分析化学课件-色谱分析法

围的面积。
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柱效参数
标准差(standard deviation；σ)：正态色谱流
出曲线上两拐点间距离之半，即0.607倍峰高处
的峰宽之半。σ的大小表示组分被带出色谱柱的 分散程度。σ越大，组分越分散；反之越集中。 半峰宽(W1/2)：峰高一半处的峰宽 W1/2=2.355σ 峰宽 (peak width；W)：色谱峰两侧拐点作切线
应用的科学领域：生命科学、材料科学、 环 境科学等。（科学的科学）
药学（药物分析）：各国药典收载了许多 色 谱分析方法。中国药典二部，700多，纯 度检查、定性鉴别或含量测定，一部， 600多鉴别或含量测定。
第一节 色谱法的分类和发展
一、色谱法的分类
按流动相的分子聚集状态分类: GC、LC、SFC 等。
附力越强。 ④分子中取代基的空间排列
三、离子交换色谱法
分离原理 利用被分离组分离子交换能力的 差别而实现分离。
分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。
阳离子交换：
阴离子交换：
交换
RSO 3 H+ + Na+ 再生
RSO 3 Na+ + H +
离子交换通式： RNR+3 OH- + Cl
交换
分配系数与色谱分离
容量因子(capacity factor；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(m)之比。（摩尔数？）
又称为质量分配系数或分配比。
还与固定相和流动相的体积有关。
容量因子与 分配系数的关系
k
m s
CV ss
V K s
m CV
V
m
mm
m
分（二配）系分数配与系色数谱和分容量离因子与保留时间的关系
R' v u
v=L/tR
u=L/t0
R' t0 tR
R' tm N m CmVm tm ts N m NS CmVm CsVs
R' 1 1 k
R' t0 tR
tR=t0(1+ k)
V
tR=t0(1+K
s
V
)
m
t t t'
k R
0
R
tt
0
0
分配系数与色谱分离
（三）色谱分离的前提
再生 RNR+3 Cl
+ OH
R B+ A
R A+ B
离子交换色谱法
交换反应的平衡常数即选择性系数：
K A/B
[R－A] /[A] [R－B] /[B]
KA KB
KA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，KA/B
越大，A的交换能力大，越易保留。
常选择某种离子（如H+或Cl－）作参考。
KA、 KB为A、B的分配系数。
稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的 交换顺序是：
Fe3+＞Al3+＞Ba2+≥Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ni2+＞ Cd2+≥Cu2+≥Co2+≥Mg2+≥Zn2+≥Mn2+＞Ag+＞Cs+ ＞Rb+＞K+≥NH4+＞Na+＞H+＞Li+
离子交换色谱法
常见阴离子在强碱性阴离子交换树脂上的交
在基线上所截得的距离。 W=4σ 或 W=1.699W1/2
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总分离效能指标
分离度(resolution；R)：又称分辨率。是相邻两色
谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。
R＝ tR2 tR1 ＝ 2(tR常峰，W1≈W2= 4σ ， 则R=1.5时，99.7%面积(tR ±3σ)被分开，
流动相 气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。 液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。 正相液液分配色谱：流动相的极性弱于固定
相的极性。 反相液液分配色谱：流动相的极性强于固定
相的极性。
分配色谱法
洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶 解度的相对大小而决定。
正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。 （库仑力和氢键力）。
按固定相的分子聚集状态分类: GSC、GLC、LSC、LLC等。
按操作形式分类:
柱色谱法、平面色谱法、毛细管电 泳法等。
按色谱过程的分离机制分类:
分配色谱法、吸附色谱法、离子交 换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电 泳法等。
GSC
气相色谱
柱色谱法
法（GC）
GLC
平面色谱法
纸色谱法
LLC LLC
色 谱 法
lg
t
' R(z)
lg tR' (zn)
lg
t
' R(z)
]
z与z+n为正构烷烃对的碳原子数 ，Z为6，7，8，I为 600，700，800
定量参数
峰高(peak height；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。
峰面积(peak area；A)：色谱曲线与基线间包
第二节 色谱过程和基本原理
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
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。
K＝ Cs X s Vs Cm X m Vm
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。
分配色谱法
固定相 又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上的 一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将各种 有机基团键合到载体上形成的固定相）。
∆ tR =6 σ ，称 6 σ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。 K = Cs
Cm
分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质 及温度（和压力）有关。是组分的特征常数。
化学键合离子交换剂：键合在薄壳型和全多孔微粒 硅胶上。用于HPLC中的固定相
离子交换色谱法
流动相 一定pH和离子强度的缓冲溶 液，有 时也加入少量有机溶剂，如乙 醇、四氢呋 喃、乙腈等，以提高选择 性。
离子交换色谱法
影响保留行为的因素 被分离离子、离子交换 剂、流动相的性质等
(1) 离子的电荷和水合半径：价态高选择性系 数大。同价阳离子在酸性阳离子交换剂上,水 合离子半径, 选择性系数小。
调整保留时间( )：某组分由于溶解（或被吸
附）于固定相，t比' 不溶解（或不被吸附）的组 R
分在柱中多停留的时间。
tR' ＝tR t0
定性参数2
保留体积(VR)：从进样开始到某个组分在柱
后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动
相体积。
VR tR Fc
