第十二章 色谱分析法

大连催化剂厂 上海试剂厂
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成 经酸碱处理， 比表面积 0.02 m2 / 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 m2 / g 适宜分析强极性物质和腐蚀性物质
上海试剂厂
固定液 名 称
商品牌号
使用温度 （最高） ℃ 150 300
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。
(4)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。
第十二章
色谱分析法
Chapter 12 Chromatography Analysis
色谱是一种分离科学！ 色谱在现代分析中扮演着重要的角色！ 色谱是现代人们生活平安身体健康的保护神！
引言
环境样品的成分极为复杂，如茶叶中含有化学成 分有500多中，其中有机物450多种；土壤化学成分有 各种有机物、无机金属、有机金属、矿物质等等；大
(5)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。
2. 气液色谱的固定相
包括载体和固定液：小颗粒表面涂渍上 一薄层固定液。 载体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的 比表面积。 固定液：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。
的毛细管超临界流体色谱(SFC)和毛细管电泳
(CZE),90年代的毛细管电色谱(CEC).
30-40年代,色谱为揭开生物世界的奥秘,分离复杂 的生物组成发挥独特的作用;50年代为石油工业的研究 和发展作出了重要贡献;60-70年代成为石油工业、化
学工业等部门不可缺少的分析监测工具.目前,色谱是
生命科学、材料科学、环境科学、医药科学、食品科 学、法庭科学和航天科学等研究领域的极为重要的不 可缺少的手段和工具。 ——摘自《色谱分析概论》
二、色谱分离的示意图
为什么是峰形？
三、色谱法分类
1. 根据流动相和固定相的物理性质分类：
流动相 固定相
气 气 液 液
－ － － －
固 液 固 液
色谱 色谱 色谱 色谱
气相色谱 液相色谱
以临界温度和压力下的CO2作为流动相的称为超临界 流体色谱。
2.根据固定相的形式分类：
填充柱
（1）柱色谱
毛细管柱
2.
1940年,Martin和Synge提出了液液分配色谱法
(Liguid-Liquid Partition Chromatography),固定相 是吸附在硅胶上的水,流动相是有机溶剂.
3.
1941年, Martin和Synge又提出了用气体代替液 体作为流动相,建立了气相色谱法(Gas-Liquid
—— —— ——
死体积V m 保留体积V R 调整保留体积V R’
分离效果表达
相对保留值r 2，1＝ t R’2 / t R’1
相对保留值r越大，两个峰距离越大，该两种组分越容易分离； r等于1时，两个峰重叠。
2（ t R’2 － t R’1 ） 分离度R=—————————— W2+W1
R=1,说明两峰的峰面积5％重叠，95％分离；R＝1.5，可视为 两峰完全分离。
1.热导检测器（TCD）：基于各种物质有不同的导 热系数而设计的检测器。 载气加分析物
纯载气
2. 氢火焰离子化检测器(FID)：
液体：聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚苯 基甲基硅氧烷等 各种络合剂、 离子交换剂、酶、辅酶等
色谱的发展与检测器检测能力不断提高有密切的
关系：
茨维特采用眼睛观测分离效果。 气相色谱—— 液相色谱—— 紫外可见分光光度检测器 荧光检测器 二来自百度文库管阵列检测器 蒸发激光光散射检测器
热导检测器（TCD）
经过几十年的发展和几代化学工作者的努力， 分离技术达到了很高的水平！ 药物手性拆分、同位素分离、蛋白质纯化、DNA
测序等等。
实现物质分离的重要方法和仪器——色谱！
色谱仪器
第一节
一、色谱的由来和发展
色谱法概述
1.色谱的出现
1903年,俄国植物学家茨维特 (Tswett)在波兰华沙大学中研究植物 叶子组成时,用碳酸钙作为吸附剂,分 离叶子的石油醚溶液,装置右图.
（7） 色谱工作站
三、GC固定相及其选择
1. 气固色谱的固定相 (1)活性炭
有较大的比表面积，吸附性较强。
(2)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。 (3)硅胶
专属型——对特定物质有高灵敏响应；
常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；
有关检测器原理、结构见第三节。
TCD
FID
（6） 温度控制系统
温度对色谱分离的影响及其重要，所以在分离
过程中要严格控制气化室、色谱柱和检测器的温
度。 气化室：保证液体试样瞬间气化；
色谱柱：准确控制分离需要的温度。
检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；
常用的载气有：氢气、氮气、氦气；（纯度：99.9999％） 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活 性炭等）；
载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。
（2）进样系统 进样装置：进样器+气化室； 进样器分成气体进样和液体进样。
气体进样：
液体进样：
自动进样器：
Chromatography),获得1952年诺贝尔化学奖.
