色谱分析法概论
色谱分析法概论
差速迁移 色谱分离。
1. 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。
第二节 色谱过程
一、色谱过程
实现色谱操作的基本条件是必须具备相对 运动的两相，固定相(stationary phase)和流 动相(mobile phase)。
色谱过程是组分的分子在流动相和固定相 间多次“分配”的过程。
色谱过程
• 组分的结构和性质微小差异
与固定
相作用差异 随流动相移动的速度不
等
• 设正常峰，W1≈W2= 4σ ， • 则R=1.5时，99.7%面积(tR ±3σ)被分开，
∆ tR =6 σ ，称 6 σ分离 。
R＜1, 峰重叠，未分开
R = 1, 认为基本分开，4σ分 离
R = 1.5, 两峰完全分离，6σ分 离
三、分配系数与色谱分离
(一) 分配系数和容量因子
• 分配系数 (distribution coefficient；K) 是在 一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分 在固定相 (s) 与流动相 (m) 中的浓度 (C) 之比。
(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。
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
§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
⾊谱分析法概论第⼀章⾊谱分析法概论第⼀节概述⾊谱分析法简称⾊谱法或层析法(chromatography)，是⼀种物理或物理化学分离分析⽅法。
从本世纪初起，特别是在近50年中，由于⽓相⾊谱法、⾼效液相⾊谱法及薄层扫描法的飞速发展，⽽形成⼀门专门的科学——⾊谱学。
⾊谱法已⼴泛应⽤于各个领域，成为多组分混合物的最重要的分析⽅法，在各学科中起着重要作⽤。
历史上曾有两次诺贝尔化学奖是授予⾊谱研究⼯作者的：1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附分析的研究⽽获奖，1952年英国的Martin和Synge因发展了分配⾊谱⽽获奖；此外在1937～l972年期间有12次诺贝尔奖的研究中，⾊谱法都起了关键的作⽤。
⾊谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖⽴的玻璃管中，从顶端倒⼊植物⾊素的⽯油醚浸取液，并⽤⽯油醚冲洗。
在管的不同部位形成⾊带，因⽽命名为⾊谱。
管内填充物称为固定相(stationary phase)，冲洗剂称为流动相(mobile phase)。
随着其不断发展，⾊谱法不仅⽤于有⾊物质的分离，⽽且⼤量⽤于⽆⾊物质的分离。
虽然“⾊”已失去原有意义，但⾊谱法名称仍沿⽤⾄今。
30与40年代相继出现了薄层⾊谱法与纸⾊谱法。
50年代⽓相⾊谱法兴起，把⾊谱法提⾼到分离与“在线”分析的新⽔平，奠定了现代⾊谱法的基础，l957年诞⽣了⽑细管⾊谱分析法。
60年代推出了⽓相⾊谱—质谱联⽤技术(GC-MS)，有效地弥补了⾊谱法定性特征差的弱点。
70年代⾼效液相⾊谱法(HPLC)的崛起，为难挥发、热不稳定及⾼分⼦样品的分析提供了有⼒⼿段。
扩⼤了⾊谱法的应⽤范围，把⾊谱法⼜推进到⼀个新的⾥程碑。
80年代初出现了超临界流体⾊谱法(SFC)，兼有GC与HPLC的某些优点。
80年代末飞速发展起来的⾼效⽑细管电泳法(high performance capillary electrophoresis，HPCE)更令⼈瞩⽬，其柱效⾼，理论塔板数可达l07m-1。
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。
色谱分析法概论
色
按流动相分
气相 （GC） ） 超临界 按固定相分 液相 （LC） ）
谱 法
液-液 液
液-固 固
21
2. 按操作形式分类: 柱色谱法、平面色谱法、 柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳 法等 3. 按色谱过程的分离机制分类: 分配色谱法、吸附色谱法、 分配色谱法、吸附色谱法、离子交换 色谱法、 空间排阻色谱法、 色谱法、 空间排阻色谱法、毛细管电泳 法等
