第十四章色谱法分离原理

第十四章色谱法分离原理

一．教学内容

1.色谱分离的基本原理和基本概念

2.色谱分离的理论基础

3.色谱定性和定量分析的方法

二．重点与难点

1.塔板理论，包括流出曲线方程、理论塔板数(n)及有效理论塔板数

(n e f f)和塔板高度(H)及有效塔板高度(H e f f)的计算

2.速率理论方程

3.分离度和基本分离方程

三．教学要求

1.熟练掌握色谱分离方法的原理

2.掌握色谱流出曲线（色谱峰）所代表的各种技术参数的准确含义

3.能够利用塔板理论和速率理论方程判断影响色谱分离各种实验因素

4.学会各种定性和定量的分析方法

四．学时安排4学时

第一节概述

色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用。他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素

中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。这种方法因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色谱”二字虽已失去原来的含义.但仍被人们沿用至今。

在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相；自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

从不同角度，可将色谱法分类如下：

1.按两相状态分类

气体为流动相的色谱称为气相色谱（G C）

根据固定相是固体吸附剂还是固定液（附着在惰性载体上的

一薄层有机化合物液体），又可分为气固色谱（G S C）和气液色谱（GL C）。液体为流动相的色谱称液相色谱（LC）

同理液相色谱亦可分为液固色谱（L SC）和液液色谱（L LC）。超临界流体为流动相的色谱为超临界流体色谱（SF C）。随着色谱工作的发展，通过化学反应将固定液键合到载体表面，这种化学键合固定相的色谱又称化学键合相色谱（CB PC）.

2.按分离机理分类

利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法，称为吸附色谱法。

利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法称为分配色谱法。

利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法。

利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离

的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。

最近，又有一种新分离技术，利用不同组分与固定相（固定化分子）的高专属性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法，常用于蛋白质的分离。

3.按固定相的外型分类

固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱。

固定相呈平板状的色谱，称为平板色谱，它又可分为薄层色谱和纸色谱。

4.按照展开程序分类

按照展开程序的不同，可将色谱法分为洗脱法、顶替法、和

迎头法。洗脱法也称冲洗法。工作时，首先将样品加到色谱柱头上，然后用吸附或溶解能力比试样组分弱得多的气体或液体作冲洗剂。由于各组分在固定相上的吸附或溶解能力不同.被冲洗剂带出的先后次序也不同，从而使组分彼此分离。

这种方法能使样品的各组分获得良好的分离，色谱峰清晰。此外，除去冲洗剂后，可获得纯度较高的物质。目前，这种方法是色谱法中最常用的一种方法。

顶替法是将样品加到色谱柱头后，在惰性流动相中加入对固定相的吸附或溶解能力比所有试样组分强的物质为顶替剂（或直接用顶替剂作流动相），通过色谱柱，将各组分按吸附或溶解能力的强弱顺序，依次顶替出固定相。很明显，吸附或溶解能力最弱的组分最先流出，最强的最后流出。

此法适于制备纯物质或浓缩分离某一组分；其缺点是经一次

使用后，柱子就被样品或顶替剂饱和，必须更换柱子或除去被柱子吸附的物质后，才能再使用。

迎头法是将试样混合物连续通过色谱柱，吸附或溶解能力最弱的组分首先一纯物质的状态流出，其次则以第一组分和吸附或溶解能力较弱的第二组分混合物，以此类推。该法在分离多组分混合物

时，除第一组分外，其余均非纯态，因此仅适用于从含有微量杂质的混合物中切割出一个高纯组分（组分A），而不适用于对混合物进行分离。

第二节色谱流出曲线及有关术语

（一）色谱流出曲线和色谱峰

由检测器输出的电信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。

如果进样量很小，浓度很低，在吸附等温线（气固吸附色谱）或分配等温线（气液分配色谱）的线性范围内，则色谱峰是对称的。（二）基线

在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。

（三）峰高

色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。

基线（a）

峰高（h）

（四）保留值

1.死时间t

不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积，因为这种物质不被固定相吸附或溶解，故其流动速度将与流

的比动相流动速度相近。测定流动相平均线速ū时，可用柱长L与t

值计算，即

ū= L/t

2.保留时间t

r

试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间

3.调整保留时间t

r

´

某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，

即t

r ´= t

r

- t

由于组分在色谱柱中的保留时间t

r

包含了组分随流动相通过柱

子所须的时间和组分在固定相中滞留所须的时间，所以t

r

实际上是组分在固定相中保留的总时间。

保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。

4.死体积V

指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两相

很小可忽略不计时，死体积可由死时间与色谱柱出口的载气流速F

c o （cm3·mi n-1）计算。

V

0= t

F

c o

式中F

c o

为扣除饱和水蒸气压并经温度校正的流速。仅适用于气相色谱，不适用于液相色谱。

5.保留体积V

r

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：

V

r = t

r

F

c o

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。

V r'= V

r -V

= t

r

'F

c o

7.相对保留值r

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