6《仪器分析》色谱分析导论1-2
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问题： 1) 色谱峰为什么是这种形状？ 2) 不同物质为什么保留值不同？ 3) 相邻的峰分离效果如何表示？和什么因素有关？ 4) 如何提高分离速度？ 5) ……
样品在色谱柱内运行有两个基本特点： ①不同组分分子差速迁移-物质在两相中的分配平
衡，热力学 ②同种组分分子分布离散-物质在流动相、固定相
中的扩散和运输速率以及柱外效应，动力学
取决于： ① 固定相性质与流动相性质 ② 柱温
（3）色谱过程基本理论
色谱过程理论需要解决的问题： ① 组分保留时间为何不同？ ② 色谱峰为何变宽？ ③ 影响分离效果的因素及改进途径？
色谱分离过程的热力学和动力学问题，柱效与 分离度的评价指标及其关系。
①1940年Wilson提出了平衡色谱理论。对于谱线移动的
① 停留在流动相里面的时间t0 – 受流动相流速的影 响，与组分的分配保留无关
② 停留在固定相里面的时间t0k’ – 决定于分配比， 即分配系数以及色谱柱的结构参数
k'
tR
t0
t
' R
t0
t0
相对保留值：
2,1
K (2) K (1)
k ' (2) k ' (1)
t
ຫໍສະໝຸດ Baidu
' R
(2)
tR' (1)
代表固定相对两组分的分离能力即分离选择性的 大小。
J IJ=2
F
G Y1/2=FG=2.3
0.5h h0.607h
A
tm
B
t'
C
E
DY=CD=4
R
t
组分在柱内理想的浓度分布R构型 C
可用正态分布曲线方程表示：
m
F 2
exp
1 2
t
tR
2
a) 基线 b) 色谱峰 c) 峰高 d) 区域宽度：标准偏差 ；半峰宽 W1/2 ；峰底宽W（W1/2 = 2.354
RTln(
Cs Cm
)
(s0
m0 )
分配系数K：
定义为组分在固定相中和流动相中的浓度之比，
因此有：
K Cs exp( 0 ) （1-5）
Cm
RT
物质的化学势实际上等于其偏摩尔自由能，（因1-6此）可 得：
0 G 0
ln K RT RT
分配系数K是溶质在两相中的分布平 衡性质的量度，反映了溶质和固定相、 流动相作用力的差别，它决定于流动相、 固定相和溶质分子的结构，而和色谱柱 特性以及仪器无关。
（c）按照分离系统的结构形状分： 柱色谱、毛细管色谱、平板色谱
（d）按照展开程序分： 洗脱法、顶替法、迎头法
①洗脱法
吸附或溶解能力比样品弱的物质作为流动相，利 用组分在固定相上溶解能力不同实现分离。
A
1
2
3
t
洗脱法样品流出曲线 大部分色谱过程采取这种方法。样品区带呈高斯分布。
②顶替法
在惰性流动相中加入对固定相吸附或者溶解能力比所有组份 都强的物质为顶替剂（或者直接用顶替剂做流动相。
分配比
色谱学中用到的描述溶质在固定相和流动相之 间分布特性的另一个重要的参数是分配容量k’，也 叫容量因子，分配比，容量比。
k'
溶质在固定相中的量 溶质在流动相中的量
ns nm
CsVs CmVm
K Vs Vm
相比
色谱柱内流动相体积 色谱柱内固定相体积
Vm Vs
（1-8）
相比与填料的颗粒度、表面积、固定相的用量、填 充的情况等因素有关！
2 1
3
顶替法样品流出曲线
适合于制备纯物质或者浓缩分离某一组份，缺点是每经一次 使用后，必须更新柱子
③迎头法 是将试样混合物连续通过色谱柱。
1,2 1,2,3 1
迎头法样品流出曲线 除第一组份外均非纯物质，因此仅适用于从含微量杂质 的混合物中切割出一个纯组份。
2 色谱流出曲线和术语
L
非滞留组分
I
色谱分析导论
1. 色谱法及其分类 2. 色谱流出曲线和术语 3. 色谱分析基本原理
1 色谱法及其分类
（1）定义：
色谱法是一种物理化学分离和分析方法。它是 基于物质溶解度、蒸汽压、吸附能力、立体化学或 者离子交换等物理化学性质的微小差异，使其在流 动相和固定相之间的分配系数不同。当两相做相对 运动时，被分离物质在两相之间进行反复多次分配， 这样原来微小的分配差异产生了很大的效果，使各 组分分离，从而达到分离、分析以及测定一些物理 化学常数的目的。
因此，组分在两相之间的化学势之差就是发生相 转移变化的推动力。