32
塔板理论实际上是用色谱过程的分解动作 慢镜头）解释分离机制，如果塔板数少， （慢镜头）解释分离机制，如果塔板数少， 用二项式解释； 用正态分布解释。 用二项式解释；多，用正态分布解释。
二、二项式分布 B组分： KB=1=Cs/Cm 组分： 组分 若：Vm=Vs KB=ms/mm=1/1
33
质量分配和转移过程
I x = 100[ z + n
lg t ' R ( X ) − lg t ' R ( 2 ) lg t ' R ( 2 + n ) − lg t ' R ( 2 )
]
12
3. 定量参数
峰高（ ： 峰高（h)：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。 测信号，即色谱峰顶至基线的距离。 峰面积(A)：色谱曲线与基线间包围的面积。 峰面积 ：色谱曲线与基线间包围的面积。
22
二、分配色谱法
23
分离原理 利用被分离组分在固定相和流 动相中的溶解度差别而实现分离。 动相中的溶解度差别而实现分离。
Cs Xs Vs K＝ = Cm Xm Vm
•在HPLC中K与流动相的性质 (种类与极性 有关 在 种类与极性) 中 与流动相的性质 种类与极性 •在GC中K与固定相极性和柱温有关 与固定相极性和柱温有关 在 中 与固定
色谱分析概论
分离因子和分离度 色谱中描述相邻组分分离状态的指标一般用分离因子 或分离度表示。
分离因子被定义为两种物质调整保留值之比，又称为 分配系数比或选择性系数，以α表示。
分离因子（选择性系数α）：
α
两个物质分离的前提： α≠1，即α＞1。
分离度（RS）
两个相邻色谱峰的分离度Rs（resolution）定义为两峰保 留时间差与两峰峰底宽平均值之商。
注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀
填充柱——60~100目 空心毛细管柱（0.1~0.5mm），A=0，n理较高
速率理论
back
柱子规格： 30m× 0.32mm× 0.25μm
速率理论
(2). 纵向扩散项（分子扩散项）：B/u
扩散，即浓度趋向均一的现象。
扩散速度的快慢，用扩散系数衡量。
由于样品组份被载气带入色谱柱后，以“塞子”的形式存在色谱柱的很 小一段空间中，在“塞子”前后（纵向），存在浓度差，形成浓度梯度 ，导致运动着的分子产生纵向扩散。
涡流扩散项
传质阻抗项
纵向扩散项
(1). 涡流扩散项（多径扩散项）：A
产生原因： 载气携样品进柱，由于固定相填充不均匀，使 一个组分的分子经过多个不同长度的途径流出色谱柱， 引起峰扩张。
— 填充不规则因子
dp — 填充颗粒直径
影响因素：固体颗粒越小，填充越实，A项越小
讨论：λ↓，dp ↓ →A↓ →H↓ → n↑ → 柱效↑ λ↑ ，dp ↑ →A ↑ →H ↑ → n ↓ → 柱效↓
速率理论
C· u —传质阻力项
气液色谱 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
色谱峰面积
色谱峰与基线间所包围的面积。
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
第十一章色谱分析法概论
4．显色
(1) 紫外灯照射法
(2) 碘蒸气法：
(3) 碳化法：
(4) 专属显色剂显色法：
5．Rf值的计算
仪器和试剂
载玻片，烘箱，烧杯，点样毛细管，层析缸，铅笔 硅胶G，1%偶氮苯对照品溶液，0.01%对-二甲氨基偶 氮苯对照品溶液，偶氮苯和对-二甲氨基偶氮苯样品溶 液 展开剂（四氯化碳：氯仿=7：3）
（二）分配色谱法
利用被分离的各个组分在互不相溶 的固定相与流动相中的溶解度不同 而使试样组分在两相间不断产生分 配平衡。
分配系数
Cs X s Vs K Cm X m Vm
Vs为固定相的体积 Vm为流动相的体积
C s为溶质分子在固定相中 的浓度 Cm为溶质分子在流动相中 的浓度
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
（一）基本原理
将固定相（吸附剂）均匀地涂抹在光洁表面上， 将待测试样点在一端的起始线上，再把点样后 的薄层板放进密闭容器中，使薄层板的底端浸 入适当的溶剂进行展开。 借助薄层板上吸附剂的毛细管作用，溶剂会载 带分离组分向前移动展开，因各组分吸附能力 不同，所以组分移动速率不同，一定时间后各 组分彼此分离，在板上形成不同距离的斑点
