色谱概论1
气相色谱
第一章气相色谱法一色谱法概论色谱法是一种重要的分离分析方法，它是根据组分在两相中作用能力不同而达到分离目的的。
色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用。
他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。
这种方法因此得名为色谱法。
以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色谱”二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至今。
●色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相；●自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相；●装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱。
当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。
色谱法的分类根据流动相的状态可分为：气相色谱(GC)、液相色谱(LC)、超临界流体色谱(SFC) 按固定相在支持体中的形状分：柱色谱、平板色谱——纸色谱、薄层色谱按分离机理分类●利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法，称为吸附色谱法。
●利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法称为分配色谱法。
●利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法。
利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。
按机理分：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、排阻色谱二色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线和色谱峰：由检测器输出的信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。
曲线上突起部分就是色谱峰。
(一)基线：在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。
第十七章 色谱分析法概论
在流动相和固定中具有不同的分配系数，分配系数的大小
反映了组分在固定相上的溶解-挥发 或 吸附-解吸的能力。
分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能
力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系数小的
组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内 的移动速度快。
经过一定时间后，由于分配系数的差别，使
各组分在柱内形成差速移行，达到分离的目的。
空间总和）
当色谱柱载气流速为F0(ml／min)时，它与死时间的 关系为：
V0(M) = tM· 0 F
(VM 大，色谱峰展宽，柱效低)
4. 保留值：定性参数，是在色谱分离过程中，试样中各组分
在色谱柱内滞留行为的一个指标。 （它可用保留时间、保留体积和相对保留值等表示） （1）保留时间 tR （retention time）： 从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点） 所需要的时间，称为该组分的保留时间。如图中tR(1)、 tR(2) 所示，
把这些色 带称为 “ 色谱图 ” （chromatography）, 相
应的方法叫作“色谱法”
色谱法是一种分离技术：
其中的一相固定不动，称为固定相 另一相是携带试样混合物流过此固 定相的流体（气体或液体），称为 流动相
各组分被分离后，可进一步进行定性和定量
分析： 经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即 不能连续进行 现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即 能连续进行
p tR tM t 'R k q tM tM
任一组分的 k 值可由实验测得，即为调整保留时间 tR’与 不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间tM 的比值。可将k 看
作色谱柱对组分保留能力的参数，k 值越大，保留时间越长。
色谱分析法概论
色
按流动相分
气相 （GC） ） 超临界 按固定相分 液相 （LC） ）
谱 法
液-液 液
液-固 固
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2. 按操作形式分类: 柱色谱法、平面色谱法、 柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳 法等 3. 按色谱过程的分离机制分类: 分配色谱法、吸附色谱法、 分配色谱法、吸附色谱法、离子交换 色谱法、 空间排阻色谱法、 色谱法、 空间排阻色谱法、毛细管电泳 法等
