仪器分析色谱分析概论
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峰高 h 峰面积 A
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14
（四）色谱峰和区域宽度
标准差
半峰宽W1/2 峰宽W
h
1 2
h
W 1/2
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15
（五）分离度 resolution
R 1.5 完全分离
R＝ tR2 tR1 ＝2(tR2 tR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2
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16
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34
影响保留行为的因素
溶质离子的电荷和水合半径 一般而言，价态高的离子选择系数大
同价阳离子在酸性阳离子交换树脂上： 水合离子半径，选择系数
Li+ Na+ Rb+ Cs+
离子半径
大
水合离子半径
小
K
大
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35
弱酸性阳离子交换树脂
RCOOH+Na+
H+交换能力强
RCOONa+H+
R' 1 1 k
R ' tm N m cmVm tm ts N m NS cmVm csVs
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20
K、k和t之间的关系
R' t0 tR
R' 1 1 k
tR=t0(1+ k) 或
tR=t0(1+K
Vs ) Vm
k
tR
t0
t' R
t0
t0
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
对称峰 fs： 0.95~1.05 前延峰 fs： <0.95 拖尾峰 fs： >1.05
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10
（二）保留值
保留时间
tR retention time t0 dead time tR'adjust retention time
tR' = tR – t0
保留体积
VR retention volume V0 dead volume VR' adjust retention
分子中取代基的空间排列影响吸附能力，例如羟 基处于能形成分子内氢键的位置时，其吸附能力 降低。
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29
三、离子交换柱色谱法
离子交换树脂
-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2
SO3H
SO3H
-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2
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SO3H
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SO3H
30
不同交换基团使树脂具不同类型
正庚烷及正辛烷等的保留指数分别为600、700
及800，其它类推。多数同系物每增加一个CH2， 保留指数约增加100。
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12
例：
测定甲苯的保留指数，实验得到下列色谱图,其 中nc7为________。根据色谱图可求得甲苯的 I=__________。
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13
（三）色谱峰高和峰面积
固定相和流动相
固定相 多孔性凝胶，故又称凝胶色谱法 （gel chromatography）
流动相 有机溶剂：凝胶渗透色谱法 水溶液： 凝胶过滤色谱法
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39
保留体积与渗透系数的关系
VR
Vm
(1
K
P
Vs Vm
)
Vs—凝胶孔穴的总体积， Vm —色谱柱内凝胶的粒间体积，近似于死体积V0
VR V0 K pVs
渗透系数小，或分子线团尺寸（相对分子质量） 大的组分，保留体积小，即先被洗脱出柱。
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40
四种基本类型色谱法
tR
t0
(1
K
Vs Vm
)
VR V0 KVs
K 狭义分配系数 K
Vs 色谱柱内固定液体积
吸附系数 选择性系数 渗透系数
Ka 吸附剂表面积 KA/B 离子交换剂总交换容量 Kp 凝胶孔内总容积
流动相的组成pH 交换能力强的离子组成 的流动相具较强的洗脱能力。弱离子交 换树脂的交换容量与pH有关。
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37
四、空间排阻色谱法
分离原理
根据被分离组分分子的线团尺寸，或渗 透系数而进行分离
Xm
Xs
Kp =Xs/Xm
Xs=0，则Kp=0 Xs=Xm，Kp =1
0＜Kp＜1
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38
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5
发展趋势
新型固定相和检测器 色谱新方法的研究 色谱联用技术 色谱专家系统
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6
第二节 色谱过程和原理
色谱过程
流动相
mobile phase
吸附 解吸
固定相
solid phase
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7
原理
利用物质在两相中（固定相和流动相）的分配 系数差异，使混合物中各组分分离。
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22
（三）色谱分离的前提
若组分A和B通过色谱柱
tRA=t0(1+KA
Vs Vm
)
tRB=t0(1+KB
Vs Vm
)
tR=tRA-tRB=t0(KA-KB)
Vs Vm
K（k）不等是分离的前提
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23
第三节 基本类型色谱法及其分离机制
一、分配色谱法 二、吸附色谱法 三、离子交换色谱法 四、空间排阻色谱法
yyq