• 与固定相作用差异 • 随流动相移动的速度不等 • • 差速迁移 色谱分离
色谱过程
实现色谱操作的基本条件是必须具备相
对运动的两相，固定相(stationary phase)
和流动相(mobile phase)。
色谱过程是组分的分子在流动相和固定
相间多次“分配”的过程。
第一节
色谱法发展与分类
一、什么是色谱法 色谱分析法简称色谱法 (chromatography) ，是一种物理 或物理化学分离分析方法。 1906年，植物色素分离，色带
色谱
cs —固定相中组分的浓度 cm —流动相中组分的浓度 K — 分配系数仅与组分、固定相和流动相的 性质有关。在一定条件（固定相、流动相、 温度）下，是组分的特征常数。
2. 保留因子（质量分配系数或分配比）
在一定温度和压力下，达到分配平衡时，
组分在流动相与固定相中的质量之比。
ms k mm
(四) 色谱峰区域宽度 １.标准偏差（σ） σ是正态分布曲线上两拐点间距离之半。 柱效参数
2. 半峰宽(W1/2 或Ｙ1/2)
峰高一半处的峰宽。
W1/2 = 2.355σ
柱效参数
3.峰宽 (基线宽度) Ｗ（Ｙ） 通过色谱峰两侧拐点作切线在基线上 的截距称为峰宽。
W = 4σ
W = 1.699W1/2
柱效参数
（五）分离度 (R)
R t R2 t R1 (W1 W2 ) / 2 2(t R2 t R1 ) W1 W2
tR1, tR2 -------成分１，２的保留时间 W1, W2 ---------成分１，２的峰宽 R=1，两峰略有重叠 R=1.5，两峰完全分离（基线分离） 定量时，要求R≥1.5
16.2 色谱法的基本原理 一.色谱过程 吸附→解吸→再吸附→再解吸 两种组分的理化性质原本存在着微小的差 异，经过反复多次地吸附→解吸→再吸附→再 解吸的过程使微小差异累积起来，结果使吸附 能力弱的组分先流出色谱柱，吸附能力强的组 分后流出色谱柱，从而使各个组分得到了分离。
色谱过程
二、色谱流出曲线和有关概念
二.色谱法的分类
1．按固定相与流动相的分子聚集状态分类
气-固色谱法 （GSC）
气相色谱法
气-液色谱法（GLC）
液-固色谱法（LSC）
第十六章 色谱分析法概论
1、色谱柱作为分析方法的最大特点是什么？色谱法以高超的分离能力为特点，具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用范围广等优点。
2、一个组分的色谱峰可用哪些参数描述？这些参数各有何意义？一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积（用于定量）、峰位（用保留值表示，用于定性）、峰宽（用于衡量柱效）来说明。
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。
峰面积：某色谱峰曲线与基线间包围的面积。
保留时间：是从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔，即从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。
死时间：是分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。
调整保留时间：是某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。
峰宽：是通过色谱峰两侧拐点做切线在基线上所截得的距离。
标准差：是正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半，或0.607倍峰高处的峰宽之半。
半峰宽：是峰高一半处的峰宽。
W 1/2=2.355σ W=4σ W=1.699 W1/23、说明保留因子的物理含义及与分配系数的关系。
为什么保留因子（或分配系数）不等是分离的前提？保留因子k是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质量之比，故又称为质量分配系数。
而分配系数K是组分在固定相和流动相中的浓度之比。
二者的关系是k=KVs/Vm，可见保留因子除与固定相、流动相、组分三者的性质有关外，还与固定相和流动相的体积比有关。