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塔板理论实际上是用色谱过程的分解动作 慢镜头）解释分离机制，如果塔板数少， （慢镜头）解释分离机制，如果塔板数少， 用二项式解释； 用正态分布解释。 用二项式解释；多，用正态分布解释。
二、二项式分布 B组分： KB=1=Cs/Cm 组分： 组分 若：Vm=Vs KB=ms/mm=1/1
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质量分配和转移过程
I x = 100[ z + n
lg t ' R ( X ) − lg t ' R ( 2 ) lg t ' R ( 2 + n ) − lg t ' R ( 2 )
]
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3. 定量参数
峰高（ ： 峰高（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。 测信号，即色谱峰顶至基线的距离。 峰面积(A)：色谱曲线与基线间包围的面积。 峰面积 ：色谱曲线与基线间包围的面积。
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二、分配色谱法
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分离原理 利用被分离组分在固定相和流 动相中的溶解度差别而实现分离。 动相中的溶解度差别而实现分离。
Cs Xs Vs K＝ = Cm Xm Vm
•在HPLC中K与流动相的性质 (种类与极性 有关 在 种类与极性) 中 与流动相的性质 种类与极性 •在GC中K与固定相极性和柱温有关 与固定相极性和柱温有关 在 中 与固定
现代色谱分析试题
现代⾊谱分析试题第⼀章⾊谱法概论1. 综述各种⾊谱法的特点及其应⽤。
2. 简要说明⽓相⾊谱法（GLC、GSC）、⾼效液相⾊谱法（HPLC的各类⽅法）特点及其应⽤范围？3. 试⽐较⾊谱法（GC、HPLC）之间的异同？第⼆章⾊谱基本理论例1 采⽤3M⾊谱柱对A、B⼆组分进⾏分离，此时测得⾮滞留组分的t M值为0.9min ，A组分的保留时间（t R(A)）为15.1min，B组分的t R为18.0min，要使⼆组分达到基线分离（R=1.5），问最短柱长应选择多少⽶（设B组分的峰宽为1.1 min）？解⽅法（1）：由已知条件，得n B=16(18.0/1.1)2=4284r i,B=18.0-0.9/15.1-0.9=1.20K/B=18.0-0.9/0.9=19则因为所以故⽅法（2）：同⽅法（1）得n B=4284；r i,B=1.20；K/B=19所以则n B (R=1.5)=16 (1.5)2(1.2/0.2)2[(1+19)/19]2=1425故L=n (R=1.5)H=14250.07=99.8cm1m1.A、B ⼆组分的分配系数之⽐为0.912，要保证⼆者的分离度达到1.20，柱长因应选择多少⽶？设有效塔板⾼度为0.95mm.。
2.有⼀液相⾊谱柱长25cm,流动相速度为0.5ml/min，流动相体积为0.45ml，固定相体积为0.25ml,现测得萘、蒽、菲、芘四组分（以A、B、C、D）的保留值及峰宽如表3-1。
根据已知条件试计算出：（1）各组分容量及分配系数；（2）各组分的n及n eff；（3）各组分的H 值及H eff值；（4）画出四组分的K/值之间的关系曲线表3-1 在HPLC柱上测得的A、B、C、D 的组分t R(min) W h/2(min)⾮滞留组分ABCD 4.06.513.514.620.10.420.971.101.38答：（1）K/（A=0.60；B=2.38；C=2.65；D=4.03）；（2）（A=4021；B=3099；C=2818；D=3394）n eff（A=595；B=1535；C=1486；D=2178）;（3）H（A=0.06；B=0.08；C=0.09；D=0.07）H eff（A=0.42；B=0.16；C=0.17；D=0.11）;(5)根据已有数据，绘出K/--n--n eff曲线，⾃⾏判断正确与否，并分析原因。
色谱概论及薄层色谱法
液固吸附色谱法
流动相
吸附位 点 吸 附 剂
分离机制：混合物中各组分的吸附能力的差异 分离过程：吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分 离
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常用的吸附剂
硅胶
吸附剂
氧化铝
聚酰胺
大孔 吸附树脂
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常用的吸附剂——硅胶
硅胶
硅醇基
吸附强度：硅醇基数目
吸附能力不 吸附剂（硅胶， 有机溶剂，混 合溶剂 同 聚酰胺）
溶解能力不 同 交换能力不 同 分子大小不 同 固定液
分配色谱
有机溶剂，混 合溶剂 水，酸或碱溶 液 有机溶剂，混 合溶剂
离子交换色谱
凝胶色谱
交换基团
分子筛（葡聚 糖凝胶）
离子化合物或 能产生离子化 合物 蛋白质，大分 子化合物
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课堂练习
专属显色剂
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同步测试
1. 甲乙两化合物，经用一薄层色谱系统展开后，它们的Rf 值相同，则甲乙两者为（ ）。
B
A．是同一物质 B. 可能为同一物质 质 D. 无法确定 2. 制备薄层色谱中常用粘合剂有（
