色谱固定相
气液色谱固定相 [固定液 + 担体 （ 支持体 ） ],
? 固定液在常温下不一定为液体, 但在使用温度下一定呈
液体状态 。
? 固定液的种类繁多, 选择余地大, 应用范围不断扩大 。
担体：化学惰性的多孔性固体颗粒, 具有较大的比表面积 。
可以作为担体使用的物质应满足以下条件：
? 比表面积大, 孔径分布均匀；
? 化学惰性, 表面无吸附性或吸附性很弱, 与被分离组份
不起反应；
? 具有较高的热稳定性和机械强度, 不易破碎；
? 颗粒大小均匀, 适度 。 一般常用 60~80目, 80~100目 。
2010-5-21
担体（硅藻土）
红色担体,
孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。
适宜分离非极性或弱极性组分的试样。
缺点是表面存有活性吸附中心点。
白色担体,
煅烧前原料中加入了少量助溶剂 (碳酸钠 )。
颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较
差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。
2010-5-21
表 5-1填充柱气液色谱担体一览表
种类
担体名称 特点及用途 生产厂家
红色
硅藻土
担体
201 红色担体
301 釉化红色担体
6201 红色担体
适用于涂渍非极性固定液分析非极性物
质
由 201 釉化而成，性能介于红色与白色
硅藻土担体之间，适用于分析中等极性
物质
上海试剂厂
大连催化剂厂
硅
藻
土
类
白色
硅藻土
担体
101 白色担体
101 酸洗
101 硅烷化白色担体
102 白色担体
适用于涂渍极性固定液分析极性物质
催化吸附性小，减小色谱峰拖尾
上海试剂厂
非
硅
藻
土
类
高分子微球
玻璃微球
氟担体
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成
经酸碱处理，比表面积 0,02 m
2
/ g,可在
较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。
由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10,5 m
2
/
g
适宜分析强极性物质和腐蚀性物质
上海试剂厂
2010-5-21
固定液
固定液：高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。
(1)对 固定液的 要求
应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好
的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。
(2)选择的基本原则
,相似相溶,，选择与试样性质相近的固定相。
2010-5-21
(3)固定液分类方法
如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手
册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、
芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，
(4) 最高最低使用温度。高于最高使用温度易分解，温度低呈
固体；
(5) 混合固定相：对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液
或将两种甚至两种以上配合使用；
(6) 固定液的相对极性：规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极
性为零,β,β’— 氧二丙睛的相对极性为 100，
2010-5-21
固定液
名 称
商品牌号 使用温度
（最高）
℃
溶剂 相对
极性
麦氏
常数
总和
分析对象
（参考）
1, 角鲨烷
（异三十烷）
SQ 150 乙醚 0 0 烃类及非极性化合物
2,阿皮松 L A P L 300 苯 — 143 非极性和弱极性各类高
沸点有机化合物
3,硅油 O V - 101 350 丙酮 +1 229 各类高沸点弱极性有机
化合物，如芳烃
4, 苯基 10%
甲基聚硅氧烷
O V - 3 350 甲苯 +1 423
5, 苯基 （ 20% ）
甲基聚硅氧烷
O V - 7 350 甲苯 +2 592
6, 苯基 （ 50% ）
甲基 聚硅氧烷
O V - 17 300 甲苯 +2 827
7, 苯基 （ 60% ）甲基
聚硅氧烷
O V - 22 350 甲苯 +2 1075
8, 邻苯二甲酸
二壬酯
DNP 130 乙醚 +2
9, 三氟丙基甲基
聚硅氧烷
O V - 210 250 氯仿 +2 1500
10, 氰丙基 （ 25% ）
苯基 （ 25% ）
甲基聚硅氧烷
O V - 225 250 +3 1813
11,聚乙二醇 P E G 20M 250 乙醇 氢键 2308 醇、醛酮、脂肪酸、酯
等极性化合物
12, 丁二酸二乙
二醇聚酯
D E G S 225 氯仿 氢键 3430
表 8-2 优选固定液
麦氏常数,x’,y’、
z’,u’,s’表示, 分别
代表了极性分子间存
在着的静电力 （ 偶极
定向力 ） ；极性与非
极性分子间存在着的
诱导力；非极性分子
间的色散力；氢键等
。 也可以用五个数的
总和来表示固定相的
极性大小, 如,β，
β’— 氧二丙睛五个常
数的总和为 4427,是
强极性固定相 。
2010-5-21
三、气相色谱检测装置
色谱仪的关键部件之一, 种类较多, 原理和结构各异 。
有的具有广普性, 如热导检测器；有的具有高选择性, 仅对
某类物质有高响应 。
1,检测器特性
浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化, 检测
信号值与组分的浓度成正比 。
质量型检测器：
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化, 即检测
信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比 。
2010-5-21
检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度） S,
在一定范围内, 信号 E与进入检测器的物质质量 m呈线
性关系：
E = S m
S = E / m
单位,mＶ /（ mg / cm3） ； （ 浓度型检测器 ）
mＶ /（ mg / s） ； （ 质量型检测器 ）
S 表示单位质量的物质通过检测器时, 产生的响应信
号的大小 。 S值越大, 检测器 （ 也即色谱仪 ） 的灵敏度也就
越高 。 检测信号通常显示为色谱峰, 则响应值也可以由色
谱峰面积 （ A） 除以试样质量求得：
S = A / m
2010-5-21
最低检测限（最小检测量）,
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来, 则组分的响
应值就一定要高于 N。 检测器响应值为 2倍噪声水平时的试样浓度 （ 或质量
）, 被定义为最低检测限 （ 或该物质的最小检测量 ） 。
线性度与线性范围,
检测器的线性度定义为：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间
呈比例的状况 。 而检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时, 被测
物质的最大浓度 （ 或质量 ） 与最低浓度 （ 或质量 ） 之比 。
2010-5-21
2．热导检测器
（ 1） 热导检测器的结构
池体, 一般用不锈钢制成。
热敏元件, 电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工
的钨丝制成。
参考臂,仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。