保留因子越大的组分在色谱柱中的保留越强，tR =t(1+k)，由于在一定色谱条件下t为定值，如果两组分的k相等，则它们的tR 也相等，即不能分离。
要使两组分分离，即tR不等，则他们的k(K)必须不等，即保留因子（或分配系数）不等是分离的前提。
4、各类基本类型色谱的分离原理有何不同？分配色谱法：利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别，即在两相间的分配系数的差别而实现分离的。
16-色谱分析法概论
第十六章色谱分析法概论1.在分配色谱中，被分离组分分子与固定液分子的性质越相近，则他们之间的作用力（越大），该组份在柱中停留的时间越（长），越（后）流出色谱柱。
2.气液色谱法的流动相是（气体），固定相在操作温度下是（液体），组分与固定相间的作用机制是（分配或溶解）。
3.液固吸附色谱法的流动相是（液体），固定相是（固体吸附剂），组分与固定相的作用机制是（吸附）。
4.分配系数K是固定相和流动相中的溶质浓度之比。
待分离组分的K值越大，则保留值（越大），各组分的K值相差越大，则他们（越容易）分离。
5.色谱定性的依据是（保留值），定量的依据是（峰高或峰面积）。
6.某色谱峰的标准偏差是1.49mm，则该色谱峰的峰宽为（5.96mm），半峰宽为（3.51mm）。
7.气相色谱由如下五个系统组成：8.在GC中，分配系数越大的组分，分配在在其中的浓度越（低），保留时间（越长）。
9.如被测混合物中既有非极性组分，又有极性组分，则通常选择（极性）固定液。
10.载体钝化的方法有（），（），（），目的是（减弱载体表面的吸附活性）11.对内标物的要求是：内标物应当是被测样品中不存在的组分、保留时间与被测组分接近但完全分离、纯物质、加入量与被测组分量接近。
12.在正相健合色谱法中，极性强的组分的保留因子（大），极性强的流动相使组分的保留因子（小）。
13.根据疏溶剂理论，反相色谱中，组分的极性越弱，其疏水性越（强），受溶剂分子的排斥力越（强）。
14.分析性质相差较大的复杂试样时须采用（梯度）洗脱。
15.判断两组分能否用平面色谱法分离的依据是（比移值），其值相差愈（大），分离效果愈好。
16.展开剂的极性（小），固定相的极性（大），称为正相薄层色谱；展开剂的极性（大），固定相的极性（小），称为反相薄层色谱，17.在吸附薄层色谱中，常以（硅胶）为固定相，（有机溶剂）为流动相，极性小的组分在板上移行的速度较（快），比移值较（大）。
18.薄层色谱板的活化作用是（去除水分）、（增加吸附力）。
第16章 色谱分析法概论(共82张PPT)
KAVs Vm
)
tR B
t0
(1
KBVs Vm
)
tR
tR A
tR B
t0(KA
KB
)
Vs Vm
t0(kA kB)
色谱别离的前提
——组分在两相间分配系数 K 不同或分配
第三节 色谱别离机制
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
✓ 别离机制： ✓ 利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现别离
诺贝尔化学奖： 1948年，瑞典Tiselins，电泳和吸附分析 1952年，英国Martin和Synge，分配色谱。
展望：
新型固定相和检测器 联用仪器：GC-MS，HPLC-MS 智能化开展
第一节 概 述
一、定义
色谱法(chromatography)： 对于液相色谱，因Dm 较小，B 项可勿略。
三、色谱法的特点
✓ 缺点：
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 色谱法的根本原理
实现色谱分析的根本条件
相对运动的两相——流动相、固定相
各组分与固定相的作用存在差异
一、色谱过程
色谱过程是物质分子在相对运动的两相分配 “平衡〞的过程。
两个组分被流动相携带移动的速度不同
物质对别离的两种情况
C
C
t
t
提高别离度R
增加tR
பைடு நூலகம்
减小w
第四节 色谱理论根底
组分保存时间：色谱过程的热力学因素控制； 〔组分和固定液的结构和性质〕
色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；
〔两相中的运动阻力，扩散〕
第十六章 色谱分析法概论 - 章节小结