死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未
被固定相占有的空间。
换顺序通常为：
柠 SC檬N＞酸根＞PO43＞＞SCOl42＞＞I ＞ NO －3＞＞
CH3COO＞NOHO－＞2 F
HCO－ 3
保留顺序？洗脱顺序？
离子交换色谱法
(2)离子交换剂的交联度和交换容量:在一定 的范围内树脂的交联度越大，交换容量越大， 则组分的保留时间越长。
(3)流动相的组成：交换能力强的离子组成的 流动相有较强的洗脱能力。流动相的离子强 度高，使组分的保留值降低。
差速迁移 色谱
分离。
二、色谱流出曲线和有关概念
色谱流出曲线 是由检测器输出的电信号 强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色 谱图。
基线 是在操作条件下，没有组分流出时 的流出曲线。基线反映仪器 (主要是检测 器) 的噪音随时间的变化。
色谱峰 是流出曲线上的突起部分。
正常色谱峰、拖尾峰和前延峰
对称因子fs
反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。
二、吸附色谱法
分离原理 利用被分离组分对固定相表面 吸附中心吸附能力的差别而实现分离。
吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相分 子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为 竞争吸附过程 。
X m + nYa
Ka
=
[Xa ][Ym ]n [Xm ][Ya ]n
离子交换色谱法
固定相 离子交换剂(ion exchanger)：离子交 换树脂（resin）和硅胶化学键合离子交换剂。
离子交换树脂: 有网状骨架及可离解、可交换基团， 如磺酸基 (－SO3H) 、羧基 (－COOH) 及季胺基 (－NR3+OH－) 等。性能指标常用交联度、交换容量 和粒度等。
液相色谱法 （LC）
柱色谱法
薄层色谱法
（TLC）
LLC
LSC
LSC
SEC
IEC
BPC
毛细管电泳法 （CE） 超临界流体色谱法 （SFC）
毛细管电色谱法 （CEC）
二、色谱法的发展
（一）色谱法的历史 （二）色谱法的现状和发展趋势
1．新型固定相和检测器的研制 2．色谱新方法的研究 3．色谱联用技术 4．色谱专家
(symmetry factor) ： 衡量色谱峰的对称性
fs W 0.05h / 2 A (A B) / 2A
到19页 到20页
定性参数1
保留时间(retention time;tR)：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。
正己烷
溶剂强度
（o）
0.00
0.00
溶剂
甲基特丁基 醚
醋酸乙酯
溶剂强度
（o）
0.48
0.48
氯仿
0.26
乙腈
0.52
二氯甲烷
0.40
异丙醇
0.60
乙醚
0.43
甲醇
0.70
吸附色谱法
洗脱顺序 ka=KaSa/Vm
在色谱柱（Sa与Vm一定）时，Ka大的组分保留强， 后被洗脱，Ka小的组分在吸附剂上保留弱，先
色谱分析法
色谱法的分类和发展 色谱过程和基本原理 基本类型色谱方法及其分离机制 色谱法基本理论
色谱法的特点:
高分离效能 高灵敏 高选择性 分析速度快 应用范围广
色谱学的重要作用
诺贝尔化学奖：1948年，瑞典Tiselins， 电 泳 和 吸 附 分 析 ； 1952 年 ， 英 国 马 丁 (Martin)和辛格(Synge)，分配色谱。
固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内
腔容积的总和。
V0＝t0 Fc
定性参数3
调整保留体积(adjusted retention volume)： 由保留体积扣除VR死' 体积 后的体积
V' R
VR
V0
t' R
Fc
注意：VR’是定值，tR’与FC成反比
相对保留值(r) ：两组分的调整保留值之比
流动相的pH：溶质的离解受到抑制则保留时 间变短。弱离子交换树脂的交换容量在某一 pH值有极大值。
四、空间排阻色谱法
分离原理 根据被分离组分分子的 线团尺寸进行分离。 也称为分子排阻色谱法。
r2,1
t' R2
t' R1
V' R2
V' R1
定性参数4
保留指数(retention index；I) : 在GC中，以
正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用 两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定 组分，这个相对值称为保留指数，又称Kovats 指数，定义式：
Ix
=100[Z+ n
lgt
' R(x)
吸附色谱法
流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂）
洗脱能力：主要由其极性决定。
强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能
力强，使k值小，保留时间短。
Snyder溶剂强度o：吸附自由能，表示洗脱能 力。o值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，
即洗脱能力越强。
表 16-1 一些溶剂在硅胶上的o值
溶剂
正戊烷
被洗脱。
Ka与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、
构型有关）。
以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。 ①饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。 ②基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分 子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多， 分子极性越强 (但要考虑其他因素的影响) 。 ③不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸
KA≠KB 或kA≠kB 是色谱分离的前提。
推导过程：
t RA
=
t0(1+KA
V s
Vm
)
tRB
=
t0(1+KB
Vs Vm
)
Vs tR= t0 (KA－KB) Vm
tR≠0
KA≠KB kA≠kB
第三节 基本类型色谱方法及其分离机制
分配色谱法 吸附色谱法 离子交换色谱法 空间排阻色谱法
一、分配色谱法
Ka
[Xa ] [Xm ]
Xa Xm
/ Sa / Vm
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。
X a + nYm
吸附色谱法
固定相 多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。 硅胶表面硅醇基为吸附中心。 经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶 高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅
胶和堆积硅珠。 气相色谱：高分子多孔微球等