测量臂, 需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧
靠近分离柱出口处。
2010-5-21
（ 2）检测原理
平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
? 钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：
R参 =R测 ; R1=R2 则,R参 ·R2=R测 ·R1
无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。
? 进样后，载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流
过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，
测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差,R参 ≠R测
则,R参 ·R2≠R测 ·R1
? 这时电桥失去平衡,a,b两端存在着电位差，有电压信
号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随
时间变化的峰状图形。
2010-5-21
（ 3）影响 热导检测器灵敏度的因素
① 桥路电流 I, I?,钨丝的温度 ?, 钨丝与池体之间的温
差 ?,有利于热传导, 检测器灵敏度提高 。 检测器的响应值 S
∝ I3,但稳定性下降, 基线不稳 。 桥路电流太高时, 还可能
造成钨丝烧坏 。
② 池体温度, 池体温度与钨丝温度相差越大, 越有利于热
传导, 检测器的灵敏度也就越高, 但池体温度不能低于分离
柱温度, 以防止试样组分在检测器中冷凝 。
2010-5-21
表 7-3 某些气体与蒸气的热导系数 (λ),单位,J / cm·℃ ·s
③载气种类, 载气与试样的热导系数相差越大，在检测器
两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载
气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，
则检测灵敏度进一步提高。氦气也具有较大的热导系数，但
价格较高。
2010-5-21
3,氢火焰离子化检测器
（ 1） 特点
（ FID,hydrogen flame ionization detector）
a,典型的质量型检测器,
b,对有机化合物具有很高的灵敏度,
c,无机气体, 水, 四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏
度低或不响应 。
d,氢焰检测器结构简单, 稳定性好, 灵敏度高, 响应迅速
等特点 。
e,比热导检测器的灵敏度高出近 3个数量级, 检测下限可达
10-12g·g-1。
2010-5-21
(2) 氢焰检测器的结构
a,在发射极和收集极之间加
有一定的直流电压（ 100— 300V）
构成一个外加电场。
b,氢焰检测器需要用到三种
气体：
N2,载气携带试样组分；
H2,为燃气；
空气：助燃气。
使用时需要调整三者的比例
关系，检测器灵敏度达到最佳。
2010-5-21
(3) 氢焰检测器的原理
a,当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入
火焰时, 在 C层发生裂解反应产生自由基,
CnHm ──→ ·CH
b,产生的自由基在 D层火焰中与外面扩散进
来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：
·CH + O ──→CHO+ + e
c,生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子
碰撞而发生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
2010-5-21
氢焰检测器的原理
d,化学电离产生的正离子和电子在外加恒
定直流电场的作用下分别向两极 定向 运动而
产生微电流 （ 约 10-6～ 10-14A） ；
e,在一定范围内, 微电流的大小与进入离
子室的被测组分质量成正比, 所以 氢焰检测
器是质量型检测器；
f,组分在氢焰中的电离效率很低，大约五
十万分之一的碳原子被电离；
g,离子电流信号输出到记录仪，得到峰面
积与组分质量成正比的色谱流出曲线。
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
2010-5-21
（ 4）影响氢焰检测器灵敏度的因素
① 各种气体流速和配比的选择：
N2流速的选择主要考虑分离效能,
N2 ? H2 = 1 ? 1～ 1 ? 1.5
氢气 ? 空气 =1 ? 10。
② 极化电压
正常极化电压选择在 100～ 300V范围内 。
2010-5-21
4.电子捕获检测器
? 高选择性检测器，
? 仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏
度，检测下限 10-14 g /mL，
? 对大多数烃类没有响应。
? 较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。
2010-5-21
5.具有定性功能的检测器（联用技术）
色谱 -质谱；色谱 -红外等 。
质谱作为色谱的检测器使用需要解决 四个问题,
（ 1） 色谱柱出口压力与质谱仪高真空之间的匹配；
（ 2） 试样组分与载气的分离；
（ 3） 质谱对色谱流出峰的快速测定 （ 电子计算机解
决 ） ；
（ 4） 质谱仪的小型化 （ 小型化的质量分析器 ） 。
2010-5-21
质谱作为色谱检测器所存在 问题 的 解决：
第一和第二个问题的解决：
采用分子分离器；
分子分离器类型：
微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。
喷射式分子分离器：
由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示
。可做成多级。
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
第三节
色谱理论基础
一, 气相色谱流出
曲线
二, 容量因子与分
配系数
三, 塔板理论
四, 速率理论
五, 分离度
2010-5-21
一,气相色谱流出曲线
1.基线
无试样通过检测器时,
检测到的信号即为基线 。
2.保留值
（ 1）时间表示的保留值
保留时间（ tR）,组分从进样到柱后出现浓度极
大值时所需的时间
死时间（ tM）,不与固定相作用的气体（如空气
）的保留时间。
调整保留时间（ tR＇）,tR＇ = tR－ tM
2010-5-21
（ 2）用体积表示的保留值
保留体积 （ VR）, VR = tR× F0
（ F0为色谱柱出口处的载气流量，
单位,m L / min。）
死体积（ VM）,VM = tM × F0
调整保留体积（ VR＇）,V R＇ = VR － VM
2010-5-21
3,相对保留值 r21
组分 2与组分 1调整保留值之比：
r21 = t’R2 / t’R1= V’R2 / V’ R1
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,
与其他色谱操作条件无关, 它表示了固定相
对这两种组分的选择性 。
2010-5-21
4,区域宽度
用来衡量色谱峰宽度的参数,
有三种表示方法：
（ 1） 标准偏差 (?)：
即 0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 。
（ 2） 半峰宽 (Y1/2)：
色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354?