4. 1957年,高雷(Golay)开创了毛细管柱气相色谱法
(Capillary Column Chromatography),使用直径仅几 十微米的毛细管作为色谱柱,大大减少了进样体积,大 大提高了分离效率. 此后,色谱法的研究十分活跃,各种类型的色谱法纷 纷推出,50年代的纸色谱和薄层色谱(TLC),60年代的 高效液相色谱(HPLC),70年代的离子色谱(IC),80年代
薄层色谱
（2）平板色谱
纸色谱
3.根据分离过程原理的分类：
（1）吸附色谱 用固体吸附剂作为固定相，根据样品各组分在吸附剂上的吸 附力大小不同而达到分离的目的。 （2）分配色谱 用吸附在载体上的液体作为固定相，根据样品各组分在流动 相和固定相上的分配系数不同达到分离的目的。 （3）离子交换色谱 用离子交换剂作为固定相，利用样品中各种离子与固定相的交 换能力不同达到分离的目的 （4）络合色谱 络合剂作为固定相，分离各种离子。 （5）亲和色谱 用具有生物活性的配位体（如酶、辅酶、抗体、激素等）作为固 定相，利用蛋白质等与之亲和力不同进行分离蛋白质和其它生物活 性物质。
3.缺点
对物质的辨别能力较差。
五、经典色谱与现代色谱的比较
经典色谱 现代色谱
固定相和流动相的种类不断发展，以满足各种物质
的分离： 茨维特采用碳酸钙作为固定相，石油醚作为流动相。 流动相——气体：N2、H2、He 液体：甲醇、无水乙醇、正己烷等 固定相——固体：活性炭、石墨碳黑、分子筛、高
分子微孔小球等
进样口
（3）色谱柱（色谱的核心部件）
分成填充柱和毛细管柱。其内部的固定相是核
心中的核心。
（4） 柱箱
（5）检测器
色谱仪的眼睛。
通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；
被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质 量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示， 给出色谱图； 检测器：广普型——对所有物质均有响应；
溶剂
相对 极性 0 —
麦氏 常数 总和 0 143
分析对象 （参考） 烃类 及 非极 性化 合物 非极 性 和弱 极性 各类 高 沸点 有机 化合物 各类 高 沸点 弱极 性有机化合物， 如 芳烃
固定液
1、 角鲨烷 （异三十烷） 2、阿皮松 L
SQ APL
乙醚 苯
3、硅油
OV-101
350
丙酮
+1
229
气液色谱载体
担体名称 种类 硅 藻 土 类 白色 硅藻土 担体 红色 硅藻土 担体 201 红色担体 301 釉化红色担体 6201 红色担体 101 白色担体 101 酸洗 101 硅烷化白色担体 102 白色担体 高分子微球 非 硅 藻 土 类 玻璃微球 氟担体 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 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 特点及用途 生产厂家
色谱定性分析：在实验条件完全一致的情况下，同一
种物质的保留时间或者保留体积相同。
色谱定量分析：色谱峰高和峰面积与该物质的量成正
比关系。
第三节 气相色谱仪
一. GC仪器构造示意图
二. GC的主要部件及其作用
（1）载气系统 提供流速恒定的高纯的载气（流动相）。 包括：气源、净化干燥管和载气流速控制。
他发现,管内形成了6个色带.茨维
特将这种色带叫做“色谱”（
Chromatography），玻璃管叫做“ 色谱柱”（ Chromatograph Column ），碳酸钙称为“固定相”（solid phase），石油醚叫做“流动相”（
liquid phase）。
2. 色谱法的发展
1. 1931年,德国的Kuhn和Lederer用氧化铝和碳酸 钙分离了60多种色素.
350 350 300 350 130 250 250
甲苯 甲苯 甲苯 甲苯 乙醚 氯仿
+1 +2 +2 +2 +2 +2 +3
423 592 827 1075
1500 1813
PEG20M DEGS
250 225
乙醇 氯仿
氢键 氢键
2308 3430
醇、 醛酮、 脂肪酸、 酯等极性化合物
四、GC检测器
4、 苯基 10% 甲基聚硅氧烷 5、 苯基（20%） 甲基聚硅氧烷 6、 苯基（50%） 甲基 聚硅氧烷 7、苯基（60%）甲基 聚硅氧烷 8、邻苯二甲酸 二壬酯 9、三氟丙基甲基 聚硅氧烷 10、 氰丙基（25%） 苯基（25%） 甲基聚硅氧烷 11、聚乙二醇 12、 丁二酸二乙 二醇聚酯
OV-3 OV-7 OV-17 OV-22 DNP OV-210 OV-225
四、色谱法的特点和优点 1.特点 超高的分离能力，分离效率远远高于其他分离技术。 2.优点
（1）分离效率超高。一个样品中数十上百个组分可以一次性分离。 （2）应用范围很广。几乎所有的化学物都可分离和测定，无论是有 机物、无机物、低分子和高分子，甚至有生物活性的生物大分子（ 氨基酸、蛋白质等）。 （3）分析速度快。几分钟到几十分钟就完成一次分离。 （4）需要样品量极少。几微升到几毫升的用量。 （5）灵敏度很高。组分含量低至10－9—10－14g的可被检出。 （6）易于实现自动化。全部分析过程采取电脑控制。
气、人体血液的成分都极为复杂。
所以，在对环境样品中的某一成分进行分析测定 时，其它成分必然会对测定过程产生一定的干扰，导 致测定结果不可靠。 分离在这里显得非常重要！使得分离技术成为一 门科学。
经典的分离方法有过滤、蒸馏、分馏、萃取等， 这些方法都是基于手工操作，只能用于大计量物质的
分离，而且分离很不完全。
电子俘获检测器(ECD) 氮磷检测器（NPD） 火焰光度检测器（FPD）
氢火焰离子化检测器(FID) 示差折光检测器
第二节 色谱图及其术语
死时间 保留时间 色谱峰 调整保留时间 峰高 标准偏差 半高峰宽
空气峰
基线
峰底宽
载气流速F0 死时间 t m 保留时间 t R 调整保留时间 t R’
16种农药残留的色谱图
180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 -20000 15 20 25 30 35 40 45
保 留时 间（ min）
色谱图例1
色谱图例2
色谱图例3
色谱图例4
色谱图例5
从色谱图可以获得： （1）根据峰的数目，可以判断该试样所含组分的最少 个数； （2）根据峰的保留值，可以进行组分的定性； （3）根据峰高或者峰面积，可以进行组分的定量； （4）根据峰间距和峰宽，可以对分离效能进行评价。