一、主要内容1．基本概念保留时间t R：从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。
死时间t0：分配系数为零的组分即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。
调整保留时间t R'：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。
相对保留值r2,1：两组分的调整保留值之比。
分配系数K：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相与流动相中的浓度之比。
保留因子k：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质量之比。
分离度R：相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。
分配色谱法：利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别或分配系数的差别而实现分离的色谱法。
吸附色谱法：利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别或吸附系数的差别而实现分离的色谱法。
离子交换色谱法：利用被分离组分离子交换能力的差别或选择性系数的差别而实现分离的色谱法。
分子排阻色谱法：根据被分离组分分子的线团尺寸或渗透系数的差别而进行分离的色谱法。
涡流扩散：在填充色谱柱中，由于填料粒径大小不等，填充不均匀，使同一个组分的分子经过多个不同长度的途径流出色谱柱，使色谱峰展宽的现象。
纵向扩散：由于浓度梯度的存在，组分将向区带前、后扩散，造成区带展宽的现象。
传质阻抗：组分在溶解、扩散、转移的传质过程中所受到的阻力称为传质阻抗。
保留指数I：在气相色谱法中，常把组分的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为，也就是以正构烷烃系列为组分相对保留值的标准，即用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分的保留，这个相对值称为保留指数，又称Kovats指数。
保留体积V R：是从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。
调整保留体积V R'：是由保留体积扣除死体积后的体积。
保留比R'：设流动相的线速度为u，组分的移行速度为v，将二者之比称为保留比。
色谱分析法概论.课件
7.3色谱分离的基本理论>>
分配系数与保留行为的关系
➢ 推导色谱过程方程：
容量因子：k csVs K Vs ，
cmVm
Vm
保留时间：tR t0 1 k ，
色谱过程方程：t R＝t 0
1
K
Vs Vm
Vs固定相的体积 Vm流动相的体积
K↑,tR↑,组分后出柱 K＝0， 组分不保留 K→∞,组分完全保留
年代 1937 1938 1939 1950 1951 1955 1958 1961
1970
1972
表7-2 色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作
获奖学科
获奖研究工作
化学
胡萝卜素化学，维生素A和B
化学
胡萝卜素化学
化学
聚甲烯和高萜烯化学
生理学医学 性激素化学及其分离、肾皮素化学及其分离
化学
超铀元素的发现
3. 按 分 离 机 制 分类
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
7.2色谱过程与术语
色谱过程 基本术语
7.2色谱过程与术语>>
色谱过程
➢ 色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配平衡 的过程。在混合物中，若两个组分的分配系数不等， 则被流动相携带移动的速率不等，即形成差速迁移 而被分离。如图所示。
1.色谱 2.保留值 3.分配系数(K)和容量因子(k) 4.分离参数
7.2色谱过程与术语>>
基本术语>>1.色谱
➢ 检测色谱分离后组分的响应信号对时间作图得到的 曲线称为色谱图。
信号 A
2
第五章-色谱分析法概论
Fc:流动相平均体积流速,（单位:cm3·min-1）.