（ 3） 峰底宽 (Wb)：
Wb=4 ?
2010-5-21
二、容量因子与分配系数
分配系数 K,组分在两相间的浓度比；
容量因子 k,平衡时，组分在各相中总的质量比；
k =MS / Mm
MS为组分在固定相中的质量, Mm为组分在流动相中的质量 。
容量因子 k与分配系数 K的关系为：
式中 β为相比 。
填充柱相比,6～ 35；
毛细管柱的相比,50～ 1500
M
R
M
MR
t
t
t
ttk '???
?
K
V
V
c
c
V
V
M
V
V
M
M
M
k
m
S
m
s
m
m
S
S
S
S
m
S ?????
容量因子越大, 保留时间越长 。
可由保留时间计算出容量因子, 两者有以下关系：
2010-5-21
三、塔板理论 -柱分离效能指标
色谱柱长,L，
虚拟的塔板间距离,H，
色谱柱的理论塔板数,n，
则三者的关系为：
n = L / H
理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
22
21
16545 )()(.
/ b
RR
W
t
Y
tn ??
2010-5-21
有效塔板数和有效塔板高度
? 单位柱长的塔板数越多, 表明柱效越高 。
? 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数 。
? 组分在 tM时间内不参与柱内分配 。 需引入有效塔
板数和有效塔板高度：
22
21
16545 )()(.
/ b
RR
W
t
Y
tn ??
有效
有效
有效
n
L
H
W
t
Y
t
n
b
RR
?
??
2
'
2
2/1
'
)(16)(54.5
2010-5-21
塔板理论的特点和不足：
(1)当色谱柱长度一定时, 塔板数 n 越大 (塔板高度 H
越小 ),被测组分在柱内被分配的次数越多, 柱效能则越高
,所得色谱峰越窄 。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同, 用有效
塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时, 应指明
测定物质 。
(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果, 当两组
分的分配系数 K 相同时, 无论该色谱柱的塔板数多大, 都
无法分离 。
(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下
柱效不同的实验结果, 也无法指出影响柱效的因素及提高
柱效的途径 。
2010-5-21
四,速率理论 -影响柱效的因素
速率方程 （ 也称范,弟姆特方程式 ）,
H = A + B/u + C·u
H：理论塔板高度, u：载气的线速度 (cm/s)
减小 A,B,C三项可提高柱效；
存在着最佳流速；
A,B,C三项各与哪些因素有关？
2010-5-21
1,涡流扩散项－ A
A = 2λdp
dp,固定相的平均颗粒直径
λ,固定相的填充不均匀因子
固定相颗粒越小 dp↓,填充的越均匀, A↓,H↓,柱效
n↑。 表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻, 色谱
峰较窄 。
2010-5-21
2,分子扩散项 — B
B = 2 νDg
? ν, 弯曲因子, 填充柱色谱, ν<1。
? Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数 （ cm2·s -1） 。 由于
柱中存在着浓度差, 产生纵向扩散：
a,扩散导致色谱峰变宽, H↑(n↓),分离变差 。
b,分子扩散项与流速有关, 流速 ↓,滞留时间 ↑,扩散 ↑，
c,扩散系数,Dg∝ （ M载气 ） -1/2； M载气 ↑,B值 ↓
2010-5-21
3.传质阻力项 — C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。
传质阻力包括气相传质阻力 Cg和液相传质阻力 CL，液相传
质阻力大于气相传质阻力。
即：
C =（ Cg + CL）
L
f
L D
dC 2?
