第十七章 色谱分析法概论
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色谱分析法概述
气相色谱法
流动相为气体，根据物质在固定相中 的吸附、溶解等作用的不同进行分离。
液相色谱法
流动相为液体，根据物质在固定相中 的吸附、溶解等作用的不同进行分离。
按分离机制分类
吸附色谱法
利用物质在固定相上的吸附作用进行分离。
分配色谱法
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡 进行分离。
离子交换色谱法
利用物质在固定相上的离子交换作用进行分 离。
缺点
01
02
03
04
样品处理要求高
在进行色谱分析之前，需要对 样品进行预处理，如提取、纯
化等，较为繁琐。
仪器成本高
色谱分析仪器通常较为昂贵， 需要较高的投资成本。
分析时间长
色谱分析法通常需要一定的时 间来完成分离和检测过程。
对操作人员要求高
色谱分析法的操作较为复杂色谱分析法的未来发展
03 色谱分析法的操作流程
样品前处理
01
02
03
样品收集
根据分析目的，选择合适 的采样方法，确保采集到 具有代表性的样品。
样品制备
将采集的样品进行破碎、 混合、稀释等操作，以便 于后续的分离和检测。
样品净化
去除样品中的杂质，降低 干扰，提高检测的准确性 和可靠性。
分离操作
固定相选择
根据待测组分的性质，选择合适的固定相，实现组分 的吸附或分离。
色谱分析法概述
目录
• 色谱分析法简介 • 色谱分析法的分类 • 色谱分析法的操作流程 • 色谱分析法的优缺点 • 色谱分析法的未来发展
01 色谱分析法简介
色谱分析法的定义
定义
色谱分析法是一种分离和分析复杂混合物中各组分的方法，通过利用不同物质 在固定相和流动相之间的吸附、溶解等相互作用的不同，实现各组分的分离和 分析。
第十七章 色谱分析法概论
在流动相和固定中具有不同的分配系数，分配系数的大小
反映了组分在固定相上的溶解-挥发 或 吸附-解吸的能力。
分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能
力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系数小的
组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内 的移动速度快。
经过一定时间后，由于分配系数的差别，使
各组分在柱内形成差速移行，达到分离的目的。
空间总和）
当色谱柱载气流速为F0(ml／min)时，它与死时间的 关系为：
V0(M) = tM· 0 F
(VM 大，色谱峰展宽，柱效低)
4. 保留值：定性参数，是在色谱分离过程中，试样中各组分
在色谱柱内滞留行为的一个指标。 （它可用保留时间、保留体积和相对保留值等表示） （1）保留时间 tR （retention time）： 从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点） 所需要的时间，称为该组分的保留时间。如图中tR(1)、 tR(2) 所示，
把这些色 带称为 “ 色谱图 ” （chromatography）, 相
应的方法叫作“色谱法”
色谱法是一种分离技术：
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
各组分被分离后，可进一步进行定性和定量
分析： 经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即 不能连续进行 现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即 能连续进行
p tR tM t 'R k q tM tM
任一组分的 k 值可由实验测得，即为调整保留时间 tR’与 不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间tM 的比值。可将k 看
作色谱柱对组分保留能力的参数，k 值越大，保留时间越长。
色谱分析法概论
三、分配系数与色谱分离
㈠分配系数和保留因子
1.分配系数K
Cs K Cm
式中 cs、cm分别为组 分在固定相和流动相中的 浓度。
K与温度、压力有关；也与组分性质、流动 相、固定相性质有关。条件一定时，K一定。
2.保留因子k（分配比、容量因子）
ms k mm
式中 mS、mm分别为组分在 固定相和流动相中物质的质量。
映组分在色谱柱中的分离情况，需引入一个
综合指标—分离度R
分离度：相邻两组分色谱峰保留值之差与
两组分色谱峰峰底宽度平均值之比。即
R
t R 2 t R1 1 (Wb1 Wb2 ) 2
2(tR 2 tR1 ) Wb1 Wb2
理论证明，若相邻两色谱峰对称且满足 正态分布， 当 R<1 R=1.0 R=1.5 两峰部分重叠 分离程度可达98% 分离程度可达99.7%
(2) 各组分的调整保留时间和分配系数
(3) 相邻组分的分配系数比α
解： V0 t0 Fc 0.24 43.75 10.5(mL)
t 'R A tR t0 1.41 0.24 1.17(min) t 'R B 2.43(min) t 'R C 3.94(min)
例：一个气相色谱柱，由固定液的涂量及固定液在柱 温下的密度计算得Vs=14.1mL ，载气流速为 43.75mL/min。分离一个含A、B、C三组分的样品， 测得组分保留时间组分A为1.41min、组分B为 2.67min、组分C为4.18min、空气为 0.24min。
试计算：
(1) 死体积（假定检测器及柱接头等体积可忽略）
第二节
色谱过程和基本原理
色谱分析法概论
色谱分析法引论
§1.1 概述
色谱法也叫层析法，它是一种
高效能的物理分离技术，将它用于
分析化学并配合适当的检测手段，
就成为色谱分析法。
色谱法的最早应用是用于分 离植物色素，其方法是这样的： 在一玻璃管中放入碳酸钙，将含 有植物色素（植物叶的提取液） 的石油醚倒入管中。
此时，玻璃管的上端立即出现几 种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚 冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断 地向下移动，并逐渐分开成几个不同 颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得 各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。 色谱法也由此而得名。