(5) 保留体积VR
指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大点时所通过 的流动相的体积。保留时间与保留体积关系：
VR = Fc·tR (6)调整保留体积VR
某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体 积。
VR = VR VM = tR Fc
3. 保留值与容量因子的关系
k' K1KVs KVs
Vm VM
将色谱过程基本方程代入：
k' VR VM Vs
Vs VM
可得： k' VRVMVR ' tR ' tRtM
VM VM tM tM
将该式改为： VRVM(1k')
tRtM(1k')
tR
L u
(1
k
')
4.相对保留值 2 ,1
某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比，称为相对
取决于组分在固定相上的热力学性质。
2、分离度的定义
分离度又叫分辨率或分辨度，既能反映柱效率又能反映选择
性的指标，是衡量分离效能的总指标。
定义：
Rs
1 2
{ 根据流动相的
气相色谱(GC) 气-液色谱(GLC)
物态可分为
液相色谱(LC) 液-固色谱(LSC)
液-液色谱(LLC)
按固定相的固 定方式分类
填充柱色谱 柱色谱 毛细管柱色谱
平板色谱 纸色谱 薄层色谱
平板色谱
根据分离机理 可分为
吸附色谱 分配色谱 离子交换色谱 排阻色谱
色谱法的特点和应用
1.分离效能高 2.灵敏度高 可检测10-11~10-13g,适于痕量分析.色
03-色谱概论-研究生
2.基本分离方程式 （1）柱色谱
k2 n 1 R ( )( ) 4 1k2
a
b
c
b 柱 选 择 项
a 柱 效 项
c 柱 容 量 项
a项取决于柱效，n↑，a项↑ b、c项相关
说明乙酸正丁酯的保留行为，相当于 7.756个碳的正构烷烃的保留行为。
三、柱效参数
（一）
色谱峰区域宽度
deviation；σ)
1．标准差(standard
是正态色谱流出曲线上两拐 点间距离之半。 σ 越大，组分越分散；反之越集 中。
2．半峰宽
(peak width at half height；W1/2) 是峰高一半处的峰宽。 W1/2=2.355σ 3．峰宽 (peak width；W) 是通过色谱峰两侧拐点作切线在 基线上所截得的距离。 W=4σ 或 W=1.699W1/2
2.在薄层色谱法中的定义和含义
L SN 1 b0 b1
L R 1 及 R 0 两 组 分 斑 点 重 心 间 距 离 f f （ 薄 层 扫 描 峰 顶 间 距 离 ） ， 近 似 为 原 点 至 溶 剂 前 沿 的 距 离 。
b R 的 斑 点 的 半 峰 宽 0 f 0
例1
若RZ+1/Z=6，R*＝1.5，则 SV=3. 说明在含有Z与Z+1个碳的同系 物的色谱峰间能容纳3个色谱峰。 例2 若RZ+1/Z=6，R*＝1.0，则 SV=5. 说明在含有Z与Z+1个碳的同系 物的色谱峰间能容纳5个色谱峰。
2.在薄层色谱法中的定义和含义
大专本科分析化学第十七章色谱分析法概论
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 ）
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第一章色谱分析法概论第一节概述色谱分析法简称色谱法或层析法(chromatography)，是一种物理或物理化学分离分析方法。
从本世纪初起，特别是在近50年中，由于气相色谱法、高效液相色谱法及薄层扫描法的飞速发展，而形成一门专门的科学——色谱学。
色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混合物的最重要的分析方法，在各学科中起着重要作用。
历史上曾有两次诺贝尔化学奖是授予色谱研究工作者的：1948年瑞典科学家Tiselins因电泳和吸附分析的研究而获奖，1952年英国的Martin和Synge因发展了分配色谱而获奖；此外在1937～l972年期间有12次诺贝尔奖的研究中，色谱法都起了关键的作用。
色谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗。
在管的不同部位形成色带，因而命名为色谱。
管内填充物称为固定相(stationary phase)，冲洗剂称为流动相(mobile phase)。
随着其不断发展，色谱法不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色物质的分离。
虽然“色”已失去原有意义，但色谱法名称仍沿用至今。
30与40年代相继出现了薄层色谱法与纸色谱法。
50年代气相色谱法兴起，把色谱法提高到分离与“在线”分析的新水平，奠定了现代色谱法的基础，l957年诞生了毛细管色谱分析法。