2010-5-21
4,载气流速与柱效 -最佳流速
载气流速高时：
传质阻力项是影响柱效的主
要因素, 随着流速的提高, 柱效下
降,右图曲线的右边 。
载气流速低时：
H - u曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影
响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对
流速的一阶导数有一极小值。
以塔板高度 H对应载气流速 u作图，曲线最低点的流速即
为最佳流速。
分子扩散项成为影响柱效的主要因素, 随着流速的增加
,柱效提高, 右图曲线的坐边 。
2010-5-21
5,速率理论的要点
(1) 被分离组分分子在色谱柱内运行的 多路径, 浓度梯度
所造成的 分子扩散 及 传质阻力 使气液两相间的 分配平衡不能
瞬间达到 等因素是造成 色谱峰扩展, 柱效下降 的主要原因 。
(2) 通过选择适当的固定相粒度, 载气种类, 液膜厚度及
载气流速可提高柱效 。
(3) 速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指
导 。 阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响 。
(4) 各种因素相互制约, 如载气流速增大, 分子扩散项的
影响减小, 使柱效提高, 但同时 传质阻力项的影响增大, 又
使柱效下降；柱温升高, 有利于传质, 但又加剧了分子扩散
的影响, 选择最佳条件, 才能使柱效达到最高 。
2010-5-21
五,分离度
塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分
离程度 。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。
难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综
合影响：保留值之差 ── 色谱过程的热力学因素；
区域宽度 ── 色谱过程的 动力学 因素 。
色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高,△ K (分配系数 )
较大,完全分离；
② △ K 不是很大，柱效较高，
峰较窄，基本上完全分离；
③柱效较低，,△ K 较大,但
分离的不好；
④ △ K 小,柱效低，分离效
果更差。
2010-5-21
分离度的表达式：
R =0.8：两峰的分离程度可达 89%；
R =1.0：分离程度 98%；
R =1.5：达 99.7%（ 相邻两峰完全分离的标准 ） 。
)(.
)(
)(
)(/)(/
)()(
)()(
)()(
121221
12
12
12
6 991
2
2
YY
tt
WW
tt
R
RR
bb
RR
?
?
?
?
?
?
2010-5-21
令 Wb(2)=Wb(1)=Wb（ 相邻两峰的峰底宽近似相等 ）,引
入相对保留值和塔板数，可导出下式：
16
11
12
21
2121
12
12
2
12
11212
有效
n
r
r
W
t
tt
r
W
ttt
W
tt
WW
tt
R
b
bbbb
RR
R
RR
RRRRR
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'
''
'''''
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)(
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)()()()()(
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?
?
?
?
?
有效
有效
H
r
r
RL
r
r
Rn
?
?
?
?
?
2
21
212
2
21
212
1
16
1
16
)(
)(
2010-5-21
例题 1：
在一定条件下, 两个组分的调整保留时间分别为 85秒和
100秒, 要达到完全分离, 即 R=1.5 。 计算需要多少块有效
塔板 。 若填充柱的塔板高度为 0.1 cm,柱长是多少？
解,r21= 100 / 85 = 1.18
n有效 = 16R2 [r21 / (r21 — 1) ]2
= 16× 1.52 × (1.18 / 0.18 ) 2
= 1547（ 块 ）
L有效 = n有效 ·H有效
= 1547× 0.1 = 155 cm
即柱长为 1.55米时, 两组
分可以得到完全分离 。
2010-5-21
例题 2：
在一定条件下, 两个组分的保留时间分别为 12.2s和
12.8s,计算分离度 。 要达到完全分离, 即 R=1.5, 所需要的
柱长 。
解：
8 5 3 3.0
3 6 0 0
8.124
4
8 1 3 3.0
3 6 0 0
2.124
4
2
2
1
1
?
?
??
?
?
??
n
t
W
n
t
W
R
b
R
b
分离度,72.0
8 1 3 3.08 5 3 3.0
)2.128.12(2 ?
?
???R
mLRRL 34.4172.0 5.1
2
1
2
1
2
2 ????
??
?
???
???
?
???
??