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数（样品中单组份的最少个数）
色谱保留值（定性依据）
色谱峰高或面积（定量依据）
色谱保留值或区域宽度（色谱柱分离效
能评价指标）
色谱峰间距（固定相或流动相选择是否
合适的依据）
§1.3 色谱法基本原理
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离， 组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远， 两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定
h. 区域宽度：色谱峰的区域宽
度是色谱流出曲线的重要参数之一
，可用于衡量色谱柱的柱效及反映 色谱操作条件下的动力学因素。宽
度越窄，其效率越高，分离的效果
也越好。
区域宽度通常有三种表示法： 标准偏差：峰高0.607 倍处峰 宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。 W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切 线与基线的交点间的距离。W= 4
有关，与两相体积、
柱管特性和所用仪
器无关。
分配系数 K的讨论
试样一定时，K主要取决于固定相性质一定温
度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；每个组 分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。
§1.1 概述
色谱法也叫层析法，它是一种
高效能的物理分离技术，将它用于
分析化学并配合适当的检测手段，
就成为色谱分析法。
色谱法的最早应用是用于分 离植物色素，其方法是这样的： 在一玻璃管中放入碳酸钙，将含 有植物色素（植物叶的提取液） 的石油醚倒入管中。
此时，玻璃管的上端立即出现几 种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚 冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断 地向下移动，并逐渐分开成几个不同 颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得 各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。 色谱法也由此而得名。
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数（样品中单组份的最少个数）
色谱保留值（定性依据）
色谱峰高或面积（定量依据）
色谱保留值或区域宽度（色谱柱分离效
能评价指标）
色谱峰间距（固定相或流动相选择是否
合适的依据）
§1.3 色谱法基本原理
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离， 组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远， 两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定
h. 区域宽度：色谱峰的区域宽
度是色谱流出曲线的重要参数之一
，可用于衡量色谱柱的柱效及反映 色谱操作条件下的动力学因素。宽
度越窄，其效率越高，分离的效果
也越好。
区域宽度通常有三种表示法： 标准偏差：峰高0.607 倍处峰 宽处的一半。 半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。 W1/2=2.354 峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切 线与基线的交点间的距离。W= 4
有关，与两相体积、
柱管特性和所用仪
器无关。
分配系数 K的讨论
试样一定时，K主要取决于固定相性质一定温
度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；每个组 分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。
色谱分析法概论
流动相选择
02
03
分离条件优化
选择合适的流动相，控制待测组 分的吸附和解吸行为，提高分离 效果。
通过调整温度、压力、流速等参 数，优化分离过程，提高分离效 率和准确性。
检测过程
检测器选择
根据待测组分的性质和检测需求， 选择合适的检测器，如紫外可见 光检测器、荧光检测器、电化学 检测器等。
检测条件优化
原理
基于不同物质在两相之间的吸附 或溶解能力差异，实现各组分的 分离。固定相和流动相的选择性 差异是色谱分离的基础。
发展历程与现状
发展历程
自1906年俄国植物学家茨维特发明了色谱法以来，该技术不 断发展并广泛应用于各个领域。随着技术的进步，出现了许 多新型色谱技术，如高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳 等。
现状
色谱分析法已成为实验室常规分析手段，尤其在生命科学、 药物研发、环境监测等领域具有不可替代的作用。随着仪器 自动化和智能化的发展，色谱分析法的应用前景更加广阔。
色谱分析法的分类
根据流动相的不同
液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱等。
根据分离原理的不同
体积排阻色谱、亲和色谱、环糊精色谱等。
根据固定相的不同
优化检测器的参数，如波长、电 压、响应时间等，提高检测灵敏 度和准确性。
数据处理与分析
对检测数据进行处理、分析和解 释，得出待测组分的含量、分布 和变化规律等信息。
05
色谱分析法的实验
技术
薄层色谱法
原理
薄层色谱法是一种基于吸附原理的色 谱技术，利用固定相吸附剂对不同组 分的吸附能力差异实现分离。