60年代推出了气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)，有效地弥补了色谱法定性特征差的弱点。
70年代高效液相色谱法(HPLC)的崛起，为难挥发、热不稳定及高分子样品的分析提供了有力手段。
扩大了色谱法的应用范围，把色谱法又推进到一个新的里程碑。
80年代初出现了超临界流体色谱法(SFC)，兼有GC与HPLC的某些优点。
80年代末飞速发展起来的高效毛细管电泳法(high performance capillary electrophoresis，HPCE)更令人瞩目，其柱效高，理论塔板数可达l07m-1。
该法对于生物大分子的分离具有独特优点。
色谱法的分离原理主要是利用物质在流动相与固定相之间的分配系数差异而实现分离。
色谱法与光谱法的主要区别在于色谱法具有分离及分析两种功能，而光谱法不具备分离功能。
色谱法是先将混合物中各组分分离，而后逐个分析，因此是分析混合物最有力的手段。
这种方法还具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用范围广等优点。
色谱法可从不同的角度进行分类：1.按流动相与固定相的分子聚集状态分类在色谱法中流动相可以是气体、液体和超临界流体，这些方法相应称为气相色谱法(gas chromatography，GC)、液相色谱法(liquid chromatography，LC)和超临界流体色谱法(supercritical fluid chromatography，SFC)等。
按固定相为固体(如吸附剂)或液体，气相色谱法又可分为气-固色谱法(GSC)与气-液色谱法(GLC)；液相色谱法又可分为液-固色谱法(LSC)及液-液色谱法(LLC)。
2.按操作形式分类可分为柱色谱法、平板色谱法、电泳法等类别。
柱色谱法(column chromatography)是将固定相装于柱管内构成色谱柱，色谱过程在色谱柱内进行。
按色谱柱的粗细等，又可分为填充柱(packed column)色谱法、毛细管柱(capillary column)色谱法及微填充柱(microbore packed column)色谱法等类别。
气相色谱法、高效液相色谱法(high performance liquid chromatography，HPLC)及超临界流体色谱法等属于柱色谱法范围。
平板色谱法(planar或plane chromatography)是色谱过程在固定相构成的平面状层内进行的色谱法。
又分为纸色谱法(paper chromatography；用滤纸作固定液的载体)、薄层色谱法(thin layer chromatography，TLC，将固定相涂在玻璃板或铝箔板等板上)及薄膜色谱法(thin film chromatography；将高分子固定相制成薄膜)等，这些都属于液相色谱法范围。
毛细管电泳法(capillary electrophoresis，CE)的分离过程在毛细管内进行，利用组分在电场作用下的迁移速度不同进行分离。
3.按色谱过程的分离机制分类可分为分配色谱法(partition chromatography)、吸附色谱法(adsorption chromatography)、离子交换色谱法(ion exchange chromatography，IEC)、空间排阻色谱法(steric exclusion chromatography，SEC)及亲合色谱法(affinity chromatography)等类型。
色谱法简单分类如下表:色谱法气相色谱法填充柱色谱法毛细管色谱法（GC）GLCGSC液相色谱法（LC）平板色谱柱色谱法经典液相柱色谱法高效液相色谱法（HPLC）薄层色谱法（TLC）纸色谱法SECLSCLLCLLCSECLSCIECLLC高效毛细管电泳法（HPCE）超临界流体色谱法（SFC）第二节色谱法的基本原理一、色谱过程色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配“平衡”的过程。
混合物中，若两个组分的分配系数(distribution coefficient)不等，则被流动相携带移动的速度不等—差速迁移，而被分离。
吸附柱色谱法的操作及色谱过程如图18-l 所示。
把含有A、B两组分的样品加到色谱柱的顶端，A、B均被吸附到固定相上。
然后用适当的流动相冲洗，当流动相流过时，已被吸附在固定相上的两种组分又溶解于流动相中而被解吸，并随着流动相向前移行，已解吸的组分遇到新的吸附剂颗粒，又再次被吸附，如此在色谱柱上不断地发生吸附、解吸、再吸附、再解吸……的过程。
若两种组分的理化性质存在着微小的差异，则在吸附剂表面的吸附能力也存在微小的差异，经过反复多次的重复，使微小的差异积累起来就变成了大的差异，其结果就使吸附能力弱的B先从色谱柱中流出，吸附能力强的A后流出色谱柱，从而使各组分得到分离。