塔板数增加一倍，分离度增加多少？
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一,色谱柱及使
用条件的选择
二,载气种类和流
速的选择
三,其它操作条件
的选择
第四节
色谱分离操作条
件的选择
2010-5-21
一,色谱柱及使用条件的选择
1,固定相的选择
气－液色谱, 应根据, 相似相溶, 的原则
① 分离非极性组分时, 通常选用非极性固定相 。 各组分
按沸点顺序出峰, 低沸点组分先出峰 。
② 分离极性组分时, 一般选用极性固定液 。 各组分按
极性大小顺序流出色谱柱, 极性小的先出峰 。
③ 分离非极性和极性的 （ 或易被极化的 ） 混合物, 一般
选用极性固定液 。 此时, 非极性组分先出峰, 极性的 （ 或
易被极化的 ） 组分后出峰 。
2010-5-21
④ 醇, 胺, 水等强极性和能形成氢键的化合物的分
离, 通常选择极性或氢键性的固定液 。
⑤ 组成复杂, 较难分离的试样, 通常使用特殊固定
液, 或混合固定相 。
2010-5-21
2,固定液配比（涂渍量）的选择
配比,固定液在担体上的涂渍量, 一般指的是固定液与
担体的百分比, 配比通常在 5%～ 25%之间 。
配比越低, 担体上形成的液膜越薄, 传质阻力越小, 柱
效越高, 分析速度也越快 。
配比较低时, 固定相的负载量低, 允许的进样量较小 。
分析工作中通常倾向于使用较低的配比 。
2010-5-21
3.柱长和柱内径的选择
增加柱长对提高分离度有利 （ 分离度 R正比于柱长 L2）
,但组分的保留时间 tR↑, 且柱阻力 ↑,不便操作 。
? 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下, 尽可能
选用较短的柱, 有利于缩短分析时间 。
? 填充色谱柱的柱长通常为 1~3米, 内径 3~4厘米 。
2010-5-21
4.柱温的确定
? (1) 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该
温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以
固体形式存在）范围之内。
? (2) 柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温 ↑,
被测组分的挥发度 ↑,即被测组分在气相中的浓度 ↑, K↓,
tR↓,低沸点组份峰易产生重叠。
? (3) 柱温 ↓,分离度 ↑,分析时间 ↑ 。对于难分离物质
对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不
可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同
时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，
两峰的交叠更为严重。
2010-5-21
柱温的确定
? (4)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。
? (5)组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。
程
序
升
温
2010-5-21
二,载气种类和流速的选择
1,载气种类的选择
载气种类的选择应考虑 三个方面,载气对柱效的影响、
检测器要求及载气性质。
(1)载气摩尔质量大, 可抑制试样的纵向扩散, 提高柱效 。
(2)载气流速较大时, 传质阻力项起主要作用, 采用较小摩
尔质量的载气 （ 如 H2,He）, 可减小传质阻力, 提高柱效
。
(3)热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检
测灵敏度 。 在氢焰检测器中, 氮气仍是首选目标 。
(4)在载气选择时, 还应综合考虑载气的安全性, 经济性及
来源是否广泛等因素 。
2010-5-21
2,载气流速的选择
作图求最佳流速 。
实际流速稍大于最佳流速, 缩短时间 。
2010-5-21
三,其它操作条件的选择
1.进样方式和进样量的选择
? 液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有 1μL，
5μL,10μL等。
?进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范
围之内。进样要求动作快、时间短。
?气体试样应采气体进样阀进样。
2010-5-21
2.气化温度的选择
? 色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在
此瞬间气化 ;
? 气化温度一般较柱温高 30~70℃
? 防止气化温度太高造成试样分解。
2010-5-21
第 七 章
色谱分析法
一、色谱定性鉴定方法
二、色谱定量分析方法
第五节
色谱定性、定量
分析方法
2010-5-21
一,色谱定性鉴定方法
1.利用纯物质定性的方法
利用保留值定性, 通过对比试样中具有与纯物质相同
保留值的色谱峰, 来确定试样中是否含有该物质及在色谱
图中位置 。 不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比 。
利用加入法定性, 将纯物质加入到试样中, 观察各组
分色谱峰的相对变化 。
2.利用文献保留值定性
相对保留值 r21,相对保留值 r21仅与柱温和固定液性质
有关 。 在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保
留数据, 可以用来进行定性鉴定 。
2010-5-21
3.保留指数
又称 Kovats指数 （ Ⅰ ）, 是一种重现性较好的定性参数 。
测定方法：
? 将正构烷烃作为标准, 规定其保留指数为分子中碳原子
个数乘以 100（ 如正己烷的保留指数为 600） 。
? 其它物质的保留指数 （ IX） 是通过选定两个相邻的正构
烷烃, 其分别具有 Z和 Z＋ 1个碳原子 。 被测物质 X的调整保留
时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：
2010-5-21
保留指数计算方法
)
lglg
lglg
(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
Z
tt
tt
I
ttt
ZRZR
ZRXR
X
ZRXRZR
?
?
?
?
??
?
?
1
1
1 0 0
2010-5-21
3.与其他分析仪器联用的定性方法
小型化的台式色质谱联用仪（ GC-MS； LC-MS）
色谱 -红外光谱仪联用仪；
组分的结构鉴定
Sample
Sample
5890
1.0
DEG/MI
N
HEWLETT
PACKARD
HEWLET
TPACKAR
D
5972A M ass Selectiv
e Detector
D C B
A
A
B
C
D
Gas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer (MS)
Separation Identification
B
A C D
2010-5-21
二,色谱定量分析方法
1,峰面积的测量
（ 1） 峰高 （ h） 乘半峰宽 （ Y 1/2） 法,近似将色谱峰当作等
腰三角形 。 此法算出的面积是实际峰面积的 0.94倍：
A = 1.064 h·Y1/2
（ 2） 峰高乘平均峰宽法,当峰形不对称时, 可在峰高 0.15
和 0.85处分别测定峰宽, 由下式计算峰面积：
A = h·（ Y 0.15 + Y 0.85 ） / 2
（ 3） 峰高乘保留时间法,在一定操作条件下, 同系物的半
峰宽与保留时间成正比, 对于难于测量半峰宽的窄峰, 重叠
峰 （ 未完全重叠 ）, 可用此法测定峰面积：
A = h·b·tR
（ 4） 自动积分和微机处理法
2010-5-21
2,定量校正因子
?试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比, 即：
m i = fi ·Ai
?绝对校正因子,比例系数 f i, 单位面积对应的物质量：
f i =m i / Ai
? 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：
f i = 1 / Si
? 相对校正因子 f ’i,即组分的绝对校正因子与标准物质的绝
对校正因子之比 。
? 当 mi,mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对
摩尔校正因子（ f ’M）,用表示；当 mi,mS用质量单位时,以
（ f ’W）,表示。
i
s
s
i
ss
ii
s
i
i A
A
m
m
Am
Am
f
ff ????