第十七章 色谱分析概论
分类和发展 基本类型及其分离机制
色谱过程和基本原理 色谱法基本理论
1
2
概述
色谱法（chromatorgraphy）是一种物理/物理 化学分离分析方法
高效能的分离能力 两次诺贝尔化学奖与之有关 20世纪初，俄国植物学家Tweet首创并命名
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3
第一节 色谱法的分类和发展
阴离子在强碱性交换树脂上的交换顺序 有机骨架 + 碱性基团（NR3+、Cl-等） 柠檬酸根> PO43- > SO42- > I- > NO3- > SCN- > NO2- > Cl- > HCO3- >CH3COO- > OH- > F-
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36
离子交换剂及其流动相的影响
交联度和交换容量 交联度越大，交换容 量越大，离子选择性提高。但交联度不 影响价数相同的离子分离。
GC
填充柱 毛细管柱
-GSC、GLC
色 谱 法
LC
平面色谱 纸色谱 TLC
LLC
LSC
柱色谱 经典液相 LLC
HPLC
LSC
SEC
IEC
BPC
CE
CEC
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4
发展历史
始创于20世纪初 30与40年代相继出现薄层色谱法 50年代气相色谱法兴起 60年代GC-MS联用技术推出 70年代HPLC崛起 80年代出现超临界流体色谱法 90年代HPCE飞速发展
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
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固定相 solid phase 流动相 mobile phase
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8
二、色谱流出曲线和有关概念
（一）色谱流出曲线和色谱峰
色谱流出曲线 信号~时间
基线
噪音随时间变化
色谱峰
组分流经检测器所产生
的信号
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9
色谱峰
对称因子fs (symmetry factor) fs = W0.05 / 2A = （A+B）/ 2A
KA/B大， 交换能力强， 易保留
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32
固定相和流动相
固定相：离子交换剂 离子交换树脂、硅胶化学键合离子交换剂
流动相：一定pH和离子强度的源自文库冲溶液
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33
离子交换树脂的性能指标
交联度—交联剂的含量（%） 交换容量—每克干树脂参加交换反应的基团数目
（mmol/g mmol/ml） 决定于网状结构内酸或碱性基团的数目，受到交联 度、pH等条件的影响。 粒度—交换树脂颗粒的大小（目） 目数大，粒度细，平衡快，但流速慢。一般采用 100~200目
volume
VR' = VR-V0 = FctR'
相对保留值 relative retention; r
r2,1
t' R2
t' R1
V' R2
V' R1
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11
保留指数（I）
IX = 100 [ Z+n lg tR（x） - lg tR（z） ]
lg tR（z+n） - lg tR（z）
IX 为待测组分的保留指数，z 为正构烷烃的碳原 子数。可为1、2…，通常为1。人为规定正己烷、
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26
二、吸附色谱法（GSC, LSC）
分离原理
被分离组分对固定相表面吸附中心吸
附能力的差异
Xm+nYa
Xa+nYm
Ka=
[Xa][Ym]n [Xm][Yn]a
若将[Ym][Yn]看作常数
吸附系数
Ka=
Cs = Xa/Sa
Cm
Xm/Vm
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27
吸附色谱法
固定相和流动相 固定相多为吸附剂（常用硅胶） 流动相极性强时，洗脱能力（0）强 。
三、分配系数与色谱分离
（一）分配系数和容量因子 分配系数 容量因子 分配系数和容量因子的关系
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17
分配系数 distribution coefficient
T、P下，达到分配平衡时，组分在固定相 和流动相中浓度的比值
K = cs cm
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18
容量因子 capacity factor
也称质量分配系数、分配比、保留因子
k = ms = CSVS
mm
CmVm
= K VS Vm
固定 相的 体积
流动 相的 体积
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（二）K、k和t之间的关系
保留比 流动相的线速度u，组分的
速度为v：
在u定=L距/t展0，开如柱色谱中v=L/tR，
R' v u
R' t0 tR
保留比与组分分子在流动相 中的分数有如下关系
阳离子交换树脂 R-SO3H RCOOH
阴离子交换树脂
强酸型 RNR3OH
弱酸型 RNHR
强碱型
弱碱型
树脂单体+交联剂组成网状结构的高分子聚合物
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31
分离原理
交换
RCOOH+Na+
RCOONa+H+
再生
R-B + A
[R-A][B] KA/B = [R-B][A]
选择性系数
R-A + B
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24
一、分配色谱法
分离原理 被分离组分在两相中溶解度的差异
K = Cs = Xs/Vs
Cm
Xm/Vm
X代表溶质分子
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25
分配色谱法
固定相和流动相 正相：流动相极性<固定相极性
作用力 溶质和固定相之间的库仑力和/或氢键
洗脱顺序 正相中：极性较强的组分作用力强而易
被保留，极性弱的组分先出峰。
洗脱顺序 通常极性大的组分Ka值大，易被吸附
剂所吸附，随流动相向前移动的速度小， 后流出色谱柱。
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28
一般规律是：