二、基本类型色谱法的分离机制1.分配色谱法 分配色谱法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。
其固定相为液体，GLC 和LLC 都属于分配色谱法范围。
分配色谱法的示意图如图18-2。
图中X 代表样品中某组分(溶质)分子，下标m 与s 分别为流动相与固定相。
溶于流动相与溶于固定相的溶质分子处于动态平衡，平衡时浓度之比(严格应为活度比)为狭义分配系数(partition coefficient):mm s s m s V X V X C C K //== (1.1) 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。
在LLC 中K 主要与流动相的性质(种类与极性)有关，在GLC 中K 与固定相极性和柱温有关。
2.吸附色谱法 吸附色谱法利用被分离组分对固体表面活性吸附中心吸附能力的差别而实现分离。
其固定相为固体吸附剂，大部分GSC 和LSC 都属于吸附色谱法。
吸附过程是样品中各组分的分子(X)与流动相分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心(即为竞争吸附)的过程(图18-3)。
吸附平衡可以表示为:m a a m nY X nY X +↔+流动相中组分的分子X m 与吸附在吸附剂表面的n 个流动相分子Y a 相置换，组分的分子被吸附，以X a 表示。
流动相分子回至流动相内部，以Y m 表示。
吸附平衡常数称为吸附系数(K a )，可近似用浓度商表示：[][][][]n a m n m a a Y X Y X K =因为流动相的量很大，[][]na n m Y Y /近似于常数，且吸附只发生于吸附剂表面，所以，吸附系数可写成：[][]()()m m a a m a a V X S X X X K ////== (1.2)式中S a 为吸附剂的表面积，V m 为流动相（展开剂）的体积。
吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和流动相的性质有关。
3.离子交换色谱法 离子交换色谱法利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。
其固定相为离子交换树脂，按可交换离子的电荷符号又可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
以阳离子交换色谱为例说明分离机制。
图1-4中R 为树脂骨架，树脂表面的负离子(如SO 3-)为不可交换离子；其正离子为可交换离子(H +离子)。
当流动相中携带有正离子出现时，发生交换反应(见第2章)。
交换反应达平衡时，以浓度表示的平衡常数称为选择系数(selec- tivity coefficient ；K s )，即[][]++=X RX K s / (1.3)式中RX +为交换到树脂上的阳离子，X +为在流动相中的游离阳离子。
K s 与离子的电荷和水合离子半径、流动相性质和pH 、离子交换树脂的性质及温度有关。
4.空间排阻色谱法 空间排阻色谱法根据被分离组分分子的线团尺寸而进行分离。
其固定相是多孔性填料凝胶，故此法又称为凝胶色谱法(gel chromatography)，也称为分子排阻色谱法。
该色谱法按流动相的不同分为两类：以有机溶剂为流动相者称为凝胶渗透色谱法 (gelpermeation chromatography ，GPC)；以水溶液为流动相者为凝胶过滤色谱法(gel filtration chromatography ，GFC)。
凝胶色谱法的分离机制与前三种色谱法完全不同，它只取决于凝胶的孔径大小与被分离组分线团尺寸之间的关系，与流动相的性质无关。
其作用类似于分子筛的作用(反筛子)，示意图如图1-5。
凝胶色谱法的分离机制有多种说法，空间排斥理论是目前被多数人所接受的理论。
该理论有两条假设：(l)孔内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态:Xm sX m 与X s 分别代表在流动相与凝胶孔隙中同等大小的溶质分子。
平衡时，两者浓度之比为渗透系数(permeation coefficient ；K p )[][]m s p X X K /= (1.4)(2)渗透系数的大小只由溶质分子的线团尺寸及凝胶孔隙的大小所决定。
在凝胶孔径一定时：①当分子大到不能进入凝胶的所有孔隙时，[ X m ]=0，则K p =0；②当分子小到能进入所有孔隙时，[ X s ]=[X m ]，K p =1；③分子尺寸在上述两种分子之间时，0<K p <1在高分子溶液中，相同成分的分子的线团尺寸与其分子量成比例。
因此，在一定分予线团尺寸范围内，K p 与分子量相关。
以上是四种基本类型的色谱法，这四类色谱法都可用于液相色谱法，而气相色谱法主要用前两类。