操作流程
样品制备
样品收集
根据分析目的，选择合适 的样品收集方法，确保样 品的代表性和可靠性。
第十七章色谱分析法概论
p2 2pq q2
3
p3 3p2q 3pq2 q3
4
p4 4p3q 6p2q2 4pq3 q4
5
p5 5p4q 10p3q2 10p2q3 5pq4 q5
6
p6 6p5q 16p4q2 20p3q3 16p2q4 6qp5 q6
第四十页，本课件共有62页
色谱柱第r块板上的组分重量分数 N xr 可以用二项式展开式示表：
3. 保留体积与渗透系数的关系
VR
Vm(1Kp
Vs Vm
)
V0 KpVs (Vm V0 )
分子尺寸大，即分子量大的组分其渗透系数小，保留 体积小，先出峰。
第三十四页，本课件共有62页
第四节 色谱法基本理论
组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？
色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程 的综合表现。
组分B的保留指数为882.3。 求组分A的保留指数。 试问A和B有可能是同系物吗？
第十五页，本课件共有62页
解：
IA
100
z
lg lg
t
t R R (
( z
A) 1
lg ) lg
t
R ( t R
z (
) z
)
100
8
lg lg
11 12
lg lg
10 10
852 .3
随着 N 的增加，组分进入检测
器，
此时组分在流动相中的
浓度为：
C m N x r q / V （ V 为单位塔板体积）
C m N xr r m N xr r
N max V
VR
（ N max V V R ）
组分离开色谱柱时，
r 1 n ，当 r 很大时
第十七章色谱分析法概论课件
色谱分析法是一种物理化学分离方法，具有高分离效能、高 灵敏度、高选择性等优点，广泛应用于化学、生物、医药、 环保等领域。
色谱分析法的原理
01
固定相和流动相
色谱分析法中，混合物样品在固定相和流动相之间进行分配，由于不同
组分在两相之间的分配系数不同，从而实现各组分的分离。
02 03
吸附与解吸
在吸附色谱中，组分在固定相上的吸附和解吸能力不同，从而实现了组 分的分离。在分配色谱中，组分在固定相和流动相之间的分配系数不同 ，也实现了组分的分离。
将固定相涂布在玻璃板或 塑料板上进行分离，具有 快速、简便的特点。
按分离原理分类
吸附色谱法
离子交换色谱法
利用吸附剂对不同物质的吸附能力差 异进行分离。
利用离子交换剂对不同离子的交换能 力差异进行分离。
分配色谱法
利用不同物质在固定相和流动相之间 的分配系数差异进行分离。
03
色谱分析法的历史与发 展
色谱分析法的起源
1903年，俄国植物 学家茨维特（Tswett ）首次提出分离植物 色素的色谱法。
1930年代，随着化 学工业的发展，色谱 法开始应用于工业生 产。
1906年，茨维特使 用吸附剂分离植物色 素，并命名为“色谱 法”。
色谱分析法的技术发展
1940年代，气相色谱法（GC）的发明，使得气体混合物的分离和分析成为可能。
化学反应监测
色谱分析法可用于监测化学反应进 程，确定反应条件和产物，提高化 学反应的效率和选择性。
在医学领域的应用
药物分析
色谱分析法用于药物的分离、纯 化和结构鉴定，确保药物质量和
安全有效性。
生物样品分析
通过色谱分析法可以对生物体内 的药物代谢物、毒素、营养素等 进行定性和定量分析，为医学诊
色谱分析法的原理
01
固定相和流动相
色谱分析法中，混合物样品在固定相和流动相之间进行分配，由于不同
组分在两相之间的分配系数不同，从而实现各组分的分离。
02 03
吸附与解吸
在吸附色谱中，组分在固定相上的吸附和解吸能力不同，从而实现了组 分的分离。在分配色谱中，组分在固定相和流动相之间的分配系数不同 ，也实现了组分的分离。
将固定相涂布在玻璃板或 塑料板上进行分离，具有 快速、简便的特点。
按分离原理分类
吸附色谱法
离子交换色谱法
利用吸附剂对不同物质的吸附能力差 异进行分离。
利用离子交换剂对不同离子的交换能 力差异进行分离。
分配色谱法
利用不同物质在固定相和流动相之间 的分配系数差异进行分离。
03
色谱分析法的历史与发 展
色谱分析法的起源
1903年，俄国植物 学家茨维特（Tswett ）首次提出分离植物 色素的色谱法。
1930年代，随着化 学工业的发展，色谱 法开始应用于工业生 产。
1906年，茨维特使 用吸附剂分离植物色 素，并命名为“色谱 法”。
色谱分析法的技术发展
1940年代，气相色谱法（GC）的发明，使得气体混合物的分离和分析成为可能。
化学反应监测
色谱分析法可用于监测化学反应进 程，确定反应条件和产物，提高化 学反应的效率和选择性。
在医学领域的应用
药物分析
色谱分析法用于药物的分离、纯 化和结构鉴定，确保药物质量和
安全有效性。
生物样品分析
通过色谱分析法可以对生物体内 的药物代谢物、毒素、营养素等 进行定性和定量分析，为医学诊
17色谱分析法概论
K 2 k2 t 'R 2 V 'R 2 K1 k1 t 'R1 V 'R1
1 是分离的先决条件
不同的组分应有不同的K和k 不同的组分应有不同的 和 在柱内有不同的迁移速度 k与组分 固定相和流动相及温度 压力有关 k与组分、固定相和流动相及温度、压力有关
分析化学课件
' R(z+n)
lg t
' R(z)
]
• Ix ：待测组分的保留指数，z与z+n为一对正构烷烃的 含C数，一般 数 般n为1。t'R(X) 应介于t'R(Z)和 t'R(Z+n)之间。 之间
分析化学课件
概述
色谱过...
色谱分...
色谱法...
小结
3 分配系数和容量因子
(1) 分配系数(partition coefficient，K )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）
色谱法...
小结
(5) ( ) 死体积 死体积（dead volume， V0 ) 由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间体积。
V0 t0 Fc
注意：V0为定值，与Fc无关 死体积大 色谱峰扩张 峰形差 柱效降低 死体积大，色谱峰扩张，峰形差，柱效降低。
分析化学课件
概述
色谱过...
色谱分...