饱和碳氢化合物为非极性化合物，一般不被吸附 剂吸附。
不饱和化合物比饱和化合物的吸附力强，双键数 多，吸附力增强。
分子中基团的极性越大、极性基团数越多，整个 分子极性越大。
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（四）色谱峰和区域宽度
标准差
半峰宽W1/2 峰宽W
h
1 2
h
W 1/2
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（五）分离度 resolution
R 1.5 完全分离
R＝ tR2 tR1 ＝2(tR2 tR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2
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影响保留行为的因素
溶质离子的电荷和水合半径 一般而言，价态高的离子选择系数大
同价阳离子在酸性阳离子交换树脂上： 水合离子半径，选择系数
Li+ Na+ Rb+ Cs+
离子半径
大
水合离子半径
小
K
大
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弱酸性阳离子交换树脂
RCOOH+Na+
H+交换能力强
RCOONa+H+
R' 1 1 k
R ' tm N m cmVm tm ts N m NS cmVm csVs
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K、k和t之间的关系
R' t0 tR
R' 1 1 k
tR=t0(1+ k) 或
tR=t0(1+K
Vs ) Vm
k
tR
t0
t' R
t0
t0
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
对称峰 fs： 0.95~1.05 前延峰 fs： <0.95 拖尾峰 fs： >1.05
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（二）保留值
保留时间
tR retention time t0 dead time tR'adjust retention time
tR' = tR – t0
保留体积
VR retention volume V0 dead volume VR' adjust retention
分子中取代基的空间排列影响吸附能力，例如羟 基处于能形成分子内氢键的位置时，其吸附能力 降低。
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三、离子交换柱色谱法
离子交换树脂
-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2
SO3H
SO3H
-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2
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SO3H
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SO3H
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不同交换基团使树脂具不同类型
正庚烷及正辛烷等的保留指数分别为600、700
及800，其它类推。多数同系物每增加一个CH2， 保留指数约增加100。
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例：
测定甲苯的保留指数，实验得到下列色谱图,其 中nc7为________。根据色谱图可求得甲苯的 I=__________。
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（三）色谱峰高和峰面积
固定相和流动相
固定相 多孔性凝胶，故又称凝胶色谱法 （gel chromatography）
流动相 有机溶剂：凝胶渗透色谱法 水溶液： 凝胶过滤色谱法
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保留体积与渗透系数的关系
VR
Vm
(1
K
P
Vs Vm
)
Vs—凝胶孔穴的总体积， Vm —色谱柱内凝胶的粒间体积，近似于死体积V0
VR V0 K pVs
渗透系数小，或分子线团尺寸（相对分子质量） 大的组分，保留体积小，即先被洗脱出柱。
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四种基本类型色谱法
tR
t0
(1
K
Vs Vm
)
VR V0 KVs
K 狭义分配系数 K
Vs 色谱柱内固定液体积
吸附系数 选择性系数 渗透系数
Ka 吸附剂表面积 KA/B 离子交换剂总交换容量 Kp 凝胶孔内总容积
流动相的组成pH 交换能力强的离子组成 的流动相具较强的洗脱能力。弱离子交 换树脂的交换容量与pH有关。
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四、空间排阻色谱法
分离原理
根据被分离组分分子的线团尺寸，或渗 透系数而进行分离
Xm
Xs
Kp =Xs/Xm
Xs=0，则Kp=0 Xs=Xm，Kp =1
0＜Kp＜1
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发展趋势
新型固定相和检测器 色谱新方法的研究 色谱联用技术 色谱专家系统
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第二节 色谱过程和原理
色谱过程
流动相
mobile phase
吸附 解吸
固定相
solid phase
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原理
利用物质在两相中（固定相和流动相）的分配 系数差异，使混合物中各组分分离。
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（三）色谱分离的前提
若组分A和B通过色谱柱
tRA=t0(1+KA
Vs Vm
)
tRB=t0(1+KB
Vs Vm
)
tR=tRA-tRB=t0(KA-KB)
Vs Vm
K（k）不等是分离的前提
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第三节 基本类型色谱法及其分离机制
一、分配色谱法 二、吸附色谱法 三、离子交换色谱法 四、空间排阻色谱法
yyq
第十七章 色谱分析概论
分类和发展 基本类型及其分离机制
色谱过程和基本原理 色谱法基本理论
1
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概述