/
/'
2010-5-21
3,常用的几种定量方法
（ 1） 归一化法：
特点及要求：
?归一化法简便、准确；
?进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；
?仅适用于试样中所有组分全出峰的情况 。
100100
1
21
?
?
?
??
???
?
?
?
n
i
ii
ii
n
i
i
Af
Af
mmm
m
c
)(
%
'
'
?
2010-5-21
（ 2） 外标法
外标法也称为标准曲线法。
特点及要求：
?外标法不使用校正因子，准确性较高,
?操作条件变化对结果准确性影响较大。
?对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的
快速分析。
2010-5-21
（ 3）内标法
内标物要满足以下要求：
（ 1） 试样中不含有该物质；
（ 2） 与被测组分性质比较接近；
（ 3） 不与试样发生化学反应；
（ 4） 出峰位置应位于被测组分附近, 且无组分峰影响 。
试样配制,准确称取一定量的试样 W,加入一定量内标物 mS
计算式：
Ss
iisi
Ss
ii
s
i
Af
Afmm
Af
Af
m
m
'
'
'
'; ??
100100100% '
''
'
???????
Ss
iisSs
ii
s
i
i Af
Af
W
m
W
Af
Afm
W
m
c
2010-5-21
内标法特点
(1) 内标法的准确性较高, 操作条件和进样量的稍许变
动对定量结果的影响不大 。
(2) 每个试样的分析, 都要进行两次称量, 不适合大批
量试样的快速分析 。
(3)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定,
则：
常数??
S
i
i A
Ac %
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第 七 章
色谱分析法
一、毛细管色谱的特点
二,结构流程及操作条件
的优化
三,分流比调节
第六节
毛细管色谱法
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一、毛细管色谱的特点
1,毛细管色谱分离能力提高的途径
(1) 由塔板理论：增加柱长减小柱径, 即增加柱子塔板数；
(2) 由速率理论：减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力,
也即降低塔板高度 。
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2,毛细管色谱柱的结构特点
（ 1） 不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径
0.2mm。
（ 2）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散。
（ 3）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂层很薄，
则气相和液相传质阻力大大降低。
（ 4）毛细管色谱柱柱效高达每米 3000～ 4000块理论塔板，一
支长度 100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达 104～ 106。
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3,毛细管色谱具有的优点
（ 1）分离效率高：比填充柱高 10～ 100倍；
（ 2）分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度
（ 3）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；
（ 4）灵敏度高，一般采用氢焰检测器。
（ 5）涡流扩散为零。
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4,毛细管色谱的 种类与制备方法
毛细管柱按其制备方法可分为以下几种：
? 涂壁开管柱 （ wall coated open tubular,WCOT柱）：
将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制
备的重现性差、寿命短。
?多孔层开管柱 （ porous layer open tubular,PLOT
柱）：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛
细管气固色谱。
?载体涂渍开管柱 （ support coated open tubular，
SCOT柱）：将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固
定液。柱效较 WCOT柱高。
?化学键合或交联柱,将固定液通过化学反应键合在管壁
上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。
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二,结构流程
具有分流和尾吹装置
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三,分流比调节
毛细管柱内径很细，因而带来三个问题：
（ 1）允许通过的载气流量很小。
（ 2）柱容量很小，允许的进样量小。需采用分流技术，
（ 3）分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方
法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。
分流比：放空的试样量
与进入毛细管柱的试样
量之比。一般在 50,1
到 500,1之间调节。
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第 七 章
色谱分析法
一,高效液相色谱法
的特点
二、流程及主要部件
三,影响分离的因素
四,高效液相色谱法
的主要分离类型第七节高效液相色谱法
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液相色谱仪（ 1）
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液相色谱仪（ 2）
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液相色谱仪（ 3）
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液相色谱仪（ 4）
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一,高效液相色谱法的特点
特点：高压、高效、高速
高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。
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二、流程及主要部件
1.流程
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2.主要部件
(1) 高压输液泵
?主要部件之一, 压力,150～ 350× 105 Pa。
?为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相 （ <10μm）, 液