溶质在流动相和固定相中的化学势分别为：
s
0 s
RT
ln
s
m m0 RT ln m
平衡状态下溶质在两相中的化学势相等，即
0 s
RT ln s
0 m
RT ln m
由于色谱体系中溶质量很小，一般做稀溶液处
理，活度可以用浓度C代替，从而可得到：
（2）历史：
色谱法最早是由俄国植物学家茨维特（Tswett） 于1906年提出的。
固定相 流动相
现代色谱方法的分离与检 测是在线连续进行，记录 时间－组分浓度信号图即 色谱图。
（3）分类：
（a）按照流动相和固定相物态分： 气相色谱：气-固，气-液 液相色谱：液-固，液-液 超临界流体色谱
（b）按照分离原理分： 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱 凝胶色谱、生物亲和色谱
速度和非线性分配等温线时的流出曲线形状给了很好的说明。由于 该理论忽略了传质速率的有限性与物质分子的纵向扩散的影响，因 而对在线性色谱条件下的色谱峰区域扩宽的现象不能解释。
色谱学研究的两个基本问题 ：热力学、动力学
（1）分配过程
V 流动相
固定相
色谱柱内的分配平衡
K Cs Cm
相转移力：
热力学理论告诉我们，自发过程总是向自由能减 少的方向进行的。而化学势（偏摩尔自由能）可以 用来判断相变化和化学变化的方向，即物质总是从 化学势高的状态变到化学势低的状态，直至化学势 相等即达到平衡状态。
； W=4 ）
e) 保留值：死时间tm；保留时间tR；调整保留时间tR’；死体积Vm；
保留体积VR；调整保留体积VR’
f) 相对保留值 g) 分离度
由色谱峰流出曲线可以实现以下目的： ① 依据保留值进行定性； ② 依据峰面积或者峰高进行定量分析； ③ 依据保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能
3 色谱分析基本原理
k' K
（2）保留值
保留值是组分在色谱柱内滞留行为的一个指标， 与分配过程有关，受热力学和动力学因素的控制。 保留时间、保留体积等。
基本保留方程为：
tR
t0 (1
k')
L u
1
K
VR t0 (1 k ' )F Vm (1 k ' ) Vm KVs
组分在色谱柱内停留的时间tR可以看成两部分：
样品在色谱柱内运行有两个基本特点： ①不同组分分子差速迁移-物质在两相中的分配平
衡，热力学 ②同种组分分子分布离散-物质在流动相、固定相
中的扩散和运输速率以及柱外效应，动力学
取决于： ① 固定相性质与流动相性质 ② 柱温
（3）色谱过程基本理论
色谱过程理论需要解决的问题： ① 组分保留时间为何不同？ ② 色谱峰为何变宽？ ③ 影响分离效果的因素及改进途径？
色谱分离过程的热力学和动力学问题，柱效与 分离度的评价指标及其关系。
①1940年Wilson提出了平衡色谱理论。对于谱线移动的
① 停留在流动相里面的时间t0 – 受流动相流速的影 响，与组分的分配保留无关
② 停留在固定相里面的时间t0k’ – 决定于分配比， 即分配系数以及色谱柱的结构参数
k'
tR
t0
t
' R
t0
t0
相对保留值：
2,1
K (2) K (1)
k ' (2) k ' (1)
t
ຫໍສະໝຸດ Baidu
' R
(2)
tR' (1)
代表固定相对两组分的分离能力即分离选择性的 大小。
J IJ=2
F
G Y1/2=FG=2.3
0.5h h0.607h
A
tm
B
t'
C
E
DY=CD=4
R
t
组分在柱内理想的浓度分布R构型 C
可用正态分布曲线方程表示：
m
F 2
exp
1 2
t
tR
2
a) 基线 b) 色谱峰 c) 峰高 d) 区域宽度：标准偏差 ；半峰宽 W1/2 ；峰底宽W（W1/2 = 2.354
RTln(
Cs Cm
)
(s0
m0 )
分配系数K：
定义为组分在固定相中和流动相中的浓度之比，
因此有：
K Cs exp( 0 ) （1-5）
Cm
RT
物质的化学势实际上等于其偏摩尔自由能，（因1-6此）可 得：
0 G 0
ln K RT RT
分配系数K是溶质在两相中的分布平 衡性质的量度，反映了溶质和固定相、 流动相作用力的差别，它决定于流动相、 固定相和溶质分子的结构，而和色谱柱 特性以及仪器无关。
