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1、分析化学分析化学第十六章第十六章 色谱分析法色谱分析法 概论概论 分析化学教研室分析化学教研室1 色谱法起源和发展色谱法起源和发展 色谱法的分类色谱法的分类 色谱过程色谱过程 色谱方法基本类型及其分离机制色谱方法基本类型及其分离机制一、色谱法基本原理一、色谱法基本原理21. 1. 色谱法的起源色谱法的起源 俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年首先使年首先使用碳酸钙分离植物色素开创了经液相色用碳酸钙分离植物色素开创了经液相色谱法。色谱原型装置，如下页图。谱法。色谱原型装置，如下页图。u在装有细颗粒碳酸钙的直立玻璃管顶在装有细颗粒碳酸钙的直立玻璃管顶部装入植物色素；部装入植物
2、色素；u加入石油醚，自由流下；加入石油醚，自由流下；u植物色素随石油醚向下流动；植物色素随石油醚向下流动；u因各组分移动速度不同而形成不同色因各组分移动速度不同而形成不同色带。带。34 色谱法是一种分离技术，色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程也就是试样中试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动，称为固定相，一相是携带试样混合物动，称为固定相，一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。为流动
3、相。 色谱法实质是根据混合物各组分在固色谱法实质是根据混合物各组分在固定相和流动相间吸附、溶解或其它亲和作定相和流动相间吸附、溶解或其它亲和作用的差异，而使各组分在色谱柱中的迁移用的差异，而使各组分在色谱柱中的迁移速度不同而得到分离速度不同而得到分离 5高分离效能、高灵敏度、高选择高分离效能、高灵敏度、高选择性；性；分析速度快、应用范围广分析速度快、应用范围广色谱法的特点色谱法的特点:6色谱的发展色谱的发展 19481948年，瑞典年，瑞典TiselinsTiselins，电泳分析；，电泳分析； 19521952年，英国马丁年，英国马丁(Martin)(Martin)和詹姆斯提和詹姆斯提出了气
4、相色谱，并提出了塔板理论；出了气相色谱，并提出了塔板理论； 19561956年，范第姆特提出了反映载气流速年，范第姆特提出了反映载气流速和柱效关系的范第姆特方程，建立初步色和柱效关系的范第姆特方程，建立初步色谱理论；谱理论；1960s1960s1970s 1970s 高效液相色谱法出现，高效液相色谱法出现，1980s1980s出现毛细管电泳法出现毛细管电泳法现如今，超高压色谱出现，现如今，超高压色谱出现，WATERSWATERS公司公司7色谱法的现状和发展趋势色谱法的现状和发展趋势新型固定相和检测器的研制新型固定相和检测器的研制色谱新方法的研究色谱新方法的研究 色谱联用技术色谱联用技术 色谱专
5、家系统色谱专家系统 8 应用的科学领域：生命科学、材料应用的科学领域：生命科学、材料科学、环境科学等。（科学的科学）科学、环境科学等。（科学的科学） 药学（药物分析）：各国药典收载药学（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，了许多色谱分析方法。中国药典二部，700多，纯度检查、定性鉴别或含量测多，纯度检查、定性鉴别或含量测定；一部，定；一部，600多鉴别或含量测定。多鉴别或含量测定。色谱法的应用：色谱法的应用：92. 色谱法的分类色谱法的分类按流动相的分子聚集状态分类按流动相的分子聚集状态分类:GC、LC、SFC 等等按固定相的分子聚集状态分类按固定相的分子聚集状态分类:G
6、SC、GLC、LSC、LLC等等按操作形式分类按操作形式分类:柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等柱色谱法、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、离子交换色谱分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、法、 空间排阻色谱法、毛细管电泳法空间排阻色谱法、毛细管电泳法等等10毛细管电毛细管电色谱法色谱法（CEC）色色谱谱法法GSC液相色液相色谱谱法法 （LC）柱色柱色谱法谱法平面色平面色谱谱法法毛细管电毛细管电泳法泳法 （CE）LLCLSCSECIECBPC纸色纸色谱法谱法薄层色谱薄层色谱法法TLC）LLCLLCLSC气相气相色色谱谱法法（
7、GC）柱色柱色谱法谱法GLC超临界流体超临界流体色色谱谱法法 （SFC）113.3.色谱过程（柱色谱）和基本原理色谱过程（柱色谱）和基本原理实现色谱操作的基本条件是必须具实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运动的两相：备相对运动的两相： 固定相固定相(stationary phase)(stationary phase)和流动和流动相相(mobile phase)(mobile phase)。色谱过程是组分的分子在流动相和色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间固定相间多次多次“分配分配”的过程。的过程。1213色谱分离过程色谱分离过程组分的结构和性质微小差异组分的结构和性质微小差异 与与固定相