C. 不是同一物 ）
A
A
CMC-Na
B. 高锰酸钾
C．氢氧化钠 ）
C. 硫酸钾
3.对Rf值影响不大的因素（
气相色谱
固定相 为固体
液液色谱
液固色谱
气液色谱
气固色谱
4
色谱法的分类
吸附 色谱
分配 色谱
离子 交换
分子 排阻
分离机制分类
5
柱色谱
操作形式
平面色谱
毛细管柱色谱
6
色谱分离原理——色谱过程
流动相 流动相 流动相 流动相
色谱分析法概论习题答案
第十六章色谱分析法概论思考题和习题1．在一液液色谱柱上,组分A和B的K分别为10和15,柱的固定相体积为,流动相体积为,流速为min;求A、B的保留时间和保留体积;2．在一根3m长的色谱柱上分离一个试样的结果如下：死时间为1min,组分1的保留时间为14min,组分2的保留时间为17min,峰宽为1min;1 用组分2计算色谱柱的理论塔板数n及塔板高度H；2 求调整保留时间'R1t及'R2t；3 用组分2 求n ef及H ef；4 求容量因子k1及k2；5 求相对保留值1,2r和分离度R;3．一根分配色谱柱,校正到柱温、柱压下的载气流速为min；由固定液的涂量及固定液在柱温下的密度计算得V s=;分离一个含四组分的试样,测得这些组分的保留时间：苯、甲苯、乙苯,异丙苯,死时间为;求：1 死体积；2 这些组分的调整保留时间；3 它们在此柱温下的分配系数假定检测器及柱头等体积可以忽略；4 相邻两组分的分配系数比;1 V0=t0×u=×min=10.5cm32'Rt苯 =－= , 'Rt甲苯 =－= ,'Rt乙苯 =－= , 'Rt异丙苯 =－=4．在一根甲基硅橡胶 OV-1 色谱柱上,柱温120℃;测得一些纯物质的保留时间：甲烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、苯、3-正己酮、正丁酸乙酯、正己醇及某正构饱和烷烃;1 求出后5个化合物的保留指数;未知正构饱和烷烃是何物质 2 解释上述五个六碳化合物的保留指数为何不同;3 说明应如何正确选择正构烷烃物质对,以减小计算误差;①根据保留指数的公式和意义,5个化合物的保留指数为：设某正构烷烃的碳数为x,则解此方程得x=5, 所以该正构烷烃为正戊烷;2上述五个化合物极性由大到小分别为：正己醇＞正丁酸乙酯＞3-正己酮＞苯＞正戊烷,根据气液色谱固定液的作用原理,在弱极性的OV-1柱上保留能力由强到弱,即保留指数由大至小;3选择正构饱和烷烃物质对的t R值最好与被测物质的t R值相近,以减小测定误差;5．某色谱柱长100cm,流动相流速为0.1cm/s,已知组分A的洗脱时间为40 min,求组分A在流动相中的时间和保留比R=t0/t R为多少; ,流动相流过色谱柱所需的时间即死时间t0,即为组分A在流动相中的停留时间：t0=L/u=100/×60=组分A的洗脱时间即其保留时间t R保留比R=t0/t R=40=6．某YWG-C18H37 4.6mm×25cm柱,以甲醇－水80:20为流动相,测得苯和萘的t R和W1/2分别为和 min, 和min;求柱效和分离度;7．在某一液相色谱柱上组分A流出需,组分B流出需,而不溶于固定相的物质C流出需;问：1B组分相对于A的相对保留值是多少2A组分相对于B的相对保留值是多少3组分A在柱中的容量因子是多少4组分B在固定相的时间是多少。
色谱分析法概论
调整保留体积 V'R =VR-V0= t'R·Fc ： V'R与流动相流速无关，是常用的色谱定性
参数之一。
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2013年8月13日
调整保留时间
t ；扣除死时间后的保留时间，即 R t R t R tO
' ' VR VR V0 t R F c
Moore Giddings Small Jorgenson等
发表凝胶过滤色谱的报告。
发明凝胶渗透色谱。 发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。 发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导 检测的新型离子色谱法 创立了毛细管电泳法。
色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作
年代 1937
色谱过程
• 组分的结构和理化性质微小差异 固定相作用差异 不等 差速迁移 与
随流动相移动的速度 色谱分离。
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2013年8月13日
二、色谱流线曲线和有关概念
（一）色谱流出曲线和色谱峰
1．色谱图
由检测器输出的信号强度对时间作图所绘制的曲线，以检 测器的信号强度（R）为纵坐标；流出时间为（t）横坐标。
生理学、医学 关于神经元触处迁移物质的研究
1972
生理学、医学 抗体结构的研究
色谱分析法简介
色谱分析法是一种物理或物理化学分 离、分析方法。 它是根据混合物中各组分在两相分配 系数的不同进行分离，而后逐个分析。
它是分析复杂混合物最有利的手段。
色谱法的特点
(1)分离效率高 复杂混合物，同系物、异 构体、手性异构体。 (2) 灵敏度高
空气峰 C
第十六章 色谱分析法概论
1、色谱柱作为分析方法的最大特点是什么？色谱法以高超的分离能力为特点，具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用范围广等优点。