（c）按照分离系统的结构形状分： 柱色谱、毛细管色谱、平板色谱
（d）按照展开程序分： 洗脱法、顶替法、迎头法
①洗脱法
吸附或溶解能力比样品弱的物质作为流动相，利 用组分在固定相上溶解能力不同实现分离。
A
1
2
3
t
洗脱法样品流出曲线 大部分色谱过程采取这种方法。样品区带呈高斯分布。
②顶替法
在惰性流动相中加入对固定相吸附或者溶解能力比所有组份 都强的物质为顶替剂（或者直接用顶替剂做流动相。
分配比
色谱学中用到的描述溶质在固定相和流动相之 间分布特性的另一个重要的参数是分配容量k’，也 叫容量因子，分配比，容量比。
k'
溶质在固定相中的量 溶质在流动相中的量
ns nm
CsVs CmVm
K Vs Vm
相比
色谱柱内流动相体积 色谱柱内固定相体积
Vm Vs
（1-8）
相比与填料的颗粒度、表面积、固定相的用量、填 充的情况等因素有关！
2 1
3
顶替法样品流出曲线
适合于制备纯物质或者浓缩分离某一组份，缺点是每经一次 使用后，必须更新柱子
③迎头法 是将试样混合物连续通过色谱柱。
1,2 1,2,3 1
迎头法样品流出曲线 除第一组份外均非纯物质，因此仅适用于从含微量杂质 的混合物中切割出一个纯组份。
2 色谱流出曲线和术语
L
非滞留组分
I
色谱分析导论
1. 色谱法及其分类 2. 色谱流出曲线和术语 3. 色谱分析基本原理
1 色谱法及其分类
（1）定义：
色谱法是一种物理化学分离和分析方法。它是 基于物质溶解度、蒸汽压、吸附能力、立体化学或 者离子交换等物理化学性质的微小差异，使其在流 动相和固定相之间的分配系数不同。当两相做相对 运动时，被分离物质在两相之间进行反复多次分配， 这样原来微小的分配差异产生了很大的效果，使各 组分分离，从而达到分离、分析以及测定一些物理 化学常数的目的。
因此，组分在两相之间的化学势之差就是发生相 转移变化的推动力。
溶质在流动相和固定相中的化学势分别为：
s
0 s
RT
ln
s
m m0 RT ln m
平衡状态下溶质在两相中的化学势相等，即
0 s
RT ln s
0 m
RT ln m
由于色谱体系中溶质量很小，一般做稀溶液处
理，活度可以用浓度C代替，从而可得到：
（2）历史：
色谱法最早是由俄国植物学家茨维特（Tswett） 于1906年提出的。
固定相 流动相
现代色谱方法的分离与检 测是在线连续进行，记录 时间－组分浓度信号图即 色谱图。
（3）分类：
（a）按照流动相和固定相物态分： 气相色谱：气-固，气-液 液相色谱：液-固，液-液 超临界流体色谱
（b）按照分离原理分： 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱 凝胶色谱、生物亲和色谱
速度和非线性分配等温线时的流出曲线形状给了很好的说明。由于 该理论忽略了传质速率的有限性与物质分子的纵向扩散的影响，因 而对在线性色谱条件下的色谱峰区域扩宽的现象不能解释。
色谱学研究的两个基本问题 ：热力学、动力学
（1）分配过程
V 流动相
固定相
色谱柱内的分配平衡
K Cs Cm
相转移力：
热力学理论告诉我们，自发过程总是向自由能减 少的方向进行的。而化学势（偏摩尔自由能）可以 用来判断相变化和化学变化的方向，即物质总是从 化学势高的状态变到化学势低的状态，直至化学势 相等即达到平衡状态。
； W=4 ）
e) 保留值：死时间tm；保留时间tR；调整保留时间tR’；死体积Vm；
保留体积VR；调整保留体积VR’
f) 相对保留值 g) 分离度
由色谱峰流出曲线可以实现以下目的： ① 依据保留值进行定性； ② 依据峰面积或者峰高进行定量分析； ③ 依据保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能
3 色谱分析基本原理
k' K
（2）保留值
保留值是组分在色谱柱内滞留行为的一个指标， 与分配过程有关，受热力学和动力学因素的控制。 保留时间、保留体积等。
基本保留方程为：
tR
t0 (1
k')
L u
1
K
VR t0 (1 k ' )F Vm (1 k ' ) Vm KVs
组分在色谱柱内停留的时间tR可以看成两部分：