小结
例 某色谱柱的Vs=1.3 mL、V0=2.1 mL，分离 例：某色谱柱的 分离A、B 两物质 KA=10.0、KB=40.0。试计算A、B的保留体积。 解 设V0=Vm，则 解：设 则VR=V0(1+K·Vs/Vm) 可得：VR(A)=15.1 mL VR(B) =54.1 mL
色谱分析法概述分析化学课件
自动化与智能化
未来高效液相色谱法将更加自动化和智能化，减 少人工操作，提高分析效率，降低误差。
3
联用技术
与其他分析技术的联用，如质谱、核磁共振等， 将进一步提高高效液相色谱法的检测灵敏度和定 性能力。
气相色谱法的发展趋势
微型化与便携化
01
随着微电子技术和制造工艺的发展，气相色谱法的仪器体积将
进一步缩小，便于携带和移动。
食品成分分析
色谱分析法用于分析食品中的营养成分，如脂肪、 蛋白质、糖类等。
食品添加剂检测
通过色谱分析法检测食品中添加剂的种类和含量， 确保食品的安全性。
食品农药残留检测
色谱分析法用于检测食品中农药残留，保障消费 者的健康权益。
在医药工业中的应用
药物分离纯化
色谱分析法在药物研发和பைடு நூலகம்产过程中用于分离和纯化活性成分。
快速分析
02
提高气相色谱法的分离速度和分析时间，减少样品处理时间，
提高分析效率。
多维分析与多模式联用
03
通过与其他色谱技术（如液相色谱、质谱等）的联用，实现多
维分析与多模式联用，提高复杂样品的分析能力。
毛细管电泳等其他色谱技术
广泛应用
毛细管电泳等其他色谱技术将在生命科学、环境监测、食品安全等 领域得到更广泛的应用。
固定相和流动相
固定相
固定相是色谱柱中的填料，是实现物 质分离的关键部分。根据不同分离原 理，固定相可分为吸附剂、涂层固定 相、化学键合固定相等。
流动相
流动相是携带待测组分通过色谱柱的 流体，一般为液体或气体。流动相的 选择对分离效果和分离时间有很大影 响。
色谱图和色谱峰
色谱图
色谱图是记录色谱柱出口流出物浓度的信号随时间变化的曲线图。通过色谱图 可以观察各组分的流出时间和浓度。
未来高效液相色谱法将更加自动化和智能化，减 少人工操作，提高分析效率，降低误差。
3
联用技术
与其他分析技术的联用，如质谱、核磁共振等， 将进一步提高高效液相色谱法的检测灵敏度和定 性能力。
气相色谱法的发展趋势
微型化与便携化
01
随着微电子技术和制造工艺的发展，气相色谱法的仪器体积将
进一步缩小，便于携带和移动。
食品成分分析
色谱分析法用于分析食品中的营养成分，如脂肪、 蛋白质、糖类等。
食品添加剂检测
通过色谱分析法检测食品中添加剂的种类和含量， 确保食品的安全性。
食品农药残留检测
色谱分析法用于检测食品中农药残留，保障消费 者的健康权益。
在医药工业中的应用
药物分离纯化
色谱分析法在药物研发和பைடு நூலகம்产过程中用于分离和纯化活性成分。
快速分析
02
提高气相色谱法的分离速度和分析时间，减少样品处理时间，
提高分析效率。
多维分析与多模式联用
03
通过与其他色谱技术（如液相色谱、质谱等）的联用，实现多
维分析与多模式联用，提高复杂样品的分析能力。
毛细管电泳等其他色谱技术
广泛应用
毛细管电泳等其他色谱技术将在生命科学、环境监测、食品安全等 领域得到更广泛的应用。
固定相和流动相
固定相
固定相是色谱柱中的填料，是实现物 质分离的关键部分。根据不同分离原 理，固定相可分为吸附剂、涂层固定 相、化学键合固定相等。
流动相
流动相是携带待测组分通过色谱柱的 流体，一般为液体或气体。流动相的 选择对分离效果和分离时间有很大影 响。
色谱图和色谱峰
色谱图
色谱图是记录色谱柱出口流出物浓度的信号随时间变化的曲线图。通过色谱图 可以观察各组分的流出时间和浓度。
色谱分析法概论
10
(2) 峰高或峰面积
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，
11
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ) 峰宽
用来衡量色谱峰宽度的重要 参数，有三种表示方法：
（1）标准差 ()：正态分布曲线
上两拐点间距离的一半。反映组 分分散程度。
（2）峰底宽 (W)：W=4
（3）半峰宽 (W1/2)：色谱峰高
一半处的宽度 W1/2 =2.355
(4) 保留体积（VR）：
VR = tR×Fc Fc为流动相流速， 单位：m L / min。
VR’ 也是常用的色谱定性参 数之一
(5) 死体积（V0）：
V0 = t0 ×Fc
(6) 调整保留体积(VR＇)：
V R＇ = VR －V0
14
(7)保留指数 (I)
又称Kovats指数，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）。
III. 容量因子可以由实验测得。
20
(3)分配系数和容量因子的关系
kmS csVS KVS mm cmVm Vm
21
(4)分配系数和容量因子与保留时间关系
k 组 组分 分在 在流 固动 定相 相中 中的 的质 质量 m量 mms
k值相当于组分被固定相滞留的时间和流动相通过 系统所需时间的比值
k tR t0 tR'
体（气体或液体），称为流动相。
3
发展历程
➢30年代 出现薄层色谱法 ➢40年代 纸色谱法 (塔板理论) ➢50年代 气相色谱法兴起，奠定了现代色谱法的基 础，可“在线”分析。 （速率理论） ➢60年代气相色谱-质谱联用技术 ➢70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起,把色谱法又 推进到一个新里程碑。 ➢80年代 液相色谱联用技术、超临界流体色谱 ➢90年代 毛细管电泳法
(2) 峰高或峰面积
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，
11
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ) 峰宽
用来衡量色谱峰宽度的重要 参数，有三种表示方法：
（1）标准差 ()：正态分布曲线
上两拐点间距离的一半。反映组 分分散程度。
（2）峰底宽 (W)：W=4
（3）半峰宽 (W1/2)：色谱峰高
一半处的宽度 W1/2 =2.355
(4) 保留体积（VR）：
VR = tR×Fc Fc为流动相流速， 单位：m L / min。
VR’ 也是常用的色谱定性参 数之一
(5) 死体积（V0）：
V0 = t0 ×Fc
(6) 调整保留体积(VR＇)：
V R＇ = VR －V0
14
(7)保留指数 (I)
又称Kovats指数，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）。
III. 容量因子可以由实验测得。
20
(3)分配系数和容量因子的关系