2、一个组分的色谱峰可用哪些参数描述？这些参数各有何意义？一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积（用于定量）、峰位（用保留值表示，用于定性）、峰宽（用于衡量柱效）来说明。
峰高：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：某色谱峰曲线与基线间包围的面积。
保留时间：是从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔，即从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。
死时间：是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。
调整保留时间：是某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。
峰宽：是通过色谱峰两侧拐点做切线在基线上所截得的距离。
标准差：是正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半，或0.607倍峰高处的峰宽之半。
半峰宽：是峰高一半处的峰宽。
W 1/2=2.355σ W=4σ W=1.699 W1/23、说明保留因子的物理含义及与分配系数的关系。
为什么保留因子（或分配系数）不等是分离的前提？保留因子k是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之比，故又称为质量分配系数。
而分配系数K是组分在固定相和流动相中的浓度之比。
二者的关系是k=KVs/Vm，可见保留因子除与固定相、流动相、组分三者的性质有关外，还与固定相和流动相的体积比有关。
保留因子越大的组分在色谱柱中的保留越强，tR =t(1+k)，由于在一定色谱条件下t为定值，如果两组分的k相等，则它们的tR 也相等，即不能分离。
要使两组分分离，即tR不等，则他们的k(K)必须不等，即保留因子（或分配系数）不等是分离的前提。
4、各类基本类型色谱的分离原理有何不同？分配色谱法：利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别，即在两相间的分配系数的差别而实现分离的。
第七章 色谱法概述
按流动相状态
按色谱柱外形
柱色谱 平板色谱 （纸、薄层、薄膜）
色谱法的定义与分类
色谱法的特点 高分离度
高速度 高灵敏度 高容量
高灵活性 条件温和
快速准确分析 作为检测手段 作为制备手段
分离方式众多
非破坏性检测
色谱法中的基本术语
常用基本术语
萃取液 流动相
色谱柱 C B 固定相 A 紫外-分光光度 示差折光 热导 色谱图/色谱流出曲线 „„ 检测器
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色谱分离的基本理论
5. K、k、R’三者关系
CmVm R CmVm CsVs
'
1 1 Vs 1 k' 1 K Vm 1 ' F uR u VS 1 K Vm
取决于分配系数K K值相同→组分不能分离 K值不同→组分在柱上移动速度不同
色谱是不同迁移现象的最终产物
总体平均来看这一组分的分子 在固定相中停留的时间更长 色谱柱对待分离组分保留能力强
色谱分离的基本理论
4.保留值（保留比, retention ratio, R’）
组分在流动相中出现的几率 表示为在流动相中停留的时间分数 体现组分在色谱柱中保留的程度
nm R nm ns
'
组分的移动速率 F L L F ,u 流动相的移动速率 u tm t s tm t（流动相） m tm t （固定相） s
α 2.1
α≥1：
' t2 V2' k 2 K 2 ' ' t1 V1 k1 K1
α ↗ →两组分分离得越开→色谱柱对组分的选择性越高 α =1→两组分完全重叠→固定相对待分离组分无选择性
第16章 色谱分析法概论(共82张PPT)
KAVs Vm
)
tR B
t0
(1
KBVs Vm
)
tR
tR A
tR B
t0(KA
KB
)
Vs Vm
t0(kA kB)
色谱别离的前提
——组分在两相间分配系数 K 不同或分配
第三节 色谱别离机制
一、吸附色谱法 二、分配色谱法
三、 离子交换色谱法 四、空间排阻色谱法
一、吸附色谱法
✓ 别离机制： ✓ 利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现别离
诺贝尔化学奖： 1948年，瑞典Tiselins，电泳和吸附分析 1952年，英国Martin和Synge，分配色谱。
展望：
新型固定相和检测器 联用仪器：GC-MS，HPLC-MS 智能化开展
第一节 概 述
一、定义
色谱法(chromatography)： 对于液相色谱，因Dm 较小，B 项可勿略。
三、色谱法的特点
✓ 缺点：
对未知物分析的定性专属性差
需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)
第二节 色谱法的根本原理
实现色谱分析的根本条件
相对运动的两相——流动相、固定相
各组分与固定相的作用存在差异
一、色谱过程
色谱过程是物质分子在相对运动的两相分配 “平衡〞的过程。
两个组分被流动相携带移动的速度不同
物质对别离的两种情况
C
C
t
t
提高别离度R
增加tR
பைடு நூலகம்
减小w
第四节 色谱理论根底
组分保存时间：色谱过程的热力学因素控制； 〔组分和固定液的结构和性质〕
色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；
〔两相中的运动阻力，扩散〕