体的流动相高速通过时, 将产生很高的压力, 因此高压, 高
速是高效液相色谱的特点之一 。
?应具有压力平稳, 脉冲小, 流量稳定可调, 耐腐蚀等特性
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(2) 梯度淋洗装置
外梯度,
利用两台高压输液泵，
将两种不同极性的溶剂按一
定的比例送入梯度混合室，
混合后进入色谱柱。
内梯度,
一台高压泵,通过比例
调节阀,将两种或多种不同
极性的溶剂按一定的比例抽
入高压泵中混合。
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(3) 进样装置
流路中为高压力工作状态，
通常使用耐高压的六通阀进样装置，
其结构如图所示：
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(4) 高效分离柱
柱体为直型不锈钢管，内径 1～ 6 mm,柱长 5～ 40 cm。
发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效。
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(5) 高效液相色谱检测器
紫外光度检测器（ UV）,最小检测量 10-9g·mL-1,对流
量和温度的波动不敏感，可用于梯度洗脱。
最常用的检测器。
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光电二极管阵列检测器
光电二极管阵列检测器,1024个二极管阵列, 各检测特
定波长, 计算机快速处理, 三维立体谱图, 如图所示 。
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三,影响分离的因素
在高效液相色谱中,速率方程中的分子扩散项 B/U较小,
可以忽略不计, 而只有两项, 即：
H = A + C u
故液相色谱 H-u曲线与气相色谱的形状不同, 如图所示：
影响分离的主要因素有流动相的流量、性质和极性。
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1,影响分离的因素 —— 流速
流速大于 0.5 cm/s时,
H～ u曲线是一段斜率不大的直
线。降低流速，柱效提高不是
很大。但在实际操作中，流量
仍是一个调整分离度和出峰时
间的重要可选择参数。
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2,固定相及分离柱
气相色谱中的固定液原则上都可以用于液相色谱，其
选用原则与气相色谱一样。
选择合适的固定相，降低填料粒度可显著提高柱效，
但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常
高的工作，一般很少自行制备。
选择短柱、细内径提高分析速度；
研制高效柱填料是一活跃领域。
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3,流动相及流动相的极性
（ 1） 可显著改变组分分离状况的流动相选择在液相色谱
中显得特别重要 。 液相色谱的流动相又称为：淋洗液, 洗脱
剂 。
（ 2） 亲水性固定液常采用疏水性流动相, 即流动相的极
性小于固定相的极性, 称为正相液液色谱法, 极性柱也称正
相柱 。
（ 3） 若流动相的极性大于固定液的极性, 则称为反相液
液色谱, 非极性柱也称为反相柱 。 组分在两种类型分离柱上
的出峰顺序相反 。
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流动相组成
流动相按组成不同可分为单组分和多组分；
按极性可分为极性, 弱极性, 非极性；
按使用方式有固定组成淋洗和梯度淋洗 。
常用溶剂,
己烷, 四氯化碳, 甲苯, 乙酸乙酯, 乙醇, 乙腈, 水 。
采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相
的极性或增加选择性, 以改进分离或调整出峰时间 。
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选择流动相时应注意的几个问题：
（ 1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累
积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。
（ 2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏
柱子。如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定
相等。
（ 3）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉
淀并在柱中沉积。
（ 4）流动相同时还应满足检测器的要求。当使用紫外
检测器时，流动相不应有紫外吸收。
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四,高效液相色谱法的主要分离类型
1,吸附色谱 （ 液 -固吸附色谱 ）
以固体吸附剂为固定相, 如硅胶, 氧化铝等, 较常使
用的是 5～ 10μm的硅胶吸附剂 。 流动相可以是各种不同极
性的一元或多元溶剂 。
2,分配色谱 （ 液 -液分配色谱 ）
早期通过在担体上涂渍一薄层固定液制备固定相,现多为
化学键合固定相, 即用化学反应的方法通过化学键将固定
液结合在担体表面 。
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3,离子交换色谱
固定相为离子交换树脂, 流动相为无机酸或无机碱
的水溶液 。 各种离子根据它们与树脂上的交换基团的交
换能力的不同而得到分离 。
4,凝胶色谱 （ 空间排阻色谱 ）
以凝胶为固定相 。 凝胶是一种经过交联的, 具有立
体网状结构和不同孔径的多聚体的通称 。 如葡聚糖凝胶
,琼脂糖等软质凝胶；多孔硅胶, 聚苯乙烯凝胶等硬质
凝胶；
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第 七 章
色谱分析法
一、离子色谱法原理
二、离子色谱连续抑
制装置
三、离子色谱的应用
第八节
离子色谱法
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离子色谱仪
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一、离子色谱法原理
(Ion Chromatography,简称 IC)
以无机、特别是无机阴离子混合物为主要分析对象,在
七十年代出现、八十年代迅速发展。
传统离子交换色谱存在着两个难于解决的问题：
?(1) 需要高浓度淋洗液洗脱且洗脱时间很长；
?(2) 洗脱后的组分缺乏灵敏, 快速的再线检测方法 。
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离子色谱法原理
?采用交换容量非常低的特制离子交换树脂为固定相；
?细颗粒柱填料, 高柱效；采用高压输液泵；
?低浓度淋洗液；
?在分离柱后, 用另外一支抑制柱来消除淋洗液的高本
底电导；
?采用电导检测器检测流出组分 。 快速分离分析微量无
机离子混合物；
?各种抑制装置及无抑制方法的出现, 发展迅速 。