kmS csVS KVS mm cmVm Vm
21
(4)分配系数和容量因子与保留时间关系
k 组 组分 分在 在流 固动 定相 相中 中的 的质 质量 m量 mms
k值相当于组分被固定相滞留的时间和流动相通过 系统所需时间的比值
k tR t0 tR'
体（气体或液体），称为流动相。
3
发展历程
➢30年代 出现薄层色谱法 ➢40年代 纸色谱法 (塔板理论) ➢50年代 气相色谱法兴起，奠定了现代色谱法的基 础，可“在线”分析。 （速率理论） ➢60年代气相色谱-质谱联用技术 ➢70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起,把色谱法又 推进到一个新里程碑。 ➢80年代 液相色谱联用技术、超临界流体色谱 ➢90年代 毛细管电泳法
第十七章 色谱分析法概论-分析化学
I X 100 [Z n
' ' lg t R lg t ( x) R( z )
lg t
' R( z n)
lg t
' R( z )
]
Ix为待测组分的保留指数，z 与 z+n 为
正构烷烃对的碳原子数。
P
16
乙酸正丁酯的保留指数测定
xie 仪 器 分 析
第 十 七 章 色 谱 分 析 法 概 论
xie 仪 器 分 析
第 十 七 章 色 谱 分 析 法 概 论
第十七章 色谱分析法概论
P
1
第一节 色谱法的分类和发展
xie 仪 器 分 析
第 十 七 章 色 谱 分 析 法 概 论
色谱分析法是一种物理或物理化学分离分 析方法。 始于20世纪初； 30与40年代相继出现了薄层色谱与纸色谱； 50年代气相色谱兴起、色谱理论、毛细管色 谱； 60年代气相色谱-质谱联用； 70年代高效液相色谱； 80年代末超临界流体色谱、高效毛细管电泳 色谱。
• R=1 4σ分离 • R=1.5 6σ分离 95.4% 99.7%
w1
w1
tR2－tR1
P
21
三、分配系数与色谱分离
xie 仪 器 分 析
第 十 七 章 色 谱 分 析 法 概 论
1、分配系数 在一定温度和压力下，达到分配平衡 时，组分在固定相和流动相中的浓度之比 CS K Cm 2、容量因子
m
X+
H+
SO3－R
S
X+ SO －R 3 H+
P
30
阳离子交换树脂
xie 仪 器 分 析
色谱分析法概论(5版)
4
3. 色谱法的分类：
• 按流动相和固定相的物态分类： 气相色谱法 gas chromatography, GC 液相色谱法 liquid chromatography, LC 超临界流体色谱法 supercritical fluid , SFC
• 按固定相的物态分类： 气-固色谱法(GSC)，气-液色谱法(GLC) 液-液色谱法(LLC)，液-固色谱法(LSC)
37
二、 速率理论-影响柱效的因素
1. 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？
38
A─涡流扩散项 eddy diffusion
A = 2λdp
40
B ·u —传质阻力项
（动画）
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即： C =（Cg + CL）
k为容量因子； Dg 、DL为扩散系数。Df为固定液的液膜厚度 降低液膜厚度，可降低传质阻力。
41
2.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，流速，柱效。 载气流速低时：
32
第四节 色谱法基本理论
一.塔板理论（plate theory）
半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续
的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；
塔板理论的假设： (1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅 速达到； (2) 将载气看作成脉动（间歇）过程； (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； (4) 每次分配的分配系数相同。
3. 色谱法的分类：
• 按流动相和固定相的物态分类： 气相色谱法 gas chromatography, GC 液相色谱法 liquid chromatography, LC 超临界流体色谱法 supercritical fluid , SFC
• 按固定相的物态分类： 气-固色谱法(GSC)，气-液色谱法(GLC) 液-液色谱法(LLC)，液-固色谱法(LSC)
37
二、 速率理论-影响柱效的因素
1. 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？
38
A─涡流扩散项 eddy diffusion
A = 2λdp
40
B ·u —传质阻力项
（动画）
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即： C =（Cg + CL）
k为容量因子； Dg 、DL为扩散系数。Df为固定液的液膜厚度 降低液膜厚度，可降低传质阻力。
41
2.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，流速，柱效。 载气流速低时：
32
第四节 色谱法基本理论
一.塔板理论（plate theory）
半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续
的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；
塔板理论的假设： (1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅 速达到； (2) 将载气看作成脉动（间歇）过程； (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； (4) 每次分配的分配系数相同。
色谱分析法概论