色谱法（chromatorgraphy）是一种物理/物理 化学分离分析方法
高效能的分离能力 两次诺贝尔化学奖与之有关 20世纪初，俄国植物学家Tweet首创并命名
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3
第一节 色谱法的分类和发展
阴离子在强碱性交换树脂上的交换顺序 有机骨架 + 碱性基团（NR3+、Cl-等） 柠檬酸根> PO43- > SO42- > I- > NO3- > SCN- > NO2- > Cl- > HCO3- >CH3COO- > OH- > F-
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离子交换剂及其流动相的影响
交联度和交换容量 交联度越大，交换容 量越大，离子选择性提高。但交联度不 影响价数相同的离子分离。
GC
填充柱 毛细管柱
-GSC、GLC
色 谱 法
LC
平面色谱 纸色谱 TLC
LLC
LSC
柱色谱 经典液相 LLC
HPLC
LSC
SEC
IEC
BPC
CE
CEC
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发展历史
始创于20世纪初 30与40年代相继出现薄层色谱法 50年代气相色谱法兴起 60年代GC-MS联用技术推出 70年代HPLC崛起 80年代出现超临界流体色谱法 90年代HPCE飞速发展
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
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固定相 solid phase 流动相 mobile phase
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二、色谱流出曲线和有关概念
（一）色谱流出曲线和色谱峰
色谱流出曲线 信号~时间
基线
噪音随时间变化
色谱峰
组分流经检测器所产生
的信号
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色谱峰
对称因子fs (symmetry factor) fs = W0.05 / 2A = （A+B）/ 2A
KA/B大， 交换能力强， 易保留
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固定相和流动相
固定相：离子交换剂 离子交换树脂、硅胶化学键合离子交换剂
流动相：一定pH和离子强度的源自文库冲溶液
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离子交换树脂的性能指标
交联度—交联剂的含量（%） 交换容量—每克干树脂参加交换反应的基团数目
（mmol/g mmol/ml） 决定于网状结构内酸或碱性基团的数目，受到交联 度、pH等条件的影响。 粒度—交换树脂颗粒的大小（目） 目数大，粒度细，平衡快，但流速慢。一般采用 100~200目
volume
VR' = VR-V0 = FctR'
相对保留值 relative retention; r
r2,1
t' R2
t' R1
V' R2
V' R1
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保留指数（I）
IX = 100 [ Z+n lg tR（x） - lg tR（z） ]
lg tR（z+n） - lg tR（z）
IX 为待测组分的保留指数，z 为正构烷烃的碳原 子数。可为1、2…，通常为1。人为规定正己烷、
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二、吸附色谱法（GSC, LSC）
分离原理
被分离组分对固定相表面吸附中心吸
附能力的差异
Xm+nYa
Xa+nYm
Ka=
[Xa][Ym]n [Xm][Yn]a
若将[Ym][Yn]看作常数
吸附系数
Ka=
Cs = Xa/Sa
Cm
Xm/Vm
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吸附色谱法
固定相和流动相 固定相多为吸附剂（常用硅胶） 流动相极性强时，洗脱能力（0）强 。
三、分配系数与色谱分离
（一）分配系数和容量因子 分配系数 容量因子 分配系数和容量因子的关系
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分配系数 distribution coefficient
T、P下，达到分配平衡时，组分在固定相 和流动相中浓度的比值
K = cs cm
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容量因子 capacity factor
也称质量分配系数、分配比、保留因子
k = ms = CSVS
mm
CmVm
= K VS Vm
固定 相的 体积
流动 相的 体积
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（二）K、k和t之间的关系
保留比 流动相的线速度u，组分的
速度为v：
在u定=L距/t展0，开如柱色谱中v=L/tR，
R' v u
R' t0 tR
保留比与组分分子在流动相 中的分数有如下关系
阳离子交换树脂 R-SO3H RCOOH
阴离子交换树脂
强酸型 RNR3OH
弱酸型 RNHR
强碱型
弱碱型
树脂单体+交联剂组成网状结构的高分子聚合物
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分离原理
交换
RCOOH+Na+
RCOONa+H+
再生
R-B + A
[R-A][B] KA/B = [R-B][A]
选择性系数
R-A + B
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一、分配色谱法
分离原理 被分离组分在两相中溶解度的差异
K = Cs = Xs/Vs
Cm
Xm/Vm
X代表溶质分子
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分配色谱法
固定相和流动相 正相：流动相极性<固定相极性
作用力 溶质和固定相之间的库仑力和/或氢键
洗脱顺序 正相中：极性较强的组分作用力强而易
被保留，极性弱的组分先出峰。
洗脱顺序 通常极性大的组分Ka值大，易被吸附
剂所吸附，随流动相向前移动的速度小， 后流出色谱柱。
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一般规律是：
饱和碳氢化合物为非极性化合物，一般不被吸附 剂吸附。
不饱和化合物比饱和化合物的吸附力强，双键数 多，吸附力增强。
分子中基团的极性越大、极性基团数越多，整个 分子极性越大。