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离子色谱具有以下优点：
（ 1）分析速度快
可在数分钟内完成一
个试样的分析；
（ 2） 分离能力高
在适宜的条件下, 可使
常见的各种阴离子混合物
分离；例：使用双柱法,
在十几分钟内, 可使七种
阴离子完全分离 。
（ 3）分离混合阴离子的最有效方法
（ 4）仪器流路采用全塑件，玻璃柱，耐腐蚀
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二、离子色谱装置类型
抑制型：抑制柱型, 连续抑制型
分离柱中离子交换树脂的交换容量通常在 0.01～ 0.05
毫摩尔 /克干树脂 。
非抑制型, 当进一步降低分离柱中树脂的交换容量
(0.007～ 0.07毫摩尔 /克干树脂 ),使用低浓度、低电离度
的有机弱酸及弱酸盐作淋洗液，如苯甲酸、苯甲酸盐等。
检测器可直接与分离柱相连，不需抑制柱。
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离子色谱连续抑制装置图
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三、离子色谱的应用
阴离子分析,
双柱；薄壳型阴离子交换树脂分离柱 (3× 250mm),
流动相,0.003mol·L-1 NaHCO3 / 0.0024 mol·L-1 Na2CO3，
流量 138 mL/hr。
七种阴离子在 20分钟内基本上得到完全分离, 各组分
含量在 3～ 50 ppm。
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第 七 章
色谱分析法
一、高效毛细管电泳
基本原理
二、仪器装置
三、影响柱效的因素
及改进方法
四、主要特点和应用
第九节
高效毛细管电泳
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 1）
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 2）
2010-5-21
高效毛细管电泳仪器（ 3）
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一、高效毛细管电泳基本原理
在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的
作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移
的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不
同，迁移速率不同可实现分离。
1.经典电泳分离法的不足
所用分离柱的柱径大，柱
较短，分离效率不高（远低于
HPLC）,温度影响大 。
高效毛细管电泳在技术上
采取了两项重要改进。
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2.高效毛细管电泳技术上的重要突破
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：
一是采用了 0.05mm内径的毛细管,；
二是采用了高达数千伏的电压 。
? 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发, 大大减小
了温度效应, 使电场电压可以很高 。
? 电压升高, 电场推动力大, 又可进一步使柱径变小,
柱长增加,
? 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱, 理论塔
板数高达几十万块 /米, 特殊柱子可以达到数百万 。
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3.电泳现象与电渗流现象
电泳现象, 带电离子在电场作用下的迁移，速度 ν 电泳
电渗流现象, 玻璃表面存在硅羟基,pH>3时,形成双电
层，在高电场的作用下引起柱中的溶液整体向负极移动，速
度 ν 电渗流 。
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4,分离过程
? 电场作用下,
柱中出现：电泳
现象和电渗流现
象 。
? 带电粒子的迁移速度 =电泳和电渗流两种速度的矢量和 。
? 正离子：两种效应的运动方向一致, 在负极最先流出；
? 中性粒子无电泳现象, 受电渗流影响, 在阳离子后流出；
? 阴离子：两种效应的运动方向相反, ν 电渗流 >ν 电泳 时,阴
离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中
性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被
相互分离 。
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5.分离类型
八种分离类型
(1) 毛细管区带电泳（ CZE）
最普遍、最基本的一种分离
模式。
(2) 毛细管凝胶电泳（ CGE）
将聚丙烯酰胺在毛细管柱内交联生成凝胶。其具有
多孔性，类似分子筛的作用，试样分子按大小分离。能
够有效减小组分扩散，所得峰型尖锐，分离效率高。可
分离测定蛋白质,DNA等。
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(3) 毛细管胶束电动色谱（ MECC）
在缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，形成一疏水内核、外部
带负电的胶束。在电场力的作用下，胶束在柱中移动。由于电泳流
和电渗流的方向相反，且 ν 电渗流 > ν 电泳,则带负电的胶束以较
慢的速度向负极方向移动，中性试样分子在胶束相和溶液（水相）
两相间分配，疏水性强的组分与胶束结合的较牢，流出时间长。可
用来分离中性物质，扩展了高效毛细管电泳的应用范围 。
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二、仪器装置
? 电压,0～ 30KV。
? 分离柱不涂敷任何固定液,
? 紫外或激光诱导荧光检测器
（ 可检测到,10-19～ 10-21 mol/L）
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三、影响柱效的因素及改进方法
热效应, 焦耳热仍是影响柱效的主要因素。采用外部冷却
的方法散热，择合适的电压和电解质也是提高柱效的有效
途径。选择合适的电解质降低电阻，电流低于 200微安，一
般几十微安。
电渗流控制, 电渗流的
大小和方向依赖于毛细
管壁与溶液间电势的极
性和大小。
使用添加剂可以改变电渗流的大小和方向，如添加
NaCl和甲醇可降低电渗流；加入乙腈则可以增大电渗
流。加入反转剂。则可以改变电渗流的方向。
2010-5-21
四、主要特点和应用
?高分辨率：理论塔板数高达数百万块，甚至数千万块。
?高灵敏度：可检测出低至 10-21 mol/L浓度的物质。
?高分析速度：可在 3分钟内分离 30种阴离子； 1.7分钟分离 19
种阳离子 ;4分钟可分离 10种蛋白质,
?试样用量少：仅需几 nL（ 10-9 L） 的试样
?仪器简单，操作成本低, 分析一个试样仅需几毫升流动液。
不足之处：
?进样不够方便。应用范围相对较窄。
?分析阴离子时，由阴极进样，在阳极检测。但电渗流方向与
阴离子受电场力作用移动方向相反，出峰时间较长。