第17章色谱分析法概论思考题9．试推导有效塔板数与分离度的关系式： 22116⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯ααR n ＝有效证明：∵ 2'2216R t n W ⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭有效＝(1) 22W W +R2R112(t -t )R ＝设W 1=W 2 22''2010212222[()()]2()22R R R R t t t t t t W W W W ----==+R2R112(t -t )R ＝ ''1R t R-R22t W ＝ (2)将（2）代入（1）式，得：'22''2222221'''221'11616()16()11R R R R R R R t t t n R R R t t t t αα⎛⎫⨯==⨯⨯ ⎪--⎝⎭-有效＝10. 试推导最小板高的计算式：BC A H 2+＝最小 证明：∵BH A Cu u=++ (1) 微分，得2dH B C du u =-+ 令 0dHdu=，则20BC u -+=opt u =(2) 将（2）代入（1），得：H A =+最小习题1.在一根2.00m 的硅油柱上分析一个混合物得下列数据：苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为80s 、122s 、181s ；半峰宽为0.211cm 、0.291cm 及0.409cm(用读数显微镜测得)，已知记录纸速为1200mm/h ，求此色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。
解：∵22/1)(54.5W t n R = 注意：分子分母单位应保持一致 mm n L H W t n R 3.28852000,8853600/120011.28054.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝苯苯苯苯苯=mm n L H W t n R 8.110822000,10823600/120091.212254.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯=mm n L H W t n R 7.112062000,12063600/120009.418154.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯=2.在一根3.0m 长的色谱柱上分离样品的结果如图17－14所示。
仪器分析 第17章 色谱分析法概论 习题讲解
第17章 色谱分析法概论思考题9．试推导有效塔板数与分离度的关系式： 22116⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯ααR n ＝有效证明：∵ 2'2216R t n W ⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭有效＝(1) 22W W +R2R112(t -t )R ＝设W 1=W 2 22''2010212222[()()]2()22R R R R t t t t t t W W W W ----==+R2R112(t -t )R ＝ ''1R t R-R22t W ＝ (2)将（2）代入（1）式，得：'22''2222221'''221'11616()16()11R R R R R R R t t t n R R R t t t t αα⎛⎫⨯==⨯⨯ ⎪--⎝⎭-有效＝10. 试推导最小板高的计算式：BC A H 2+＝最小 证明：∵BH A Cu u=++ (1) 微分，得2dH B C du u=-+ 令 0dHdu =，则20BC u -+=opt u =(2) 将（2）代入（1），得：H A =+最小习题1.在一根2.00m 的硅油柱上分析一个混合物得下列数据：苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为80s 、122s 、181s ；半峰宽为0.211cm 、0.291cm 及0.409cm(用读数显微镜测得)，已知记录纸速为1200mm/h ，求此色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。
解：∵22/1)(54.5W t n R =注意：分子分母单位应保持一致 mm n L H W t n R 3.28852000,8853600/120011.28054.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝苯苯苯苯苯=mm n L H W t n R 8.110822000,10823600/120091.212254.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯=mm n L H W t n R 7.112062000,12063600/120009.418154.554.5222/1＝＝＝）（＝）（＝乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯=2.在一根3.0m 长的色谱柱上分离样品的结果如图17－14所示。
大专本科分析化学第十七章色谱分析法概论
A
s
）
m
Vs ） = t （ 1+ K B tRB 0 Vm
Vs tR= t0 （KA－KB） Vm
tR≠0
KA≠KB kA≠kB
二、基本类型色谱法的分离机制
• 分配色谱法
• 吸附色谱法
• 离子交换色谱法 • 分子排阻色谱法
（一）分配色谱法
分离原理
•
利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实 现分离。
也称为空间排阻色谱法、凝胶色谱法。 • 分为凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography；
GPC）和凝胶过滤色谱法（gel filtration chrom源自tography；GFC）
分子排阻色谱法
• 根据空间排阻（理论，孔内外同等大小的溶质分子处于
扩散平衡状态。
渗透系数
• 高效液相色谱发：球型或无定型全多孔硅胶 和堆积硅珠。 • 气相色谱法：高分子多孔微球等
吸附色谱法 • 流动相 气-固吸附色谱法：气体，常为氢气或氮气。 液-固吸附色谱法：有机溶剂。
• 洗脱能力主要由流动相极性决定。强极性流动相占据吸附
中心的能力强，洗脱能力强。 • Snyder溶剂强度0：吸附自由能，表示洗脱能力。0值越
• 色谱法与光谱法的主要不同点:
色谱法具有分离和分析两种功能 光谱法不具备分离功能
• 色谱法创始于20世纪初，俄国植物学家M.S.Tswett 在研 究植物叶子中的色素组成时做了一个著名的实验: 将碳酸钙粉末放在竖立的玻璃管中，从顶端注入植物
色素的提取液，然后不断加入石油醚冲洗。
植物色素慢慢地向下移动并逐渐分散成数条不同颜色 的色带。
（0＜Kp＜1 ）
s
）
m
Vs ） = t （ 1+ K B tRB 0 Vm
Vs tR= t0 （KA－KB） Vm
tR≠0
KA≠KB kA≠kB
二、基本类型色谱法的分离机制
• 分配色谱法
• 吸附色谱法
• 离子交换色谱法 • 分子排阻色谱法