8、作用差异固定相作用差异 随流动相移动随流动相移动的速度不等的速度不等 差速迁移差速迁移 色色谱分离。谱分离。1415色谱流出曲线色谱流出曲线161）色谱流出曲线及有关术语）色谱流出曲线及有关术语F色谱流出曲线色谱流出曲线检测器检测到样品而产生信号随时间检测器检测到样品而产生信号随时间变化的曲线变化的曲线F色谱峰色谱峰监测器对流出组分产生的电信号随监测器对流出组分产生的电信号随时间的变化图时间的变化图正常色谱峰为对称的正常色谱峰为对称的对称因子对称因子fs 峰对称性峰对称性17181920F保留值保留值 (定性参数定性参数)（1）保留时间）保留时间(tR)从进样开始从进样开始,到某组分色谱峰顶点
9、时到某组分色谱峰顶点时间间隔间间隔（2）死时间）死时间(tM或或 t0)不被固定相溶解或吸附的的组分的不被固定相溶解或吸附的的组分的保留时间保留时间（3）调整保留时间）调整保留时间(tR)或校正保或校正保留时间留时间21（4）保留体积）保留体积(VR)从进样起到某个组分在柱后出现浓度极从进样起到某个组分在柱后出现浓度极大点时大点时,所需通过色谱柱的流动相体积所需通过色谱柱的流动相体积（5）死体积）死体积(VM)由进样器至检测器出口由进样器至检测器出口,未被固定相占未被固定相占据的空间据的空间22F半峰宽半峰宽(W1/2)峰高一半处的峰宽度峰高一半处的峰宽度F差速迁移差速迁移固定相保留不同组分的
10、能力不同固定相保留不同组分的能力不同,各各组分在色谱柱中移动速度不同组分在色谱柱中移动速度不同,而实而实现分离现分离23F 峰宽峰宽过色谱峰两侧拐点的切线与基线交过色谱峰两侧拐点的切线与基线交点之间距离点之间距离F标准差标准差0.607倍峰高处峰宽之半倍峰高处峰宽之半24F容量因子容量因子F分配系数比分配系数比25色谱色谱过程方程式：过程方程式：分配系数大的组分保留时间长（保留分配系数大的组分保留时间长（保留体积大），晚流出色谱柱。体积大），晚流出色谱柱。26K在分配色谱、吸附色谱、离子交换色在分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和凝胶色谱中，分别为狭义分配系数谱和凝胶色谱中，分别为狭义分配系数K
11、、吸附系数、吸附系数Ka、选择性系数、选择性系数K和渗透系和渗透系数数Kp，Vs分别为色谱柱（或薄层板）内固定液分别为色谱柱（或薄层板）内固定液体积、吸附剂表面积、离子交换剂总交体积、吸附剂表面积、离子交换剂总交换容量和凝胶孔内总容积。换容量和凝胶孔内总容积。274 色谱方法基本类型及其分离机制色谱方法基本类型及其分离机制以经典柱色谱为例以经典柱色谱为例分配色谱法分配色谱法吸附色谱法吸附色谱法离子交换色谱法离子交换色谱法空间排阻色谱法空间排阻色谱法281 1）分配色谱法分配色谱法29分离原理分离原理 利用被分离组分在固定相或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。流动相中的溶解
12、度差别而实现分离。 溶质分子在固定相中溶解度越大，或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，在流动相中溶解度越小，则则K越大。在越大。在LLC中中K主要与流动相的性质主要与流动相的性质 (种类与极种类与极性性) 有关；在有关；在GLC中中K与固定与固定相极性和柱相极性和柱温有关温有关。 302 2）吸附色谱法）吸附色谱法分离原理分离原理 利用被分离组分对固定相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表面吸附中心吸附能力的差别而实现分离。离。吸附过程是试样中组分的分子吸附过程是试样中组分的分子(X)(X)与流与流动相分子动相分子(Y)(Y)争夺吸附剂表面活性中心争夺
13、吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争吸附过程。的过程，即为竞争吸附过程。31吸附系数与吸附剂的吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和活性、组分的性质和流动相的性质有关。流动相的性质有关。32 分离原理分离原理 依依据据被被测测组组分分与与离离子子交交换换剂剂交交换换能能力力（亲亲和和力力）不同而实现分离。不同而实现分离。3）离子交换色谱法）离子交换色谱法33 固定相和流动相固定相和流动相 固定相固定相离子交换树脂离子交换树脂 流动相流动相水为溶剂的缓冲溶液水为溶剂的缓冲溶液 被被分分离离组组分分离离子子型型的的有有机机物物或或无无机机物物34按可交换离子的电荷符号可分为：按可交换离子的电荷符号可分为： 阳离子交换色谱阳离子交换色谱 阴离子交换色谱阴离子交换色谱 交换再生交换再生354 4）空间排阻色谱法）空间排阻色谱法分离原理分离原理根据被分离组分分子的线根据被分离组分分子的线团尺寸进行分离。团尺寸进行分离。也称为分子排阻色谱法。也称为分子排阻色谱法。根据空间排阻（根据空间排阻（steric exclusion）理论，孔内外同等大小的溶质分子处理论，孔内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态于扩散平衡状态3637