（一）分配色谱法
分离原理
•
利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实 现分离。
也称为空间排阻色谱法、凝胶色谱法。 • 分为凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography；
GPC）和凝胶过滤色谱法（gel filtration chrom源自tography；GFC）
分子排阻色谱法
• 根据空间排阻（理论，孔内外同等大小的溶质分子处于
扩散平衡状态。
渗透系数
• 高效液相色谱发：球型或无定型全多孔硅胶 和堆积硅珠。 • 气相色谱法：高分子多孔微球等
吸附色谱法 • 流动相 气-固吸附色谱法：气体，常为氢气或氮气。 液-固吸附色谱法：有机溶剂。
• 洗脱能力主要由流动相极性决定。强极性流动相占据吸附
中心的能力强，洗脱能力强。 • Snyder溶剂强度0：吸附自由能，表示洗脱能力。0值越
• 色谱法与光谱法的主要不同点:
色谱法具有分离和分析两种功能 光谱法不具备分离功能
• 色谱法创始于20世纪初，俄国植物学家M.S.Tswett 在研 究植物叶子中的色素组成时做了一个著名的实验: 将碳酸钙粉末放在竖立的玻璃管中，从顶端注入植物
色素的提取液，然后不断加入石油醚冲洗。
植物色素慢慢地向下移动并逐渐分散成数条不同颜色 的色带。
（0＜Kp＜1 ）
色谱分析法概述
在此期间所记录下 来的响应信号随时间而 变化的曲线（分布的图 像），称为色谱流出曲 线或色谱图。
色谱图及常用术语
色谱峰
在一定色谱条件下，
组分通过检测器时，响应
信号随时间而变化的曲线
称为色谱峰。
色谱过程按近理想条件
和分配系数恒定时的流出
曲线为对称的高斯分布曲
线，对应的高斯分布函数
为：
ht
A
2
19
▪ 保留值的定义
1.保留时间 t R
从进样开始到色 谱峰最大值出现 时所需的时间
2020/3/2
20
2020/3/2
▪ 保留值的定义
t 2.死时间 M 不被固
定相保留的组分，从 进样开始到色谱峰最 大值出现时所需的时 间 。(空气、甲烷或乙 醚峰的保留时间）。
实际上为流动相流
经色谱柱所需要的时
—— 流动相
色谱法的由来
在该实验中，碳酸钙 上混合色素被分成不同色 带的现象，像一束光线通 过棱镜时被分成不同色带 的光谱现象一样，因此茨 维特把这种现象称为色谱， 相应的分离方法称为色谱 法（色层法，层析法）
色 谱 色谱分离的基本条件：
法
1.互不相溶的两相（流
实 动相、固定相）；
质 是
2.被分离组分在两相之
exp(t2itR2)2
▪ 基线
在色谱操作条件 下仅有流动相通过 检测器时，反映检 测器噪声随时间变 化的曲线。
稳定的基线是 一条直线。
▪ 峰高
从色谱峰顶点到基 线的距离
h AB'
区域宽度
1.峰底宽度 w b 在色谱峰两边的转 折点(也叫拐点即E F)所画的切线与基 线相交的截距。
色谱图及常用术语
色谱峰
在一定色谱条件下，
组分通过检测器时，响应
信号随时间而变化的曲线
称为色谱峰。
色谱过程按近理想条件
和分配系数恒定时的流出
曲线为对称的高斯分布曲
线，对应的高斯分布函数
为：
ht
A
2
19
▪ 保留值的定义
1.保留时间 t R
从进样开始到色 谱峰最大值出现 时所需的时间
2020/3/2
20
2020/3/2
▪ 保留值的定义
t 2.死时间 M 不被固
定相保留的组分，从 进样开始到色谱峰最 大值出现时所需的时 间 。(空气、甲烷或乙 醚峰的保留时间）。
实际上为流动相流
经色谱柱所需要的时
—— 流动相
色谱法的由来
在该实验中，碳酸钙 上混合色素被分成不同色 带的现象，像一束光线通 过棱镜时被分成不同色带 的光谱现象一样，因此茨 维特把这种现象称为色谱， 相应的分离方法称为色谱 法（色层法，层析法）
色 谱 色谱分离的基本条件：
法
1.互不相溶的两相（流
实 动相、固定相）；
质 是
2.被分离组分在两相之
exp(t2itR2)2
▪ 基线
在色谱操作条件 下仅有流动相通过 检测器时，反映检 测器噪声随时间变 化的曲线。
稳定的基线是 一条直线。
▪ 峰高
从色谱峰顶点到基 线的距离
h AB'
区域宽度
1.峰底宽度 w b 在色谱峰两边的转 折点(也叫拐点即E F)所画的切线与基 线相交的截距。
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热力学过程是指与组分在体系中分配系数相
关的过程扩散和
传质的过程，以速率理论为代表。
一、 塔板理论（热力学）
塔板理论假定:
塔板和塔板之间不连续；
塔板之间无分子扩散； 组分在每块塔板的两相间的分配平衡 瞬时达到，达到一次分配平衡所需的 最小柱长称为理论塔板高度； 一个组分在每块塔板上的分配系数相 同； 流动相以不连续的形式加入，即以一 个一个塔板体积加入。
L H neff
已知Rs
2( t R2 t R1 ) W1 W 2
，设相邻两峰的峰底宽 度相等
证明：Rs
n 1 k2 4 1 k2
证明：Rs
2( t R2 t R1 )
W1 W 2 t 2 t 1 t R2 ( t 2 t 1 ) R R R R W W t R2 1 n t 2 t 1 n R R 4 t 2 t0 4 1 1 R k2 n 1 k2 4 1 k2 1
第十七章 色谱分析法概论
Chromatography
第一节 色谱法的分类和发展 第二节 色谱过程和基本原理 第三节 基本类型色谱方法及其分离机制
第四节 色谱法基本理论
色谱法是一种分离分析方法 各物质在两相中具有不同的分配系数，当 两相作相对运动时，在两相中进行多次反 复的分配达到分离。
薄 层 色 谱
I x为 待 测 组 分 的 保 留 指 数 z与z n为 正 构 烷 烃 对 的 碳 原 数 子
例：
在某一色谱条件下，把含A和B以及两相邻的两种正构 烷烃的混合物注入色谱柱分析。 A在相邻的两种正构烷烃之间流出，它们的调整保留 时间分别为10min，11min和12min；
最先流出的正构烷烃的保留指数为800；
X m nYa X a nYm
X a Ym n X a X a / Sa Ka X m Ya n X m X m / Vm
Sa t R t0 ( 1 K ) Vm
Sa：吸附剂的表面积 Vm：流动相的体积
2. 固定相和流动相
固定相：多为具有较大比表面积、多孔性微
l 100 90.90 cm min 1 解： ( 1 ) t0 1.10 t ( 6.60 1.10 ) ( 2 )k R 5.00 t0 1.10 ( 3 )R 2( t R2 t R 1 ) W1 W 2 2 ( 6.60 5.80 ) 1.00 0.78 0.82
（三）色谱峰高和峰面积
1. 峰高
组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，
即色谱峰顶至基线的距离
2. 峰面积
色谱曲线与基线间包围的面积
（四）色谱峰区域宽度
1. 标准差 2.半峰宽 W1/2
W1/2=2.355
3.峰宽 W
W = 4
（五） 分离度
t R2 t R1 ( W1 W2 ) / 2 2( t R2 t R1 ) W1 W2
容量因子（分配比）
组分在固定相中的质量 m s k 组分在流动相中的质量 mm
ms C sVs k m m C mVm
Vs K kK Vm
（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系
tR L
组分
t0
L
ns nm tR k1 t 0 组分 nm
流动相极性 < 固定相极性 流动相极性 > 固定相极性 正相分配色谱 反相分配色谱
3. 洗脱顺序
符合相似相容原理
二、吸附色谱法
1. 分离原理
利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力 差别而实现分离。 气－固、液－固 吸附过程是试样中组分分子Xm与流动相分子Yn争 夺吸附剂表面活性中心的过程
t RB
Vs t0 ( 1 K B ) Vm
A B
t R t R t R
Vs t0 ( K A K B ) Vm
t R t 0 ( k A k B )
例：在1m长的填充色谱柱上，某镇静药物A及其异构体B 的保留时间分别为5.80min和6.60min；峰底宽度分别为 0.78min及0.82min，空气通过色谱柱需1.10min。 计算：载气的平均线速度；组分B的分配比；A及B的分 离度。
离子交换树脂：网状立体结构的高分子多元酸 或多元碱的聚合物。
性能指标：交联度、交换容量、粒度
流动相：一定pH和离子强度的缓冲溶液
3. 影响保留行为的因素
溶质离子的电荷和水合半径 价态高的离子选择性系数大；
水合半径增大，离子选择性系数变小。
离子交换剂的交联度和交换容量越大， 保留时间越长 流动相的组成和pH
（二） 保留值
保留时间 tR 死时间 t0 （组分在固定相中停留的总时间） 调整保留时间 tR = tR – t0
保留体积
死体积
VR= tR· c（与流动相流速无关） F
V0= t0· c F
（从进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间）
调整保留体积 V'R = t'R· c F
第三节 基本类型色谱方法及其分离机制 一、分配色谱法
1. 分离原理 利用被分离组分在固定相和流动相中溶解度 的差别来实现分离。
溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动 相中溶解度越小，则K越大，保留时间越长。
2. 固定相和流动相
固定相：途渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体， 又称固定液。
流动相：气体或液体
吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的吸
附和解吸能力的大小而分离 离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂 的亲和力不同
空间排阻色谱：依据分子几何尺寸大小不
同进行分离
色谱法的分类
色谱法
气相色谱法
柱色谱 平面色谱法
液相色谱法
超临界流体色谱
柱色谱法
毛细管电泳
纸色谱法
薄层色谱法
第二节 色谱过程和基本原理
2
t R
例 在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tR）
6.6min，峰宽0.5min，死时间1.2min，柱出口用皂
膜流量计测得载气体积流速40mL/min，固定相体积 2.1mL，求：（1）容量因子；（2）死体积；（3） 调整保留体积；（4）分配系数；（5）有效塔板数； （6）有效塔板高度。
粒状的吸附剂
流动相：极性越强，洗脱能力越强。
3. 洗脱顺序
吸附能力的一般规律： (1)非极性化合物一般不被吸附； (2)极性基团越多，极性越强； (3)不饱和化合物比饱和化合物极性强，双键越多越强；
(4)常见化合物的吸附能力顺序
烷烃<烯烃<卤代烃<醚<硝基化合物<叔胺<酯<酮<醛 <酰胺<醇<酚<伯胺<羧酸
柱色谱
纸色谱
第一节 色谱法的分类和发展
1. 按两相状态分类
流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱 固定相：气－固、气－液；液－固、液－液
2. 按固定相的形式分类
柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱
平面色谱：纸色谱、薄层色谱
3. 按分离机制分类
分配色谱：根据不同组分在固定液中溶解
度的大小而分离
tR 2 n 16 ( ) W tR n W 4
1 k2 2 n 16 Rs ( ) ( ) 1 k2
2 2
t 1 k 2 2 2 R 2 ( ) ( ) ( ) n t t0 1 k 1 1 tR R k k 2 2 neff n ( 2 )2 16 Rs ( ) 1 k2 1 neff
tR tR tM t k 1 R t0 t0 t0 t 2 k2 K 2 R 2 ,1 t 1 k1 K 1 R
（三）色谱分离的前提
Vs t R t0 ( 1 k ) t0 ( 1 K ) Vm Vs t RA t0 ( 1 K A ) Vm
三、离子交换色谱法
1. 分离原理
利用被分离组分离子交换能力的差别而实 现分离。 离子交换过程可用通式表示：
R B A R A B
R AB K A KA/ B R B A K B
2. 固定相和流动相
固定相：为离子交换剂，如：离子交换树脂、
硅胶化学键合离子交换剂
( t t R时 )
( t t R )2 2 2 e
（三）理论塔板数和理论塔板高度
n( tR
)2 tR 2 t ) 16 ( R )2 W1 / 2 W
n 5.54 ( H neff L n
n越大，H越小，色 谱峰越窄， 柱效越高；
H与柱长无关。
t t 2 2 R 5.54 ( ) 16 ( R ) W1 / 2 W
四、空间排阻色谱法
1. 分离原理
根据被分离组分分子的线团尺寸而进行分 离 又称凝胶色谱法 分离与流动相的性质无关
K p X s / X m K p：渗透系数 0 Kp 1 Xm Xs
2. 固定相和流动相
固定相：为多孔凝胶
主要性能参数：平均孔径、排斥极限、分子量范围 流动相：溶解性、粘度低
R
R1 R1
重叠 明显分离
R 1.5 完全分离
三、分配系数与色谱分离
（一）分配系数和容量因子
组分在固定相中的浓度 Cs 分配系数 K ＝ 组分在流动相中的浓度 Cm